使用金属胶体微粒的稳定悬浮液净化热力发动机的流体、以及制造所述流体的方法技术

本发明专利技术描述了适用于净化热力发动机的流体，其既能够对废气中所含的氮氧化物(DeNOx)进行催化还原，又能够帮助微粒过滤器(FAP)再生，所述流体的形式为胶体微粒的稳定悬浮液，所述胶体微粒分散在含有至少一种还原剂或至少一种NOx还原剂前体的水溶液中。本发明专利技术还描述了获得所述流体的几种方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用金属胶体微粒的稳定悬浮液净化热力发动机的流体、以及制造所述流体的方法
本专利技术描述了用于汽车净化的单一流体，其能够进行两种不同的操作：使用选择性催化还原技术(通常以字母缩写SCR给出)对NOx选择性催化还原，以及辅助微粒过滤器(FAP)的再生，这有助于可能表现为如下的再生：促进微粒过滤器的连续再生，或在FAP的主动再生阶段期间加速烟灰的燃烧，或者这两个优点的组合。根据本专利技术的组合物是均匀的，并且具有随时间、或在温度或pH变化上的稳定性特征。本专利技术描述了用于生产流体的多个实施方式以及该流体用途的实施方式。现有技术已经采用了各种技术以减少来自柴油热力发动机所排放的废气的有害排放物，特别是氮氧化物(NOx)和微粒。在专利FR2947004中给出了将用于通过选择性催化还原(表示为SCR，选择性催化还原的缩写)处理NOx的系统和微粒过滤器(缩写为FAP)集成在一起的排气管线的一个示例。两个净化系统也可以组合为单独模块，所述单独模块已知为术语过滤器上的SCR或SCRF或SDPF或SCRoF。我们并未在文献中找到这样的流体组合物：其可用于结合还原氮氧化物和有助于所捕获烟灰微粒再生的功能。(或AUS32或DEF或ARLA32)是32.5重量％的脲在纯水中的溶液，其用于在道路或非道路应用中的SCR技术环境下的选择性还原氮氧化物。合并这些净化功能的总体理念形成了2014年底提交的法国专利申请14/62.228的主题。本申请可以被认为是申请14/62.228的改进。
技术实现思路
本专利技术描述了用于热力发动机、特别是柴油发动机净化的流体，从而能够在对废气中所含的氮的氧化物进行选择性催化还原(该功能称为SCR)的同时通过沉积在微粒过滤器中的烟灰微粒的催化燃烧来辅助微粒过滤器(FAP)的再生，该再生辅助可能表现为促进微粒过滤器的连续再生、或在主动FAP再生阶段期间加速烟灰的燃烧，或者这两个优点的组合。用于烟灰氧化的催化剂使用不同于如上所述的现有技术，其被直接注入到排气中，并因此不会通过发动机的燃烧室。根据本专利技术的流体注入通过发动机计算机触发，以响应在SCR催化剂上提供必要量的氨的需求，从而使得高效还原NOx。取决于发动机的运行条件，该注入按照通常几毫秒至几十秒范围内的周期以规律方式进行，这意味着可以促进催化剂与烟灰的均匀混合，并可以确保烟灰和催化剂之间的紧密接触。最后，根据本专利技术注入流体的事实意味着促进微粒过滤器的连续再生现象，并且因此可以将主动FAP再生期间隔开；或者加速在主动FAP再生阶段期间烟灰的燃烧，这意味着可能限制了该阶段的燃料消耗和/或当排气中的温度和气体组成条件有利于该主动再生时，燃烧大量烟灰的可能性最大化；或者这两个优点的组合。根据本专利技术的流体是掺有已知会催化烟灰燃烧的一种或多种原子元素的胶体微粒的稳定悬浮液，这些胶体微粒分散在含有用于NOx的至少一种还原剂或至少一种还原剂前体的水性溶液中。根据本专利技术所用的胶体微粒包含以下金属的至少一种：Fe、Cu、Ni、Co、Zn、Mn、Ti、V、Sr、Pt、Ce、Ca、Li、Na、Nb。胶体微粒可以是金属的氧化物或羟基氧化物(oxyhydroxides)、或金属碳酸盐微粒，或者两者的组合。根据本专利技术的流体的组合物由在至少一种还原性化合物为或还原剂前体的溶液中的金属的氧化物或羟基氧化物或金属碳酸盐胶体微粒分散体构成，金属的氧化物或羟基氧化物或金属碳酸盐中的一种或多种金属选自以下金属列表：Fe、Cu、Ni、Co、Zn、Mn、Ti、V、Sr、Pt、Ce、Ca、Li、Na、Nb。