RU2592791C2 - СПОСОБ ОБРАБОТКИ NOx ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТРЕХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ЗОН КАТАЛИЗАТОРОВ SCR - Google Patents

СПОСОБ ОБРАБОТКИ NOx ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТРЕХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ЗОН КАТАЛИЗАТОРОВ SCR Download PDF

Info

Publication number
RU2592791C2
RU2592791C2 RU2013126638/05A RU2013126638A RU2592791C2 RU 2592791 C2 RU2592791 C2 RU 2592791C2 RU 2013126638/05 A RU2013126638/05 A RU 2013126638/05A RU 2013126638 A RU2013126638 A RU 2013126638A RU 2592791 C2 RU2592791 C2 RU 2592791C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gaseous product
scr
zone
catalyst
exhaust gases
Prior art date
Application number
RU2013126638/05A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2013126638A (ru
Inventor
Тосиф АСЛАМ
Валери Мари Рене УЭЛЬ
Радж Рао РАДЖАРАМ
Original Assignee
Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани filed Critical Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани
Publication of RU2013126638A publication Critical patent/RU2013126638A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2592791C2 publication Critical patent/RU2592791C2/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409—Nitrogen oxides
    • B01D53/9413—Processes characterised by a specific catalyst
    • B01D53/9418—Processes characterised by a specific catalyst for removing nitrogen oxides by selective catalytic reduction [SCR] using a reducing agent in a lean exhaust gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/96—Regeneration, reactivation or recycling of reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00—Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04—Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/40—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively
    • B01J29/42—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively containing iron group metals, noble metals or copper
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/20—Reductants
    • B01D2251/202—Hydrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/20—Reductants
    • B01D2251/204—Carbon monoxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/20—Reductants
    • B01D2251/208—Hydrocarbons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1023—Palladium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/104—Silver
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/20761—Copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/209—Other metals
    • B01D2255/2092—Aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/50—Zeolites
    • B01D2255/504—ZSM 5 zeolites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/903—Multi-zoned catalysts
    • B01D2255/9035—Three zones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/01—Engine exhaust gases
    • B01D2258/012—Diesel engines and lean burn gasoline engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9459—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts
    • B01D53/9477—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts with catalysts positioned on separate bricks, e.g. exhaust systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/44—Palladium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/48—Silver or gold
    • B01J23/50—Silver
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/54—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/56—Platinum group metals
    • B01J23/63—Platinum group metals with rare earths or actinides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00—Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04—Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/40—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively
    • B01J29/42—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively containing iron group metals, noble metals or copper
    • B01J29/46—Iron group metals or copper
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

Изобретение относится к системе дополнительной обработки выхлопных газов дизельных двигателей. Способ включает пропускание выхлопных газов через первую зону с катализатором металл/цеолит, ускоряющим SCR НС, с получением первого газообразного продукта. Первый газообразный продукт пропускают через вторую зону, в которой расположен катализатор Ag/Al2O3, ускоряющий Н2-ускоряемую реакцию SCR НС с получением второго газообразного продукта. Второй газообразный продукт пропускают через третью зону, в которой расположен катализатор на основе благородного металла, который ускоряет SCR СО/Н2 с получением конечных, NOx-обедненных, выхлопных газов. Смешивание газообразного риформата, содержащего СО и Н2, с одним или более из выхлопных газов первого газообразного продукта и второго газообразного продукта. Применение ряда катализаторов предлагает привлекательную альтернативу для SCR на основе мочевины, без необходимости в источнике и запасах мочевины. 4 з.п. ф-лы.

