專利名稱：柴油機(jī)廢氣的后處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及柴油機(jī)廢氣的后處理裝置，特別地，本發(fā)明涉及包括柴油機(jī)氧化催化 劑(DOC)的柴油機(jī)廢氣的后處理裝置，所述柴油機(jī)氧化催化劑具有包含由Ru組成的單一活 性材料或者由一定重量比的Pt和Ru組成的復(fù)合活性材料的載體。
背景技術(shù)：
在燃燒過(guò)程的排氣流中的某些化合物，由于其釋放至環(huán)境中將導(dǎo)致較低的空氣質(zhì) 量而為不利的。因此，必須控制這些化合物以保護(hù)環(huán)境并滿足或超過(guò)政府排放規(guī)定。被稱 作NOx的氮氧化物即在這些不利的化合物之中。有許多燃燒過(guò)程會(huì)產(chǎn)生NOx，例如煤爐或油 爐、往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)(包括汽油機(jī)和柴油機(jī))和燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。為了除去發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣流中的污染物(例如N0x、C0和碳?xì)浠衔?，在汽油機(jī)車 輛中已經(jīng)提供了三元催化轉(zhuǎn)化器(例如具有三元催化劑的催化轉(zhuǎn)化器)。在大多數(shù)情況中， 車輛發(fā)動(dòng)機(jī)以化學(xué)計(jì)量模式操作，也就是將化學(xué)計(jì)量的燃料與空氣進(jìn)料至發(fā)動(dòng)機(jī)中。在燃 燒后，排氣流中的污染物通常包括碳?xì)浠衔?、CO和NOx。三元催化劑能夠通過(guò)將NOx還原 為N2和O2并通過(guò)使用O2 (部分O2由還原得到，部分O2存在于廢氣中)作為還原劑將CO氧 化為CO2并將碳?xì)浠衔镅趸癁镃O2和H2O從而除去大約95%或95%以上的污染物。稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)通常以貧燃模式操作，即將大于化學(xué)計(jì)量的空氣與燃料一起進(jìn)料至發(fā) 動(dòng)機(jī)氣缸中。與化學(xué)計(jì)量的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)提供優(yōu)等的燃料經(jīng)濟(jì)性。稀燃發(fā)動(dòng)機(jī) 的一個(gè)典型的例子為柴油機(jī)。但是，由于稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣流包含過(guò)量的NOx和02，三元催 化劑轉(zhuǎn)化器不足以將NOx轉(zhuǎn)化為N2,并將NOx排放降低至合意的水平。因此，為了降低稀燃 發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣中的NOx，需要不同于在化學(xué)計(jì)量發(fā)動(dòng)機(jī)中所用系統(tǒng)的廢氣純化系統(tǒng)。具體地，用于稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣純化系統(tǒng)的一個(gè)例子通常包括柴油機(jī)微粒過(guò)濾器 (DPF)、柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)和選擇性催化還原(SCR)催化劑。DPF位于連接至發(fā)動(dòng)機(jī) 排氣歧管的排氣管路的最上游，并用于捕集微粒物質(zhì)。DOC位于DPF的下游，并用于將包含 在排氣流中的碳?xì)浠衔?、CO和微粒物質(zhì)的可溶有機(jī)部分(SOF)氧化為0)2和吐0。SCR催 化劑位于DOC的下游，并使用氨作為還原劑用于將NOx還原為N2。SCR催化劑由V205/Ti02、 PtAl2O3或沸石制成，并通過(guò)注入其中的或由注入的尿素溶液的分解產(chǎn)生的氨的化學(xué)反應(yīng) 純化廢氣中的NOx。以下描述將更詳細(xì)地論述通過(guò)稀燃柴油機(jī)的廢氣純化系統(tǒng)處理廢氣。首先，柴油 機(jī)廢氣包含大量的O2和NOx。NOx主要由NO2和NO組成，且NO的含量為NOx體積的大約 30%或30%以上。