具有催化ＳＣＲ过滤器和下游ＳＣＲ催化剂的排气处理系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于处理包含ＮＯｘ和颗粒物的发动机废气流的排气处理系统及方法，包括颗粒过滤器，其包含用于ＮＯｘ转化的第一ＳＣＲ催化剂和用于设置在颗粒过滤器下游的基质上的ＮＯｘ转化的第二ＳＣＲ催化剂。系统ＮＯｘ转化和系统反压增高处于目标操作窗口内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有催化SCR过滤器和下游SCR催化剂的排气处理系统及方法相关申请的互连引用本专利技术要求根据35U. S. C. § 119(e)于2008年12月M日递交的申请号为 61/140，731的美国临时申请的优先权，它的内容通过引用并入本文。
技术介绍
本专利技术涉及一种用于处理气体排放物的系统和方法。在一具体实施例中，该系统包括至少涂覆有第一催化剂的颗粒过滤器和至少涂覆有第二 SCR催化剂的基质。所述第一催化剂通过还原剂有效促进NOx的选择性催化还原(“SCR”)。柴油机废气是一种非均勻混合物，其不仅包含像一氧化碳(CO)、未燃烧的碳氢化合物(“HC”)和氮氧化物(“N0X”)这类气体排放物，还包含构成所谓的颗粒或颗粒物的凝聚相材料(液体和固体)。通常，向柴油机排气系统内提供催化剂组合物和在其上处理组合物的基质以将这些废气中某些成分或所有的成分转化成无害成分。比如，柴油机排气系统可包含一个或多个柴油氧化催化剂、煤烟过滤器和用于NOx还原的催化剂。已知，包含钼族金属、基质金属及其组合物的氧化催化剂通过将污染物氧化成二氧化碳和水，来促进HC和CO气体污染物和一定比例的颗粒物的转化，从而促进柴油机废气的处理。这种催化剂一般由被称为柴油氧化催化剂(“D0C”)的单元组成，将该柴油氧化催化剂置入柴油机的废气中以在废气排入大气之前对其进行处理。除了这种气态HC、C0和颗粒物的转化外，包含钼族金属的氧化催化剂(通常将其分散在耐火的氧化物载体上)促进一氧化氮(NO)氧化成N02。柴油废气的总颗粒物排放物由三种主要成分组成。一种成分是固体的、干燥的固体含碳成分或煤烟成分。这种干燥的含碳物质构成通常与柴油废气相关的可见的煤烟排放物。该颗粒物的第二种成分是可溶性有机成分(“S0F”)。这种可溶性有机成分有时是指挥发性有机成分(“V0F”)，其术语将在本文中使用。该挥发性有机成分可在柴油废气中随柴油废气的温度以蒸汽或悬浮微粒(液态冷凝物的细微滴)的形式存在。正如像美国重型瞬态联邦测试法这种典型的计量测试所规定的，该挥发性有机成分在稀释的废气中，在标准颗粒收集温度为52°C下通常以冷凝液体的形式存在。这些液体从两种来源中产生(1)活塞每次上下移动时从发动机气缸壁上刮下的润滑油；和( 未燃烧的或部分燃烧的柴油。该颗粒物的第三种成分是所谓的硫酸盐成分。该硫酸盐成分由柴油中存在的少量硫成分形成。在柴油燃烧时形成小部分的SO3，其反过来快速与废气中的水结合形成硫酸。 该硫酸作为凝聚相于作为悬浮微粒的颗粒聚集，或吸附在其他颗粒成分上，从而增加总颗粒物的质量。一种用于高颗粒物还原的后处理技术是柴油颗粒过滤器。已知有很多用于去除柴油废气中的颗粒物的过滤器结构，比如蜂巢壁流过滤器、盘绕或包装纤维过滤器、开孔泡沫、烧结金属过滤器等等。然而，以下所述的陶瓷壁流过滤器获得最多关注。这种过滤器能去除柴油废气中90%以上的颗粒物。该过滤器是一种用于去除废气中颗粒的物理结构，而且积累的颗粒会增高发动机上的过滤器内的反压。因此，必须将积累的颗粒持续地或周期性地从过滤器中烧尽以使其维持可承受的反压。氨选择性催化还原(SCR)是一种NOx减排技术，用于满足柴油机和稀混合气发动机内的严格的NOx排放目标。在氨SCR过程中，使用通常包含基本金属的催化剂使NOx (限定为NCHNO2之和)与氨(或像尿素这样的氨前体)反应形成二氮(N2)。包含促进NOx的SCR催化剂的催化壁流过滤器假定有两种功能去除废气流中的颗粒成分和将废气流中的NOx成分转化成队。在机动车内常见的空间约束下，涂覆有SCR的壁流过滤器需要在壁流过滤器上有足够的SCR催化剂组合物的装载量，才可达到NOx的还原目标。由于连续暴露于废气流中的特定有害成分中或高温下，组合物的催化作用随时间推移逐渐丧失，这就提高了对更高的SCR催化剂组合物的催化剂装载量的需求。