用于还原no的制作方法

专利名称：用于还原no的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于还原(reduction)气流中NOx化合物的催化剂单元，该单元包括银/氧化铝类催化活性的材料。
现有技术关于在内燃机帮助下操作的机动车，通常要求来自发动机的废气内有害物质的低排放。这些物质主要由氮氧化物化合物(NOx)、烃化合物(HC)和一氧化碳(CO)形式的化合物组成。根据现有技术，可使用废气催化剂净化来自常规的汽油发动机的废气，所述废气催化剂形成了废气体系的一部分且废气被引导到所述废气催化剂上。在三元催化类型的废气催化剂中，较大部分的上述有害化合物通过已知的催化反应被消除。为了优化催化剂的功能，以便确保就NOx、HC和CO化合物来说，它提供尽可能大的净化效果，在大多数操作情况下，使用化学计量的空气/燃料混合物，即其中λ＝1的混合物，操作发动机。可使用以计算机为基础的控制单元，以确保在对于每一机动车来说可能合适的操作情况下维持这一化学计量的混合物。
此外，关于机动车，通常要求尽最大可能降低内燃机的燃料消耗。为此，尤其为了能使用越来越贫燃料的混合物(即其中λ＞1的)操作发动机，近年来开发了在发动机的的汽缸(cylinder)内拥有新型燃烧室的发动机。在称为贫燃料燃烧类型的发动机(即直接注射的奥图(Otto)发动机)中，可排列发动机内的每一燃烧室，以便在每一火花塞处被供应的燃料可浓缩到较高的程度。这一操作状态通常被称为“层状(stratified)”操作，且当发动机在低或中等扭矩与旋转速度下连续运行时，其允许使用非常贫燃料，更具体地达到λ约等于3的空气燃料混合物的操作。这导致在这类发动机内燃料消耗的显著节约。或者使用主要是化学计量(λ＝1)的混合物或者相对富燃料(λ＜1)的混合物的发动机也可在额外的“均相”操作状态下操作。后一操作状态通常存在于其中发动机在相对高的扭矩和旋转速度下运行的情况。除了层状状态和均相状态以外的一些额外的状态也可满足贫燃料燃烧的发动机情况。
在贫燃料燃烧的发动机中，不可能使用常规的三元(three-way)催化剂还原NOx，这是因为当混合物是化学计量混合物时，催化剂被设计为具有最佳的净化能力的事实所致。由于这一原因，普通的三元催化剂可与氮氧化物吸收剂(也称为NOx吸收剂或NOx捕获剂(trap))结合，所述氮氧化物吸收剂是用于例如在来自内燃机的废气中吸收NOx化合物的本身已知的装置。按照这一方式，NOx吸收剂可或者作为三元催化剂上游的独立的单元，或者与三元催化剂，即连同属于三元催化剂的催化材料一体化，从而用作常规三元催化剂的补充。在后一情况下，一体化的组件然后以NOx吸收废气催化剂的形式构成。
可能要注意，对于不同类型内燃机来说，例如在柴油机以及如上所述的贫燃料燃烧发动机情况下，还原NOx化合物的要求是相关的。因此，在这种情况下，常规的三元催化剂不可能充当还原NOx化合物的催化剂。
构造NOx吸收剂，以便若在采用贫燃料空气/燃料混合物的情况下操作发动机时，则它吸取(吸收)在废气内的NOx化合物，和若在采用富燃料的空气/燃料混合物的情况下运行发动机一段时间的话，释放(解吸)NOx化合物。此外，NOx吸收剂具有可能仅仅吸收NOx化合物到一定极限的性能，即它被逐渐“填充”，和按照这一方式达到其吸收极限。在这种情况下，必须再生NOx吸收剂，即必须使所储存的NOx化合物解吸并因此释放。若常规的三元催化剂排列在NOx吸收剂的下游，或者若设计三元催化剂，以便它与NOx吸收剂一体化，则可通过三元催化剂消除所解吸的NOx化合物，条件是后者达到其燃烧温度。
根据现有技术，可借助废气混合物，使NOx吸收剂再生，所述废气混合物流经其中经数秒数量级大小的一段时间使之相对富燃料的NOx吸收剂。实际上，通过在以上所述的均相操作状态下，即在发动机因此在相对富燃料的空气/燃料混合物下操作的情况下，操作发动机这样一段时间来进行。按照这一方式，“排空”NOx吸收剂，以便它随后可持续吸收NOx化合物一段时间，直到需要新的再生。
