專利名稱：包括貧燃內(nèi)燃機和用于其的廢氣系統(tǒng)的裝置的制作方法
包括貧燃內(nèi)燃機和用于其的廢氣系統(tǒng)的裝置
本發(fā)明涉及包括貧燃內(nèi)燃機、特別是柴油機(且特別是用于車輛應(yīng)用 的)和用于處理從該發(fā)動機中流出的廢氣的廢氣系統(tǒng)的裝置。特別地，本
發(fā)明涉及包括廢氣系統(tǒng)的裝置，該廢氣系統(tǒng)包括NOx吸附劑催化劑(NAC) 和催化的煙灰過濾器(CSF)。
NAC公開于例如US 5 473 887 (其全部內(nèi)容引入本文中作為參考)， 且設(shè)計用于吸附來自貧燃發(fā)動機(A >1)的氮氧化物(NOx)和在廢氣中氧濃 度降低時使NOx解吸。解吸的NOx可以用適宜還原劑(例如柴油燃料)還原 為N2,通過NAC自身的或者位于NAC下游的催化劑組分(如銠)加以促進。 實際中，隨計算的NAC剩余NOx吸附容量間歇地使氧濃度適應(yīng)于期望的氧 化還原組合物，例如比正常發(fā)動機運行操作更富有(但是仍是未達到化學 計量的或者入-1的組合物)、化學計量的或者超過化學計量的(入<1)。氧 濃度可以通過許多方式來調(diào)節(jié)，例如節(jié)流、將額外的烴燃料噴射到發(fā)動 機汽缸內(nèi)(諸如在排氣沖程期間)或者將烴燃料直接噴射到發(fā)動機歧管下 游的廢氣中。柴油機中更加復(fù)雜的共軌燃料噴射器系統(tǒng)可以用于計量進 料非常精確數(shù)量的燃料以調(diào)節(jié)廢氣組合物。
典型NAC配方包括催化氧化組分(如鉬)、NOx-儲存組分(如鋇)、和還 原催化劑(例如銠)。對于這種配方的貧燃廢氣之中NOx儲存通常給出的一 種才幾理是
NO + 02 — N02 (1);和
BaO + N02 + 幼2 — Ba(N03)2 (2)，
其中反應(yīng)(1)中，一氧化氮與氧在鉑上活性氧化位點上反應(yīng)以形成N02。 反應(yīng)(2)涉及通過儲存材料以無機硝酸鹽形式吸附N02。
在更低的氧濃度下和/或在升高的溫度下，硝酸鹽物質(zhì)變?yōu)闊釀恿W 上不穩(wěn)定的且分解，依據(jù)如下反應(yīng)(3)產(chǎn)生NO或N02。在適宜還原劑的存 在下，這些氮氧化物隨后被一氧化碳、氫氣和烴還原為&，其可以在還 原催化劑之上發(fā)生(參見反應(yīng)(4))。
Ba(N03)2 — BaO + 2N0 + 3/202或者Ba (N03) 2 —BaO + 2N02 + !/202 (3);和<formula>formula see original document page 7</formula>(以及其它反應(yīng)) (4)
在上述反應(yīng)(1) ~ (4)中，反應(yīng)性鋇物質(zhì)給定為氧化物。但是理解， 在空氣存在下，大多數(shù)鋇是碳酸鹽或者可能地氫氧化物的形式。本領(lǐng)域 技術(shù)人員可以使上述反應(yīng)式相應(yīng)地適合于氧化物之外的鋇物質(zhì)。
MC使用中的問題，例如在柴油機應(yīng)用中，是柴油機燃料也含有硫， 且其在燃料燃燒期間轉(zhuǎn)化為二氧化硫(S02) 。 S02通過NAC的氧化催化劑組 分氧化為S03,且S03通過類似于N02的機理吸附在NOx吸附劑之上。當然， 在用于吸附NOx的NOx儲存組分上存在有限數(shù)量的活性位點，且由此在NO, 儲存組分上存在的硫酸鹽降低了 NOx儲存組分吸附NOx總的容量。由此， 為了保持足夠的NOx儲存容量，必須定期從NAC中除去硫。但是，NO,儲 存組分如鋇的硫酸鹽在貧燃廢氣中比硝酸鹽更穩(wěn)定，且通常比解吸NOx 需要更長時間的更高溫度和/或更富的條件。
采用比正常更富的廢氣組合物將NAC脫硫酸鹽的主要問題是，將硫 酸鹽以硫化氬除去。這種化合物具有獨特且令人不愉快的臭雞蛋氣味， 且由此期望地防止其排放到大氣中。
近年來已一定程度上減少了該問題，因為超低硫柴油機(最大硫含量 15ppm(wt)的燃料)現(xiàn)在在美國正變?yōu)榭色@得。在歐洲，最大硫含量50ppm 的柴油機燃料自2005年開始已可獲得，并且"無硫的"10ppm硫柴油機 燃料在瑞典自1991年且最近在丹麥和英國已可獲得。
CSF公開于例如US 5 100 632 (將其全部內(nèi)容引入本文中作為參考)。 通常，CSF與混合的被動-主動再生一起使用，其中過濾器在一些操作條 件下(例如在高發(fā)動機負荷下)被動地再生。在其它操作條件下，例如輕 負荷操作，廢氣溫度主動地增加-典型地到約550 ~ 600°C-以觸發(fā)定期再 生，無論在過濾器中達到給定的煙灰負荷(例如采用被壓傳感器檢測)或 是在機動車行駛預(yù)定距離之后。通過諸如發(fā)動機控制或者燃料注入廢氣、 隨后在升溫的催化劑之上HC氧化(其可以在CSF自身之上)的方式，實現(xiàn) 升溫。
