[发明专利]用于除去来自发动机废气的颗粒物质和有害化合物的方法、多功能过滤器和系统

说明书

本发明涉及一种用于通过以下顺序步骤而除去来自压燃式发动机的废气的包含氮氧化物、挥发性有机化合物和一氧化碳的有害化合物以及颗粒物质的多功能壁流式过滤器和具有相同功能的一种系统：(a)将一定量的尿素水溶液液滴形式的SCR还原剂加入到废气中；(b)将与所述尿素水溶液液滴混合的废气引入至壁流式过滤器的入口通道，并在氧化催化剂的存在下将挥发性有机化合物和一氧化碳氧化成二氧化碳和水以及将一氧化氮氧化成二氧化氮，所述氧化催化剂布置在位于壁流式过滤器入口侧的可渗透的多孔分隔壁上，所述氧化催化剂是活性的；(c)随后将来自步骤(b)的废气中的尿素水溶液液滴蒸发并分解成氨；(d)将含有氨的废气通过壁流式过滤器的可渗透的多孔分隔壁送至过滤器的出口通道，并在面向过滤器入口通道的可渗透的多孔分隔壁的表面上捕获所述颗粒物质；(e)通过与废气中所含的二氧化氮反应，连续除去所捕获的颗粒物质；和(f)随后在布置在气体可渗透的多孔隔壁内和/或面向壁流式颗粒过滤器的出口通道的壁面上的SCR活性催化剂的存在下，通过与氨反应而从废气中除去剩余的二氧化氮。

技术领域

本发明涉及一种用于减少来自稀燃内压燃式发动机的废气中存在的氮氧化物(NOx)和颗粒物质的排放的方法、多功能过滤器和系统。

背景技术

具有稀燃发动机的现代汽车的废气系统通常配备有氧化催化剂、颗粒过滤器和用于在还原剂存在下选择性还原NOx(SCR)的催化剂。

在有机化合物和一氧化碳的氧化中呈活性的氧化催化剂和SCR催化剂是本领域已知的并且已在许多公开出版物中公开。

在柴油废气清洁系统中通常使用的颗粒过滤器(DPF)是具有多个入口和出口通道的壁流式过滤器。入口通道在其出口侧关闭，出口通道在其入口侧封闭，使得流入过滤器的气体强制通过限定通道的多孔壁，由此将颗粒物质从气体中滤出。

为了满足未来关于柴油客车和卡车的排放规定，需要使用柴油颗粒过滤技术和NOx还原催化剂两者。由于其具有燃料优化和NOx去除效率高的潜力，SCR通常是用于NOx还原的优选技术。DOC(柴油氧化催化剂)、DPF(柴油颗粒过滤器)和SCR(选择性催化还原)催化剂在废气系统中顺序组合，但这种顺序系统配置有几个缺点：1)体积大；2)当DPF置于SCR前面时，在冷启动期间SCR催化剂的温度不足；和3)如果将SCR置于DPF上游，则条件不利于被动式过滤器的再生(较低的NO₂和温度)。

积聚在过滤器入口侧的过滤壁上的颗粒物质必须通过主动再生或通过非催化的被动再生来去除，在主动再生中，颗粒物质通过在升高的废气温度下与和废气中的氧气相组合的负载在过滤壁上的氧化催化剂接触而被催化燃烧掉。

通过碳与在上游DOC上形成的NO₂在250℃-450℃下的氧化进行被动的过滤器再生，如以下反应所示：

C+NO₂→CO+NO (1)

C+2NO₂→CO₂+2NO (2)

并且由于颗粒物质通常含有作为SOF(可溶性有机馏分)的烃，这里用“CH”代表烃：

“CH”+2.5NO₂→CO₂+2.5NO+0.5H₂O (3)

快速SCR反应

4NH₃+2NO+2NO₂→4N₂+6H₂O (4)

与上述碳反应竞争可用的NO₂。

通过将DOC和SCR催化剂作为一个多功能单元整合到颗粒过滤器中，可以解决这些问题。

发明内容