尽管以上所述的使NOx化合物再生的工序本身功能良好，但它的缺点是，它影响在发动机内反向的燃料消耗，因为它以在一定间隔时必须用富燃料废气混合物操作的发动机为基础。因此需要可供替代的方法实现具有相对大过量氧的废气内NOx化合物的有效下降，如同在采用贫燃料燃烧发动机和柴油机中的情况一样。在牵涉具有过量氧的NOx化合物的其它燃烧工艺中，例如在焚烧车间，燃烧电热厂，住宅锅炉，烟道气净化等中，存在类似的情况。
发明公开本发明的主要目的是提供用于催化净化NOx化合物的改进装置，在该装置内满足以上所述的要求并解决了问题。
使用在引言中提及的催化剂单元类型实现以上所述的目的，其中该单元的特征在于，它包括含有所述催化活性材料的至少一个第一反应区，和至少一个第二反应区，其中排列所述第二反应区，以使在所述第一反应区内形成的气体物质分解且形成N2，和特征在于气流流经第一反应区和第二反应区。
使用在引言中提及的催化剂单元类型也实现以上所述的目的，其中该单元的特征在于催化剂单元包括用含有所述催化活性材料的里层的通道排列的结构，其中所述结构还包括使在所述层内形成的气体物质分解的进一步的材料，其中与所述分解相关的是形成N2。
本发明实现了一些优点，首先和最重要的是，可注意到本发明提供来自内燃机中废气内NOx化合物的有效下降。本发明的特殊应用是关于净化来自贫燃料燃烧发动机和柴油机内的废气，这些废气显示出相对大过量的氧。
附图简述以下参考实施方案和参考附图描述本发明，其中

图1以图示的形式示出了根据本发明第一个实施方案的本发明的装置，图2以图示的形式示出了根据本发明第二个实施方案的本发明的装置，图3示出了沿着图1的线I-I观察到的放大的截面视图，图4示出了原则上相当于图3的截面视图，但该图示出了可供替代的本发明的第三个实施方案，和图5示出了原则上相当于图3和4的截面视图，但该图示出了本发明的第四个实施方案。
优选实施方案现参考优选实施方案描述本发明。本发明打算用于在附图中没有示出的内燃机，但该内燃机可由贫燃料燃烧类型的汽油发动机或者柴油机组成。在这两类发动机中，需要在含有相对大过量氧的废气流内降低NOx化合物含量。然而，本发明的原理不限于仅仅使用这两类发动机，而是可应用到常规的汽油发动机上。本发明也不限于仅仅与机动车结合使用；相反，它也可例如结合用于焚烧车间、组合的电热工厂、住宅锅炉或烟道气净化，结合用于生成含氧过量的NOx化合物的气流。
根据图1可看出，本发明由催化剂单元1组成，所述催化剂单元1以常规方式拟放置在内燃机(未示出)的下游，即沿着内燃机的输出废气管道2放置。来自内燃机的废气流然后沿着废气管道2以图1的箭头所示的方向流过。根据第一个实施方案，催化剂单元1由至少一个第一反应区组成，所述第一反应区方便地由称为催化床3a，3b，3c，3d和3e的许多催化组件组成，这些催化床沿着催化剂单元1的纵向排列且被相应数量的第二反应区隔开，所述第二反应区依次由气相反应器4a，4b，4c，4d和4e组成。这些气相反应区分别排列在催化床3a，3b，3c，3d和3e的下游。
第一催化床3a与紧跟的第一气相反应器4a一起形成催化活性单元，正如以下所述，该催化活性单元能转化并还原一定量的在废气流内的NOx化合物。根据图1可看出，由其它的催化床3b，3c，3d和3e和气相反应器4b，4c，4d和4e定义类似的催化剂活性单元。由催化床(即第一反应区)和随后的气相反应区(即第二反应区)形成的每一个这样的催化活性单元导致废气流内NOx化合物含量的下降。这意味着使用催化剂单元1实现的NOx化合物的总体下降由各催化床3a，3b，3c，3d和3e与气相反应器4a，4b，4c，4d和4e获得的各自的贡献之和给出。