包含NAC和下游CSF的柴油機廢氣系統(tǒng)^Hf于例如SAE 200卜01-2065，標題為"C畫ins Light Truck Diesel Engine Progress Report"(將其全部內(nèi)容引入本文中作為參考)。的廢氣系統(tǒng)的壁流式過濾器，該壁流式過濾器包括在上游過濾器末端處 基本上氣體不可滲透的區(qū)域之上的氧化催化劑。任選地，NOx吸附劑可以 位于在下游過濾器末端處的基本上不可滲透的區(qū)域中。
存在對于用于貧燃內(nèi)燃機、特別是用于柴油機的廢氣系統(tǒng)的需求，
該發(fā)動機排出碳質(zhì)煙灰顆粒和N0X，該廢氣系統(tǒng)將NAC功能與用于處理這 些碳質(zhì)煙灰顆粒的設(shè)備集成在一起，且能使NAC任選地在富條件下脫硫 酸鹽，同時減少或抑制H2S排放。我們已研究了包含NAC和CSF二者的用 于貧燃內(nèi)燃機的廢氣系統(tǒng)，且現(xiàn)在已設(shè)計出滿足這些要求的排列。
依據(jù)一方面，本發(fā)明提供了包括下列的裝置
(i)貧燃內(nèi)燃才幾；
(i i)用于處理從該發(fā)動機中流出的廢氣的廢氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括
(a) 包含NOx吸附劑催化劑(NAC)的第一單塊基質(zhì)；和
(b) 包含過濾器基質(zhì)的催化的煙灰過濾器(CSF);和
(i i i)用于富集廢氣的設(shè)備，由此在正常貧燃運行操作期間間歇地提 供富集的廢氣組合物用于除去吸附在NAC之上的硫酸鹽，其中該廢氣系 統(tǒng)包括
(c)位于至少一些NAC下游的化合物，該化合物有效地除去和/或轉(zhuǎn) 化衍生自除去吸附在NAC之上的硫酸鹽的富集廢氣中的至少 一些硫化氬。
本文中"富集的"表示"相對于正常運行操作，，。富集的廢氣組合 物由此可以是僅不足化學計量的(即入>1)、凈化學計量的(入=1)或者凈 富的(即入<1),其中入=實際空氣-燃料比例/化學計量空氣-燃料比例。 但是，優(yōu)選地，富集狀態(tài)是凈富的，即入<1。
過濾器基質(zhì)可以適用于俘獲和保持柴油機顆粒物質(zhì)的目的的任意類 型，包括壁流式過濾器、燒結(jié)金屬過濾器和部分過濾器，如EP 1276549
考)。該第一單塊基質(zhì)可以是流通式單、塊基質(zhì)或過濾器基質(zhì)，如部分過;慮 器基質(zhì)。
CSF催化劑可以是適用于該目的的任意類型，包括負載在適宜載體材 料(包括氧化鋁和氧化鈰或混合氧化物或者氧化鈰和氧化鋯的復(fù)合氧化 物)之上的鉑和/或鈀。但是，在依據(jù)本發(fā)明的第二種實施方式中(參見下 面)，該第一單塊基質(zhì)是過濾器基質(zhì)，且NAC組合物起到CSF催化劑的作 用。典型地，NAC將包含催化氧化物組分(如柏、鈀或者鉑和鈀二者)，N0X 儲存組分(如堿土金屬氧化物、堿金屬氧化物或者鑭系金屬的氧化物，例 如氧化鑭、氧化釔，或者這些氧化物的任意兩種或多種的混合物)，和還 原催化劑(例如銠)，但是銠可以位于過濾器的出口通道上或者完全在過 濾器的下游，例如位于下游流通式基質(zhì)上。雖然NAC典型地以涂層施用 到蜂窩式單塊基質(zhì)上，也能夠以擠出型蜂窩提供第一單塊基質(zhì)。當NAC 以擠出物存在時，能夠?qū)⑵渌呋瘎┩苛贤坎嫉皆摂D出物上以在單"塊" 上組合催化劑功能。
期望地，富集設(shè)備包括微處理器(ECU),其可以包括發(fā)動機控制單元 的一部分。
在依據(jù)本發(fā)明的第一種實施方式中，過濾器基質(zhì)位于第一單塊基質(zhì) 的下游。特定實施方式中，該第一單塊基質(zhì)包括NAC和有效地除去和/或 轉(zhuǎn)化至少一些硫化氫的化合物。例如，排列可以是使得，第一單塊基質(zhì) 具有在其入口端和出口端之間延伸的長度，其中該NAC位于在上游端由 第一單塊基質(zhì)的入口端和在下游端由沿著第一單塊基質(zhì)從入口端測量的 多于一半路程的點所限定的、基本上均勻長度的第一區(qū)中，且該有效地 除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些硫化氬的化合物位于在上游端由沿著第一單塊 基質(zhì)長度從入口端測量的多于 一半路程的點和在下游端由第 一單塊基質(zhì) 的出口端限定的、基本上均勻長度的第二區(qū)中。
在依據(jù)本發(fā)明的第一種實施方式的另一特定實施方式中，第二單塊 基質(zhì)位于第一單塊基質(zhì)的下游，該第二單塊基質(zhì)包括有效地除去和/或轉(zhuǎn) 化至少 一 些硫化氬的化合物。
