專利名稱：廢氣后處理系統(tǒng)的制作方法
廢氣后處理系統(tǒng)發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及權(quán)利要求1前序所述的用過(guò)量空氣量運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)如直 噴式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中的廢氣后處理系統(tǒng)。
技術(shù)背景除固體顆粒外，氮的氧化物也屬受限的廢氣成分，這些廢氣成分在 燃燒過(guò)程中產(chǎn)生，并且其允許的排放量不斷被降低。為盡可能降低汽車 中運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)的這些廢氣成分，現(xiàn)今采用了不同的方法。氮的氧化物 的降低主要是借助于催化劑，在富氧廢氣中還需還原劑，以提高選擇性和NOx轉(zhuǎn)化率。已知這種方法總稱為SCR方法，其中SCR表示"選擇 性催化還原"。多年來(lái)其用于發(fā)電廠領(lǐng)域，近來(lái)也用于內(nèi)燃機(jī)中。該方 法的詳細(xì)描述可參看DE 3428232 Al。作為SCR催化劑可使用含V205 的混合氧化物，如V205/W03/Ti02。 V20s的典型含量為0.2-3%。作為 還原劑在實(shí)際應(yīng)用中可使用氨或分解出氨的化合物，如呈固體或溶液形 式的尿素或曱酸銨。為轉(zhuǎn)化l摩爾的一氧化氮需l摩爾的氨4NO + 4NH3 + 02 o 4N2 + 6H20 ( 1)如果在SCR催化劑前配置有用于形成N02的含鉑的NO氧化催化劑2NO + 02 2N02 (2)則該SCR反應(yīng)可大大加速，且低溫活性明顯增加NO + 2NH3 + N02 =>2N2 + 3H20 (3)在汽車中運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)情況下，用SCR方法還原氮的氧化物變得很 困難，因?yàn)槠渲写嬖谧兓倪\(yùn)行條件，其使還原劑的計(jì)量復(fù)雜化。雖然 一方面應(yīng)達(dá)盡可能高的氮的氧化物的轉(zhuǎn)化，但另一方面要注意不導(dǎo)致未
耗用的氨的排放。為設(shè)法解決此問(wèn)題，常利用配置在SCR催化劑后的將 過(guò)量的氨轉(zhuǎn)化成氮和水蒸汽的氨抑止催化劑。另外，如果在SCR催化劑 上的廢氣溫度超過(guò)650。C，則使用V20s作為SCR催化劑的活性材料可 能是有問(wèn)題的，因?yàn)閂20s會(huì)發(fā)生升華。為盡可能減少微細(xì)物質(zhì)的顆粒，在發(fā)電廠領(lǐng)域和在汽車領(lǐng)域使用所 謂的顆粒沉降器或顆粒過(guò)濾器。 一種適于汽車中應(yīng)用的具有顆粒沉降器 的典型裝置例如描述于EP 1072765 Al中。這類裝置與具有顆粒過(guò)濾的 裝置的不同在于，該顆粒沉降器的孔道直徑明顯大于所存在的最大顆粒 的直徑，而在顆粒過(guò)濾器中過(guò)濾孔道的直徑在顆粒直徑的范圍內(nèi)。由于 這種差別，顆粒過(guò)濾器有堵塞的危險(xiǎn)，這就提高了廢氣反壓并降低了發(fā) 動(dòng)機(jī)效率。具有顆粒過(guò)濾器的裝置和方法可參考EP 0341832 A2。這兩 種所述裝置或方法的特征在于，相對(duì)顆粒沉降器或顆粒過(guò)濾器呈逆流設(shè) 置的氧化催化劑(多半是一種含鉑作為活性材料的催化劑)借助于同樣含有的殘余氧將廢氣中的一氧化氮氧化成二氧化氮，該二氧化氮再在顆 粒沉降器或顆粒過(guò)濾器中與碳顆粒反應(yīng)產(chǎn)生CO、 C02、 N2和NO。以此方式實(shí)現(xiàn)沉積的細(xì)物質(zhì)顆粒的連續(xù)去除，由此消除了在其它裝置中必須要進(jìn)行的昂貴的再生循環(huán)。為滿足將來(lái)適用的廢氣規(guī)章，需同時(shí)使用減少氮氧化物排放的裝置 和減少細(xì)物質(zhì)顆粒排放的裝置。