CN108150267B - 烟尘氧化催化剂材料和并入该材料的选择性催化还原过滤器装置 - Google Patents

烟尘氧化催化剂材料和并入该材料的选择性催化还原过滤器装置 Download PDF

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Abstract

提供了选择性催化还原过滤器(SCRF)装置以及并入该SCRF装置的系统。系统可包括废气源；废气导管，其能够接收来自废气源的废气流；以及SCRF装置，其与废气导管流体连通。该SCRF装置可包括：过滤器；选择性催化还原(SCR)催化剂，其设置在过滤器的至少一部分上；以及烟尘氧化催化剂(SOC)材料，其设置在过滤器和SCR催化剂中的一个或多个的至少一部分上。SOC材料可包括一种或多种过渡金属氧化物、不包括铂族金属。SOC材料可包括氧化钛、氧化铁、氧化钨、氧化铈和酸性氧化锆中的一种或多种。SOC材料可为无定形形式。SOC材料可偏向过滤器的上游侧。

Description

烟尘氧化催化剂材料和并入该材料的选择性催化还原过滤器 装置
背景技术
在内燃机(ICE)的燃烧循环期间，将空气/燃料混合物被提供给ICE 的汽缸。空气/燃料混合物被压缩和/或点燃和燃烧以提供输出转矩。在燃 烧之后，ICE的活塞强制汽缸中的废气通过排气阀开口排出并使其进入排 气系统。从ICE、特别是柴油发动机中排放的废气是含有诸如一氧化碳 (CO)、未燃碳氢化合物、氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOX)等气态排放物以及构成颗粒物质的凝聚相材料(液体和固体)的不均匀混合物。例 如，液体可包括水和碳氢化合物。
废气处理系统可在一个或多个部件中采用催化剂，其配置为用于实现 后处理过程，诸如还原NOx以产生氮(N2)和水(H2O)的更能容忍的排 气组分。用于减少NOx排放的一种类型的废气处理技术是选择性催化还原 (SCR)装置，其通常包括基底或载体，该基底或载体上设置有催化剂化 合物。排气经过催化剂会转化期望化合物中的某些或所有排气组分，诸如 非调节的废气成分。还原剂通常被喷射至SCR上游的热废气中、分解成氨， 并且被SCR装置吸收。然后，在SCR催化剂存在下，氨将NOx还原成氮 和水。
位于SCR上游和/或下游的颗粒过滤器(PF)可用于捕获烟尘。水蒸 汽、氮气和还原的排放物此后从排气系统中排出。可将PF和SCR集成为 选择性催化还原过滤器(SCRF)。随着时间的推移，过滤器装置会积聚颗 粒物质，并且必须定期再生。过滤器再生通常包括高温烟尘燃烧，这可通 过多种方法来实现。然而，所有这样的方法均对废气系统和周围部件施用 相当大的热能，并且可降低废气处理系统的功效和ICE效率。
发明内容
根据示例性实施例的方面，提供了一种选择性催化还原过滤器(SCRF) 装置。该SCRF装置可包括：壳体；设置在壳体内的过滤器，其具有上游 侧和下游侧；选择性催化还原(SCR)催化剂，其设置在壳体内且在过滤 器的至少一部分上；以及烟尘氧化催化剂(SOC)材料，其设置在过滤器 和SCR催化剂中的一个或多个的至少一部分上。SOC材料可包括一种或多种过渡金属氧化物。过渡金属氧化物可不包括铂族金属。SOC材料可包 括氧化钛、氧化铁、氧化钨、氧化铈和酸性氧化锆中的一种或多种。SOC 材料可为无定形形式。SOC材料可偏向过滤器的上游侧。SCRF装置可包 括至多每升体积约12克SOC材料，该体积由壳体限定。SCRF装置可包 括至少每升体积约0.25克SOC材料，该体积由壳体限定。
根据示例性实施例的另一个方面，提供了一种废气处理系统，其中该 系统包括：废气源；废气导管，其能够接收来自废气源的废气流；氧化催 化剂装置，其与废气导管流体连通；SCRF装置，其与废气导管流体连通 并且相对于氧化催化剂装置设置在下游，其中SCRF装置包括：壳体；设 置在壳体内的过滤器，其具有上游侧和下游侧；SCR催化剂，其设置在壳 体内且在过滤器的至少一部分上；以及烟尘氧化催化剂SOC材料，其设置 在过滤器和SCR催化剂中的一个或多个的至少一部分上。SOC材料可包 括一种或多种过渡金属氧化物。过渡金属氧化物可不包括铂族金属。SOC 材料可包括氧化钛、氧化铁、氧化钨、氧化铈和酸性氧化锆中的一种或多 种。SOC材料可为无定形形式。SOC材料可偏向过滤器的上游侧。该系统 可选用地进一步包括氧化催化剂装置，其与废气导管流体连通并且设置在 SCRF装置的上游。
