使用lnt和scr的后处理系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及使用LNT和SCR的后处理系统，特别地涉及用于在后处理系统中处理内燃机产生的废气的多催化剂系统。该系统包括基板和多个催化剂。该多个催化剂可以提供多个催化剂部分。可以采用多种不同的催化剂以及催化剂的多种不同组合。催化剂可以包括有助于在发动机的冷起动工作期间从废气中除去氮氧化物的催化剂以及在后处理系统和／或废气的温度升高到正常工作温度之后大致更有效地除去氮氧化物的催化剂。
【专利说明】使用LNT和SCR的后处理系统
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2012年12月14日提交的、美国申请61/737，199号的优先权，这里结
合其作为参考。
【背景技术】
[0003]燃料发动机可以使用排放控制或系统，把这些排放控制或系统配置成减少氮氧化物(N0X)、二氧化碳(0)2)和/或铁(Fe)等的量，这些都存在于发动机的废气中。例如，控制这种排放的一个方面可以包括选择性催化还原(SCR)系统的使用。SCR—般使用催化剂和还原剂把废气中的NOx转换成至少氮气和水。还原剂可以是液体或气体，例如，诸如尿素、无水氨或氨水等。
[0004]在一些系统中，氨还原剂与放置在称之为主单元的金属容器内的固态主体盐进行分子结合。通过放热反应，从主体盐中释放出气态的氨还原剂。热发动机冷却液的流提供了这种放热反应的启动，所述冷却液通过围绕主单元的加热套循环。此外，在这种系统中，通过传导传递到冷却液的发动机热量可以提供热量，该热量有助于从固态主体盐释放氨还原剂的放热反应。
[0005]还可以与氨氧化催化剂(AMOx) —起使用这种SCR系统。一般配置AMOx系统以防止已经喷入废气中但是SCR系统在NOx的转换中没有使用的氨(NH3)从后处理系统中逸出。例如，AMOx系统可以包括催化剂，例如，诸如基于沸石的和氧化铝负载的金属或金属氧化物催化剂，其把剩余在废气中的至少一部分氨转换成氮气(N2)和水(H20)。然而，在至少一些系统中，废气的温度会影响AMOx系统的有效性，更具体地，影响是否已经使废气被加热到促使AMOx系统有能力把氨转换成氮气和水的温度。
[0006]例如，在温度低于摄氏200°时SCR系统在控制NOx排放方面一般不怎么有效，这在符合排放规则方面可能存在问题。此外，SCR系统的定量能力可能需要废气温度高于摄氏190°，为的是防止喷入到废气中的还原剂沉积在SCR系统上。因此，为了有效，单单依靠SCR系统的后处理系统为了除去NOx，通常需要相当快速地提高废气温度。
[0007]为了达到SCR系统需要的升温，与只具有处理NOx的SCR系统的后处理系统一起使用的发动机可以在加热模式中工作，在加热模式中，发动机在具有更多燃料消耗的更充裕的条件下运行，为的是产生SCR系统有效工作所必需的热。然而，较高的燃料消耗直接与增加CO2的产生有关，并且也可能增加发动机的燃料消耗率。
[0008]再有，具有SCR系统，在发动机冷却液达到发动机冷却液有助于上述放热反应所需要的温度之前会有一个延迟。例如，冷的内燃机在冷起动之后、发动机冷却液升高到足够温度(例如，大于摄氏200° )之前，可能需要足够的工作时间以有助于这个放热反应。这个时间上的延迟可能因为周围环境的温度而进一步延长，诸如，例如在极冷天气情况期间。减少发动机废气中存在的NOx量的基于另一个类型催化剂的系统是贫油NOx捕集(LNT)。一般配置LNT使之通过捕集或吸收NOx (例如，诸如通过使用沸石)而从废气除去N0X。LNT捕集NOx的能力一般不取决于相关联发动机工作所产生的废气的温度。因此，在冷发动机启 动和/或发动机在相对冷的环境中工作的情况下，LNT至少是部分有效的。