對(duì)此已知各種裝置和方法。在DE 10348799 Al中描述了一種裝置，該裝置由氧化催化劑、與 其呈順流設(shè)置在廢氣流中的SCR催化劑和再對(duì)其呈順流設(shè)置在廢氣流 中的顆粒過(guò)濾器組成。用于在SCR催化劑中進(jìn)行選擇性催化反應(yīng)的還原 劑的加入是直接在SCR催化劑前通過(guò)受內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行參數(shù)控制的尿素噴 入設(shè)備實(shí)現(xiàn)的。這種裝置的缺點(diǎn)是，在氧化催化劑中產(chǎn)生的二氧化氮通 過(guò)在SCR催化劑中的選擇性催化反應(yīng)基本上完全耗用了 ，因此不能供其 后的顆粒過(guò)濾器中所沉積的細(xì)物質(zhì)顆粒的反應(yīng)使用。由此該顆粒過(guò)濾器 的再生必須通過(guò)廢氣流的復(fù)雜的循環(huán)加熱來(lái)完成，其中使廢氣流中濃集
未燃燒的烴。這通過(guò)燃燒混合物中加潤(rùn)滑油或在顆粒過(guò)濾器前噴入燃料 實(shí)現(xiàn)。這種用于再生顆粒過(guò)濾器的裝置一方面是復(fù)雜的并因此很昂貴， 另一方面位于裝置末端的顆粒過(guò)濾器的循環(huán)再生重又產(chǎn)生不再可從廢 氣中去除的有害物質(zhì)。由EP 1054722 Al中已知另 一種由顆粒過(guò)濾器和選擇性催化還原裝 置的組合。其中所述的裝置由在廢氣流中設(shè)置的以提高廢氣中二氧化氮 含量的氧化催化劑、順流后置的細(xì)物質(zhì)過(guò)濾器、還原液體貯槽、以及安流安置的SCR^i二;組成。上^^置雖然可借助于在氧化催化劑(產(chǎn)生的二氧化氮使在細(xì)物質(zhì)過(guò)濾器中沉積的炭黑類的細(xì)物質(zhì)顆粒連續(xù)反 應(yīng)，但有一些嚴(yán)重缺點(diǎn)。該顆粒過(guò)濾器引起廢氣冷卻，以致例如在應(yīng)用 現(xiàn)今市售的標(biāo)記為AdBlue的還原液體情況下，特別是在啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)后 或在較低功率范圍運(yùn)行該內(nèi)燃機(jī)時(shí)，廢氣溫度太低而不能在不形成由含 33%的尿素水溶液組成的有問(wèn)題的副產(chǎn)物的情況下產(chǎn)生氨。關(guān)于尿素((NH2) 2CO)分解成氣(NH3)，已知在最佳條件(溫 度高于350。C )下呈兩步進(jìn)行，首先按(NH2) 2CO o NH3 + HNCO(7)進(jìn)行尿素的熱解即熱分解。接著按:HNCO + H20 ^NH3 + C02(8)進(jìn)行水解，如由異氰酸(HNCO)催化分解成氨(NH3)和二氧化碳(co2)。因?yàn)閼?yīng)用AdBlue時(shí)，還原劑以溶于水的形式存在，所以在實(shí)際的 熱解和水解前和期間必需蒸發(fā)水。如果在按上述(7)和(8)的反應(yīng)中所存在的溫度低于3S(TC成僅 很慢地加熱，則由DE 4038054 Al已知，通過(guò)按(7)形成的異氰酸的 三聚作用按下式形成主要呈固體的不可熔的氰尿酸<formula>formula see original document page 6</formula>(9)
該氰尿酸會(huì)導(dǎo)致后置的SCR催化劑的堵塞?？刹扇∪缭谒龅腄E 4038054中所采取的措施進(jìn)行彌補(bǔ)，即使得栽有還原劑的廢氣流通過(guò)水 解催化劑的上面。可由其開(kāi)始進(jìn)行定量水解的廢氣溫度因此可降低到 1WC。在所提及的文獻(xiàn)中也描迷了相應(yīng)催化劑的結(jié)構(gòu)和組成以及帶有 水解催化劑的SCR催化劑系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。