用于贫燃发动机的排放物处理系统技术方案

本发明专利技术总体上涉及用于纯化由贫燃发动机排出的排气的排放物处理系统的领域。该排放物处理系统包括柴油氧化催化剂(DOC)、催化烟灰过滤器(CSF)、还原剂喷射器、基于AEI沸石的选择性催化还原(SCR)催化剂和位于基于AEI沸石的SCR催化剂下游的氨氧化催化剂(AMOx)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于贫燃发动机的排放物处理系统专利技术的
本专利技术总体上涉及用于纯化由贫燃发动机排出的排气的排放物处理系统领域。专利技术背景全世界对内燃机排放物的环境法规变得日益严格。贫燃发动机(例如柴油发动机)的操作由于其在高空气/燃料比下在贫燃条件下为用户提供了优异燃料经济性。然而，柴油发动机也会排放出含有颗粒物(PM)、未燃烧的碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)的排气排放物，其中NOx描述了各种化学种类的氮氧化物，尤其包括一氧化氮和二氧化氮。排放物颗粒物的两个主要组分是可溶性有机级分(SOF)和烟灰级分。SOF在烟灰上以层密集且通常衍生自未燃烧的柴油燃料和润滑油。取决于排气的温度，SOF可以以蒸气或气溶胶(即液体冷凝物的细液滴)的形式存在于柴油机排放物中。烟灰主要包含碳的颗粒。已知包含贵金属如一种或多种铂族金属(PGM)(分散于耐火金属氧化物载体如氧化铝上)的氧化催化剂用于处理柴油发动机的排放物，以通过催化这些污染物的氧化使碳氢化合物和一氧化碳气态污染物转化为二氧化碳和水。该类催化剂通常已包含在称为柴油氧化催化剂(DOC)的单元中，其置于柴油发动机的排放物流路中以在排放物排放至大气中之前处理排放物。通常柴油氧化催化剂在陶瓷或金属基材上形成，在其上沉积一种或多种催化剂涂料组合物。除了转化气态HC和CO排放物和颗粒物(SOF部分)外，含有一种或多种PGM的氧化催化剂还能促进NO氧化为NO2。催化剂通常由其起燃温度(light-offtemperature)或达到50％转化率的温度(也称为T50)限定。NOx(NO和NO2的组合)包含在排气中，例如来自内燃机(例如在汽车和卡车中)、燃烧装置(例如由天然气、石油或煤加热的发电站)和硝酸生产装置的排气。使用各种处理方法处理含NOx的气体混合物以减少大气污染。还原来自贫燃发动机(如汽油直喷和部分贫燃发动机)以及柴油发动机的排放物的NOx的一种有效方法要求在选择性催化还原(SCR)催化剂组分存在下使NOx在贫燃发动机操作条件下与合适还原剂如氨、尿素、氢气或碳氢化合物反应。SCR过程在大气氧的存在下使用还原剂(例如氨)催化还原氮氧化物，导致主要形成氮气和蒸汽：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O(标准SCR还原)(1)，2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O(慢速SCR反应)(2)；和NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O(快速SCR反应)(3)，将分子筛如沸石用于使用还原剂如氨、尿素或碳氢化合物在氧气存在下选择性催化还原(SCR)氮氧化物。沸石是具有相当均匀的孔尺寸的结晶材料，取决于沸石的类型以及沸石晶格中所包含的阳离子的类型和量，其直径在约3至10埃的范围内。具有8环孔开口和双6环二次构建单元的沸石，特别是具有笼状结构的那些最近兴趣在于作为SCR催化剂的用途。具有这些性能的特定类型的沸石是菱沸石SSZ-13(CHA)和SSZ-39(AEI)，其为可通过其三维孔隙度接近的具有8员环孔开口(-3.8埃)的小孔沸石。已知用于使用氨选择性催化还原氮氧化物的经金属促进的沸石催化剂，尤其包括经铁促进和经铜促进的沸石催化剂。使用经铜促进的CHA作为SCR催化剂的实践已描述于PCT申请WO2008/106519中。美国专利No.5,958,370首先公开了Cu-AEI在SCR催化剂中的潜在应用。PCT申请WO2008/132452公开了一种包含至少一种小孔分子筛的SCR催化剂，其中所述分子筛尤其还包含具有金属促进剂(promoter)的AEI。