经由废气富氢增强催化剂性能制造技术

本公开提供了一种用于处理来自汽油发动机的废气流的系统。所述系统被配置为在冷启动期间将受控量的氢气引入催化剂制品上游的所述废气流中。本公开进一步提供了处理此类废气流的相关方法。此类系统和方法可用于降低来自汽油发动机的气态废气流中的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物中的一种或多种的水平。化碳和氮氧化物中的一种或多种的水平。化碳和氮氧化物中的一种或多种的水平。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】经由废气富氢增强催化剂性能
[0001]本申请要求2020年9月8日提交的美国临时专利申请号63/075,550的优先权，其通过引用整体并入本文。
[0002]本公开涉及用于处理来自汽油发动机的废气流的系统。本公开还涉及一种在净化此类废气流中提高催化制品的催化活性的方法。所述系统和方法使用氢气作为废气流中的还原剂。
[0003]关于汽油发动机排放的环境法规每年都变得更加严格。日益严格的排放法规推动了开发具有在低发动机排气温度下管理氮氧化物(NO
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)、一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)排放的改进的能力的排放气体处理系统的需求。各种汽车制造商面临的主要挑战是满足新的环境法规限制，如非甲烷碳氢化合物和氮氧化物(NMHC+NO
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)限制。
[0004]由汽油发动机驱动的车辆的废气通常用一种或多种三元转化(TWC)汽车催化剂处理。TWC催化剂通常含有铂族金属(PGM)，例如铂(Pt)、钯(Pd)和铑(Rh)，并且可有效减少在或接近化学计量空气/燃料条件下运行的发动机废气中的CO、HC和NO
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污染物。导致化学计量条件的精确空燃比随燃料中碳和氢的相对比例而变化。空燃比(A/F)是在如内燃机的燃烧过程中存在的空气与燃料的质量比。化学计量的A/F比对应于碳氢化合物燃料(如汽油)完全燃烧成二氧化碳(CO2)和水。因此，符号λ用于表示将特定A/F比除以给定燃料的化学计量A/F比的结果，因此：λ＝1是化学计量混合物，λ>1是贫燃料混合物，而λ<1是富燃料混合物。具有电子燃料喷射和进气系统的传统汽油发动机提供不断变化的空气燃料混合物，其在稀薄废气和浓废气之间快速和连续地循环。然而，当汽油发动机稀薄运行时，TWC催化剂并不能有效地降低NO
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排放。此外，众所周知，用于处理内燃机废气的催化剂在所谓的“冷启动”期效率较低，即处理过程开始时的时间段，此时废气流和废气处理系统(例如，TWC)处于低温(即低于约150℃)。在这些低温下，废气处理系统催化剂通常不会显示出足以有效处理HC、NO
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和/或CO排放的催化活性。虽然各种废气处理系统为减少冷启动条件下的CO、HC和NO
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而存在，但仍然需要开发具有改进的在低发动机废气温度下管理CO、HC和NO
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排放的能力的排放气体处理系统。
[0005]本公开总体上提供了一种用于减少汽油发动机的废气流中的污染物的系统和相关方法，该系统包含催化剂制品和氢气源(H2)。该系统被配置为在冷启动期间将来自H2源的H2引入催化剂制品上游的废气流中，并且被配置为通过调节H2引入来提供废气流中CO与H2的体积比。令人惊讶的是，根据本公开，已发现在冷启动期间将少量氢气(H2)引入废气流中可以增强TWC活性并最小化非甲烷碳氢化合物和氮氧化物(NMHC+NO
