[发明专利]有选择地还原废气供给流中的NOx的方法和装置

说明书

政府合约权利

美国政府在这个发明上具有已付清的许可和在有限情况下要求专利所有人在合理的条款下许可别人的权利，如美国能源部授予DE-FC26-02NT41218的条款所规定。

技术领域

本发明通常涉及内燃机的排气后处理系统。

背景技术

内燃机的制造商对发动机控制策略进行研发以满足顾客要求并且满足排放和燃料经济性的各种法规。一种这样的发动机控制策略包括运行发动机在稀化学当量的空燃比下，以改善燃料经济性并且减少温室气体排放。在使用压燃(柴油机)和稀燃的点燃式发动机中，这种运行是可能的。当发动机运行在稀(过量氧气)空燃比时，产生的燃烧温度较低，导致降低的发动机的NO_x排放。然而，由于在稀的排气情况下缺乏除去NO_x的有效方法，稀运行发动机的商业应用是有限的。因此，柴油机和稀燃汽油机的排气中氮氧化物(NO_x＝NO+NO₂)的有效还原对于满足将来排放标准和改善车用燃料经济性是重要的。

从包含过量氧气的排气供给流中进行NO_x排放的降低对于车辆制造商是一个挑战。举例来说，据估计符合美国Bin5规则要求后处理系统基于当前预期的发动机排出NO_x水平，在FTP(联邦试验规程)循环上具有70-90％的NO_x转换效率。为了实际应用，该转换效率必须在上述FTP循环期间发生的低温工作范围(例如，200-350℃)处和在高速测试循环(例如，美国06联邦试验规程)的期间发生的高温工作范围(例如，450-550℃)处获得。

已经提出用于车辆应用的几个潜在的后处理系统。一个方法包括利用后处理系统，该系统包括在尿素-SCR催化剂的上游处喷射NO_x还原剂(例如尿素)，以还原NO_x为N₂。使用尿素作为还原剂需要尿素分配结构体系和用于此辅助流体的车载监测系统，并且由于尿素溶液的比较高的冰点(-12℃)，在寒冷的气候中会具有潜在问题。NO_x储存催化剂通常要求大的催化剂体积，大量铂族金属和低硫燃料用于有效存储操作。这种系统要求包括周期性的催化剂再生，其包括燃料喷射以产生高废气温度和还原剂的喷射以再生催化剂的存储材料。

使用碳氢化合物的选择性催化还原(HC-SCR)已经广泛地研究作为潜在的替换方法，以用于在富氧情况下NO_x的去除。离子交换基金属的沸石催化剂(例如，Cu-ZSM5)在通常的车辆运行条件下通常不充分活性，并且由于二氧化硫和水的暴露容易老化。使用铂-族金属(例如、Pt/Al₂O₃)的催化剂有效运行在窄的温度窗下和并且是非常选择性地朝向N₂O产物。

使用氧化铝载银(Ag/Al₂O₃)的催化装置已经受到注意，因为它们具有在稀排气情况下用多种碳氢化合物种类有选择地还原NO_x的能力。在Ag/Al₂O₃上部分氧化的碳氢化合物(例如，酒精)的利用允许在较低温度下还原NO_x。然而，这种还原剂在车辆上是不可获得的。在Ag/Al₂O₃催化剂上先前的HC-SCR利用轻质烃(例如，丙烯，丙烷)和重质燃料成分烃(例如，辛烷，癸烷)作为还原剂。使用存在作为燃烧产物的发动机排气中的轻质烃类的NO_x还原会在高温发生转换，但是对于认为是实际用途的候选物的Ag/Al₃O₂催化剂，NO还原必须转换到低温区域，并且装载在车辆上的燃料必须用作为还原剂。

因此，需要一种有效的方法和装置，以可选择地还原在用于车辆和稀燃内燃机的其它应用的废气供给流中的NO_x。

发明内容