RU2556480C2 - Улучшенное снижение выбросов - Google Patents

Улучшенное снижение выбросов Download PDF

Info

Publication number
RU2556480C2
RU2556480C2 RU2012142678/06A RU2012142678A RU2556480C2 RU 2556480 C2 RU2556480 C2 RU 2556480C2 RU 2012142678/06 A RU2012142678/06 A RU 2012142678/06A RU 2012142678 A RU2012142678 A RU 2012142678A RU 2556480 C2 RU2556480 C2 RU 2556480C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalyst
filter
molecular sieve
filter substrate
scr
Prior art date
Application number
RU2012142678/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012142678A (ru
Inventor
Дэниел СУОЛЛОУ
Original Assignee
Джонсон Мэттей Паблик Лимитед Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=42136611&utm_source=***_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=RU2556480(C2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Джонсон Мэттей Паблик Лимитед Компани filed Critical Джонсон Мэттей Паблик Лимитед Компани
Publication of RU2012142678A publication Critical patent/RU2012142678A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2556480C2 publication Critical patent/RU2556480C2/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409—Nitrogen oxides
    • B01D53/9413—Processes characterised by a specific catalyst
    • B01D53/9418—Processes characterised by a specific catalyst for removing nitrogen oxides by selective catalytic reduction [SCR] using a reducing agent in a lean exhaust gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00—Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/82—Phosphates
    • B01J29/84—Aluminophosphates containing other elements, e.g. metals, boron
    • B01J29/85—Silicoaluminophosphates [SAPO compounds]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/0231—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using special exhaust apparatus upstream of the filter for producing nitrogen dioxide, e.g. for continuous filter regeneration systems [CRT]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F01N3/035—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors, e.g. catalysed diesel particulate filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/22—Control of additional air supply only, e.g. using by-passes or variable air pump drives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10—Inorganic adsorbents
    • B01D2253/116—Molecular sieves other than zeolites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/915—Catalyst supported on particulate filters
    • B01D2255/9155—Wall flow filters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/01—Engine exhaust gases
    • B01D2258/012—Diesel engines and lean burn gasoline engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9459—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts
    • B01D53/9463—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts with catalysts positioned on one brick
    • B01D53/9468—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts with catalysts positioned on one brick in different layers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2510/00—Surface coverings
    • F01N2510/10—Surface coverings for preventing carbon deposits, e.g. chromium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/18—Ammonia
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