虽然本文许多实施例是关于并入SOC材料(特别是应用于车辆废气处 理系统中的材料)的SCRF装置进行描述的，但是本文实施例通常适用于 其中提高烟尘燃烧效率有助于形成优点的任何应用。
从示例性实施例和附图的以下详细描述中，示例性实施例的其它目的、 优点和新颖特征将变得更显而易见。
附图说明
图1说明了根据一个或多个实施例的废气处理系统的示意图；
图2说明了根据一个或多个实施例的颗粒过滤器的透视图。
具体实施方式
本文描述了本公开的实施例。然而，应当理解的是，所公开实施例仅 仅是示例且其它实施例可呈现各种和替代性形式。图式不一定按比例绘制； 某些特征可被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具 体结构和功能细节并不解释为限制，而仅仅解释为用于教导本领域技术人 员以各种方式采用本发明的代表性基础。如本领域一般技术人员将理解的 是，参考任何一个图式说明并描述的各个特征可并入一个或多个其它图式 中说明的特征以产生未明确说明或描述的实施例。所说明的特征组合提供 用于典型应用的代表性实施例。然而，特定应用或实施方案可期望与本公 开的教导一致的特征的各个组合和修改。
通常，如下所述，本公开的烟尘氧化催化剂(SOC)材料以及并入SOC 材料的装置和系统能够提高主动再生技术的效率和/或功效。具体地，本公 开涉及具有增强型主动再生效率、功效和/或能力的选择性催化还原过滤器 (SCRF)装置，其中SCRF装置配置为接收来自废气源的废气流。在某些 实施例中，通过可例如为车辆供电的内燃机(ICE)生成废气流。如本文 所使用，“NOx”是指一种或多种氮氧化物。NOx物质可包括NyOx物质，其 中y＞0且x＞0。氮氧化物的非限制性示例可包括NO、NO2、N2O、N2O2、 N2O3、N2O4和N2O5。废气颗粒物质通常包括碳质烟尘，以及其它固体和/ 或液体含碳物质，这些物质与废气并入或形成在废气处理系统内。
图1说明了用于处理和/或监控ICE 12的废气15组分的废气处理系统10。本文 所述的废气处理系统10可在各种ICE系统中实施，这些ICE系统可包括(但不限于) 柴油发动机系统、汽油直喷系统和均质充气压燃发动机系统。ICE将在本文被描述用 于生成车辆的转矩，但是其它非车辆应用也在本公开的范围内。因此，当提及车辆时， 本公开应被解释为适用于ICE的任何应用。另外，ICE 12通常可表示能够生成包括 气态(例如，NOx、O2)、碳质和/或颗粒物质种类的废气流15的任何装置，因此本公 开在本文应被解释为适用于所有这样的装置。应当进一步理解的是，本文公开的实施 例可适用于处理不包括碳质和/或颗粒物质种类的流出物流，且在这样的情况下，ICE 12也可通常表示能够生成不包括这样的物质的流出物流的任何装置。例如，ICE 12 可包括附接至曲轴(未示出)的多个往复运动的活塞(未示出)，该曲轴可操作地附 接至诸如车辆传动系(未示出)等传动系，以将牵引转矩传递至传动系。例如，ICE 12 可为包括各种车辆应用(例如汽车、船舶等)以及各种非车辆应用(例如，泵、发电 机等)的任何发动机配置或应用。
废气处理系统10通常包括一个或多个废气导管14和一个或多个排气 处理装置。可包括若干段的废气导管14将废气15从ICE 12输送至废气处 理系统10的各种排气处理装置。在某些示例性实施例中，废气15可包括 NOx物质。
在所说明的实施例中，废气处理系统10的装置包括选用氧化催化剂 (OC)装置30和选择性催化还原(SCR)装置26。在某些实施例中，OC 装置30和选择性催化还原(SCR)装置26可在涡轮增压器(未示出)的 下游。如下文将描述，SCR装置可包括SCRF装置。上游和下游相对于来 自ICE 12的废气15的流动方向来限定。如图1中所示，SCR装置26包 括上游侧26’和下游侧26”。
可明白的是，本公开的废气处理系统10可包括图1中所示的一个或多个排气处 理装置的各种组合和/或其它排气处理装置(未示出)，并且不限于本示例。废气处理 系统10可进一步包括控制模块50，其经由许多传感器可操作地连接以监控发动机12 和/或废气处理系统10。
