[发明专利]采用分级银/氧化铝催化剂系统来还原NOx排放物

说明书

技术领域

本申请涉及来自稀燃汽油和柴油发动机的废气的处理，其中将NO_x转化 为氮气。更具体的，本发明涉及使用多级催化反应器烃辅助选择性催化还原 富氧废气中的氮氧化物，多级催化反应器包含氧化铝载银催化剂作为用于转 化NO为NO₂以及部分氧化烃类的第一级，和用于将NO₂转化为氮气的第二 级催化剂。

背景技术

稀燃(lean-burn)汽油和柴油发动机是在高于化学计量比的空气/燃料 (A/F)质量比下运行，用于节约燃料。与化学计量比的汽油发动机相比，它 们还提供了好的驾驶性能并减少二氧化碳的排放。这样的稀燃发动机产生的 热废气中含有相对高浓度的氧气和氮氧化物(NO_x)。来自于已经预热后的柴 油发动机的废气温度通常是200℃至400℃，并具有如下的典型组成：以体积 计，约10-17％的氧气，3％的二氧化碳，0.1％的一氧化碳，180ppm的烃，235ppm 的NO_x和余量的氮气和水。由于在热废物流中存在高含量的氧气(O₂)和水， 使得这些通常包含一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)的NO_x气体难于被还 原成氮气(N₂)。

传统的采用化学计量比汽油发动机的三元催化剂不能非常有效地处理稀 燃废气。研究者试图找到能够使用发动机出口的烃来选择性还原NO_x(HC-SCR)(而不管与废气中氧含量的竞争性燃烧反应)的耐用催化剂。因 为其低活性，窄的操作温度窗口以及候选催化剂材料不够耐久，使得这样的 催化剂开发并不成功。

用于稀燃汽油或柴油发动机的NO_x排放控制的技术之一是采用选择的燃 料成分烃加入到废气物流中来还原NO_x。提供该烃以产生用于将氮氧化物还 原为氮的化学组分。在这种烃辅助SCR中，乙醇被认为是具有类似烃的还原 剂效用，因为它能够在废气中转化成在还原NO_x中有用的化学组分。乙醇可 以作为燃料添加剂提供，以及如果需要的话，乙醇可以从燃料简单蒸馏出并 储存在车辆的独立储罐中。

在一个由本发明的受让人开发的HC-SCR的改进中，环境空气通过一个低 温等离子发生器以产生臭氧，并将臭氧引入到废气物流之中用于将NO氧化成 为更容易转化成N₂的NO₂。在废气中，臭氧和氧气一起促进烃有限制地氧化成 醛和醇，优选转化为包含多于两个碳原子的化合物。在等离子辅助的HC-SCR 系统中，部分氧化的HC例如醛和醇(＞C2)，在通过由BaY沸石(上游床层) 和CuY沸石(下游床层)催化剂组成的双床层上，能非常有效的还原NO_x。然 而只有采用大体积的此类催化剂才能获得高NO_x转化效率，其导致了封装问题 和预热缓慢。

由银微粒分散在高表面积γ-氧化铝颗粒(Ag/Al₂O₃)上组成的催化剂， 在采用各种烃组分，例如发动机出口HC，部分氧化的HC和燃料成分的HC， 来还原NO_x的方面显示出适中的效果。对于较低成本的工艺，优选使用非贵 金属催化剂用于NO_x转化。此外，Ag/Al₂O₃能在比碱金属阳离子交换的沸石 催化剂更高的空速下还原NO_x。然而，单独使用银催化剂不足以将全部的NO 转化为N₂，并且在废气中会产生不期望的副产物。

因此，本发明的目的在于提供一种改进的方法，在该方法中使这种富氧 和含氮氧化物的废气混合物中进行烃辅助选择性催化还原。本发明的更具体 的目的在于提供一种在进行HC-SCR中使用银催化剂的改进方法。

发明概述

稀燃发动机废气包含如上所述的气体成分，还有含碳和不完全燃烧的烃 的微粒物质。废气可以通过合适的过滤器或氧化反应器，在进行选择性催化 还原NO_x组分之前，来降低颗粒和不完全燃烧的气态烃含量。