用于低温NOX捕获的稀燃NOX捕获器和低温NOX吸附器制造技术

本公开涉及一种用于减少稀燃发动机的废气流中的NO

Lean burn NOx trap and low temperature NOx adsorber for low temperature NOx capture

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于低温NOX捕获的稀燃NOX捕获器和低温NOX吸附器
[0001]本申请要求于2019年12月13日提交的美国临时申请号62/947,780的优先权权益，其内容通过引用以其全文并入本文。
[0002]本公开通常涉及适用于处理含有氮氧化物(NOx)稀燃发动机的废气流的排放处理系统和方法。
[0003]用于内燃机排放的环境法规在全世界变得越来越严格。稀燃发动机，例如柴油发动机的运行由于其在稀燃料条件下以高空/燃比运行而为用户提供了优异的燃料经济性。然而，柴油发动机还排放含有颗粒物质(PM)、未燃烧的碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO
x
)的废气排放，其中NO
x
描述了氮氧化物的各种化学物质，包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)等。NO
x
是大气污染的有害组分。已经使用各种方法来处理含NO
x
的气体混合物以减少大气污染。
[0004]一种还原来自稀燃发动机废气中NO
x
的有效方法需要在稀燃发动机运行条件下，在选择性催化还原(SCR)催化剂组分的存在下使NO
x
与合适的还原剂反应。SCR方法可以在大气氧的存在下使用氨或碳氢化合物作为还原剂，从而导致主要形成氮气和蒸汽：
[0005]4NO+4NH3+O2→
4N2+6H2O(标准SCR反应)
[0006]2NO2+4NH3+O2→
3N2+6H2O(慢速SCR反应)
[0007]NO+NO2+2NH3→
2N2+3H2O(快速SCR反应)
[0008]在SCR方法中使用的当前催化剂包括与如铁或铜等催化金属离子交换的分子筛，如沸石。有用的SCR催化剂组分能够在低于600℃的温度下有效地催化NO
x
废气组分的还原，使得即使在通常与较低排气温度相关联的低负载条件下也可以实现还原的NO
x
水平。
[0009]在汽车废气流的处理中遇到的一个问题是所谓的“冷启动”期，即处理过程开始时的时间段，此时废气流和废气处理系统处于低温(即低于150℃)。在这些低温下，废气处理系统通常不会显示出足以有效处理HC、NO
x
和/或CO排放的催化活性。通常，如SCR催化剂组分等催化组分在高于200℃的温度下有效地将NO
x
转化为N2，但在较低温度区域(<200℃)下未表现出足够的活性，其发现在冷启动或延长的低速城市行驶期间。因此，需要能够捕获和储存低温NO
x
排放并在催化组分(例如，SCR催化剂组分)变得有效时在更高温度(例如，>200℃)下释放它们的催化组分。为了解决这个问题已经做出了相当大的努力。
[0010]存在若干种方法来使冷启动期间的NO
x
排放最小化。例如，已经开发了捕获系统以在低温下储存这些废气排放(即，HC、CO和NO
x
气体)，然后在处理系统的剩余催化组分已经获得足够的催化活性时将它们在更高的温度下释放。此种系统的一个实例是稀燃NO
x
捕获器(LNT)催化剂。
[0011]稀燃NO
x
捕获器(LNT)催化剂含有在某些废气条件下捕获NO
x
的NO
x
吸附器组分。例如，NO
x
吸附器组分可以包含碱土元素，例如，包括碱土金属氧化物，如镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)和/或钯(Ba)的氧化物。其它LNT催化剂可以含有稀土金属氧化物作为NO
x
吸附器组分，如铈(Ce)、镧(La)、镨(Pr)和/或钕(Nd)的氧化物。LNT催化剂进一步含有铂族金属(PGM)组分，如分散在用于催化NO
x
氧化和还原的难熔金属氧化物(例如，氧化铝)载体上的铂。PGM组分用于将一氧化氮(NO)氧化为二氧化氮(NO2)。LNT催化剂在循环稀燃(捕获模式)和富燃
(再生模式)废气条件下运行。在稀燃条件下，LNT催化剂以无机硝酸盐的形式捕获和储存NO
x
(例如，在NO
x
吸附器组分为氧化钡(BaO)或碳酸钡(BaCO
3)
的情况下，其在与NO
x
反应(“捕获”)时转化为硝酸钡(Ba(NO3)2)。然后，NO
x
吸附器组分释放所捕获的NO
x
，并且PGM组分在化学计量或瞬时富燃发动机运行条件下或在将外部燃料注射到废气中以引起富燃条件的稀燃发动机运行条件下将NO
x
还原成N2。LNT的通常运行原理包括某些金属化合物(例如碱土金属碳酸盐)在稀燃/富燃运行期间根据以下等式经历碳酸盐/硝酸盐转化作为主要途径：
[0012]NO氧化为NO2(稀燃条件)
[0013]2NO+O2—>2NO2ꢀꢀꢀ
(1)
[0014]NO
x
以硝酸盐形式储存(捕获模式)
[0015]2NO2+MCO3+1/2O2—>M(NO3)2+CO2ꢀꢀꢀ
(2)
[0016]NO
x
释放(富燃条件)