控制模块50可操作地连接至发动机12和/或各种废气处理系统10的 部件。如本文所使用，术语模块是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、 处理器(共享、专用或成组)以及执行一个或多个软件或固件程序的存储 器、组合逻辑电路和/或提供所述功能性的其它合适部件。控制模块50可 操作地连接至上述排气处理装置，例如包括OC装置30、SCRF装置26和一个或多个气体传感器(未示出)和/或温度传感器(未示出)。
OC装置30可位于SCRF装置26的上游，并且可包括包装在壳体或 罐中的溢流金属或陶瓷块体基底。壳体或罐包括与废气导管14流体连通 的入口和出口，并且理想地可包括相对于废气组分的基本惰性材料(诸如 不锈钢)。基底可包括设置在其上的氧化催化剂化合物。氧化催化剂化合 物可作为修补基面涂层施用，并且可含有诸如铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh) 等铂族金属或其它金属氧化物催化剂，或其组合。金属氧化物催化剂例如 可包括氧化铁、氧化锌、钙钛矿和其组合。OC装置30用于处理未燃烧的 气态和非挥发性未燃烃和CO，该烃和CO被氧化以形成二氧化碳和水。
OC装置通常位于SCR和SCRF装置的上游，以用于若干催化功能。 当PF装置和SCRF装置被颗粒物质(例如，烟尘)堵塞并且需要高温再 生时，OC装置用于喷射后再生。喷射后再生策略操纵发动机校准，使得 喷射后进入发动机汽缸中的燃料被排出至未燃烧的排气系统中。当喷射后 燃料与诸如OC装置30等OC装置接触时，燃料氧化期间释放的热量被施用至废气处理系统10，以清除SCRF装置26中的某些或所有积聚的颗粒 物质。其次，OC装置将NO转化为NO2，其更有效地并且优先地被下游 SCR装置(诸如SCRF装置26)还原成期望物质。
通常，SCR装置26包括利用还原剂36和催化剂将NO和NO2还原为 无害成分的所有装置。SCR装置26可包括(例如)可包装在壳体或罐中 的溢流陶瓷或金属块体基底，该壳体或罐具有与废气导管14和选用地其 它排气处理装置流体连通的入口和出口。壳体或罐理想地可包括相对于废 气组分的基本惰性材料(诸如不锈钢)。基底可包括施用至其上的SCR催 化剂组合物。
基底主体可(例如)为陶瓷砖、板结构或任何其它合适的结构(诸如 单块蜂窝结构，其包括每平方英寸数百至数千个平行的溢流孔)，但是其 它配置也是合适的。每个溢流孔可由壁表面限定，在壁表面上可对SCR催 化剂组合物进行修补基面涂敷。基底主体可由能够承受与废气15相关联 的温度和化学环境的材料形成。可使用的材料的某些具体示例包括陶瓷， 诸如经挤压堇青石、α-氧化铝、碳化硅、氮化硅、氧化锆、莫来石、锂辉 石、氧化铝-二氧化硅-氧化镁、硅酸锆、硅线石、石榴石或耐热和耐腐蚀 金属(诸如钛或不锈钢)。衬底可包括例如非硫酸化TiO2材料。基底主体 可为如下面将讨论的PF装置。
SCR催化剂组合物通常是多孔和高表面积材料，其可在还原剂36(诸 如氨)的存在下有效地操作以转化废气15中的NOx组分。例如，催化剂 组合物可含有浸渍有诸如铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钒(V)、钠(Na)、 钡(Ba)、钛(Ti)、钨(W)和其组合等一种或多种碱金属组分的沸石。 在特定实施例中，催化剂组合物可含有浸渍有铜、铁或钒中的一种或多种 的沸石。在某些实施例中，沸石可为β-型沸石、Y型沸石、ZM5沸石或任 何其它结晶沸石结构，诸如菱沸石或USY(超稳定Y型)沸石。在特定实 施例中，沸石包括菱沸石。在特定实施例中，沸石包括SSZ。特别是当与 颗粒过滤器(PF)装置串联使用时，或当被并入至下文所述的SCRF装置 (经由高温排气烟尘燃烧技术再生)中时，合适的SCR催化剂组合物可具 有高热结构稳定性。
SCR催化剂组合物可选用地进一步包括一种或多种碱金属氧化物作 为促进剂以进一步降低SO3形成并延长催化剂寿命。在某些实施例中，一 种或多种碱金属氧化物可包括WO3、Al2O3和MoO3。在一个实施例中， WO3、Al2O3和MoO3可与V2O5组合使用。
