CN203515744U

CN203515744U - 后处理系统

Info

Publication number: CN203515744U
Application number: CN201320232796.4U
Authority: CN
Inventors: 阿尔温德·V·海瑞内撤; 艾瑞克·曼斯菲尔德
Original assignee: Cummins Emission Solutions Inc
Current assignee: Cummins Emission Solutions Inc
Priority date: 2013-05-02
Filing date: 2013-05-02
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2023-05-02

Abstract

在一个实施方式中提供了一种后处理系统，包括：在所述后处理系统的排气流中的有效量的选择性催化还原（SCR）催化剂，所述SCR催化剂包括金属氧化物；所述排气流中的所述SCR催化剂的下游的有效量的氨催化剂（AMOX）；和所述排气流中的所述AMOX催化剂的下游的有效量的柴油氧化催化剂（DOC）。

Description

后处理系统

技术领域

本实用新型是属于发动机排气后进行有关处理的技术领域。

背景技术

稀薄燃烧发动机（例如，柴油发动机、稀薄燃烧汽油发动机和机车发动机）的运行由于它们在贫燃料条件下以高的空气/燃料比运行而可以提供所需的燃料经济性并且可以具有气态碳氢化合物和一氧化碳的低排放。尤其是，在耐用性和以低速产生高扭矩的能力方面，柴油发动机还可以提供优于汽油发送机的显著的优点。有效减小来自稀薄燃烧发动机的NOx（x是正数）可能难以实现，这是因为在贫燃料条件下NOx转化率可能非常低。因此，对于在贫燃料条件下的运行而言，排气流中的NOx成分到无害成分的转化通常需要专门的NOx减排策略。

现有的发动机系统的后处理系统倾向于首先将柴油氧化催化剂（DOC）放置在排气流中。DOC氧化流经其的很多种类的气体，包括导致形成不希望的种类的气体，例如SO₃。SO₃本质上可以导致下游催化剂的快速降解。尽管存在各种后处理系统，但还没有可以提供持久的NOx还原而没有现有系统的缺陷（例如，SO₃对催化剂降解的不利影响）的后处理系统。

实用新型内容

鉴于上述情况，发明人已认识到并且理解排气系统的后处理系统（或者简称为“后处理系统”）的优点，该后处理系统具有特定架构和其部件的特定布置，如下文所述。

因此，在一个实施方式中提供了一种包括排气后处理系统的发电系统，该排气后处理系统包括：在所述后处理系统的排气流中的有效量的选择性催化还原（SCR）催化剂，所述SCR催化剂包括金属氧化物；所述排气流中的所述SCR催化剂的下游的有效量的氨催化剂（AMOX）；和所述排气流中的所述AMOX催化剂的下游的有效量的柴油氧化催化剂（DOC）。

应该理解，上述概念和在下文更详细地讨论的其他概念的所有组合（如果这些概念不是互相矛盾的）被设想作为本文所公开的本实用新型的主题的一部分。尤其是，出现在该公开的结尾的要求保护的主题的所有组合被设想作为本文所公开的本实用新型的主题的一部分。还应该理解，本文中明确采用的术语（还可以出现在通过引用并入的任何公开中）应被给予最符合本文所公开的特定概念的含义。

附图说明

本领域的技术人员将理解，附图主要是用于示例性目的并且不旨在限制本文描述的实用新型主题的范围。附图不一定是按比例绘制；在某些情况下，可以在附图中扩大或者放大地示出本文所公开的实用新型主题的各个方面以促进理解不同的特征。在附图中，类似的附图标记通常是指类似的特征（例如，功能上类似的元件和/或结构上类似的元件）。

图1是示出发电系统中的后处理系统的一个示例性实施方式的示意图。

具体实施方式

以下是与后处理系统相关的各种概念、后处理系统的实施方式以及制造和使用该后处理系统的方法的更详细的说明。应该理解，上文提出的和下文更详细地讨论的各种概念可以以多种方式中的任何一种来实现，这是由于所公开的概念并不限于任何具体的实施方式。所提供的具体实现方式和应用的示例主要用于示例性目的。