依據(jù)本發(fā)明的前述第二種實施方式，第一單塊基質(zhì)是過濾器基質(zhì)。 這種廢氣系統(tǒng)特征的組合有利于廢氣系統(tǒng)之內(nèi)的空間節(jié)省，其適用于機 動車應(yīng)用，以及過濾器基質(zhì)之內(nèi)的熱量保持，其可以促進其中催化的化 學反應(yīng)。特定實施方式中，該過濾器基質(zhì)包括NAC和有效地除去和/或轉(zhuǎn) 化至少一些硫化氫的化合物二者。如此，在一種這樣特定的實施方式中， 排列使得，過濾器基質(zhì)具有在其入口端和出口端之間延伸的長度，其中 該NAC位于在上游端由過濾器基質(zhì)的入口端和在下游端由沿著過濾器基 質(zhì)從入口端測量的多于一半路程的點所限定的、基本上均勻長度的區(qū)中， 且該有效地除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些硫化氫的化合物位于在上游端由沿 著過濾器基質(zhì)長度從入口端測量的多于一半路程的點和在下游端由過濾器基質(zhì)的出口端自身限定的、基本上均勻長度的第四區(qū)中。
依據(jù)本發(fā)明的第二種實施方式的另一特定實施方式中，第二單塊基 質(zhì)可以位于過濾器基質(zhì)的下游，該第二單塊基質(zhì)包括有效地除去和/或轉(zhuǎn) 化至少 一些硫化氫的化合物。
依據(jù)本發(fā)明的第三種實施方式中，過濾器基質(zhì)具有入口端和出口端， 且該過濾器基質(zhì)的入口端位于廢氣流動方向上第 一單塊基質(zhì)的下游。該 有效地除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些硫化氫的化合物位于布置在第一單塊基 質(zhì)與過濾器基質(zhì)之間的第三單塊基質(zhì)之上，和/或該第 一單塊基質(zhì)包括
NAC和有效地除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些硫化氫的化合物。依據(jù)后一種排列 的實施方式中，該第一單塊基質(zhì)具有在其入口端和出口端之間延伸的長 度，其中該NAC位于在上游端由第一單塊基質(zhì)的入口端和在下游端由沿 著第 一單塊基質(zhì)長度從入口端測量的多于一半路程的點所限定的、基本 上均勻長度的第一區(qū)中，且該有效地除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些硫化氬的化 合物位于在上游端由沿著第一單塊基質(zhì)長度從入口端測量的多于一半路 程的點和在下游端由第一單塊基質(zhì)的出口端限定的、基本上均勻長度的 第二區(qū)中。
依據(jù)本發(fā)明第三種實施方式的另 一實施方式中，該過濾器基質(zhì)包括 有效地除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些硫化氫的化合物。實施方式中，可以將該 化合物涂布在過濾器基質(zhì)的整個長度之上，在上游段由過濾器基質(zhì)的入 口端限定的區(qū)中，在下游端由過濾器基質(zhì)的出口端限定的區(qū)中，或者在 過濾器基質(zhì)的入口端與出口端之間任意位置處由入口端本身或者出口端 本身限定的區(qū)中。特定實施方式中，該過濾器基質(zhì)具有從其入口端到出 口端延伸的長度，該有效地除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些硫化氬的化合物位于 在上游端由入口端自身和在下游由沿著過濾器基質(zhì)長度從入口端測量的 至多 一半路程的點限定的、基本上均勻長度的第五區(qū)中。
依據(jù)另一特定實施方式，該過濾器基質(zhì)具有從其入口端到出口端延 伸的長度，其中該有效地除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些硫化氫的化合物位于在 上游端由沿著過濾器基質(zhì)長度從入口端測量的多于一半路程的點限定的 和在下游端由過濾器基質(zhì)本身的出口端限定的基本上均勻長度的區(qū)中。
除了上文中與本發(fā)明的第二種或第三種實施方式相關(guān)聯(lián)地公開的有 效地除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些硫化氫的化合物的位置或每個位置之外，第 四單塊基質(zhì)包括有效地除去和/或轉(zhuǎn)化至少 一些硫化氫的化合物，可以布置在過濾器基質(zhì)的下游。
總之，該有效地除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些硫化氫的化合物位于廢氣系統(tǒng)中下列位置的一處
