CN101900015A - 排气后处理系统 - Google Patents
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Abstract
在本发明的一个示范性实施例中，提供了一种用于减少内燃机排气气体中的成分的排气处理系统。整体式陶瓷设于排气处理系统中，并且具有延伸通过其的排气气体通道，它们由纵向延伸壁之间限定形成。第一催化剂组合物，用于催化还原排气气体中的氮氧化物，被设于排气流动通道的第一部分。第二催化剂组合物，用于催化氧化排气气体中的碳氢化合物、一氧化碳和氨气，被依次顺流地设于排气流动通道的第二部分。第二催化剂组合物被配置成用于减少逃逸穿过第一催化剂组合物的氨气和碳氢化合物。
Description
技术领域
本发明示范性的实施例涉及一种内燃机的排气处理系统。
背景技术
柴油机的排气气体是一种非均匀混合物，其含有气态排放物，例如一氧化碳(“CO”)、未燃烧碳氢化合物(“HC”)和NOX，也含有组成颗粒物质的凝结相物质(液体和固体)。催化剂组合物和其上沉积有催化剂的基材均可以设置在柴油机排气系统中，用以转化某些或所有的排气成分为非管制成分。柴油机排放处理系统可以包括含贵金属的柴油氧化催化剂(“DOC”)，柴油颗粒捕集器或过滤器(“DPF”)，和用于还原NOx的选择性催化还原(“SCR”)催化剂装置中的一个或多个。
用于减少大颗粒物质的一种排气处理技术是DPF。存在几种已知的过滤器结构，它们都能有效从柴油机排气气体中去除颗粒物，例如陶瓷蜂窝壁流过滤器、纤维缠绕或纤维填充过滤器、开孔泡沫材料、烧结金属纤维等。在汽车应用中陶瓷壁流过滤器已被广泛接受。过滤器是用于从排气气体中去除颗粒物的物理结构，因为，聚集的颗粒物会增加发动机承受的排气系统背压。为了处理排气颗粒物的聚集引起的背压增加，DPF被周期性地净化或再生。再生涉及在典型是高温(＞600℃)环境的环境中燃烧聚集颗粒物，这会导致排气气流中的NOX成分水平增加。DPF可以包括SCR催化剂，其在从上游喷射的以气态、液态或含在尿素溶液中的形式的氨气(NH3)的辅助作用下，将NOX转化为氮气(“N2”)。
一种在排气系统中产生DPF再生所需的温度的方法是向设置在DPF上游的氧化催化剂输送过量HC。在氧化催化剂中，HC被氧化，结果产生放热反应，这提高排气气体温度到DPF再生所要求的水平，从而燃烧或氧化被捕集的颗粒物质并且净化捕集器。
在再生过程中，一些过量HC可能穿过氧化催化剂到达DPF。因为HC是受管制的排气气体成分，其排放到大气应该被避免，以符合适用规定。类似的，被喷射到排气气流中的氨气量应该限制为NOX完全转换所需的量。但是，其中一些氨气没有被SCR催化剂活性所消耗并且通过DPF的情况可能发生。排放没有被转化的氨气是不受欢迎的。
因此，希望提供一和排气系统结构，由于DPF的工作，它能减少在排气气流中的没有被转化的HC，CO，NH3的水平。
发明内容
在本发明的一个示范性实施例中，提供了一种排气处理系统，它用于减少内燃机排气气体的成分。整体式陶瓷被设于排气处理系统中，其具有延伸通过其中的排气流动通道，所述排气流动通道在纵向延伸壁之间限定形成。第一催化剂组合物用于催化还原排气气体中的氮氧化物，其被设于排气流动通道的第一部分。第二催化剂组合物用于催化氧化排气气体中的碳氢化合物、一氧化碳和氨气，其被分开地依次顺流地(serially downstream)设于排气流动通道的第二部分。第二催化剂组合物用于减少逃逸穿过排气处理系统的碳氢化合物，一氧化碳和氨气。
在本发明的另一个示范性实施例中，提供了一种排气处理系统，它用于减少内燃机排气气体的成分，其包括陶瓷壁流整体式过滤器，其被设于排气处理系统中，具有延伸穿过其中的排气流动通道，所述排气流动通道在纵向延伸壁之间限定形成。第一亚组的排气流动通道具有开放的进口和封闭的出口，限定了进口通道。第二亚组的排气流动通道具有封闭的进口和开放的出口，限定了出口通道。排气气体通过进口通道进入陶瓷壁流整体式过滤器，且随着纵向延伸壁的过滤而转移，通过出口通道而排出过滤器。第一催化剂组合物，和氨气还原剂一起作用，以催化还原排气气体中的氮氧化物，其被设于陶瓷壁流整体式过滤器的第一部分。第二催化剂组合物用于催化氧化排气气体中的碳氢化合物、一氧化碳和氨气，被分开地依次顺流地设于陶瓷壁流整体式过滤器的第二部分。
在本发明的又一个示范性实施例中，一种排气处理系统用于减少内燃机排气气体的成分，包括氧化催化剂和处于氧化催化剂下游的用于从排气气体中去除颗粒物的颗粒过滤器。第一催化剂组合物用于催化还原排气气体中的氮氧化物，其被设于颗粒过滤器的第一部分，第二催化剂组合物用于催化氧化排气气体中的碳氢化合物、一氧化碳和氨气，其被依次顺流地设于颗粒过滤器的第二部分。
