[发明专利]用于贫燃发动机的排放物处理系统

说明书

本发明总体上涉及用于纯化由贫燃发动机排出的排气的排放物处理系统的领域。该排放物处理系统包括柴油氧化催化剂(DOC)、催化烟灰过滤器(CSF)、还原剂喷射器、基于AEI沸石的选择性催化还原(SCR)催化剂和位于基于AEI沸石的SCR催化剂下游的氨氧化催化剂(AMOx)。

发明的技术领域

本发明总体上涉及用于纯化由贫燃发动机排出的排气的排放物处理系统领域。

发明背景

全世界对内燃机排放物的环境法规变得日益严格。贫燃发动机(例如柴油发动机)的操作由于其在高空气/燃料比下在贫燃条件下为用户提供了优异燃料经济性。然而，柴油发动机也会排放出含有颗粒物(PM)、未燃烧的碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)的排气排放物，其中NOx描述了各种化学种类的氮氧化物，尤其包括一氧化氮和二氧化氮。排放物颗粒物的两个主要组分是可溶性有机级分(SOF)和烟灰级分。SOF在烟灰上以层密集且通常衍生自未燃烧的柴油燃料和润滑油。取决于排气的温度，SOF可以以蒸气或气溶胶(即液体冷凝物的细液滴)的形式存在于柴油机排放物中。烟灰主要包含碳的颗粒。

已知包含贵金属如一种或多种铂族金属(PGM)(分散于耐火金属氧化物载体如氧化铝上)的氧化催化剂用于处理柴油发动机的排放物，以通过催化这些污染物的氧化使碳氢化合物和一氧化碳气态污染物转化为二氧化碳和水。该类催化剂通常已包含在称为柴油氧化催化剂(DOC)的单元中，其置于柴油发动机的排放物流路中以在排放物排放至大气中之前处理排放物。通常柴油氧化催化剂在陶瓷或金属基材上形成，在其上沉积一种或多种催化剂涂料组合物。除了转化气态HC和CO排放物和颗粒物(SOF部分)外，含有一种或多种PGM的氧化催化剂还能促进NO氧化为NO₂。催化剂通常由其起燃温度(light-offtemperature)或达到50％转化率的温度(也称为T50)限定。

NOx(NO和NO₂的组合)包含在排气中，例如来自内燃机(例如在汽车和卡车中)、燃烧装置(例如由天然气、石油或煤加热的发电站)和硝酸生产装置的排气。使用各种处理方法处理含NOx的气体混合物以减少大气污染。

还原来自贫燃发动机(如汽油直喷和部分贫燃发动机)以及柴油发动机的排放物的NOx的一种有效方法要求在选择性催化还原(SCR)催化剂组分存在下使NOx在贫燃发动机操作条件下与合适还原剂如氨、尿素、氢气或碳氢化合物反应。SCR过程在大气氧的存在下使用还原剂(例如氨)催化还原氮氧化物，导致主要形成氮气和蒸汽：

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O(标准SCR还原) (1)，

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O(慢速SCR反应) (2)；和

NO+NO₂+2NH₃→2N₂+3H₂O(快速SCR反应) (3)，将分子筛如沸石用于使用还原剂如氨、尿素或碳氢化合物在氧气存在下选择性催化还原(SCR)氮氧化物。沸石是具有相当均匀的孔尺寸的结晶材料，取决于沸石的类型以及沸石晶格中所包含的阳离子的类型和量，其直径在约3至10埃的范围内。具有8环孔开口和双6环二次构建单元的沸石，特别是具有笼状结构的那些最近兴趣在于作为SCR催化剂的用途。具有这些性能的特定类型的沸石是菱沸石SSZ-13(CHA)和SSZ-39(AEI)，其为可通过其三维孔隙度接近的具有8员环孔开口(-3.8埃)的小孔沸石。

已知用于使用氨选择性催化还原氮氧化物的经金属促进的沸石催化剂，尤其包括经铁促进和经铜促进的沸石催化剂。使用经铜促进的CHA作为SCR催化剂的实践已描述于PCT申请WO 2008/106519中。