用于包含PGM組分和SCR催化劑的貧燃發動機的排氣系統技術方案

一種用于車輛貧燃內燃機的排氣系統(10)，該系統包括：(a)第一基底整料(6)，其包含SCR催化劑；(b)至少一個第二基底整料(4)，其包含含有至少一種鉑族金屬(PGM)的催化活化涂層，該至少一個第二基底整料位于第一基底整料上游；和(c)第三基底整料(2)，其位于第一基底整料和該或各第二基底整料之間，其中當該或各第二基底整料(4)暴露于包括相對高溫的相對極端條件時，在該或各第二基底整料(4)上的至少一種PGM易于揮發，和其中第三基底整料(2)包含活化涂層，該活化涂層包含至少一種用于捕集揮發的PGM的材料。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于包含PGM組分和SCR催化劑的貧燃發動機的排氣系統專利
本專利技術涉及用于車輛貧燃內燃機的排氣系統，該系統包括包含SCR催化劑的第一基底整料和位于第一基底整料上游的包含至少一種鉑族金屬(PGM)的至少一個第二基底整料。專利技術背景通常，有四類污染物被全世界的政府間組織立法限制：一氧化碳(CO)，未燃的烴(HC)，氮的氧化物(NOx)和顆粒物質(PM)。隨著對來自車輛發動機的廢氣中污染物的可容許排放的排放標準越來越嚴格，提出和研發了發動機管理和多重催化劑廢氣后處理系統的組合以滿足這些排放標準。對于包括顆粒過濾器的排氣系統，通常定期(例如每隔500km)進行發動機管理以提高過濾器中的溫度以燃燒掉保持在該過濾器上的基本上所有剩余的煙灰，由此將該系統返回基線水平。這些經過發動機管理的煙灰燃燒事件經常稱作“過濾器再生”。盡管過濾器再生的主要焦點是燃燒保持在該過濾器上的煙灰，但未曾預期的結果是根據該系統中發動機管理的水平，排氣系統中存在的一個或多個催化劑涂層(例如過濾器(所謂的催化煙灰過濾器(CSF))本身的過濾涂層)、位于過濾器上游或下游的氧化催化劑(例如柴油機氧化催化劑(DOC))或NOx吸附催化劑(NAC)(例如第一DOC之后是柴油顆粒過濾器，之后又是第二DOC，最后是SCR催化劑)能夠定期暴露于高廢氣溫度。這些條件也可能經歷未曾預期的偶然的發動機不正常模式(upsetmode)或不受控制或控制不良的再生事件。然而，一些柴油發動機(特別是以高負荷操作的重型柴油發動機)甚至可以在正常操作條件下將催化劑暴露于高溫(例如>600℃)。因為車輛制造商研發其發動機和發動機管理系統以滿足排放標準，本申請人/受讓人被車輛制造商要求提出催化組分和催化組分的組合，以幫助滿足排放標準的目標。這些組分包括用于氧化CO、HC而且任選也氧化NO的DOC；用于氧化CO、HC、任選也氧化NO并用于捕集顆粒物質用于隨后燃燒的CSF；用于氧化CO和HC并用于氧化一氧化氮(NO)和將其從貧燃廢氣中吸收并解吸吸附的NOx并將其在富廢氣中還原成N2的NAC(見下面)；和用于在含氮還原劑(例如氨)存在下將NOx還原成N2的選擇性催化還原(SCR)催化劑(見下面)。在實踐中，DOC和CSF中使用的催化劑組合物是非常相似的。然而，通常DOC和CSF的使用之間的主要差異是該催化劑組合物所涂覆的基底整料：在DOC的情況中，該基底整料通常是流通式基底整料，包括具有延伸貫通的細長通道陣列的金屬或陶瓷蜂窩狀整料，該通道在兩端都開口；CSF基底整料是過濾器整料例如壁流式過濾器，例如陶瓷多孔過濾器基底，其包括與多個出口通道平行排列的多個入口通道，其中各入口通道和各出口通道部分地由多孔結構的陶瓷壁限定，其中各入口通道與出口通道通過多孔結構的陶瓷壁交替隔開，反之亦然。