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)排放。
[0006]因此，在一个方面，本公开提供了一种用于处理来自汽油发动机的废气流的系统，该系统包含：位于汽油发动机下游并与汽油发动机流体连通的三元转化(TWC)催化剂制品；氢气(H2)源；位于TWC催化剂制品上游并与废气流接触的反馈传感器；与反馈传感器连通的控制单元；其中系统被配置为在冷启动期间将来自H2源的H2引入TWC催化剂制品上游的废气流中，并且其中反馈传感器被配置为通过调节H2引入来在废气流中提供H2。
[0007]在一个实施例中，TWC催化剂制品包含基材、设置在基材上的第一催化剂层和设置在第一催化剂层上的第二催化剂层，其中第一催化剂层包含第一钯组分、第一难熔金属氧
化物载体、第一储氧组分，其中第一钯组分的至少一部分浸渍在第一难熔金属氧化物载体上，而第一钯组分的另一部分浸渍在第一储氧组分上；并且第二催化剂层包含第二钯组分、第二难熔金属氧化物载体、第二储氧组分、铑组分和第三难熔金属氧化物载体，其中第二钯组分的至少一部分浸渍在第二难熔金属氧化物载体上，而第二钯组分的另一部分浸渍在第二储氧组分上，并且铑组分浸渍在第三难熔金属氧化物载体上。
[0008]在一个实施例中，反馈传感器包含宽域型氧传感器(UEGO)和温度传感器。
[0009]在一个实施例中，H2源是车载压缩氢气容器。
[0010]在一个实施例中，H2源是车载氢气生成器。在一个实施例中，车载氢气生成器包含醇重整器、氨分解装置、电解装置、燃料重整器、废气重整器或其组合。在一个实施例中，车载氢气生成器是废气重整器，其包含位于催化制品上游并与废气流流体连通的催化重整制品。在一个实施例中，车载氢气生成器包含至少一种H2生成组分，该H2生成组分包含掺杂剂，该掺杂剂包含铝纳米粒子、铝/镍纳米粒子、铝/二氧化硅纳米粒子、铝/钴纳米粒子、铝/镁纳米粒子、氧化铝纳米粒子、镁纳米粒子、镁/镍纳米粒子、锌纳米粒子、硼氢化钠或其组合，并且其中在汽油发动机中所述燃料燃烧之前将所述至少一种H2生成组分添加到汽油燃料中。
[0011]在一个实施例中，该系统进一步包含H2喷射制品，其在TWC催化剂制品上游、反馈传感器上游、与废气流和H2源流体连通并且与控制单元通信；H2喷射制品被配置为将来自H2源的H2引入催化剂制品上游的废气流中。
[0012]在一个实施例中，系统被配置为当TWC催化制品上游或内部的废气流温度在约90℃至约190℃范围内时将H2引入废气流。
[0013]在一个实施例中，当TWC催化制品上游或内部的废气流的温度在约90℃至约550℃的范围内时，废气流含有不大于约20vol％的H2。在一个实施例中，废气流含有不大于约18vol％的H2。在一个实施例中，废气流含有不大于约16vol％的H2。在一个实施例中，废气流含有不大于约14vol％的H2。在一个实施例中，废气流含有不大于约12vol％的H2。在一种实施例中，废气流含有不大于约10vol％的H2。在一个实施例中，废气流含有不大于约8vol％的H2。在一种实施例中，废气流含有不大于约6vol％的H2。在一个实施例中，废气流含有不大于约4vol％的H2。在一个实施例中，废气流含有不大于约2vol％的H2。在一个实施例中，废气流含有不大于约1vol％的H2。在一种实施例中，废气流含有不大于约0.5vol％的H2。
[0014]在一个实施例中，该系统被配置为将H2引入废气流中以在一段时间提供不小于约
‑
0.345的Δλ值，其中：
[0015][0016]λ
°
是预定义的值；并且
[0017]是废气流的运行平均空燃比，在一定时长根据以下公式计算：
[0018][0019]其中(N)是该时长内包含的点数，并且λ
i
是每个点的空燃比。
[0020]在一个实施例中，Δλ为约
‑
0.014至约
‑
0.345。在一个实施例中，Δλ为约
‑
0.060。在一个实施例中，Δλ为约
‑
0.014。