發(fā)明內(nèi)容基于上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的存于，提供一種在以過(guò)量空氣量 運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)中用于減少氮氧化物和減少顆粒的廢氣后處理系統(tǒng)，同時(shí) 避免已知裝置的缺點(diǎn)，該系統(tǒng)不僅可減少顆粒排放，還可減少氮氧化物 排放，并通過(guò)部件和功能組合使結(jié)構(gòu)尺寸最小化。該目的通過(guò)權(quán)利要求1的特征部分的廢氣后處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該廢氣 后處理系統(tǒng)的有利擴(kuò)展方案表征于從屬權(quán)利要求中。在實(shí)現(xiàn)該目的時(shí)是基于，為達(dá)所需的廢氣限值，通過(guò)SCR催化劑借 助于氨來(lái)實(shí)現(xiàn)氮氧化物還原，并借助于顆粒沉降器或顆粒過(guò)濾器來(lái)達(dá)到 顆粒減少。本發(fā)明的廢氣后處理系統(tǒng)在內(nèi)燃機(jī)的廢氣流中設(shè)置有顆粒過(guò) 濾器，該顆粒過(guò)濾器是一種表面顆粒過(guò)濾器或深層過(guò)濾器。為進(jìn)行氮氧 化物的選擇性催化還原，在該顆粒過(guò)濾器的流出側(cè)裝栽有SCR活性催化 劑材料。該用于產(chǎn)生氨所需的分解出氨的還原劑或氨的加料與顆粒過(guò)濾 器呈逆流進(jìn)行。這種設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)在于一方面使結(jié)構(gòu)尺寸盡可能小并由此 在汽車中裝入該系統(tǒng)時(shí)所需的位置也盡可能小，另一方面通過(guò)該顆粒過(guò) 濾器的過(guò)濾材料使在該顆粒過(guò)濾器流入側(cè)發(fā)生的所聚集的炭黑顆粒的 放熱氧化反應(yīng)和在流出側(cè)預(yù)定的用SCR活性催化劑材料對(duì)顆粒過(guò)濾器 加栽之間有足夠的間距。所以在炭黑顆粒氧化時(shí)產(chǎn)生的高溫不會(huì)對(duì)SCR 活性催化劑材料發(fā)生損害。鑒于以有利方式來(lái)加載SCR活性催化劑材料，堇青石或碳化硅或燒 結(jié)金屬或陶瓷纖維或硅酸鹽纖維或金屬編織物是適用的顆粒過(guò)濾器的 材料。如果在該顆粒過(guò)濾器流出側(cè)用SCR活性催化劑材料的加栽量在廢 氣流方向上增加是有利的。該SCR活性材料的相應(yīng)分布可通過(guò)該顆粒過(guò) 濾器呈層結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中流出側(cè)的各層在廢氣流方向上具有不斷增加 的SCR活性材料的加載量。當(dāng)然也可通過(guò)涂覆或浸漬該顆粒過(guò)濾器的流 出側(cè)來(lái)加載SCR活性材料,使得過(guò)濾材料的加載程度隨涂覆溶液或浸漬 溶液的浸入深度增加而降低。加栽到該顆粒過(guò)濾器的SCR活性催化劑材 料可含釩和/成V205和/或W03/Ti02和/或含鐵沸石和/或含銅沸石和/或 含鈷沸石作為活性成分。為有利于從還原劑中分解出氨，在流入側(cè)用相應(yīng)的活性催化劑材料 涂覆或浸漬該顆粒過(guò)濾器也是有利的。作為用于這種催化劑材料的活性 成分可使用Ti02和/或Ti(VSi02和/或Ti02/Si02/Al203和/或沸石。為避免在SCR反應(yīng)時(shí)可能未耗用的NH3進(jìn)入環(huán)境，另外在流出側(cè) 即從廢氣流方向看在加載SCR活性催化劑材料的末端用可氧化廢氣中 存在的過(guò)量氨的催化劑材料涂覆或浸漬該顆粒過(guò)濾劑是有利的。適于氧 化過(guò)量氨的催化劑材料可含鉑族元素和/或其氧化物和/或沸石作為活性 成分。此外，與還原劑的加料呈逆流地配置一種可將至少一部分含于廢氣 流中的一氧化氮轉(zhuǎn)化成二氧化氮的氧化催化劑也是有利的。通過(guò)這種措 施可按方程4-6連續(xù)氧化在顆粒過(guò)濾器上所沉積的炭黑顆粒，這時(shí)的 溫度水平低于顆粒過(guò)濾器循環(huán)再生時(shí)的溫度，該循環(huán)再生是通過(guò)例如燃 燒混合物中加潤(rùn)滑油或通過(guò)向高溫廢氣加烴進(jìn)行的。