(1) NAC和過濾器基質(zhì)之間；
(2) NAC下游的第一基質(zhì)之上；
(3) 過濾器基質(zhì)之上；
(4) 過濾器基質(zhì)和廢氣系統(tǒng)大氣出口之間；
(5) 位置(1)和(2)二者;
(6) 位置(2)和(3)二者;
(7) 位置(1)和(3)二者;和
(8) 全部位置(1)、 (2)和(3)。
該廢氣系統(tǒng)包括布置在發(fā)動機和NAC之間的氧化催化劑。該氧化催化劑可以氧化吸附在柴油煙灰顆粒上的未燃燒的烴和可溶性有機部分烴以及廢氣中的一氧化碳。這種氧化催化劑的組成是本領(lǐng)域中眾所周知的，且包括例如US 5 491 120 (將其全部內(nèi)容引入本文中作為參考)。氧化催化劑也可以配置成氧化一氧化氮，除了氧化HC和CO之外。通常，將DOC涂布在流通式單塊基質(zhì)上，但是它們也可以涂布在柴油機粒子過濾器上以形成催化的煙灰過濾器(CSF)。在依據(jù)本發(fā)明的第二種實施方式中，其中該過濾器基質(zhì)包括NAC，該氧化催化劑可以將NO氧化為N02,且可以將過濾器基質(zhì)中夾帶的粒子物質(zhì)在N02氧化，如WO 01/12320中所述。
在一組實施方式中(其可以本發(fā)明的第一種、第二種和第三種實施方式組合使用)，該氧化催化劑位于布置在發(fā)動機和第一單塊基質(zhì)之間的單獨的單塊基質(zhì)之上。
替換地，其中該第一單塊基質(zhì)具有在其入口端和出口端之間延伸的長度，且該氧化催化劑位于上游端由第一單塊基質(zhì)的入口端和在下游端由NAC限定的、基本上均勻長度的第六區(qū)中，即包含NAC的區(qū)，可以在上游端由包含氧化催化劑的區(qū)的下游端限定。這種排列也可以與本發(fā)明的第一種、第二種和第三種實施方式的任一種一起使用。
由此， 一種特定實施方式中，該有效地除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些^/f匕氫的化合物位于在上游端由沿著第 一單塊基質(zhì)長度或過濾器基質(zhì)長度從入口端測量的多于一半路程的點限定的且在下游端由第一單塊基質(zhì)或過濾器基質(zhì)的出口端自身限定的、基本上均勻長度的第七區(qū)中。用于富集廢氣的設(shè)備可以包括管理單元，使其配置成間歇地導(dǎo)致發(fā)動機排出富集的廢氣。替換地，或者額外地，其可以包括噴射器，用于將還原劑噴射到發(fā)動機下游的廢氣系統(tǒng)所攜帶的流動廢氣之中。替換地，或者額外地，可以用形成的氫氣和一氧化碳來富集該廢氣，例如通過進料發(fā)動機燃料和一部分廢氣到重整催化劑中，并隨后將獲得的混合物進
料回到NAC上游的廢氣中。適用于該反應(yīng)的催化劑公知為重整催化劑，其示例性實例包括基于柏族金屬(PGM)和鎳(Ni)的催化劑。關(guān)于進一步詳纟田內(nèi)容，可以參照D. L. Trimm和Z. I. Onsan在Catalysis Reviews-Scienceand Engineering,第43巻(2001)第31 ~ 84頁(將其全部內(nèi)容引入本文中作為參考)。
依據(jù)本發(fā)明的這種實施方式，其它適宜的重整催化劑包括分散在難熔氧化物載體材料(其包括鈰和鋯的陽離子)之上高達2wt% (例如lwt%)的銠-例如參見我們的WO99/48805,將其全部內(nèi)容引入本文中作為參考。除了負載高達2wt。/。Rh,如高達lwty。Rh,其它催化劑包括低含量的Pt(高達0. 5wt°/。，例如0. lwt%)，和Rh-Pt包含高達2wt%Rh (例如高達lwt%Rh)和高達O. 5wt。/。Pt(例如高達0. lwt%)。用于Rh、 Pt、 Rh-Pt和Ni的載體
包括氧化鋁、二氧化鈦、氧化鈰、氧化鋯、氧化硅、氧化硅-氧化鋁以及含有其兩種或多種的混合物和混合氧化物。
除去和/或吸附硫化氫的化合物可以是能夠在富條件下儲存和/或轉(zhuǎn)化硫化氫的任意材料。 一種實施方式中，該除去和/或轉(zhuǎn)化硫化氬的化合物選自NiO、 CaO、 Fe2。3和BaO。
反應(yīng)式(5)中闡述了 H2S在除去和/或轉(zhuǎn)化硫化氫的化合物中的吸附，且反應(yīng)(6)中闡述了貧條件下的解吸
2H2S + NiO + '/202 — NiS2 + 2H20 (5)
NiS2 + 2'/202 — NiO + 2S02 (6)雖然除去和/或轉(zhuǎn)化硫化氬的化合物可以與NAC和/或CSF的鉑族金屬氧化物催化劑組分(例如鈿和/或釔) 一起存在，但優(yōu)選的化合物NiO可以使PGM催化劑的烴和一氧化碳活性中毒。由此，期望地通過使材料位
分離。、、5 、5、土 、 '、 、
富集設(shè)備可以包括用于控制富集期間NAC的溫度以從NAC中除去硫酸鹽的設(shè)備。
一種實施方式中，其中該富集設(shè)備提供凈富廢氣組合物(入〈D，且溫度控制設(shè)備包括用于在廢氣富集期間間歇地將該廢氣組合物調(diào)節(jié)到貧燃側(cè)(入>1)以除去和/或轉(zhuǎn)化吸附在NAC之上的硫酸鹽的設(shè)備。該用于間歇地將廢氣組合物調(diào)節(jié)到貧燃側(cè)(入〉1)的設(shè)備可以控制如下之一或二
者發(fā)動機空氣/燃料比例；用于將空氣噴射到發(fā)動機下游廢氣中的噴射器；和/或柴油燃料和廢氣供給重整催化劑。這樣具有額外的益處，儲存在除去和/或轉(zhuǎn)化硫化氫的化合物之上的硫以二氧化硫釋放，其可以如此排放到大氣中，特別是在除去和/或轉(zhuǎn)化硫化氫的化合物位于CSF的下游端上或者置于CSF下游的單獨的單塊基質(zhì)上的時候。在CSF上游釋放的二氧化硫可以在CSF催化劑上氧化為三氧化硫，該三氧化硫在與廢氣中的水(蒸汽)結(jié)合時可以形成硫酸細顆粒，其可以有助于在用于滿足相關(guān)排放標準的試驗循環(huán)中檢測到的全部粒子。
實際中，使NAC與富廢氣組合物進行接觸，隨后可以以循環(huán)模式或者非循環(huán)模式實現(xiàn)貧燃廢氣，例如通過負反饋來控制，使得NAC保持在期望的溫度窗口之內(nèi)以實現(xiàn)最佳的脫硫酸鹽，同時限制了 NAC本身的任意水熱失活。
該貧燃內(nèi)燃機可以是柴油機，如輕型柴油機或重型柴油機，如相關(guān)法規(guī)所定義。但是，期望時，其也可以是汽油貧燃發(fā)動機。
依據(jù)第二方面，本發(fā)明提供了包括依據(jù)本發(fā)明的裝置的機動車。
依據(jù)第三方面，本發(fā)明提供了使貧燃內(nèi)燃機的廢氣系統(tǒng)中的N0x吸附劑催化劑(NAC)脫硫酸鹽的方法，該廢氣系統(tǒng)包括包含NOx吸附劑催化劑(NAC)的第一單塊基質(zhì)；和包含過濾器基質(zhì)的催化的煙灰過濾器(CSF)，該方法包括如下步驟
(i)使硫酸鹽化的NAC與富集的廢氣在一定溫度下接觸一定時間，足以使吸附在其上的含硫物質(zhì)解吸，由此產(chǎn)生硫化氫；和
(i i)使含硫化氬的廢氣與有效地從該富廢氣中除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些硫化氫的化合物接觸，
其中至少一些有效地從廢氣中除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些硫化氫的化合物布置在NAC的下游。
一種實施方式中，該方法包括步驟通過在步驟(i)期間間歇地使有效地從富集的廢氣中除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些硫化氬的化合物與貧廢氣接觸，從所述化合物中釋放二氧化硫。
為了更全面地理解本發(fā)明，現(xiàn)在將參照附圖來描述其實施方式，其
中


圖1是顯示依據(jù)本發(fā)明的裝置的第一種實施方式的示意圖2是顯示依據(jù)本發(fā)明的裝置的第二種實施方式的示意圖；和
圖3是顯示在合成催化劑活性試驗(SCAT)裝置中試驗的33%NiO/Al203
堇青石催化劑粉末樣品之上富/貧循環(huán)制度期間下游檢測的H2S和S02的圖表。
圖1顯示了裝置10,其包括燃料噴射式渦輪增壓柴油發(fā)動機12和廢氣系統(tǒng)14,該廢氣系統(tǒng)14包括位于渦輪增壓(渦輪增壓未顯示)下游的柴油機氧化催化劑(D0C)16，在流動方向上(箭頭所示)之后又是NOx吸附劑催化劑(NAC)18、和催化的煙灰過濾器(CSF)20,其中該過濾器基質(zhì)是如EP 1276549中所述的部分過濾器。在截然不同的區(qū)22中位于部分過濾器出口端之上的是包含鎳的涂層(在富條件下，該鎳可以以鎳金屬存在，且可能地在貧運行條件下以碳酸鹽存在)，用于吸附富廢氣中的硫化氫。由此，"包含鎳"表示用于吸附富廢氣中的硫化物的鎳化合物。將DOC和NAC各自涂布在流通式陶資單塊基質(zhì)上。
常規(guī)操作中，包括微處理器的發(fā)動機控制單元24間歇地(例如2 ~ 3分鐘)控制發(fā)動機的燃料噴射制度，以在正常貧運行操作期間瞬時(例如高達幾秒鐘)富集廢氣系統(tǒng)的廢氣，當檢查到NAC 18吸附N0x的容量降低且需要再生時。
在例如幾千公里的機動車服務(wù)期間，燃料和潤滑油中的硫可以變?yōu)槲皆贜AC上，降低了 NAC吸附N0X的有限容量。當檢測到應(yīng)將NAC脫硫酸鹽時，發(fā)動機控制單元啟動例如高達10分鐘持續(xù)時間的脫硫酸鹽制度，其中控制發(fā)動機燃料噴射以使廢氣變富(入<1) 。 D0C16之上未燃燒的烴和CO的燃燒以及NAC本身的氧化催化劑組分使NAC的溫度升高到將富廢氣中的硫以硫化氬從NAC從除去的溫度。在過濾器20下游端上從在區(qū)22中接觸含鎳的涂層組分的廢氣中除去至少 一些疏化氫。
為了通過將儲存的硫以二氧化硫釋放以在區(qū)22中使硫化氫吸附劑再生并防止對NAC的過度水熱損傷，在脫硫酸鹽制度期間控制廢氣組成以簡要地返回到貧燃側(cè)(入〉1)。本實施方式中，通過發(fā)動機控制單元24的方式控制發(fā)動機空氣/燃料比例，獲得貧廢氣組合物。但是，也可以通過提供用戶噴射空氣到發(fā)動機控制單元24控制的發(fā)動機下游的廢氣中的噴
射器，獲得貧廢氣。
圖2顯示了依據(jù)本發(fā)明的裝置的替換的實施方式，其中相同標號組件表示如圖1中所公開的相同組件。裝置30包括廢氣系統(tǒng)32，其中34是流通式陶瓷單塊基質(zhì)，從其入口端到整個長度"L"的少于一半路程上，在區(qū)36中涂布有氧化催化劑組合物，且在上游端由區(qū)36和在下游端由單塊基質(zhì)的出口端限定的區(qū)38中涂布有NAC組合物。單塊基質(zhì)34的下游是單獨的、相對短的流通式單塊基質(zhì)40，涂布有基于氧化鈣的硫化氫吸附劑組合物。單塊基質(zhì)40的下游是包含陶瓷壁流式過濾器基質(zhì)的CSF。
參考數(shù)字44表示燃料噴射器，配置其以從容器46噴射烴還原劑供給到在廢氣系統(tǒng)30中在發(fā)動機12與單塊基質(zhì)34之間流動的廢氣中。通過致動器48控制還原劑到噴射器噴嘴的流動，其又通過發(fā)動機控制單元24來控制。提供空氣噴射器28以將空氣噴射到在廢氣系統(tǒng)30中在單塊基質(zhì)34與涂布有硫化氫吸附劑的單塊基質(zhì)40之間流動的廢氣中?？刂茋娚渫ㄟ^空氣泵52開動，其通過發(fā)動機控制單元24來控制。
圖2中顯示的實施方式的使用非常類似于上文中關(guān)于第一種實施方式(圖1中所示)所述的使用，除了出于NAC再生和NAC脫硫酸鹽的目的采用燃料噴射器44來進行廢氣富集，且出于防止NAC過熱和出于再生硫化氫吸附劑的目的，通過控制致動器48和空氣泵52的相互作用且由此控制還原組分和空氣進入廢氣之中來進行廢氣的氧化還原組成。
僅僅通過例證的方式提供了如下實施例。
實施例
通過將浸漬有適當濃度的硝酸鎳水溶液的顆粒人1203在空氣中650°C下煅燒2小時制得的0. Olg粉末化33% NiO/Al2()3與相同重量的粉末化堇青石混合。使所獲粉末在合成催化劑活性試驗(SCAT)裝置中重復(fù)地暴露于140 ppm H2S、 1%H2、余量He/N2的富廢氣混合物41.7分鐘，隨后暴露于0.8%02、余量He的貧廢氣混合物8. 3分鐘。圖3顯示了 450°C下重復(fù)循環(huán)之上檢測到的催化劑下游氣體的S02和H2S含量?？梢詮脑搱D中看出，以NiS2儲存的硫之間的物料平衡與將入口氣體混合物從富轉(zhuǎn)換到貧之后立即以S02排出的數(shù)量相同。在550。C和650。C下重復(fù)該實驗，獲得相同結(jié)果。試驗結(jié)束時已使相同樣品循環(huán)了 35小時以上，不存在吸附/解吸活性的損失。
1權(quán)利要求
1、一種裝置，其包括(i)貧燃內(nèi)燃機；(ii)用于處理從該發(fā)動機中流出的廢氣的廢氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(a)包含NOx吸附劑催化劑(NAC)的第一單塊基質(zhì)；和(b)包含過濾器基質(zhì)的催化的煙灰過濾器(CSF)；和(iii)用于富集廢氣的設(shè)備，由此在正常貧燃運行操作期間間歇地提供富集的廢氣組合物用于除去吸附在NAC之上的硫酸鹽，其中該廢氣系統(tǒng)包括(c)位于至少一些NAC下游的化合物，該化合物有效地除去和/或轉(zhuǎn)化衍生自除去吸附在NAC之上的硫酸鹽的富集廢氣中的至少一些硫化氫。
2、 權(quán)利要求l的裝置，其中該第一過濾器基質(zhì)位于第一單塊基質(zhì)的 上游。
3、 權(quán)利要求2的裝置，其中該第一單塊基質(zhì)包括NAC和有效地除去 和/或轉(zhuǎn)化至少 一 些硫化氬的化合物。
4、 權(quán)利要求3的裝置，其中該第一單塊基質(zhì)具有在其入口端和出口 端之間延伸的長度，其中該NAC位于在上游端由第一單塊基質(zhì)的入口端 和在下游端由沿著第 一單塊基質(zhì)從入口端測量的多于一半路程的點所限 定的、基本上均勻長度的第一區(qū)中，且該有效地除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些 硫化氫的化合物位于在上游端由沿著第一單塊基質(zhì)長度從入口端測量的 多于一半路程的點和在下游端由第一單塊基質(zhì)的出口端限定的、基本上 均勻長度的第二區(qū)中。