根据图1所示的内容，和根据以下所述的内容，催化床3a，3b，3c，3d和3e和气相反应器4a，4b，4c，4d和4e二者的数量例如为5个，则这相当于降低NOx化合物的5个催化活性单元。然而，本发明的原理不限于所述组件的给定数量；相反，可使用不同的数量。按照一般的方式，可认为在废气流内实现NOx化合物的下降与所使用的单元的数量成比例。然而，在实践中，当在批量生产的机动车中应用本发明时，还必须选择完整的催化剂单元1的长度(其长度本身又与催化床和气相反应区的数量成比例)，同时注意限制因素如在机动车内可获得的空间和所容许的成本。
催化剂单元1此外包括入口5以供应所讨论的来自内燃机内的废气和出口6以供输出净化的废气流。催化剂单元1还优选包括氧化催化剂7，其排列在最后一个气相反应器4e的下游和出口6之前。由于催化床3a，3b，3c，3d和3e与气相反应器4a，4b，4c，4d和4e不能影响废气内CO和HC化合物的含量，因此利用氧化催化剂7降低这些CO和HC化合物。氧化催化剂7是本身常规的一类，因此在此不再详细描述。
本发明不限于包括一体化的氧化催化剂7的催化剂单元1。例如，在一些应用中，可方便地使用三元催化剂。进一步净化在废气内的CO和HC化合物的需要随所讨论的应用而变化。
本发明也不限于在催化剂单元1内以一体化方式设计的氧化催化剂7，即在与催化床和气相反应区相同的物理单元内。作为替代方案，氧化催化剂可由完全独立的单元组成，所述完全独立的单元可排列在包括催化床和气相反应器的催化剂单元的下游。
包括在催化剂单元1内的催化床3a，3b，3c，3d和3e优选是银-氧化铝类催化剂，即含有小的簇状银或氧化银，所述簇状银或氧化银与氧化铝一起在各催化床3a，3b，3c，3d和3e内在具有通道结构的整料上形成催化活性的涂层。本身已经公知使用银-氧化铝类催化剂用于催化净化NOx化合物。然而，与现有技术相反，本发明以催化剂单元1为基础，所述催化剂单元1配有两个反应区(即以上所述的第一反应区和以上所述的第二反应区)，其中如此排列这两个反应区，以便促进特定的化学反应，该反应将在下面详细地描述。在该反应中，随着N2形成，NOx化合物的含量下降。如图1所示，本发明的一个实施方案基于使用5个催化活性的单元，即每一单元由一个催化床和一个气相反应区组成。根据图1所示的实施方案，催化床3a，3b，3c，3d和3e彼此独立地在催化剂单元1的纵向，即在废气流的流动方向上排列。
在参考图1的同时详细地描述本发明的功能。当操作所讨论的内燃机时，废气流经废气导管2导入并进入到催化剂单元1内。按照常规的方式，这一废气流含有CO、HC和NOx化合物形式的有害，因此非所需的气体组分。当废气流到达第一催化床3a时，发生涉及NO和HC分子的反应，所述NO和HC分子碰撞在第一催化床3a内的银/氧化铝底物表面。这些分子反应，得到中间体气体物质形式的不稳定的中间体。大量比例的这一中间体从表面释放进入气相内。该中间体气体物质不稳定且将分解，即断裂。与这种分解相关的是形成N2，即一种有利的结果。在该反应中还形成CO。
已发现，在NO2的情况下，也发生以上所述的反应，NO2是在废气流中发现的一种非所需的气体组分。此外，就大多数HC化合物来说，以上所述的反应原则上是类似的，其中所述反应在相关类型的内燃机中的废气内出现。
在第一催化床3a内的以上所述的反应(与该反应相关的是形成不稳定的气体物质)的一个结果是，气体物质可返回到催化床3a的表面上。当这发生时，氮气可被再次氧化，从而形成NOx化合物(NO或NO2)。这种“逆反应”(其导致形成NOx化合物)是非所需的，且根据本发明，要借助以特殊方式设计的催化剂单元1来加以最大程度地限制，正如以下所述。