Description

Настоящее изобретение относится к усовершенствованной системе дополнительной обработки выхлопных газов и, в частности, к системе дополнительной обработки для дизельных двигателей (двигателей компрессионного зажигания).
Дизельные двигатели находят сейчас широкое применение в личных автомобилях и легких коммерческих транспортных средствах, а также в более традиционных применениях, таких как автобусы и грузовые автомобили, благодаря их более низкому расходу горючего, чем у транспортных средств на бензиновом горючем. Дизельные двигатели работают способом, который приводит к возникновению выхлопа, который по-прежнему содержит значительные количества кислорода, а также продуктов горения и побочных продуктов, включая CO2, H2O, NOx и частицы. Также имеются малые количества не сгоревших углеводородов (HC) и CO, которые присутствуют в выхлопе.
Правила, регулирующие выбросы для транспортных средств, введены в большинстве стран для улучшения качества воздуха, особенно в больших и малых городах. Среди выхлопов, которые регулируются, особенно трудно обрабатывать NOx в дизельных выхлопах из-за сложности химического восстановления компонентов выхлопных газов в присутствии избытка кислорода. Некоторый контроль NOx может быть достигнут с помощью конструкции двигателя, хотя обычно - за счет увеличения содержания других загрязняющих веществ или посредством накопления NOx на компоненте а и управления двигателем для обеспечения отклонения режима работы от нормального состояния в обогащенном состоянии для высвобождения накапливаемых NOx и для того, чтобы вызвать химическое восстановление NOx. Современные системы дополнительной обработки выхлопных газов теперь включают стадию селективного каталитического восстановления (SCR). SCR включает добавление восстановительного агента, обычно мочевины, который производит аммиак при использовании, с восстановлением NOx до N2 во время прохождения газов над ом SCR. Наряду с дополнительной сложностью хранения и подачи на борту транспортного средства и связанной с этим инфраструктуры, многие катализаторы SCR имеют скорее узкий диапазон температур для работы. Проблемы хранения и подачи на борту и инфраструктуры могли бы, вероятно, быть устранены, если бы был предложен для использования другой восстановительный агент, в особенности само дизельное топливо. Такое "SCR HC" предложено, и предложения включают использование цеолитов для накопления несгоревших HC с высвобождением в рабочем диапазоне температур а SCR. Несмотря на множество привлекательных особенностей, SCR HC, как показано, является слишком сложным для использования в рабочей ситуации реального применения двигателя.
Риформинг углеводородов с образованием синтез газа (H2 и CO), возможно, в сочетании с реакцией конверсии водяного газа для повышения выхода H2, является хорошо известным способом, осуществляемым в промышленном масштабе.
Имеются некоторые предложения, относящиеся к риформингу горючего, по отношению к моторизированным транспортным средствам. Возможно, самые ранние предложения относятся к получению H2 для снабжения топливом транспортных средств на топливных элементах. Осложнением при этом является необходимость в исключении введения значительных количеств CO в топливный элемент, поскольку Pt катализаторы, используемые в топливном элементе, отравляются под действием CO. После этого появились предложения относительно осуществления риформинга горючего и/или выхлопных газов для одной или обеих из двух целей: (a) для извлечения тепла и увеличения эффективности (с помощью уменьшения потребления горючего, и тому подобное) посредством преобразования горючего и компонентов выхлопа в горючее с более высокой теплотворной способностью, при соответствующем уменьшении выбросов двигателя; (b) для генерирования H2 и CO с целью использования каталитической дополнительной обработки выхлопных газов, для уменьшения регулируемых правилами выбросов.
Выхлопные газы от двух главных типов двигателей внутреннего сгорания (двигателей искрового зажигания, или двигателей на бензиновом топливе, и компрессионного зажигания или дизельных двигателей) содержат большие количества паров воды, но в основном значительно различаются. Выхлопы бензиновых двигателей имеют высокую температуру, порядка 600-800°C, и содержат относительно мало кислорода. Дизельные выхлопы имеют низкую температуру (иногда всего 150°C, в маломощных дизельных двигателях, работающих в городских условиях) и имеют относительно высокие уровни кислорода. Низкие температуры дизельных выхлопов доставляют проблемы для устройств для каталитической дополнительной обработки, поскольку скорость всех химических реакций изменяется с температурой, и показано, что сложно "запустить" для всех необходимых различных реакций. Температура "пуска", как считается, представляет собой такую температуру, при которой имеет место 50% реакции.
В отличие от крупномасштабного промышленного риформинга, где контролируются температуры и другие параметры, такие как количество пропускаемого материала, выхлопы от транспортных средств могут изменяться в широких пределах по объему и массе пропускаемого материала и по температуре. По этой причине, как показано, очень трудно конструировать и осуществлять работу эффективной дополнительной обработки для дизельных двигателей, включающей риформинг выхлопных газов, хотя имеются некоторые, в основном академические, предложения.
Известно получение водорода для улучшения дополнительного контроля выбросов после дополнительной обработки внутри цилиндров самого двигателя посредством контроля впрыска и горения горючего.
Energy & Fuels 2005, 19, 744-752 описывает систему для поддерживаемого выхлопом риформинга дизельных топлив. Эта статья относится в основном к рециклированию риформата на входную сторону двигателя. Хотя использование риформата при дополнительной обработке и рассматривается во введении, никаких деталей относительно его эффективного достижения не приводится.
Известно, что водород является эффективным для восстановления NO над ом на основе Pt при относительно низких температурах (которые представляют собой условия холодного запуска бензинового двигателя): J. Catalysis 208, 435-447 (2002). Также известно, что добавление водорода к смеси NO/O2/пропан облегчает SCR HC над определенными катализаторами на основе серебра, но не надо всеми: см. Applied Catalysis B: Environmental 51 (2004) 261-274. Патент США № 5921076 описывает выхлопную систему, которая использует добавление водорода и/или углеводорода для облегчения восстановления NOx в выхлопах дизельных двигателей. Хотя рассматривается возможность применения одного и нескольких дополнительных катализаторов и предполагается, что такой (катализаторы) может хранить и высвобождать углеводороды, не предполагается, что какой-либо вариант осуществления описывается или предлагается в рамках настоящего изобретения.
