[发明专利]通过氨的可控加入来降低废气的氮氧化物含量的方法和装置

说明书

本发明涉及防止由微弱燃烧发动机的废气导致的空气污染。具体而言，其涉及降低这种气体的氮氧化物(NO_x)含量的装置和方法。

与化学计量操作的发动机相比，微弱燃烧发动机(其空气-燃料比大于14.7，通常为19-50)具有较高的燃料效益和较少的烃排放，并且数量日益增加。柴油机的排放受到法规的限制，尽管不难满足对烃或一氧化碳排放的规定，但难以达到对NO_x排放的规定。在整个发动机循环中，由于微弱燃烧发动机如柴油机的废气含有较多的氧，在与化学计量操作的发动机相比的情况下，它较难将NO_x还原为氮气。所述难度受到较低气体温度的影响。人们考虑过许多方法从而在氧化条件下还原NO_x。一种方法是用烃选择性催化还原(SCR)，但没有找到具有足够活性和耐用期限的催化剂来达到所需转化率。另一种方法是：当废气为贫燃气体(即存在化学计量过量的氧)时，由吸附剂吸附NO_x，当废气为富燃气体时，释放并还原所吸附的NO_x，所述废气定期变得富燃。在贫燃操作中，NO被氧化成NO₂，随后其易与吸附剂表面反应从而生成硝酸盐。然而，这个方法受到低温生成NO₂的能力和吸附剂再生以及高温下硫中毒的限制。大多数吸附剂在某种温度范围内操作，并且由于生成硫酸盐而失活。本发明方法是采用NH₃选择性催化还原NO_x。使用V₂O₅-TiO₂型催化剂，将本方法施用于静态的柴油机。

然而，采用NH₃SCR技术来控制微弱燃烧车辆的NO_x排放，需要合适的NH₃供应策略(尤其在各种原因导致的低温下)。发动机排放的NO_x随温度而变化，因此NH₃的供应量必须随温度进行良好控制以保持所述反应合适的化学计量；NH₃的供应不足，导致NO_x还原不够，而过量将使NH₃从催化剂上溜走。在足够高的温度下，所述催化剂可以将过量NH₃选择性氧化为N₂，在低温下，未反应的NH₃将如数排放。即使提供NH₃的合适的化学计量，所述催化剂仍不能在低温下使所有NH₃与NO_x反应。例如，图1说明在未镀金属的沸石上，在NH₃和NO_x化学计量为1∶1，入口浓度为200ppm的条件下，NH₃和NO_x的反应与温度的函数关系。可以看出在低于300℃的条件下，还原不明显。此外，还报导低温下存在的过量NH₃会导致NH₄NO₃和(NH₄)₂SO₄的生成。还可看出存在的过量气相NH₃在低温下可以抑制一些催化剂上的NH₃SCR反应。尿素通常为车辆上贮存NH₃的优选形式。尿素容易获得并且其在水溶液中稳定。然而，它只有在大于150℃下才易水解成NH₃，因而不能成为低温下合适的NH₃源。然而在发动机循环中废气温度是变化的，并且通常轻型柴油机车循环的主要部分处于低温。因此低温下NO_x的控制成为一个问题。

本发明提供一种降低NO_x量的改进的装置和方法。

因此，本发明提供装置以降低微弱燃烧发动机的废气的氮氧化物(NO_x)含量，所述装置包括：    

(a)废气流过其中的排气装置；

(b)排气装置中的选择性催化还原的催化剂，所述催化剂催化氨还原NOx为氮气并在发动机循环中吸附和脱附氨；

(c)氨源；

(d)使氨从其源进入所述催化剂的供应装置；和

(e)在发动机循环中间歇供应氨的装置；

由此在供应氨时，所述催化剂吸附氨，没有供应氨时，所吸附的氨与NO_x反应。