在一个实施方式中提供了一种排气后处理系统。图1提供了本文描述的后处理系统的实施方式的示意图。后处理系统100包括：在所述后处理系统的排气流101中的有效量的选择性SCR催化剂102，所述SCR催化剂包括金属氧化物；所述排气流中的所述SCR催化剂的下游的有效量的氨催化剂（AMOX）103；和所述排气流中的所述AMOX催化剂的下游的有效量的柴油氧化催化剂（DOC）104。该排气系统可以是发电系统的一部分。

已存在的后处理系统可倾向于首先将催化剂DOC放置在排气流中。该DOC氧化流经其的很多种类的气体，包括导致形成不希望的种类的气体，例如SO₃。因此，在已存在的后处理系统的情况下，SO₃可以导致下游的SCR催化剂的快速降解。与已存在的系统相比，本文描述的后处理系统将DOC催化剂放置在SCR催化剂的下游。该配置可以使DOC促进可溶性有机组分（SOF）的还原同时降低DOC放置对降解SCR催化剂的影响。该DOC催化剂可以是排气流中的最后的催化剂。可替选地，在DOC催化剂的下游可以存在其它的催化剂。

本文描述的后处理系统可以被用在任何合适的发电系统（例如，发动机系统）中，在该发电系统中，后处理系统可以是有利的。例如，发动机系统可以是稀薄燃烧发动机系统。例如，该系统可以是柴油发动机系统、汽油稀薄燃烧发动机系统、机车发动机系统等。

SCR催化剂

根据用途，SCR催化剂102可以是任何适合的SCR催化剂。SCR催化剂可包括用于在还原剂的存在下还原一定量的NOx的组合物。例如，SCR催化剂可包括碳氢化合物选择性催化还原（HC-SCR）催化剂或者是碳氢化合物选择性催化还原（HC-SCR）催化剂。SCR催化剂可包括氧化物。该氧化物可以是金属氧化物。金属氧化物中的金属可以是过渡金属。“过渡金属”元素可以是在元素周期表中第3族到第12族中所包括的任何化学元素。在一个实施方式中，该金属可以是钒（即，其氧化物因此是氧化钒）。在一个实施方式中，SCR催化剂可以是基于氧化钒的催化剂。本文的“基于M的”组合物可以指包括大量的M元素/分子/化合物的组合物（根据上下文）。大量可以指至少30%-例如，至少40%、至少50%、至少60%、至少70%、至少80%、至少90%、至少95%、至少99%、或更高。根据上下文，本文中的%可以指的是重量百分比或者原子百分比。

根据用途，SCR催化剂可以具有任何适合的化学组合物。在一个实施方式中，SCR催化剂可包括钒、钨、钛、或它们相应的氧化物。在一个实施方式中， SCR催化剂可包括氧化钒-二氧化钛-氧化钨催化剂（V-TiO₂-WO₃）。在一个实施方式中，SCR催化剂包括重量百分比为约0.5%到约10%的钒、重量百分比为约0到约10%的氧化钨和重量百分比为约60%到约98%的二氧化钛。还可以是其他的组合物范围。

当提及本文的催化剂时，术语“有效量”可以指足以使包括所提及的催化剂的反应发生的任何合适的量。该反应可以指化学反应或物理反应。

SCR催化剂可以设置在基质上或者作为挤压成型催化剂。基质可以是可适于制备催化剂的任何材料。例如，载体可包括陶瓷，诸如金属氧化物，诸如耐火金属氧化物。氧化物可包括沸石、二氧化钛、氧化锆、氧化铈-氧化锆、二氧化硅、氧化铝-二氧化硅和氧化铝（例如，α-氧化铝、β-氧化铝等）等。在一个实施方式中，该基质可包括陶瓷蜂窝状结构或者金属蜂窝状结构。在一个实施方式中，该结构可包括流通式整体材料。可以采用任何合适的基质，诸如整体式基质，该整体式基质具有从基质的入口面或者出口面延伸穿过该基质的微细的且并行的气流通道，使得这些通道对于流经其中的流体流是开口的（称为蜂窝状流通式基质）。这些通道（可以是从流体入口到流体出口的直的通路）可以通过壁来限定，在这些壁上设置（例如，涂覆）催化材料作为载体涂料。在一个实施方式中，该构型允许气体流经这些通道以接触催化材料。该整体式基质的流道可以是薄壁通道，这些薄壁通道可以是任何适合的横截面形状和/或尺寸。例如，该形状可以是梯形、长方形、正方形、正弦曲线形、六角形、椭圆形、圆形等。这样的结构可以在每平方英寸的横截面上包括约60个到约600个或者更多的气体入口（即，孔）。根据用途，还可以是其他数目。

AMOX催化剂

根据用途，AMOX催化剂103可以是任何适合的氨氧化催化剂。AMOX催化剂可以配置成去除剩余的氨。这可以通过例如将尿素和/或氨添加到排气流来实现。在一个实施方式中，AMOX催化剂配置成还原NOx。这可以通过例如将尿素和/或氨添加到排气流来实现。AMOX催化剂也可以设置在基质上。该基质可以是适用于该用途的任何基质。例如，该基质可以是在上文的SCR部分中所描述的那些基质中的任一种基质。

DOC催化剂

根据用途，DOC催化剂104可以是任何适合的柴油氧化催化剂。氧化催化剂可以由提供未燃气体和非挥发性碳氢化合物（例如，VOF）和一氧化碳的有效燃烧的任一组合物制成。此外，氧化催化剂可以有效地将NOx组分中的很大比例的NO转变为NO₂。至少在一些实施方式中，“NOx组分中的NO大量转化为NO₂”是指至少20%-例如，至少30%、至少40%、至少50%、至少60%、至少70%、至少80%、至少90%、至少95%、至少99%或者更高。在一个实施方式中，大量转化是指在30%和60%之间。

根据用途，DOC催化剂可包括适用于柴油氧化的任何组合物。DOC催化剂可包括碱金属和/或其合金。碱金属可指碱金属或者碱土金属。替选地，DOC催化剂包括贵金属和/或其合金。在一个实施方式中，DOC催化剂可包括铂族金属元素。例如，铂族金属元素可以指铂、钯和铑。在一个实施方式中，DOC催化剂可包括铂、钯和铑中的至少一种。这些元素可以是以元素形式、合金形式、化合物形式或者混合物形式存在。

在一个实施方式中，DOC催化剂可以含有以高比表面积分散的铂族元素、与沸石（例如，β沸石）结合的耐火氧化物载体（例如，γ-氧化铝）。在一个实施方式中，当催化剂被设置在耐火氧化物基质（例如，流通式蜂窝状基质）上时，铂族金属元素的浓度可以为约10g/ft³到150g/ft³。在一些实施方式中，铂族金属元素可以在约20g/ft³到约130g/ft³的范围中，或者在约30g/ft³到约120g/ft³的范围中，或者在约40g/ft³到约110g/ft³的范围中或者在约50g/ft³到约100g/ft³的范围中。在一些替选实施方式中，铂族金属元素可以存在的浓度大于约10g/ft³、大于约20g/ft³、大于约30g/ft³、大于约40g/ft³、大于约50g/ft³、大于约60g/ft³、大于约70g/ft³、大于约80g/ft³、大于约90g/ft³、大于约100g/ft³、大于约110g/ft³、大于约120g/ft³或者更高。在一些其他实施方式中，铂族金属元素可以存在的浓度小于约120g/ft³、小于约110g/ft³、小于约100g/ft³、小于约90g/ft³、小于约80g/ft³、小于约70g/ft³、小于约60g/ft³、小于约50g/ft³、小于约40g/ft³、小于约30g/ft³或者更小。在一些其他实施方式中，铂族金属元素的浓度范围可以在上述列举的最小浓度和最大浓度的任何组合之间。

在一些实施方式中，DOC催化剂可包括铂、钯、铑、和钌和碱土金属氧化物（诸如，氧化镁、氧化钙、氧化锶或氧化钡）的混合物，铂族金属和碱土金属之间的原子比可以是约1：250到约1：1，并且尤其是约1：60到约1：6。

