[发明专利]紧密耦合的SCR系统

说明书

用于处理燃烧发动机废气的系统和采用该系统的方法在发动机起动期间改进NO_x转化率。该系统包括安装在紧密耦合的SCR壁流式过滤器(22)上游的紧凑SCR流通式整料(20)，其中紧凑SCR流通式整料可以是挤出的，或者由薄壁基底制成，从而使得SCR流通式整料与SCR壁流式过滤器相比，具有比热较低的较小体积以及较高的催化剂负载量。

技术领域

本发明涉及燃烧发动机废气的净化。

背景技术

汽车废气最棘手的组分之一是NO_x，它包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO₂)和氧化亚氮(N₂O)。NO_x的产生对于贫燃发动机，例如柴油机是特别成问题的。为了缓解废气中的NO_x对于环境的影响，期望优选通过不会产生其他有害或者有毒物质的方法，减小这些不希望的组分。

除了NO_x气体的产生，贫燃燃烧发动机由于它们的燃烧特性具有产生颗粒物质或者烟灰的缺陷，各种有机物可以被吸收在其上，包括未燃烧的烃和由源于燃料或者润滑油中存在的硫物质的二氧化硫氧化生成的硫酸。柴油机废气相比于汽油发动机倾向于会产生更多的烟灰。

由于来自贫燃燃烧发动机的废气加剧了空气污染，处理系统对于减小运行贫燃燃烧发动机的污染影响起决定作用。

普遍采用两种方法来降低贫燃燃烧发动机废气中的污染物。第一种方法将柴油机废气中的NO_x转化为更良性的物质，也称为选择性催化还原(SCR)。SCR过程包括在有催化剂和还原剂存在的情况下将NO_x转化为单质氮(N₂)和水，所述还原剂通常为无水氨、氨水或者尿素。第二种方法通过使含烟灰的废气通过颗粒过滤器来减少烟灰排放物。然而，烟灰颗粒在过滤器上的累积会使得在运行期间排气系统的背压不期望地升高，从而降低效率。为了再生过滤器，已经累积的碳基烟灰必须从过滤器上移除，例如通过在高温被动或者主动的氧化来定期燃烧烟灰。

从WO99/39809已知，将多个单独的独立组件包括SCR催化剂结合在排气系统中，用于处理尤其是颗粒物质和氮氧化物。例如，合并有还原剂的发动机废气流可以首先流过掺入了SCR催化剂的流通式整料，以减少NO_x，然后气体再在下游被处理以通过经过颗粒物质过滤器去除颗粒物质。这种设计的缺点在于废气后处理组件的数量增多增加了排气系统的整体成本，同时还增大了整个系统的体积和重量，这对于车辆来说是特别不利的。车辆排气系统总体上越重，车辆用于运输它所需的燃料就越多。

为了克服上述缺陷，已经设计出能减少NO_x和颗粒物质且具有单个组件的排气系统。美国专利公布2010/0180580公开了一种将SCR催化剂与壁流式过滤器结合的系统。壁流式过滤器包含多个相邻的、平行的一端封闭的通道，其中封闭以交替的模式在相邻通道的相对端进行。通道交替封闭端防止进入过滤器入口面的气体直接流过通道并且离开该通道。相反，废气进入基底的前部并且行进到通道的约一半，在这里被迫穿过通道壁，然后离开基底的出口面。催化剂通常以含水混合物或者活化涂层(washcoat)的形式应用在壁流式过滤器的壁上，然后煅烧以附在壁的表面上。

某些SCR壁流式过滤器的缺陷在于能够用于它的表面的催化剂的数量有限。厚的活化涂层将使通道变窄，并在一些情况下使气孔变窄，并且阻止有助于背压的气流，和消极地影响系统的效率。用于减小背压的已知方法包括限制采用的活化涂层的体积。活化涂层减少导致催化剂减少，并且使得过滤器转化NO_x的能力降低。最后，将SCR催化剂涂覆到壁流式过滤器的表面增加了过滤器的总重量。增加的质量将需要更多的时间和能量来将壁流式过滤器加热到催化剂活化所需的温度，在起动时当发动机还没有达到它的正常稳定状态的操作温度时这是严重的缺陷。为了提高加热SCR壁流式过滤器的速率，过滤器可以靠近发动机设置。