从下面对本发明最佳实施方式的详细描述，同时参照附图，本发明的以上特征和优点以及其他特征和优点是显而易见的。
附图说明
其他目的、特征、优点和细节仅通过举例的方式显示在下面实施例的详细描述中，在详细描述中参照的图：
图1是内燃机排气处理系统的示意图；和
图2是图1中的排气处理系统的陶瓷整体的部分轴向截面图。
具体实施方式
参照图1，本发明的一个示范性实施例为如图所示的排气处理系统10，用于减少内燃机，例如柴油机12的被管制排气成分。排气处理系统10包括排气管14，把排气气体从柴油机12输送到排气处理系统的各个排气处理部件。排气处理部件可以包括柴油氧化催化剂(“DOC”)16。DOC可以包括穿流陶瓷整体(a flow through ceramic monolith)(未示出)，有氧化催化剂设于其上。氧化催化剂以表面涂层(wash coat)形式被应用，可以包含贵金属，例如铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)或者其它适当的氧化催化剂，或者它们的组合。DOC16对处理未燃烧的气态和不挥发的HC和CO是很有帮助的，HC和CO被燃烧以形成二氧化碳和水。
在DOC16的下游，还原剂可以被喷射到排气管14内的排气气体20中。气态，液态或尿素水溶液形式的NH3可以被用作还原剂，且可以在喷嘴18处混合空气以帮助喷射流的分散。含有添加的NH3的排气气流通过SCR装置，在这种情况下，DPF具有SCR催化剂设于其上。DPF/SCR22被构造用于过滤排气气体，以去除碳和其它颗粒物，且降低排气气体中残留的NOX含量水平。上述DPF/SCR22一般被称为双功能装置，因为它能处理或去除一种以上的排气成分。
DPF/SCR22可以由陶瓷壁流整体式过滤器23构成，如图2所示，它有多个由纵向延伸壁26限定的纵向延伸通道24。通道24包括进口通道28的亚组，进口通道有开放的进口端30和封闭的出口端32，和出口通道34的亚组，出口通道具有封闭的进口端36和开放的出口端38。排气气体通过进口通道28的进口端30处进入DPF/SCR22中，被迫转移穿过所述纵向延伸壁26到达出口通道34。排气气体20正是通过该壁流机理被过滤掉碳和其它颗粒物。被过滤出的颗粒物40沉积在进口通道28的纵向延伸壁26上，随着时间的推移，会产生增加柴油发动机12承受的排气背压的作用。
在排气处理系统10的一个示范性实施例中，SCR催化剂组合物42优选地包括沸石和一种或更多种的贱金属成分例如铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)或钒(V)，它们有效地起作用以转化穿过DPF/SCR22工作区域的排气气体20中的NOX成分。SCR催化剂组合物42可以被设于陶瓷壁流整体式过滤器23的进口通道28或出口通道34的纵向延伸壁26上的两者之一或全部。由于陶瓷壁流整体式过滤器23的多孔特性，SCR催化剂可以被设在基材壁上以增加排气气体20和SCR催化剂组合物42之间的接触时间。DPF/SCR22作为有效的颗粒过滤器和SCR系统，在从发动机排气气体中去除颗粒物的同时，对的NCX的治理也是很有帮助的。
为了解决由于颗粒物积累引起的背压问题，DPF/SCR22被周期性的净化或再生。再生涉及在典型为高温(＞600℃)的环境中氧化或燃烧聚集颗粒物40。在一个示范性实施例中，过量的HC被输送到DOC16以在其中被氧化。HC的氧化引起的放热反应会升高处于DPF/SCR 22上游的排气气体20的温度达到再生要求的水平，从而燃烧或氧化被捕集的颗粒物并且净化捕集器。
在DPF/SCR22的工作过程中，特别是再生过程中，一些过量的HC和CO可能穿过氧化催化剂到达DPF/SCR22。因为HC和CO是被管制的排气气体成分，它们往大气中的排放应该最小化以符合适用规定。类似地，喷射到排气气体20中的氨气量应该限制为NOX完全转化所需的量。然而，一些氨气没有被SCR催化剂活性而转化并通过DPF/SCR22的情况可能发生。排放没有转化的NH3是不受欢迎的。