DOC催化剂还可设置在基质上。该基质可以是适用于该用途的任何基质。例如，该基质可以是上文的SCR部分中所描述的那些基质中的任一种基质。在另一实施方式中，该基质可以是金属基质。在一个实施方式中，DOC催化剂组合物可以覆盖在由耐火金属材料或耐火陶瓷材料（例如，堇青石）制成的蜂窝状流通式整体基质。替选地，氧化催化剂可以形成在金属泡沫基质或者陶瓷泡沫基质上。在一个实施方式中，氧化催化剂通过设有该氧化催化剂的基质（例如，开孔的陶瓷泡沫）和/或通过其内在的氧化催化活性而可以提供一定程度的颗粒去除。该氧化催化剂可以去除来自壁流式过滤器的的上游的排气流的一些颗粒物质，这是由于在过滤器上的颗粒质量的减小可延长在被迫再生之前的时间。

结论

不管在本申请中所引用的所有文献和类似材料的格式如何，这些文献和类似材料的全部内容通过引用明确地并入本文，这些文献和类似材料包括但不限于专利、专利申请、论文、书籍、专著和网页。如果所并入的文献和类似材料中的一个或多个与本申请不同或者与本申请相抵触，包括但不限于所限定的术语、术语用途、所描述的方法等，则本申请起作用。

尽管已经结合各种实施方式和示例描述了该教导，但本实用新型的目的不在于使该教导受限于这样的实施方式或示例。反之，该教导包括各种替选实施方式、变型和等同物，如本领域的技术人员将理解的。

尽管本文中已描述和示出了本实用新型的各种实施方式，但本领域的普通技术人员会容易地设想各种其他装置和/或结构，以用于执行所述功能和/或获得本文所描述的结果和/或一个或多个优点，并且这样的变化和/或变型中的每一个均被视为在本文所描述的本实用新型的实施方式的范围内。更一般地说，本领域的技术人员将容易地理解本文所描述的所有参数、尺寸、材料和配置是示例性的并且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于本实用新型的教导的具体应用或者用途。本领域的技术人员将认识到本文所描述的本实用新型的特定实施方式的多个等同物。因此，应该理解，前述实施方式仅通过示例的方式呈现，并且在所附权利要求书和其等同物的范围内，可以以与具体描述的且要求保护的方式不同的方式来实行本实用新型的实施方式。本实用新型的实施方式指向本文所描述的每个单独的特征、系统、物品、材料、装备和/或方法。此外，如果这样的特征、系统、物品、材料、装备和/或方法不互相矛盾，则这样的特征、系统、物品、材料、装备和/或方法中的的两个或更多个的任一组合被包括在本实用新型的范围内。

此外，本文描述的技术可以体现为方法，已经提供了该方法的至少一个示例。可以以任何合适的方式排序作为该方法的一部分而执行的动作。因此，可以构造以与所描述的顺序不同的顺序执行其动作的实施方式，该实施方式可以包括同时执行一些动作，即使这些动作在示例性实施方式中示为连续的动作。

本文所限定的和所使用的所有定义应该被理解为控制字典定义、通过引用并入的文献中的定义、和/或限定的术语的通常含义。

除非明确指出相反的含义，否则本文说明书和权利要求书中所用的不定冠词“一”应该被理解为是指“至少一个”。本文所引用的任何范围是包含性的。

在整个该说明书中所用的术语“基本上”和“约”用来描述和解释小的波动。例如，它们可以是指小于或等于±5%，诸如小于或等于±2%，诸如小于或等于±1%，诸如小于或等于±0.5%，诸如小于或等于±0.2%，诸如小于或等于±0.1%，诸如小于或等于±0.05%。

在本文的说明书和权利要求书中所用的词组“和/或”应该被理解为指所结合的元素的“一个或两个”，即，在一些情况下结合存在的元素和在其他情况下分离地存在的元素。以“和/或”列举的多个元素应该以相同的方式理解，即，所结合的元素的“一个或多个”。可选地存在与通过“和/或”子句明确指出的元素不同的其他元素，而不管与明确指出的那些元素相关或不相关。因此，作为非限制性示例，当“A和/或B”结合开放式的语言诸如“包括”使用时，“A和/或B”在一个实施方式中可以仅指A（可选地包括与B不同的元素）；在另一实施方式中可以仅指B（可选地包括与A不同的元素）；在另一实施方式中，可以指A和B（可选地包括其他元素）；等。