Изобретение относится к снижению выбросов дизельных двигателей. Система доочистки для дизельного двигателя содержит дизельный двигатель с выпускным коллектором и подложку фильтра, непосредственно соединенную с выпускным коллектором без каких-либо промежуточных катализаторов. Подложка фильтра на впускной стороне содержит катализатор селективного каталитического восстановления (SCR), включающий неспекающееся молекулярное сито. Техническим результатом изобретения является повышение регенерации фильтра. 2 н. и 21 з.п. ф-лы.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к улучшению снижения выбросов и, в частности, к улучшению Снижения выбросов дизельных двигателей (с воспламенением сжатием).
Уровень техники
Известны определенные преимущества дизельных двигателей, включая низкий расход топлива, высокий крутящий момент и низкий выброс монооксида углерода (СО) и диоксида углерода (CO2). Однако хотя дизельные двигатели, как правило, производят меньшее количество контролируемых выбросов, чем бензиновые двигатели, они также связаны с некоторыми более сложно контролируемыми выбросами, в частности, оксидов азота (NOx, в частности NO и NO2) и твердых частиц (РМ). Другими контролируемыми загрязнителями от двигателей внутреннего сгорания являются несгоревшие (в том числе частично сгоревшие) углеводороды (НС).
Существует два основных способа сокращения выбросов двигателей, первый из которых конструкция двигателя и управление, а второй доочистка выхлопных газов, хотя обычно используется их комбинация. Доочистка выхлопных газов развивалась на основе исследования и разработки каталитических методов обработки контролируемых выбросов и при использовании электронного управления двигателем в основном является успешной в соответствии с существующими нормами выбросов. Тем не менее, все более возрастающие требования к выбросам, в сочетании с давлением, направленным на снижение расхода топлива и выбросов CO2, связанные с экологическими перспективами и перспективами глобального потепления, продолжают ставить новые задачи при конструировании двигателей и систем доочистки.
Первая каталитическая доочистка, введенная в автомобильные дизельные двигатели, была дизельным катализатором окисления (DOC), включающим катализатор на основе металла платиновой группы, нанесенный на проточную керамическую или металлическую сотовую подложку. Такие DOC являются эффективными в окислении СО и НС и широко используются в настоящее время. Кроме того, такие DOC могут быть эффективными в снижении массы РМ одновременным окислением летучих фракций, адсорбированных на углеродных частицах.
Использование селективного каталитического восстановления (SCR) для восстановления NOx до безвредного N2 было использовано около 30 лет в обработке выбросов тепловых электростанций и в настоящее время широко используется на угольных электростанциях и стационарных газовых турбинах электростанций и аналогичных промышленных предприятий с выбросами NOx. SCR использует добавление азотсодержащего газа-восстановителя, в основном аммиака или предшественника аммиака, такого как мочевина, в отходящие газы установки и пропускание полученной смеси над катализатором, известным как катализатор SCR. SCR системы разрабатываются в США, Европе и Японии для использования в доочистке выхлопных газов автомобильных дизельных двигателей и медленно внедряются на рынок. Автомобильные системы SCR заметно сложнее в управлении, чем стационарные системы, из-за изменяющегося количества выхлопных газов, изменяющейся температуры выхлопных газов и необходимости иметь запас восстановителя на транспортном средстве. Тем не менее, такие SCR системы представляются перспективными. Для полноты отметим, что также был предложен так называемый "углеводородный SCR", где углеводородным восстановителем является, например, само дизельное топливо. Представляется, что такие углеводородные SCR создают больше проблем, чем использование азотсодержащих восстановителей.
Некоторые химические реакции проходят в SCR системе, использующей NH3, представляющие желательные реакции, восстанавливающие NOx до азота. Основная реакция представлена реакцией (1).
Figure 00000001
Побочные, неселективные реакции с кислородом могут привести к вторичным выбросам или могут непроизводительно потреблять аммиак. Одна из таких неселективных реакций полного окисления аммиака представлена реакцией (2).
Figure 00000002
Кроме того, побочные реакции могут привести к нежелательным продуктам, таким как N2O, представленным реакцией (3).
Figure 00000003
Коммерческие SCR катализаторы обычно основаны на цеолите, в частности цеолите (алюмосиликате), модифицированном переходным металлом, например Cu- или Fe-модифицированный бета-цеолит или Cu- или Fe-ZSM-5. Они имеют относительно широкое окно температур активности. В общем, цеолитные катализаторы на основе Cu обладают лучшей активностью восстановления NOx при низкой температуре, чем цеолитные катализаторы на основе Fe.
Однако при использовании Cu- и Fe-Бета и -ZSM-5 цеолиты обладают рядом недостатков. Они подвержены деалюминированию в ходе высокотемпературного гидротермального старения, что приводит к потере кислотности, особенно цеолитов на основе Cu. На катализаторы на основе Бета и ZSM-5 также отрицательно влияют углеводороды, адсорбированные на катализаторах при относительно низких температурах и окисляющиеся при повышении температуры каталитической системы, что приводит к экзотермической реакции, что может повредить структуру катализатора. Эта проблема особенно остро стоит при использовании в автомобильном дизельном двигателе, в котором значительное количество углеводородов может быть адсорбировано на катализаторе при холодном запуске. Оба Бета и ZSM-5 цеолиты также склонны к коксованию углеводородами.