Остается необходимость в улучшении каталитической дополнительной обработки выхлопов дизельных двигателей, в частности, для удовлетворения вызывающих все больше проблем регулирующих правил относительно выбросов, которые вводятся, при реалистичных рабочих условиях.
Настоящее изобретение предлагает способ улучшения восстановления NOx в выхлопах дизельных двигателей посредством селективного каталитического восстановления с использованием восстановительных агентов, содержащих углеводороды, включающий прохождение выхлопных газов через ряд зон, указанные зоны содержат первую зону, в которой расположен первый , который ускоряет SCR HC, с получением первого газообразного продукта; вторую зону, через которую проходит первый газообразный продукт и в которой расположен второй , который ускоряет H2-ускоряемую реакцию SCR HC, с получением второго газообразного продукта, и третью зону, через которую проходит второй газообразный продукт и в которой расположен третий , который ускоряет CO/H2 SCR с получением конечных NOx-обедненных выхлопных газов, и смешивание газообразного риформата, содержащего CO и H2, с одним или несколькими компонентами из выхлопных газов, первого газообразного продукта и второго газообразного продукта.
Неожиданно было обнаружено, что такой ряд из трех каталитических зон является эффективным для работы в реальных рабочих условиях, с достижением при этом хорошего восстановления NOx.
По этой причине настоящее изобретение предлагает также систему ов, содержащую ряд катализаторов SCR, содержащих первый , который ускоряет SCR HC, второй , который ускоряет H2-ускоряемую реакцию SCR HC, и третий , который ускоряет CO/H2 SCR.
В настоящем изобретении, газообразный риформат формируется посредством риформинга выхлопных газов двигателя, дополняемых топливом, желательнее всего, дополняемых дизельным топливом, смешивается с одним или несколькими компонентами из выхлопных газов и первого и второго газообразных продуктов. В первом варианте осуществления, газообразный риформат смешивают с выхлопными газами перед тем, как они поступают в первую зону. Во втором варианте осуществления газообразный риформат смешивают с первым и вторым газообразными продуктами посредством введения газообразного риформата в указанные первый и второй потоки газообразных продуктов.
Считается, что введение газообразного риформата вместе с выхлопными газами в первую зону могло бы в некоторых обстоятельствах ускорять паразитную реакцию, а именно окисление HC с помощью O2. Рекомендуется, чтобы осуществлялись рутинные эксперименты в индивидуальных случаях, чтобы установить, являются ли такие паразитные реакции проблемой для конкретных условий первого а и первой зоны, и для того, чтобы после этих исследований устанавливалась конечная конструкция. В экспериментах, описанных далее, риформат смешивают с синтетическими выхлопными газами дизельного двигателя перед тем, как он поступает в первую зону.
Способ получения риформата не является особенно критичным. Желательно, однако, чтобы он получался из дизельного горючего в устройстве такого типа, как описано в ожидающей совместного решения заявке авторов (AA 1876). Это изобретение смешивает горючее с малым количеством (меньше 10%, предпочтительно, примерно 1-2%) выхлопных газов перед прохождением его над ом риформинга.
Первая зона представляет собой при работе зону высокотемпературного восстановления HC NOx. Пригодным для использования является такой катализатор, как металл-цеолит, например, Cu/ZSM5.
Вторая зона, принимающая газы, выходящие из первой зоны, предпочтительно, смешанные с соответствующим количеством газообразного риформата для получения оптимизированного отношения H2:HC, действует для ускорения восстановления H2-HC- NOx; соответствующий основывается на Ag/Al2O3. Такой обычно подвержен ингибированию под действием HC и закоксовыванию, но присутствие H2 может сводить к минимуму такие проблемы.
Удобно, чтобы третья зона включала низкотемпературный для реакции устранения NOx, который использует CO-H2 для ускорения восстановления NOx. Удобно, чтобы такой представлял собой PGM, который может содержать Pt или Pd. Может быть преимущественным инжектирование относительно большого количества газообразного риформата для получения высокой степени преобразования NOx на этой стадии. Такой Pt или Pd катализатор может дополнительно действовать в качестве а очистки для любых непреобразованных HC и CO.
Удобно, чтобы катализаторы наносились обычным образом на единые или раздельные проточные носители. Современные технологии нанесения покрытий делают возможным точное зонирование осаждений на металлические или керамические подложки.
Риформер для выхлопных газов может вводиться в систему по настоящему изобретению или выход может разделяться между системой и потоком, который вводится на вход двигателя.
Теперь настоящее изобретение будет описываться с помощью конкретного примера, но оно не должно рассматриваться как ограничиваемое им.
Синтетические выхлопные газы дизельного двигателя, содержащие 8% O2, 5% CO2, 5% H2O и 200 м.д. NOx по объему, пропускают через риформер, вместе с 0,07 мл/мин дизельного горючего US06, и риформер работает при 375°C и при отношении O/C 3,35. риформера имеет общий объем 2,6 см3 и состоит из Pt-Rh/CeO2-ZrO2/Al2O3. Выходной продукт риформера содержит приблизительно 2% H2. Риформат смешивается при скорости 2 л/мин с другим потоком синтетических выхлопных газов, при 15 л/мин, с получением газовой смеси, имеющей композицию 8% O2, 5% CO2, 5% H2O, 200 м.д. NOx, 1000 м.д. H2, 1500 м.д. CO и 1000 м.д. C1 HC. Эту газовую смесь пропускают в каталитическую систему. Перед каталитической системой не инжектируют дополнительных HC.
Система использует первый Cu/ZSM5, второй Ag/Al2O3 и третий промышленный Pd , осажденный на равных отрезках 1 дюйм × 3 дюйм (2,25 см × 6,75 см) цилиндрической подложки. Степень преобразования NOx измеряют в диапазоне температур 200-450°C и она находится в пределах от 33% при 200°C до максимума 66% при 300°C.
Система достигает пригодной для использования степени преобразования NOx в широком диапазоне температур.
Известная из литературы обычная система SCR, использующая NH3, подающийся как мочевина, способна достигать примерно 100% степени преобразования NOx в пределах примерно между 200 и 500°C, но требует бортового хранилища для мочевины.

