[发明专利]用于从柴油发动机的排气中去除氮氧化物的催化剂

说明书

本发明涉及一种用于从柴油发动机的排气中去除氮氧化物的催化剂并且涉及一种用于降低柴油发动机的排气中氮氧化物水平的方法。

柴油发动机的排气包括由燃料的不完全燃烧产生的炭烟颗粒（PM）和氮氧化物（NOx）、连同一氧化碳（CO）和烃（HC）污染气体。另外，柴油发动机的排气包含高达按体积计15%的氧。已知，这些可氧化的CO和HC污染物气体通过可以将它们传送经过一种适合的氧化催化剂而转化为无害的二氧化碳（CO₂），并且微粒可以通过将该排气穿过一个适合的炭烟颗粒过滤器而去除。

由于该柴油排气的氧含量高，氮氧化物的还原去除（“去氮氧（denoxing）”）是更加困难得多的。一种已知的去氮氧方法称为SCR法（SCR=选择性催化还原），即，这些氮氧化物通过还原剂氨在一种对其适合的催化剂（SCR催化剂）上进行选择性催化还原。氨可以按原样或者以环境条件下可分解成氨的前体化合物的形式来添加到该排气流中，“环境条件”被理解为是指在SCR催化剂上游的排气流中化合物可分解成氨的环境。该SCR法的完成要求一个用于提供还原剂的来源、一种用于将该还原剂如所要求地经计量后添加到该排气中的注射装置、以及安排在该排气的流动路径中的SCR催化剂。相对于该SCR催化剂而言全部被安排在该流入侧上的还原剂源、SCR催化剂、以及注射装置还被称为SCR系统。

另外，氮氧化物存储催化剂可以用于对柴油排气进行去氮氧。其工作模式在SAE文件SAE950809中进行了详细地描述。这些氮氧化物存储催化剂的清洁作用是基于通过主要呈硝酸盐形式的该存储催化剂的存储材料在该发动机的一个贫乏工作阶段中对氮氧化物的存储。在发动机的随后富足工作阶段，预先形成的硝酸盐被分解，并且再次释放的氮氧化物与这些还原性的排气组分在该存储催化剂上发生反应以便给出氮气、二氧化碳、以及水。

用于对内燃发动机排气去氮氧的组合方法也已经被描述，其中使用了SCR催化剂和氮氧化物存储催化剂。在这些组合系统中，该氮氧化物存储催化剂总体上被连接在该流入侧上该SCR催化剂的上游并且用于在富足工作阶段的过程中生产氨，它然后被存储在SCR催化剂的下游。由于在随后的贫乏工作阶段的过程中，由于动态存储容量的不充分导致突破氮氧化物存储催化剂的氮氧化物可以借助这种在该SCR催化剂的下游存储的氨而被还原成为氮气。例如在DE10104160、DE10308287以及WO2008/0077602中已经描述了相应的系统。

例如在EP0879633和US7,160,832中也已经提出了带有相对于该SCR催化剂而言被安排在该流出侧上的氮氧化物存储催化剂的反向系统结构。

此外，现有技术披露了同时具有氮氧化物存储作用并且能够通过氨对氮的选择性催化还原进行催化的催化剂。EP1203611披露了一种用于在排气贫乏的条件下对氮氧化物进行选择性催化还原的排气清洁装置，这包括至少一种带有用于选择性催化还原的催化活性组分（SCR组分）的催化剂以及另外至少一种氮氧化物的存储组分（NOx组分）。该催化剂通过脲SCR法来进行工作，即，用于氮氧化物的还原剂是氨，而氨是从添加到该贫乏的排气中的脲产生的。

DE19806062还披露了一种用于减少柴油发动机排气中污染物水平的还原催化剂，该还原催化剂包括，在其活性组成中的，一种NOx存储材料连同一种基于该催化活性氧化物TiO₂、WO₃、MoO₃、以及V₂O₅的SCR催化剂材料。该NOx存储材料包括作为一种活性组分的至少一种高表面积的无机氧化物，该无机氧化物优选是选自：Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂、沸石、以及片状硅酸盐。

EP0666099描述了以一种用于从氧化性排气中去除氮氧化物的方法，将这些氧化性排气传送通过一种存储这些氮氧化物的特定催化剂并且然后将一种还原剂周期性地添加到该排气中，这种还原剂将吸收在该催化剂的氮氧化物还原成氮气。该催化剂包括无机氧化物以及催化活性组分。这些催化活性组分首先包括选自以下项的贵金属：铂、钯、铑、以及钌，并且其次包括至少一种碱金属和/或碱土金属。另外，该催化剂可以包括选自以下项的重金属：锰、铜、钴、钼、钨、钒、或其化合物。

连同铈、锆和稀土金属，还包含铌的混合氧化物从US6,468,941已知并且在其中被用作储氧材料。此外，WO2005/085137也披露包含铈、锆和铌的混合氧化物。