【发明内容】
[0009]根据某些实施例，提供一种多催化剂系统，用于进行后处理系统的废气的处理。该系统包括公共基板和多个催化剂。所述多个催化剂可以提供多个催化剂部分(catalystsection)。
[0010]此外，根据某些实施例，提供一种多催化剂系统，用于后处理系统中的废气的处理。所述多催化剂系统包括施加于基板一部分的第一催化剂，该第一催化剂包括贫油N0x捕集催化剂。此外，把第二催化剂施加于所述基板的一部分，该第二催化剂包括选择性催化还原催化剂。
[0011]实施例还提供用于后处理系统废气的多催化剂系统，该系统包括具有多个催化剂部分的公共基板。所述多个催化剂部分的每一个包括为处理内燃机产生的废气而配制的至少一个催化剂。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1示出多催化剂系统，所述系统包括具有多个催化剂的单个公共基板。
[0013]图2示出多催化剂系统，所述系统包括连接在一起并且具有多个催化剂的基板部分。
【具体实施方式】
[0014]图1示出多催化剂系统10，所述系统包括具有多个催化剂12、14、16并且安装在外壳20中的单个公共基板18。外壳20可以可操作地连接到废气处理系统。此外，外壳20可以具有可操作地连接到管道或管线的第一端28，诸如通过夹具或压入配合等，其允许废气传送到外壳20的内部32。第二端30也可操作地连接到废气处理系统，以致废气可以从内部32排出，并且继续流到废气处理系统的其它部件，诸如通过可操作地连接到第二端30的管道或管线。
[0015]与基板18 —起使用的催化剂12、14、16的至少一部分可以不同于与基板18 —起使用的其它催化剂12、14、16。催化剂12、14、16可以在基板18上单独地或组合地提供一个或多个催化剂部分20、22、24。例如，参考图1，施加于基板18 —部分的第一催化剂12提供第一催化剂部分24，而施加于基板18至少另一部分的第二催化剂14提供第二催化剂部分24，以及施加于基板18至少另一部分的第三催化剂16提供第三催化剂部分26。所述催化剂可以是催化剂和/或催化剂洗涂层。
[0016]可以在基板18的一些部分上设置催化剂12、14、16以及与它们相关联的催化剂部分22、24、26，使得催化剂部分22、24、26与相邻的催化剂部分22、24、26紧靠、重叠和/或隔开。例如，至少为了示意的目的，图1中示出的三个催化剂部分22、24、26在基板18上为紧靠设置。然而，基板18上催化剂12、14、16的施加可能导致至少一些催化剂12、14、16的至少一些程度的重叠，因而导致相关联催化剂部分22、24、26的重叠。
[0017]根据某些实施例，可以在基板18上以特定顺序设置催化剂12、14、16，使得由内燃机工作产生的废气以特定顺序在催化剂12、14、16上流动。例如，在不同类型的发动机工作条件或工作周期期间，催化剂12、14、16的设置、顺序和选择可以适合于废气的后处理。因此，可以把多种不同的催化剂配方和催化剂的组合施加于基板18。例如，可以选择催化剂
12、14、16，用于在冷起动情况期间，诸如当发动机废气温度低于约摄氏200°时，通过催化剂12、14、16的至少一些对废气中的NOx进行后处理，以及在正常工作情况期间，诸如当废气的温度高于摄氏250°时，通过基板18上相同和/或不同的催化剂12、14、16进行废气的处理。例如，图1所示的实施例提供第一催化剂部分22，第一催化剂部分22具有作为第一催化剂12的LNT催化剂、第二催化剂部分24的作为第二催化剂14的SCR催化剂、以及用于第三催化剂部分26的为AMOx催化剂的第三催化剂16。
