用于内燃机的废气后处理系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于内燃机的废气后处理系统以及用于运行这种废气后处理系统的方法，所述内燃机特别地设置用于至少部分地燃烧含甲烷的气体。
【背景技术】
[0002]已知的是内燃机，所述内燃机既可以利用含有甲烷的气体例如天然气或者甲烷，也可以利用由燃气和其它的燃料例如柴油燃料形成的混合物(双重燃料)运行。
[0003]纯粹的燃气发动机常常从汽油机或柴油机派生出来，其中，用于点燃燃气/空气混合物的外源点火通常借助火花塞进行。在柴油机/燃气发动机中，发动机原则上以柴油机为基础，其既允许了纯粹的柴油运行也允许了用柴油燃料和燃气的混合式运行。在此柴油热值的一部分通过燃气替代。燃料的，亦即柴油-燃气/空气混合物的点火，通过柴油成分完成。在此柴油燃料通过燃气的替代率可能直到70%。
[0004]在所有至少部分以含甲烷的气体的燃烧为基础的附件中，出现高的、未处理的发动机甲烷排放物的问题。首先出于环境保护的原因甲烷排放必须在废气后处理的框架内予以减少。已知的是甲烷氧化催化剂(M0C)，所述甲烷氧化催化剂基于富含钯的配方氧化在废气中含有的甲烷。为此可以使用以下配方，所述配方具有钯(Pd)相对铂(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剂则基于所谓的只有钯的配方，例如Pd/铝氧化物。但通常在这些配方中只有在高于400°C时才会观察到一定的甲烷转换。为了完全氧化，经常需要远超500°C的温度。但这种温度在能量有效的燃气发动机的稀燃运行时就很少被达到。
[0005]欧洲专利申请书EPI 536 111 Al说明了用于去除来自内燃机的燃气中的副产物的装置和方法，其中所述装置具有NOx存储催化剂和后接的催化剂用于甲烷的还原，其中这个后接的催化剂是钯催化剂。德国专利申请书DE 10 2011 005 258 Al研究了废气系统，所述废气系统既包含了 NOx存储催化剂也包含了催化的烟煤过滤器。烟煤过滤器描述了氧化催化剂，所述氧化催化剂基于铂和钯的富含钯的重量比例。
【发明内容】
[0006]本发明的优点
本发明提供了一种用于内燃机的废气后处理系统，内燃机尤其至少部分设置用于燃烧含甲烷的气体。在此废气后处理系统包含至少一种甲烷氧化催化剂。根据本发明，废气后处理系统此外包含至少一个硫吸附机构。这个硫吸附机构可以例如布置在甲烷氧化催化剂的上游。此外可能的是，硫吸附机构集成在甲烷氧化催化剂中。
[0007]利用这种废气后处理系统可以提供非常稳健的和有效率的系统用于持续地和改善地氧化来自至少部分地燃烧甲烷的燃气发动机或者柴油/燃气发动机的废气中的甲烷。根据本发明的废气后处理系统的优点首先主要对稀薄混合气的燃烧废气起作用，因为在稀燃运行中达到的温度通常不足以利用传统的甲烷氧化催化剂进行令人满意的甲烷氧化。通过在具有甲烷氧化催化剂的废气后处理系统中布置硫吸附机构可以明显地提高甲烷氧化的效率。利用根据本发明的废气后处理系统特别地解决了甲烷氧化催化剂的硫敏感性问题。传统的甲烷氧化催化剂在短的使用含有硫的燃气和/或柴油燃料的运行时间之后已经显示出其氧化作用的剧烈退化，所述甲烷氧化催化剂具有例如富含钯的成分。通过在废气后处理系统中根据本发明设置的硫吸附机构，在一定程度上针对甲烷氧化催化剂在系统中装入了硫陷阱。由此提高了甲烷氧化催化剂的效率。对在优选的设计方案中设置的将硫吸附机构集成在甲烷氧化催化剂中来说，硫陷阱的功能和甲烷氧化催化剂的功能得到综合，从而在废气后处理系统中的部件的数量不必增加。
[0008]在根据本发明的废气后处理系统的优选的设计方案中，硫吸附机构涉及SOx存储机构(SOx=硫氧化物)。以下材料例如作为用于SOx存储机构的材料，如在欧洲专利申请书EPO 945 165 A2中所说明的，这里参考所述专利申请书。用于SOx存储机构的材料可以例如具有镁-铝酸盐-尖晶石，其中镁氧化物优选地以化学计量的过量存在。镁氧化物对铝氧化物的摩尔比特别地位于超过1.1:1的区域。在另一种优选的设计方案中SOx存储机构装备有占优势的钯质量成份。此外优选地，用于根据本发明的硫吸附机构的配方具有从属的铂和/或铑质量比例。在硫吸附机构的这种设计方案中从而钯与铂和/或铑相比构成了最大的质量比例。作为替代方案例如也是可能的是，钯构成了硫吸附机构的唯一的贵金属。
