[发明专利]一种等离子体促进的氮氧化物存储还原脱除方法

说明书

技术领域

本发明属于大气污染物治理技术领域，涉及一种等离子体促进的氮氧化物存储还原脱除方法，特别涉及到一种应用在贫燃与富燃交替条件下，低温高效脱除氮氧化物的方法。

背景技术

随着人类社会活动和生产的迅速发展，环境污染问题日益严重，致使整个生态环境遭到严重的破坏，乃至威胁到人类的生存。其中，氮氧化物（NO_x，主要是指NO和NO₂，有时也将N₂O纳入）作为主要的空气污染物之一，是产生酸雨、光化学烟雾及有关环境破坏的主要因素，并可导致人眼红肿，视力减退，呼吸急促，头痛和肺水肿等疾病，威胁人类的生命。

全世界每年排入大气中的NO_x总量达5000万吨以上，其主要来自煤和燃油的高温燃烧、锅炉、各类燃油发动机以及硝酸或硝酸盐工厂所排放的尾气。研究表明，大气中40%以上的NO_x都来自汽车尾气的排放。因此，如何有效地脱除汽车内燃机尾气的污染已经成为了全世界广泛研究的热点。

贫燃发动机以其动力性能强，燃料利用率高，环保性能好等优点而得到了广泛的推广使用。但是这类发动机产生富氧排气，其尾气中高含量的氧使得传统三效催化剂对NO_x的还原活性很低。如何在富氧气氛下有效脱除NO_x已成为环境催化领域研究的热点，各国产业界和学术界都进行了大量的工作。已经研究过的或正在开发中的解决方法包括NO_x的直接分解、选择性催化还原(SCR) 和存储还原(NSR)几种。NO_x的直接分解因过量氧的存在，活性很低，而被认为不适合实际使用。选择性催化还原使用的还原剂主要有NH₃、尿素、烃类、氢气和有机含氧化合物等，催化体系包括贵金属、沸石和金属氧化物几种。但现有的催化剂和还原剂组成的催化还原体系均存在一些问题，如：沸石催化剂水热稳定性和抗硫性比较差，贵金属催化剂温度窗口狭窄，以及采用腐蚀性气体NH₃带来的存储及运输问题等，这些都限制了该方法的使用。NSR方法是另一种得到广泛研究的技术，它最先由日本丰田汽车公司提出(Eur. Patent 0573672Al)，其主要原理是通过发动机的改进或反应器的设计，使尾气气氛可以在贫燃气氛和富燃气氛之间周期变化。在贫燃阶段，向燃烧体系中通入过量的空气，使NO_x在氧化性气氛中以硝酸盐的形式被存储在催化剂的吸附材料中；在富燃阶段，向燃烧体系中通入过量的燃料，由于燃料不能充分燃烧，从而产生烃类、一氧化碳等还原性气氛，贫燃阶段存储的NO_x从吸附材料上脱附，并被还原剂催化还原为无害的氮气和水。典型的NSR催化剂组成为高比表面的载体材料Al₂O₃、催化氧化/还原反应的贵金属组分Pt和存储NO_x的物质Ba的氧化物。这种催化剂虽然已经在燃油中硫含量极低的日本得到了实际的应用，但这种催化剂的NO_x存储量仍然较小，如何进一步提高催化剂NO_x的存储量，从而延长贫燃阶段的持续时间，达到节省燃料的目的，仍然是当前亟待解决的问题。此外，该催化剂仍存在操作温度窗口较窄，特别是在低温（< 300℃）下活性不高的问题。因此提高催化剂的NO_x存储量和低温活性，已经成为该方法实用化的关键。

在提高NO_x存储量，即延长存储时间方面，我国已经有专利公开，公开号：200780017672、200910235415、98812491、00807886、98812243等发明中，对延长存储时间，提高NO_x的存储量，做了一些工作，但是这些发明主要侧重于利用催化剂材料的吸附性能，并未考虑其还原再生性能，但NSR催化剂在实际应用中，除了需要较好的存储性能，还需要催化剂能够在还原气氛中迅速再生，从而能够进行下一次的存储，以便起到持续脱除汽车尾气中NO_x的目的。也就是说，与存储性能相比，催化剂还原性能同样重要。