柴油機(jī)的廢氣主要經(jīng)過(guò)DPF，從而使得微粒物質(zhì)(例如主要由木炭組成 的煤煙)吸附在DPF上。在經(jīng)過(guò)DPF后，廢氣經(jīng)過(guò)D0C，所述DOC通過(guò)將包含于Al2O3載體上的Pt或Pd涂布在蜂窩狀陶瓷基材上構(gòu)成。在DOC中，CO和碳?xì)浠衔锏难趸侵饕^(guò) 程。在氧化時(shí)，存在于廢氣中的O2的直接使用與產(chǎn)生于將NO2還原為NO的過(guò)程中的O2的 間接使用競(jìng)爭(zhēng)作為還原劑。當(dāng)廢氣經(jīng)過(guò)DOC時(shí)，在廢氣中的NOx中的NO2的含量以NOx的重 量計(jì)為20體積％或20體積％以下，而NO的含量相對(duì)增加。在經(jīng)過(guò)DOC之后，廢氣經(jīng)過(guò)由 沸石制成的氨SCR催化劑。所述氨SCR催化劑具有使用氨作為還原劑將NO2和NO轉(zhuǎn)化為無(wú) 害的N2氣體的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)。通常，還原NO2的反應(yīng)更普遍。特別地，已知的是，如果NO2與NO 的體積比(即摩爾比)大約為1 1，則由于協(xié)同效應(yīng)，氨SCR催化劑除去NOx的能力能夠 得以最大化。但是，典型的柴油機(jī)廢氣純化系統(tǒng)的問(wèn)題在于由于進(jìn)入氨SCR催化劑的廢氣中的 NOx中的NO2的體積分?jǐn)?shù)小于NO的體積分?jǐn)?shù)，氨SCR催化劑除去NOx的能力下降。在本發(fā)明背景部分所公開的信息只是用于加深對(duì)本發(fā)明一般背景的理解，而不應(yīng) 該被認(rèn)為是承認(rèn)或者任何形式的暗示該信息形成了本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各方面提供一種柴油機(jī)廢氣的后處理裝置，該裝置能夠有效地除去由發(fā) 動(dòng)機(jī)排出的廢氣中的諸如碳?xì)浠衔锖虲O的污染物，通過(guò)燃盡DPF中的微粒物質(zhì)自然地再 生柴油機(jī)微粒過(guò)濾器(DPF)，并通過(guò)增加進(jìn)入氨SCR催化劑的廢氣中的NOx中的NO2的量而 最大化氨選擇性催化還原(SCR)催化劑除去NOx的能力。在本發(fā)明的一個(gè)方面，柴油機(jī)廢氣的后處理裝置可以包括位于連接至發(fā)動(dòng)機(jī)排氣 歧管的排氣管路的最上游的DPF，位于DPF下游的D0C，和位于DOC下游的SCR催化劑，其中 氨SCR催化劑由沸石制成。DOC可以具有包含Ru單一活性材料或者Pt和Ru的復(fù)合活性材 料的載體，且Pt與Ru的重量比可為2 1或2 1以下。DPF具有涂布在其整個(gè)表面上的氧化催化劑。所述氧化催化劑可由Pt和Pd組成， 其中Pt與Pd的重量比為2 1至6 1。因此，DPF的氧化催化劑能夠減少位于DPF下游 的DOC的載荷，并同時(shí)通過(guò)將廢氣中的NO氧化為NO2來(lái)改進(jìn)DPF的自然再生的效率。氨SCR催化劑可以由用過(guò)渡金屬，特別是Fe和/或Cu離子交換的沸石制成。當(dāng) 用過(guò)渡金屬中的Fe和/或Cu離子交換時(shí)，沸石具有優(yōu)良的除去NOx的能力，且此外能夠通 過(guò)氧化或吸收除去碳?xì)浠衔锘蛘逤O。根據(jù)本發(fā)明的示例性具體實(shí)施方案，柴油機(jī)廢氣的后處理裝置包括D0C，所述DOC 具有包含由Ru組成的單一活性材料或者由一定重量比的Pt和Ru組成的復(fù)合活性材料的 載體。因此，所述裝置能夠有效地除去發(fā)動(dòng)機(jī)排放的廢氣中的諸如碳?xì)浠衔锖虲O的污染 物，通過(guò)燃盡DPF中的微粒物質(zhì)自然地再生DPF，并通過(guò)增加進(jìn)入氨SCR催化劑的廢氣中的 NOx中的NO2的量而最大化氨SCR催化劑除去NOx的能力。此外，由于DPF位于連接至發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管的排氣管路的最上游并鄰接發(fā)動(dòng)機(jī)排 氣歧管安置，因此DPF能夠被發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的NO2自然地再生。而且，通過(guò)使用涂布在DPF 的整個(gè)表面上的氧化催化劑將NO氧化為NO2,能夠?qū)崿F(xiàn)改進(jìn)的自然再生。本發(fā)明的方法和裝置具有其他特征和優(yōu)點(diǎn)，這些特征和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)引入本文的附 圖以及下文對(duì)本發(fā)明的具體描述(它們一起用于解釋本發(fā)明的某些原理)而變得顯然或被 更詳細(xì)地陳述。