鉑和/或氧化鉑和/ 或沸石適合用作將一氧化氮轉(zhuǎn)化成二氧化氮的氧化催化劑的活性材 料。結(jié)合上述，本發(fā)明的廢氣后處理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)特別明顯如果給整個(gè) 顆粒過(guò)濾器和因此還有其流入側(cè)施加SCR活性涂層，則按方程3這會(huì)導(dǎo) 致在流入側(cè)的N02濃度大大下降，由此那里所沉積的炭黑的氧化和從而 借助于N02的過(guò)濾器再生會(huì)明顯惡化。該顆粒過(guò)濾器的一種特別有利的實(shí)施方案是該顆粒過(guò)濾器的流入 側(cè)和流出側(cè)均形成盲孔型腔或袋形腔，其中位于流入側(cè)的腔對(duì)著流入側(cè) 是敞口的，位于流出側(cè)的腔對(duì)著流出側(cè)是敞口的。下面以附圖和實(shí)施例詳述本發(fā)明。


圖1為一種廢氣后處理系統(tǒng)的示意2為顆粒過(guò)濾器和SCR催化劑的組合的示意3為顆粒過(guò)濾器、SCR催化劑和NH3氧化催化劑的組合的示意4為顆粒過(guò)濾器、SCR催化劑和水解催化劑的組合的示意圖
圖5為在內(nèi)燃機(jī)的廢氣管系中的顆粒過(guò)濾器和SCR催化劑的組合的示意圖具體實(shí)施方式
圖1示出用于選擇性催化還原和用于減少在內(nèi)燃機(jī)廢氣中的固體顆 粒的廢氣后處理系統(tǒng)。由內(nèi)燃機(jī)(未示出)通過(guò)燃燒過(guò)程產(chǎn)生的廢氣(圖 1中用箭頭表示)首先進(jìn)入廢氣預(yù)處理管系1,在該管系中將還原劑在 盡可能近發(fā)動(dòng)機(jī)處混入熱廢氣中，如在含SCR催化劑的汽車中實(shí)際所使 用的還原劑為尿素水溶液，當(dāng)然也可考慮以固態(tài)形式加入尿素，如在相 關(guān)文獻(xiàn)中已詳述的。此外，還可加入氨作為還原劑，該氨可在另外的地 方例如在更合適的熱條件下由分解出氨的材料獲得。計(jì)量可依內(nèi)燃機(jī)的 運(yùn)行參數(shù)通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置(未示出)來(lái)控制，該控制方式使通過(guò)噴 嘴2將尿素水溶液噴入廢氣分流3中。與廢氣分流3相平行安置有氧化 催化劑4，其目的在于按上述反應(yīng)(2)借助于在廢氣中存在的過(guò)量氧將 廢氣中所含部分一氧化氮氧化成二氧化氮。將如此產(chǎn)生的二氧化氮一方 面用于減少固體顆粒，另一方面用于后續(xù)的SCR反應(yīng)中，如下面還將詳 述。與廢氣流3和與其相平行設(shè)置的氧化催化劑4呈順流安裝有顆粒過(guò) 濾器5，其淀積在廢氣中存在的炭黑顆粒。在顆粒過(guò)濾器5中滯留下的 炭黑顆粒通過(guò)呈逆流借助于氧化催化劑4產(chǎn)生的二氧化氮連續(xù)轉(zhuǎn)化為一 氧化碳、二氧化碳、氮和一氧化氮，以致可取消用于顆粒過(guò)濾器5的昂 貴的再生循環(huán)。該氮氧化物的實(shí)際的選擇性催化還原是通過(guò)SCR催化劑6進(jìn)行 的，在圖1中基于簡(jiǎn)化該SCR催化劑6雖是以獨(dú)立的部件示出，但如下 面所述，按本發(fā)明是作為顆粒過(guò)濾器5的SCR活性涂層實(shí)現(xiàn)的。在相關(guān) 的還原反應(yīng)中應(yīng)將盡可能大量的在廢氣中存在的氮氧化物(NOx)在同 時(shí)具有高還原選擇性的條件下轉(zhuǎn)變成氮和水，同時(shí)無(wú)過(guò)量的氨(NH3) 留在廢氣流中。在相關(guān)的SCR還原反應(yīng)中，在廢氣流中可能還存在的殘 余二氧化氮比廢氣中殘余的NO更具反應(yīng)性，所以希望如此設(shè)置氧化催 化劑4,即使得盡可能多的一氧化氮轉(zhuǎn)化成二氧化氮，即盡可能地比轉(zhuǎn) 化顆粒沉降器中的炭黑顆粒所需的更多。