SCR装置26通常使用还原剂36将NOx物质(例如NO和NO2)还原 成无害成分。无害成分包括(例如)并非NOx物质的物质(诸如双原子氮)、 含氮惰性物质或被认为是可接受的排放物的物质中的一种或多种。还原剂 36可为氨(NH3)(诸如无水氨或氨水)或由氮和富氢物质(诸如尿素(CO (NH2)2)生成。另外或替代地，还原剂36可为能够在废气15和/或热量 存在下分解或反应以形成氨的任何化合物。反应式(1)至(5)为涉及氨 的NOx还原提供了示例性的化学反应。
6NO+4NH3→5N2+6H2O (1)
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O (2)
6NO2+8NH3→7N2+12H2O (3)
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O (4)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O (5)
应当明白的是，反应式(1)至(5)仅仅是说明性的，并且不意味着 将SCR装置26限制为特定的NOx还原机制或多种机制，也不排除其它机 制的操作。SCR装置26可配置为执行上述NOx还原反应中的任一种、上 述NOx还原反应的组合以及其它NOx还原反应。
在各种实施方案中，还原剂36可用水稀释。在用水稀释还原剂36的 实施方案中，热量(例如，来自排气)将水蒸发，且向SCR装置26供应 氨。根据需要，非氨还原剂可用作氨的全部或部分替代物。在还原剂36 包括尿素的实施方案中，尿素与排气发生反应以产生氨，且向SCR装置 26供应氨。SCR装置26可存储(即，吸收和/或吸附)由还原剂36供应 的氨以与废气15相互作用。下面的反应式(6)提供经由尿素分解的氨产 生的示例性化学反应。
CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2 (6)
应当明白的是，反应式(6)仅仅是说明性的，并且不意味着将尿素 或其它还原剂36的分解限制为特定的单个机制，也不排除其它机制的操 作。
可从还原剂供应源(未示出)供应还原剂36并且使用喷射器46或将 还原剂36传递至废气15的其它合适方法在SCR装置26的上游位置处将 还原剂喷射至废气导管14中。还原剂36可为气体、液体或水溶液(诸如 尿素水溶液)的形式。还原剂36可与喷射器46中的空气混合以帮助已喷 射的喷雾的分散。混合器或湍流器48也可设置在废气导管14内紧靠喷射器46以进一步帮助还原剂36与废气15的充分混合和/或甚至分布在整个 SCR装置26中。
废气处理装置的一个示例是PF装置。PF装置可设置在OC装置30的 下游和SCR装置26的上游，或可设置在SCR装置26的下游。仅作为示 例，PF装置可包括柴油机颗粒过滤器(DPF)。PF装置通常用于过滤废气 15中的碳、烟尘和其它颗粒。PF装置可包括如图2中所示的过滤器23。 过滤器23可为陶瓷或SiC壁流块体过滤器，该过滤器可包装在壳体或罐 中并且具有与废气导管14流体连通的入口和出口。壳体或罐理想地可包 括相对于废气组分的基本惰性材料(诸如不锈钢)。应当理明白的是，陶 瓷或SiC壁流块体过滤器本质上仅仅是示例性的，且PF装置可包括其它 过滤装置，诸如缠绕或填充纤维过滤器、开孔泡沫、烧结金属纤维等。过 滤器23可具有由纵向延伸壁限定的多个纵向延伸通道24和25。通道包括 具有开放入口端和封闭出口端的入口通道24的子集以及具有封闭入口端 和开放出口端的出口通道25的子集。通过入口通道24的入口端进入过滤 器23的废气15被强制通过相邻的纵向延伸壁迁移至出口通道25。其通过 此壁流机制，废气15被此壁流机制滤除碳和其它颗粒。
废气处理装置的一个示例是SCRF装置，其将SCR装置和PF装置的 特征组合至单个装置中。在图1中，SCR装置26被示为具有PF滤波器 23，因此包括SCRF装置26。SCRF装置26包括涂敷有活性催化成分(诸 如上述SCR催化成分)的PF过滤器23。催化成分可作为修补基面涂层施 用至过滤器的入口通道24、过滤器的出口通道25或两者的内壁。通常， 修补基面涂层可以SCRF装置26的每升体积约60g至约180g的修补基面 涂层的量施用，但是其它量是可行的。在某些实施例中，修补基面涂层可 以约15μm至约50μm的厚度施用。在操作期间，SCRF装置26将颗粒物 质积聚在通道24内，并且有时积聚在通道25内，且还原剂36通常诸如 通过吸附和/或吸收而设置在催化成分上以与废气15相互作用。应当理解 的是，对SCRF装置26提供的描述不意味着限制SCRF装置的定义，也不 不包括并入本文所述的实施例使用各种附加或替代的SCRF设计。