然而，使用更高的催化剂装载量对壁流过滤器进行涂层可能在排气系统内导致不可承受的高反压。反压增高可能对燃料效率产生不利影响。对壁流过滤器涂层的另一个考量方面是对合适的SCR催化剂组合物的选择。首先，催化剂组合物必须耐热，以使其即使在长时间暴露于较高的温度下也可保存SCR催化活性，这成为过滤器更新的特性。比如，颗粒物中的煤烟成分的燃烧经常导致700°C以上的高温。这种温度会减弱很多诸如钒和钛的混合氧化物这样常用的SCR催化剂组合物的催化作用。第二，SCR催化剂组合物优选地具有足够宽的操作温度范围，以使其能在机动车发动时适应可变的温度范围。在低装载量或启动的条件下，通常出现温度低于300°C的情况。 特别是当SCR催化剂在像壁流过滤器这样的过滤器基质上处理时，即使在较低的废气温度下，SCR催化剂组合物优选地能够催化废气中的NOx成分的还原以达到NOx的还原目标。一般地，SCR催化剂应该具有高特殊活性和高水热稳定性。曾经有人提出，包含SCR催化剂的壁流过滤器和涂层技术允许在壁流过滤器上具有较高的SCR催化剂装载量，还仍然允许维持过滤器的流体特性从而获得可承受的反压。 尽管提出了具有较高的SCR催化剂装载量的壁流过滤器和涂层技术，理想的情况是提供具有较低的催化剂装载量的壁流过滤器和系统，其允许反压处理和SCR催化剂的催化功能。 此外，理想的情况是提供催化物品、系统和方法，其使用涂覆有SCR催化剂的颗粒过滤器， 当废气流通过过滤器时该SCR催化剂的装载量也可获得足够的低温度NOx转化，并显示出理想的水热老化特性。专利技术概述本专利技术中的一实施例涉及一种用于处理包含NOx和颗粒物的发动机废气流的排气处理系统。在一实施例中，提供了一种用于处理包含初始NOx浓度和颗粒物的发动机废气流的排放处理系统，该系统提供系统反压和系统NOx转化，该系统包含颗粒过滤器和流量基质。该颗粒过滤器包含第一 SCR催化剂，其有效地将设置在还原剂喷射器下游的NOx转化并具有约0. lg/in3到2. 5g/in3的装载量，而且在发动机和颗粒过滤器之间没有介于中间的干扰SCR催化剂。该流经基质装载有第二 SCR催化剂，其有效地用于设置在颗粒过滤器下游的NOx转化，该颗粒过滤器催化剂装载量用于提供系统反压，其比一个包含未装载催化剂的过滤器的相似系统的系统反压高出不到约25%，并且该系统NOx周期转化在约50%到 100%。该系统可还包含设置在颗粒过滤器上游的氧化催化剂。可选择地，该系统可包含设置在颗粒过滤器下游的氧化催化剂。可运行该处理系统以在废气流通过颗粒过滤器后提供中间NOx浓度，并在废气流通过基质后提供最终NOx浓度，其中基于初始NOx浓度和最终NOx浓度的系统NOx转化和系统反压增高处于一个操作窗口内，其基于最小目标系统NOx转化和系统反压内的最大目标增长百分数。该系统可提供多种最小的目标系统NOxR化率，比如，约60%，和约25%的系统反压内的最大的目标增长百分数。在一个或多个实施例中，颗粒过滤器是一个包含多个纵向延伸壁的蜂巢壁流过滤器，并且该颗粒物过滤器的壁内至少具有约70%体积的第一 SCR催化剂。在一个或多个实施例中，该颗粒物过滤器的壁内至少具有约80%体积的第一 SCR催化剂。在一个实施例中， 该颗粒物过滤器的壁内至少具有约90%体积的第一 SCR催化剂。在一个或多个实施例中，过滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于处理包含初始ＮＯｘ浓度和颗粒物的发动机废气流的排气处理系统，所述系统提供了系统反压和系统ＮＯｘ转化，该系统包括：颗粒过滤器，其包含有效用于设置在喷射器下游的ＮＯｘ转化的第一ＳＣＲ催化剂，并具有约０．１ｇ／ｉｎ３到２．５ｇ／ｉｎ３的装载量，而且在所述发动机和所述颗粒过滤器之间没有介于中间的ＳＣＲ催化剂；和流经基质，其装载有效用于设置在所述颗粒过滤器的下游的ＮＯｘ转化的第二ＳＣＲ催化剂，该颗粒过滤器催化剂装载有效地提供系统反压，其比相似系统中的系统反压高约不到２５％，该相似系统包括不装载催化剂的过滤器，而且其系统ＮＯｘ周期转化是约５０％到１００％。

【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：R·S·布尔斯，
申请(专利权)人：巴斯夫公司，
类型：发明
国别省市：US