[发明专利]降低内燃机低温起动阶段碳氢化合物排放的废气净化系统

说明书

本发明涉及降低内燃机低温起动阶段碳氢化合物排放的废气净化系统。废气净化系统包括碳氢化合物吸附剂和下游的催化剂系统，该催化剂系统可以由在一个或多个催化床中的一个单独的三段催化剂或氧化催化剂、还原催化剂和/或三段催化剂的组合所组成。

在法规TLEV/1944和LEV/1997（LEV＝低排放车辆）中对汽车污染物的排放作了新的限制。该两法规显著地体现了限制的严格性，特别对碳氢化合物的限制。由于目前废气转化催化剂在高温工作状态下转化污染物已达到较高水平，因此只需改善低温起动阶段污染物的转化就能做到遵守新法规的限制。这是因为按照法律（如USFTP75）规定在试验周期中低温起动阶段所排放的污染物从整体来说碳氢化合物占大部分。在所述的阶段中，催化剂尚未达到转化废气所需的工作温度300-400℃。

在低温起动阶段所排放的碳氢化合物主要是C₁-C₁₀化合物，如链烷烃，异链烷烃，烯烃及芳族化合物。

为了降低低温起动阶段污染物的排放如美国专利5，078，979提出了包括碳氢化合物吸附剂和下游催化剂的废气净化系统。碳氢化合物吸附剂在低温起动阶段温度仍相当低时具有吸附废气中所含的碳氢化合物的功能。只有当吸附剂温度较高时，碳氢化合物才会重新解吸并随热废气到达几乎处于工作温度下的催化剂并在催化剂上转化成无害的水和二氧化碳。关于吸附剂的一个重要条件是具有优选于吸附水蒸汽（在废气中含丰富的水蒸汽）之前吸附碳氢化合物的能力。

所叙述的解决方法其缺点是碳氢化合物即使在较低温度下也会开始解吸，因而导致在下游的催化剂仍不能发生最佳的转化。通常在催化剂的工作温度T_A（300-400℃）与紧接催化剂上游的吸附剂的解吸温度T_D（约150-200℃）之间存在大于100℃的温度差，即T_A-T_D＞100℃。此外，废气净化系统中的吸附剂必须装置在紧靠发动机的位置，所以在连续运行期间会遭受1000℃的高温负荷，因而吸附剂有受热破坏的危险。

为了克服所述缺点，已在专利文献中提出了许多建议如德国专利说明书DE4008789、欧洲专利申请EP0，460，542及美国专利5，051，244。所述资料也是从碳氢化合物吸附剂和催化剂组合着手，但为了克服所述缺点提出了复杂的废气循环。

如USP5，051，244提出了在现行催化剂的上游处装置沸石吸附剂，该吸附剂在低温状态吸附废气中的污染物特别是碳氢化合物，并随着废气净化系统温度升高重新释放出污染物。为了保护吸附剂免遭由于发动机连续运行时的过热而引起的损坏，已经采取管路短接措施将发动机直接与催化剂相连接。

起动后开始的200-300秒内废气完全通过吸附剂和催化剂。在所述的运行阶段碳氢化合物为吸附剂所吸附，热废气将吸附剂和催化剂加热到相应程度。如果由于温度升高导致解吸作用开始超过吸附作用，吸附剂将被短接，此时废气直接流过催化剂。达到运行温度时部分热废气通过吸附剂直到污染物完全解吸，此时污染物可为具有良好转化效率的催化剂所转化。解吸发生后，吸附剂重新被短接以防止热过载而损坏。

USP5，051，244和USP5，078，979提出的吸附剂为天然的或合成的具有Si/Al原子比至少为2.4的沸石。所提及的适用的沸石为硅酸盐、八面沸石、斜发沸石、丝光沸石、菱沸石、超稳定的Y-型分子筛、Y-型沸石和ZSM-5沸石以及它们的混合物。此外，沸石吸附剂可含精细分粒的、具有催化活性的金属如铂、钯、铑、钌以及它们的混合物。

根据已知技术发展水平，所述的解决方法或者在技术上很复杂、价格昂贵且易受损坏或者（如USP5，078，979）缺少跨接吸附剂的解吸温度与下游催化剂的工作温度之间的温差的技术方案。本发明的目的是提出废气净化系统，用它能克服所述已知技术水平的缺点并在低温起动阶段能对碳氢化合物起良好抑制作用。

用包括碳氢化合物吸附剂及下游催化剂系统的废气净化系统来降低内燃机低温起动阶段的碳氢化合物的排放可达到所述的目的，该催化剂系统是由在一个或多个催化床中的三段催化剂或氧化催化剂、还原催化剂和/或三段催化剂的组合所组成。废气净化系统的特征在于转化碳氢化合物的氧化催化剂或三段催化剂的工作温度T_A与紧接催化剂前端处的吸附剂解吸温度T_D间温差小于50℃，即T_A-T_D＜50℃。