Заявка заявителя WO 2008/132452 описывает альтернативный цеолитный катализатор с небольшими порами, включающий, по меньшей мере, один переходный металл, например кремнийалюмофосфат. Однако далее термин катализаторы на основе "молекулярных сит" будет использоваться в описании настоящего изобретения для включения таких катализаторов, как кремнийалюмофосфаты (SAPO), имеющих цеолитоподобную структуру. Некоторые специалисты считают, что термин "цеолит" следует использовать только для кремнийалюмината. Отметим, что катализаторы на основе SAPO в WO 2008/132452 приведены на примере системы, включающей предшествующий катализатор окисления, промежуточный РМ фильтр и конечный катализатор SCR с катализатором проскока аммиака.
Удаление РМ из дизельных выхлопных газов обычно реализуется некоторой формой фильтра или фильтра неполного потока. Большое количество конструкций фильтров было предложено в патентной литературе. В настоящее время, фильтр известного уровня техники является керамическим или керамоподобным фильтром с фильтрующими стенками, снабженным катализатором сжигания РМ, известным как катализированный сажевый фильтр (CSF). Было предложено большое количество вариантов CSF, включающих фильтр с нанесенным адсорбирующим NOx катализатором (NAC) или SCR катализатором. В качестве примера, мы ссылаемся и включаем в описание полностью раскрытие WO 2005/01647. В этой заявке предлагается покрывать подложку фильтра композицией SCR катализатора. Существенным признаком WO 2005/016497 является расположение DOC до точки ввода восстановителя SCR и, следовательно, до объединенного SCR и CSF.
JP 03130522 (Mitsubishi Heavy Industry) предлагает стационарный дизельный двигатель с турбонаддувом, который снабжен инжектором аммиака, и SCR катализатор установлен между двигателем и турбокомпрессором. Нельзя считать, что эта конструкция была успешно внедрена за 20 лет с момента ее предложения.
Раскрытие изобретения
Неожиданно заявителем разработана конструкция системы, которая не включает расположенного выше по ходу потока DOC, которая способна соответствовать нормам выбросов, таким как Евро VI, а не только текущему законодательному циклу выбросов, такому как Новый европейский ездовой цикл, или даже превосходить их.
Настоящее изобретение предлагает систему доочистки для дизельного двигателя, включающую дизельный двигатель с выпускным коллектором и подложку фильтра, непосредственно присоединенную к выпускному коллектору без каких-либо промежуточных катализаторов, в котором подложка фильтра на впускной стороне содержит катализатор SCR, включающий неспекающееся молекулярное сито.
Настоящее изобретение также предлагает способ доочистки отходящих газов из дизельных двигателей, включающий непосредственное пропускание, без прохождения через каталитическую доочистку, выхлопных газов в смеси с азотсодержащим восстановителем через фильтр с нанесенным SCR катализатором, в котором SCR катализатор содержит неспекающееся молекулярное сито.
Предпочтительно фильтр с нанесенным SCR катализатором непосредственно соединен с двигателем (то есть после турбокомпрессора) в положении, в котором используется и тепло выхлопных газов, выходящих из двигателя, и NO2, присутствующий в выхлопных газах двигателя. В отличие от обычного размещения CSF под днищем, в котором тепло (и, следовательно, из-за более низких температур, способность CSF давать и повторно производить NO2, когда он расположен в холодном месте под днищем) теряется в выхлопной трубе между выпускным коллектором и CSF. В настоящем изобретении дополнительным преимуществом от расположения в непосредственном соединении в автомобиле малой мощности с дизельным двигателем является то, что горячие выхлопные газы в этом положении легче удаляют воду/водяной пар, адсорбированный на цеолите.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение может быть применено в той или иной форме для дизельных двигателей автомобилей малой грузоподъемности (легковые и коммерческие и подобные транспортные средства), тяжелых (грузовые автомобили и автобусы и аналогичные транспортные средства) и стационарных (производство электроэнергии). Однако предпочтительно применять в дизельных двигателях малой мощности с использованием системы аккумуляторного впрыска или в двигателях, которые по своей конструкции или иным образом производят относительно высокую долю NO2 в NOx на выходе из двигателя, желательно не менее 50% об. Дизельный двигатель с системой аккумуляторного впрыска в настоящее время является предпочтительной системой для дизельных автомобилей малой мощности и является предпочтительным в настоящем изобретении. Специалист в данной области техники может регулировать уровень содержания NO2 для достижения искомого результата в настоящем изобретении изменением ряда параметров, таких как степень рециркуляции выхлопных газов и объем и время впрыска топлива. Другие видимые возможности, которые можно рассмотреть, представляют собой впрыск водорода, например, в газообразный продукт риформинга топлива.
Система доочистки, предложенная в WO 2005/016497, содержит DOC, расположенный выше по ходу потока от фильтра с SCR-покрытием. Заявитель считает, что это является недостатком, поскольку DOC фактически удаляет NO2 по реакции с НС, хотя NO2 является особенно полезным компонентом в реакциях SCR. Из-за удаления NO2 по реакции с НС, как правило, необходимо заново получать NO2, до смешивания обработанных выхлопных газов с восстановителем и пропусканием над SCR катализатором. Повторное получение NO2 требует высокой загрузки PGM (металла платиновой группы) на катализированном сажевом фильтре в такой системе, что является экономически затруднительным. Кроме того, расположение SCR-катализатора ниже по ходу потока от DOC требует комплекса мер для обеспечения достижения соответствующих температур запуска («light-off») и SCR катализатором, и самим фильтром, большинство, если не все из этих мер, требуют сжигания топлива для повышения температуры газа/катализатора и тем самым приводят к увеличению расхода топлива. В отличие от этого, система настоящего изобретения использует тепло выхлопных газов на выходе двигателя, так что существует незначительная или отсутствует потребность в дорогостоящих мерах достижения температуры запуска.