[0018]根据这样的实施例，在冷起动期间，废气的温度和/或后处理系统的温度一般是相对低的。这种低温条件可能导致SCR催化剂的有效性比正常、升高废气温度条件下工作时大致要差。然而，在这种低温工作条件下，LNT催化剂在从废气中除去NOx以满足期望的最大NOx还原水平方面仍是有效的。因此，可以设置系统10，使得在基板18上SCR催化剂上游处放置LNT催化剂，例如，诸如LNT催化剂是图1所示的第一催化剂12，其暴露于通过外壳的第一端28传送的废气,而SCR催化剂是第二催化剂14。根据这样的设置，SCR催化剂可能能够除去废气中LNT催化剂未能除去的至少一部分N0X。因此，根据某些实施例，在冷起动条件期间，对LNT催化剂和SCR催化剂的大小和比例进行设置以一起提供足够的NOx还原。此外，当废气的温度和/或后处理系统的温度升高时，SCR催化剂除去的NOx的量可以增加。
[0019]根据这样的实施例，当废气和/或后处理系统的温度升高时，可以开始从第一催化剂12释放第一催化剂12已经由LNT储存的N0X。然而，一般，当这样的温度升高达到时，在所示的实施例中，诸如第二催化剂14那样的SCR催化剂已经被加热到足够程度，使得该SCR催化剂能够提供必要的NOx还原，以还原正从LNT催化剂释放的NOx以及正在通过第二催化剂14的存在于废气中的NOx两者。
[0020]如上所述，一般，在NOx转换中，要到废气温度和/或外壳的内部32中的温度高于摄氏250°时，SCR系统一般才有效。然而，一个或多个基板的使用允许系统10在冷的和正常工作温度两种情况下有效地除去和/或转换废气中的NOx，所述这些基板包含对在冷温度下处理废气中的NOx有效的诸如LNT催化剂那样的催化剂以及对在正常工作温度下转换NOx有效的催化剂两者。因为可以使用AMOx催化剂来除去已经喷入废气的氨(NH3)但是SCR催化剂没有使用AMOx催化剂，所以可以把AMOx催化剂放置在基板18上SCR催化剂的下游，诸如第三催化剂16是AMOjJt化剂。此外，可以配置AMOjJt化剂，以在所有预期的工作温度下使通过AMOx催化剂的氨还原到足够低的水平。
[0021]图2示出多催化剂系统50的实施例，该系统包括安装在外壳58的内部64中的具有第一和第二基板部分54、56的基板52。与上述相对于图1进行讨论的外壳20相似，图2所示的外壳58也可以包括可操作地连接到废气后处理系统的第一和第二端60、62。
[0022]根据某些实施例，第一和第二基板部分54、56可以是公共的单个基板52的一部分。根据其它实施例，第一和第二基板部分54、56可以是分开的基板，可以在涂覆一个或多个催化剂之后物理地连接在一起，或相互相对靠近地放置，例如，诸如处于邻接、非邻接或重叠的取向。
[0023]根据某些实施例，第一基板部分54包括第一催化剂部分66，第一催化剂部分66包含一个或多个催化剂，例如，诸如第一和第二催化剂68、70。在所示的实施例中，示出第一催化剂68作为LNT催化剂，而示出第二催化剂70作为SCR催化剂。然而，第一催化剂部分66可以包括多种不同的催化剂和/或催化剂的组合。与上述相对于图1进行讨论的催化剂
14、16、18相似，图2所示的第一和第二催化剂68、70也可以以重叠或邻接取向设置在所述第一基板部分54中，或可以在第一基板部分54上相互分开设置。
[0024]与第一基板部分54相似，第二基板部分56也可以包括包含一个或多个催化剂的第二催化剂部分。例如，图2所示的实施例示出第二催化剂部分72具有第三和第四催化剂74,76ο
[0025]通过对分开基板部分54、56的使用，第二和第三催化剂54、56可以促进用一个或多个催化剂涂覆基板52，诸如促进主SCR催化剂的涂覆，图2中示出为第二和第三催化剂70,74ο
[0026]在涂覆各自的催化剂之后，可以把第一和第二基板部分54、56连接在一起，例如，诸如通过物理地连接第一和第二基板部分54、56，或把第一和第二基板部分54、56设置成相互相对靠近。
【权利要求】