[0009]硫吸附机构的配方此外可以基于传统的NOx存储催化剂(NSC)，所述NOx存储催化剂由于其存储材料例如碳酸钡或者氧化铈以及其贵金属成分例如铂/钯/铑同样地适用于定量地吸收特别在含有NOx的、稀薄混合气的废气中的硫氧化物。从这样常见的用于NOx存储催化剂的配方出发可以提供根据本发明的硫吸附机构，其中用于硫吸附机构的配方可以特别地具有占优的钯质量比例和在可能的情况下从属的铂和/或铑比例。另一方面还可能的是针对硫吸附机构选择材料，所述材料适合于存储SOx但是不适合存储NOx。为此适合的材料例如由上面已经提及的欧洲专利申请书EP O 945 165 A2得知。此外可能的是，硫吸附机构的SOx存储功能通过相应的运行策略予以满足，在所述运行策略中例如使用利用NOx饱和的NOx存储催化剂，所述NOx存储催化剂不再具有用于NOx的存储容量，然而所述NOx存储催化剂仍然能够用于存储SOx。
[0010]用于硫吸附机构的合适的配方例如基于SOx存储材料，所述SOx存储材料基于碳酸钡和氧化铈。用于SOx吸收配方的其它的例子特别是基于镁氧化物/铝氧化物的和钯主导的、但是尽管如此仍含有铂的材料。
[0011]为了硫吸附机构优选的还原性再生，一般来说需要在例如大约600°C至750°C的高的温度。通过这个高的温度避免了脱附的硫例如以硫氧化物或者硫化氢的形式在甲烷氧化催化剂的组件或者在废气后处理系统中的其他的、后续的机构上分离。这也适用于集成的解决方案，在所述解决方案中硫吸附机构集成在甲烷氧化催化剂中。
[0012]如果内燃机在轻度的浓气区域内(λ〈1，但是接近I)或者在λ=1的区域内开动，首先含有铑的硫吸附机构也承担了三路催化剂的功能，特别是在动态的运行中，从而同时一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物和氮氧化物可以转化为氮气、二氧化碳和水。具有铑质量比例的硫吸附机构的应用从而具有的优点在于，可能不需要单独的三路催化剂(3-Wege-Katalysator)。根据本发明的硫吸附机构的高的钯质量比例具有的优点还在于，这种设备至少在静态的运行中同样可以承担三路催化剂的功能。
[0013]在根据本发明的废气后处理的优选设计方案中废气后处理系统此外包含了至少一个NOx-SCR(选择性催化还原)催化剂。这种设计方案具有的优点在于，在废气中还继续选择性地还原氮氧化物。
[0014]此外根据本发明的废气后处理系统优选地包含附加的催化剂机构，所述催化剂机构相比甲烷氧化催化剂具有更高的铂质量比例。这个附加的铂积聚的催化剂机构在此促使一氧化氮重新至少部分地氧化为二氧化氮，所述一氧化氮在铂积聚的甲烷氧化催化剂之后几乎是唯一存在的。由此NOx-SCR催化剂的效率首先在温度<300°C时明显地升高。
[0015]铂积聚的催化剂机构可以集成在甲烷氧化催化剂中。在其它的设计方案中这种附加的催化剂机构可以是在可能的情况下既存的、催化的过滤器涂层的部件。在可能的情况下既存的在SCR催化剂上游的颗粒过滤器例如可以设置有含有铂的涂层，其中通过涂层配方的调整实现了这个另外的催化剂机构。
[0016]此外本发明包含了硫吸附机构，所述硫吸附机构设定用于布置在具有甲烷氧化催化剂的废气后处理系统中。硫吸附机构在此作为用于改善甲烷氧化催化剂的效率的硫陷阱起作用。硫吸附机构可以设置用于布置在甲烷氧化催化剂的上游。作为替代方案或附加方案硫吸附机构可以集成在甲烷氧化催化剂中。硫吸附机构优选地基于针对SOx存储而优化的配方。为此合适的配方例如由已经提及的欧洲专利申请书EP O 945 165 A2得知。用于硫吸附机构的配方也可以例如来源于传统的用于NOx存储催化剂的配方。在此优选地设置了主导的钯质量比例，其中配方可以特别地具有从属的铂和/或铑的质量比例。有关根据本发明的硫吸附机构的其它的特征参照以上的说明。
[0017]此外本发明包含用于运行所说明的废气后处理系统的方法，其中在硫吸附机构的可预先给定的负载阈值到达时实现了硫吸附机构的脱硫例如周期性的脱硫。为了脱硫，内燃机针对有限的时间段如此运行，即还原性作用的废气提供给硫吸附机构。这由此可以实现，燃气发动机或者柴油/燃气发动机在一段时间或者说针对有限的时间