用于柴油车辆的后处理系统的制作方法

本公开涉及柴油车辆的后处理系统(ATS)，并且更具体地，通过生成氢气(H₂)最大化氨(NH₃)生产产率，并且能够通过控制生产的氨(NH₃)的氧化增加选择性催化还原(SCR)催化剂的氮氧化物(NO_x)净化性能的后处理系统。

背景技术：

氮氧化物(NO_x)是与一氧化碳(CO)和烃(HC)一同由车辆释放的有害排放物。当NO_x释放入大气中时，其导致呼吸问题和光化烟雾。

为了避免以上源自氮氧化物(NO_x)的问题，在限制大气污染物的排放方面的规范已经越来越严格。

随着如上所述越来越严格的汽车废气规范，汽车制造商已经开发了减少难以使用传统催化剂去除的氮氧化物(NO_x)的排放的废气后处理技术。

具体地，虽然为了由于渐增的油价而改善能效，以及减少二氧化碳(CO₂)排放，越来越多的关注已经朝向稀燃(稀薄燃烧，lean burn)发动机的开发，由于废气中来自稀燃发动机的大量氧气，难以使用传统的后处理技术去除来自废气的氮氧化物(NO_x)。

因此，已经开发的使用氨(NH₃)和稀燃NO_x捕集(lean NO_x trap，LNT)技术的选择性催化还原(SCR)技术作为，为了去除生成自稀燃发动机的氮氧化物(NO_x)的代表性后处理技术。

然而，SCR技术需要用于储存尿素并将其提供至SCR催化剂，以供应用作还原剂的氨(NH₃)的另外的装置。

LNT技术使用大量的金属以活化催化剂且需要复杂的发动机控制。

因此，已经开发了三元催化剂(三效催化剂，three-way catalyst，TWC)转化器以生成氨(NH₃)，同时避免对车辆后处理系统的较大改变，并开发被动SCR(passive SCR，pSCR)技术，以通过用LNT催化剂吸收氮氧化物，并且然后将一些吸收的氮氧化物(NO_x)在其中产生大量氢气(H₂)的富燃料环境下转化为氨(NH₃)来去除氮氧化物(NO_x)。

常规的LNT催化剂包括二氧化铈(CeO₂)和其复合氧化物(complex oxide)等，以增加氮氧化物(NO_x)的储存性能，然而pSCR系统是有问题的，因为其净化性能由于存在于二氧化铈中的晶格氧将生成的氨(NH₃)转化为氮气(N₂)而劣化。

前述内容仅旨在帮助理解本公开内容的背景技术，而并非旨在表示本公开内容落在本领域技术人员已知的相关技术的范围内。

技术实现要素：

考虑到以上出现在现有技术中的问题而完成本公开，并且本发明构思的方面提供了用于柴油车辆的后处理系统，其能够通过选择性催化还原(SCR)催化剂提高氮氧化物(NO_x)净化性能，同时防止氨(NH₃)的氧化。

本发明构思的另一方面提供了用于柴油车辆的后处理系统，其能够通过生成的氢气(H₂)改善氮氧化物(NO_x)至氨(NH₃)的转化率。

根据本公开的示例性实施方式，用于柴油车辆的后处理系统包括，安装在柴油发动机下游的稀燃NO_x捕集(LNT)催化剂，基于λ窗口在稀燃 气氛中吸收氮氧化物(NO_x)，在富燃气氛中放出氮氧化物(NO_x)，并且将一些放出的氮氧化物(NO_x)转化为氨(NH₃)；以及安装在LNT催化剂下游的选择性催化还原(SCR)催化剂，使用生成于LNT催化剂的氨(NH₃)净化通过LNT催化剂的氮氧化物(NO_x)。

LNT催化剂可以是用选自包括铂(Pt)、铑(Rh)、氧化钡(BaO)、和它们的混合物的组的第一涂层金属涂覆的氧化铝(Al₂O₃)。

LNT催化剂可以不含包括二氧化铈(CeO₂)的复合氧化物(compound oxide)。

LNT催化剂可以在，其中空气-燃料的当量比(λ)小于1并且温度在至少250℃的驱动条件(driving conditions)下，将氮氧化物(NO_x)转化为氨(NH₃)。

