[发明专利]用于清洁废气同时避免产生一氧化二氮的系统和方法

说明书

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本发明涉及用于清洁废气的方法，以及相应而设计的废气系统。本发明方法或相应的系统用于避免形成作为次级废气的一氧化二氮，其可主要在加载具有NH₃的特定催化剂类型期间生成。

机动车辆中内燃机的废气通常含有有害气体一氧化碳(CO)和烃类(HC)、氮氧化物(NO_x)和可能的硫氧化物(SO_x)以及微粒，所述微粒主要由烟尘残留物和可能附着的有机附聚物组成。这些物质被指定为是主要排放物。CO、HC和微粒是发动机燃烧室内的燃料不完全燃烧的产物。当燃烧温度在局部超过1400℃时，进气中的氮气和氧气会在气缸内形成氮氧化物。非合成燃料中总是存在少量的有机硫化合物，而有机硫化合物的燃烧会生成硫氧化物。为了去除机动车辆废气中这些对健康和环境有害的排放物，已经开发了多种用于净化废气的催化技术，其基本原理通常基于引导需要净化的废气通过由流通式或壁流式蜂窝状体和涂覆于其上的催化活性涂层组成的催化剂。这种催化剂促进不同废气组分的化学反应，同时形成无害产物，如二氧化碳和水。

在一定程度上，根据催化剂处要净化的废气组成和预期废气温度水平，所使用的操作方式和催化剂组成显著不同。多种用作催化剂中催化活性涂层的组合物含有这样的组分，其中，在一定的操作条件下，一种或多种废气组分可以被暂时束缚，而当操作条件发生适当改变时，该组分可被重新有意地释放。具有这种能力的组分在下文通常被称为储存材料。

氮氧化物储存催化剂(NSC、LNT、NSR)用于去除被称为稀燃混合物发动机(柴油机、Lean-GDI)的稀燃废气中所含的氮氧化物。其中的净化效果基于以下事实：在发动机的稀燃操作阶段(储存阶段，稀燃操作)，氮氧化物由储存催化剂的储存材料以硝酸盐的形式储存。在随后发动机的富燃操作阶段(再生阶段，富燃操作，DeNOx阶段)，先前形成的硝酸盐被分解，并且在富燃操作过程中，伴随着废气富燃组分的还原，再次释放的氮氧化物在储存催化剂处被转化为氮气、二氧化碳和水。除了别的以外，烃类、一氧化碳、氨气和氢气被指定为废气的富燃组分。

在SAE文献SAE 950809中详细描述了氮氧化物储存催化剂的操作原理。氮氧化物储存催化剂的组成是本领域技术人员非常熟悉的。氮氧化物储存材料通常是碱金属或碱土金属的碱性化合物，例如钡和锶的氧化物、氢氧化物或碳酸盐，其以精细分布的形式沉积在合适的基底材料上。此外，氮氧化物储存催化剂还具有催化活性的铂族贵金属，以及储氧材料。众所周知的储氧材料为氧化铈和铈与锆的混合氧化物，其中可能掺杂有另外的氧化物，尤其是掺杂有稀土金属氧化物，诸如氧化镧、氧化镨、氧化钕或氧化钇(Autoabgaskatalysatoren,Grundlagen–Herstellung–Entwicklung–Recycling-[Automobile Exhaust Gas Catalytic Converters,Foundations-Manufacture-Development-Recycling-Ecology],Christian Hagelüken,2nd edition,2005,p.49(汽车废气催化转换器，建立-制造-发展-回收-生态学)，Christian Hagelüken，第二版，2005年，第49页)；Catalytic Air Pollution Control,Commercial Technology,R.Heck et al.,1995,pp.73-112(催化空气污染控制，《商业技术》，R.Heck等人，1995年，第73-112页))。这种组成在化学计量操作条件下赋予了氮氧化物储存催化剂三元催化剂的功效(DE102010033689以及其中引用的文献)。