圖1為表示CO氧化效率和柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)活化溫度相對(duì)于Pt和Ru的 組成比例的圖；以及圖2為表示DOC的CO氧化效率相對(duì)于Pt和Ru的組成比例和反應(yīng)溫度的圖。應(yīng)理解的是所附附圖沒(méi)必要按比例縮放，其呈現(xiàn)說(shuō)明本發(fā)明的基本原理的各種特 征的些許簡(jiǎn)化的表示。本文公開的本發(fā)明的特定設(shè)計(jì)特征，包括例如特定尺寸、取向、位置 和形狀，部分通過(guò)特定的預(yù)期應(yīng)用和使用環(huán)境確定。在圖中，在全部的附圖的幾幅圖中附圖標(biāo)記表示本發(fā)明的相同或等同部分。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)提及本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施方案，這些具體實(shí)施方案的實(shí)施例在附圖 中表示并且在下文描述。盡管將結(jié)合示例性具體實(shí)施方案來(lái)描述本發(fā)明，但應(yīng)該理解的是 當(dāng)前的描述并不意在將本發(fā)明限定于那些示例性具體實(shí)施方案中。相反，本發(fā)明意在不僅 覆蓋示例性的具體實(shí)施方案，而且覆蓋包括在所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi) 的各種替代形式、修改形式、等同形式和其他具體實(shí)施方案。本發(fā)明涉及一種柴油機(jī)廢氣的后處理裝置，該裝置能夠有效地除去由發(fā)動(dòng)機(jī)排出 的廢氣中的諸如碳?xì)浠衔锖虲O的污染物，通過(guò)燃盡DPF中的微粒物質(zhì)自然地再生柴油機(jī) 微粒過(guò)濾器(DPF)，并通過(guò)增加進(jìn)入氨SCR催化劑的廢氣中的NOx中的NO2的量而最大化氨 選擇性催化還原(SCR)催化劑除去NOx的能力。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性具體實(shí)施方案的柴油機(jī)廢氣的后處理裝置包括DPF、D0C 和氨SCR催化劑。DPF位于連接至發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管的排氣管路的最上游，并鄰接發(fā)動(dòng)機(jī)排氣 歧管安置。DOC位于DPF的下游，且氨SCR位于DOC的下游。所述氨SCR由沸石制成。以下描述將論述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性具體實(shí)施方案的柴油機(jī)廢氣的后處理 裝置的各個(gè)組件。柴油機(jī)柴油機(jī)通常以具有低燃料/空氣比的貧燃模式操作。柴油機(jī)廢氣相比于在理論燃 料/空氣比下操作的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣包含更多量的O2和NOx。在柴油機(jī)廢氣中，NO2為NOx的大 約30體積％。柴油機(jī)微粒過(guò)濾器(DPF)DPF位于連接至發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管的排氣管路的最上游，并鄰接發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管安 置。DPF能夠通過(guò)物理地捕集柴油機(jī)廢氣中的微粒物質(zhì)而顯著降低自柴油機(jī)排放的煤煙的 量。此外，在駕駛車輛達(dá)到預(yù)定或更長(zhǎng)的公里數(shù)后，DPF能夠通過(guò)后注入使得廢氣溫度升高 至微粒物質(zhì)的燃燒溫度以上，從而燃盡捕獲的微粒物質(zhì)而得以再生。