该后处理系统可以进一步包括氢催化剂，其安装在LNT催化剂的上游并生成氢气(H₂)。

该氢催化剂可以是用选自包括铂(Pt)、金(Au)、和它们的混合物的组的第二涂层金属涂覆的二氧化铈(CeO₂)。

该氢催化剂可以使用水煤气变换反应(water gas shift reaction)生成氢气(H₂)。

该氢催化剂可以在低于200℃的温度吸收氮氧化物(NO_x)，并且可以在200℃或更高的温度放出氮氧化物(NO_x)。

根据本公开中的示例性实施方式，可以通过防止生成于LNT催化剂的氨(NH₃)的氧化，在位于LNT催化剂下游的SCR催化剂增加氮氧化物(NO_x)的净化性能。

此外，稀燃NO_x捕集(LNT)催化剂上游的氢催化剂，通过氢催化剂中的水煤气变换反应生成氢气(H₂)，最大化在稀燃NO_x捕集(LNT)催化剂的氨(NH₃)生成，借此其能够改善氮氧化物(NO_x)的净化性能。

该氢催化剂能够通过在低温吸收氮氧化物(NO_x)并在高温放出氮氧化物(NO_x)来增加氮氧化物(NO_x)的净化性能。

附图说明

结合附图时根据下面的详细描述，将更为清晰地理解本公开的上述以及其他目的、特征和其他优点，其中：

图1是根据本公开的示例性实施方式的用于柴油车辆的后处理系统的示意图；

图2是根据本公开的示例性实施方式和比较例的稀燃NO_x捕集(LNT)催化剂的氨(NH₃)转化率的图；

图3是描述根据本公开的示例性实施方式的在氢催化剂处的水煤气变换反应的图；

图4是描述根据本公开的示例性实施方式的氢催化剂和LNT催化剂的反应的图；

图5是描述生成的氨(NH₃)的氧化的图；并且

图6是示出通过根据本公开的示例性实施方式的氢催化剂的组合物的水煤气变换反应生成的氢气(H₂)产率的图。

具体实施方式

在下文中，虽然将结合示例性实施方式并参考附图来详细描述本发明，应理解的是，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方式。供参考，本说明书的相同数字基本上表示相同的要素，在此规则下，可以通过引用在其他附图中描述的事物来描述，并且可以省略对本领域技术人员显而易见或重复的事物。

本公开具有，通过在其中将被动SCR(pSCR)技术应用于柴油车辆的情况下防止在LNT催化剂生成的氨(NH₃)的氧化，增加位于稀燃NO_x捕集(LNT)催化剂下游的选择性催化还原(SCR)催化剂的氮氧化物(NO_x)净化性能的主要构思。

图1是根据本公开的示例性实施方式的用于柴油车辆的后处理系统的示意图。

如图1中所示，根据示例性实施方式的用于柴油车辆的后处理系统20具有，安装在柴油发动机下游的稀燃NO_x捕集(LNT)催化剂22，取决于温度吸收或放出氮氧化物(NO_x)，并将一些放出的氮氧化物(NO_x)转化为氨(NH₃)。选择性催化还原(SCR)催化剂23随后安装在LNT催化剂的下游，并且使用生成的氨(NH₃)净化氮氧化物(NO_x)。

LNT催化剂22是用选自包括铂(Pt)、铑(Rh)、氧化钡(BaO)、和它们的混合物的组的第一涂层金属涂覆的氧化铝(Al₂O₃)，并且在特定实施方式中不含二氧化铈(CeO₂)。

通常，作为氧储存催化剂(OSC)用于常规LNT催化剂中的二氧化铈(CeO₂)通过在具有大量氧气的稀燃气氛(lean atmosphere)中储存氧气，并在具有很少量氧气的富燃气氛(rich atmosphere)放出氧气，扩大λ窗口。存在于二氧化铈(CeO₂)中的晶格氧将生成的氨(NH₃)氧化，从而阻止其到达SCR催化剂，并且因此劣化氮氧化物(NO_x)净化性能。

表1

表1示出了根据示例性实施方式和使用二氧化铈作为载体的比较例的LNT催化剂的组成，并且图2是示出根据示例性实施方式和比较例的LNT催化剂的氨(NH₃)转化率的图。

如在表1和图2中所示，虽然第一涂层金属的组成是相同的，但是在250℃或更高的高温、与在安装于LNT催化剂下游的SCR催化剂23的氮氧化物(NO_x)净化性能较高的示例性实施方式相比，当LNT催化剂包括二氧化铈(CeO₂)时，可以知道生成的氨(NH₃)的产率大幅下降。