第一催化床3a具有一定的长度L1，所述长度L1与其它的尺寸一起相应于在第一催化床3a的表面上与HC化合物反应的废气流内的大部分NOx化合物，从而强烈地形成以上所述的中间体气体物质。依赖于诸如其直径和隔室密度，废气流的预期流速和温度等参数，选择第一催化床3a的最佳长度L1的特定值。这些参数，和结果长度L1的精确值，自然随所讨论的应用而变化，例如随所讨论的发动机类型，性能，预期的运行条件，预期的废气流速，在所讨论的机动车内催化剂单元1可获得的空间而变化。
与长度L1的实际尺寸无关，根据本发明的情况是，停留时间应当优选相对于在催化剂单元1内的温度而优化。作为替代方案，认为反应性气体物质的比例应当相对于在气相内的NOx化合物量而优化，按照这一方式为的是相对于生成N2的所需反应的速度，保持逆反应速度下降。一般来说，还认为反应的完全程度与所选择的长度L1成比例。
当废气流逐渐流过第一催化剂床3a，从而形成中间体气体物质时，气体物质也开始分解，结果生成N2。在这一阶段，废气流也流向第一气相反应器4a，与此相关的是气体物质持续分解。由于第一气相反应器4a不含任何银-氧化铝材料，因此所述的逆反应严格受到抑制，从而有利于形成N2。借助实际实验，已发现，这一分解在使得于350℃的温度下，在约30ms内约50％所形成的气体物质量分解(且释放N2)的速度下进行。
图1所示的催化剂单元1此外含有具有预定长度L2的第一气相反应器4a。选择这一长度L2，以便确保在废气流流经第一气相反应器4a的过程中，大多数，优选至少90％的气体物质有时间反应，即分解，并发生N2形成。这从而限定了废气一定的停留时间，以便它具有时间反应形成N2，之后进入由下一个随后的催化床确定的下一反应区。然而，必须选择长度L2，同时注意例如在所讨论的机动车内可获得的空间。长度L2的合适选择相当于使最小可能残留量的气体物质在随后的第二催化床3b的表面上碰撞并导致非所需的NOx化合物的再形成。可决定第一气相反应器4a的长度L2的特定值，同时取废气流的一定预期的流速和温度(这本身又取决于所讨论的发动机类型等)作为基础并同时取在废气流流经第一气相反应器4a的过程中气体物质的例如至少90％应当分解的条件作为基础。然而，例如超过90％的其它限制值在本发明的范围内是可允许的。
第一催化床3a和第一气相反应器4a一起形成催化活性的单元用以降低废气流内的NOx化合物。形成中间体气体物质的结果是，NOx化合物被吸收且释放出N2。依赖于例如废气流的流速和温度以及依赖于第一催化床3a和第一气相反应器4a的其它尺寸和参数，仔细协调和优化第一催化床3a的长度L1和第一气相反应器4a导致废气流内NOx化合物的显著转化和释放到周围大气内的有害排放物的下降。
流经第一催化床3a和第一气相反应器4a的废气流仍含有一定量的NOx化合物。由于这一原因，催化剂单元1优选含有呈额外催化床3b，3c，3d和3e与额外的气相反应器4b，4c，4d和4e形式的额外的催化活性单元。流入到第二催化活性单元内的残余量的NOx化合物(由第二催化床3b和第二气相反应器4b形成)因此很大程度上被第二催化活性单元消除。在此之后，该单元确保在废气流流经第二气相反应器4b的过程中使气体物质分解(且形成N2)。在此之后，该工艺分别沿着其余的催化床3c，3d和3e与气相反应器4c，4d和4e继续。因此，可认为5个气相反应器4a，4b，4c，4d和4e确定反应区，其长度L2和其它参数被安排为允许以上所述的反应，其中在所述反应内气体物质分解且形成N2。