HC、CO和/或NH3非故意穿过DPF/SCR22被称为“逃逸”。为了减少HC、CO和/或NH3逃逸穿过DPF/SCR22，附加催化剂44被设于与SCR催化剂组合物42相连的下游，其含有贵金属，例如铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)或者其它适当的氧化催化剂或它们的组合，如图2所示，附加催化剂44被设于邻近DPF/SCR22的出口通道34的出口端38处。在优选的实施例中，为了提高DPF/SCR22的流通性能，附加催化剂44被单独的设于DPF/SCR22，而非覆盖在SCR催化剂组合物42之上。当过量的HC、CO和/或NH3进入或“逃逸”到达下游附加催化剂44限定的区域内时，它们被氧化成非管制的且期望的成分。结果，从DPF/SCR22排出的排气气体中的HC、CO和/或NH3逃逸得到了处理，从而避免用单独复杂的、独立的催化剂装置在DPF/SCR22下游对HC，CO和/或NH3进行逃逸控制所带来的额外成本或复杂性。
虽然本发明已参照实施例做了详细描述，但是，本领域技术人员能够理解的是，可进行各种变化以及各要素可进行等同替换，而不背离本发明保护范围。更进一步，可进行各种变化以将特殊情形或材料应用于本发明教导，而不背离本发明的实质保护范围。因此，本发明不仅仅限于已经描述成最佳实施方式的具体实施例，而是，本发明包括所有落入本申请范围的实施方式。
Claims (9)
1.一种用于减少内燃机排气气体中的成分的排气气体处理系统，包括：
整体式陶瓷，其被设于排气气体处理系统中，具有穿过其内部延伸的排气流动通道，所述排气流动通道由纵向延伸壁之间限定形成；
第一催化剂组合物，用于催化还原排气气体中的氮氧化物，被设于排气流动通道的第一部分；和
第二催化剂组合物，用于催化氧化排气气体中的碳氢化合物、一氧化碳和氨气，被分开地依次顺流地设于排气流动通道的的第二部分。
2.如权利要求1所述的排气气体处理系统，其中所述整体式陶瓷是壁流整体式过滤器，包括：
纵向延伸通道，所述纵向延伸通道包括第一亚组的进口通道和第二亚组的出口通道，进口通道具有开放的进口端和封闭的出口端，出口通道具有封闭的进口端和开放的出口端，其中，排气气体通过通道的进口端进入所述壁流整体式过滤器并转移通过纵向延伸壁到达出口通道，以去除排气气体中的颗粒物。
3.如权利要求1所述的排气气体处理系统，其中所述第一催化剂组合物包括还原催化剂，所述还原催化剂包含沸石和一种或多种贱金属成分，所述第二催化剂组合物包括氧化催化剂，所述氧化催化剂包含一种或多种贵金属。
4.一种用于减少内燃机排气气体中的成分的排气气体处理系统，包括：
陶瓷壁流整体式过滤器，被设于排气气体处理系统中；
排气流动通道，其延伸通过陶瓷壁流整体式过滤器，所述排气流动通道由纵向延伸壁之间限定形成；
排气流动通道的第一亚组，其具有开放的进口端和封闭的出口端，并且限定形成进口通道；
排气流动通道的第二亚组，其具有封闭的进口端和开放的出口端，并且限定形成出口通道，其中排气气体通过进口通道进入陶瓷壁流整体式过滤器并转移通过纵向延伸壁，同时被其过滤，从而通过出口通道流出陶瓷壁流整体式过滤器。
第一催化剂组合物，其和氨气还原剂一起作用以催化还原排气气体中的氮氧化物，其被设于陶瓷壁流整体式过滤器的第一部分；和
第二催化剂组合物，用于催化氧化排气气体中的碳氢化合物、一氧化碳和氨气，被分开地依次顺流地设于陶瓷壁流整体式过滤器的第二部分。
5.如权利要求4所述的排气处理系统，其中所述的第一催化剂组合物包括还原催化剂，所述还原催化剂包含沸石和一种或多种贱金属成分，所述第二催化剂组合物包括氧化催化剂，所述氧化催化剂包含一种或多种贵金属。
6.一种用于减少内燃机排气气体中的成分的排气气体处理系统，包括：
氧化催化剂，其被设于排气气体处理系统中；
颗粒过滤器，设于所述的氧化催化剂下游，用以去除排气气体中的颗粒物；
第一催化剂组合物，用于催化还原排气气体中的氮氧化物，被设于颗粒过滤器的第一部分；和
第二催化剂组合物，用于催化氧化排气气体中的碳氢化合物、一氧化碳和氨气，被依次顺流地设于颗粒过滤器的第二部分。
7.如权利要求6所述的排气气体处理系统，其中所述第一催化剂组合物包括还原催化剂，所述还原催化剂包含沸石和一种或多种贱金属成分，所述第二催化剂组合物包括氧化催化剂，所述氧化催化剂包含一种或多种贵金属。
8.如权利要求3、5或7所述的排气气体处理系统，其中所述还原催化剂贱金属包括铁、钴、铜、钒或它们的组合。
9.如权利要求3、5或7所述的排气气体处理系统，其中所述氧化催化剂贵金属包括铂、钯、铑或它们的组合。
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| PB01 | Publication | ||
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