由于強(qiáng)放熱性的炭黑氧化反應(yīng) 可導(dǎo)致明顯溫度升高，以致該顆粒沉降器的順流一定會(huì)出現(xiàn)超過(guò)650'C 的溫度，這會(huì)導(dǎo)致對(duì)含V20s的SCR催化劑的損害。由于此原因，使用 主要基于鐵沸石材料、鈷沸石材料或銅淬石材料的不含丫205的SCR催 化劑是有利的。考慮到在汽車中運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)的不斷變化的運(yùn)行條件，顯而易見(jiàn)的 是，所希望的盡可能高的氮氧化物的轉(zhuǎn)化率僅能在允許微小量的氨過(guò)量 條件下實(shí)現(xiàn)。為防止在有毒的氨隨部分凈化過(guò)的廢氣排放到外部空氣中 時(shí)的不足的轉(zhuǎn)化，在SCR催化劑之后設(shè)置NH3氧化催化劑7，用該NH3 氧化催化劑將過(guò)量的NH3轉(zhuǎn)化成氮和水蒸汽。在圖1中同樣是以獨(dú)立的 部件示出的該NH3氧化催化劑7，如下面要指出的，也可以是顆粒過(guò)濾 器5和SCR催化劑的組合的一部分。用于去除多余氨的氧化反應(yīng)應(yīng)在盡 可能大的選擇性下進(jìn)行，以使至少使用部分銥或氧化銥作為NH3氧化催 化劑7的活性材料。如圖1中用虛線示出的包圍線，如果在加入還原劑處的溫度不足夠 高，則可用水解催化劑8來(lái)改進(jìn)由還原劑中分解出氨。該安裝在廢氣流 中還原劑加料點(diǎn)的下游和顆粒過(guò)濾器5的上游的水解催化劑8在圖中雖 然同樣以獨(dú)立部件示出，但如下面所述，其也可以是在顆粒過(guò)濾器5的 流入側(cè)上加栽相應(yīng)的活性催化材料。圖2同樣示出了具有SCR活性的顆粒過(guò)濾器的實(shí)施方案的截面 圖，其中選取該截面平4亍于廢氣的流向。該流向以及在下面圖3-5中 的流向均以箭頭表示。顆粒過(guò)濾器9在其流入側(cè)11和其流出側(cè)12均具有盲孔型腔或袋形 腔11a，12a，其中位于流入側(cè)11的腔對(duì)著流入側(cè)U是敞口的，位于流出 側(cè)12的腔對(duì)著流出側(cè)12是敞口的。作為該顆粒過(guò)濾器9的過(guò)濾材料可 應(yīng)用堇青石或碳化硅，但也可應(yīng)用燒結(jié)金屬或陶瓷纖維以及硅酸鹽纖維 或金屬織物。由圖中所示，栽有炭黑顆粒IO和氨(NH3)(未示出)的廢氣流碰 到該顆粒過(guò)濾器9的流入側(cè)11,并且該炭黑顆粒10特別是呈所謂的濾 餅13的形式淀積到盲孔型腔或袋形腔lla中，之后該如此凈化掉炭黑 顆粒10的廢氣通過(guò)過(guò)濾材料流向流出側(cè)12的盲孔型腔或袋形腔12a 中。在達(dá)到腔12a前，該載有NH3的廢氣流過(guò)該顆粒過(guò)濾器9的位于流 出側(cè)12上的加載有SCR活性催化劑材料14的層，并與該層接觸，直到 廢氣從盲孔型腔或袋形腔12a流出。在通過(guò)加栽有SCR活性催化劑材料 14的層以及通入腔12a的路徑上發(fā)生按反應(yīng)(1 )和(2 )進(jìn)行的選擇性 催化還原，這時(shí)氮氧化物轉(zhuǎn)化成氮和水蒸汽。該如此凈化掉炭黑顆粒和氮氧化物的廢氣在流出側(cè)12離開(kāi)過(guò)濾裝置。為再生顆粒過(guò)濾器9,必需連續(xù)或周期去除濾餅13。濾餅13的連 續(xù)去除可如圖1所述實(shí)現(xiàn)，即在顆粒過(guò)濾器9前串接有圖2中未示出的 氧化催化劑，該氧化催化劑按反應(yīng)(2)將在廢氣中存在的至少一部分 一氧化氮轉(zhuǎn)變成二氧化氮。該氧化催化劑也必需位于向廢氣流中加入還 原劑的上游位置，否則該還原劑會(huì)被氧化以致不能用于SCR反應(yīng)。在廢氣中濃集的二氧化氮在與濾餅13接觸時(shí)按反應(yīng)(4) 、 (5) 和(6 )發(fā)生炭黑10轉(zhuǎn)變成CO、 C02、 N2和NO的反應(yīng)，該反應(yīng)是連 續(xù)進(jìn)行的，以致該濾餅可保持基本上是恒定的厚度和由其導(dǎo)致的基本上 呈恒定水平的廢氣反壓。除連續(xù)再生顆粒過(guò)濾器13外，也可周期性再生該過(guò)濾器。