[0021]在另一方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于处理来自汽油发动机的废气流的系统，所述系统包含：位于所述汽油发动机下游并与所述汽油发动机流体连通的催化剂制品；氢气(H2)源；位于所述催化剂制品上游并与所述废气流接触的反馈传感器；和与所述反馈传感器通信的控制单元；其中所述系统被配置为在冷启动期间将来自所述H2源的H2引入所述催化剂制品上游的所述废气流中，并且其中所述反馈传感器被配置为通过调节所述H2引入来在所述废气流中提供H2。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述催化剂制品选自三元转化(TWC)催化剂制品、四元转化催化剂制品、选择性催化还原(SCR)催化剂制品、直接氧化催化剂制品、氨氧化(AMOx)催化剂制品和催化烟尘过滤器(CSF)制品或其组合。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述催化剂制品包含基材，设置在所述基材上的第一催化剂层和设置在所述第一催化剂层上的第二催化剂层，其中：所述第一催化剂层包含第一钯组分、第一难熔金属氧化物载体和第一储氧组分，其中所述第一钯组分的至少一部分浸渍在所述第一难熔金属氧化物载体上，而所述第一钯组分的另一部分浸渍在所述第一储氧组分上；并且所述第二催化剂层包含第二钯组分、第二难熔金属氧化物载体、第二储氧组分、铑组分和第三难熔金属氧化物载体，其中所述第二钯组分的至少一部分浸渍在所述第二难熔金属氧化物载体上，而所述第二钯组分的另一部分浸渍在所述第二储氧组分上，并且所述铑组分浸渍在所述第三难熔金属氧化物载体上。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述反馈传感器包含宽域型氧传感器(UEGO)和温度传感器。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述H2源是车载压缩氢气容器。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述H2源是车载氢气生成器。7.根据权利要求5所述的系统，其中所述车载氢气生成器包含醇重整器、氨分解装置、电解装置、燃料重整器、废气重整器或其组合。8.根据权利要求5所述的系统，其中所述车载氢气生成器是废气重整器，所述废气重整器包含位于所述催化制品上游并与所述废气流流体连通的催化重整制品。9.根据权利要求5所述的系统，其中所述车载氢气生成器包含至少一种H2生成组分，所述H2生成组分包含掺杂剂，所述掺杂剂包含铝纳米粒子、铝/镍纳米粒子、铝/二氧化硅纳米粒子、铝/钴纳米粒子、铝/镁纳米粒子、氧化铝纳米粒子、镁纳米粒子、镁/镍纳米粒子、锌纳米粒子、硼氢化钠或其组合，并且其中所述至少一种H2生成组分在所述汽油发动机中的汽油燃料燃烧之前被添加到所述燃料中。10.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含H2喷射制品，所述H2喷射制品位于所述催化剂制品上游、所述反馈传感器上游、与所述废气流和所述H2源流体连通，并与所述控制单元通信；并且其中所述H2喷射制品被配置为将来自所述H2源的H2引入所述催化剂制品上游的所述废气流中。11.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统被配置为当所述催化制品上游或内部的废气流温度在约90℃至约190℃的范围内时，将来自所述H2源的H2引入所述废气流中。
12.根据权利要求1所述的系统，其中当所述催化制品上游或内部的所述废气流的温度在约90℃至约550℃的范围内时，所述废气流含有不大于约20vol％的H2。13.根据权利要求1所述的系统，其中所述废气流含有不大于约2vol％的H2或不大于约0.5vol％的H2。14.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统被配置为将来自所述H2源的H2引入所述废气流中以在一段时间内提供约
‑
0.014至不小于约
‑
0.345的Δλ值，其中：λ
°
是预定义的值；并且是所述废气流的运行平均空燃比，在一定时长内根据以下公式计算：其中(N)是该时长内包含的点数，并且λ
i
是每个点处的所述空燃比。15.根据权利要求13所述的系统，其中Δλ为约
‑
0.0...

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