通过将废气通过包含将ＮＯ氧化为ＮＯ↓［２］和将添加的烃部分氧化成醛的第一级氧化铝载银催化剂的分级催化剂床层，有助于稀燃发动机废气中的ＮＯ↓［ｘ］成分的烃辅助选择性催化还原。银催化剂下游是第二催化剂，其被选择用于将烃和醛类与ＮＯ↓［２］还原反应成氮气。γ－氧化铝和ＢａＹ沸石都是适合作为第二级催化剂的例子。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及来自稀燃汽油和柴油发动机的废气的处理，其中将NOx转化 为氮气。更具体的，本专利技术涉及使用多级催化反应器烃辅助选择性催化还原 富氧废气中的氮氧化物，多级催化反应器包含氧化铝载银催化剂作为用于转 化NO为N02以及部分氧化烃类的第一级，和用于将N02转化为氮气的第二 级催化剂。
技术介绍
稀燃(lean-burn)汽油和柴油发动机是在高于化学计量比的空气/燃料 (A/F)质量比下运行，用于节约燃料。与化学计量比的汽油发动机相比，它 们还提供了好的驾驶性能并减少二氧化碳的排放。这样的稀燃发动机产生的 热废气中含有相对高浓度的氧气和氮氧化物(NOx)。来自于已经预热后的柴 油发动机的废气温度通常是200。C至40(rC，并具有如下的典型组成以体积 计，约10-17%的氧气，3。/。的二氧化碳，0.1%的一氧化碳，180ppm的烃，235ppm 的NO、和余量的氮气和水。由于在热废物流中存在高含量的氧气(02)和7K， 使得这些通常包含一氧化氮(NO)和二氧化氮(N02)的NOx气体难于被还 原成氮气(N2)。传统的釆用化学计量比汽油发动机的三元催化剂不能非常有效地处理稀 燃废气。研究者试图找到能够使用发动机出口的烃来选择性还原NOx (HC-SCR)(而不管与废气中氧含量的竞争性燃烧反应)的耐用催化剂。因 为其低活性，窄的操作温度窗口以及候选催化剂材料不够耐久，使得这样的 催化剂开发并不成功。用于稀燃汽油或柴油发动机的NOx排放控制的技术之一是采用选择的燃 料成分烃加入到废气物流中来还原NOx。提供该烃以产生用于将氮氧化物还 原为氮的化学组分。在这种烃辅助SCR中，乙醇被认为是具有类似烃的还原 剂效用，因为它能够在废气中转化成在还原NOx中有用的化学组分。乙醇可 以作为燃料添加剂提供，以及如果需要的话，乙醇可以从燃料简单蒸馏出并储存在车辆的独立储罐中。在一个由本专利技术的受让人开发的HC-SCR的改进中，环境空气ilil一^N氐 温等离子发生器以产生臭氧，并将臭氧引入到废气物流之中用于将NO氧化成 为更容易转化成N2的N02。在废气中，臭氧和氧气一起促进烃有限制地氧化成 醛和醇， 转化为包含多于两个碳原子的化合物。在等离子辅助的HC-SCR 系统中，部分氧化的HC例如醛和醇(>C2)，在JIil由BaY沸石(上游床层) 和CuY沸石(下游床层)催化剂组成的,层上，能非常有效的还原NOx。然 而只有釆用大体积的此类催化剂才能获得高NOx转化效率，其导致了封装问题 和预热缓慢。由银微粒分散在高表面积"氧化铝颗粒(Ag/Al203)上组成的催化剂， 在釆用各种烃组分，例如发动机出口HC,部分氧化的HC和燃料成分的HC， 来还原NOx的方面显示出适中的效果。对于较低成本的工艺，优选使用非贵 金属催化剂用于NOx转化。此外，Ag/Al203能在比碱金属阳离子交换的沸石 催化剂更高的空速下还原NOx。然而，单独使用银催化剂不足以将全部的NO 转化为N2，并且在废气中会产生不期望的副产物。因此，本专利技术的目的在于提供一种改进的方法，在该方法中使这种富氧 和含氮氧化物的废气混合物中进行烃辅助选择性催化还原。本专利技术的更具体 的目的在于提供一种在进行HC-SCR中使用银催化剂的改进方法。专利技术概述稀燃发动机废气包含如上所述的气体成分，还有含碳和不完全燃烧的烃 的微粒物质。废气可以通过合适的过滤器或氧化反应器，在进行选择性催化 还原NOx组分之前，来降低颗粒和不完全燃烧的气态烃含量。在烃辅助选择性催化还原稀燃发动机废气中的NO和N02时，向废气中 加入合适的燃料成分的烃，以提供用于还原NOx成分的组分。例如烃辅助物 质可以是汽油馏分或低分子量的柴油馏分，和/或氧化的烃如G至C3的醇， 如乙醇。烃按照废气中氮的含量成比例加入。