為此以 已知的方法提高廢氣中的烴含量，以致其在與濾餅接觸時(shí)在強(qiáng)放熱反應(yīng) 中氧化炭黑顆粒10。在該顆粒過(guò)濾器9的兩種再生情況下在該顆粒過(guò)濾器9的流入側(cè)11 處產(chǎn)生的局部溫升為在顆粒過(guò)濾器9的流出側(cè)12設(shè)置的加載SCR活性 催化劑材料14而被過(guò)濾材料較好地屏蔽了 ，以致不用擔(dān)心對(duì)SCR活性 催化材料的損害。為可靠排除在臨界溫度情況下對(duì)SCR活性催化劑材料 的損害，可在溫度靈敏的釩或V20s位置也使用W03/Ti02或含鐵沸不、 含銅沸石或含鈷沸石作為催化劑材料。出于熱穩(wěn)定性的原因，若在廢氣流向上提高該顆粒過(guò)濾器的SCR 活性側(cè)的加栽也是有利的。這可通過(guò)構(gòu)成層狀顆粒過(guò)濾器來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中 在廢氣流方向增加層中的SCR活性材料的加栽，或通過(guò)經(jīng)涂覆或浸漬顆 粒過(guò)濾器流出側(cè)而加載SCR活性材料來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中應(yīng)使該過(guò)濾器材料的 加載程度隨涂覆溶液或浸漬溶液的浸入深度不斷增加而下降。為在如在汽車中運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)情況下常出現(xiàn)的內(nèi)燃機(jī)的不穩(wěn)定運(yùn) 行時(shí)達(dá)到盡可能高的將氮氧化物轉(zhuǎn)化成氮和水蒸汽，需運(yùn)行含氨稍過(guò)量 的廢氣后處理系統(tǒng)。因?yàn)橛卸镜陌睔獠豢膳懦龅酵獠靠諝庵?，所以必?在廢氣后處理裝置的尾端提供氨氧化催化劑。 一種這樣的裝置示于圖 3。這里也選取其平行于廢氣流向的截面圖。鑒于圖3很大部分與圖2 相同，所以對(duì)相同部分選用相同標(biāo)號(hào)。為避免重復(fù)，對(duì)該相同部分不再 描述，而可參閱對(duì)圖2的描述。
為氧化廢氣中多余的氨，在顆粒過(guò)濾器9的流出側(cè)12上在盲孔型 腔或袋形腔的出口處以用于氧化氨的材料15浸漬SCR活性催化劑 材料l4 (圖3下部)或以用于氧化氨的材料15，涂覆SCR活性催化劑材 料14(圖3上部)。在該兩種情況下，可將多余的氨可靠地轉(zhuǎn)化為氮和 水蒸汽。顆粒過(guò)濾器3的基體的制備可能性結(jié)合圖3也示例性地和原理性地 示出了。為產(chǎn)生盲孔型結(jié)構(gòu)，可將多個(gè)管狀構(gòu)件組合成密實(shí)組裝結(jié)構(gòu)， 其中各相鄰管交替地面向流入側(cè)或面向流出側(cè)呈封閉。該封閉可用與應(yīng) 用于顆粒過(guò)濾器9的相同的材料進(jìn)行，也可使用與其不同的材料，如中 性材料。另一用于產(chǎn)生盲孔型腔lla、 12a的可能性在于，在塊狀過(guò)濾 器體中設(shè)置孔道，其中各相鄰孔道交替地在各相對(duì)端呈封閉?？稍谏鲜鱿鄳?yīng)的結(jié)構(gòu)上如此實(shí)施加載SCR活性催化劑材料，即首先 只將朝向流出側(cè)12的每隔一孔進(jìn)行封閉，然后將該過(guò)濾器體浸入涂覆 溶液或浸漬溶液中，由此使該涂覆溶液或浸漬溶液升入朝向流出側(cè)開(kāi)口 的孔道中。多余的涂覆溶液或浸漬溶液在完成涂覆或浸漬后再經(jīng)吹出， 然后朝向流入側(cè)U封閉經(jīng)涂覆或浸漬過(guò)的孔道。產(chǎn)生袋形結(jié)構(gòu)的一種可能性在于，制造由相互間隔的板形成的組合 件，其中通過(guò)間隔形成的相鄰自由空間各交替朝向流入側(cè)11和流出側(cè) 12封閉，以形成袋形結(jié)構(gòu)。用SCR活性催化劑材料14加載流出側(cè)12 可如下進(jìn)行，即用于構(gòu)成結(jié)構(gòu)的板的一面用SCR活性催化劑材料加載， 并且該板如此疊裝，即交替對(duì)置兩塊經(jīng)加載的板面和兩塊未經(jīng)加栽的板 面。