Использование фильтра с SCR-покрытием без предшествующего DOC, в соответствии с изобретением, обеспечивает быстрый запуск реакций SCR и снижает потери тепла для последующего сжигания РМ, задержанных на фильтре.
Система изобретения при необходимости может включать катализатор окисления, который может быть отдельным компонентом или предпочтительно является дополнительным покрытием на подложке фильтра после катализатора SCR, например, предпочтительно нанесенным на выпускные каналы подложки фильтра. Покрытие может быть нанесено по всей длине выпускных каналов или только на часть выпускных каналов. Такой катализатор окисления предпочтительно представляет собой катализатор из благородного металла, составленный для запуска при гораздо более низких температурах, чем обычный DOC, который подвергается воздействию выхлопных газов. DOC катализаторы с такой низкой температурой запуска доступны специалистам в данной области техники. Заявитель также ссылается, например, на технологию, описанную в Johnson Matthey US 5776417 и 5939028, которая относится к низкотемпературному запуску в бензиновых двигателях. Другие подходящие катализаторы окисления с низкотемпературным запуском могут быть получены модификацией Pd:Rh композиции тройного катализатора для увеличения загрузки Pd, что, как было установлено, приводит к снижению температуры запуска для метанового компонента НС. Другие варианты доступны специалистам в данной области техники.
Поскольку система изобретения использует меньшее SCR покрытие, чем в обычной системе, может произойти проскок аммиака. Если это наблюдается, то рекомендуется использовать катализатор проскока аммиака в качестве отдельного компонента или предпочтительно в качестве конечного покрытия в виде полос на выпускных каналах подложки фильтра для исключения выброса едкого аммиака в атмосферу.
Требованием настоящего изобретения является включение в используемый SCR катализатор неспекающегося молекулярного сита. Под "неспекающимся" молекулярным ситом следует понимать молекулярные сита, не отравляющие или лишь в незначительной степени отравляющие каталитическую активность или не повышающие или лишь в незначительной степени повышающие противодавление, вследствие образования углерода или углеродсодержащего материала на молекулярном сите в условиях использования. Таким образом, это указывает на то, что молекулярные сита с небольшими порами, которые препятствуют вхождению в поры молекулярного сита больших молекул НС, которые вызывают большинство проблем коксования, являются предпочтительными в настоящем изобретении. Кроме того, поскольку кислотные центры на молекулярном сите увеличивают формирование кокса, это должно быть учтено при выборе подходящего молекулярного сита. Другие проблемы, которые необходимо учитывать при применении настоящего изобретения, состоят в том, что молекулярные сита с небольшими порами обладают меньшей емкостью по НС при более низких температурах обычно ниже 250°C; избыточное присутствие НС может привести к значительному сужению или закупориванию пор молекулярного сита.
Хотя подходящие неспекающиеся молекулярные сита и могут быть выбраны обычным методом проб и ошибок, материалы SAPO-типа, описанные в изобретении WO 2008/132452, в настоящее время считаются применимыми в настоящем изобретении.
SCR катализатор может включать катализатор улавливания NOx, например, за счет смешивания с ним. Такой катализатор улавливания NOx может быть использован для поглощения NOx в условиях, при которых SCR катализатор не вполне эффективен, например при запуске или в условиях низкой скорости движения, когда температура выхлопных газов является низкой. Катализатор улавливания NOx может быть регенерирован аммиаком.
Следует понимать, что система включает подходящее средство впрыска азотсодержащего восстановителя, как во всех SCR системах. Впрыск восстановителя может регулироваться обычным способом. Предпочтительно, чтобы восстановитель представлял собой NH3.
Преимуществом настоящего изобретения считается то, что такое расположение фильтра с SCR-покрытием позволяет получать горячие выхлопные газы непосредственно из двигателя, что в дополнение к упрощению реакции SCR, увеличивает возможности регенерации фильтра.
Фильтр может быть фильтром любой подходящей структуры, который может быть покрыт или частично покрыт SCR катализатором в соответствии с известными способами, которые также могут быть использованы для нанесения других компонентов. В настоящее время полагают, что фильтр керамического типа с фильтрующими стенками (с проходящим через стенки потоком) является наиболее удобной структурой фильтра. SCR катализатор может быть нанесен со стороны впуска частичным покрытием (или "полосами") или может быть нанесен на все впускные каналы. Фильтр предпочтительно включает катализатор сжигания сажи, и специалисту в данной области техники известны подходящие катализаторы. Катализатор сжигания сажи может быть нанесен на структуру фильтра в расположенной ниже по ходу потока части каждого впускного канала или может быть нанесен в качестве первоначального покрытия до нанесения SCR катализатора, так что SCR катализатор находится поверх катализатора сжигания сажи.
Настоящее изобретение и его аспекты могут быть адаптированы специалистом в данной области техники для соответствия определенным требованиям и для использования новейших материалов, не выходя из объема притязаний настоящего изобретения.