随着时间的推移，诸如SCRF装置26的过滤器装置可积聚颗粒物质并 且必须被再生。例如，特定物质的积聚可能降低SCRF装置26的效率并且 增加ICE 12上的背压。再生通常涉及SCRF装置26中所积聚的颗粒物质 的氧化或燃烧。例如，碳质烟尘颗粒可在再生过程期间中被氧化以产生气 态二氧化碳。通常，将碳质废气沉积物加热到至少约600℃的温度可引发 烟尘燃烧。烟尘燃烧可将碳质固体转化为(例如)诸如二氧化碳等气体， 或在烟尘或所积聚的沉积物中实现化学或物理变化使得沉积物与SCRF装 置26分离。为了本公开的目的，主动再生包括将废气15的温度升高到至 少约550℃。
在许多情况下，主动再生包括提高废气15的温度或附属装置的温度。 通过许多方法(诸如调整发动机校准参数以实施后喷射(post-injection) 策略、调整发动机校准参数以实施喷射后(after-injection)策略、利用选 用EHC装置(未示出)以及其组合)可实现提高废气15的温度。例如， 选用EHC装置可设置在OC装置30内，并且包括块体和电加热器。电加 热器可连接至用于向其供电的电源，并且选择性地激活以加热块体。对于 本领域技术人员显而易见的是，本文所述的主动再生技术不是主动再生技 术的限制，且本文未描述的那些技术被推定为类似地适用于与所提供的材 料和装置组合使用。
后喷射策略是正常ICE喷射策略的改进。在ICE(诸如ICE 12)的操 作期间，ICE的一个或多个活塞在一个或多个对应的汽缸内执行四个冲程： 进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。在进气冲程期间，活塞从上 止点(TDC)处开始，并且在下止点(BDC)处结束。汽缸进气阀实现打 开位置，以允许活塞通过其向下运动产生真空压力进入汽缸而将空气-燃料 混合物挤压至汽缸中。压缩冲程随后在BDC处开始，并且在TDC处结束。 在汽缸进气阀和排气阀关闭时，活塞压缩空气-燃料混合物以准备点火。在 后续燃烧冲程期间，活塞在TDC处，且压缩的空气-燃料混合物被火花塞 (在汽油发动机中)或被在压缩冲程期间实现的压缩(柴油发动机)点火。 在空气-燃料混合物点火之后，燃烧强制地将活塞返回至BDC，并且将机 械功转移至相关曲轴。在后续排气冲程期间，活塞从BDC返回至TDC且 排气阀处于打开位置，以便将用过的空气-燃料混合物排出至废气处理(诸 如废气处理系统10)中。
后喷射策略包括在进气冲程期间将空气-燃料混合物引入汽缸之后将 燃料喷射至发动机汽缸中。在燃烧冲程期间、在排气冲程期间打开排气阀 之前以及在第一空气-燃料混合物已经燃烧或正在燃烧之后，在燃烧冲程期 间发生后喷射。更具体地，在活塞足够接近TDC时发生后喷射，使得后 喷射燃料可在汽缸内基本上或完全燃烧。通过将附加的燃料引入汽缸，后 喷射相应地提高了从汽缸中排出的废气的温度。
喷射后策略将燃料引入废气处理系统10中，使得燃料燃烧和/或与系 统10的催化成分反应并且提高废气15的温度。具体地，喷射后策略包括 在进气冲程期间将空气-燃料混合物引入汽缸之后将燃料喷射至发动机汽 缸中。在燃烧冲程和/或排气冲程期间，在排气门打开的同时或刚好在排气 阀打开之前发生喷射后。更具体地，在活塞距离TDC足够远的同时和/或 在第一空气-燃料混合物已经燃烧之后发生喷射后，使得喷射后的燃料在汽缸内不燃烧。喷射后燃料在排气冲程期间从汽缸中排出且未燃烧，并且被 引入废气系统。当喷射后燃料与OC装置30接触时，燃料氧化期间释放的 热量被施用至废气处理系统10，以清除SCRF装置26中的某些或所有积 聚的颗粒物质。
诸如SCRF装置26等过滤器装置的主动再生可能由于所描述的一个或 多个主动再生过程引入的大量热能而可能会损坏系统10装置和周围部件。 另外，主动再生策略可能不利地影响车辆燃料经济性和/或ICE 12性能。 因此，本文提供了SOC材料以及并入该SOC材料的装置和系统，这些材 料、装置和系统能够提高主动再生的效率和/或功效，由此消除或降低植入 主动再生技术的温度、持续时间和/或需要。本文提供的SOC材料还可进 一步提供被动烟尘氧化能力(即，在低于主动再生温度条件的温度下的烟 尘氧化)。下面的概念将仅仅为了说明目的而关于废气系统10进行描述， 且本领域一般技术人员将认识到这样的说明是非限制性的。
