[发明专利]适合将柴油废气颗粒捕集器再生的含铁聚合物

说明书

本发明涉及用于燃料尤其是柴油燃料的含铁添加剂，以及它们的制备 方法。这些添加剂促进含碳材料的燃烧，尤其是在柴油废气颗粒捕集器的 再生中促进含碳材料的燃烧，并且表现出在燃料中尤其是柴油机机载定量 给料设备中的良好适用性。

不管是矿物(例如石油)还是生物(例如动物和/或植物)来源的含碳燃 料，都是普遍存在的能量来源。尤其是世界上许多地方依赖于液体含碳燃 料为车辆提供动力，以及用于民用和工业发电及供热。有效释放包含在这 些燃料中的能量取决于其有效燃烧。甚至在现代化设计的燃烧设备中，化 学燃烧方法通常不能进行至完全燃烧，这样的结果是一部分含碳材料不是 以二氧化碳而是以一种或多种更少氧化的物质排放出来。尤其是包含固体 富碳物质的颗粒排放物是一种公知的不完全燃烧的副产物。即使这些排放 物的少量释放也处于日益严格的环境审查下。

已经使用或者已经提议使用多种金属作为燃料添加剂促进来自燃料的 含碳材料燃烧。铁是一种这样的金属。此方式的燃烧改进可以减少排放物， 尤其是颗粒或烟排放物，但也可用于使设备以较低过量空气水平操作，这 样降低了通过逸出的气体造成的热量损失并且改进了系统效率。

柴油机已经证明是一种为许多设备包括例如公路车辆、火车以及船舶 等运输形式提供动力的普遍选择。对发动机效率不断增加的重视已经导致 了逐渐严格的柴油动力运输装置尤其是公路车辆的排放物标准。如今工程 师通常必须有效地利用一系列排放物控制策略以满足现代立法和社会排放 要求。

一种控制柴油机颗粒排放物的既定策略是在发动机的废气系统中使用 颗粒捕集器(也已知为颗粒过滤器)。捕集器通常包括过滤器元件，通常对 其孔径进行选择以允许废气流过但捕集组成柴油排放物的‘颗粒’元素的 小颗粒的不完全燃烧材料。以此方式，通过捕集主要比例的仍然由该柴油 机产生的少量颗粒的废气过滤方法增加了现代柴油机的天然效率。离开废 气系统的气体(‘尾管排放物’)因此基本上不含颗粒，这可以使工程师实现非 常低的颗粒排放目标。

颗粒捕集器及时过滤掉颗粒质的动作导致过滤器元件阻塞。如果放任 不管，则通过过滤器的气流阻碍到一定程度就会在废气系统中建立显著背 压，这影响了发动机的操作。此外抑制了其它颗粒的有效过滤。因为这些 原因，过滤器元件必须因此清除掉收集的颗粒以保持有效的功能。该清除 方法在所属技术领域通常已知为“再生”。

过滤器的再生本身通过燃烧方法有效地实现。已经开发了几种备选方 法。

所谓的‘有源’系统依赖于定期应用外部能量(如热量)将收集的颗粒 的温度升高到其在捕集器中发生自燃的温度。柴油机以贫空气：燃料化学计 量运行，且废气包含显著量的可用于在原位燃烧烧余颗粒的氧气(从空气装 料时留下)。在这些系统中，捕集器因此周期性地是第二燃烧室，其中颗粒 在离开尾管之前进一步燃烧为气体产物。

相反，‘无源’系统不依赖于外部能量，反而促进收集的颗粒以其它 方式在原位燃烧。在这些系统中，已经接受使用催化燃料添加剂作为一种 促进颗粒捕集器再生的实践方法。具有促进颗粒在较低气体温度下着火的 催化性能的基于金属的添加剂已经在商业上用于该目的。颗粒自燃通常仅 在大约600摄氏度的温度下发生。通常只有发动机的长时间高速、高负荷 运转过程中的废气才能达到(独立地)如此温度。催化添加剂的存在显著降 低了自燃温度，这促进了在更大范围的典型废气温度内的着火。结果是， 再生在更广泛的发动机工作包线下进行，无需外部能量来源。根据促进着 火程度，捕集的颗粒的着火和烧掉可以以循环(‘随机’)方式或连续地发生。

许多金属已经使用或建议使用在捕集器再生添加剂中。在这些金属中， 已经证明铁特别适合。一方面，铁有效地促进了再生以允许长期的捕集器 操作。另一方面，铁是环境友好的。在燃烧过程中，含铁化合物中的铁转 化为铁氧化物，其包含在燃烧室中不完全燃烧形成的颗粒中。如果这些颗 粒因此捕集在过滤器元件上，则铁理想地原位处于待着火的含碳材料中， 这样能产生促进着火的作用。得到的尾管排放物最终将一种天然存在的物 质氧化铁释放到大气中。

然而，实际使用含铁添加剂已经产生问题，这限制了将铁用作燃料添 加剂。