汽车催化后处理系统技术方案

本发明专利技术描述了一种用于柴油机废气的催化后处理系统。该系统包括柴油机氧化催化剂(DOC)和位于该柴油机氧化催化剂(DOC)下游的后处理装置，该后处理装置需要定期热处理，和用于在该后处理装置中产生温度增加的装置，所述柴油机氧化催化剂(DOC)包括长度为0.5-2英寸(12.7-50.81mm)的上游区，该上游区对于烃(HC)的氧化活性高于该柴油机氧化催化剂(DOC)的其余部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】汽车催化后处理系统专利
本专利技术涉及一种催化后处理系统，特别是用于汽车应用，例如用于柴油机。更具体地，本专利技术涉及催化后处理系统，其引入了柴油机氧化催化剂(DOC)和位于该柴油机氧化催化剂(DOC)下游的可再生后处理装置。本专利技术进一步涉及一种在后处理装置的主动热处理过程中保持柴油机氧化催化剂(DOC)活性的方法，和一种在主动热处理事件过程中避免柴油机氧化催化剂(DOC)衰减(extinction)的方法。专利技术背景对车辆排放物的不断提高的规格通过工程设计(包括高级发动机管理)和多种催化后处理装置的组合来满足。在来自压缩点火(下文称作“柴油机”)发动机的废气的情况中，所控制的排放物是一氧化碳(CO)、烃(HC)、氮氧化物(NOx)和颗粒物。颗粒物虽然经常简称为“烟灰”，但是它们是复杂的固体，碳颗粒形成其大部分。以前，颗粒物的排放是柴油机发出的特征“烟雾”，特别是当在重负荷下运行例如在爬山过程中更是如此。碳颗粒还携带了不同量的吸收或吸附的烃和氧化副产物。柴油机氧化催化剂(DOC)是引入用于轻型柴油车辆中的第一催化后处理装置。DOC包含催化剂，几乎专门基于铂族金属(PGM)，特别是铂，任选地组合有另一种PGM和/或催化贱金属，其沉积在高表面积的流通式催化剂基底上。基底单元俗称“砖块”。DOC对氧化CO和HC和降低颗粒物的重量有效，并且一些年来，DOC足以满足轻型柴油机排放物的规格。随着引入了对来自于柴油机车辆的排放物控制的更高标准，处理颗粒物已经变成必需的。柴油机通常产生比火花点火或者汽油发动机更低水平的NOx，并且柴油机可以经工程设计来降低颗粒物，不过要以NOx增加为代价，或者反之亦然。在欧洲现行和将要引入美国的规格下，现有技术的柴油机车辆目前具有DOC和烟灰过滤器的组合，并且还可以具有NOx还原系统。烟灰过滤器经常但非排他地是催化烟灰过滤器(CSF)，并且虽然它们的细节可能不同，但是它们通常引入陶瓷壁流式过滤器，或者不太经常地引入烧结金属过滤器。催化过滤器带有烟灰氧化催化剂的沉积物，例如PGM和碱金属或碱土金属组合。这种过滤器能够满足颗粒物排放的规格。虽然在涉及高速区的正常驾驶周期期间，这种过滤器不会遭受烟灰聚集，但是现实的情形例如在城市中，会包括长时间的低速驾驶和/或延长的空转期，在此期间烟灰会在过滤器中聚集，但是废气温度不足以催化氧化该烟灰。过滤器面的堵塞或者过滤器通道内烟灰的聚集会例如导致背压增加到严重影响发动机效率的程度，或者在极端的情况中损坏发动机本身。因此必需提供某种形式的过滤器再生来清洁该过滤器。被动再生包括使车辆以足够高的速度运行，以使得废气达到聚集的烟灰开始氧化的温度。替代的主动再生描述在例如GB2406803A中。将废气中补充的HC形式的燃料供给到DOC，在这里它燃烧并将废气温度提高到催化烟灰过滤器上聚集的烟灰开始催化燃烧的点。涉及主动再生的GB2406803A(JohnsonMatthey)公开了一种DOC，其具有在砖块上游端中的Pt-组分和在砖块下游端中的Pd-组分。