在一个实施例中，具有上游侧26’和下游侧26”的SCRF装置26包括 壳体(诸如上述壳体)、设置在壳体内的过滤器23(诸如上述过滤器)以 及设置在壳体内的SCR催化剂(诸如上述SCR催化剂)。在某些实施例中， SCR催化剂可被涂敷或以其它方式设置在过滤器23的至少一部分上。 SCRF装置26进一步包括设置在过滤器23的至少一部分上的SOC材料涂 层。
已经确定了通过增加有助于去除颗粒物质的原位NO2(即，在SCRF 装置26内形成的NO2)的存在来改善主动再生效率。仅作为示例且鉴于 可能存在其它附加或替代机制，反应式(7)说明了NO2在将碳质沉积物 转化为气态物质中的作用：
2NO2+C→2NO+CO2 (7)
因此，本文所述的SOC材料能够生成原位NO2。仅作为示例且鉴于可 能存在其它附加或替代机制，反应式(8)说明了由本文所述的SOC材料 催化的原位NO2的形成：
NO+O2→NO2 (8)
本文所述的SCRF装置可包括一种或多种SOC材料。SOC材料可包 括一种或多种过渡金属氧化物。过渡金属是周期族IIIB、IVB、VB、VIB、 VIIB、VIII、IB和IIB中发现的金属。在某些实施例中，过渡金属包括周 期族IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB、VIII、IB和IIB中发现的过渡金属， 不包括铂族金属(PGM)，即，不包括镍、钯和铂。过渡金属氧化物的具 体示例包括钛氧化物、氧化铁、氧化钨和氧化铈。在某些实施例中，铁氧 化物可包括Fe2O3和Fe3O4。例如，氧化钨可包括负载在氧化锆上的钨(例 如，负载在ZrO2上的WOx)或负载在二氧化钛上的钨(例如，负载在TiO2上的WOx)。在一个实施例中，SOC材料包括酸性氧化锆，诸如盐酸浸渍的氧化锆(例如，ZrO2上的ZrClx)。在一个实施例中，SOC材料包括钙钛 矿。钙钛矿可限定为ABO3，其中A可包括La和Ca，且B可包括Co、 Mn、Fe、Cu和Ti。在具体实施例中，钙钛矿包括CaTiO3。
PGM不是合适的SOC材料，因为它们是能够将SCRF装置26内的还 原剂(例如，氨)转化成NOx物质的强氧化剂。例如，反应式(9)提供 了通过铂催化剂将氨氧化成NO的示例性机制。
4NH3+5O2→4NO+6H2O (9)
因此，合适的SOC材料是能够在没有氧化还原剂的情况下生成原位 NO2的一种材料，或相对于其还原剂36的氧化效应赋予净原位NO2生成 效益的一种材料。通过增加对SCRF装置26的还原剂36的输送，可抵消 还原剂36的氧化效应。在一个示例中，如果净原位NO2生成转化为1％的 燃料节省(例如，通过延长再生之间的间隔)且抵消还原剂36的氧化效 应需要还原剂36的输送增加至多约5％，那么SOC材料相对于其还原剂 氧化效应展现出合适的净原位NO2生成效益。在某些实施例中，如果净原 位NO2生成转化为1％的燃料节省且抵消还原剂36的氧化效应需要还原剂 36的输送增加至多约3％至约5％，那么SOC材料相对于其还原剂氧化效 应展现出合适的净原位NO2生成效益。
当设置在过滤器23的至少一部分上时，一种或多种SOC材料可为“无 定形”形式，因为它们未浸渍在沸石、金属有机构架或类似材料的单位晶胞 和/或晶体结构中。SOC材料涂层可以约1g/L至约12g/L的量施用，其中 g/L是指SCRF装置26内每升体积的SOC材料的克数。例如，SCRF装置 26的体积可由其罐或壳体限定。在一个实施例中，SOC材料涂层可以至多 约8g/L、至多约10g/L、至多约12g/L或至多约14g/L的量施用。在一 个实施例中，SOC涂层可以至少约0.25g/L、至少约0.50g/L、至少约0.75 g/L、至少约1.0g/L或至少约1.25g/L的量施用。在具体实施例中，SOC 涂层可以约1.0g/L至约12g/L的量施用。
SOC材料可设置在过滤器23的至少一部分上，和/或在SCR催化剂已 经被施用至过滤器23的至少一部分之后，SOC材料的至少一部分可被施 用至过滤器23。在此实施例中，可将SOC材料施用在先前施用的SCR催 化剂的顶部上，由此形成单独层。在其它实施例中，SOC材料可与SCR 催化剂组合地施用至过滤器23，以形成组合层。在某些实施例中，SOC涂 层可作为修补基面涂层施用至过滤器23。SOC涂层可作为浆料施用，其中 浆料包括SOC材料和水。例如，浆料可为约30重量％至约45重量％的 SOC材料，其中余量物质包括水。例如，浆料可为约25重量％至约60重 量％的SOC材料，其中余量物质包括水。在另一个实施例中，SOC材料 和SCR催化剂可作为包括SOC材料、SCR催化剂和水的浆料施用。
SOC涂层可偏向SCRF装置26”的上游侧26’。偏向上游的涂层可在 相对于下游侧26”更靠近上游侧26’的过滤器23和/或SCR催化剂上包括 更大量的SOC材料。例如，从上游侧26’测得的至多约10％、至多约20％、 至多约30％、至多约40％或至多约50％的SCRF装置26长度可涂敷有 SOC材料。偏向上游的涂层可在不包括SOC材料的下游侧26”附近包括过滤器23和/或SCR催化剂的一部分。偏向上游的涂层可包括从SCRF装置 26的上游侧26’至下游侧26”减小的SOC材料厚度。在SOC材料能够将 还原剂36氧化成NOx、特别是NO的实施例中，偏向上游的涂层使原位 NO有更多机会在从SCRF装置26的下游侧26”中排出之前与SCR催化剂 相互作用。在某些实施例中，第二SCR装置(未示出)可选用地设置在 SCRF装置26的下游，以确保缓解任何NOx滑移。NOx滑移包括NOx物质 从SCRF装置26中逸出。这样的缓解可包括例如由第二SCR装置还原或 存储NOx物质。
虽然上文描述了示例性实施例，但是并不希望这些实施例描述由权利 要求书涵盖的所有可能形式。用在说明书中的词汇是描述性词汇，而不是 限制性的词汇，且应当理解的是，可以进行各种变化而并不脱离本公开的 精神和范围。如先前所述，各个实施例的特征可组合成形成可以不明确描 述或说明的本发明的进一步实施例。虽然各个实施例就一个或多个期望特 性而言可能已经描述为提供优点或优于其它实施例或现有技术实施方案， 但是本领域一般技术人员认识到，可牺牲一个或多个特征或特性以实现取 决于具体应用和实施方案的期望整体系统属性。这些属性可包括(但不限 于)成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场适销性、外观、包装、大 小、服务能力、重量、可制造性、便于组装等。因而，就一个或多个特性 而言，描述为所需性不及其它实施例或现有技术实施方案的实施例不在本 公开的范围之外并且对于特定应用可为所需的。

Claims (9)

1.一种废气处理系统，所述系统包括：
废气源；
废气导管，其能够接收来自所述废气源的废气流；以及
选择性催化还原过滤器装置，其与所述废气导管流体连通并且相对于氧化催化剂装置设置在下游，其中所述选择性催化还原过滤器装置包括：
壳体，
过滤器，其设置在所述壳体内且具有上游侧和下游侧，
选择性催化还原催化剂，其设置在所述壳体内且在所述过滤器的至少一部分上，以及
烟尘氧化催化剂材料，其设置在所述过滤器和所述选择性催化还原催化剂中的一个或多个的至少一部分上，其中所述烟尘氧化催化剂材料包括氧化钛、酸性氧化锆或钙钛矿中的一种或多种，所述烟尘氧化催化剂材料能够生成原位NO2，并且相对于其还原剂氧化效应赋予合适的净原位NO2生成效益，其中原位NO2为在选择性催化还原过滤器装置内形成的NO2。
2.根据权利要求1所述的废气处理系统，进一步包括氧化催化剂装置，其与所述废气导管流体连通并且设置在所述选择性催化还原过滤器装置的上游。
3.根据权利要求1或2所述的废气处理系统，其中所述烟尘氧化催化剂材料为无定形形式。
4.根据权利要求1或2所述的废气处理系统，其中所述烟尘氧化催化剂材料和选择性催化还原催化剂作为单层施用至所述过滤器的至少一部分。
5.根据权利要求1或2所述的废气处理系统，其中所述烟尘氧化催化剂材料偏向所述过滤器的所述上游侧。
6.一种选择性催化还原过滤器装置，所述装置包括：
壳体；
过滤器，其设置在所述壳体内且具有上游侧和下游侧；
选择性催化还原催化剂，其设置在所述壳体内且在所述过滤器的至少一部分上；以及