Moliner等，ChemicalCommunications(2012)，48(66)，8264-8266描述了Cu-AEI的合成及其作为用于选择性催化还原NOx的活性和水热稳定的催化剂的用途。基于同一组实验数据，PCT申请WO2013/159825要求保护该AEISCR与催化烟灰过滤器的组合的使用，然而没有给出该特定组合的实验。PCT申请WO2014/141200描述了与具有相似SAR和相似金属负载量的其他沸石催化剂相比，具有AEI结构和二氧化硅与氧化铝的摩尔比(SAR)为约20至约30的经金属促进的沸石更水热稳定。相应地，为了进一步改善柴油机排放物处理系统中的NOx转化率，需要在提供最小化的N2O释放的同时，相对于目前技术而言具有改善的NO转化效率(特别是对低温条件)的催化剂。专利技术概述本专利技术涉及一种用于贫燃发动机的排放物处理系统，该排放物处理系统包括柴油氧化催化剂(DOC)、催化烟灰过滤器(CSF)、第一还原剂喷射器、基于AEI沸石的选择性催化还原(SCR)催化剂和位于基于AEI沸石的SCR催化剂下游的第一氨氧化催化剂(AMOx)。本专利技术的第一方面涉及一种用于贫燃发动机的排放物处理系统，该排放物处理系统包括柴油氧化催化剂(DOC)、催化烟灰过滤器(CSF)、第一还原剂喷射器、基于AEI沸石的选择性催化还原(SCR)催化剂和位于基于AEI沸石的SCR催化剂下游的第一氨氧化催化剂(AMOx)；其中AEI沸石具有10-19，优选14-18的二氧化硅与氧化铝的摩尔比。本专利技术的第二方面涉及一种用于处理来自贫燃发动机的排气的方法，包括：(i)提供根据第一方面的排放物处理系统，和(ii)将来自贫燃发动机的排气引导通过排放物处理系统。附图简述图1是显示根据一个或多个实施方案的排放物处理系统的示意图；图2是显示根据一个或多个实施方案的替换排放物处理系统的示意图；图3是显示具有SAR16的AEI沸石的吸水率的图；图4是显示具有SAR16的AEI沸石的SEM图像的图；图5是显示具有SAR21的AEI沸石的SEM图像的图；图6是显示具有来自实施例1的AEISCR催化剂制品的排放物处理系统相对于具有来自对比例2和3的AEISCR催化剂制品的排放物处理系统的NOx转化率和N2O形成的比较结果的图；图7是显示具有来自实施例1的AEISCR催化剂制品的排放物处理系统相对于具有来自对比例2的AEISCR催化剂制品的排放物处理系统的NOx转化率和N2O形成的比较结果的图。实验方案的描述在描述本专利技术的几个示例性实施方案之前，应理解本专利技术不限于以下描述中所列出的结构细节或工艺步骤的细节。本专利技术能够具有其他实施方案且以各种方式实施或进行。处理汽车排气料流中所遇到的一个主要问题是所谓的“冷启动”时段，其为当排气料流和排气处理系统处于低温下时，在处理过程开始时的时间段。在正常行驶过程中的某些时段中也可能会遇到低温如长时间的低速城市行驶。此外，随着最近发动机研发，燃料燃烧效率持续提高，导致发动机熄火温度(engineouttemperature)总体降低。在约200℃的较低温度区域，持续需要排气处理系统以进一步提高活性，特别是更有效地将氮氧化物(NOx)转化为氮气(在温度如冷启动或长时间低速城市行驶时测得的那些下)。因此，为缓解该问题做出显著努力。此外，在S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于贫燃发动机的排放物处理系统，所述排放物处理系统包括柴油氧化催化剂(DOC)、催化烟灰过滤器(CSF)、第一还原剂喷射器、基于AEI沸石的选择性催化还原(SCR)催化剂和位于基于AEI沸石的SCR催化剂下游的第一氨氧化催化剂(AMOx)；/n其中AEI沸石具有10-19，优选14-18的二氧化硅与氧化铝摩尔比。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181102 CN PCT/CN2018/1136961.一种用于贫燃发动机的排放物处理系统，所述排放物处理系统包括柴油氧化催化剂(DOC)、催化烟灰过滤器(CSF)、第一还原剂喷射器、基于AEI沸石的选择性催化还原(SCR)催化剂和位于基于AEI沸石的SCR催化剂下游的第一氨氧化催化剂(AMOx)；
其中AEI沸石具有10-19，优选14-18的二氧化硅与氧化铝摩尔比。