Claims (23)

1. Система доочистки для дизельного двигателя, содержащая дизельный двигатель с выпускным коллектором и подложку фильтра, непосредственно соединенную с выпускным коллектором без каких-либо промежуточных катализаторов, в которой подложка фильтра на впускной стороне содержит катализатор селективного каталитического восстановления (SCR), включающий неспекающееся молекулярное сито.
2. Система по п.1, в которой дизельный двигатель представляет собой дизельный двигатель малой мощности.
3. Система по п.1, в которой молекулярное сито представляет собой молекулярное сито с небольшими порами.
4. Система по п.2, в которой молекулярное сито представляет собой молекулярное сито с небольшими порами.
5. Система по любому из пп.1-4, в которой молекулярное сито представляет собой молекулярное сито на основе кремнийалюмофосфата.
6. Система по любому из пп.1-4, в которой подложка фильтра непосредственно соединена с двигателем.
7. Система по п.5, в которой подложка фильтра непосредственно соединена с двигателем.
8. Система по любому из пп.1-4, 7, в которой двигатель использует аккумуляторный впрыск топлива.
9. Система по п.5, в которой двигатель использует аккумуляторный впрыск топлива.
10. Система по п.6, в которой двигатель использует аккумуляторный впрыск топлива.
11. Система по любому из пп.1-4, 7, 9, 10, в которой подложка фильтра дополнительно содержит катализатор окисления на выпускной стороне фильтра.
12. Система по п.5, в которой подложка фильтра дополнительно содержит катализатор окисления на выпускной стороне фильтра.
13. Система по п.6, в которой подложка фильтра дополнительно содержит катализатор окисления на выпускной стороне фильтра.
14. Система по п.8, в которой подложка фильтра дополнительно содержит катализатор окисления на выпускной стороне фильтра.
15. Система по п.8, в которой катализатор окисления представляет собой катализатор из благородного металла с низкотемпературным запуском.
16. Система по п.9 или 10, в которой катализатор окисления представляет собой катализатор из благородного металла с низкотемпературным запуском.
17. Система по любому из пп.1-4, 7, 9, 10, 12-15, дополнительно содержащая катализатор проскока аммиака.
18. Система по п.5, дополнительно содержащая катализатор проскока аммиака.
19. Система по п.6, дополнительно содержащая катализатор проскока аммиака.
20. Система по п.8, дополнительно содержащая катализатор проскока аммиака.
21. Система по п.11, дополнительно содержащая катализатор проскока аммиака.
22. Система по п.16, дополнительно содержащая катализатор проскока аммиака.
23. Способ доочистки выхлопных газов из дизельного двигателя, включающий непосредственное пропускание, без прохождения через каталитическую доочистку, выхлопных газов в смеси с азотсодержащим восстановителем через фильтр с нанесенным SCR катализатором, в котором SCR катализатор включает неспекающееся молекулярное сито.
RU2012142678/06A 2010-03-08 2011-03-07 Улучшенное снижение выбросов RU2556480C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB1003784.4A GB201003784D0 (en) 2010-03-08 2010-03-08 Improvement in control OPF emissions
GB1003784.4 2010-03-08
PCT/IB2011/000491 WO2011110919A1 (en) 2010-03-08 2011-03-07 Improvements in control of emissions