关于尺寸唯一的其他公开内容记载“基本上无Pd的含Pt区域可以达到基底整料长度的一半或者“条纹”类型尺寸。要注意的是，不同组成的目的来源于由含硫柴油燃料所产生的硫酸盐化作用。虽然在欧洲国家中目前柴油燃料具有低的或者超低的硫含量，但是在许多其他国家中仍然存在着硫含量较高的问题。WO00/29726(Engelhard)在一种实施方案中描述了在催化烟灰过滤器上游的一种流通式催化剂或者DOC(在一些地方易混淆地称为第二催化剂)。该DOC组成均匀，但是CSF可以具有4英寸的富含Pt的端。在一些测试中，该DOC与CSF一起测试，在一些实验中，CSF单独使用。在一些CSF实验中，富含Pt的端是上游，在一些实验中富含Pt的端是下游。该早期CSF公开文献没有想到CSF的主动再生。WO2009/005910(Cummins)描述了一种废气后处理装置，其中砖块的前端面具有物理形式或者化学涂层，来有效防止暴露于含有柴油机颗粒物的废气流的砖块的“遮蔽”或者堵塞或者面栓塞(face-plugging)。当使用化学涂层时，需要明确指出的是，这意在砖块的前端面上进行，并且不延伸到砖块的流体通道中。WO2007/077462(JohnsonMatthey)公开了一种三个区域的DOC，目的是改进具有均匀组成的DOC或者在砖块的上游端具有较高Pt负载的单个区域的DOC的性能。没有公开主动再生系统，因此不存在废气的定期富集。虽然该专利技术打算处理“衰减(light-out)”问题，但是该问题产生于NewEuropeanDriveCycle的较冷部分。WO2007/077462的专利技术人发现。PGM在DOC上的均匀负载，或者在前部区域上具有相对高负载的DOC，表现出衰减或者熄灭(extinguish)的倾向。WO2007/077462中提出的解决方案是在DOC的下游端引入第三更高负载的区域。其所处理的问题与本专利技术不同。
技术实现思路
已经发现，在DOC/过滤器组合系统中过滤器的主动再生仍然显著地取决于废气进入DOC时的温度。当DOC已经老化时更能观察到这种现象。即，甚至当DOC已经“起燃(lightoff)”时，如果废气温度是约250℃，则起燃的DOC仍然会在主动再生事件过程中熄灭。考虑到过量的HC燃料被供给到DOC来将废气温度升高，以使烟灰过滤器催化剂起燃，并且预期在起燃方面DOC本身应当保持运行，这个结果是令人惊讶的。应当观察到这一情况在250℃的废气温度发生，其在柴油机废气中并不罕见，这对管理所控制的排放物提出了问题。在车辆催化后处理中，术语“起燃”的含义是本领域公知的。除非另外指示，否则催化剂被认为在50％(例如50wt％)的组分被催化转化时的温度起燃。位于废气系统中的其他装置也会需要定期再生或者其他热处理。例如，选择性催化还原(SCR)催化剂例如基于铜组分的那些可能需要脱硫酸盐，这可以通过热处理来方便地进行。因此，通过将另外的燃料供入废气系统或者废气中，所产生的放热能够再生许多不同的废气后处理装置。所以本专利技术的一个目标是提供系统和方法，来改进主动再生系统中DOC的效果。本专利技术的一个重要部分是提供这样的DOC：其具有比例如该DOC的其余部分更具活性的第一区。所以本专利技术提供一种用于柴油机废气的催化后处理系统，所述系统包括柴油机氧化催化剂(DOC)和位于该柴油机氧化催化剂(DOC)下游的后处理装置，该后处理装置需要定期热处理，和用于在该后处理装置中产生温度增加的装置，所述柴油机氧化催化剂(DOC)包括长度为0.5-2英寸(12.7-50.81mm)的上游区，该上游区对于烃(HC)的氧化活性高于该柴油机氧化催化剂(DOC)的其余部分。