根据图1可看出，5个催化床3a，3b，3c，3d和3e在催化剂单元1的纵向上，即废气流的流动方向上彼此隔开，其中在第一反应区各区，即催化床3a，3b，3c，3d和3e之间的空间通过第二反应区各区，即5个相应的气相反应器4a，4b，4c，4d和4e桥连。(由一个催化床和一个随后的气相反应器组成的)废气流经其流过的各单元导致给定的转化和消除NOx化合物。实际的实验已表明，每一个这样的单元可得到下述的NOx化合物转化率，该转化率可累计达到70-80％的数量级大小，这尤其取决于所使用的燃料。更具体地说，本发明具有隐含使流经废气管道2的NOx化合物中的70-80％在第一催化活性单元3a、4a内吸收的功能。在流经第一催化床3a的过程中，废气内的NOx含量将降低。在此之后，当废气流经第一气相反应器4a时，废气内的NOx含量大体上处于恒定的水平。在此之后，当废气流经第二催化床3b等时，NOx含量将再次下降70-80％的数量级大小。这意味着整个催化剂单元1可总计消除99％或更多存在于废气流内的NOx化合物。可能残留的任何量的中间体气体物质可在氧化催化剂7上反应变回NOx化合物。
根据图1所示的实施方案，气相反应器4a，4b，4c，4d和4e是无载的，即它们由具有给定长度L2的管状连接组成，且作为在各催化床3a，3b，3c，3d和3e之间的反应区的形式排列。根据图2所示的本发明的替代方案，使用含有第二催化材料(分解催化剂)的气相反应器，所述第二催化材料促进气体物质分解成氮气。第二催化材料可以是借助吸收加速分解反应本身和/或气体物质在第二反应区内的停留时间，以便较大比例的气体物质在进入到随后的催化床之前具有时间反应形成N2的材料。这于是确定了如图2所示的可供替代的气相反应器8a，8b，8c，8d和8e。这些气相反应器8a，8b，8c，8d和8e因此具有形成N2的有利效果。
图2所示的实施方案因此基于下述原理气相反应器8a，8b，8c，8d和8e各自确定第二反应区，所述第二反应区被设计为在各气相反应器内具有能加速并实现以上所述反应，即中间体气体物质所需地分解以便形成N2的材料。适合于这一目的的第二催化材料是不含任何氧化位点，也不含任何酸性位点的材料。如果存在的话，方便地使用碱性催化剂。尽管为了该目的，优选使用碳化硅或金，但本发明不限于单独的这些材料。例如，可使用硅酸盐(silicalite)或碱性金属氧化物(MgO、CaO、BaO等)类型的材料。另外，为了该目的，可使用活性炭或烟灰。此外的情况是，各气相反应器8a，8b，8c，8d和8e可由独立的催化整料组成，或者由各催化床3a，3b，3c，3d和3e的后面部分组成(图2)，即后面部分各自浸渍在合适的分解催化剂内的情况。
在图2所示的实施方案中，在各个形成N2的气相反应器8a，8b，8c，8d和8e内使用以上所述材料的结果是，气体物质的分解相对快速地进行。这还意味着，例如可使各气相反应器8a，8b，8c，8d和8e的长度L3短于图1所示的气相反应器4a，4b，4c，4d和4e的长度。这反过来意味着图2所示的实施方案显示出的优点在于可使整个催化剂单元1′短于图1所示的长度；或者这意味着具有与图1所示的催化剂单元1相同总长度的催化剂单元1′可比图1所示的实施方案含有更多的(也由催化床和气相反应器组成的)催化活性的单元。
以类似于图1所示的方式，图2所示的实施方案可含有放置在最后一个气相反应器8e下游的氧化催化剂7。或者，可使用三元催化剂。同样，氧化催化剂可由与图2所示的催化剂单元1′物理结合的组件组成，或者由排列在所使用的催化床和气相反应器下游的独立组件组成。由于催化床3a，3b，3c，3d和3e与气相反应器8a，8b，8c，8d和8e不是为降低废气内CO和HC化合物含量而设计的，因此氧化催化剂7用于降低这些CO和HC化合物。
图3示出了横贯以上所述的催化床(3e)的截面，该截面通过图1中的线I-I表示。更具体地说，图3示出了沿着这一截面I-I的多个通道9的部分放大视图。以本身已经已知的方式，各催化剂(cf.图1中的参考标记3e)由承载结构10组成，而所述承载结构又由堇青石组成。该承载结构10确定通道9，通道9优选显示出大体上为正方形形状的截面。各通道9的里侧用催化活性的银/氧化铝材料的薄层11涂布。