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012142678A RU2012142678A (ru) 2014-04-27
RU2556480C2 true RU2556480C2 (ru) 2015-07-10

Family

ID=42136611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012142678/06A RU2556480C2 (ru) 2010-03-08 2011-03-07 Улучшенное снижение выбросов

Country Status (9)

Country Link
US (1) US9574474B2 (ru)
EP (1) EP2545263B2 (ru)
JP (2) JP6396636B2 (ru)
KR (1) KR101798030B1 (ru)
CN (1) CN102822462B (ru)
BR (1) BR112012021921A2 (ru)
GB (1) GB201003784D0 (ru)
RU (1) RU2556480C2 (ru)
WO (1) WO2011110919A1 (ru)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201207313D0 (en) 2012-04-24 2012-06-13 Johnson Matthey Plc Filter substrate comprising three-way catalyst
GB2513364B (en) 2013-04-24 2019-06-19 Johnson Matthey Plc Positive ignition engine and exhaust system comprising catalysed zone-coated filter substrate
SE538193C2 (sv) * 2012-07-05 2016-03-29 Scania Cv Ab SCR-system och förfarande vid ett SCR-system
DE102013003112B4 (de) 2013-02-25 2017-06-14 Umicore Ag & Co. Kg SCR-Katalysator mit verbessertem NOx-Umsatz
GB2512648B (en) 2013-04-05 2018-06-20 Johnson Matthey Plc Filter substrate comprising three-way catalyst
WO2015074697A1 (de) * 2013-11-21 2015-05-28 Hjs Emission Technology Gmbh & Co. Kg Einrichtung zum reinigen der abgase einer brennkraftmaschine
DE102021118802A1 (de) 2021-07-21 2023-01-26 Umicore Ag & Co. Kg Abgasreinigungssystem zur Reinigung von Abgasen von Benzinmotoren
DE102021118803A1 (de) 2021-07-21 2023-01-26 Umicore Ag & Co. Kg Abgasreinigungssystem zur Reinigung von Abgasen von Benzinmotoren
DE102023101763A1 (de) 2022-04-11 2023-10-12 Umicore Ag & Co. Kg Abgassystem für überwiegend stöchiometrisch betriebene Verbrennungsmotoren aufweisend einen Katalysator zur Verminderung der Ammoniakemissionen
WO2023198575A1 (de) 2022-04-11 2023-10-19 Umicore Ag & Co. Kg Abgassystem für überwiegend stöchiometrisch betriebene verbrennungsmotoren aufweisend einen katalysator zur verminderung der ammoniakemissionen

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW205083B (en) * 1990-06-08 1993-05-01 Corning Inc Engine exhaust system with reduced hydrocarbon emissions
US5531068A (en) * 1995-06-19 1996-07-02 Uop Combination catalyst/adsorber system for treating an engine exhaust gas stream
WO2008011146A1 (en) * 2006-07-21 2008-01-24 Dow Global Technologies Inc. Improved zone catalyzed soot filter
WO2008030314A1 (en) * 2006-09-08 2008-03-13 Caterpillar Inc. Emissions reduction system
CA2870402A1 (en) * 2006-12-27 2008-07-10 Chevron U.S.A. Inc. Treatment of cold start engine exhaust