烟尘氧化催化剂材料，其设置在所述过滤器和所述选择性催化还原催化剂中的一个或多个的至少一部分上，其中所述烟尘氧化催化剂材料包括氧化钛、酸性氧化锆或钙钛矿中的一种或多种，所述烟尘氧化催化剂材料能够生成原位NO2，并且相对于其还原剂氧化效应赋予合适的净原位NO2生成效益，其中原位NO2为在选择性催化还原过滤器装置内形成的NO2。
7.根据权利要求6所述的选择性催化还原过滤器装置，其中所述烟尘氧化催化剂材料为无定形形式。
8.根据权利要求6所述的选择性催化还原过滤器装置，其中所述烟尘氧化催化剂材料和选择性催化还原催化剂作为单层施用至所述过滤器的至少一部分。
9.根据权利要求6所述的选择性催化还原过滤器装置，其中所述烟尘氧化催化剂材料偏向所述过滤器的所述上游侧。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020116821A1 (de) 2020-06-25 2021-12-30 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Bauteil sowie Kraftfahrzeug

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1524014A (zh) * 2001-05-16 2004-08-25 KH��ѧ���޹�˾ 用于净化柴油发动机废气的催化剂
US20040175315A1 (en) * 1999-08-13 2004-09-09 Brisley Robert James Catalytic wall-flow filter
CN103702745A (zh) * 2011-05-31 2014-04-02 庄信万丰股份有限公司 双功能催化过滤器
CN104061046A (zh) * 2013-03-21 2014-09-24 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于柴油器件的紧凑废气处理系统
US20150352492A1 (en) * 2014-06-04 2015-12-10 Johnson Matthey Public Limited Company Non-pgm ammonia slip catalyst

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7014825B2 (en) * 1996-04-10 2006-03-21 Catalytic Solutions, Inc. Perovskite-type metal oxide compounds and methods of making and using thereof
KR100928868B1 (ko) * 2007-03-28 2009-11-30 희성촉매 주식회사 지지체 도핑에 따른 디젤산화 활성 및 내황성이 개선된ｄｏｃ 촉매

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040175315A1 (en) * 1999-08-13 2004-09-09 Brisley Robert James Catalytic wall-flow filter
CN1524014A (zh) * 2001-05-16 2004-08-25 KH��ѧ���޹�˾ 用于净化柴油发动机废气的催化剂
CN103702745A (zh) * 2011-05-31 2014-04-02 庄信万丰股份有限公司 双功能催化过滤器
CN104061046A (zh) * 2013-03-21 2014-09-24 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于柴油器件的紧凑废气处理系统
US20150352492A1 (en) * 2014-06-04 2015-12-10 Johnson Matthey Public Limited Company Non-pgm ammonia slip catalyst

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