图4示出了大体上相当于图3但表示本发明第三个实施方案的截面。这一第三个实施方案不同于以上所述的实施方案，在于含有分解层12，所述分解层12覆盖以上所述的由银/氧化铝组成的层11。分解层12的目的是加速并促进中间体气体物质分解，以便可有效地形成N2。以类似于图2所示的气相反应器8a，8b，8c，8d和8e的方式，图4所示的分解层12由能加速并促进这一分解的材料精心制成。以上所述的不同类物质(例如碳化硅或金)然后用于分解层12。另外，分解层12优选多孔，从而使得气体流到在此进行催化反应的底层11内。
以相当于其中根据图1所示的实施方案的气体物质的分解，提供在催化剂单元1的纵向上的空间的方式，在横向各通道9上提供图4所示的装置用于分解的空间。这意味着图4所示的装置不需要基于彼此独立地布置的许多催化床。相反，可布置图4所示设计的一个单一的整料，以便获得所需的以上所述的N2形成。
根据图4所示的替代方案，可以以相反的方式布置层11、12，以便分解层12布置在下方，即最靠近堇青石结构10，同时在顶部布置银/氧化铝层11。
图5示出了本发明的第四个实施方案，该图是在原理上相当于图3和4的截面，但含有布置在堇青石结构10上的替代层13。该层13由一体化材料组成，所述一体化材料本身又由催化活性的银/氧化铝材料和与以上所述的分解层(cf.图4)同样类型的分解材料，即碳化硅或金组成。第四个实施方案还导致中间体气体物质分解，以便在各催化床内有效地形成N2。
参考图4和5描述的实施方案据说还可含有第一和第二反应区，即如图所示的不同层11、12和13形式。例如，层11(图4)据说可构成第一反应区，而层12构成第二反应区。前一层11含有银-氧化铝类催化材料，而第二层12含有如上所述促进N2形成的材料使气体在不同层之间移动并经不同层扩散。反应区因此由使气体流过其中的非常小的区段或区组成。图5所示的实施方案据说也可显示出第一和第二反应区，即在层13内分别具有催化、N2促进效果的区段，并使气体分别在第一和第二反应区内交替移动。
图4和5所示的实施方案分别表示在图1和2所示的催化床3a，3b，3c，3d和3e内各通道9的可能设计。图4和5所示的每一实施方案可与图1所示的结构结合，即与交替的催化床和气相反应器结合，或者与图2所示的结构结合，即与交替的催化床3a，3b，3c，3d和3e以及分解催化剂8a，8b，8c，8d和8e结合。然而，应当强调，可在没有使用任何嵌入的气相反应器的情况下，即没有任何嵌入的反应区的情况下，实施图4和5所示的实施方案。方便地，基于图4和5分别示出的堇青石结构10(它是单一的整料)构造每一催化剂单元。
总之，可认为本发明主要旨在用于转化，即还原NOx化合物，以便形成N2。如上所述，本发明基于当NOx和HC在催化剂表面上反应，即在银/氧化铝表面上反应时，形成不稳定的中间体气体物质的现实。这一气体物质若它返回到催化剂表面上的话，则在很大程度上转化成NOx，若它与该表面保持一段距离的话，则它在很大程度上分解且形成N2。本发明的主要原理(根据图1和2以及以上所述的说明是显而易见的)是，确保已形成的气体物质保持远离催化剂的表面。若气体物质可保持离催化剂表面足够长的距离，则有时间分解成N2。根据本发明的一个实施方案，这通过使气体交替流经确实含有和不含有催化剂的区域来实现。结果气体物质当被形成时带离该表面且要仔细确保气体物质的停留时间足够长，使气体物质再次到达催化剂表面之前有时间形成N2。
为了进一步延长停留时间，根据本发明，该装置可补充气体物质在其上吸收的材料。例如，碳化硅或金可用于该目的。该材料可布置在独立的N2形成气相分离器(用图2中的参考标记8a，8b，8c，8d和8e来表示)内，或者布置在包括在各催化剂内的通道(分别参见图4和图5的附图标记12和13)上。在后一情况下，可设计该材料作为独立的层(图4)或者作为与银/氧化铝材料一体化的层(图5)。