1.一种用于处理后处理系统中的废气的多催化剂系统，所述多催化剂系统包括: 公共基板；以及 施加于所述公共基板至少一部分以提供多个催化剂部分的多个催化剂。
2.如权利要求1所述的多催化剂系统，其特征在于，所述多催化剂系统包括连接在一起的多个公共基板，该多个公共基板的每一个具有多个催化剂。
3.如权利要求1所述的多催化剂系统，其特征在于，所述多个催化剂包括第一催化剂、第二催化剂和第三催化剂。
4.如权利要求3所述的多催化剂系统，其特征在于，所述第一催化剂是贫油氧化氮捕集催化剂，所述第二催化剂是选择性催化还原催化剂，以及所述第三催化剂是氨氧化催化剂。
5.如权利要求4所述的多催化剂系统，其特征在于，所述贫油氧化氮捕集催化剂位于所述基板上在所述选择性催化还原催化剂的上游，且所述选择性催化还原催化剂位于所述基板上在氨氧化催化剂的上游，使得后处理系统中的废气在遇到所述选择性催化还原催化剂之前首先遇到所述贫油氧化氮捕集催化剂。
6.如权利要求4所述的多催化剂系统，其特征在于，所述多个催化剂部分中的至少两个相互邻接。
7.如权利要求1所述的多催化剂系统，其特征在于，所述基板包括第一基板部分和第二基板部分，所述多个催化剂的一部分被施加于所述第一基板部分的至少一部分，并且所述多个催化剂的其余部分被施加于所述第二基板部分的至少一部分。
8.一种用于处理后处理系统中的废气的多催化剂系统，所述多催化剂系统包括: 基板； 施加于所述基板的一部分的第一催化剂，所述第一催化剂具有贫油氧化氮捕集催化剂；以及 施加于所述基板的一部分的第二催化剂，所述第二催化剂具有选择性催化还原催化剂。
9.如权利要求8所述的多催化剂系统，其特征在于，所述第一催化剂设置在所述第二催化剂的上游，使得废气在到达所述第二催化剂之前通过所述第一催化剂。
10.如权利要求9所述的多催化剂系统，其特征在于，还包括施加于所述基板的一部分的第三催化剂以及施加于所述基板的另一部分的第四催化剂，所述第三催化剂是选择性催化还原催化剂，所述第四催化剂是氨氧化催化剂。
11.如权利要求10所述的多催化剂系统，其特征在于，所述基板包括第一基板部分以及第二基板部分，其中所述第一和第二催化剂被施加于所述第一基板部分的至少一部分，并且所述第三和第四催化剂被施加于所述第二基板部分的至少一部分。
12.一种用于后处理系统的废气的多催化剂系统，包括: 具有多个催化剂部分的公共基板，所述多个催化剂部分的每一个具有配制成处理内燃机产生的废气的至少一个催化剂。
13.如权利要求12所述的多催化剂系统，其特征在于，所述多个催化剂部分包括具有第一催化剂的第一催化剂部分和具有第二催化剂的第二催化剂部分，配制所述第一和第二催化剂以从废气中除去氮氧化物，其中所述第一催化剂在从冷起动发动机条件期间产生的废气中除去氮氧化物方面比所述第二催化剂更有效，并且其中所述第二催化剂在正常发动机工作温度期间从废气中除去氮氧化物方面比所述第一催化剂更有效。
14.如权利要求13所述的多催化剂系统，其特征在于，还包括第三催化剂，且其中所述第一催化剂是贫油氧化氮捕集催化剂，所述第二催化剂是选择性催化还原催化剂，以及所述第三催化剂是氨氧化催化剂。
15.如权利要求14所述的多催化剂系统，其特征在于，所述贫油氧化氮捕集催化剂位于所述基板上在所述选择性催化还原催化剂的上游，而所述选择性催化还原催化剂位于所述基板上在所述氨氧化催化剂的上游，使得所述后处理系统中的废气在遇到所述选择性催化还原催化剂之前 首先遇到所述贫油氧化氮捕集催化剂。
【文档编号】F01N3/28GK103912346SQ201310686613
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2012年12月14日
【发明者】N·辛格, J·P·席尔瓦 申请人:万国引擎知识产权有限责任公司