其原因是，生成的氨(NH₃)被二氧化铈(CeO₂)的晶格氧氧化为氮气(N₂)。细节在下文指出。

此外，LNT催化剂22可以在空气-燃料当量比(λ)低于1和250或更高的高温的条件下将氮氧化物(NO_x)转化为氨(NH₃)，因为位于LNT催化剂下游的SCR催化剂在250℃或更高的高温最大化了氮氧化物(NO_x)净化性能。

因此，LNT催化剂22通过在最大化氮氧化物(NO_x)净化性能的高温，将氮氧化物(NO_x)转化为氨(NH₃)，并且向位于其下游的SCR催化剂23提供氨(NH₃)，改善氮氧化物(NO_x)净化性能。

根据示例性实施方式的用于柴油车辆的后处理系统20可以进一步包括，位于LNT催化剂22上游，并且生成氢气(H₂)的氢催化剂21。

氢催化剂21可以是用选自包括铂(Pt)、金(Au)、和它们的混合物的组的第二涂层金属涂覆的二氧化铈(CeO₂)。

由于大量的氢气(H₂)对于将在富燃气氛中放出自LNT催化剂22的氮氧化物(NO_x)还原为氨(NH₃)是必需的，因此可以通过在氢催化剂21的水煤气变换反应生成所需的氢气(H₂)来最大化在稀燃NO_x捕集(LNT)催化剂处的氮氧化物(NO_x)至氨(NH₃)的转化率。

图3是描述根据本公开的示例性实施方式的在氢催化剂处的水煤气变换反应的图，并且图4是描述根据本公开的示例性实施方式的氢催化剂和LNT催化剂的反应的图。

如图3中所示，当来自废气的水(H₂O)在氢催化剂21的晶格缺陷上经受分离吸收(dissociative absorption)，吸收的氢(H₂)重排，之后其与来自废气的一氧化碳(CO)反应以生成二氧化碳(CO₂)和氢气(H₂)。

如图4中所示，在上述过程中生成的氢气(H₂)在涂覆在LNT催化剂22上的第一涂层金属上转变为水(H₂O)和氨(NH₃)。

图5是描述生成的氨(NH₃)的氧化的图。

如图5中所示，在涂覆在LNT催化剂22上的第一涂层金属上生成的氨(NH₃)与二氧化铈(CeO₂)的晶格氧反应，然后还原为水(H₂O)和氮气(N₂)。

因此，氢催化剂21可以位于LNT催化剂22的上游，并且对于LNT催化剂22而言不含二氧化铈(CeO₂)。

因此，根据本公开，安装在LNT催化剂22的下游的SCR催化剂23的效率是通过防止生成的氨(NH₃)再氧化来建立的。

LNT催化剂22可以在低于200℃的温度吸收氮氧化物(NO_x)，并在200℃或更高的温度将其放出。

SCR催化剂23在200℃开始净化并在300℃达到最佳性能，并且因此可以通过使氮氧化物(NO_x)在200℃或更高的、氮氧化物(NO_x)净化开始的温度从LNT催化剂22放出，防止氮氧化物(NO_x)在低于200℃的低温以未净化的状态释放入空气。

图6是示出通过根据本公开的示例性实施方式的氢催化剂的组合物的水煤气变换反应生成的氢气(H₂)产率的图。H₂产率的计算公式为：H₂产率＝H₂的摩尔数/CO₂的摩尔数。条件：1.3％CO+3.1％H₂O+0.5％CO₂，余量H₂。

如图6中所示，可以知道生成的氢气(H₂)的产率，通过在施加第二涂层金属的情况下水煤气变换反应的活性发生，相比不施加其的情况增加。

此外，可以知道，生成的氢气(H₂)的产率在其中将二氧化铈(CeO₂)用作载体的情况下，相比其中使用氧化铝(Al₂O₃)的情况增加。

因此，氢催化剂21可以是用选自包括铂(Pt)、金(Au)、和它们的混合物的组的第二涂层金属涂覆的二氧化铈(CeO₂)。

虽然为了说明目的已经描述了实施方式，但是本领域技术人员应理解，在没有背离如所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，可以做出各种修改、增加以及替换。