為了直接使用O2有效 地燃盡微粒物質(zhì)，必須達(dá)到大約550°C的溫度。在根據(jù)本發(fā)明的示例性具體實(shí)施方案的柴 油機(jī)廢氣的后處理裝置中，DPF能夠被柴油機(jī)廢氣中的NO2自然再生。在柴油機(jī)廢氣中，NO2 為NOx的大約30體積％。在大約300°C的溫度下通過(guò)燃盡木炭(即微粒物質(zhì)的主要成分) 將NO2轉(zhuǎn)化為NO。特別地，由于廢氣的熱量能夠促進(jìn)DPF通過(guò)NO2自然再生，因此DPF優(yōu)選 鄰接發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管安置。
此外，氧化催化劑能夠被涂布在DPF的表面上，優(yōu)選在DPF的整個(gè)表面上。所述氧 化催化劑能夠通過(guò)氧化碳?xì)浠衔锒鴾p少位于DPF下游的DOC的載荷。由于碳?xì)浠衔锏?氧化引起廢氣溫度上升，因此氧化催化劑也能夠改進(jìn)DPF自然再生的效率。涂布在DPF表 面上的氧化催化劑包含Pt和Pd，其中Pt與Pd的重量比為2 1至6 1。在此情況下， 所述氧化催化劑也能夠?qū)U氣中的NO氧化為NO2,并由此最大化DPF通過(guò)NO2自然再生的 效率。柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)DOC位于DPF的下游，并具有包含單一活性材料或者復(fù)合活性材料的載體。所述單 一活性材料由Ru組成，所述復(fù)合活性材料由Pt和Ru組成，其中Pt與Ru的重量比為2 1 或2 1以下。構(gòu)造典型的DOC使得包含于Al2O3載體中的Pt或Pd被涂布在蜂窩狀陶瓷基材上。 在DOC中，CO和碳?xì)浠衔锏难趸侵饕^(guò)程。在氧化時(shí)，存在于廢氣中的O2的直接使用 與產(chǎn)生于將NO2還原為NO的過(guò)程中的O2的間接使用競(jìng)爭(zhēng)作為還原劑。在廢氣經(jīng)過(guò)DOC后， 在廢氣中的NOx中的NO2的含量以NOx的重量計(jì)為20體積％或20體積％以下，而NO的含 量相對(duì)增加。因此，這降低了在接下來(lái)的過(guò)程中除去NOx的氨SCR催化劑的效率。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性具體實(shí)施方案的DOC的活性材料能夠僅由Ru組成或者 由Pt和Ru兩者組成，其中Pt與Ru的重量比為2 1或2 1以下。DOC的活性材料能 夠通過(guò)限制CO和碳?xì)浠衔锏难趸⑼瑫r(shí)相對(duì)促進(jìn)NO氧化為NO2,從而增加NO2的產(chǎn)率。 DOC的載體能夠由任何多孔且具有高表面積的材料制成。例如，DOC的載體能夠由Al2O3制 得。此外，所述活性材料優(yōu)選為DOC的0.5至5重量％。如果活性材料的含量小于0.5重 量％，則DOC的氧化效率微不足道。如果活性材料的含量超過(guò)5重量％，則活性材料可在制 造過(guò)程中損失，且氧化效率的增加微不足道。圖1為表示CO氧化效率和DOC活化溫度相對(duì)于Pt和Ru組成比例的圖，圖2為表 示DOC的CO氧化效率相對(duì)于Pt和Ru的組成比例和反應(yīng)溫度的圖。此外，如下表1表示根 據(jù)Pt與Ru之間的重量比的DOC的起燃溫度(LOT)、N0至NO2的最大轉(zhuǎn)化效率，和在最大轉(zhuǎn) 化效率下的反應(yīng)溫度。如圖1和表1中所示，DOC的LOT隨Ru的含量成比例增加，其中如 果僅存在Ru時(shí)溫度最高。此外，如圖1和表1中所示，隨著Ru含量的增加，從NO至NO2的 最大轉(zhuǎn)化效率增加，指示最大轉(zhuǎn)化效率的溫度下降。如果僅存在Ru，在最低反應(yīng)溫度下產(chǎn)生 最大量的N02。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性具體實(shí)施方案的柴油機(jī)廢氣的后處理裝置能 夠向氨SCR催化劑提供在NOx中包含較高NO2體積(或摩爾)百分比的廢氣。表 1
權(quán)利要求