优选地，金属的氧化物或羟基氧化物或金属碳酸盐中的一种或多种金属选自以下列表：Fe、Ce、Cu、Sr。优选地，水性溶液中的一种或多种还原性化合物或还原剂的一种或多种前体选自脲、氨、甲酰胺和铵盐，特别是甲酸铵、氨基甲酸铵和胍盐，特别是甲酸胍。优选地，金属的氧化物或羟基氧化物或金属碳酸盐的浓度为使得还原性化合物或还原剂前体溶液中的金属离子的浓度范围为10至10000ppm，优选10至5000ppm，并且更优选10至2000ppm。根据本专利技术的优选变体，胶体微粒的分散体由矿物或合成来源的铁的氧化物或羟基氧化物或碳酸盐构成。根据本专利技术的变体，单独使用或组合使用的铁的氧化物选自以下列表：方铁矿FeO、赤铁矿α-Fe2O3、磁赤铁矿γ-Fe2O3、和磁铁矿。根据本专利技术的其他变体，单独使用或组合使用的羟基氧化铁选自以下列表：针铁矿α-FeO(OH)、纤铁矿(lepidocrocite)γ-FeO(OH)、六方纤铁矿(feroxyhyte)δ-FeO(OH)、正方针铁矿(akaganeite)β-FeO(OH)、水铁矿Fe5O8·4H2O、纳伯尔矿(bernalite)Fe(OH)3、和氢氧化亚铁Fe(OH)2。根据本专利技术的另一优选变体，胶体微粒的分散体由矿物或合成来源的铜的氧化物或羟基氧化物或碳酸盐构成。根据本专利技术的另一优选变体，胶体微粒的分散体由矿物或合成来源的铈的氧化物或羟基氧化物或碳酸盐构成。根据本专利技术的另一优选变体，胶体微粒的分散体由矿物或合成来源的锶的氧化物或羟基氧化物或碳酸盐构成。根据本专利技术的另一变体，还原剂或还原剂前体是脲，在软化水或纯水的溶液中占32.5±0.7重量％，并符合标准ISO22241的规定。根据本专利技术的一个高度优选的变体，含有一种或多种还原性化合物或还原性化合物的一种或多种还原剂前体的溶液由符合标准ISO22241的规定的产品制备，例如，市售产品DEF、AUS32或ARLA32。根据本专利技术的另一优选变体，含有一种或多种还原性化合物或一种或多种还原剂前体的溶液由具有标准ISO22241-1的物理和化学特性的产品制备，例如，市售产品在下文中，术语将用于标示以下产品中的任一：DEF、AUS32、ARLA32或本专利技术还涉及一种用于生产用于发动机净化的流体的方法。所述生产方法由如下构成：将掺有至少一种金属的胶体微粒分散在含有用于NOx的至少一种还原剂或至少一种还原剂前体的水性溶液中。当构成胶体微粒的材料具有或者大于12或者小于7的等电点时，微粒可以直接分散在pH范围9至10且含有用于NOx的至少一种还原剂或至少一种还原剂前体的水性溶液中。在该情况下，已知为微粒官能化的步骤不是先验必需的。在该情况下，胶体微粒可以直接分散在的溶液中，并且由此获得的胶体微粒悬浮液在聚集和沉淀方面是稳定的。在构成胶体微粒的材料的等电点范围为7至12的情况下，用于所述微粒官能化的步骤总是必需的。在一般情况下，用于根据本专利技术制造用于发动机净化的流体的方法由以下顺序的步骤构成：·a)合成金属的氧化物或羟基氧化物或碳酸盐微粒，·b)金属的氧化物或羟基氧化物或碳酸盐微粒通过有机分子或涂敷进行官能化，以使得所述微粒在含有用于NOx的还原剂或还原剂前体的水性溶液中稳定，·c)通过金属的氧化物或羟基氧化物或碳酸盐微粒的过滤或过滤洗涤或漂洗或透析进行纯化，所述方法单独或组合施加，·d)根据以下模式中的一种，将经官能化的金属的氧化物或羟基氧化物或碳酸盐微粒分散在含有用于NOx的至少一种还原剂或至少一种还原剂前体的水性溶液中：o借助于装有包括一定数量叶片的螺旋螺杆或已知能为悬浮液提供有效搅拌的任何其他设备的搅拌器进行机械搅拌，o用高剪切本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于热力发动机，特别是柴油发动机净化的流体，从而能够对废气中所含的氮的氧化物进行选择性催化还原并通过沉积在微粒过滤器中的烟灰微粒的催化燃烧来协助微粒过滤器的再生(该功能被称为辅助FAP再生)，所述流体是稳定悬浮液形式的，其包含分散在水性溶液中的金属的氧化物或羟基氧化物或碳酸盐的一种或多种微粒的胶体微粒，所述水性溶液含有用于NOx的至少一种还原剂或至少一种还原剂前体，所述金属的氧化物或羟基氧化物或碳酸盐的金属选自下表金属：Fe、Cu、Ni、Co、Zn、Mn、Ti、V、Sr、Pt、Ce、Ca、Li、Na、Nb，并优选自以下子表：Fe、Cu、Ce、Sr。