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03130522A (ja) 1989-10-12 1991-06-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd デイゼルエンジン排ガス処理装置
GB9511421D0 (en) 1995-06-06 1995-08-02 Johnson Matthey Plc Improvements in emissions control
CA2196904A1 (en) 1995-06-06 1996-12-12 Stephen Charles Bennett Combatting air pollution
EP1165946B1 (en) 1998-11-13 2005-10-12 Engelhard Corporation Catalyst and method for reducing exhaust gas emissions
AU2856000A (en) * 1999-01-21 2000-08-07 Litex, Inc. Combined plasma reactor catalyst systems for effective emission control over a range of operating conditions
US6375910B1 (en) 1999-04-02 2002-04-23 Engelhard Corporation Multi-zoned catalytic trap and methods of making and using the same
US7832203B2 (en) 2001-10-27 2010-11-16 Johnson Matthey Public Limited Company Exhaust system for a lean burn internal combustion engine
JP3876705B2 (ja) 2001-12-13 2007-02-07 いすゞ自動車株式会社 ディーゼルエンジンの排気ガス浄化システム
JP2004060494A (ja) 2002-07-26 2004-02-26 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
US7134273B2 (en) 2002-09-04 2006-11-14 Ford Global Technologies, Llc Exhaust emission control and diagnostics
US7332135B2 (en) * 2002-10-22 2008-02-19 Ford Global Technologies, Llc Catalyst system for the reduction of NOx and NH3 emissions
EP1639759B1 (en) 2003-06-23 2012-06-06 Computer Associates Think, Inc. Time skew correction in data time stamping
DE10335785A1 (de) * 2003-08-05 2005-03-10 Umicore Ag & Co Kg Katalysatoranordnung und Verfahren zur Reinigung des Abgases von mager betriebenen Verbrennungsmotoren
US7229597B2 (en) 2003-08-05 2007-06-12 Basfd Catalysts Llc Catalyzed SCR filter and emission treatment system
US7722829B2 (en) * 2004-09-14 2010-05-25 Basf Catalysts Llc Pressure-balanced, catalyzed soot filter
JP2006274986A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp 排気後処理装置
US7685813B2 (en) * 2005-06-09 2010-03-30 Eaton Corporation LNT regeneration strategy over normal truck driving cycle
US7673448B2 (en) * 2005-08-05 2010-03-09 Basf Catalysts Llc Diesel exhaust article and catalyst compositions therefor
EP2032812B1 (en) 2006-06-13 2015-07-22 Volvo Lastvagnar AB Diesel catalyst system
DE102006038288A1 (de) * 2006-08-16 2008-02-21 Man Nutzfahrzeuge Aktiengesellschaft Abgasnachbehandlungssystem
CN101636564B (zh) 2006-12-21 2012-07-04 约翰逊马西有限公司 包括贫燃内燃发动机和用于其的废气***的装置
US7998423B2 (en) * 2007-02-27 2011-08-16 Basf Corporation SCR on low thermal mass filter substrates
DK3300791T3 (da) * 2007-04-26 2019-06-11 Johnson Matthey Plc Overgangsmetal/zeolit-scr-katalysatorer
US20080314022A1 (en) * 2007-06-19 2008-12-25 Eaton Corporation Strategy for scheduling LNT regeneration
US8166751B2 (en) 2007-07-31 2012-05-01 Caterpillar Inc. Particulate filter
ATE457813T1 (de) 2007-09-28 2010-03-15 Umicore Ag & Co Kg Entfernung von partikeln aus dem abgas von mit überwiegend stöchiometrischem luft/kraftstoff- gemisch betriebenen verbrennungsmotoren
WO2009060765A1 (ja) * 2007-11-05 2009-05-14 Mitsubishi Fuso Truck And Bus Corporation ハイブリッド電気自動車の排気浄化装置
JP4798511B2 (ja) * 2007-11-21 2011-10-19 トヨタ自動車株式会社 ＮＯｘ浄化装置の診断装置
US9863297B2 (en) * 2007-12-12 2018-01-09 Basf Corporation Emission treatment system
PL2318673T3 (pl) 2008-02-05 2020-03-31 Basf Corporation Układy obróbki emisji w silniku benzynowym mające wychwytywacze cząstek stałych
DE102008018520A1 (de) * 2008-04-12 2009-10-15 Man Nutzfahrzeuge Aktiengesellschaft Schwefelresistentes Abgasnachbehandlungssystem zur Vermeidung von Stickoxiden
EP2138681B1 (de) * 2008-06-27 2019-03-27 Umicore AG & Co. KG Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Dieselabgasen
JP5258426B2 (ja) * 2008-07-14 2013-08-07 Ｕｄトラックス株式会社 エンジンの排気浄化装置
JP4450257B2 (ja) * 2008-07-14 2010-04-14 三菱自動車工業株式会社 排気浄化装置
CN101457681A (zh) * 2008-10-17 2009-06-17 奇瑞汽车股份有限公司 一种柴油机后处理***
US8544260B2 (en) * 2008-12-24 2013-10-01 Basf Corporation Emissions treatment systems and methods with catalyzed SCR filter and downstream SCR catalyst
US8448424B2 (en) * 2009-01-16 2013-05-28 Ford Global Technologies, Llc. Emission control system with an integrated particulate filter and selective catalytic reduction unit
GB0903262D0 (en) 2009-02-26 2009-04-08 Johnson Matthey Plc Filter
DE102009033635B4 (de) * 2009-07-17 2020-11-05 Umicore Ag & Co. Kg Katalytisch aktives Partikelfilter mit Schwefelwasserstoff-Sperrfunktion, seine Verwendung und Verfahren zur Entfernung von Stickoxiden und Partikeln
US8246922B2 (en) * 2009-10-02 2012-08-21 Basf Corporation Four-way diesel catalysts and methods of use
US8591820B2 (en) * 2011-03-11 2013-11-26 Corning Incorporated Honeycomb filters for reducing NOx and particulate matter in diesel engine exhaust
US8524182B2 (en) * 2011-05-13 2013-09-03 Basf Se Catalyzed soot filter with layered design
GB2492175B (en) * 2011-06-21 2018-06-27 Johnson Matthey Plc Exhaust system for internal combustion engine comprising catalysed filter substrate