根据本发明的优选实施方案，或者借助彼此在一定间隔处布置的许多催化床，该间隔通过特定地设计的反应区桥连，或者借助催化剂单元，该催化剂单元提供有促进并完成所述N2形成的材料，从而实现所需的NOx向N2的转化。根据前一变通方案，使废气交替流过银-氧化铝催化剂(对于选择性还原NOx来说是活性的)并交替流过催化剂或区段，用以完成由中间体气体物质形成N2。以上所述的反应区又可由气相反应器(图1)或分解催化剂(图2)组成。另外，若设计催化床，以便它们包括相当于气相反应器内活性材料的材料的话，则可促进中间体气体物质分解的过程。这导致来自废气流内NOx化合物的有效消除，与之相关的是，还可限制形成NOx化合物的任何副反应。
根据本发明的替代方案(在图中未示出)，可在图1和2所示的一个或多个催化床之前供应合适的还原剂。这可在机动车内存在的燃料罐和在其中供应还原剂的催化床之前，即上游的连接点之间的连接辅助下实现。可在各连接点处使用连接到合适的阀门装置上的控制单元，调节到达每一连接点的计量量。通过供应方便地用于发动机的正常燃料形式的这种还原剂，按照这一方式获得优点，因为绝对浓度尽可能低，存在的那些反过来使自中毒的危险最小化。也可在图4和5所示的实施方案中实现包括供应还原剂的该变通方案。
根据本发明的另一变通方案，可将氢气以类似于供应还原剂的方式供应到各催化床内。尤其有利的是，供应氢气到图2所示的至少一个气相反应器中，尤其在特征在于相对低温(约200-350℃)的操作方案相关联的情况下。
当设计本发明以便它包括供应还原剂或氢气时，可在一个或多个催化床内进行这种供应。也可进行供应，以便在不同的催化床内计量不同的用量。
当设计本发明以便它包括供应还原剂或氢气时，各催化剂单元可另外方便地在沿着催化剂单元的合适点处提供有NOx传感器，即检测NOx化合物主导浓度的传感器。相应于这一浓度的信号可输送到控制单元上，其中以优化例如NOx形成、NOx还原和N2生成的方式布置所述控制单元，例如计量来自机动车中罐内的还原剂。当诊断该体系时，也可使用这种性质的NOx传感器。
根据另一不同方案，以上所述类型的控制单元当以本身已知的方式用于控制时，可根据本发明设计燃烧过程、点火过程、燃料注射等以导引废气温度到有利于以上所述反应的程度。换句话说，可使用这种性质的控制单元，以便确保废气温度足够高以供废气催化剂反过来被加热到满意地反应的温度。
此外，根据本发明，催化剂单元可补充HC吸收剂，按照这一方式为的是甚至在相对低温下利用HC化合物。在这种情况下可设计这种HC吸收剂，以便它与催化剂单元的其余部分一体化，或者设计为独立的后续单元。
根据本发明的另一实施方案，后者可结合金属整料类型的支持结构，即金属催化物体来实现。这是本身已知的结构且用于一起成型为所需结构的平面金属片材和起绉金属片材。根据本发明另一实施方案，可设计这种结构，以便用银-氧化铝材料涂布起绉片材，和用以上所述的N2形成材料涂布平面片材，或者反之亦然。可在彼此顶部布置平面片材和起绉片材作为层压体，从而获得拥有绝缘层的结构。
本发明不限于以上所述的实施方案，而是可在随后的专利权利要求范围内变化。例如，催化床、气相反应器和分解催化剂的数量可以变化。同样，附属组件的尺寸和其它参数可在本发明范围内变化。例如，尽管图3-5所示的层11、12和13可具有数量级为10-40微米大小的厚度，但这一尺寸可随应用而变化。
可利用氢气的供应而不是第二反应区。当按照这一方式供应氢气时，不存在所讨论的气体物质的气相分解。
权利要求
1.一种用于还原气流内的NOx化合物且包括银/氧化铝类催化活性材料的催化剂单元(1；1′)，其特征在于，催化剂单元(1；1′)包括含有所述催化活性材料的至少一个第一反应区(3a，3b，3c，3d，3e)，和至少一个第二反应区(4a，4b，4c，4d，4e；8a，8b，8c，8d，8e)，其中排列所述第二反应区，以使在所述第一反应区(3a，3b，3c，3d，3e)内形成的气体物质分解且形成N2，和特征在于气流流经第一反应区(3a，3b，3c，3d，3e)和第二反应区(4a，4b，4c，4d，4e；8a，8b，8c，8d，8e)。
