[发明专利]用于催化性污染治理的氢气还原剂

说明书

包括配置为在催化制品上游引入氢气的氢气喷射制品的用于减少内燃机排气料流中的污染物的系统有效减少一氧化碳和/或烃和/或氮氧化物。氢气的引入可以是间歇的和/或在冷启动期间。

发明领域

本发明涉及车载制氢和使用氢气作为内燃机排气料流中的还原剂的系统、制品和方法。

发明背景

关于内燃机排放物的环境法规在全世界变得越来越严格。于它们在稀燃条件下在高空/燃比下运行，稀燃发动机，例如柴油机的运行为使用者提供优异的燃料经济性。但是，柴油机也排放含颗粒物(PM)、未燃烃(HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO_x)的废气排放物，其中NO_x描述各种化学类型的氮氧化物，尤其包括一氧化氮和二氧化氮。排气颗粒物的两种主要组分是可溶有机成分(SOF)和碳烟成分。SOF成层凝结在碳烟上，并通常源自未燃柴油燃料和润滑油。SOF可以根据排气的温度以蒸气或以气溶胶(即液体冷凝物的微滴)形式存在于柴油机排气中。碳烟主要由碳粒子构成。

包含分散在耐火金属氧化物载体，如氧化铝上的贵金属，如铂族金属(PGM)的氧化催化剂已知用于处理柴油机的排气以通过催化这些污染物的氧化将烃和一氧化碳气态污染物转化成二氧化碳和水。此类催化剂通常包含在被称为柴油机氧化催化剂(DOC)的单元中，将所述单元安置在来自柴油机动力系统的排气流路中以在其排放到大气中之前处理该排气。通常，柴油机氧化催化剂在陶瓷或金属基底上形成，在其上沉积一种或多种催化剂涂料组合物。除转化气态HC和CO排放物和颗粒物(SOF部分)外，含有PGM的氧化催化剂还促进NO氧化成NO₂。催化剂通常通过它们的起燃(light-off)温度或达到50％转化的温度(也称为T₅₀)定义。

用于处理内燃机排气的催化剂在相对低温运行期间，如发动机运行的初始冷启动期间较低效，因为发动机排气没有在足够高以有效催化转化排气中的有害组分的温度下。为此，本领域中已知的是包括吸附剂材料(其可以是沸石)作为催化处理系统的一部分以吸附和/或吸收气态污染物，通常烃，并在初始冷启动期间留住它们。随着排气温度提高，储存的烃从吸附剂中驱出并在较高温度下经受催化处理。

在例如来自内燃机(例如在汽车和卡车中)、来自燃烧设施(例如天然气、油或煤加热的发电站)和来自硝酸生产装置的排气中含有NO_x。已经使用各种处理方法处理含NO_x的气体混合物以降低大气污染。

减少来自稀燃发动机，如汽油直喷和部分稀燃发动机，以及来自柴油机的排气的NO_x的一种有效方法要求在稀燃发动机运行条件下捕集和储存NO_x并在化学计量或富燃发动机运行条件下或在稀燃发动机运行下通过在排气中喷入外加燃料以引发富燃条件来还原捕集的NO_x。稀燃运行周期通常为1分钟至20分钟且富燃运行周期通常短(1至10秒)以保留尽可能多的燃料。为提高NO_x转化效率，短时间和频繁再生优于长时间但较不频繁的再生。因此，稀燃NOx捕集催化剂制品通常必须提供NO_x捕集功能和三元转化功能。三元转化(TWC)通常是指将HC+CO转化成CO₂+H₂O和将NO_x还原成N₂。

一些稀燃NO_x捕集器(LNT)催化剂制品含有碱土金属元素。例如，NO_x吸附剂组分包括碱土金属氧化物，如Mg、Ca、Sr或Ba的氧化物。另一些LNT催化剂制品可含有稀土金属氧化物，如Ce、La、Pr或Nd的氧化物。NO_x吸附剂可与铂族金属催化剂，如分散在氧化铝载体上的铂结合用于催化NO_x氧化和还原。LNT催化剂制品在循环稀燃(捕集模式)和富燃(再生模式)排气条件下工作，在此期间将发动机在燃烧过程中产生的NO转化成至N₂。