在本文的说明书和权利要求书中所用的“或”应该被理解为具有与上文所限定的“和/或”的含义相同的含义。例如，当分开列表中的项目时，“或”或“和/或”应该被理解为包含性的，即，包含至少一种，也包含许多元素或一系列元素中的多于一种且可选地包括其它未列出的项目。只有明确指出相反含义的术语，诸如“仅一个”或“只有一个”或者“由…组成”（当在权利要求书中使用时）是指仅包括许多元素或一系列元素中的一个元素。通常，当在本文所用的术语“或”前面加上排它性术语时，诸如“任何一个”、“一个”、“仅一个”或者“只有一个”时，术语“或”应解释为仅指排它性的替选元素（即“一个或另一个，但不是两者”）。当在权利要求书中使用“主要由…组成”时，该“主要由…组成”应该具有专利法领域中所用的普通含义。

在本文的说明书和权利要求书中所用的术语“至少一个”（结合包括一个或多个元素的列表）应该被理解为指选自元素列表中的元素中的任何一个或多个元素的至少一个元素，但是不一定包括元素列表内明确列出的每个元素并且不排除在元素列表中的元素的任何组合。该定义还允许可选地存在与术语“至少一个”所涉及的元素列表内明确指出的元素不同的元素，而不管与明确指出的那些元素相关或不相关。因此，作为非限制性示例，“A和B中的至少一个”（或者，等同地，“A或B中的至少一个”或者，等同地，“A和/或B中的至少一个”）在一个实施方式中可以指至少一个、可选地包括多于一个，即存在A而不存在B（可选地包括与B不同的元素）；在另一实施方式中可以指至少一个、可选地包括多于一个，即存在B而不存在A（可选地包括与A不同的元素）；在另一实施方式中可以指至少一个、可选地包括多于一个（即A和B）（可选地包括其他元素）；等。

在权利要求书和上文的说明书中，所有的连接词诸如“包括”、“包含”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”等应该被理解为是开放式的，即，包括但不限于此。仅连接词“由…组成”和“主要由…组成”应该分别是封闭的连接词或者半封闭的连接词，如美国专利局专利审查程序手册的第2111.03节所述。

权利要求书不应该被理解为受限于所描述的顺序或元素，除非另有说明。应该理解，本领域的普通技术人员可以做出形式和细节上的各种变更而不脱离所附的权利要求书的精神和范围。要求保护所附的权利要求书及其等同物的精神和范围内的所有实施方式。

Claims

1.一种后处理系统，包括：

一个排气系统，所述排气系统包括：

有效量的选择性催化还原催化剂，所述选择性催化还原催化剂设置在至少一种基质上或作为挤压成型催化剂并且所述选择性还原催化剂处在所述排气系统的排气流中，所述选择性还原催化剂包括金属氧化物；

有效量的氨氧化催化剂，所述氨氧化催化剂加入到排气流中或设置在一种基质上并且处在所述排气系统的排气流中的所述选择性还原催化剂的下游；和

有效量的柴油氧化催化剂，所述柴油氧化催化剂设置在一种基质上并且处在所述排气系统的排气流中氨氧化催化剂的下游。

2.根据权利要求1所述的后处理系统，其中，所述选择性催化还原催化剂包括过渡金属氧化物。

3.根据权利要求1所述的后处理系统，其中，所述选择性催化还原催化剂包括氧化钒。

4.根据权利要求1所述的后处理系统，其中，所述选择性催化还原催化剂包括氧化钒、二氧化钛和氧化钨。

5.根据权利要求1所述的后处理系统，其中，所述选择性催化还原催化剂包括配置成在还原剂的存在下还原一定量的NOx的组合物。

6.根据权利要求1所述的后处理系统，其中，所述选择性催化还原催化剂包括重量百分比为约0.5%到约10%的钒。

7.根据权利要求1所述的后处理系统，其中，所述氨氧化催化剂被配置成去除剩余的氨。

8.根据权利要求1所述的后处理系统，其中，所述氨氧化催化剂被配置成还原NOx。

9.根据权利要求1所述的后处理系统，其中，所述柴油氧化催化剂包括铂、钯和铑中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的后处理系统，其中，所述柴油氧化催化剂被设置在包括氧化铝和/或沸石的金属氧化物基质上。