令人惊讶地，与WO2007/077462相比，具有这种特定上游区尺寸的柴油机氧化催化剂在所关注的区域中不表现出“衰减”性能，而是保持起燃，这与均匀组成或者具有较小的高活性“条纹”的分区DOC形成对比，甚至当保持相同的总PGM负载时也是如此。显示本专利技术令人惊讶的效果的实验结果在下面进行更详细的描述。用于废气催化剂和用于废气过滤器的常规后处理装置例如可再生装置(基于流通式金属或陶瓷基底)是本领域已知的，并且本专利技术将参考这种装置来描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于柴油机废气的催化后处理系统，所述系统包括柴油机氧化催化剂(DOC)和位于该柴油机氧化催化剂(DOC)下游的后处理装置，该后处理装置需要定期热处理，和用于在该后处理装置中产生温度增加的装置，所述柴油机氧化催化剂(DOC)包括长度为0.5‑2英寸(12.7‑50.81mm)的上游区，该上游区对于烃(HC)的氧化活性高于该柴油机氧化催化剂(DOC)的其余部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.14 GB 1121468.11.一种用于柴油机废气的催化后处理系统，所述系统包括：柴油机氧化催化剂，其直径是2.5-15英寸和长度是2.5-15英寸；和位于该柴油机氧化催化剂下游的后处理装置，该后处理装置需要定期热处理，和用于在该后处理装置中产生温度增加的装置；其中该柴油机氧化催化剂包括上游区，并且该柴油机氧化催化剂包含负载在基底单元上的铂和钯的催化剂组合物；其中该上游区包含上游催化剂组合物，该上游催化剂组合物包含由铂和钯组成的铂族金属，并且该上游区中铂的浓度大于该柴油机氧化催化剂的其余部分中铂的浓度；其中该上游区的长度为0.5-1.75英寸，并且该上游区对于烃的氧化活性高于该柴油机氧化催化剂的其余部分；其中该柴油机氧化催化剂包含Pt和Pd的混合物，或者Pt和Pd的合金，在该柴油机氧化催化剂的上游区和其余部分中，Pt与Pd的重量比均是1:3-5:1；和其中该基底单元是流通式整料。2.根据权利要求1所述的催化后处理系统，其中该上游区的长度是0.5-1.5英寸。3.根据权利要求2所述的催化后处理系统，其中该上游区的长度是1英寸。4.根据前述权利要求中任一项所述的催化后处理系统，其中该柴油机氧化催化剂的直径是4-15英寸和长度是2.5-10英寸。5.根据权利要求1-3任一项所述的催化后处理系统，其中该柴油机氧化催化剂的其余部分包括多个区和/或层。6.根据权利要求1-3中任一项所述的催化后处理系统，其中该上游区中铂与钯的重量比≥1:1。7.根据权利要求1-3中任一项所述的催化后处理系统，其中该上游区的PGM浓度是10-150gft-3。8.根据权利要求1-3中任一项所述的催化后处理系统，其中该后处理装置是烟灰过滤器。9.根据权利要求1-3中任一项所述的催化后处理系统，其中该后处理装置是用于选择性催化还原的催化剂单元。10.一种车辆，其包括柴油机和根据权利要求1-9中任一项所述的催化后处理系统。11.一种保持柴油机氧化催化剂的活性的方法，该方法在柴油机废气后处理系统中位于该柴油机氧化催化剂下游的后处理装置的主动热处理过程中在200-375℃的废气温度通过将该废气送过柴油机氧化催化剂来进行，其中该柴油机...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·科尔，C·纽曼，R·萨维奇，G·斯梅德勒，O·桑塔格，I·廷盖，
申请(专利权)人：庄信万丰股份有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB