用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣后處理系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣后處理系統(tǒng)以及用于運(yùn)行這種廢氣后處理系統(tǒng)的方法，所述內(nèi)燃機(jī)特別地設(shè)置用于至少部分地燃燒含甲烷的氣體。
【背景技術(shù)】
[0002]已知的是內(nèi)燃機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)既可以利用含有甲烷的氣體例如天然氣或者甲烷，也可以利用由燃?xì)夂推渌娜剂侠绮裼腿剂闲纬傻幕旌衔?雙重燃料)運(yùn)行。
[0003]純粹的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)常常從汽油機(jī)或柴油機(jī)派生出來，其中，用于點(diǎn)燃燃?xì)?空氣混合物的外源點(diǎn)火通常借助火花塞進(jìn)行。在柴油機(jī)/燃?xì)獍l(fā)動機(jī)中，發(fā)動機(jī)原則上以柴油機(jī)為基礎(chǔ)，其既允許了純粹的柴油運(yùn)行也允許了用柴油燃料和燃?xì)獾幕旌鲜竭\(yùn)行。在此柴油熱值的一部分通過燃?xì)馓娲?。燃料的，亦即柴?燃?xì)?空氣混合物的點(diǎn)火，通過柴油成分完成。在此柴油燃料通過燃?xì)獾奶娲士赡苤钡?0%。
[0004]在所有至少部分以含甲烷的氣體的燃燒為基礎(chǔ)的附件中，出現(xiàn)高的、未處理的發(fā)動機(jī)甲烷排放物的問題。首先出于環(huán)境保護(hù)的原因甲烷排放必須在廢氣后處理的框架內(nèi)予以減少。已知的是甲烷氧化催化劑(M0C)，所述甲烷氧化催化劑基于富含鈀的配方氧化在廢氣中含有的甲烷。為此可以使用以下配方，所述配方具有鈀(Pd)相對鉑(Pt)直到例如7:1或者甚至更大的重量比例。其它的甲烷氧化催化劑則基于所謂的只有鈀的配方，例如Pd/鋁氧化物。但通常在這些配方中只有在高于400°C時才會觀察到一定的甲烷轉(zhuǎn)換。為了完全氧化，經(jīng)常需要遠(yuǎn)超500°C的溫度。但這種溫度在能量有效的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的稀燃運(yùn)行時就很少被達(dá)到。
[0005]歐洲專利申請書EPI 536 111 Al說明了用于去除來自內(nèi)燃機(jī)的燃?xì)庵械母碑a(chǎn)物的裝置和方法，其中所述裝置具有NOx存儲催化劑和后接的催化劑用于甲烷的還原，其中這個后接的催化劑是鈀催化劑。德國專利申請書DE 10 2011 005 258 Al研究了廢氣系統(tǒng)，所述廢氣系統(tǒng)既包含了 NOx存儲催化劑也包含了催化的煙煤過濾器。煙煤過濾器描述了氧化催化劑，所述氧化催化劑基于鉑和鈀的富含鈀的重量比例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明提供了一種用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣后處理系統(tǒng)，內(nèi)燃機(jī)尤其至少部分設(shè)置用于燃燒含甲烷的氣體。在此廢氣后處理系統(tǒng)包含至少一種甲烷氧化催化劑。根據(jù)本發(fā)明，廢氣后處理系統(tǒng)此外包含至少一個硫吸附機(jī)構(gòu)。這個硫吸附機(jī)構(gòu)可以例如布置在甲烷氧化催化劑的上游。此外可能的是，硫吸附機(jī)構(gòu)集成在甲烷氧化催化劑中。
[0007]利用這種廢氣后處理系統(tǒng)可以提供非常穩(wěn)健的和有效率的系統(tǒng)用于持續(xù)地和改善地氧化來自至少部分地燃燒甲烷的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)或者柴油/燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的廢氣中的甲烷。根據(jù)本發(fā)明的廢氣后處理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)首先主要對稀薄混合氣的燃燒廢氣起作用，因?yàn)樵谙∪歼\(yùn)行中達(dá)到的溫度通常不足以利用傳統(tǒng)的甲烷氧化催化劑進(jìn)行令人滿意的甲烷氧化。通過在具有甲烷氧化催化劑的廢氣后處理系統(tǒng)中布置硫吸附機(jī)構(gòu)可以明顯地提高甲烷氧化的效率。利用根據(jù)本發(fā)明的廢氣后處理系統(tǒng)特別地解決了甲烷氧化催化劑的硫敏感性問題。傳統(tǒng)的甲烷氧化催化劑在短的使用含有硫的燃?xì)夂?或柴油燃料的運(yùn)行時間之后已經(jīng)顯示出其氧化作用的劇烈退化，所述甲烷氧化催化劑具有例如富含鈀的成分。通過在廢氣后處理系統(tǒng)中根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的硫吸附機(jī)構(gòu)，在一定程度上針對甲烷氧化催化劑在系統(tǒng)中裝入了硫陷阱。由此提高了甲烷氧化催化劑的效率。對在優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中設(shè)置的將硫吸附機(jī)構(gòu)集成在甲烷氧化催化劑中來說，硫陷阱的功能和甲烷氧化催化劑的功能得到綜合，從而在廢氣后處理系統(tǒng)中的部件的數(shù)量不必增加。
[0008]在根據(jù)本發(fā)明的廢氣后處理系統(tǒng)的優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中，硫吸附機(jī)構(gòu)涉及SOx存儲機(jī)構(gòu)(SOx=硫氧化物)。以下材料例如作為用于SOx存儲機(jī)構(gòu)的材料，如在歐洲專利申請書EPO 945 165 A2中所說明的，這里參考所述專利申請書。用于SOx存儲機(jī)構(gòu)的材料可以例如具有鎂-鋁酸鹽-尖晶石，其中鎂氧化物優(yōu)選地以化學(xué)計(jì)量的過量存在。鎂氧化物對鋁氧化物的摩爾比特別地位于超過1.1:1的區(qū)域。在另一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案中SOx存儲機(jī)構(gòu)裝備有占優(yōu)勢的鈀質(zhì)量成份。此外優(yōu)選地，用于根據(jù)本發(fā)明的硫吸附機(jī)構(gòu)的配方具有從屬的鉑和/或銠質(zhì)量比例。在硫吸附機(jī)構(gòu)的這種設(shè)計(jì)方案中從而鈀與鉑和/或銠相比構(gòu)成了最大的質(zhì)量比例。作為替代方案例如也是可能的是，鈀構(gòu)成了硫吸附機(jī)構(gòu)的唯一的貴金屬。
[0009]硫吸附機(jī)構(gòu)的配方此外可以基于傳統(tǒng)的NOx存儲催化劑(NSC)，所述NOx存儲催化劑由于其存儲材料例如碳酸鋇或者氧化鈰以及其貴金屬成分例如鉑/鈀/銠同樣地適用于定量地吸收特別在含有NOx的、稀薄混合氣的廢氣中的硫氧化物。從這樣常見的用于NOx存儲催化劑的配方出發(fā)可以提供根據(jù)本發(fā)明的硫吸附機(jī)構(gòu)，其中用于硫吸附機(jī)構(gòu)的配方可以特別地具有占優(yōu)的鈀質(zhì)量比例和在可能的情況下從屬的鉑和/或銠比例。另一方面還可能的是針對硫吸附機(jī)構(gòu)選擇材料，所述材料適合于存儲SOx但是不適合存儲NOx。為此適合的材料例如由上面已經(jīng)提及的歐洲專利申請書EP O 945 165 A2得知。此外可能的是，硫吸附機(jī)構(gòu)的SOx存儲功能通過相應(yīng)的運(yùn)行策略予以滿足，在所述運(yùn)行策略中例如使用利用NOx飽和的NOx存儲催化劑，所述NOx存儲催化劑不再具有用于NOx的存儲容量，然而所述NOx存儲催化劑仍然能夠用于存儲SOx。
[0010]用于硫吸附機(jī)構(gòu)的合適的配方例如基于SOx存儲材料，所述SOx存儲材料基于碳酸鋇和氧化鈰。用于SOx吸收配方的其它的例子特別是基于鎂氧化物/鋁氧化物的和鈀主導(dǎo)的、但是盡管如此仍含有鉑的材料。
[0011]為了硫吸附機(jī)構(gòu)優(yōu)選的還原性再生，一般來說需要在例如大約600°C至750°C的高的溫度。通過這個高的溫度避免了脫附的硫例如以硫氧化物或者硫化氫的形式在甲烷氧化催化劑的組件或者在廢氣后處理系統(tǒng)中的其他的、后續(xù)的機(jī)構(gòu)上分離。這也適用于集成的解決方案，在所述解決方案中硫吸附機(jī)構(gòu)集成在甲烷氧化催化劑中。
[0012]如果內(nèi)燃機(jī)在輕度的濃氣區(qū)域內(nèi)(λ〈1，但是接近I)或者在λ=1的區(qū)域內(nèi)開動，首先含有銠的硫吸附機(jī)構(gòu)也承擔(dān)了三路催化劑的功能，特別是在動態(tài)的運(yùn)行中，從而同時一氧化碳、未燃燒的碳?xì)浠衔锖偷趸锟梢赞D(zhuǎn)化為氮?dú)?、二氧化碳和水。具有銠質(zhì)量比例的硫吸附機(jī)構(gòu)的應(yīng)用從而具有的優(yōu)點(diǎn)在于，可能不需要單獨(dú)的三路催化劑(3-Wege-Katalysator)。根據(jù)本發(fā)明的硫吸附機(jī)構(gòu)的高的鈀質(zhì)量比例具有的優(yōu)點(diǎn)還在于，這種設(shè)備至少在靜態(tài)的運(yùn)行中同樣可以承擔(dān)三路催化劑的功能。
[0013]在根據(jù)本發(fā)明的廢氣后處理的優(yōu)選設(shè)計(jì)方案中廢氣后處理系統(tǒng)此外包含了至少一個NOx-SCR(選擇性催化還原)催化劑。這種設(shè)計(jì)方案具有的優(yōu)點(diǎn)在于，在廢氣中還繼續(xù)選擇性地還原氮氧化物。
[0014]此外根據(jù)本發(fā)明的廢氣后處理系統(tǒng)優(yōu)選地包含附加的催化劑機(jī)構(gòu)，所述催化劑機(jī)構(gòu)相比甲烷氧化催化劑具有更高的鉑質(zhì)量比例。這個附加的鉑積聚的催化劑機(jī)構(gòu)在此促使一氧化氮重新至少部分地氧化為二氧化氮，所述一氧化氮在鉑積聚的甲烷氧化催化劑之后幾乎是唯一存在的。由此NOx-SCR催化劑的效率首先在溫度<300°C時明顯地升高。
[0015]鉑積聚的催化劑機(jī)構(gòu)可以集成在甲烷氧化催化劑中。在其它的設(shè)計(jì)方案中這種附加的催化劑機(jī)構(gòu)可以是在可能的情況下既存的、催化的過濾器涂層的部件。在可能的情況下既存的在SCR催化劑上游的顆粒過濾器例如可以設(shè)置有含有鉑的涂層，其中通過涂層配方的調(diào)整實(shí)現(xiàn)了這個另外的催化劑機(jī)構(gòu)。
[0016]此外本發(fā)明包含了硫吸附機(jī)構(gòu)，所述硫吸附機(jī)構(gòu)設(shè)定用于布置在具有甲烷氧化催化劑的廢氣后處理系統(tǒng)中。硫吸附機(jī)構(gòu)在此作為用于改善甲烷氧化催化劑的效率的硫陷阱起作用。硫吸附機(jī)構(gòu)可以設(shè)置用于布置在甲烷氧化催化劑的上游。作為替代方案或附加方案硫吸附機(jī)構(gòu)可以集成在甲烷氧化催化劑中。硫吸附機(jī)構(gòu)優(yōu)選地基于針對SOx存儲而優(yōu)化的配方。為此合適的配方例如由已經(jīng)提及的歐洲專利申請書EP O 945 165 A2得知。用于硫吸附機(jī)構(gòu)的配方也可以例如來源于傳統(tǒng)的用于NOx存儲催化劑的配方。在此優(yōu)選地設(shè)置了主導(dǎo)的鈀質(zhì)量比例，其中配方可以特別地具有從屬的鉑和/或銠的質(zhì)量比例。有關(guān)根據(jù)本發(fā)明的硫吸附機(jī)構(gòu)的其它的特征參照以上的說明。
[0017]此外本發(fā)明包含用于運(yùn)行所說明的廢氣后處理系統(tǒng)的方法，其中在硫吸附機(jī)構(gòu)的可預(yù)先給定的負(fù)載閾值到達(dá)時實(shí)現(xiàn)了硫吸附機(jī)構(gòu)的脫硫例如周期性的脫硫。為了脫硫，內(nèi)燃機(jī)針對有限的時間段如此運(yùn)行，即還原性作用的廢氣提供給硫吸附機(jī)構(gòu)。這由此可以實(shí)現(xiàn)，燃?xì)獍l(fā)動機(jī)或者柴油/燃?xì)獍l(fā)動機(jī)在一段時間或者說針對有限的時間