[0017]M(NO3)2+2CO—>MCO3+NO2+NO+CO2ꢀꢀꢀ
(3)
[0018]NO
x
还原为N2(再生模式)
[0019]NO2+CO—>NO+CO2ꢀꢀꢀ
(4)
[0020]2NO+2CO—>N2+2CO2ꢀꢀꢀ
(5)
[0021]LNT催化剂在稀燃运行期间(λ>1.0)促进NO
x
的储存(例如，根据等式(1)和(2))，并且在富燃期间(λ<1.0)，它催化储存的NO
x
释放并还原为N2(例如，根据等式(3)、(4)和(5))，其中λ代表空/燃比。在等式(2)和(3)中，M代表金属阳离子，如二价金属阳离子。M也可以包括在单价或三价金属化合物中，在这种情况下，方程式需要重新平衡。
[0022]另一种捕获NO
x
的方法是使用低温NO
x
吸附器(LT
‑
NA)。已知有几种LT
‑
NA。一种用于低温捕获NO
x
的相对新的LT
‑
NA使用钯(Pd)交换的沸石来捕获NO，而无需催化预氧化为NO2(其在T<180℃时很慢)。理论上，LT
‑
NA可以与LNT结合使用以有效捕获NO
x
的低温排放。然而，将LT
‑
NA与LNT结合使用是复杂的，因为发现再生LNT所需的富燃吹扫会破坏LT
‑
NA的NO
x
储存能力。为避免此类事件，美国专利申请公开号2017/0096922本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于减少稀燃发动机的废气流中的NO
x
的排放处理系统，所述排放处理系统包括：稀燃NO
x
捕获器(LNT)，所述稀燃NO
x
捕获器包含储氧组分(OSC)和第一铂族金属(PGM)组分，其中所述LNT与所述稀燃发动机流体连通并在所述稀燃发动机的下游；和低温NO
x
吸附器(LT
‑
NA)，所述低温NO
x
吸附器包括包含第二PGM组分的分子筛，其中所述LT
‑
NA与所述LNT流体连通并在所述LNT的下游。2.根据权利要求1所述的排放处理系统，其中所述LNT设置在第一基底上，并且所述LT
‑
NA设置在第二基底上。3.根据权利要求2所述的排放处理系统，其中所述第一基底为流通式过滤器形式的蜂窝状基底，并且所述第二基底为流通式过滤器或壁流式过滤器形式的蜂窝状基底。4.根据权利要求1所述的排放处理系统，其中所述LNT和LT
‑
NA以分区配置设置在基底上，并且所述基底具有限定总长度的入口端和出口端；其中所述LNT设置在所述基底上从所述入口端延伸至总长度的约20％至约100％的长度；并且其中所述LT
‑
NA设置在所述基底上从所述出口端延伸至总长度的约20％至约100％的长度。5.根据权利要求4所述的排放处理系统，其中所述LNT直接设置在所述基底上覆盖总长度的100％；并且所述LT
‑
NA设置在所述LNT上覆盖总长度的约20％至约80％。6.根据权利要求4所述的排放处理系统，其中所述LT
‑
NA直接设置在所述基底上覆盖总长度的100％；并且所述LNT设置在所述LT
‑
NA上覆盖总长度的约20％至约80％。7.根据权利要求4所述的排放处理系统，其中所述LNT直接设置在所述基底上，并且所述LT
‑
NA直接设置在所述基底上。8.根据权利要求4
‑
7中任一项所述的排放处理系统，其中所述基底为流通式过滤器形式的蜂窝状基底。9.根据权利要求1
‑
8中任一项所述的排放处理系统，其中所述OSC包含二氧化铈。10.根据权利要求9所述的排放处理系统，其中所述OSC进一步包含选自以下的一种或多种：氧化锆、氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化镧、氧化钡、氧化镨、氧化钇、氧化钐、氧化钆及其组合。11.根据权利要求1
‑
10中任一项所述的排放处理系统，其中所述第一PGM组分选自铂、钯、铑及其组合。12.根据权利要求1
‑
11中任一项所述的排放处理系统，其中所述第一PGM组分是钯。13.根据权利要求1
‑
12中任一项所述的排放处理系统，其中所述第二PGM组分存在于所述分子筛中的离子交换位点中。14.根据权利要求1
‑
13中任一项所述的排放处理系统，其中所述第二PGM组分选自铂、钯、铑及其组合。15.根据权利要求1
‑
14中任一项所述的排放处理系统，其中所述第二PGM组分包含铂和钯的混合物。16.根据权利要求1
‑
15中任一项所述的排放处理系统，其中所述分子筛具有选自以下的骨架类型：ABW、ACO、AEI、AEL、AEN、AET、AFG、AFI、AFN、AFO、AFR、AFS、AFT、AFX、AFY、AHT、
ANA、APC、APD、AST、ASV、ATN、ATO、ATS、ATT、ATV、AVL、AWO、AWW、BCT、BEA、BEC、BIK、BOF、BOG、BOZ、BPH、BRE、BSV、CAN、CAS、CDO、CFI、CGF、CGS、CHA、CHI、CLO、CON、CZP、DAC、DDR、DFO、DFT、DOH、DON、EAB、EDI、EEI、EMT、EON、EPI、ERI、ESV、ETR、EUO、EZT...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：巴斯夫公司，
类型：发明
国别省市：