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.13 FR 15609061.用于热力发动机，特别是柴油发动机净化的流体，从而能够对废气中所含的氮的氧化物进行选择性催化还原并通过沉积在微粒过滤器中的烟灰微粒的催化燃烧来协助微粒过滤器的再生(该功能被称为辅助FAP再生)，所述流体是稳定悬浮液形式的，其包含分散在水性溶液中的金属的氧化物或羟基氧化物或碳酸盐的一种或多种微粒的胶体微粒，所述水性溶液含有用于NOx的至少一种还原剂或至少一种还原剂前体，所述金属的氧化物或羟基氧化物或碳酸盐的金属选自下表金属：Fe、Cu、Ni、Co、Zn、Mn、Ti、V、Sr、Pt、Ce、Ca、Li、Na、Nb，并优选自以下子表：Fe、Cu、Ce、Sr。2.如权利要求1所述的用于热力发动机，特别是柴油发动机净化的流体，其特征在于，单独使用或组合使用的铁的氧化物选自以下列表：方铁矿FeO、赤铁矿α-Fe2O3、磁赤铁矿γ-Fe2O3、和磁铁矿。3.如权利要求1所述的用于热力发动机，特别是柴油发动机净化的流体，其特征在于，单独使用或组合使用的铁的羟基氧化物选自以下列表：针铁矿α-FeO(OH)、纤铁矿γ-FeO(OH)、六方纤铁矿δ-FeO(OH)、正方针铁矿β-FeO(OH)、水铁矿Fe5O8·4H2O、纳伯尔矿Fe(OH)3、和氢氧化亚铁Fe(OH)2。4.如权利要求1至3所述的用于热力发动机，特别是柴油发动机净化的流体，其特征在于，水性溶液中的至少一种还原性化合物或至少一种还原剂前体选自脲、氨、甲酰胺和铵盐，特别是甲酸铵、氨基甲酸铵和胍盐，特别是甲酸胍。5.如权利要求1至4所述的用于热力发动机，特别是柴油发动机净化的流体，其特征在于，所述含有还原性化合物或还原剂前体的水性溶液是脲，在纯水的溶液中占32.5±0.7重量％，并符合标准ISO22241-1的规定。6.如权利要求5中所述的用于热力发动机，特别是柴油发动机净化的流体，其特征在于，含有NOx还原性化合物的水性溶液是的溶液。7.如权利要求1至6所述的用于热力发动机，特别是柴油发动机净化的流体，其特征在于，金属的氧化物或羟基氧化物或金属碳酸盐的浓度使得还原性化合物或还原剂前体溶液中的金属离子的浓度范围为10至10000ppm，优选10至5000ppm，并且更优选10至2000ppm。8.如权利要求1至7所述的用于热力发动机，特别是柴油发动机净化的流体，其特征在于，金属的氧化物或羟基氧化物或碳酸盐微粒用至少一种有机分子、或通过沉积(也称为涂敷)一薄层的材料官能化，所述材料等电点或者大于10.5或者小于8，并且优选或者大于12或者小于7。9.一种制备权利要求1至8中所述用于发动机净化的流体的方法，所述方法包括以下顺序的步骤：·a)合成金属的氧化物或羟基氧化物或碳酸盐微粒，·b)金属的氧化物或羟基氧化物或碳酸盐微粒通过有机分子或涂敷进行官能化，以使得所述微粒在含有用于NOx的至少一种还原剂或至少一种还原剂前体的水性溶液中稳定，·c)通过金属的氧化物或羟基氧化物或碳酸盐微...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·加提奥，N·帕拉佐，E·勒科里尔，S·奇诺拉，
申请(专利权)人：IFP新能源公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR