JP2012522930A - HC-SCR system for lean burn engines - Google Patents

HC-SCR system for lean burn engines Download PDF

Info

Publication number
JP2012522930A
JP2012522930A JP2012503647A JP2012503647A JP2012522930A JP 2012522930 A JP2012522930 A JP 2012522930A JP 2012503647 A JP2012503647 A JP 2012503647A JP 2012503647 A JP2012503647 A JP 2012503647A JP 2012522930 A JP2012522930 A JP 2012522930A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exhaust
catalyst
slip
pipe
scr
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP2012503647A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
ワン,チュン−ツォン
バーク,パトリック
チョン,シヤオライ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF Catalysts LLC
BASF Corp
Original Assignee
BASF Catalysts LLC
BASF Corp
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
Application filed by BASF Catalysts LLC, BASF Corp filed Critical BASF Catalysts LLC
Publication of JP2012522930A publication Critical patent/JP2012522930A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust 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
    • F01N3/18Exhaust 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
    • F01N3/20Exhaust 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
    • F01N3/2066Selective catalytic reduction [SCR]
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust 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
    • F01N3/18Exhaust 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
    • F01N3/20Exhaust 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation 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
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/54Nitrogen compounds
    • B01D53/56Nitrogen oxides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation 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
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust 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
    • F01N3/023Exhaust 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
    • F01N3/0231Exhaust 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]
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust 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
    • F01N3/103Oxidation catalysts for HC and CO only
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust 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
    • F01N3/24Exhaust 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 constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28Construction of catalytic reactors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/30Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a fuel reformer
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2410/00By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/03Adding substances to exhaust gases the substance being hydrocarbons, e.g. engine fuel
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

排気流中のNOx排出量を削減するためのシステムおよび方法が提供される。スリップ流中の部分酸化触媒および炭化水素選択的触媒還元触媒上での炭化水素変換を備えるシステムが、説明される。本排出処理システムは、ディーゼルエンジン、希薄燃焼ガソリンエンジン、および機関車エンジンを含む希薄燃焼エンジンからの排気流の処置に対して、有利に使用される。
【選択図】なし
Systems and methods are provided for reducing NOx emissions in an exhaust stream. A system comprising hydrocarbon conversion on a partial oxidation catalyst and a hydrocarbon selective catalytic reduction catalyst in a slip stream is described. The exhaust treatment system is advantageously used for the treatment of exhaust flows from lean combustion engines including diesel engines, lean burn gasoline engines, and locomotive engines.
[Selection figure] None

Description

関連特許の相互参照
本出願は、35USC§119(e)の下で、2009年4月2日に出願された米国仮出願第61/166,047号、2009年4月2日に出願された米国仮出願第61/166,603号、および2009年4月16日に出願された米国仮出願第61/169,932号の優先権の利益を主張し、それらは参照によって、本明細書に組み込まれる。
CROSS REFERENCE TO RELATED PATENT This application was filed on April 2, 2009, US Provisional Application No. 61 / 166,047, filed April 2, 2009 under 35 USC §119 (e) US Provisional Application No. 61 / 166,603, and US Provisional Application No. 61 / 169,932, filed April 16, 2009, claim the benefit of priority, which is incorporated herein by reference. Incorporated.

本発明は、排気ガス流中の汚染物質を減少させるのに有用な、排出処理システムおよび方法に関する。具体的に、本発明の実施形態は、NOxを還元するための排出処理システム、および使用の方法を対象とし、本システムは、水素と排気ガス流との分割を生成する部分酸化触媒上での炭化水素変換を含む。   The present invention relates to an exhaust treatment system and method useful for reducing pollutants in an exhaust gas stream. Specifically, embodiments of the present invention are directed to an exhaust treatment system for reducing NOx, and a method of use, the system on a partial oxidation catalyst that produces a split between hydrogen and an exhaust gas stream. Includes hydrocarbon conversion.

希薄燃焼エンジン、例えば、ディーゼルエンジン、希薄燃焼ガソリンエンジン、および機関車エンジンの動作は、優れた燃費を提供し、燃料希薄条件の下、高い空燃比でのそれらの動作のため、気相炭化水素および一酸化炭素の排出量が非常に低い。また、ディーゼルエンジンは特に、それらの耐久性、および低速で高いトルクを生成するそれらの能力の観点から、ガソリンエンジンに勝る大きな利点を提供する。希薄燃焼エンジンからの効果的なNOxの削減は、燃料希薄条件下でのNOx変換率が非常に低いため、達成することが困難である。したがって、無害な成分への排気流のNOx成分の変換は、一般的に、燃料希薄条件下での動作に対する、特殊なNOx削減戦略を必要とする。   The operation of lean-burn engines, for example diesel engines, lean-burn gasoline engines, and locomotive engines, provides excellent fuel economy and because of their operation at high air-fuel ratios under lean fuel conditions, gas phase hydrocarbons And carbon monoxide emissions are very low. Diesel engines also offer significant advantages over gasoline engines, especially in terms of their durability and their ability to produce high torque at low speeds. Effective NOx reduction from lean burn engines is difficult to achieve because the NOx conversion rate under lean fuel conditions is very low. Thus, the conversion of the NOx component of the exhaust stream to a harmless component generally requires a special NOx reduction strategy for operation under fuel lean conditions.

希薄燃焼エンジンからの排気流中のNOxの削減に対する、1つのかかる戦略は、当技術分野において「希薄NOxトラップ(LNT)」としても知られている、NOx吸蔵還元(NSR)触媒を使用することである。LNT触媒は、希薄条件下で、窒素の酸化物を吸収または「トラッピング」することができる。LNT触媒は、希薄条件下で、窒素の酸化物を吸収または「トラッピング」することができるNOx収着剤、および酸化および還元機能を有する触媒を提供する白金族金属成分を含有する。動作において、LNT触媒は、等式1〜5において、以下で説明される一連の素過程を促進する。酸化環境において、NOは、NO2(等式1)に酸化され、それは、NOx吸蔵の重要な過程である。低温で、この反応は、典型的に、白金族金属成分、例えば、白金成分によって触媒される。酸化プロセスは、ここで停止しない。また、原子酸素の取り込みによる、NO2の硝酸へのさらなる酸化も、触媒反応(等式2)である。白金族金属成分の不在において、NO2がNOx源として使用される時でも、わずかな硝酸形成が存在する。白金族金属成分は、酸化および還元の二重の機能を有する。その還元の役割のために、白金族金属成分は、第1に、還元の導入の際、NOxの放出を触媒する、例えば、CO(一酸化炭素)、H2(水素)、またはHC(炭化水素)を排気(等式3)に触媒する。この過程は、幾つかのNOx吸蔵サイトを回復し得るが、NOx種の限られた還元に寄与し得る。放出されたNOxは、次いで、濃密環境(等式4および5)の気体N2にさらに還元される。NOx放出は、正味酸化環境においても、燃料注入によって誘発され得る。しかしながら、H2、CO、またはHCによって放出されたNOxの効率的な還元は、全体の正味濃密条件を必要とする。また、温度の急上昇は、高温で、金属硝酸の安定性が低いため、NOx放出の引き金と成り得る。NOxトラップ触媒は、循環作業である。金属化合物は、希薄/濃密動作の間、主要な経路として、炭酸/硝酸変換することが考えられる。

NOからNO2への酸化
NO+122→NO2 (1)

硝酸としてのNOx吸蔵
2NO2+MCO3124O2→M(NO32+CO2 (2)

NOx放出
M(NO32+2CO→MCO3+NO2+NO+CO2 (3)

2へのNOx還元
NO2+CO→NO+CO2 (4)
2NO+2CO→N2+2CO2 (5)
One such strategy for the reduction of NOx in the exhaust stream from a lean burn engine is to use a NOx storage reduction (NSR) catalyst, also known in the art as a “lean NOx trap (LNT)”. It is. LNT catalysts can absorb or “trap” nitrogen oxides under lean conditions. LNT catalysts contain a NOx sorbent capable of absorbing or “trapping” nitrogen oxides under lean conditions, and a platinum group metal component that provides a catalyst with oxidation and reduction functions. In operation, the LNT catalyst facilitates a series of elementary processes described below in equations 1-5. In an oxidizing environment, NO is oxidized to NO 2 (Equation 1), which is an important process of NOx storage. At low temperatures, this reaction is typically catalyzed by a platinum group metal component, such as a platinum component. The oxidation process does not stop here. Further oxidation of NO 2 to nitric acid by incorporation of atomic oxygen is also a catalytic reaction (Equation 2). In the absence of the platinum group metal component, even when the NO 2 is used as the NOx source, there is slight nitrate formation. The platinum group metal component has a dual function of oxidation and reduction. Because of its reduction role, the platinum group metal component firstly catalyzes the release of NOx upon introduction of reduction, for example, CO (carbon monoxide), H 2 (hydrogen), or HC (carbonization). Hydrogen) is catalyzed to exhaust (Equation 3). This process can restore some NOx storage sites, but can contribute to the limited reduction of NOx species. The released NOx is then further reduced to gaseous N2 in a dense environment (Equations 4 and 5). NOx emissions can also be triggered by fuel injection, even in a net oxidizing environment. However, efficient reduction of NOx released by H 2 , CO, or HC requires overall net dense conditions. Also, the rapid rise in temperature can trigger NOx release due to the high temperature and low stability of metallic nitric acid. The NOx trap catalyst is a circulating operation. It is conceivable that the metal compound undergoes carbonic / nitric acid conversion as the main pathway during lean / dense operation.

Oxidation of NO to NO 2 NO + 1/2 O 2 → NO 2 (1)

NOx as nitrate occluding 2NO 2 + MCO 3 + 1/ 2 4O 2 → M (NO 3) 2 + CO 2 (2)

NOx release M (NO 3 ) 2 + 2CO → MCO 3 + NO 2 + NO + CO 2 (3)

NOx reduction to N 2 NO 2 + CO → NO + CO 2 (4)
2NO + 2CO → N 2 + 2CO 2 (5)

等式2および3において、Mは二価金属カチオンを示し、また、Mは、一価または三価金属化合物でもあり、その場合、等式は再平衡される必要がある。   In Equations 2 and 3, M represents a divalent metal cation, and M is also a monovalent or trivalent metal compound, in which case the equations need to be re-equilibrated.

NOおよびNO2からN2への還元が、濃密期間の間、NSR触媒の存在下で発生すると同時に、アンモニア(NH3)は、NSR触媒の濃密パルス再生の副生成物としても形成し得ることが観察されている。例えば、NOの還元は、等式6および7で進行し得る。

NOからNH3への還元
CO+H2O→H2+CO2 (6)
2NO+5H2→2NH3+2H2O (7)
NO and NO 2 to N 2 reduction occur in the presence of the NSR catalyst during the dense period, while ammonia (NH 3 ) can also form as a by-product of the dense pulse regeneration of the NSR catalyst. Has been observed. For example, the reduction of NO can proceed with equations 6 and 7.

Reduction from NO to NH 3 CO + H 2 O → H 2 + CO 2 (6)
2NO + 5H 2 → 2NH 3 + 2H 2 O (7)

NSR触媒のこの性質は、それ自体は有害な成分であるNH3が、排気物が大気中に放出される前に、直ちに無害の種に変換されなければならないことも命じる。 This property of the NSR catalyst also mandates that NH 3 , which is itself a harmful component, must be immediately converted to a harmless species before the exhaust is released into the atmosphere.

自動車用途(希薄燃焼エンジンからの排気の処置を含む)の発展下で、NOxの削減の代替的戦略は、選択的触媒還元(SCR)触媒技術を使用する。戦略、例えば、燃焼排ガスの処置は、固定汚染源に適用される時、効果的であることが証明されている。この戦略において、NOxは、典型的に卑金属から成るSCR触媒上で、還元体、例えば、NH3を用いて、窒素(N2)に還元される。この技術は、90%を超えるNOx還元が可能であり、よって、挑戦的なNOx還元目標を達成する最良の手法のうちの1つであることを示す。 In developing under automotive applications (including treating exhaust from lean burn engines), alternative strategies reduction of the NO x uses selective catalytic reduction (SCR) catalyst technology. Strategies, such as flue gas treatment, have proven effective when applied to stationary sources. In this strategy, NO x is reduced to nitrogen (N 2 ) using a reductant, such as NH 3 , over an SCR catalyst that typically consists of a base metal. This technique is capable of over 90% NO x reduction, thus indicating that it is one of the best ways to achieve challenging NO x reduction goals.

アンモニアは、SCR技術を使用する希薄条件で、NOxに対して最も効果的な還元体のうちの1つである。ディーゼルエンジン(主に大型ディーゼル車)中のNOxの削減に対して調査されている手法のうちの1つは、尿素を還元体として利用することである。加水分解がアンモニアを産生する際、尿素は、200〜600℃範囲の温度において、SCR触媒の前で、排気物中に注入される。この技術の主な不利な点のうちの1つは、自動車に搭載される尿素を収容するための超大型リザーバの必要性である。別の重大な懸念は、必要に応じてリザーバに尿素を補充することへのこれらの自動車の操縦者の関与、および操縦者に尿素を供給する設備の必要条件である。したがって、排気ガスのNOx処置のために、還元体として搭載燃料を利用する、負担の軽く、代替的技術が所望される。 Ammonia is one of the most effective reductants for NO x in lean conditions using SCR technology. One approach that has been investigated for the reduction of NO x in diesel engines (mainly large diesel vehicles) is to use urea as a reductant. As the hydrolysis produces ammonia, urea is injected into the exhaust before the SCR catalyst at a temperature in the range of 200-600 ° C. One of the main disadvantages of this technology is the need for a very large reservoir to contain urea that is mounted on the vehicle. Another significant concern is the driver's involvement in replenishing the reservoir with urea as needed, and the equipment requirements for supplying the driver with urea. Therefore, a light and alternative technology that uses the onboard fuel as a reductant for NOx treatment of exhaust gas is desired.

炭化水素を使用するNOxの選択的触媒還元(HC−SCR)は、酸素濃密条件下でのNOxの除去のための潜在的な代替的方法として、広く研究されている。典型的に、イオン交換基金属ゼオライト触媒(例えば、Cu−ZSM5)は、典型的な自動車操縦条件下において、十分に活発ではなく、二酸化硫黄および浸水による分解に影響を受けやすい。白金族金属(例えば、Pt/Al23)を用いる触媒は、180℃〜220℃の狭い温度ウィンドウで効果的に作動し、N2O産生に対して非常に選択的である。 Selective catalytic reduction of the NO x that uses hydrocarbon (HC-SCR) has as a potential alternative method for the removal of NOx in an oxygen dense conditions, has been extensively studied. Typically, ion exchange group metal zeolite catalysts (eg, Cu-ZSM5) are not active enough under typical vehicle handling conditions and are susceptible to decomposition by sulfur dioxide and flooding. Catalysts using platinum group metals (eg, Pt / Al 2 O 3 ) operate effectively in a narrow temperature window between 180 ° C. and 220 ° C. and are very selective for N 2 O production.

アルミナ担持銀(Ag/Al23)を使用した触媒装置は、多岐にわたる炭化水素種と共に、希薄排気条件下で、NOxを選択的に還元する能力のため、注目を受けている。Ag/Al23上での炭化水素、およびアルコール、アルデヒド、ならびに機能性有機化合物の使用は、450℃以下の温度で、NOxの還元を可能にする。上で列挙される分子に加えて、また、ディーゼル燃料は、還元体としても使用され得る。ディーゼル燃料は、ディーゼル式自動車に対して、追加のタンクを必要としない。ディーゼル燃料は、エンジン管理を変化することによって、またはディーゼル燃料の追加の注入器を排気トレインに供給することによって、排出量システムに供給され得る。しかしながら、現在のHC−SCR触媒システムは、不十分な耐久性を示す。燃料分解に起因する触媒のコーキング、および堆積上の燃料および石油に由来する触媒および硫黄被毒は、比較的短い動作時間で、触媒性能低下を引き起こす。触媒は、所望の性能を維持するために、頻繁かつ費用のかかる再生を経なければならない。 Catalytic devices using alumina-supported silver (Ag / Al 2 O 3 ) have received attention due to their ability to selectively reduce NO x under lean exhaust conditions, along with a wide variety of hydrocarbon species. The use of hydrocarbons and alcohols, aldehydes, and functional organic compounds over Ag / Al 2 O 3 allows the reduction of NO x at temperatures below 450 ° C. In addition to the molecules listed above, diesel fuel can also be used as a reductant. Diesel fuel does not require additional tanks for diesel-powered vehicles. Diesel fuel can be supplied to the emissions system by changing engine management or by supplying additional injectors of diesel fuel to the exhaust train. However, current HC-SCR catalyst systems exhibit poor durability. Catalyst coking due to fuel cracking, and catalyst and sulfur poisoning from fuel and petroleum on the deposit, cause catalyst performance degradation in relatively short operating times. The catalyst must undergo frequent and costly regeneration to maintain the desired performance.

これらの様々な代替物をよそに、還元体としてディーゼル燃料を使用する、商業的に利用可能な実用的な炭化水素SCR触媒は存在しない。したがって、HC−SCR技術を用いた耐久性のあるNOx還元活性を提供するシステムおよび方法の必要性が、当技術分野において存在する。   Despite these various alternatives, there are no commercially available practical hydrocarbon SCR catalysts that use diesel fuel as the reductant. Accordingly, there is a need in the art for systems and methods that provide durable NOx reduction activity using HC-SCR technology.

本発明の1つ以上の実施形態は、希薄燃焼エンジンからの排気流中のNOx削減のための排出処理システムを対象とする。システムの一実施形態は、エンジン排気流と流体連通している主排気管と、主排気管と流体連通している炭化水素選択的触媒還元触媒(HC−SCR)と、を備える。
スリップ排気流管は、スリップ排気流管と流体連通している触媒部分酸化(CPO)触媒を流過する、スリップ排気流を提供するために、主排気管からの一部の排気流を、スリップ排気流管中に迂回させるための第1の接合部によって、主排気管から分岐し、主排気管に接続される。炭化水素注入器は、スリップ流中のCPO触媒の上流に設置される。第1の接合部から下流の第2の接合部は、スリップ排気流をHC−SCRの上流で主排気管に再導入する。CPOは、一部の炭化水素を一酸化炭素および水素に変換するのに効果的である。
One or more embodiments of the present invention are directed to an exhaust treatment system for NOx reduction in the exhaust stream from a lean burn engine. One embodiment of the system includes a main exhaust pipe in fluid communication with the engine exhaust stream and a hydrocarbon selective catalytic reduction catalyst (HC-SCR) in fluid communication with the main exhaust pipe.
A slip exhaust flow pipe slips a portion of the exhaust stream from the main exhaust pipe to provide a slip exhaust flow, which flows through a catalytic partial oxidation (CPO) catalyst in fluid communication with the slip exhaust flow pipe. A first junction for bypassing into the exhaust flow pipe branches off from the main exhaust pipe and is connected to the main exhaust pipe. A hydrocarbon injector is installed upstream of the CPO catalyst in the slip stream. A second joint downstream from the first joint reintroduces the slip exhaust stream into the main exhaust pipe upstream of the HC-SCR. CPO is effective in converting some hydrocarbons to carbon monoxide and hydrogen.

1つ以上の実施形態において、CPOは、下流のHC−SCR触媒に対して、十分な水素および適切な量の炭化水素を提供するように設計される。1つ以上の実施形態において、炭化水素注入装置は、スリップ排気流管中に注入された炭化水素の量を調節するように適合された、計量装置を含む。1つ以上の実施形態に従って、炭化水素は燃料である。   In one or more embodiments, the CPO is designed to provide sufficient hydrogen and an appropriate amount of hydrocarbons for the downstream HC-SCR catalyst. In one or more embodiments, the hydrocarbon injection device includes a metering device adapted to adjust the amount of hydrocarbon injected into the slip exhaust flow tube. According to one or more embodiments, the hydrocarbon is a fuel.

1つ以上の実施形態において、スリップ排気流管中に迂回される排気ガスの一部は、最大約10%の総排気流量である。1つ以上の実施形態は、スリップ排気流管に迂回された排気ガスのパーセンテージを制限するために、スリップ排気流管の第1の接合部で、計量装置をさらに備える。1つ以上の実施形態において、CPO触媒は白金族金属を含有する。CPO触媒の白金族金属の例は、白金、パラジウム、ロジウム、およびそれらの組み合わせを含む。 In one or more embodiments, the portion of the exhaust gas that is diverted into the slip exhaust flow tube has a total exhaust flow rate of up to about 10%. One or more embodiments further comprise a metering device at the first junction of the slip exhaust flow tube to limit the percentage of exhaust gas diverted to the slip exhaust flow tube. In one or more embodiments, the CPO catalyst contains a platinum group metal. Examples of platinum group metals for CPO catalysts include platinum, palladium, rhodium, and combinations thereof.

1つ以上の実施形態において、CPO触媒およびHC−SCRのうちの1つ、またはそれらの双方は、フロースルーモノリス上に配置される。1つ以上の実施形態において、本システムは、HC−SCR触媒の下流にディーゼル微粒子フィルタ(DPF)を含む。1つ以上の実施形態において、本システムは、HC−SCR触媒の上流にディーゼル微粒子フィルタ(DPF)を含む。1つ以上の実施形態において、ディーゼル微粒子フィルタ(DPF)は、主排気管の流体連通における、第1の接合部と第2の接合部との間に設置される。1つ以上の実施形態において、本システムは、DPFおよびHC−SCR触媒の上流にディーゼル酸化触媒(DOC)を含む。1つ以上の実施形態において、本システムは、DPFおよびHC−SCR触媒の上流にディーゼル酸化触媒(DOC)を含む。1つ以上の実施形態において、本システムは、DPFおよびHC−SCR触媒の上流にディーゼル酸化触媒(DOC)を含む。1つ以上の実施形態において、本システムは、ディーゼル酸化触媒(DOC)が、主排気管と流体連通している第1の接合部の下流に設置されることを含む。1つ以上の実施形態において、本システムは、ディーゼル酸化触媒(DOC)が、主排気管と流体連通している第1の接合部の下流に設置されることを含む。1つ以上の実施形態において、本システムは、ディーゼル酸化触媒(DOC)が、主排気管と流体連通している第1の接合部の下流に設置されることを含む。   In one or more embodiments, one or both of the CPO catalyst and HC-SCR are disposed on the flow-through monolith. In one or more embodiments, the system includes a diesel particulate filter (DPF) downstream of the HC-SCR catalyst. In one or more embodiments, the system includes a diesel particulate filter (DPF) upstream of the HC-SCR catalyst. In one or more embodiments, a diesel particulate filter (DPF) is installed between the first joint and the second joint in fluid communication with the main exhaust pipe. In one or more embodiments, the system includes a diesel oxidation catalyst (DOC) upstream of the DPF and HC-SCR catalyst. In one or more embodiments, the system includes a diesel oxidation catalyst (DOC) upstream of the DPF and HC-SCR catalyst. In one or more embodiments, the system includes a diesel oxidation catalyst (DOC) upstream of the DPF and HC-SCR catalyst. In one or more embodiments, the system includes a diesel oxidation catalyst (DOC) installed downstream of the first junction in fluid communication with the main exhaust pipe. In one or more embodiments, the system includes a diesel oxidation catalyst (DOC) installed downstream of the first junction in fluid communication with the main exhaust pipe. In one or more embodiments, the system includes a diesel oxidation catalyst (DOC) installed downstream of the first junction in fluid communication with the main exhaust pipe.

1つ以上の実施形態において、本システムは、ディーゼル酸化触媒(DOC)が、第1の接合部の下流およびDPFの上流に設置され、主排気管と流体連通していることを含む。1つ以上の実施形態において、本システムは、DOCおよびDPFが、単一の構成要素に統合されることを含む。1つ以上の実施形態において、本システムは、HC−SCR触媒の下流にNH3−SCR触媒を含む。1つ以上の実施形態において、本システムは、HC−SCR触媒の下流に酸化触媒を含む。   In one or more embodiments, the system includes a diesel oxidation catalyst (DOC) installed downstream of the first junction and upstream of the DPF and in fluid communication with the main exhaust pipe. In one or more embodiments, the system includes the DOC and DPF being integrated into a single component. In one or more embodiments, the system includes an NH3-SCR catalyst downstream of the HC-SCR catalyst. In one or more embodiments, the system includes an oxidation catalyst downstream of the HC-SCR catalyst.

本発明の別の態様は、排気流を処置する方法に関連する。方法の一実施形態において、排気流は主排気管を通過し、その排気流の一部はスリップ排気流管を通過する。主排気管は炭化水素選択的触媒還元触媒(HC−SCR)を含み、スリップ排気流管は、スリップ流管と流体連通している触媒部分酸化(CPO)触媒およびCPOの上流に炭化水素注入器を含む。スリップ排気流管は、第1の接合部で主排気管から分岐し、CPOと流体連通している。スリップ排気流管は、HC−SCRの上流の第2の接合部で、主排気管に再接合する。CPOは、スリップ排気流管中の一部の炭化水素を一酸化炭素および水素に変換するために、適合されている。   Another aspect of the invention relates to a method of treating an exhaust stream. In one embodiment of the method, the exhaust stream passes through the main exhaust pipe and a portion of the exhaust stream passes through the slip exhaust flow pipe. The main exhaust pipe includes a hydrocarbon selective catalytic reduction catalyst (HC-SCR), the slip exhaust flow pipe is a catalytic partial oxidation (CPO) catalyst in fluid communication with the slip flow pipe and a hydrocarbon injector upstream of the CPO. including. The slip exhaust flow pipe branches from the main exhaust pipe at the first junction and is in fluid communication with the CPO. The slip exhaust flow pipe is rejoined to the main exhaust pipe at the second joint upstream of the HC-SCR. CPO is adapted to convert some hydrocarbons in slip exhaust flow tubes to carbon monoxide and hydrogen.

方法の1つ以上の実施形態において、スリップ排気流管中への炭化水素注入器の量は、計量装置によって調節される。1つ以上の実施形態において、炭化水素は搭載燃料である。1つ以上の実施形態において、排気流の第1のパーセンテージは主排気管を通過し、排気流の第2のパーセンテージはスリップ排気流管を通過し、第1のパーセンテージは第2のパーセンテージよりも大きい。1つ以上の実施形態において、排気流の第2のパーセンテージは、第1の接合部に近いスリップ排気流管内に設置された、計量装置によって調節される。方法の1つ以上の実施形態は、排気流を、HC−SCR触媒の上流に設置されたディーゼル微粒子フィルタを通して、主排気管中に通過させることをさらに含む。   In one or more embodiments of the method, the amount of hydrocarbon injector into the slip exhaust flow tube is adjusted by a metering device. In one or more embodiments, the hydrocarbon is an onboard fuel. In one or more embodiments, a first percentage of the exhaust flow passes through the main exhaust pipe, a second percentage of the exhaust flow passes through the slip exhaust flow pipe, and the first percentage is greater than the second percentage. large. In one or more embodiments, the second percentage of exhaust flow is adjusted by a metering device installed in a slip exhaust flow tube near the first junction. One or more embodiments of the method further include passing the exhaust stream through a diesel particulate filter installed upstream of the HC-SCR catalyst and into the main exhaust pipe.

方法の1つ以上の実施形態は、排気流を、HC−SCR触媒の下流に設置されたディーゼル微粒子フィルタを通して、主排気管中に通過させることを含み得る。方法の1つ以上の実施形態は、排気流を、第1の接合部の下流および第2の接合部の上流に設置された、ディーゼル微粒子フィルタを通して、主排気管中に通過させることを含み得る。方法の1つ以上の実施形態は、排気流を、ディーゼル微粒子フィルタの上流に設置されたディーゼル酸化触媒を通して、主排気管中に通過させることを含み得る。方法の1つ以上の実施形態は、排気流を、ディーゼル微粒子フィルタの上流に設置されたディーゼル酸化触媒を通して、主排気管中に通過させることを含み得る。方法の1つ以上の実施形態は、排気流を、ディーゼル微粒子フィルタの上流に設置されたディーゼル酸化触媒を通して、主排気管中に通過させることを含み得る。方法の1つ以上の実施形態は、排気流を、第1の接合部の下流に設置されたディーゼル酸化触媒を通して、主排気管中に通過させることを含み得る。方法の1つ以上の実施形態は、排気流を、第1の接合部の下流に設置されたディーゼル酸化触媒を通して、主排気管中に通過させることを含み得る。
One or more embodiments of the method may include passing the exhaust stream through a diesel particulate filter installed downstream of the HC-SCR catalyst and into the main exhaust pipe. One or more embodiments of the method may include passing the exhaust stream through a diesel particulate filter installed downstream of the first joint and upstream of the second joint into the main exhaust pipe. . One or more embodiments of the method may include passing the exhaust stream through a diesel oxidation catalyst installed upstream of the diesel particulate filter and into the main exhaust pipe. One or more embodiments of the method may include passing the exhaust stream through a diesel oxidation catalyst installed upstream of the diesel particulate filter and into the main exhaust pipe. One or more embodiments of the method may include passing the exhaust stream through a diesel oxidation catalyst installed upstream of the diesel particulate filter and into the main exhaust pipe. One or more embodiments of the method may include passing the exhaust stream through a diesel oxidation catalyst installed downstream of the first joint and into the main exhaust pipe. One or more embodiments of the method may include passing the exhaust stream through a diesel oxidation catalyst installed downstream of the first joint and into the main exhaust pipe.

方法の1つ以上の実施形態は、排気流を、第1の接合部の下流に設置されたディーゼル酸化触媒を通して、主排気管中に通過させることを含み得る。方法の1つ以上の実施形態は、排気流を、第1の接合部の下流およびディーゼル微粒子フィルタの上流に設置されたディーゼル酸化触媒を通して、主排気管中に通過させることを含み得る。方法の1つ以上の実施形態は、排気流を、第1の接合部の下流およびディーゼル微粒子フィルタの上流に設置されたディーゼル酸化触媒を通して、主排気管中に通過させることを含み得る。方法の1つ以上の実施形態は、排気流を、第1の接合部の下流およびディーゼル微粒子フィルタの上流に設置されたディーゼル酸化触媒を通して、主排気管中に通過させることを含み得る。   One or more embodiments of the method may include passing the exhaust stream through a diesel oxidation catalyst installed downstream of the first joint and into the main exhaust pipe. One or more embodiments of the method may include passing the exhaust stream through a diesel oxidation catalyst installed downstream of the first junction and upstream of the diesel particulate filter and into the main exhaust pipe. One or more embodiments of the method may include passing the exhaust stream through a diesel oxidation catalyst installed downstream of the first junction and upstream of the diesel particulate filter and into the main exhaust pipe. One or more embodiments of the method may include passing the exhaust stream through a diesel oxidation catalyst installed downstream of the first junction and upstream of the diesel particulate filter and into the main exhaust pipe.

方法の1つ以上の実施形態において、ディーゼル酸化触媒およびディーゼル微粒子フィルタは統合される。方法の1つ以上の実施形態において、ディーゼル酸化触媒およびディーゼル微粒子フィルタは統合される。方法は、1つ以上の実施形態に従って、排気流を、HC−SCR触媒の下流に設置されたNH3−SCR触媒を通して、主排気管中に通過させることを含むことができる。方法の1つ以上の実施形態は、排気流を、HC−SCR触媒の下流に設置された酸化触媒を通して、主排気管中に含む。   In one or more embodiments of the method, the diesel oxidation catalyst and the diesel particulate filter are integrated. In one or more embodiments of the method, the diesel oxidation catalyst and the diesel particulate filter are integrated. The method can include passing the exhaust stream through a NH3-SCR catalyst located downstream of the HC-SCR catalyst and into the main exhaust pipe according to one or more embodiments. One or more embodiments of the method include an exhaust stream in the main exhaust pipe through an oxidation catalyst installed downstream of the HC-SCR catalyst.

本発明の様々な実施形態は、多数の立体配置において、ディーゼル酸化触媒、触媒煤煙フィルタ、HC選択的触媒還元触媒、NH3選択的触媒還元触媒、および酸化触媒を含むが、それらに限定されない、様々な構成要素を含み得る。排気ガスは、様々な配列で、これらの任意の構成要素を通過し得る。 Various embodiments of the present invention include, but are not limited to, diesel oxidation catalysts, catalytic soot filters, HC selective catalytic reduction catalysts, NH 3 selective catalytic reduction catalysts, and oxidation catalysts in numerous configurations. Various components may be included. Exhaust gas may pass through any of these components in various arrangements.

詳細な実施形態に従った、エンジン排出処理システムを示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating an engine exhaust treatment system according to a detailed embodiment. 別の実施形態に従った、エンジン排出処理システムを示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an engine exhaust treatment system according to another embodiment. 一実施形態に従った、統合されたエンジン排出処理システムを示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating an integrated engine emission processing system, according to one embodiment. FIG. 1つ以上の本発明の実施形態に従った、代替的排出処理システムである。3 is an alternative emission processing system in accordance with one or more embodiments of the present invention. 1つ以上の本発明の実施形態に従った、代替的排出処理システムである。3 is an alternative emission processing system in accordance with one or more embodiments of the present invention. 1つ以上の本発明の実施形態に従った、代替的排出処理システムである。3 is an alternative emission processing system in accordance with one or more embodiments of the present invention. 1つ以上の本発明の実施形態に従った、代替的排出処理システムである。3 is an alternative emission processing system in accordance with one or more embodiments of the present invention. 1つ以上の本発明の実施形態に従った、代替的排出処理システムである。3 is an alternative emission processing system in accordance with one or more embodiments of the present invention. 1つ以上の本発明の実施形態に従った、代替的排出処理システムである。3 is an alternative emission processing system in accordance with one or more embodiments of the present invention. 1つ以上の本発明の実施形態に従った、代替的排出処理システムである。3 is an alternative emission processing system in accordance with one or more embodiments of the present invention. 1つ以上の本発明の実施形態に従った、代替的排出処理システムである。3 is an alternative emission processing system in accordance with one or more embodiments of the present invention. 1つ以上の本発明の実施形態に従った、代替的排出処理システムである。3 is an alternative emission processing system in accordance with one or more embodiments of the present invention. ウォールフローフィルタ基材の透視図である。It is a perspective view of a wall flow filter base material. ウォールフローフィルタ基材の一片の断面図である。It is sectional drawing of one piece of a wall flow filter base material. 様々な動作条件下で、HC−SCRの触媒入口温度の機能として、パーセントNOx変換のグラフを示す。Figure 5 shows a graph of percent NOx conversion as a function of catalyst inlet temperature for HC-SCR under various operating conditions.

提供されるものは、希薄燃焼エンジンからの排気ガスを処置するために使用され得る排出処理システム、およびエンジン排気を処置するために、これらのシステムを使用する方法である。希薄燃焼エンジンは、ディーゼルエンジン、希薄燃焼ガソリンエンジン、および機関エンジンを含むが、それらに限定されない。   Provided are exhaust treatment systems that can be used to treat exhaust gases from lean burn engines, and methods of using these systems to treat engine exhaust. Lean burn engines include, but are not limited to, diesel engines, lean burn gasoline engines, and engine engines.

希薄排気に存在する少量の水素(典型的に<2000ppm)は、HC−SCR触媒の性能を優位に向上させることができ、通常の動作を介して、触媒に与えられた損傷を逆転させる。本発明の実施形態は、HC−SCR触媒に燃料還元体および水素を提供できる、システムおよび方法を対象とする。本システムは、搭載燃料を用いて水素を生成するために、主要な排気からのスリップ流、および正味還元条件で、触媒部分酸化触媒(CPO)を含む。スリップ流は変換されていない燃料種を含有し、水素は、好ましいHC−SCR反応条件を提供するために、主要な排気と組み合わせられる。水素は、供給口の一部が、燃料濃密条件下において、スリップ流中で酸素と反応する部分酸化プロセスによって、炭化水素供給口から生成され得る。   The small amount of hydrogen present in the lean exhaust (typically <2000 ppm) can significantly improve the performance of the HC-SCR catalyst and reverse the damage done to the catalyst through normal operation. Embodiments of the present invention are directed to systems and methods that can provide fuel reductant and hydrogen to an HC-SCR catalyst. The system includes a catalytic partial oxidation catalyst (CPO) with slip flow from the main exhaust and net reduction conditions to produce hydrogen using the onboard fuel. The slip stream contains unconverted fuel species and hydrogen is combined with the main exhaust to provide favorable HC-SCR reaction conditions. Hydrogen can be generated from the hydrocarbon feed by a partial oxidation process in which a portion of the feed is reacted with oxygen in a slip stream under fuel rich conditions.

図1は本発明の一態様の図表説明を示し、以下で詳細にわたって説明される。簡潔に述べると、スリップ流(エンジンから放出される典型的に1〜10%の総排気流量)は、エンジンから下流に設置されたHC−SCR触媒の上流をバイパスされる。十分な量の燃料は、燃料濃密条件を産生するために、スリップ流中に導入される。触媒部分酸化触媒は、さらに以下で説明されるように、燃料導入点の下流のスリップ流に設置される。スリップ流は変換されていない燃料種を含有し、水素は、主要な排気と組み合わされ、HC−SCR触媒に導入される。本発明の一実施形態において、HC−SCRは、HC−SCRが、DOCおよびDPF装置の再生と同時に再生成され得るように、ディーゼル酸化触媒およびディーゼル微粒子フィルタ装置の下流に配置され得る。本システムは、システムの燃料ペナルティを最小化するために、バイパス形流量調整弁および燃料調節送達装置を用いて、任意で最適化され得る。   FIG. 1 shows a graphical description of one aspect of the present invention and is described in detail below. Briefly, slip flow (typically 1-10% total exhaust flow discharged from the engine) is bypassed upstream of the HC-SCR catalyst installed downstream from the engine. A sufficient amount of fuel is introduced into the slip stream to produce fuel rich conditions. The catalytic partial oxidation catalyst is installed in a slip stream downstream of the fuel introduction point, as will be further described below. The slip stream contains unconverted fuel species and hydrogen is combined with the main exhaust and introduced into the HC-SCR catalyst. In one embodiment of the present invention, the HC-SCR can be placed downstream of the diesel oxidation catalyst and diesel particulate filter device so that the HC-SCR can be regenerated simultaneously with regeneration of the DOC and DPF devices. The system can optionally be optimized using a bypass flow regulating valve and fuel regulation delivery device to minimize the fuel penalty of the system.

以下の用語は、本明細書の目的のために、以下で説明されるそれぞれの意味を有する。   The following terms have the respective meanings set forth below for purposes of this specification.

「希薄NOx触媒」、「LNC」、「炭化水素選択的触媒還元触媒」、および「HC−SCR」は、本明細書内で互換的に使用され得る。これらは、NOx吸蔵および放出機能を有する希薄NOxトラップ(LNT)とは異なる。   “Lean NOx catalyst”, “LNC”, “hydrocarbon selective catalytic reduction catalyst”, and “HC-SCR” may be used interchangeably herein. These are different from lean NOx traps (LNT) with NOx storage and release functions.

希薄排気流を含む「希薄ガス状流」は、λ>1.0を有するガス流を意味する。   A “lean gaseous stream” including a lean exhaust stream means a gas stream having λ> 1.0.

「希薄期間」は、排気ガス組成物が希薄である、すなわち、λ>1.0を有する排気処置の期間を指す。   A “lean period” refers to the period of an exhaust treatment in which the exhaust gas composition is lean, ie, has λ> 1.0.

「白金族金属成分」は、白金族金属またはそれらの酸化物のうちの1つを指す。   “Platinum group metal component” refers to one of the platinum group metals or their oxides.

「希土類元素金属成分」は、ランタン、セリウム、プラセオジム、およびネオジムを含む元素記号表に定義されるランタン系列のうちの1つ以上の酸化物を指す。   “Rare earth metal component” refers to one or more oxides of the lanthanum series defined in the element symbol table comprising lanthanum, cerium, praseodymium, and neodymium.

濃密排気流を含む「濃密ガス状流」は、λ<1.0を有するガス流を意味する。   A “dense gaseous stream” including a dense exhaust stream means a gas stream having λ <1.0.

「濃密期間」は、排気ガス組成物が濃密である、すなわち、λ<1.0を有する排気処置の期間を指す。   “Dense period” refers to the period of the exhaust treatment in which the exhaust gas composition is rich, ie, having λ <1.0.

「ウォッシュコート」は、ハニカムフロースルーモノリス基材またはフィルタ基材等の耐火材に適用される触媒または他の物質から成る薄い接着性被膜の、当技術分野における通常の意味を有し、それは、処置されるガス流を介した通過を可能にするために十分多孔性である   “Washcoat” has the usual meaning in the art of a thin adhesive coating consisting of a catalyst or other material applied to a refractory material such as a honeycomb flow-through monolith substrate or a filter substrate, Be sufficiently porous to allow passage through the treated gas stream

「流体連通」は、排気ガスまたは他の流体が、構成要素および/または管間を流れることができるように、構成要素および/または管が隣接していることを意味する。   “Fluid communication” means that components and / or tubes are adjacent so that exhaust gases or other fluids can flow between the components and / or tubes.

「下流」は、1つの構成要素の前のある構成要素よりもエンジンからさらに離れている、経路内の排気ガス流中の構成要素の位置を指す。例えば、ディーゼル微粒子フィルタが、ディーゼル酸化触媒から下流であると言及される時、排気管中で、エンジンから放出される排気ガスは、ディーゼル微粒子フィルタを流過する前に、ディーゼル酸化触媒を流過する。したがって、「上流」は、別の構成要素に対してエンジンのより近くに設置される構成要素を指す。   “Downstream” refers to the location of a component in the exhaust gas flow in the path that is further away from the engine than a component in front of one component. For example, when a diesel particulate filter is said to be downstream from a diesel oxidation catalyst, exhaust gas emitted from the engine in the exhaust pipe will flow through the diesel oxidation catalyst before flowing through the diesel particulate filter. To do. Thus, “upstream” refers to a component that is installed closer to the engine relative to another component.

「アンモニア生成構成要素」への参照は、エンジンアウト排出量、およびエンジン管理また排気中への注入を介した還元体(H2、COおよび/またはHC)の投与によって決定される、その設計および立体配置の結果として、アンモニア(NH3)を供給する排気システムの一部を意味する。そのような構成要素は、ガス投与またはNH3の他の外的供給源を除外する。アンモニア生成構成要素の例は、NOx吸蔵還元(NSR)触媒および希薄NOxトラップ(LNT)を含む。 Reference to the “ammonia producing component” is determined by its design and the engine out emissions and the administration of the reductant (H 2 , CO and / or HC) via engine management or injection into the exhaust. As a result of the configuration, it means a part of the exhaust system that supplies ammonia (NH 3 ). Such components exclude gas dosing or other external sources of NH 3 . Examples of ammonia generating components include NOx storage reduction (NSR) catalysts and lean NOx traps (LNT).

図1は、一実施形態に従って、希薄燃焼エンジン4からの排気流中のNOx削減のための排出処理システム2を示す。ガス状汚染物質(例えば、未燃焼炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物)および粒子状物質を含有する排気ガス流は、希薄燃焼エンジン4と流体連通している主排気管6を介して、伝達される。主排気管6中の排気ガス流は、管6と流体連通している炭化水素選択的触媒還元触媒(HC−SCR)8を通過する。スリップ排気流管10は、主排気管6から分岐する。スリップ排気流管10は、スリップ排気流を提供するために、主排気管6から一部の排気流をスリップ排気流管10中に迂回し、第1の接合部12によって主排気管6に接続される。スリップ排気流は、スリップ排気流管10と流体連通している触媒部分酸化(CPO)触媒14を、流過する。第1の接合部12から下流の第2の接合部16は、スリップ排気流管10からのスリップ排気流を、HC−SCR8の上流の主排気管6に再導入する。線20は、尾管へと導き、かつシステムの外へと導く。   FIG. 1 illustrates an exhaust treatment system 2 for NOx reduction in an exhaust stream from a lean burn engine 4 according to one embodiment. An exhaust gas stream containing gaseous pollutants (eg, unburned hydrocarbons, carbon monoxide, nitrogen oxides) and particulate matter is passed through a main exhaust pipe 6 in fluid communication with the lean combustion engine 4. Communicated. The exhaust gas stream in the main exhaust pipe 6 passes through a hydrocarbon selective catalytic reduction catalyst (HC-SCR) 8 in fluid communication with the pipe 6. The slip exhaust flow pipe 10 branches from the main exhaust pipe 6. The slip exhaust flow pipe 10 bypasses a part of the exhaust flow from the main exhaust pipe 6 into the slip exhaust flow pipe 10 to provide the slip exhaust flow, and is connected to the main exhaust pipe 6 by the first joint 12. Is done. The slip exhaust stream passes through a catalytic partial oxidation (CPO) catalyst 14 that is in fluid communication with the slip exhaust stream tube 10. The second joint 16 downstream from the first joint 12 reintroduces the slip exhaust flow from the slip exhaust flow pipe 10 into the main exhaust pipe 6 upstream of the HC-SCR 8. Line 20 leads to the tail tube and out of the system.

炭化水素供給口は、CPO触媒14の上流のスリップ流中の管18に導入され得る。CPO14は、炭化水素の一部を一酸化炭素および水素に変換するのに効果的である。CPO14は、1つ以上の実施形態に従って、HC−SCR8の性能を向上するために、十分な水素を提供するように設計される。   The hydrocarbon feed may be introduced into a tube 18 in the slip stream upstream of the CPO catalyst 14. CPO14 is effective in converting some of the hydrocarbons to carbon monoxide and hydrogen. The CPO 14 is designed to provide enough hydrogen to improve the performance of the HC-SCR 8, according to one or more embodiments.

幾つかの実施形態において、主排気管6は、第1の接合部12の下流に任意の追加の排気システム構成要素22を含む。追加の排気システム構成要素22は、例えば、主排気管と流体連通であるディーゼル酸化触媒、ディーゼル微粒子フィルタ、還元体注入器、および空気注入器の1つ以上であり得る。一具体的な実施形態において、任意の追加の排気システム構成要素22は、例えば、1つ以上のディーゼル酸化触媒であり得、ディーゼル微粒子フィルタは、主排気管6の第1の接合部12の上流に設置され得る。   In some embodiments, the main exhaust pipe 6 includes an optional additional exhaust system component 22 downstream of the first joint 12. The additional exhaust system component 22 can be, for example, one or more of a diesel oxidation catalyst, a diesel particulate filter, a reductant injector, and an air injector that are in fluid communication with the main exhaust pipe. In one specific embodiment, any additional exhaust system component 22 may be, for example, one or more diesel oxidation catalysts, and the diesel particulate filter is upstream of the first joint 12 of the main exhaust pipe 6. Can be installed.

図2の実施形態に示されるように、炭化水素注入器18は、スリップ排気流管中10に注入された炭化水素の量を調節するように適合された計量装置24を含む。具体的な実施形態において、注入された炭化水素は搭載燃料である。   As shown in the embodiment of FIG. 2, the hydrocarbon injector 18 includes a metering device 24 that is adapted to adjust the amount of hydrocarbon injected into the slip exhaust flow tube 10. In a specific embodiment, the injected hydrocarbon is an onboard fuel.

本発明の詳細な実施形態は、スリップ排気流管10に迂回される排気ガスのパーセンテージを制限するために、スリップ排気流管10の第1の接合部12で計量装置26を含む。本発明の幾つかの実施形態において、主排気管6からスリップ排気流管10中に迂回される一部の排気ガスは、最大約10%の総排気流量である。他の詳細な実施形態において、排気ガスの一部は、約0.5%〜約15%の範囲、または約1%〜約10%の範囲で、主排気管6から迂回される。他の詳細な実施形態において、主排気管6から迂回される排気ガスの一部は、総排気流量.の最大約15%、14%、13%、12%、11%、10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、または2%である。   Detailed embodiments of the present invention include a metering device 26 at the first junction 12 of the slip exhaust flow tube 10 to limit the percentage of exhaust gas that is diverted to the slip exhaust flow tube 10. In some embodiments of the present invention, some exhaust gas that is diverted from the main exhaust pipe 6 into the slip exhaust flow pipe 10 has a total exhaust flow rate of up to about 10%. In other detailed embodiments, a portion of the exhaust gas is diverted from the main exhaust pipe 6 in the range of about 0.5% to about 15%, or in the range of about 1% to about 10%. In other detailed embodiments, a portion of the exhaust gas that is diverted from the main exhaust pipe 6 is a total exhaust flow rate. Up to about 15%, 14%, 13%, 12%, 11%, 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, or 2%.

具体的な実施形態において、CPO触媒およびHC−SCRの1つ以上は、フロースルーモノリス上に配置される。   In a specific embodiment, one or more of the CPO catalyst and HC-SCR are disposed on the flow-through monolith.

図2に示されるように、様々な実施形態の排出処理システムは、主排気管6と流体連通している、第1の接合部12と第2の接合部16との間に設置される、ディーゼル微粒子フィルタ(DPF)28をさらに備える。他の実施形態において、ディーゼル酸化触媒(DOC)30は、主排気管6と流体連通している、第1の接合部12の下流と、DPF28の上流に設置される。   As shown in FIG. 2, various embodiments of the exhaust treatment system are installed between a first joint 12 and a second joint 16 that are in fluid communication with the main exhaust pipe 6. A diesel particulate filter (DPF) 28 is further provided. In other embodiments, a diesel oxidation catalyst (DOC) 30 is installed downstream of the first joint 12 and upstream of the DPF 28 in fluid communication with the main exhaust pipe 6.

代替的実施形態において、図3および4に示される、DOC30およびDPF28は、単一の構成要素または基材32に統合される。例えば、DOC30およびDPF28は、同一基材32の別の区域に配置され得、そこで、DOC30は基材32の上流セグメントに配置され、CSF28は基材32の下流セグメント上に配置される。   In an alternative embodiment, the DOC 30 and DPF 28 shown in FIGS. 3 and 4 are integrated into a single component or substrate 32. For example, DOC 30 and DPF 28 may be located in different areas of the same substrate 32, where DOC 30 is located in the upstream segment of substrate 32 and CSF 28 is located on the downstream segment of substrate 32.

本発明の追加の実施形態は、希薄燃焼エンジンからの排気流を処置する方法を対象とする。図1、2、および4を参照すると、排気流は主排気管6を通過し、排気流の一部はスリップ排気流管10を通過する。主排気管6は、炭化水素選択的触媒還元触媒(HC−SCR)8を備える。スリップ排気流管10は、触媒部分酸化(CPO)触媒14を含、炭化水素が炭化水素注入器18を使用して、CPO14の上流でスリップ排気流管10中に注入され得る。スリップ排気流管10は、第1の接合部12で、主排気管6から分岐し、CPO14と流体連通している。スリップ排気流管10は、第2の接合部16で、主排気管6に再接合する。第2の接合部16は、HC−SCR8の上流に設置される。CPO14は、スリップ排気流管10中で、炭化水素を一酸化炭素および水素に変換するように適合される。   Additional embodiments of the present invention are directed to a method of treating an exhaust stream from a lean burn engine. With reference to FIGS. 1, 2, and 4, the exhaust stream passes through the main exhaust pipe 6 and a portion of the exhaust stream passes through the slip exhaust pipe 10. The main exhaust pipe 6 includes a hydrocarbon selective catalytic reduction catalyst (HC-SCR) 8. The slip exhaust flow tube 10 includes a catalytic partial oxidation (CPO) catalyst 14, and hydrocarbons can be injected into the slip exhaust flow tube 10 upstream of the CPO 14 using a hydrocarbon injector 18. The slip exhaust flow pipe 10 branches from the main exhaust pipe 6 at the first joint 12 and is in fluid communication with the CPO 14. The slip exhaust flow pipe 10 is rejoined to the main exhaust pipe 6 at the second joint 16. The 2nd junction part 16 is installed in the upstream of HC-SCR8. The CPO 14 is adapted to convert hydrocarbons to carbon monoxide and hydrogen in the slip exhaust flow tube 10.

スリップ排気流管10中に注入される炭化水素の量は、計量装置24によって調節され得る。詳細な実施形態において、炭化水素は搭載燃料である。   The amount of hydrocarbon injected into the slip exhaust flow tube 10 can be adjusted by the metering device 24. In a detailed embodiment, the hydrocarbon is an onboard fuel.

本発明の1つ以上の実施形態に従って、排気流の第1のパーセンテージは主排気管6を通過し、排気流の第2のパーセンテージはスリップ排気流管10を通過し、第1のパーセンテージは、第2のパーセンテージよりも大きい。幾つかの実施形態において、排気流の第2のパーセンテージは、第1の接合部12に近いスリップ排気流管10内に設置される、計量装置26によって調節される。   In accordance with one or more embodiments of the present invention, a first percentage of the exhaust flow passes through the main exhaust pipe 6, a second percentage of the exhaust flow passes through the slip exhaust flow pipe 10, and the first percentage is Greater than the second percentage. In some embodiments, the second percentage of exhaust flow is adjusted by a metering device 26 installed in the slip exhaust flow tube 10 near the first junction 12.

本発明の様々な実施形態は、主排気管6中の排気流を、第1の接合部12の下流および第2の接合部16の上流に設置されるディーゼル微粒子フィルタ28に通過させることをさらに含む。他の実施形態において、主排気管6中の排気流を、第1の接合部12の下流およびディーゼル微粒子フィルタ28の上流に設置されるディーゼル酸化触媒30に通過させる。詳細な実施形態において、図4に示されるように、ディーゼル酸化触媒30およびディーゼル微粒子フィルタ28は、単一の構成要素32中に統合される。   Various embodiments of the present invention further allow the exhaust flow in the main exhaust pipe 6 to pass through a diesel particulate filter 28 installed downstream of the first joint 12 and upstream of the second joint 16. Including. In another embodiment, the exhaust flow in the main exhaust pipe 6 is passed through a diesel oxidation catalyst 30 installed downstream of the first joint 12 and upstream of the diesel particulate filter 28. In a detailed embodiment, as shown in FIG. 4, the diesel oxidation catalyst 30 and the diesel particulate filter 28 are integrated into a single component 32.

CPO14、DOC30、DPF28、ならびに任意の構成要素22は、当技術分野においてよく知られている組成物から作成されることができ、触媒剤として卑金属(例えば、セリア)および/または白金族金属を含み得る。上流の位置において、DOCおよび/または微粒子フィルタは幾つかの有利な機能を提供する。触媒は、未燃焼ガス状および不揮発性炭化水素(すなわち、ディーゼル粒子状物質の溶性有機成分)を酸化し、一酸化炭素を二酸化炭素および水にする役割を果たす。SOFの大部分の除去は、特に、HC−SCR8上の粒子状物質の巨大な堆積を防ぐ手助けをする。具体的な実施形態において、白金族金属は、白金、パラジウム、ロジウム、およびそれらの組み合わせから成る群より選択される。   CPO14, DOC30, DPF 28, and optional component 22 can be made from compositions well known in the art and include base metals (eg, ceria) and / or platinum group metals as catalyst agents. obtain. In the upstream position, the DOC and / or particulate filter provides several advantageous functions. The catalyst serves to oxidize unburned gaseous and non-volatile hydrocarbons (ie, the soluble organic components of diesel particulate matter), turning carbon monoxide into carbon dioxide and water. The removal of most of the SOF specifically helps to prevent enormous deposition of particulate matter on the HC-SCR8. In a specific embodiment, the platinum group metal is selected from the group consisting of platinum, palladium, rhodium, and combinations thereof.

本発明のある実施形態において、DOC30、DPF28、および任意の構成要素22のうちの1つ以上は、排気流中の粒子材料の除去、特に粒子材料の煤煙部分(または炭素部分)の除去を手助けするために、煤煙フィルタ、例えば、ウォールフローフィルタ上を被膜する。DOCは、上述の他の酸化機能に加えて、煤煙部分がCO2およびH2Oに酸化する温度まで低下する。フィルタ上に煤煙が蓄積するため、触媒被膜はフィルタの再生を手助けする。図5に示されるように、DPF28は、COおよび変換されていない燃料種を変換するために、HC−SCR8の下流に設置され得る。図6は、DPF28が、粒子材料を用いて下流のHC−SCRの汚れを最小化するまたは防ぐために、第1の接合部12の上流に設置される別の代替的実施形態ことを示し、図7は、DOC30が第1の接合部12の上流に設置され、かつHC−SCR8およびDPF28が第2の接合部の下流に設置される、代替的実施形態を示す。図8は、DOC30およびDPF28が第1の接合部の上流に設置される代替的実施形態を示す。別の代替的実施形態において、図9に示されるように、本システムは、本システム中で生成されるいずれのNH3排出量も変換するために、HC−SCRの下流のNH3−SCR触媒をさらに備える。図10に示される別の具体的実施形態において、本システムは、COおよびいずれの変換されていない燃料種も酸化するために、HC−SCRの下流の酸化触媒をさらに備える。図11は、HC−SCR8触媒の下流に設置されるアンモニア酸化(AMOX)触媒36を備える、排出処理システムの代替的実施形態を示す。アンモニア酸化触媒36は、本システムを通して、スリップアンモニアと称され得る残留アンモニアを除去する、または削減するのに有用であり得る。 In certain embodiments of the present invention, one or more of DOC 30, DPF 28, and optional component 22 assists in the removal of particulate material in the exhaust stream, particularly the soot (or carbon) portion of the particulate material. In order to do so, a smoke filter, for example, a wall flow filter is coated. In addition to the other oxidation functions described above, the DOC drops to a temperature at which the soot portion is oxidized to CO 2 and H 2 O. As soot accumulates on the filter, the catalyst coating helps regenerate the filter. As shown in FIG. 5, DPF 28 may be installed downstream of HC-SCR 8 to convert CO and unconverted fuel species. FIG. 6 shows another alternative embodiment in which the DPF 28 is installed upstream of the first junction 12 to minimize or prevent contamination of the downstream HC-SCR using particulate material. 7 illustrates an alternative embodiment in which the DOC 30 is installed upstream of the first junction 12 and the HC-SCR 8 and DPF 28 are installed downstream of the second junction. FIG. 8 shows an alternative embodiment in which the DOC 30 and the DPF 28 are installed upstream of the first joint. In another alternative embodiment, as shown in FIG. 9, the system is configured to convert NH 3 -SCR catalyst downstream of HC-SCR to convert any NH 3 emissions produced in the system. Is further provided. In another specific embodiment shown in FIG. 10, the system further comprises an oxidation catalyst downstream of the HC-SCR to oxidize CO and any unconverted fuel species. FIG. 11 shows an alternative embodiment of an exhaust treatment system comprising an ammonia oxidation (AMOX) catalyst 36 installed downstream of the HC-SCR8 catalyst. Ammonia oxidation catalyst 36 may be useful to remove or reduce residual ammonia, which may be referred to as slip ammonia, throughout the system.

図12は、水素源38が、CPO触媒以外のオフライン源または構成要素である代替的実施形態を示す。本明細書で示されるように、水素源38は、主排気管6中に注入される水素の量を調節できる計量装置40を含み得る。オフラインH2源(およびHC還元体)は、先で説明されたように、CPO反応(酸素を用いた燃料の部分酸化)からの出力を含むことができる。 FIG. 12 shows an alternative embodiment where the hydrogen source 38 is an off-line source or component other than a CPO catalyst. As shown herein, the hydrogen source 38 may include a metering device 40 that can regulate the amount of hydrogen injected into the main exhaust pipe 6. The off-line H 2 source (and HC reductant) can include output from the CPO reaction (partial oxidation of fuel with oxygen), as explained above.

様々な任意の構成要素22は、排気管6中に含まれ得る。これらの任意の構成要素22は、水素注入器38の上流、水素注入器38の下流、またはHC−SCR触媒8の下流に設置され得る。任意の構成要素が、主排気管6の接合部前で、水素注入器38内に設置され得ることは想像可能である。示される代替的実施形態は、本発明が実践され得る様々な手段を示しているにすぎず、限定するものとして解釈されるべきではない。構成要素は、他の立体配置に配列されることができ、本発明の範囲内に残存する。   Various optional components 22 may be included in the exhaust pipe 6. These optional components 22 can be installed upstream of the hydrogen injector 38, downstream of the hydrogen injector 38, or downstream of the HC-SCR catalyst 8. It is conceivable that any component can be installed in the hydrogen injector 38 before the junction of the main exhaust pipe 6. The alternative embodiments shown are merely illustrative of various ways in which the invention may be practiced and should not be construed as limiting. The components can be arranged in other configurations and remain within the scope of the present invention.

当業者によって理解されるように、また、様々な計量装置は、調節器にも接続され得る。調節器は、他の構成要素、センサ、および処理装置を含み得る。センサは、ガス状組成物の構成要素を測定するのに好適であり得、排気管内の様々な位置に設置され得る。処理装置はセンサからのデータを評価することができ、様々な触媒構成要素の機能を最適化するために、計量装置を適合させる。   As will be appreciated by those skilled in the art, various metering devices can also be connected to the regulator. The regulator may include other components, sensors, and processing devices. The sensor may be suitable for measuring components of the gaseous composition and may be installed at various locations within the exhaust pipe. The processor can evaluate the data from the sensors and adapt the metering device to optimize the function of the various catalyst components.

本発明の様々な実施形態での使用に対して、任意の構成要素22は、例えば、ディーゼル酸化触媒、ディーゼル微粒子フィルタ、還元体注入、または空気注入、もしくは主排気管と流体連通しているアンモニア酸化触媒、アンモニア選択的触媒還元触媒のうちの1つであり得る。さらに、任意の構成要素22は、図3示されるものを含むが、それらに限定されない統合された構成要素の組み合わせであり得る。 For use in various embodiments of the present invention, optional component 22 includes, for example, diesel oxidation catalyst, diesel particulate filter, reductant injection, or air injection, or ammonia in fluid communication with the main exhaust. It may be one of an oxidation catalyst and an ammonia selective catalytic reduction catalyst. Moreover, any component 22, including those shown in FIG. 3, may be a combination of integrated components is not limited thereto.

基材
詳細な実施形態において、HC−SCR8、CPO14、およびDOC30を含む触媒のうちのいずれかまたは全てが、基材上に配置される。基材は、触媒を調製するために典型的に使用される材料のうちのいずれであってもよく、典型的にセラミックまたは金属ハニカム構造、例えば、フロースルーモノリスを含む。微細で、平行なガスフロー流路を有するタイプのモノリス基材等の、いずれの好適な基材も用いられることができ、流路は、そこを通した流体流動に対して開くように(基材を通したハニカムフローと称される)、基材の入口または出口面からそこを通して延在する。それらの流体入口からそれらの流体出口までが本質的に直線的な経路である流路は、流路を流過するガスが触媒材料と接触するように、触媒材料がウォッシュコートとして被膜される壁によって画定される。モノリス基材の流路は、台形、長方形の、正方形、正弦、六角形、楕円形、円形等のいずれの好適な断面形状および大きさであり得る薄い壁のチャネルである。かかる構造は、断面の平方インチ当たり約60〜約600またはそれ以上のガス入口開口部(すなわち、セル)を含有し得る。
In a substrate detailed embodiment, any or all of the catalysts comprising HC-SCR8, CPO14, and DOC30 are disposed on the substrate. The substrate can be any of the materials typically used to prepare the catalyst, and typically includes a ceramic or metal honeycomb structure, such as a flow-through monolith. Any suitable substrate can be used, such as a monolith substrate of the type having a fine, parallel gas flow channel, with the channel open to the fluid flow therethrough (base Extending through the inlet or outlet face of the substrate (referred to as honeycomb flow through the material). Channels that are essentially linear paths from their fluid inlets to their fluid outlets are walls on which the catalyst material is coated as a washcoat so that the gas flowing through the channels contacts the catalyst material Defined by The flow path of the monolith substrate is a thin wall channel that can be any suitable cross-sectional shape and size, such as trapezoidal, rectangular, square, sine, hexagonal, elliptical, circular, and the like. Such a structure may contain about 60 to about 600 or more gas inlet openings (ie, cells) per square inch of cross section.

図13および14は、複数の代替的に窒塞チャネル52を有し、微粒子フィルタとしての役割を果たすことができるウォールフローフィルタ基材50を説明する。流路は、フィルタ基材の内壁53によって管状に囲まれている。基材は、入口末端部54および出口末端部56を有する。代替的流路は、入口54および出口56で反対の市松模様を形成するために、入口末端部54で入口栓58を用いて塞がれ、出口末端部56で出口栓を用いて塞がれる。ガス流は、塞がれていないチャネル入口60を通って入り、出口栓によって阻止され、チャネル壁53(多孔性である)を通って出口側に拡散する。ガスは、入口栓58のため、壁の入口側に戻ることはできない。かかる基材が利用される場合、結果として生じるシステムは、ガス状汚染物質と共に粒子状物質を除去できる。   FIGS. 13 and 14 illustrate a wall flow filter substrate 50 that has a plurality of alternatively nitrogenized channels 52 and can serve as a particulate filter. The flow path is tubularly surrounded by the inner wall 53 of the filter substrate. The substrate has an inlet end 54 and an outlet end 56. The alternative flow path is blocked with an inlet plug 58 at the inlet end 54 and with an outlet plug at the outlet end 56 to form an opposite checkerboard pattern at the inlet 54 and outlet 56. . The gas flow enters through the unblocked channel inlet 60, is blocked by the outlet plug, and diffuses through the channel wall 53 (which is porous) to the outlet side. Gas cannot return to the inlet side of the wall because of the inlet plug 58. When such a substrate is utilized, the resulting system can remove particulate matter along with gaseous contaminants.

ウォールフローフィルタ基材は、コージライト、αアルミナ、炭化ケイ素、チタン酸アルミニウム、窒化ケイ素、ジルコニア、ムライト、スポジュメン、アルミニウムケイ素マグネシウム、またはケイ酸ジルコニウム、もしくは多孔性耐火金属等のセラミックの様な材料から成り得る。また、ウォールフロー基材は、セラミック繊維複合材料からも形成され得る。具体的なウォールフロー基材は、コージライト、炭化ケイ素、およびチタン酸アルミニウムから形成される。かかる材料は、排気流の処置で経験される環境、特に、高温に耐えることができる。   Wall flow filter base material is a ceramic-like material such as cordierite, alpha alumina, silicon carbide, aluminum titanate, silicon nitride, zirconia, mullite, spodumene, aluminum silicon magnesium, or zirconium silicate, or porous refractory metal It can consist of The wall flow substrate can also be formed from a ceramic fiber composite material. A specific wall flow substrate is formed from cordierite, silicon carbide, and aluminum titanate. Such materials can withstand the environments experienced in exhaust flow treatment, particularly high temperatures.

本発明のシステムにおける使用に対してウォールフロー基材は、背面圧力または物品全域の圧力を大いに増加すること無く、流体流が通過する薄い多孔性壁ハニカム(モノリス)を含むことができる。本システムにおいて使用されるセラミックウォールフロー基材は、少なくとも10ミクロン(例えば、10〜30ミクロン)の平均孔経を有する、少なくとも40%(例えば、40〜75%)の多孔度を有する材料から形成され得る。   For use in the system of the present invention, the wall flow substrate can include a thin porous wall honeycomb (monolith) through which fluid flow passes without greatly increasing the backside pressure or pressure across the article. The ceramic wall flow substrate used in the present system is formed from a material having a porosity of at least 40% (eg, 40-75%) having an average pore size of at least 10 microns (eg, 10-30 microns). Can be done.

追加の機能性がフィルタ(DOC30、DPF28、および任意の構成要素22)に適用される具体的な実施形態において、基材は、少なくとも59%の多孔度を有することができ、10〜20ミクロンの平均孔経を有することができる。これらの多孔度およびこれらの平均孔経を有する基材が、以下で説明される技術を用いて被膜される時、適切なレベルの所望の触媒組成物が基材上に充填される。これらの基材は、触媒充填にもかかわらず、適切な排気流量特性、すなわち、受容可能な背面圧力をさらに維持することができる。米国特許第4,329,162号は、好適なウォールフロー基材の開示に関して参照することにより、本明細書に組み込まれる。   In a specific embodiment where additional functionality is applied to the filters (DOC30, DPF 28, and optional component 22), the substrate can have a porosity of at least 59% and is 10-20 microns. It can have an average pore diameter. When substrates having these porosities and these average pore sizes are coated using the techniques described below, an appropriate level of the desired catalyst composition is loaded onto the substrate. These substrates can further maintain proper exhaust flow characteristics, i.e., acceptable back pressure, despite catalyst loading. U.S. Pat. No. 4,329,162 is incorporated herein by reference with respect to disclosure of suitable wall flow substrates.

商業的使用において典型的なウォールフローフィルタは、例えば、約42%〜50%の低い壁多孔度から典型的に形成される。一般的に、商業用ウォールフローフィルタの孔経分布は、25ミクロンよりも小さい平均孔経を有し、典型的に非常に広範である。   Wall flow filters typical in commercial use are typically formed from a low wall porosity of, for example, about 42% to 50%. In general, the pore size distribution of commercial wall flow filters has an average pore size of less than 25 microns and is typically very broad.

多孔性ウォールフローフィルタは、要素の壁が、その上に1つ以上の触媒材料を有するように、または1つ以上の触媒材料を壁に含有するように、触媒され得る。触媒材料は、単独で要素壁の入口側上、単独で出口側、入口および出口側の双方に存在し得、または壁自体は、全てがまたは部分的に、触媒材料から成る本発明は、要素の入口および/または出口壁上で、触媒材料の1つ以上のウォッシュコートの使用および触媒材料の1つ以上のウォッシュコートの組み合わせを含む。フィルタは、当技術分野ではよく知られているいずれの様々な手段によって、被膜され得る。   The porous wall flow filter can be catalyzed so that the walls of the element have one or more catalytic materials thereon, or contain one or more catalytic materials in the walls. The catalytic material can be present alone on the inlet side of the element wall, alone on both the outlet side, the inlet and outlet sides, or the wall itself can be entirely or partially composed of catalytic material. Including the use of one or more washcoats of catalyst material and one or more washcoats of catalyst material on the inlet and / or outlet walls. The filter can be coated by any of a variety of means well known in the art.

また、本発明の触媒に有用である基材は本質的に金属であり得、1つ以上の金属または金属合金から成ることができる。金属基材は、波形板またはモノリシック型等の様々な形状で用いることができる。好適な金属支持体は、チタンおよびステンレス鋼ならびに他の合金等の、鉄が実質的な、または主要な構成要素である耐熱金属および金属合金を含む。かかる合金は、ニッケル、クロム、および/またはアルミニウムの1つ以上を含有し得、これらの金属の総量は、合金の少なくとも15重量%、例えば、クロムの10〜25重量%、アルミニウムの3〜8重量%、およびニッケルの最大で20重量%を有利に含み得る。また、合金は、少量または微量のマンガン、銅、バナジウム、チタン等の1つ以上の他の金属も含有し得る。表面または金属基材は、表面、基材上に酸化物層を形成することによって、合金の腐食に対する抵抗を改善するために、高温、例えば、1000℃以上で酸化し得る。かかる高温誘発酸化は、耐火性金属酸化物支持体の接着性を強化し得、基材に対して金属成分を触媒的に促進する。   Also, substrates that are useful in the catalysts of the present invention can be essentially metallic and can consist of one or more metals or metal alloys. The metal substrate can be used in various shapes such as a corrugated plate or a monolithic type. Suitable metal supports include refractory metals and metal alloys in which iron is a substantial or major component, such as titanium and stainless steel and other alloys. Such alloys may contain one or more of nickel, chromium, and / or aluminum, the total amount of these metals being at least 15% by weight of the alloy, for example, 10-25% by weight of chromium, 3-8% of aluminum. % By weight and up to 20% by weight of nickel may advantageously be included. The alloy may also contain one or more other metals such as minor or trace amounts of manganese, copper, vanadium, titanium, and the like. The surface or metal substrate can be oxidized at elevated temperatures, eg, 1000 ° C. or higher, to improve the resistance to corrosion of the alloy by forming an oxide layer on the surface, substrate. Such high temperature induced oxidation can enhance the adhesion of the refractory metal oxide support and catalytically promote the metal component relative to the substrate.

代替的実施形態において、HC−SCR8、CPO14、DOC30、DPF28、および任意の構成要素22のうちの1つ、または全てが、オープンセルフォーム基材上に置かれてもよい。かかる基材は当技術分野においてよく知られており、セラミック耐火材または金属材料から典型的に形成される。   In alternative embodiments, one or all of HC-SCR 8, CPO 14, DOC 30, DPF 28, and optional component 22 may be placed on an open cell foam substrate. Such substrates are well known in the art and are typically formed from ceramic refractory or metallic materials.

CPO触媒
CPO触媒の原則は、等式8に従った、一酸化炭素および水素をもたらす、酸素を用いた燃料の反応である。

nm+(n/2)O2→nCO+(m/2)H2 (8)
CPO Catalyst The principle of the CPO catalyst is the reaction of the fuel with oxygen to yield carbon monoxide and hydrogen according to Equation 8.

C n H m + (n / 2) O 2 → nCO + (m / 2) H 2 (8)

反応性ガスの十分に高い温度および限られた接触時間が、触媒(高い空間速度)を用いて提供される時、触媒部分酸化反応が広がる。詳細な実施形態において、CPO14触媒は白金およびパラジウムを含有する。具体的な実施形態において、白金族金属充填は約20g/ft3〜約200g/ft3の範囲である。より具体的な実施形態において、CPO中の白金とパラジウム金属との比率は、約1:9〜約9:1の範囲である。1つ以上の実施形態において、CPOは、100,000hr-1空間速度(時に、>250,000hr-1)を超過して、600℃〜700℃で作動する。詳細な実施形態の白金とパラジウムとの金属比率は、約1:5〜約5:1、または約1:4〜約4:1、または約1:3〜約3:1、または約1:2〜約2:1、もしくは約1:1の範囲であり得る。 When a sufficiently high temperature and limited contact time of the reactive gas is provided using a catalyst (high space velocity), the catalytic partial oxidation reaction is extended. In a detailed embodiment, the CPO14 catalyst contains platinum and palladium. In a specific embodiment, the platinum group metal loading ranges from about 20 g / ft 3 to about 200 g / ft 3 . In a more specific embodiment, the ratio of platinum to palladium metal in CPO ranges from about 1: 9 to about 9: 1. In one or more embodiments, the CPO operates between 600 ° C. and 700 ° C. in excess of 100,000 hr −1 space velocity (sometimes> 250,000 hr −1 ). In a detailed embodiment, the metal ratio of platinum to palladium is about 1: 5 to about 5: 1, or about 1: 4 to about 4: 1, or about 1: 3 to about 3: 1, or about 1: It can range from 2 to about 2: 1, or about 1: 1.

具体的な実施形態において、CPOは、上述のように、微細に分散した触媒金属が膨張し得る支持体としての役割を果たすために、好適な高表面積耐火金属酸化物支持体層が基材上に置かれることを含む。特定の実施形態において、高表面積耐火金属酸化物支持体、例えば、「ガンマアルミナ」または「活性アルミナ」とも称されるアルミナ支持材が使用され得、典型的に、グラム当たり60平方メートルを超過する(「m2/g」)、大抵約200m2/g以上であるBET表面積を示す。かかる活性アルミナは、通常アルミナのガンマおよびデルタ相の混合物であるが、また、相当量のイータ、カッパ、およびシータアルミナ相も含有する。活性アルミナ以外の耐火金属酸化物は、所与の触媒において、少なくとも幾つかの触媒構成要素に対する支持体として使用され得る。例えば、バルクセリア、ジルコニア、アルファアルミナ、および他の材料は、かかる使用のために知られている。多くのこれらの材料が、活性アルミナよりも相当に低いBET表面積を有するという不利点を有しているが、その不利な点は、得られた触媒の優れた耐久性または性能強化によって、相殺される傾向にある。「BET表面積」は、N2吸収によって表面積を画定するためのブルナウアー、エメッと、テラー方法に関する、その通常の意味を有する。また、細孔径および細孔容積は、BETタイプN2吸収または脱離実験を使用しても判定され得る。 In a specific embodiment, the CPO has a suitable high surface area refractory metal oxide support layer on the substrate, as described above, to serve as a support on which finely dispersed catalytic metals can expand. Including being placed in. In certain embodiments, a high surface area refractory metal oxide support, such as an alumina support also referred to as “gamma alumina” or “activated alumina” may be used, typically exceeding 60 square meters per gram ( “M 2 / g”), indicating a BET surface area that is usually about 200 m 2 / g or more. Such activated alumina is usually a mixture of gamma and delta phases of alumina, but also contains significant amounts of eta, kappa, and theta alumina phases. Refractory metal oxides other than activated alumina can be used as a support for at least some catalyst components in a given catalyst. For example, bulk ceria, zirconia, alpha alumina, and other materials are known for such use. Many of these materials have the disadvantage of having a significantly lower BET surface area than activated alumina, but the disadvantage is offset by the superior durability or performance enhancement of the resulting catalyst. It tends to be. “BET surface area” has its usual meaning with respect to Brunauer, Emme and Teller methods for defining surface area by N 2 absorption. The pore diameter and pore volume can also be determined using BET type N 2 absorption or desorption experiments.

具体的な支持被膜はアルミナである、例えば、安定した、高表面積遷移アルミナである。本明細書および特許請求項で使用されるように、「遷移アルミナ」は、ガンマ、カイ、イータ、カッパ、シータ、およびデルタ形成、およびそれらの組み合わせを含む。比較的低い表面積であるアルファアルミナへの一般的に望まれない高温相遷移に対して、安定化するために、例えば、1つ以上の希土類元素金属酸化物および/またはアルカリ土類金属酸化物等のある添加物は、遷移アルミナ中に含まれ得る(安定化被膜の2〜10重量パーセントの量を通常含む)ことが知られている。例えば、1つ以上のランタン、セリウム、プラセオジム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、およびマグネシウムの酸化物は、安定剤として使用され得る。   A specific support coating is alumina, for example, stable, high surface area transition alumina. As used herein and in the claims, “transition alumina” includes gamma, chi, eta, kappa, theta, and delta formation, and combinations thereof. To stabilize against a generally undesired high temperature phase transition to alpha alumina, which has a relatively low surface area, such as one or more rare earth metal oxides and / or alkaline earth metal oxides, etc. It is known that certain additives can be included in the transition alumina (usually including an amount of 2-10 weight percent of the stabilized coating). For example, one or more lanthanum, cerium, praseodymium, calcium, barium, strontium, and magnesium oxides may be used as stabilizers.

触媒部分酸化触媒の白金族金属触媒構成要素は、パラジウムおよび白金、ならびに任意で、1つ以上の他の白金族金属を含む。本明細書および特許請求項で使用されるように、「白金族金属」は、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、オスミウム、およびルテニウムを意味する。好適な白金族金属成分は、パラジウムおよび白金、ならびに任意でロジウムである。部分酸化のために所望される触媒は、少なくとも以下の性質の1つ以上を有するべきである。また、それらは、入口での酸化から出口での還元へと変化する条件下においても、効果的に作動可能であるべきである;それらは、効果的に、約427℃〜1315℃の温度範囲での有意な温度分解無しで、作動するべきである);それらは、一酸化炭素、オレフィン、および硫黄化合物の存在下において効果的に作動するべきである;それらは、H2Oとの炭素の反応を優先的に触媒すること等によって、低いレベルのコーキングを提供するべきであり、一酸化炭素および水素を形成し、それによって、触媒表面上に低いレベルの炭素のみを許容する;それらは、硫黄およびハロゲン化合物等のかかる一般的な毒物からの中毒に抵抗するべきである。例えば、幾つかのさもなければ好適な触媒において、一酸化炭素は、低温で触媒金属によって維持され得、それによってその活性を低下または修正する。白金およびパラジウムの組み合わせは、本発明の目的に対して、非常に効率的な酸化触媒である。一般的に、白金パラジウム組み合わせ触媒の触媒活性は、単にそれらのそれぞれの触媒活性の算術的組み合わせではない;白金およびパラジウムの割合の開示される範囲は、高温動作および触媒毒に対する優れた抵抗性を有する炭化水素供給口のかなりの広範囲を処置することにおいて、効率的かつ効果的な触媒活性を提供することが発見されている。 The platinum group metal catalyst component of the catalytic partial oxidation catalyst includes palladium and platinum, and optionally one or more other platinum group metals. As used herein and in the claims, “platinum group metal” means platinum, palladium, rhodium, iridium, osmium, and ruthenium. Preferred platinum group metal components are palladium and platinum, and optionally rhodium. The catalyst desired for partial oxidation should have at least one or more of the following properties. They should also be able to operate effectively under conditions that change from oxidation at the inlet to reduction at the outlet; they effectively range from about 427 ° C to 1315 ° C. They should operate without significant thermal decomposition at;); they should operate effectively in the presence of carbon monoxide, olefins, and sulfur compounds; they are carbon with H 2 O Should provide a low level of coking, such as by preferentially catalyzing the reaction of, forming carbon monoxide and hydrogen, thereby allowing only low levels of carbon on the catalyst surface; Should resist poisoning from such common poisons as sulfur and halogen compounds. For example, in some otherwise suitable catalysts, carbon monoxide can be maintained by the catalytic metal at low temperatures, thereby reducing or modifying its activity. The combination of platinum and palladium is a very efficient oxidation catalyst for the purposes of the present invention. In general, the catalytic activity of platinum-palladium combination catalysts is not simply an arithmetic combination of their respective catalytic activities; the disclosed ranges of platinum and palladium ratios provide excellent resistance to high temperature operation and catalyst poisoning. It has been discovered that it provides efficient and effective catalytic activity in treating a fairly wide range of hydrocarbon feeds it has.

ロジウムは、白金およびパラジウムと共に任意で含まれ得る。ある条件下で、ロジウムは、特に軽質オレフィンに対して、効果的酸化ならびに水蒸気改質触媒である。組み合わせられた白金族金属触媒は、触媒上で有意な炭素堆積無しで、H2O対炭素(供給口中の炭素の原子)および酸素対炭素のかなり低い比率で、自己熱反応を触媒することができる。この特性は、加工されるために、入口流中のH2O対CおよびO2対Cの比率の選択における可撓性を提供する。 Rhodium can optionally be included with platinum and palladium. Under certain conditions, rhodium is an effective oxidation and steam reforming catalyst, especially for light olefins. The combined platinum group metal catalyst can catalyze autothermal reactions at a fairly low ratio of H 2 O to carbon (carbon atoms in the feed) and oxygen to carbon without significant carbon deposition on the catalyst. it can. This property provides flexibility in selecting the ratio of H 2 O to C and O 2 to C in the inlet stream to be processed.

本発明の実施形態の触媒で用いられる白金族金属は、存在する他の白金族金属または金属、もしくは白金族金属の酸化物等の化合物等と共に、元素金属、合金、または金属間化合物等、いずれの好適な形成でも触媒組成物中に存在し得る。請求項で使用されるように、パラジウム、白金、および/またはロジウム「触媒構成要素」もしくは「触媒構成要素」という用語は、指定白金族金属またはいずれの好適な形成で存在する金属を包含することを意図する。一般的に、特許請求項および本明細書での白金族金属または金属触媒構成要素あるいは構成要素への言及は、いずれの好適な触媒形成で1つ以上の白金族金属を包含する。好適なCPO触媒は米国特許第4,522,894号で説明され、参照によって、その全体が本明細書に組み込まれる。   The platinum group metal used in the catalyst of the embodiment of the present invention includes any other platinum group metal or metal, or a compound such as an oxide of a platinum group metal, elemental metal, alloy, intermetallic compound, etc. Any suitable formation of can also be present in the catalyst composition. As used in the claims, the terms palladium, platinum, and / or rhodium “catalytic component” or “catalytic component” include the specified platinum group metals or metals present in any suitable formation. Intended. In general, references to a platinum group metal or metal catalyst component or component in the claims and herein include one or more platinum group metals in any suitable catalyst formation. Suitable CPO catalysts are described in US Pat. No. 4,522,894, which is hereby incorporated by reference in its entirety.

HC−SCR触媒
アルミナ支持体上に銀を備えるHC−SCR触媒は、一般的に本発明の排出処理システムに対して有用である。詳細な実施形態において、触媒は、アルミナの表面上で、「よく分散した」銀種を含有する。具体的な実施形態において、触媒は、実質的に金属銀および/または銀アルミンを含まない。
HC-SCR catalysts comprising silver on an HC-SCR catalyst alumina support are generally useful for the exhaust treatment system of the present invention. In a detailed embodiment, the catalyst contains a “well-dispersed” silver species on the surface of alumina. In a specific embodiment, the catalyst is substantially free of metallic silver and / or silver aluminum.

触媒は、イオン銀とアルミナ支持体との含浸によって調製され得る。アルミナ支持体は、ベーマイト擬ベーマイト、ダイアスポア、ノードストランド石、バイエライト、ギブサイト、水酸化アルミナ、焼成アルミナ、およびそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されないいずれの好適なアルミナであり得る。例示的な銀アルミナ触媒は、アルミナ上で支持されたAg2Oベース上で、約3〜4重量パーセント(wt%)の銀を含む。一実施形態において、触媒は、高く水酸化されたアルミナ上で、イオン銀を置くことによって調製される。本明細書で使用されるように、用語「水酸化」は、それが得られる状態で、アルミナの表面が、アルミナにおいて高濃度の表面ヒドロキシル基を有することを意味する、例えば、表面に追加されるヒドロキシル基を有するベーマイト、擬ベーマイト、またはゼラチン状ベーマイト、ダイアスポア、ノードストランド石、バイエライト、ギブサイト、アルミナ、およびそれらの組み合わせである。擬ベーマイトおよびゼラチン状ベーマイトは、ダイアスポア、ノードストランド石、バイエライト、ギブサイト、およびベーマイトが一般的に結晶性として分類されるにもかかわらず、一般的に非晶質またはゼラチン状材料として分類される。本発明の1つ以上の実施形態に従って、水酸化アルミナは、式Al(OH)xyによって示され、式中、x=3−2yおよびy=0〜1またはその比である。それらの調製において、かかるアルミナは高温焼成の対象ではなく、多くの、または大抵の表面ヒドロキシル基を排除し得る。代替的実施形態において、アルミナは、ガンマ、デルタ、シータ、およびアルファアルミナ、ならびにそれらの組み合わせを提供する、高温焼成の対象であるタイプであり得る。 The catalyst can be prepared by impregnation of ionic silver and an alumina support. The alumina support can be any suitable alumina including, but not limited to, boehmite pseudoboehmite, diaspore, nodal strand stone, bayerite, gibbsite, hydroxide hydroxide, calcined alumina, and combinations thereof. Exemplary silver-alumina catalysts on supported Ag 2 O basis for over alumina, including silver about 3-4 weight percent (wt%). In one embodiment, the catalyst is prepared by placing ionic silver over highly hydroxylated alumina. As used herein, the term “hydroxylation” means that in the state it is obtained, the surface of the alumina has a high concentration of surface hydroxyl groups in the alumina, eg, added to the surface. Boehmite having a hydroxyl group, pseudoboehmite, or gelatinous boehmite, diaspore, nodal strand stone, bayerite, gibbsite, alumina, and combinations thereof. Pseudoboehmite and gelatinous boehmite are generally classified as amorphous or gelatinous materials, although diaspore, nodal strand stone, bayerite, gibbsite, and boehmite are generally classified as crystalline. In accordance with one or more embodiments of the invention, the alumina hydroxide is represented by the formula Al (OH) x O y , where x = 3-2y and y = 0-1 or ratio thereof. In their preparation, such alumina is not subject to high temperature firing and can eliminate many or most surface hydroxyl groups. In an alternative embodiment, the alumina may be of the type that is the subject of high temperature firing, providing gamma, delta, theta, and alpha alumina, and combinations thereof.

アルミナと、酢酸銀、銀硝酸等の銀の水溶性、イオン形との含浸し、次いで、イオン銀浸透性アルミナを、銀を固定し、アニオンを分解(可能であれば)するのに十分に低い温度で、乾燥し焼成する。硝酸塩に対して典型的に、これは、直径約20nmより大きい銀粒子を実質的に有さないアルミナを提供するために、約450〜550セルシウス度である。ある実施形態において、銀の直径は10nmより小さく、他の実施形態において、銀は直径約2nmよりも小さい。1つ以上の実施形態において、加工は、銀が実質的にイオン形で存在し、紫外分光法によって、実質的に金属銀が存在しないと判定されるように、行われる。1つ以上の実施形態において、実質的に銀アルミンは存在しない。金属銀および銀アルミンの不在は、X線回折分析によって確認され得る。少量の水素および適切な炭化水素燃料種の存在において、触媒は、炭素質および硫黄種と共に置かれる時、まだ機能し得る。   Impregnation of alumina with water-soluble, ionic form of silver such as silver acetate, silver nitrate, etc., then ionic silver permeable alumina, enough to fix silver and decompose anion (if possible) Dry and fire at low temperature. Typically for nitrate, this is about 450 to 550 Celsius to provide alumina that is substantially free of silver particles greater than about 20 nm in diameter. In some embodiments, the diameter of silver is less than 10 nm, and in other embodiments, the silver is less than about 2 nm in diameter. In one or more embodiments, the processing is performed such that the silver is present substantially in ionic form and is determined by ultraviolet spectroscopy to be substantially free of metallic silver. In one or more embodiments, substantially no silver aluminum is present. The absence of metallic silver and silver aluminum can be confirmed by X-ray diffraction analysis. In the presence of small amounts of hydrogen and suitable hydrocarbon fuel species, the catalyst can still function when placed with carbonaceous and sulfur species.

DOC触媒
酸化触媒は、未燃焼ガス状および不揮発性炭化水素(すなわち、VOF)、ならびに一酸化炭素の効果的な燃焼を提供するいずれの組成物からも形成され得る。加えて、酸化触媒は、NOx構成要素のかなりの割合のNOを、NO2に変換するのに効果的であるべきである。本明細書で使用されるように、用語「NOx構成要素のNOのNO2への実質的な変換」は、少なくとも20%を意味し、具体的に30〜60%である。これらの性質を有する触媒組成物は当技術分野では知られており、白金族金属および卑金属ベースの組成物を含む。触媒組成物は、耐火金属またはセラミック(例えば、コージライト)材料から形成されるハニカムフロースルーモノリス基材上に被膜され得る。代替的には、酸化触媒は、当技術分野ではよく知られている金属またはセラミックフォーム基材上に形成され得る。これらの酸化触媒は、それらが被膜される基材の特性により(例えば、オープンセルフォーム)、および/またはそれらの固有の酸化触媒活性の特性により、ある程度の粒子除去を提供する。酸化触媒は、強制再生の前に、フィルタ上の粒子質量の還元が潜在的に時間を延長するため、ウォールフローフィルタの上流の排気流から、幾つかの粒子状物質を除去し得る。
The DOC-catalyzed oxidation catalyst can be formed from any composition that provides effective combustion of unburned gaseous and non-volatile hydrocarbons (ie, VOF) and carbon monoxide. In addition, the oxidation catalyst, a NO significant fraction of the NOx component, should be effective to convert NO 2. As used herein, the term “substantial conversion of NOx component NO to NO 2 ” means at least 20%, specifically 30-60%. Catalyst compositions having these properties are known in the art and include platinum group metal and base metal based compositions. The catalyst composition can be coated on a honeycomb flow-through monolith substrate formed from a refractory metal or ceramic (eg, cordierite) material. Alternatively, the oxidation catalyst may be formed on a metal or ceramic foam substrate that is well known in the art. These oxidation catalysts provide some degree of particle removal due to the properties of the substrate on which they are coated (eg, open cell foam) and / or due to their inherent oxidation catalytic activity properties. The oxidation catalyst may remove some particulate matter from the exhaust stream upstream of the wall flow filter, because the reduction of the particle mass on the filter potentially extends time prior to forced regeneration.

排出処理システム中で使用され得る一具体的な酸化触媒組成物は、高表面積、ゼオライト構成要素(例えば、ベータゼオライト)と組み合される耐火酸化物支持体(例えば、γアルミナ)上に分散した白金族構成要素(例えば、白金、パラジウム、またはロジウム構成要素)を含有する。具体的な白金族金属成分は、白金およびパラジウムを含む。組成物が耐火酸化物基材、例えば、フロースルーハニカム基材上に配置される時、白金族金属の濃度は、典型的に約10〜150g/ft3である。具体的実施形態において、白金族金属は、典型的に約20g/ft3〜約130g/ft3、または約30g/ft3〜約120g/ft3、または約40g/ft3〜約110g/ft3、あるいは約50g/ft3〜約100g/ft3の範囲である。
他の詳細な実施形態において、白金族金属は、約10g/ft3、約20g/ft3、約30g/ft3、約40g/ft3、約50g/ft3、約60g/ft3、約70g/ft3、約80g/ft3、約90g/ft3、約100g/ft3、約110g/ft3or約120g/ft3より大きい濃度で存在する。さらに他の詳細な実施形態において、白金族金属は、約120g/ft3、約110g/ft3、約100g/ft3、約90g/ft3、約80g/ft3、約70g/ft3、約60g/ft3、約50g/ft3、約40g/ft3、または約30g/ft3より小さい濃度で存在する。さらに詳細な実施形態において、白金族金属濃度の範囲は、先で列挙された最小および最高濃度のいずれの組み合わせの間である。
One specific oxidation catalyst composition that can be used in an exhaust treatment system is a platinum group dispersed on a refractory oxide support (eg, gamma alumina) combined with a high surface area, zeolite component (eg, beta zeolite). Contains components (eg, platinum, palladium, or rhodium components). Specific platinum group metal components include platinum and palladium. When the composition is disposed on a refractory oxide substrate, such as a flow-through honeycomb substrate, the platinum group metal concentration is typically about 10 to 150 g / ft 3 . In specific embodiments, the platinum group metal is typically about 20 g / ft 3 to about 130 g / ft 3 , or about 30 g / ft 3 to about 120 g / ft 3 , or about 40 g / ft 3 to about 110 g / ft. 3 or in the range of about 50 g / ft 3 to about 100 g / ft 3 .
In other detailed embodiments, the platinum group metal comprises about 10 g / ft 3 , about 20 g / ft 3 , about 30 g / ft 3 , about 40 g / ft 3 , about 50 g / ft 3 , about 60 g / ft 3 , about It is present in concentrations greater than 70 g / ft 3 , about 80 g / ft 3 , about 90 g / ft 3 , about 100 g / ft 3 , about 110 g / ft 3 or about 120 g / ft 3 . In still other detailed embodiments, the platinum group metal is about 120 g / ft 3 , about 110 g / ft 3 , about 100 g / ft 3 , about 90 g / ft 3 , about 80 g / ft 3 , about 70 g / ft 3 , It is present at a concentration of less than about 60 g / ft 3 , about 50 g / ft 3 , about 40 g / ft 3 , or about 30 g / ft 3 . In a more detailed embodiment, the platinum group metal concentration range is between any combination of the minimum and maximum concentrations listed above.

また、酸化触媒の形成における使用に対して好適である白金族金属ベースの組成物は、米国特許第5、100、632号(’632特許)にも記載され、参照によって本明細書に組み込まれる。’632特許は、白金族金属とアルカリ土類金属との原子比率は約1:250〜約1:1であり、具体的に約1:60〜約1:6であるマグネシウム酸化物、カルシウム酸化物、ストロンチウム酸化物、またはバリウム酸化物等の白金、パラジウム、ロジウム、およびルテニウム、ならびにアルカリ土類金属酸化物の金銅仏を有する組成物を説明する。   Platinum group metal-based compositions that are suitable for use in the formation of oxidation catalysts are also described in US Pat. No. 5,100,632 (the '632 patent), incorporated herein by reference. . The '632 patent states that magnesium oxide, calcium oxidation, wherein the atomic ratio of platinum group metal to alkaline earth metal is about 1: 250 to about 1: 1, specifically about 1:60 to about 1: 6. A composition having platinum, palladium, rhodium, and ruthenium such as strontium oxide or barium oxide, and an alkaline earth metal oxide gold-copper bud is described.

また、酸化触媒に好適な触媒組成物は、卑金属を触媒剤として使用しても形成され得る。例えば、米国特許第5、491、120号(その開示は、参照によって本明細書に組み込まれる)は、少なくとも約10m2/gのBET表面積を有する触媒材料を含み、本質的に1つ以上のチタニア、ジルコニア、セリアジルコニア、シリカ、アルミナシリカ、およびα−アルミナであり得るバルク第2の金属酸化物から成る酸化触媒組成物を開示する。 A catalyst composition suitable for an oxidation catalyst can also be formed using a base metal as a catalyst agent. For example, US Pat. No. 5,491,120 (the disclosure of which is incorporated herein by reference) includes a catalytic material having a BET surface area of at least about 10 m 2 / g, and essentially comprises one or more Disclosed is an oxidation catalyst composition comprising a bulk second metal oxide that can be titania, zirconia, ceria zirconia, silica, alumina silica, and alpha-alumina.

また、有用なものとして、米国特許第5,462,907号(’907特許、その開示は、参照によって本明細書に組み込まれる)で開示される触媒組成物である。’907特許は、少なくとも約10m2/gの表面積をそれぞれが有するセリアおよびアルミナ、例えば、約1.5:1〜1:1.5の重量比で、セリアおよび活性アルミナを含有する触媒材料を含む、組成物を教示する。任意で、白金は、COおよび未燃焼炭化水素の気相酸化を促進するのに効果的であるが、SO3へのSO2の過剰酸化を防ぐことを制限されている量において、’907特許で説明される組成物に含まれ得る。代替的には、いずれの所望の量のパラジウムも触媒材料に含まれ得る。 Also useful are the catalyst compositions disclosed in US Pat. No. 5,462,907 (the '907 patent, the disclosure of which is incorporated herein by reference). The '907 patent describes ceria and alumina each having a surface area of at least about 10 m 2 / g, for example, a catalyst material containing ceria and activated alumina in a weight ratio of about 1.5: 1 to 1: 1.5. A composition comprising is taught. Optionally, platinum is effective in promoting gas phase oxidation of CO and unburned hydrocarbons, but in an amount limited to prevent over oxidation of SO 2 to SO 3 in the '907 patent. In the composition described in. Alternatively, any desired amount of palladium can be included in the catalyst material.

NH 3 −SCR触媒
本発明の一実施形態において、本システムは、HC−SCR触媒の下流で、NH3−SCR触媒をさらに含み得る。NH3−SCR触媒は、本システム中で生成されるいずれのNH3を、環境に放出されることから防ぐこともできる。好適なNH3−SCR触媒は、尿素SCR適用において有用である、知られているSCR触媒のいずれでもあり得る。CHAX線結晶構造(例えば、Cu−CHA、Cu−SAPO)を有するモレキュラーシーブを含む、NH3−SCR触媒が用いられることは利点である。優れた水熱安定性および耐久性を示すCHA構造を有するこれらのモレキュラーシーブは、本発明において特に有用である。
In one embodiment of the NH 3 -SCR catalyst present invention, the system, downstream of the HC-SCR catalyst may further comprise NH 3 -SCR catalyst. The NH 3 -SCR catalyst can also prevent any NH 3 produced in the system from being released to the environment. Suitable NH 3 -SCR catalyst useful in urea SCR applications, can be any of SCR catalysts known. CHAX ray crystal structure (e.g., Cu-CHA, Cu-SAPO ) comprising a molecular sieve having a is an advantage in that the NH 3 -SCR catalyst is used. These molecular sieves having a CHA structure exhibiting excellent hydrothermal stability and durability are particularly useful in the present invention.

ガソリン希薄燃焼エンジン
上述の実施形態は、ディーゼルエンジンの下流にDOCおよびDPFを有するディーゼルエンジンに関するものであるが、本発明の1つ以上の実施形態に従うシステムが、ガソリン希薄燃焼エンジンにおいて使用され得ることが理解されよう。したがって、例示的システムは、図1に示されるタイプのシステムを含み、構成要素22と流体連通している希薄燃焼エンジンからし、それは、一酸化炭素および炭化水素を酸化するのに好適な触媒な触媒であり得る。ガソリンエンジンに対して好適な触媒の例は、三元触媒(TWC)である。優れた活性および長い寿命を示すTWC触媒は、高表面積、耐火酸化物支持体、例えば、高表面積アルミナ被膜上に設置される、1つ以上の白金族金属(例えば、白金またはパラジウム、ロジウム、ルテニウム、およびイリジウム)を含む。
Gasoline lean-burn engine The above-described embodiments relate to a diesel engine having a DOC and DPF downstream of the diesel engine, although the system according to one or more embodiments of the present invention can be used in a gasoline lean-burn engine. Will be understood. Thus, an exemplary system comprises a lean combustion engine that includes a system of the type shown in FIG. 1 and is in fluid communication with component 22, which is a suitable catalyst for oxidizing carbon monoxide and hydrocarbons. It can be a catalyst. An example of a suitable catalyst for a gasoline engine is a three way catalyst (TWC). A TWC catalyst that exhibits excellent activity and long life span is one or more platinum group metals (eg, platinum or palladium, rhodium, ruthenium, etc.) placed on a high surface area, refractory oxide support, eg, a high surface area alumina coating. , And iridium).

水素源
幾つかの代替的実施形態において、水素は、外部源または水素生成によって生成され得る。好適な水素源は、電解槽、プラズマ改質、熱分解装置、水蒸気改質器、圧縮ガス容器、および液化ガス容器を含むが、それらに限定されない。
Hydrogen Source In some alternative embodiments, hydrogen may be generated by an external source or hydrogen production. Suitable hydrogen sources include, but are not limited to, electrolyzers, plasma reformers, pyrolyzers, steam reformers, compressed gas containers, and liquefied gas containers.

プロトン交換膜(PEM)等の電解槽は、自動車に搭載される水素を産生するために使用され得る。PEMは、水を水素および酸素分子に分裂し、それらは、次いで排気中に圧縮され、注入され得る。PEMシステムは、わずかな量の水がシステム中で維持されることを必要とする。   Electrolyzers such as proton exchange membranes (PEM) can be used to produce hydrogen that is mounted on automobiles. The PEM splits water into hydrogen and oxygen molecules that can then be compressed and injected into the exhaust. PEM systems require a small amount of water to be maintained in the system.

プラズマ改質は、ガス状炭化水素を、ガソリン、ディーゼル燃料、メタン、エタン等の様に、水素に変換する。反応チャンバは、十分な燃料および空気で飽和され、プラズマが発火する。プラズマベースの反応は、水素放出をもたらす。水素放出は、触媒構成要素を用いて最適化され得る。   Plasma reforming converts gaseous hydrocarbons to hydrogen, such as gasoline, diesel fuel, methane, ethane and the like. The reaction chamber is saturated with sufficient fuel and air and a plasma is ignited. Plasma based reactions result in hydrogen evolution. Hydrogen release can be optimized using catalyst components.

熱分解装置は、燃料を分解、または熱分解し、水素および炭素酸化物種をもたらす。熱分解は、一般的に、効率的な変換に対して高温を必要とする。   The pyrolysis device decomposes or pyrolyzes the fuel, yielding hydrogen and carbon oxide species. Pyrolysis generally requires high temperatures for efficient conversion.

水蒸気改質器は、燃料を水と反応させることによって、水素を生成することができる。反応は発熱性であり、反応率の増加をもたらす。電気分解と同様、このタイプの水素注入器には、小型の搭載水源が必要とされる。   A steam reformer can produce hydrogen by reacting fuel with water. The reaction is exothermic and results in an increased reaction rate. Similar to electrolysis, this type of hydrogen injector requires a small on-board water source.

排気中に存在する水素の降下を説明するために、別々の実験を、実験室規模反応器中で、エンジン熟成HC−SCR触媒試料を用いて行った。450ppmの炭素C1(ディーゼルとして)、150ppmのNO、5%のCO2、5%のH2O、10%のO2バランスN2を含有する模擬ディーゼル排気を、30,000hr-1で、エンジン熟成HC−SCR触媒試料の入口部分から採取されるコア試料に導入した。評価を、500℃〜260℃の触媒入口温度の下方斜面を用いて行った。HC−SCR触媒試料は、モノリス触媒を含有する銀であった。銀硝酸の1M溶液を、脱イオン水を使用して調製した。得られた溶液を、光源から離れた暗色のボトル中に貯蔵した。様々な支持体の利用可能な細孔容積を、初期の湿気が達成されるまで混合すると同時に、裸支持体を水で滴定することによって判定した。これは、支持体のグラム当たりの液体容積をもたらした。最終標的Ag2Oレベルおよび利用可能である支持体のグラム当たりの容積を使用して、必要とされるIM AgNO3溶液の量を算出した。必要である場合、液体の総容積が、支持体試料を初期の湿気まで含浸するために必要とされる量と等しいように、DI水を銀溶液に添加した。必要とされるAgNO3溶液の量が支持体の細孔容積を超過する場合、次いで、複数の含浸を行った。 In order to account for the drop in hydrogen present in the exhaust, separate experiments were performed in a laboratory scale reactor with engine aged HC-SCR catalyst samples. Simulated diesel exhaust containing 450 ppm carbon C1 (as diesel), 150 ppm NO, 5% CO 2 , 5% H 2 O, 10% O 2 balance N 2 at 30,000 hr −1 , engine It was introduced into the core sample taken from the inlet portion of the aged HC-SCR catalyst sample. Evaluation was performed using the lower slope of the catalyst inlet temperature from 500 ° C to 260 ° C. The HC-SCR catalyst sample was silver containing a monolith catalyst. A 1M solution of silver nitric acid was prepared using deionized water. The resulting solution was stored in a dark bottle away from the light source. The available pore volume of the various supports was determined by mixing the bare supports with water while mixing until initial moisture was achieved. This resulted in a liquid volume per gram of support. Using the final target Ag 2 O level and the volume per gram of support that was available, the amount of IM AgNO 3 solution required was calculated. If necessary, DI water was added to the silver solution so that the total volume of liquid was equal to the amount required to impregnate the support sample to the initial moisture. If the amount of AgNO 3 solution required exceeded the pore volume of the support, then multiple impregnations were performed.

適切なAgNO3溶液を、混合しながら、支持体に徐々に添加した。初期の湿気が達成された後、得られた固体を、90℃で16時間乾燥し、次いで540℃で2時間焼成した。また、触媒を、任意で、少なくとも典型的に約650℃で約16時間にわたって、空気中約10%の流れの流れる流れにさらした。 The appropriate AgNO 3 solution was slowly added to the support with mixing. After initial moisture was achieved, the resulting solid was dried at 90 ° C. for 16 hours and then calcined at 540 ° C. for 2 hours. The catalyst was also optionally exposed to a flowing stream of about 10% flow in air at least typically at about 650 ° C. for about 16 hours.

触媒を、上述のように、商業的に利用可能な擬ベーマイト(Sasolによって産生されるCatapal.RTM.C1、270m2/g、0.41cc/gの細孔容積、6.1nmの平均細孔径、北米)およびベーマイト(P200(Sasolから)、100m2/g、0.47cc/gの細孔容積、17.9nmの平均細孔径)アルミナ支持体を使用して、調製した。各アルミナを、終了した触媒の銀含有量が、Ag2Oベースで約3重量%であるまで加工した。平方インチ当たり約300セルを有するモノリスを、アルミナを用いてウォッシュコートを施し、約2g/in3の充填をもたらす。HC−SCR触媒を、エンジン排気システム中に立体配置で、DOC/DPFの前に設置し、50時間にわたってエンジンで熟成した。熟成の間、数々の燃料燃焼サイクルを、DOC/DPFの再生を模擬実験するために用いた。 The catalyst was prepared as described above using commercially available pseudoboehmite (Catapal.RTM.C1, 270 m 2 / g produced by Sasol, pore volume of 0.41 cc / g, average pore diameter of 6.1 nm. North America) and boehmite (P200 (from Sasol), 100 m 2 / g, 0.47 cc / g pore volume, 17.9 nm average pore diameter) alumina support. Each alumina was processed until the silver content of the finished catalyst was about 3% by weight on an Ag 2 O basis. A monolith with about 300 cells per square inch is washcoated with alumina, resulting in a fill of about 2 g / in 3 . The HC-SCR catalyst was placed in front of the DOC / DPF in steric configuration in the engine exhaust system and aged on the engine for 50 hours. During aging, a number of fuel combustion cycles were used to simulate DOC / DPF regeneration.

NOx変換の結果は図13に示される。いずれの処置も行うことなく、受容したままの状態のエンジン熟成試料は、評価された全ての温度範囲において、約20%のNOx変換を示す。触媒は、1000ppmのH2が模擬排気中に導入される時、500℃で10%より優れたNOx変換、400℃で20%より優れたNOx変換、および300℃で50%より優れたNOx変換を示す。排気中の水素の存在は、非常に非活性化触媒のNOx性能を大幅に強化する。 The result of the NOx conversion is shown in FIG. Without any treatment, as-received engine aged samples show about 20% NOx conversion in all temperature ranges evaluated. The catalyst has NOx conversion better than 10% at 500 ° C., NOx conversion better than 20% at 400 ° C., and NOx conversion better than 50% at 300 ° C. when 1000 ppm of H 2 is introduced into the simulated exhaust. Indicates. The presence of hydrogen in the exhaust greatly enhances the NOx performance of highly deactivated catalysts.

本発明は、好ましい実施形態に重点を置いて説明したが、好ましい装置および方法の変形形態が使用されてもよく、本発明が、本明細書で具体的に説明されるものとは別の方法でも実践され得ることが意図されることは、当業者にとって明らかであろう。したがって、本発明は、以下の特許請求項の範囲によって定義される本発明の精神および範囲内に包含される全ての修正を含む。   Although the present invention has been described with an emphasis on preferred embodiments, variations on the preferred devices and methods may be used and the invention may be different from those specifically described herein. However, it will be apparent to those skilled in the art that it is intended to be practiced. Accordingly, this invention includes all modifications encompassed within the spirit and scope of the invention as defined by the scope of the following claims.

Claims (14)

希薄燃焼エンジンからの排気流中のNOx削減のための排出処理システムであって、
前記エンジン排気流と流体連通している主排気管と、前記主排気管と流体連通している炭化水素選択的触媒還元触媒(HC−SCR)と、
前記主排気管に接続されたスリップ排気流管であって、前記スリップ排気流管と流体連通している触媒部分酸化(CPO)触媒を流過するスリップ排気流を提供するために、前記主排気管からの前記排気流の一部を前記スリップ排気流管中に迂回させるための第1の接合部と、前記スリップ排気流を前記HC−SCRの上流で前記主排気管に再導入するための、前記第1の接合部の下流の第2の接合部と、によって、前記主排気管から分岐したスリップ排気流管と、
前記CPO触媒の上流の炭化水素注入器であって、前記CPO触媒は、炭化水素の一部を一酸化炭素および水素に変換するのに有効な炭化水素注入器と、を備えていることを特徴とするシステム。
An exhaust treatment system for reducing NOx in an exhaust stream from a lean combustion engine,
A main exhaust pipe in fluid communication with the engine exhaust stream; a hydrocarbon selective catalytic reduction catalyst (HC-SCR) in fluid communication with the main exhaust pipe;
A slip exhaust flow pipe connected to the main exhaust pipe for providing a slip exhaust flow through a catalytic partial oxidation (CPO) catalyst in fluid communication with the slip exhaust flow pipe. A first joint for diverting part of the exhaust flow from the pipe into the slip exhaust flow pipe, and for reintroducing the slip exhaust flow into the main exhaust pipe upstream of the HC-SCR A slip exhaust flow pipe branched from the main exhaust pipe by a second joint downstream of the first joint;
A hydrocarbon injector upstream of the CPO catalyst, the CPO catalyst comprising a hydrocarbon injector effective to convert a portion of the hydrocarbons to carbon monoxide and hydrogen. System.
前記CPO触媒は、前記下流のHC−SCR触媒に対して、十分な水素および適切な量の炭化水素を提供するように設計される、請求項1に記載の排出処理システム。   The exhaust treatment system of claim 1, wherein the CPO catalyst is designed to provide sufficient hydrogen and an appropriate amount of hydrocarbons to the downstream HC-SCR catalyst. 前記炭化水素注入装置は、前記スリップ排気流管中に注入された炭化水素の量を制御するように適合された計量装置を含む、請求項1に記載の排出処理システム。   The exhaust treatment system of claim 1, wherein the hydrocarbon injection device includes a metering device adapted to control the amount of hydrocarbon injected into the slip exhaust flow tube. 前記スリップ排気流管の前記第1の接合部で、前記スリップ排気流管に迂回する排気ガスのパーセンテージを調節するための、計量装置をさらに含む、請求項1に記載の排出処理システム。   The exhaust treatment system of claim 1, further comprising a metering device for adjusting a percentage of exhaust gas that diverts to the slip exhaust flow pipe at the first junction of the slip exhaust flow pipe. 前記CPO触媒は、白金、パラジウム、ロジウム、およびそれらの混合物から選択される白金族金属を含有する、請求項1に記載の排出処理システム。   The exhaust treatment system according to claim 1, wherein the CPO catalyst contains a platinum group metal selected from platinum, palladium, rhodium, and mixtures thereof. 前記HC−SCR触媒の上流または下流にディーゼル微粒子フィルタ(DPF)をさらに備えている請求項1に記載の排出処理システム。   The exhaust treatment system according to claim 1, further comprising a diesel particulate filter (DPF) upstream or downstream of the HC-SCR catalyst. 前記ディーゼル微粒子フィルタ(DPF)は、前記主排気管と流体連通している前記第1の接合部と第2の接合部との間に設置されている、請求項6に記載の排出処理システム。   The exhaust treatment system according to claim 6, wherein the diesel particulate filter (DPF) is installed between the first joint and the second joint that are in fluid communication with the main exhaust pipe. 前記DPFおよびHC−SCR触媒の上流にディーゼル酸化触媒(DOC)をさらに備えている、請求項6または7に記載の排出処理システム。   The exhaust treatment system according to claim 6 or 7, further comprising a diesel oxidation catalyst (DOC) upstream of the DPF and the HC-SCR catalyst. 前記ディーゼル酸化触媒(DOC)が、前記主排気管と流体連通している前記第1の接合部の下流に設置されている、請求項8に記載の排出処理システム。   The exhaust treatment system of claim 8, wherein the diesel oxidation catalyst (DOC) is installed downstream of the first joint in fluid communication with the main exhaust pipe. 前記DOCおよびDPFは、単一の構成要素中に統合されている、請求項9に記載の排出処理システム。   The emission processing system of claim 9, wherein the DOC and DPF are integrated into a single component. 前記HC−SCR触媒の下流にNH3−SCR触媒をさらに備えている、請求項1に記載の排出処理システム。   The exhaust treatment system according to claim 1, further comprising an NH3-SCR catalyst downstream of the HC-SCR catalyst. 前記HC−SCR触媒の下流に酸化触媒をさらに備えている、請求項1に記載の排出処理システム。   The exhaust treatment system according to claim 1, further comprising an oxidation catalyst downstream of the HC-SCR catalyst. 排気流を処置する方法であって、
前記排気流を主排気管に通過させ、前記排気流の一部をスリップ排気流管に通過させる工程を含み、前記主排気管は、炭化水素選択的触媒還元触媒(HC−SCR)を備え、前記スリップ排気流管は、触媒部分酸化(CPO)触媒を備え、前記スリップ排気流管は、第1の接合部で前記主排気管から分岐し、かつ前記CPO触媒と流体連通しており、前記スリップ排気流管は、前記HC−SCRの上流の第2の接合部で、前記主排気管と再接合し、炭化水素注入器が前記CPO触媒の上流にあり、前記CPO触媒は、前記炭化水素の一部を一酸化炭素および水素に変換するように適合されていることを特徴とする方法。
A method of treating exhaust flow,
Passing the exhaust stream through a main exhaust pipe and passing a portion of the exhaust stream through a slip exhaust flow pipe, the main exhaust pipe comprising a hydrocarbon selective catalytic reduction catalyst (HC-SCR); The slip exhaust flow pipe comprises a catalytic partial oxidation (CPO) catalyst, the slip exhaust flow pipe branches from the main exhaust pipe at a first junction and is in fluid communication with the CPO catalyst; A slip exhaust flow pipe is rejoined to the main exhaust pipe at a second joint upstream of the HC-SCR, a hydrocarbon injector is upstream of the CPO catalyst, and the CPO catalyst is the hydrocarbon Characterized in that it is adapted to convert a portion of the carbon to carbon monoxide and hydrogen.
排気流を処置する方法であって、前記排気流を、請求項2〜12のいずれかに記載のシステムに通過させることを含む、方法。   A method of treating an exhaust stream, comprising passing the exhaust stream through a system according to any of claims 2-12.
JP2012503647A 2009-04-02 2010-03-31 HC-SCR system for lean burn engines Pending JP2012522930A (en)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16604709P 2009-04-02 2009-04-02
US61/166,047 2009-04-02
US16660309P 2009-04-03 2009-04-03
US61/166,603 2009-04-03
US16993209P 2009-04-16 2009-04-16
US61/169,932 2009-04-16
PCT/US2010/029334 WO2010114876A2 (en) 2009-04-02 2010-03-31 Hc-scr system for lean burn engines