5、 權(quán)利要求2、 3或4的裝置，其包括位于第一單塊基質(zhì)下游的第 二單塊基質(zhì)，該第二單塊基質(zhì)包括有效地除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些硫化氫 的化合物。
6、 權(quán)利要求l的裝置，其中該第一單塊基質(zhì)是過濾器基質(zhì)。
7、 權(quán)利要求6的裝置，其中該過濾器基質(zhì)包括NAC和有效地除去和 /或轉(zhuǎn)化至少一些疏化氬的化合物二者。
8、 權(quán)利要求7的裝置，其中該過濾器基質(zhì)具有在其入口端和出口端之間延伸的長度，其中該NAC位于在上游端由過濾器基質(zhì)的入口端和在 下游端由沿著過濾器基質(zhì)從入口端測量的多于 一半路程的點所限定的、 基本上均勾長度的第三區(qū)中，且該有效地除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些硫化氫 的化合物位于在上游端由沿著過濾器基質(zhì)長度從入口端測量的多于一半 路程的點和在下游端由過濾器基質(zhì)的出口端自身限定的、基本上均勻長 度的第四區(qū)中。
9、 權(quán)利要求6、 7或8的裝置，其包括位于過濾器基質(zhì)下游的第二 單塊基質(zhì)，該第二單塊基質(zhì)包括有效地除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些硫化氫的 化合物。
10、 權(quán)利要求l的裝置，其中該過濾器基質(zhì)具有入口端和出口端， 且其中該過濾器基質(zhì)的入口端位于廢氣流動方向上第一單塊基質(zhì)的下游o
11、 權(quán)利要求10的裝置，其中該有效地除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些硫 化氬的化合物位于布置在第一單塊基質(zhì)與過濾器基質(zhì)之間的第三單塊基 質(zhì)之上。
12、 權(quán)利要求10或11的裝置，其中該第一單塊基質(zhì)包括NAC和有 效地除去和/或轉(zhuǎn)化至少 一 些硫化氬的化合物。
13、 權(quán)利要求12的裝置，其中該第一單塊基質(zhì)具有在其入口端和出 口端之間延伸的長度，其中該NAC位于在上游端由第一單塊基質(zhì)的入口 端和在下游端由沿著第一單塊基質(zhì)長度從入口端測量的多于一半路程的 點所限定的、基本上均勻長度的第一區(qū)中，且該有效地除去和/或轉(zhuǎn)化至 少一些硫化氫的化合物位于在上游端由沿著第一單塊基質(zhì)長度從入口端 測量的多于一半路程的點和在下游端由第 一單塊基質(zhì)的出口端限定的、 基本上均勻長度的第二區(qū)中。
14、 權(quán)利要求IO、 11、 12或13的裝置，其中該過濾器基質(zhì)包括有 效地除去和/或轉(zhuǎn)化至少 一 些硫化氬的化合物。
15、 權(quán)利要求14的裝置，其中該過濾器基質(zhì)具有從其入口端到出口 端延伸的長度，其中該有效地除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些硫化氫的化合物位 于在上游端由入口端自身和在下游由沿著過濾器基質(zhì)長度從入口端測量 的至多 一半路程的點限定的、基本上均勻長度的第五區(qū)中。
16、 權(quán)利要求6~15中任一項的裝置，其中第四單塊基質(zhì)包括有效 地除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些硫化氫的化合物，布置在過濾器基質(zhì)的下游。
17、 權(quán)利要求l的裝置，其中該有效地除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些硫化 氬的化合物位于廢氣系統(tǒng)中下列位置的 一 處(1) NAC和過濾器基質(zhì)之間；(2) NAC下游的第一基質(zhì)之上；(3) 過濾器基質(zhì)之上；(4) 過濾器基質(zhì)和廢氣系統(tǒng)至大氣的出口之間；(5) 位置(1)和(2)二者;(6) 位置(2)和(3) 二者；(7) 位置(1)和(3)二者;和(8) 全部位置(1)、 (2)和(3)。
18、 任一前述權(quán)利要求的裝置，其中該廢氣系統(tǒng)包括布置在發(fā)動機 和NAC之間的氧化催化劑。
19、 權(quán)利要求18的裝置，其中該氧化催化劑位于布置在發(fā)動機和第一單塊基質(zhì)或過濾器基質(zhì)之間的第五單塊基質(zhì)之上。