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW205083B (en) * 1990-06-08 1993-05-01 Corning Inc Engine exhaust system with reduced hydrocarbon emissions
US5531068A (en) * 1995-06-19 1996-07-02 Uop Combination catalyst/adsorber system for treating an engine exhaust gas stream
WO2008011146A1 (en) * 2006-07-21 2008-01-24 Dow Global Technologies Inc. Improved zone catalyzed soot filter
WO2008030314A1 (en) * 2006-09-08 2008-03-13 Caterpillar Inc. Emissions reduction system
CA2870402A1 (en) * 2006-12-27 2008-07-10 Chevron U.S.A. Inc. Treatment of cold start engine exhaust

Also Published As

Publication number Publication date
CN102822462A (zh) 2012-12-12
RU2012142678A (ru) 2014-04-27
WO2011110919A1 (en) 2011-09-15
JP6396636B2 (ja) 2018-09-26
GB201003784D0 (en) 2010-04-21
KR20130029377A (ko) 2013-03-22
EP2545263B2 (en) 2022-04-20
EP2545263A1 (en) 2013-01-16
US9574474B2 (en) 2017-02-21
US20120324867A1 (en) 2012-12-27
BR112012021921A2 (pt) 2016-05-31
JP2013522517A (ja) 2013-06-13
CN102822462B (zh) 2016-06-01
JP2017150493A (ja) 2017-08-31
EP2545263B1 (en) 2014-07-23
KR101798030B1 (ko) 2017-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2556480C2 (ru) Улучшенное снижение выбросов
US10316739B2 (en) Method and device for the purification of diesel exhaust gases
JP5757574B2 (ja) ディーゼルエンジンからの排ガスを浄化する方法
Johnson Diesel emissions in review
EP1458960B1 (en) Improvements in selective catalytic reduction
KR101986388B1 (ko) Egr 회로에서 암모니아 슬립 촉매를 가지는 배기 시스템
EP2678095B1 (en) Exhaust system including nox reduction catalyst and egr circuit
WO2009129903A1 (en) Process and apparatus for purifying exhaust gases from an internal combustion engine
US20180058286A1 (en) METHOD AND APPARATUS TO MINIMIZE DEACTIVATION OF A LOW TEMPERATURE NOx ADSORBER IN AN EXHAUST AFTERTREATMENT SYSTEM
Chatterjee et al. Heavy duty diesel engine emission control to meet BS VI regulations
Keenan Exhaust Emissions Control: 60 Years of Innovation and Development
GB2462798A (en) Emission control
Dong et al. An ethanol SCR for NOx purification: performance evaluation on engine bench and demonstration on bus