該板的加栽可如此進(jìn)行，即使得該板呈層結(jié)構(gòu)，其中各層加載SCR 活性催化劑材料的程度在流出側(cè)方向上增加。但也可通過(guò)噴霧或用SCR 活性涂覆溶液或浸漬溶液涂刷來(lái)實(shí)現(xiàn)用SCR活性催化劑材料對(duì)板進(jìn)行 加載。以類似方法在裝置的出口產(chǎn)生上述的NH3活性層。同樣情況也適 用于流入側(cè)11的顆粒過(guò)濾器9的活性層，如下面圖4所迷。如圖1所述，為改進(jìn)從還原劑如尿素水溶液(AdBlue)分解出氨， 必需使用有利于分解的催化劑，以阻止在反應(yīng)(7)和(9)后形成氰尿 酸。該氰尿酸的形成是有害的，因?yàn)闀?huì)導(dǎo)致顆粒過(guò)濾器的堵塞，并由此 不僅使廢氣后處理系統(tǒng)失效，而且導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)停運(yùn)。用于改進(jìn)從還原劑 分解出氨的催化劑是如此形成的，即如圖4中的截面圖所示，該顆粒過(guò) 濾器9的流入側(cè)加栽有有助于分解的催化劑材料16。對(duì)此可用的材料是 Ti02或Ti02/Si02或Ti02/Si02./Al203以及沸石。相應(yīng)的加栽的產(chǎn)生可用 類似于上述程序進(jìn)行。圖4中的其余部分與圖2相應(yīng)，所以不再描迷， 可參閱對(duì)圖2的說(shuō)明。本發(fā)明的廢氣后處理系統(tǒng)的另一實(shí)施方案以截面圖示于圖5。圖5 中還示出整合在內(nèi)燃機(jī)的廢氣管系中的外殼中的廢氣后處理系統(tǒng)的布 局。構(gòu)成流入側(cè)的袋lla'和流出側(cè)袋12a'的呈手風(fēng)琴狀的顆粒過(guò)濾器9， 在其朝向流出側(cè)袋12a，的一側(cè)(類似圖2實(shí)施例)加裁有SCR活性催化 劑材料14'。通過(guò)該顆粒過(guò)濾器9'的手風(fēng)琴狀結(jié)構(gòu)形成內(nèi)腔19,該內(nèi)腔 在其端21處是封閉的，并在其另一敞口端20處與其中安裝顆粒過(guò)濾器 9'的外殼17的流出口 22相連。外殼17的內(nèi)腔通過(guò)顆粒過(guò)濾器9'分成兩 個(gè)區(qū)，即已提及的顆粒過(guò)濾器9，的內(nèi)腔19和在從殼17的壁和顆粒過(guò)濾 器9，之間的外腔18。在外腔18的流入?yún)^(qū)中安裝有氧化催化劑4',其將 在廢氣流中所含的部分一氧化氮轉(zhuǎn)化為二氧化氮。在氧化催化劑4'的中 心存在形成廢氣流3，的孔，在該孔中用噴嘴2'加入還原劑。如圖中通過(guò)表示廢氣流方向的箭頭所表示的，該產(chǎn)生于內(nèi)燃機(jī)(未 示出)的廢氣首先流過(guò)氧化催化劑4'，并在平行廢氣流3'中吸收還原劑 如氨。然后該載有氨的和濃集有N02的廢氣從外腔18經(jīng)流入側(cè)的袋lla， 流過(guò)顆粒過(guò)濾器9，和其加栽有SCR活性催化劑材料14，的流出側(cè)到流出 側(cè)袋12a',并經(jīng)毗連的內(nèi)腔19和流出孔22離開(kāi)該裝置。在其通過(guò)顆粒 過(guò)濾器9'的路徑中，在廢氣中所含的炭黑顆粒沉積在該顆粒過(guò)濾器的流 入側(cè)的表面上，并被在廢氣中濃集的N02連續(xù)氧化。該在廢氣中夾帶的 氮氧化物與同樣所含的氨一起在流過(guò)顆粒過(guò)濾器9'的加載有SCR活性 催化劑材料14，的部分時(shí)轉(zhuǎn)化成氮和水蒸汽。經(jīng)如此凈化過(guò)的廢氣經(jīng)內(nèi) 腔19和流出孔22離開(kāi)廢氣后處理系統(tǒng)。關(guān)于前述的相關(guān)化學(xué)反應(yīng)可參 閱已在上面給出的按化學(xué)式的綜述。上述的各種實(shí)施方案在基本不偏離本發(fā)明的思路的條件下當(dāng)然可 用專業(yè)人員易理解的專業(yè)知識(shí)以各種各樣方式設(shè)計(jì)，所述實(shí)施方案僅為 示例性的。