20、 權(quán)利要求18的裝置，其中該第一單塊基質(zhì)或過濾器基質(zhì)包括位 于NAC上游的氧化催化劑。
21、 權(quán)利要求20的裝置，其中該第一單塊基質(zhì)或過濾器基質(zhì)具有在 其入口端和出口端之間延伸的長度，且該氧化催化劑位于上游端由第一 單塊基質(zhì)或過濾器基質(zhì)的入口端和在下游端由沿著第一單塊基質(zhì)長度從 入口端測量的少于 一半路程的點所限定的、基本上均勻長度的第六區(qū)中。
22、 從屬于權(quán)利要求3、 7或12時的權(quán)利要求21的裝置，其中該有 效地除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些硫化氫的化合物位于在上游端由沿著第一 單塊基質(zhì)長度或過濾器基質(zhì)長度從入口端測量的多于一半路程的點限定 的且在下游端由第一單塊基質(zhì)或過濾器基質(zhì)的出口端自身限定的、基本 上均勻長度的第七區(qū)中。
23、 任一前述權(quán)利要求的裝置，其中用于富集廢氣的設(shè)備選自下列(a) 發(fā)動機管理單元，使其配置成間歇地導(dǎo)致發(fā)動機排出富集的廢(b) 噴射器，用于將還原劑噴射到發(fā)動機下游的廢氣系統(tǒng)所攜帶的流 動廢氣之中；和(c) 重整催化劑，用于由廢氣和柴油燃料產(chǎn)生包含H2和C0的氣體混 合物。
24、 任一前述權(quán)利要求的裝置，其中除去和/或轉(zhuǎn)化硫化氫的化合物 選自Ni0、 Ca0、 Fe2。3和BaO。
25、 任一前述權(quán)利要求的裝置，其中該富集設(shè)備包括用于控制富集 期間NAC的溫度以從NAC中除去和/或轉(zhuǎn)化硫酸鹽的設(shè)備。
26、 權(quán)利要求25的裝置，其中該富集設(shè)備提供凈富廢氣組合物(入 <1)，且其中溫度控制設(shè)備包括用于在廢氣富集期間間歇地將該廢氣組合 物調(diào)節(jié)到貧燃側(cè)(入〉1)以除去和/或轉(zhuǎn)化吸附在NAC之上的硫酸鹽的設(shè) 備。
27 、權(quán)利要求2 6的裝置，其中用于間歇地將廢氣組合物調(diào)節(jié)到貧燃 側(cè)(入〉1)的設(shè)備控制如下之一或二者發(fā)動機空氣/燃料比例；和用于將 空氣噴射到發(fā)動機下游廢氣中的噴射器。
28、 任一前述權(quán)利要求的裝置，其中該富集設(shè)備包括微處理器(ECU)。
29、 任一前述權(quán)利要求的裝置，其中該貧燃內(nèi)燃機是柴油機，任選 地重型柴油機。
30、 包括依據(jù)任一前述權(quán)利要求的裝置的機動車。
31、 一種使貧燃內(nèi)燃機的廢氣系統(tǒng)中的N0x吸附劑催化劑(NAC)脫硫 酸鹽的方法，該廢氣系統(tǒng)包括包含NOx吸附劑催化劑(NAC)的第一單塊基 質(zhì)；和包含過濾器基質(zhì)的催化的煙灰過濾器(CSF),該方法包括如下步驟(i)使硫酸鹽化的NAC與富集的廢氣在一定溫度下接觸一定時間，足 以使吸附在其上的含硫物質(zhì)解吸，由此產(chǎn)生硫化氬；和(i i)使含硫化氫的廢氣與有效地從該富廢氣中除去和/或轉(zhuǎn)化至少 一些硫化氬的化合物接觸，其中至少一些有效地從廢氣中除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些硫化氫的化 合物布置在NAC的下游。
32、 權(quán)利要求31的方法，其包括步驟通過在步驟(i)期間間歇地 使有效地從富集的廢氣中除去和/或轉(zhuǎn)化至少一些硫化氫的化合物與更 貧的廢氣接觸，從所述化合物中釋放二氧化硫。
全文摘要
本發(fā)明提供了裝置，其包括(i)貧燃內(nèi)燃機；(ii)用于處理從該發(fā)動機中流出的廢氣的廢氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(a)包含NO_x吸附劑催化劑(NAC)的第一單塊基質(zhì)；和(b)包含過濾器基質(zhì)的催化的煙灰過濾器(CSF)；和(iii)用于富集廢氣的設(shè)備，由此在正常貧燃運行操作期間間歇地提供富集的廢氣組合物用于除去吸附在NAC之上的硫酸鹽，其中該廢氣系統(tǒng)包括(c)位于至少一些NAC下游的化合物，該化合物有效地除去和/或轉(zhuǎn)化衍生自除去吸附在NAC之上的硫酸鹽的富集廢氣中的至少一些硫化氫。
文檔編號F01N3/08GK101636564SQ200780051684
公開日2010年1月27日 申請日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日
發(fā)明者A·P·沃克, H·S·赫斯三世, 陳海鷹 申請人:約翰遜馬西有限公司