1.一種柴油機(jī)廢氣的后處理裝置，該裝置包括柴油機(jī)微粒過(guò)濾器DPF，其位于連接至發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管的排氣管路的上游； 柴油機(jī)氧化催化劑D0C，其位于柴油機(jī)微粒過(guò)濾器DPF的下游；和 氨選擇性催化還原SCR催化劑，其位于柴油機(jī)氧化催化劑DOC的下游， 其中氨SCR催化劑由沸石制成，以及其中柴油機(jī)氧化催化劑DOC包括包含Ru單一活性材料或者Pt和Ru的復(fù)合活性材料 的載體，其中Pt與Ru的重量比為大約2 1或2 1以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器DPF鄰接發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管安置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器DPF具有涂布在其表面上 的氧化催化劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中涂布在柴油機(jī)微粒過(guò)濾器表面上的氧化催化劑包 括Pt和Pd，其中Pt與Pd的重量比為大約2 1至大約6 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述柴油機(jī)微粒過(guò)濾器DPF具有涂布在其整個(gè)表 面上的氧化催化劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中涂布在柴油機(jī)微粒過(guò)濾器整個(gè)表面上的氧化催化 劑包括Pt和Pd，其中Pt與Pd的重量比為大約2 1至大約6 1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述氨SCR催化劑由用過(guò)渡金屬離子交換的沸石 制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述過(guò)渡金屬的重量為沸石重量的大約1至大約4%。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述沸石包括絲光沸石、MFI型沸石(例如ZSM5)、 BEA沸石或者Y型沸石。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述沸石用Fe和Cu中的至少一種離子交換。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述沸石用Fe、Ni、Co和Cu中的至少一種離子 交換。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述柴油機(jī)氧化催化劑DOC的載體包括Al2O3，且 所述活性材料為柴油機(jī)氧化催化劑DOC的大約0. 5至大約5重量％。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述柴油機(jī)氧化催化劑DOC的載體為多孔的。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中柴油機(jī)廢氣中的NO2的含量為整個(gè)NOx體積的大 約30%或30%以上。
全文摘要
一種柴油機(jī)廢氣的后處理裝置，該裝置可包括柴油機(jī)微粒過(guò)濾器(DPF)，其位于連接至發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管的排氣管路的上游；柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)，其位于柴油機(jī)微粒過(guò)濾器的下游；和氨選擇性催化還原(SCR)催化劑，其位于柴油機(jī)氧化催化劑的下游，其中氨SCR催化劑由沸石制成。所述DOC具有包含Ru單一活性材料或者Pt和Ru的復(fù)合活性材料的載體，其中Pt與Ru的重量比為2∶1或2∶1以下。所述裝置能夠有效地除去廢氣中的諸如碳?xì)浠衔锖虲O的污染物，通過(guò)燃盡微粒物質(zhì)自然地再生DPF，并通過(guò)增加進(jìn)入氨SCR催化劑的廢氣中的NOx中的NO2的量而最大化氨SCR催化劑除去NOx的能力。
文檔編號(hào)B01J29/06GK102003251SQ20091022563
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月2日
發(fā)明者鄭鎮(zhèn)宇 申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社