2.根据权利要求1的排放物处理系统，其还包括置于基于AEI沸石的SCR催化剂和第一AMOx催化剂之间的第二SCR；以及任选地置于基于AEI沸石的SCR催化剂和第二SCR催化剂之间的第二还原剂喷射器。


3.根据权利要求1的排放物处理系统，其还包括第二SCR催化剂和任选地第二AMOx催化剂，其中基于AEI沸石的SCR催化剂和第二AMOx催化剂置于DOC和CSF的上游；且第二SCR催化剂和第一AMOx催化剂置于DOC催化剂的下游。


4.根据权利要求3的排放物处理系统，其还包括位于第二SCR催化剂前面的第二还原剂喷射器，其中第一还原剂喷射器置于基于AEI沸石的SCR催化剂的前面。


5.根据权利要求2-4中任一项的排放物处理系统，其中第二SCR催化剂包含选自AEI沸石、CHA沸石和BEA沸石的沸石材料。


6.根据权利要求1-5中任一项的排放物处理系统，其中基于AEI沸石的SCR催化剂和第二SCR催化剂包含经金属促进的沸石，所述金属独立地选自铁和铜中的一种或两种。


7.根据权利要求6的排放物处理系统，其中基于AEI沸石的SCR催化剂包含以金属的氧化物计并基于氧化物加基于AEI沸石的SCR催化剂的总重量为2.0-10.0重量％的金属，优选2.5-6.0重量％的金属。


8.根据权利要求6的排放物处理系统，其中第二SCR催化剂包含以金属的氧化物计并基于氧化物加第二SCR催化剂的总重量为2.0至8.0重量％，优选2.5至6.0重量％金属。


9.根据权利要求1-8中任一项的排放物处理系统，其中第一AMOx催化剂和第二AMOx催化剂独立地包含至少一种铂族金属组分和至少一种高表面积载体材料。


10.根据权利要求9的排放物处理系统，其中第一AMOx催化剂和第二AMOx催化剂独立地包含以相对于AMOx催化剂体积的PGM元素的总重量计为0.5g/ft3至10g/ft3，或基于干AMOx催化剂的重量为0.01重量％至2重量％的铂族金属。


11.根据权利要求1-10中任一项的排放物处理系统，其中第一AMOx催化剂和第二AMOx催化剂独立地包含粒度分布D50为1微米至10微米或粒度分布D90为2微米至30微米的高表面积金属氧化物。


12.根据权利要求1-11中任一项的排放物处理系统，其中第一AMOx催化剂和第二AMOx催化剂独立地包含高表面积金属氧化物，所述高表面积金属氧化物具有基于BET表征在50至400m2/g的范围内的表面积，或在0.3至1.5cm3/g的范围内的平均孔体积，或在2至50nm的范围内的平均孔半径。


13.根据权利要求1-12中任一项的排放物处理系统，其中第一AMOx催化剂和第二AMOx催化剂独立地包含具有负载在高表面积金属氧化物上的Pt的底层的催化剂涂层；并且还包含具有Cu-CHA或Cu-AEI层的第二催...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·莫伊雷尔，张嘉迪，戴宇，郝裕芬，魏明明，沈腾，
申请(专利权)人：巴斯夫公司，
类型：发明
国别省市：美国;US