換言之，壁流式過濾器是蜂窩狀布置，限定了多個在上游端堵塞的第一通道和多個在上游端未堵塞但在下游端堵塞的第二通道。與第一通道垂直和橫向相鄰的通道在下游端堵塞。當從任一端觀察時，通道的交替地堵塞和開口的端呈現棋盤的外觀。在流通式基底整料上可以涂覆非常復雜的多層催化劑布置，例如DOC和NAC。盡管可以用多于一層的催化劑組合物涂覆過濾器整料的表面(例如壁流式過濾器的入口通道表面)，但涂覆過濾器整料的問題是要避免在使用時通過用催化劑活化涂層過度加載該過濾器整料而不必要地提高背壓，由此限制氣體流通。因此，盡管用一種或多種不同的催化劑層順序涂覆過濾器基底整料的表面并不是不可能的，但更通常地將不同的催化劑組合物分割成區，例如過濾器整料的軸向分隔的前半區和后半區，或者通過用第一催化劑組合物涂覆壁流式過濾器基底整料的入口通道，用第二催化劑組合物涂覆其出口通道。然而，在本專利技術的具體實施方案中，用一個或多個可以是相同或不同催化劑組合物的層涂覆過濾器入口。還提出了在過濾基底整料上涂覆NAC組合物(例如參見EP0766993)。在包含多種催化劑組分的排氣系統(均包括單獨的基底整料)中，通常SCR催化劑位于DOC和/或CSF和/或NAC的下游，因為已知通過將廢氣中的一些氧化氮(NO)氧化成二氧化氮(NO2)，使得離開DOC和/或CSF和/或NAC的NO:NO2比為約1:1，促進了下游的SCR反應(見下面)。從EP341832(所謂的連續再生捕集器或中還公知，通過將廢氣中的NO氧化成NO2而產生的NO2能夠用于在下游過濾器上被動燃燒煙灰。在EP341832的方法重要的排氣系統布置中，如果SCR催化劑位于過濾器的上游，那么這將會減少或阻止捕集的煙灰在NO2中燃燒的過程，因為用于燃燒煙灰的NOx的大部分將很可能在SCR催化劑上除去。然而，輕型柴油車輛優選的系統布置是柴油機氧化催化劑(DOC)之后是含氮還原劑噴射器，然后是SCR催化劑，最后是催化煙灰過濾器(CSF)。這種布置的簡稱為“DOC/SCR/CSF”。這種布置優選用于輕型柴油車輛，因為重要的考慮是在車輛發動機啟動之后在排氣系統中盡可能快地實現NOx轉化，以確保(i)將含氮還原劑(例如氨)的前體噴射/分解以釋放氨用于NOx轉化；和(ii)盡可能高的NOx轉化率。如果將大熱質量過濾器放在SCR催化劑上游(即DOC和SCR催化劑之間)(“DOC/CSF/SCR”)，(i)和(ii)的過程將會花費長得多的時間實現，且對于整個排放標準加州周期的NOx轉化率將會降低。可以使用氧和采用發動機管理技術對過濾器的偶爾強制再生來實現顆粒物質去除。已經提出將SCR催化劑活化涂層涂覆到過濾基底整料自身上(例如參見WO2005/016497)，在這種情況中，氧化催化劑可以位于涂覆有SCR的過濾器基底上游(無論該氧化催化劑是否DOC、CSF或NAC的組分)，以改進NO/NO2比用于提高SCR催化劑上的NOx還原活性。還已經提出將NAC設置在位于流通式基底整料上的SCR催化劑的上游，該NAC能夠在NAC再生過程中原位產生NH3(見下面)。GB2375059中公開了一種該提議。NAC是例如從US5,473,887已知的，且經設計以從貧廢氣(λ>1)中吸附NOx并在廢氣中氧濃度降低時解吸該NOx。解吸的NOx可以用合適的還原劑(例如發動機燃料)還原成N2，通過NAC自身或位于NAC下游的催化劑組分(例如銠)進行促進。在實踐中，能夠間歇地根據計算的NAC剩余的NOx吸附容量將對氧濃度的控制調節到所需的氧化還原組成，例如比正常發動機運行操作更富燃(但仍貧于化學計量的或λ＝1的組成)、化學計量的或富于化學計量的(λ<1)。