通常，在较高氧含量和和较高 废气或催化剂温度下，需要更高的烃量。温度可能根据发动机运行在很广的范围内变化的废气然后穿过并接触选 择性还原催化剂材料。催化剂通常用作涂层(washcoat)，涂覆于一个或多个陶 瓷(例如堇青石)整料石砖的蜂窝壁。废气通过整料蜂窝的空速通常在约25Kh—1至约50Kh—1的范围内。竞争性氧化反应和还原反应可能同时在气相中和催化剂颗粒上发生。烃裂变成更小的烷烃或烯烃分子，并部分氧化成醇和醛。N0氧化成N02，以及 NO和N02都希望被还原成氮气。也可能形成一些含氧和含氮的碳化合物。包含分散在高表面积较大颗粒上的细颗粒银，Y-氧化铝(Ag/Al203)的 催化剂，即使是在相对低的废气温度下裂解烃作为还原组分并用于转化NO 为N02和N2，也是有效的。但是银催化剂的最佳用法是和下游的二级催化剂 联合使用，以促进将NOx成分选择性催化还原为氮气。例如基于氧化铝或BaY沸石之类的第二级催化剂位于Ag催化剂的下游， 以促进N02和部分氧化的烃(如醛)的反应。该下游催化剂床层可以由适合 促进NOx和碳以及含氧还原物质反应的材料制成。当废气以相对高的空速接触Ag催化剂床层时，NO和烃或C^醇会快速转 化成N02和醛。废气接着流入，触第二级床层，例如包含氧化铝或合适的金 属阳离子交换过的Y沸石的第二级床层，在这里完成N02被醛还原成N2。如果在双层床反应器中形成了显著量的氨或其它含氮类物质，没有在还原 NCb时被消耗，贝何以使用用于NH3还原NOx的已知催化剂(例如铜交换ZSM 沸石或Cu/TKD2)的第三级催化剂床层。因此，本专利技术所述的分级烃辅助选择性催化还原系统包括银催化剂的第 一级床层(例如位于第一整料壁上的涂层)，包含i顿醛还原N02为氮气的催化 剂的第二级床层(例如位于下游的第二整料壁上的涂层)，以及可选地包含^ffi 氨还原N02的催化剂的第三级床层。这种低成本分级反应器系统在宽废气^j^范围内，能有效地获得Na成分转化为氮气的高转化率。本专利技术的其它目的和优点将通过如下4腿的实施方案的具体描述来展现。 附图简述附附图说明图1是当初始含有NO和乙醇添加齐啲模拟稀燃发动机废气物流，以100k h—1的空速和在225"C至35(TC范围内增加的相对低的催化剂温度下，ilil分级 Ag/Al2CM崔化剂床结构时，来自NO和N02的N2生成率(％)的图表。附图2是当初始含有NO和正辛烷添加剂的模拟稀燃发动机废气物流，以 100k h"的空速和在225X:至35(TC范围内增加的相对低的催化剂温度下， 分级Ag/Al203催化剂床结构时，来自NO和N02的N2生成率(％)的图表。附图3是当初々始有NO和正辛烷添加齐啲模拟稀燃发动机废气物流，以 100k h—1的空速和在325。C至475。C范围内增加的催化剂温度下，通过分级 Ag/Al203+BaY催化剂床结构，相对于其物理混合物，来自NO和N02的N2生成率(％)的图表。优选实施方案的描述制备银催化剂和示例的第二级催化剂，用于在模拟来自稀燃发动机废气组 合物的选择性催化还原中的使用和测试。在本专利技术{，实施方式中，使用银催 化剂作为第一级催化剂和Y-氧化铝催化剂或BaY沸石催化剂作为第二级催化剂 的双层床催化反应器。这些实施例中所用的催化齐啲制备如下。催化剂制备及表征在商用Y-Al203粉体(Sasol， CataloxS本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种将稀燃发动机废气中ＮＯ↓［ｘ］内容物转化为氮气的方法，其中废气中包含ＮＯ和ＮＯ↓［２］，该方法包括如下步骤： 向废气中加入燃料成分烃和／或Ｃ↓［１］至Ｃ↓［３］醇；以及将废气通过催化反应器，其包括主要由在氧化铝上负载Ａｇ组成的催化剂上游段，和相邻但是分开的用于还原ＮＯ↓［２］为氮气的催化剂下游段。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：李钟桓，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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