[发明专利]用于处理含NOX和颗粒的柴油排气的催化剂体系

说明书

本发明涉及一种用于处理柴油排气的催化剂体系，该催化剂体系在该排气的流动方向上包含一种氮氧化物存储催化剂和一种柴油微粒过滤器，其中这两种成分包括催化活性的贵金属。

由柴油发动机驱动的机动车辆的排气不仅包含一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO_x)，而且还包含来源于在汽缸的燃烧室中的燃料的不完全燃烧的多种成分。这些不仅包含通常同样主要呈气体形式的残余的烃类(HC)，而且还包含也被称为“柴油炭烟”或者“炭烟颗粒”的微粒排放物。这些是，由主要地含碳的固体颗粒以及通常主要由相对长链的烃缩合物组成的一种粘附液相构成的复合团聚体。粘附到这些固体成分上的液相也被称为“可溶的有机部分SOF”或者“挥发性的有机部分VOF”。

为了清洁这些排气，所述成分必须非常实质性地转化为无害的化合物，这仅仅使用适合的催化剂是可能的。

例如，粘附在炭烟颗粒上的一氧化碳(CO)、气态烃类(HC)以及任何有机团聚体(被称为“挥发性有机部分”，VOF)可以在氧化催化剂的帮助下氧化地去除。

通过使用微粒过滤器从柴油车辆的排气中去除微粒排放物。微粒过滤器总体上是壁流式过滤器基底，即，具有气密密封的、被多孔壁界定的并且彼此分开的交替的流入和流出通道的蜂窝状物。通过存在于出口侧上的气密闭合塞迫使正流动进入到流入通道中的含微粒的排气穿过多孔壁，并且从在该流入侧上封闭的流出通道处再次离开该壁流式过滤器基底。在这个过程中，柴油炭烟从该排气中过滤出去。

随着过滤的炭烟颗粒量的增加，在该排气系统中的背压上升，并且所以该过滤器必须定期通过烧掉炭烟进行再生。由于炭烟与氧的着火和烧尽所要求的超过550℃的温度典型地可能仅在现代客运车辆柴油发动机中的全负荷工作中实现，为了防止该过滤器被炭烟堵塞，附加的措施对于过滤的炭烟颗粒的氧化是绝对必要的。为此目的，该过滤器可以涂覆有一个能够降低炭烟着火温度的催化剂层。配备有一个催化剂层的微粒过滤器也被称为cDPF(催化的柴油微粒过滤器)并且，例如，在SAE文件SAE 2005-01-1756中进行了描述。

去除氮氧化物的一种可能的方式是使用氮氧化物存储催化剂，其中术语“贫NOx捕捉器”或LNT已经建立。其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工作阶段中对氮氧化物的存储，以及其再次在该发动机的一个随后的富工作阶段的分解，以及由此释放的氮氧化物与这些还原性的排气成分在该存储催化剂上反应以便产生氮气、二氧化碳以及水。这种工作模式例如在SAE文件SAE 950809中进行了描述。

有用的存储材料尤其包括镁、钙、锶、钡、碱金属、稀土金属的氧化物、碳酸盐或氢氧化物或其混合物。因为它们的碱性特性，这些化合物能够与排气中的酸性氮氧化物形成硝酸盐并且以此方式储存它们。它们以非常高的分散度(dispersion)沉积在适合的载体材料上来产生与排气的大的相互作用面积。氮氧化物存储催化剂总体上附加地包含贵金属如铂、钯和/或铑作为催化活性组分。它们具有以下任务，首先在贫条件下将NO氧化为NO₂，并且将CO和HC氧化为CO₂，并且其次将在其中氮氧化物存储催化剂再生的富工作阶段过程中释放的NO₂还原为氮气。

在氧的存在下从排气除去氮氧化物的另一种已知方法是通过氨在一种合适催化剂(SCR催化剂)上的选择性催化还原的方法(SCR方法)。在这个方法中，有待从排气中去除的氮氧化物与氨进行反应产生氮和水。用作还原剂的氨可以作为排气系统中的次级排放物而产生，或可以通过将一种可以形成氨的前体化合物计量引入至排气线和随后的水解供使用，该前体化合物例如尿素、氨基甲酸铵或甲酸铵。

该SCR方法的后者的变体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计量引入到排气中的注射装置、以及一种布置在该排气的流动路径中的SCR催化剂。

为了能将所讨论的有害的排气组分去除到所要求的程度，所述催化剂和过滤器必须以一种适合的方式彼此结合以便形成一个排气处理系统。这对于要满足Euro6标准或甚至后继标准的车辆尤其是如此。