權(quán)利要求
1.在以過(guò)量空氣運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)中用于減少氮的氧化物和減少顆粒的廢氣后處理系統(tǒng)，其中氮的氧化物的減少以SCR催化劑實(shí)現(xiàn)，顆粒的減少以顆粒過(guò)濾器實(shí)現(xiàn)，且其中-在內(nèi)燃機(jī)的廢氣流中設(shè)置顆粒過(guò)濾器(5，9)，-該顆粒過(guò)濾器(5，9)是表面顆粒過(guò)濾器或深層過(guò)濾器，-顆粒過(guò)濾器(5，9)在其流出側(cè)加載有SCR活性催化劑材料(6，14)，-分解出氨的還原劑或氨按與顆粒過(guò)濾器(5，9)呈逆流加入。
2.9)由堇-物構(gòu)成，并涂覆或浸漬有SCR活性催化劑材料。
3. 上述權(quán)利要求之一的廢氣后處理系統(tǒng)，其特征在于，SCR活性 催化劑材料(6， 14)在顆粒過(guò)濾器的流出側(cè)的加栽沿廢氣流向而增加。
4. 上述權(quán)利要求之一的廢氣后處理系統(tǒng)，其特征在于，SCR活性 催化劑材料(6， 14 )含釩和/或V205和/或W03/Ti02和/或含鐵沸石和/ 或含銅沸石和/或含鈷沸石作為活性組分。
5. 上述權(quán)利要求之一的廢氣后處理系統(tǒng)，其特征在于，所述顆粒 過(guò)濾器(5， 9)在其流入側(cè)還涂覆或浸漬有助于從還原劑分解出氨的催 化劑材料。
6. 權(quán)利要求5的廢氣后處理系統(tǒng)，其特征在于，有助于從還原劑 分解出氨的催化劑材料含Ti02和/或Ti02/Si02和/或Ti02/Si02/Al203和/ 或沸石作為活性組分。
7. 上述權(quán)利要求之一的廢氣后處理系統(tǒng)，其特征在于，還可在流 出側(cè)即從廢氣流方向看在加載SCR活性催化劑材料(6, 14)的末端用 可氧化廢氣中存在的過(guò)量氨的催化劑材料涂覆或浸漬顆粒過(guò)濾器(5, 9)。
8. 權(quán)利要求7的廢氣后處理系統(tǒng)，其特征在于，用于氧化過(guò)量氨 的催化劑材料含鉑族元素和/或其氧化物和/或沸石。
9. 上述權(quán)利要求之一的廢氣后處理系統(tǒng)，其特征在于，與還原劑 的加料呈逆流地配置一種可將至少一部分含于廢氣流中的一氧化氮轉(zhuǎn) 化成二氧化氮的氧化催化劑(4)。
10. 權(quán)利要求9的廢氣后處理系統(tǒng)，其特征在于，該用于將一氧化 氮轉(zhuǎn)化成二氧化氮的氧化催化劑(4)含鉑和/或氧化鉑和/或沸石作為活 性材料。
11. 上述權(quán)利要求之一的廢氣后處理系統(tǒng)，其特征在于，顆粒過(guò)濾 器(5， 9)的流入側(cè)和流出側(cè)形成盲孔型腔或袋形腔(12)，其中位于 流入側(cè)的腔對(duì)著流入側(cè)是敞口的，位于流出側(cè)的腔對(duì)著流出側(cè)是敞口 的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在以過(guò)量空氣運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)中用于減少氮氧化物和減少顆粒的廢氣后處理裝置，該氮氧化物的減少以SCR催化劑實(shí)現(xiàn)，顆粒的減少以安裝在該內(nèi)燃機(jī)廢氣中的顆粒過(guò)濾器(5，9)實(shí)現(xiàn)。該顆粒過(guò)濾器(5，9)是在其流出側(cè)加載有SCR活性催化劑材料(6，14)的表面顆粒過(guò)濾器或體過(guò)濾器。分解出氨的還原劑或氨按與顆粒過(guò)濾器(5，9)呈逆流加入。
文檔編號(hào)F01N3/035GK101126336SQ200710141018
公開(kāi)日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2007年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月16日
發(fā)明者A·多林 申請(qǐng)人:德國(guó)曼商用車輛股份公司