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012522930A true JP2012522930A (en) 2012-09-27

Family

ID=42825039

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012503647A Pending JP2012522930A (en) 2009-04-02 2010-03-31 HC-SCR system for lean burn engines

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20100251700A1 (en)
EP (1) EP2419612A4 (en)
JP (1) JP2012522930A (en)
KR (1) KR20120041162A (en)
CN (1) CN102388207A (en)
BR (1) BRPI1015090A2 (en)
WO (1) WO2010114876A2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013543947A (en) * 2010-11-11 2013-12-09 ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー Exhaust gas NOx treatment using 3 continuous SCR catalyst compartments
US9851101B2 (en) 2014-06-06 2017-12-26 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Boiler system and power plant including the same
JP2019148232A (en) * 2018-02-27 2019-09-05 東京濾器株式会社 Exhaust gas treatment system and exhaust emission control method
JP2020515767A (en) * 2017-04-04 2020-05-28 ビーエーエスエフ コーポレーション Hydrogen-assisted integrated emission control system

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2696097A1 (en) * 2007-08-30 2009-03-05 Energy Conversion Technology As Exhaust gas apparatus and method for the regeneration of a nox trap and a particle filter
US20100229539A1 (en) * 2009-03-16 2010-09-16 Caterpillar Inc. Hydrocarbon scr aftertreatment system
US20110283685A1 (en) * 2009-04-27 2011-11-24 Kotrba Adam J Exhaust Treatment System With Hydrocarbon Lean NOx Catalyst
US8904760B2 (en) * 2009-06-17 2014-12-09 GM Global Technology Operations LLC Exhaust gas treatment system including an HC-SCR and two-way catalyst and method of using the same
KR101158816B1 (en) * 2009-08-21 2012-06-26 기아자동차주식회사 Exhaust Device Of Diesel Vehicle
US20120144802A1 (en) * 2010-12-10 2012-06-14 Driscoll James J Exhaust system having doc regeneration strategy
US20120258032A1 (en) * 2011-11-02 2012-10-11 Johnson Matthey Public Limited Company Catalyzed filter for treating exhaust gas
GB201121468D0 (en) * 2011-12-14 2012-01-25 Johnson Matthey Plc Improvements in automotive catalytic aftertreatment
KR101875228B1 (en) * 2012-01-27 2018-07-05 두산인프라코어 주식회사 Apparatus and controlling method of urea-scr system
DE102013200361B4 (en) * 2012-03-09 2017-04-06 Ford Global Technologies, Llc Exhaust gas aftertreatment system, motor vehicle and method for exhaust aftertreatment
US8765623B2 (en) 2012-04-26 2014-07-01 Caterpillar Inc. Method for exhaust gas after treatment
KR101535088B1 (en) * 2012-06-12 2015-07-08 희성촉매 주식회사 SCR catalyst system with high performance
US20140170030A1 (en) * 2012-12-14 2014-06-19 International Engine Intellectual Property Company, Llc Aftertreatment System Using LNT and SCR
GB2510171B (en) 2013-01-28 2015-01-28 Cool Flame Technologies As Method and cleaning apparatus for removal of SOx and NOx from exhaust gas
RU2657082C2 (en) * 2013-02-14 2018-06-08 Хальдор Топсеэ А/С Method and catalyst for simultaneous removal of carbon monoxide and nitrogen oxides from flue or exhaust gas
KR101445038B1 (en) * 2013-06-28 2014-09-26 두산엔진주식회사 System for selective catalytic reuction and catalytic regeneration
FR3013381B1 (en) * 2013-11-15 2016-01-01 IFP Energies Nouvelles METHOD OF DEPOLLUTING EXHAUST GAS, ESPECIALLY OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE, IN PARTICULAR FOR MOTOR VEHICLE, AND INSTALLATION USING SUCH A METHOD
CN105089745B (en) * 2014-04-17 2018-08-14 通用电气公司 The system and method for reducing the nitrogen oxides in useless exhaust
US9931596B2 (en) 2014-10-21 2018-04-03 Basf Corporation Emissions treatment systems with TWC catalysts and SCR-HCT catalysts
CN107735161B (en) * 2015-03-03 2021-05-04 巴斯夫公司 NOxSorbent catalyst, method and system
MX2017016111A (en) * 2015-06-12 2018-02-21 Basf Corp Exhaust gas treatment system.
US9957867B2 (en) 2016-03-25 2018-05-01 Ford Global Technologies, Llc Method and system for emissions reduction
MX2018015640A (en) * 2016-06-13 2019-04-11 Basf Corp CATALYST COMPOSITE AND USE THEREOF IN THE SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION OF NOx.
US10473020B2 (en) 2016-07-25 2019-11-12 Ford Global Technologies, Llc Method and system for exhaust aftertreatment
US10337374B2 (en) * 2017-03-15 2019-07-02 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for an aftertreatment catalyst
EP3607177A4 (en) 2017-04-04 2020-09-02 BASF Corporation Integrated emissions control system
JP2020515765A (en) 2017-04-04 2020-05-28 ビーエーエスエフ コーポレーション Hydrogen reducing agent for catalytic decontamination
JP2020515768A (en) 2017-04-04 2020-05-28 ビーエーエスエフ コーポレーション On-board hydrogen generation and use in an exhaust stream
CN110678630B (en) 2017-04-04 2023-10-31 巴斯夫公司 On-board ammonia and hydrogen generation
EP3607181B1 (en) 2017-04-04 2024-02-28 BASF Corporation Ammonia generation system for nox emission control
DK201800098A1 (en) * 2018-03-01 2019-10-09 HANS JENSEN GREENTECH ApS Selective Catalytic Reduction System and Method for NOx Reduction
CN114718698A (en) * 2021-01-05 2022-07-08 长城汽车股份有限公司 Exhaust gas after-treatment system and method and vehicle with exhaust gas after-treatment system

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003161143A (en) * 2001-11-22 2003-06-06 Nissan Diesel Motor Co Ltd Exhaust emission control device for gas engine
US20040018132A1 (en) * 2002-03-07 2004-01-29 Bartley Gordon James Johnston Nox reduction system for diesel engines, using hydrogen selective catalytic reduction
US6832473B2 (en) * 2002-11-21 2004-12-21 Delphi Technologies, Inc. Method and system for regenerating NOx adsorbers and/or particulate filters
JP2006506581A (en) * 2002-11-15 2006-02-23 カタリティカ エナジー システムズ, インコーポレイテッド Apparatus and method for reducing NOx emissions from lean burn engines
JP2007526864A (en) * 2003-06-06 2007-09-20 ユミコア・アクチエンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト Method and apparatus for catalytic conversion of hydrocarbons to generate hydrogen rich gas
JP2007278162A (en) * 2006-04-06 2007-10-25 Hino Motors Ltd Exhaust emission control device for diesel engine
WO2007141638A2 (en) * 2006-06-06 2007-12-13 Eaton Corporation System and method for diesel engine exhaust aftertreatment
JP2008506881A (en) * 2004-07-14 2008-03-06 イートン コーポレーション Hybrid catalyst system for exhaust emission reduction
US20080236142A1 (en) * 2007-03-28 2008-10-02 Gm Global Technology Operations, Inc. Method and apparatus for exhaust gas purifying using hydrocarbon-selective catalytic reduction

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4329162A (en) * 1980-07-03 1982-05-11 Corning Glass Works Diesel particulate trap
US4522894A (en) * 1982-09-30 1985-06-11 Engelhard Corporation Fuel cell electric power production
US5100632A (en) * 1984-04-23 1992-03-31 Engelhard Corporation Catalyzed diesel exhaust particulate filter
WO1993010886A1 (en) * 1991-11-26 1993-06-10 Engelhard Corporation Ceria-alumina oxidation catalyst and method of use
KR100318576B1 (en) * 1991-11-26 2002-04-22 스티븐 아이. 밀러 Oxidation catalyst and its use
JP2850689B2 (en) * 1993-01-14 1999-01-27 三菱自動車工業株式会社 Exhaust gas purification device
DE60123628T2 (en) * 2000-08-02 2007-08-23 Mikuni Corp. Electronically controlled injector
US7021048B2 (en) * 2002-01-25 2006-04-04 Arvin Technologies, Inc. Combination emission abatement assembly and method of operating the same
DE10243270A1 (en) * 2002-09-18 2004-03-25 Robert Bosch Gmbh Exhaust gas purification unit used in diesel and gasoline direct injection engines has a switching device for introducing a reducing agent into the exhaust gas stream arranged before or within an oxidation catalyst
US6758035B2 (en) * 2002-09-18 2004-07-06 Arvin Technologies, Inc. Method and apparatus for purging SOX from a NOX trap
DE10300298A1 (en) * 2003-01-02 2004-07-15 Daimlerchrysler Ag Exhaust gas aftertreatment device and method
US20050022450A1 (en) * 2003-02-12 2005-02-03 Cher-Dip Tan Reformer system, a method of producing hydrogen in the reformer system, and a method of using the reformer system
WO2006066043A1 (en) * 2004-12-15 2006-06-22 Donaldson Company, Inc. Control for an engine exhaust treatment system
US7395670B1 (en) * 2005-02-18 2008-07-08 Praxair Technology, Inc. Gas turbine fuel preparation and introduction method
JP4192905B2 (en) * 2005-03-04 2008-12-10 トヨタ自動車株式会社 Exhaust gas purification device for internal combustion engine
US20060201139A1 (en) * 2005-03-10 2006-09-14 Navin Khadiya Emission abatement systems and methods
US7721532B2 (en) * 2005-06-30 2010-05-25 General Electric Company Method and system for regeneration of a catalyst
US20070012032A1 (en) * 2005-07-12 2007-01-18 Eaton Corporation Hybrid system comprising HC-SCR, NOx-trapping, and NH3-SCR for exhaust emission reduction
US8056322B2 (en) * 2005-12-12 2011-11-15 General Electric Company System and method for supplying oxygenate reductants to an emission treatment system
US20070289291A1 (en) * 2006-06-14 2007-12-20 Alexander Rabinovich Apparatus and Method for NOx Reduction
JP4453686B2 (en) * 2006-07-24 2010-04-21 トヨタ自動車株式会社 Exhaust gas purification system for internal combustion engine
US7802423B2 (en) * 2006-08-21 2010-09-28 General Electric Company Condenser unit for NOx emission reduction system
US8173574B2 (en) * 2006-09-20 2012-05-08 Basf Corporation Catalysts to reduce NOx in an exhaust gas stream and methods of preparation

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003161143A (en) * 2001-11-22 2003-06-06 Nissan Diesel Motor Co Ltd Exhaust emission control device for gas engine
US20040018132A1 (en) * 2002-03-07 2004-01-29 Bartley Gordon James Johnston Nox reduction system for diesel engines, using hydrogen selective catalytic reduction
JP2006506581A (en) * 2002-11-15 2006-02-23 カタリティカ エナジー システムズ, インコーポレイテッド Apparatus and method for reducing NOx emissions from lean burn engines
US6832473B2 (en) * 2002-11-21 2004-12-21 Delphi Technologies, Inc. Method and system for regenerating NOx adsorbers and/or particulate filters
JP2007526864A (en) * 2003-06-06 2007-09-20 ユミコア・アクチエンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト Method and apparatus for catalytic conversion of hydrocarbons to generate hydrogen rich gas
JP2008506881A (en) * 2004-07-14 2008-03-06 イートン コーポレーション Hybrid catalyst system for exhaust emission reduction
JP2007278162A (en) * 2006-04-06 2007-10-25 Hino Motors Ltd Exhaust emission control device for diesel engine
WO2007141638A2 (en) * 2006-06-06 2007-12-13 Eaton Corporation System and method for diesel engine exhaust aftertreatment
US20080236142A1 (en) * 2007-03-28 2008-10-02 Gm Global Technology Operations, Inc. Method and apparatus for exhaust gas purifying using hydrocarbon-selective catalytic reduction

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013543947A (en) * 2010-11-11 2013-12-09 ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー Exhaust gas NOx treatment using 3 continuous SCR catalyst compartments
US9851101B2 (en) 2014-06-06 2017-12-26 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Boiler system and power plant including the same
EP3369993A1 (en) 2014-06-06 2018-09-05 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Boiler system and power plant including the same
JP2020515767A (en) * 2017-04-04 2020-05-28 ビーエーエスエフ コーポレーション Hydrogen-assisted integrated emission control system
JP7295027B2 (en) 2017-04-04 2023-06-20 ビーエーエスエフ コーポレーション Hydrogen-assisted integrated exhaust gas conditioning system
JP2019148232A (en) * 2018-02-27 2019-09-05 東京濾器株式会社 Exhaust gas treatment system and exhaust emission control method

Also Published As

Publication number Publication date
BRPI1015090A2 (en) 2016-04-26
KR20120041162A (en) 2012-04-30
CN102388207A (en) 2012-03-21
EP2419612A4 (en) 2015-05-27
WO2010114876A2 (en) 2010-10-07
EP2419612A2 (en) 2012-02-22
US20100251700A1 (en) 2010-10-07
WO2010114876A3 (en) 2011-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2012522930A (en) HC-SCR system for lean burn engines
JP7279127B2 (en) NOx adsorber catalyst, method and system
EP2069052B1 (en) Catalysts to reduce nox in an exhaust gas stream and methods of preparation
RU2736939C2 (en) Catalysts for removal of nitrous oxide for exhaust systems
US7759280B2 (en) Catalysts, systems and methods to reduce NOX in an exhaust gas stream
JP5734565B2 (en) Catalyst and production method for reducing NOx in exhaust gas stream
US20100101221A1 (en) CATALYSTS, SYSTEMS, AND METHODS FOR REDUCING NOx IN AN EXHAUST GAS
EP3277406B1 (en) Lean nox trap with enhanced high and low temperature performance
US20080271441A1 (en) Exhaust gas purification catalyst for automobile, exhaust gas purification catalyst system and purifying process of exhaust gas
CA2898327A1 (en) Zoned catalyst for diesel applications
KR20180078350A (en) Emissions treatment system with ammonia-generating and scr catalysts
JP2020528348A (en) N2O removal from vehicle exhaust for lean / rich systems
US20110162349A1 (en) Emission scr nox aftertreatment system having reduced so3 generation and improved durability
JP2009165904A (en) Exhaust gas purifier
WO2018025827A1 (en) Cold start-compatible urea scr system
JP2020515393A (en) NOx adsorption catalyst

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130328

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140603

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20141202