氧濃度可以通過多種手段調節，例如節流、將另外的烴燃料注入發動機氣缸(例如在排氣沖程過程中)或將烴燃料直接注入發動機集管下游的廢氣。典型的NAC配方包含催化氧化組分(例如鉑)、顯著量(即充分大于作為助劑(例如三效催化劑中的助劑)所需的量)的NOx儲存組分(例如鋇)和還原催化劑(例如銠)。對于該配方來說，用于從貧廢氣中儲存NOx通常的機理為：NO+1/2O2→NO2(1)；和BaO+2NO2+1/2O2→Ba(NO3)2(2)，其中在反應(1)中，一氧化氮與氧氣在鉑上的活性氧化位上反應生成NO2。反應(2)包括由儲存材料以無機硝酸鹽的形式來吸附NO2。在較低的氧濃本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于車輛貧燃內燃機的排氣系統，該系統包括：(a)第一基底整料，其包含SCR催化劑；(b)至少一個第二基底整料，其包含含有至少一種鉑族金屬(PGM)的催化活化涂層，該至少一個第二基底整料位于第一基底整料的上游；和(c)第三基底整料，其位于第一基底整料和該或各第二基底整料之間，其中當該或各第二基底整料暴露于包括相對高溫的相對極端條件時，在該或各第二基底整料上的至少一種PGM易于揮發，和其中第三基底整料包含至少一種用于捕集揮發的PGM的材料。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2012.01.18 GB 1200781.1;2011.12.12 US 61/569,5301.一種用于車輛壓縮點火發動機的排氣系統，該系統包括：(a)第一基底整料，其包含SCR催化劑；(b)至少一個第二基底整料，其包含含有至少一種鉑族金屬(PGM)的催化活化涂層，該至少一個第二基底整料位于第一基底整料的上游；和(c)第三基底整料，其位于第一基底整料和該或各第二基底整料之間，其中該或各第二基底整料上的至少一種PGM是鉑，和其中第三基底整料包含至少一種用于捕集揮發的PGM的材料，其中第三基底整料的該至少一種用于捕集揮發的PGM的材料包含催化劑組合物，該催化劑組合物包括負載在至少一種載體材料上的選自以下的至少一種金屬：鈀、銅、銀、金及其任意兩種或更多種的組合。2.根據權利要求1所述的排氣系統，其中該至少一種用于捕集揮發的PGM的材料包括至少一種金屬氧化物。3.根據權利要求2所述的排氣系統，其中第三基底整料的該至少一種用于捕集揮發的PGM的材料包括選自以下的金屬氧化物：任選穩定化的氧化鋁、任選穩定化的氧化鋯、任選穩定化的二氧化鈰-氧化鋯混合氧化物及其任意兩種或更多種的混合物。4.根據權利要求1-3中任一項所述的排氣系統，其中該至少一種用于捕集揮發的PGM的材料是施涂到第三基底整料上的活化涂層的組分。5.根據權利要求1-3中任一項所述的排氣系統，其中至少一個第二基底上的活化涂層的PGM組分包含鉑和鈀。6.根據權利要求5所述的排氣系統，其中Pt:Pd的重量比≤2。7.根據權利要求1-3或6中任一項所述的排氣系統，其中第三基底整料的該活化涂層包括含有鉑和鈀的活化涂層，其Pt:Pd重量比低于該或各第二基底整料的該或各活化涂層的Pt:Pd重量比。8.根據權利要求7所述的排氣系統，其中第三基底的該活化涂層中Pt:Pd的重量比≤1.5。9.根據權利要求1-3、6或8中任一項所述的排氣系統，其包括用于將含氮還原劑或...

【專利技術屬性】
技術研發人員：P·布拉克曼，S·查特杰，A·F·馳菲，J·加斯特，P·R·菲利浦，R·拉賈拉姆，A·沃克，
申請(專利權)人：莊信萬豐股份有限公司，
類型：發明
國別省市：英國;GB