2.权利要求1的催化剂单元(1；1′)，其特征在于，所述第一反应区(3a，3b，3c，3d，3e)由含有所述催化活性材料的催化床组成，和所述第二反应区(4a，4b，4c，4d，4e；8a，8b，8c，8d，8e)排列在所述催化床(3a，3b，3c，3d，3e)的下游。
3.权利要求2的催化剂单元(1；1′)，其特征在于，它包括含有所述催化活性材料的许多催化床(3a，3b，3c，3d，3e)，所述催化床在所述催化剂单元(1；1′)内的纵向上彼此独立地排列，和许多第二反应区(4a，4b，4c，4d，4e；8a，8b，8c，8d，8e)，其中所述第二反应区排列在各催化床(3a，3b，3c，3d，3e)的下游并被排列以允许所述分解进行。
4.权利要求1-3中任一项的催化剂单元(1；1′)，其特征在于，第二反应区各区由气相反应器(4a、4b、4c、4d、4e)组成，其长度(L2；L3)对应于在所述反应区(4a、4b、4c、4d、4e)上游排列的催化床(3a，3b，3c，3d，3e)内形成的所述气体物质中大多数的分解。
5.权利要求1-3中任一项的催化剂单元(1；1′)，其特征在于，所述第二反应区(8a、8b、8c、8d、8e)包括促进所述分解的材料，与所述分解相关的是所述气体物质分解成N2。
6.前述权利要求中任一项的催化剂单元(1；1′)，其特征在于，它被排列以用于在至少所述第一反应区(3a、3b、3c、3d、3e)的上游供应还原剂。
7.用于还原气流内的NOx化合物且包括银/氧化铝类催化活性材料(11)的催化剂单元，其特征在于，该催化剂单元包括结构(10)，所述结构(10)与拥有所述催化活性材料的里层(11)的通道(9)一起排列，其中所述结构(10)还包括允许在所述层(11)内形成的气体物质分解的额外材料，且与所述分解相关的是形成N2。
8.权利要求7的催化剂单元，其特征在于，所述材料由层(12)组成，所述层(12)与所述银/氧化铝材料(11)相关地排列。
9.权利要求8的催化剂单元，其特征在于，所述材料由层(13)组成，所述层(13)还包括所述银/氧化铝材料。
10.权利要求5或7-9中任一项的催化剂单元，其特征在于所述材料是NOx吸收材料。
11.权利要求5或7-10中任一项的催化剂单元，其特征在于所述材料由碳化硅、金、硅酸盐、碱性金属氧化物、活性炭或烟灰组成。
12.权利要求7-11中任一项的催化剂单元，其特征在于它被排列以用于在所述结构(10)的上游供应还原剂。
13.前述权利要求中任一项的催化剂单元，其特征在于它包括用于生成信号的NOx传感器，所述信号相应于与所述催化剂单元有关的NOx浓度。
14.前述权利要求中任一项的催化剂单元，其特征在于它连接到HC吸收剂上。
15.前述权利要求中任一项的催化剂单元，其特征在于所述气体物质由在第一反应区(3)内的催化剂表面上形成的不稳定的中间体气体物质组成，且主要流入到气相内。
16.权利要求15的催化剂单元，其特征在于它被排列，以便主要地在气体物质返回到所述催化剂表面上之前导致气体物质的所述分解。
17.机动车，它包括前述权利要求之一中任一项的催化剂单元(1；1′)，为的是净化来自机动车内排列的内燃机的废气流。
全文摘要
本发明由催化剂单元(1；1′)组成，所述催化剂单元(1；1′)拟还原气流内NO
文档编号B01D53/94GK1729042SQ200380107225
公开日2006年2月1日 申请日期2003年11月27日 优先权日2002年11月27日
发明者E·乔布森, L·塞德, F·克林斯泰特, K·厄莱南, L－E·林德弗斯 申请人:沃尔沃技术公司