Claims (5)

1. Способ улучшения восстановления NOx в выхлопах дизельного двигателя посредством селективного каталитического восстановления с использованием восстановительных агентов, содержащих углеводороды, включающий пропускание выхлопных газов через ряд зон, включающих первую зону, в которой расположен катализатор металл/цеолит, ускоряющий SCR НС, с получением первого газообразного продукта; вторую зону, через которую пропускают первый газообразный продукт и в которой расположен катализатор Ag/Al2O3, ускоряющий Н2-ускоряемую реакцию SCR НС с получением второго газообразного продукта, и третью зону, через которую пропускают второй газообразный продукт и в которой расположен катализатор на основе благородного металла, который ускоряет SCR СО/Н2 с получением конечных, NOx-обедненных, выхлопных газов, и смешивание газообразного риформата, содержащего СО и Н2, с одним или более из выхлопных газов, первого газообразного продукта и второго газообразного продукта.
2. Способ по п. 1, при котором катализатор металл/цеолит представляет собой катализатор Cu/ZSM5.
3. Способ по п. 1, при котором катализатор на основе благородного металла представляет собой катализатор на основе Pd.
4. Способ по п. 1, при котором газообразный риформат смешивают с первым газообразным продуктом в количестве, необходимом для достижения оптимизированного отношения Н2:НС для Н2-ускоряемой SCR, перед поступлением во вторую зону.
5. Способ по любому из пп. 1-4, также включающий смешивание газообразного риформата со вторым газообразным продуктом перед поступлением в третью зону.
RU2013126638/05A 2010-11-11 2011-11-11 СПОСОБ ОБРАБОТКИ NOx ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТРЕХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ЗОН КАТАЛИЗАТОРОВ SCR RU2592791C2 (ru)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1019045.2 2010-11-11
GB1019045.2A GB2485530A (en) 2010-11-11 2010-11-11 Catalyst system
US13/112,571 2011-05-20
US13/112,571 US8661784B2 (en) 2010-11-11 2011-05-20 Exhaust gas aftertreatment
PCT/GB2011/052204 WO2012063080A1 (en) 2010-11-11 2011-11-11 Exhaust gas nox treatment using three scr catalyst zones in series

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013126638A RU2013126638A (ru) 2014-12-20
RU2592791C2 true RU2592791C2 (ru) 2016-07-27

Family

ID=43414694

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013126638/05A RU2592791C2 (ru) 2010-11-11 2011-11-11 СПОСОБ ОБРАБОТКИ NOx ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТРЕХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ЗОН КАТАЛИЗАТОРОВ SCR

Country Status (9)

Country Link
US (1) US8661784B2 (ru)
EP (1) EP2637769B1 (ru)
JP (1) JP5972274B2 (ru)
KR (1) KR101866930B1 (ru)
CN (1) CN103391806B (ru)
BR (1) BR112013011720A2 (ru)
GB (1) GB2485530A (ru)
RU (1) RU2592791C2 (ru)
WO (1) WO2012063080A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2675363C2 (ru) * 2013-07-30 2018-12-19 Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани Катализатор обработки проскочившего аммиака
RU2776705C2 (ru) * 2017-03-30 2022-07-25 Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани Каталитическое изделие с активным субстратом scr, слоем катализатора нейтрализации проскока аммиака и слоем scr для использования в системе обработки выхлопов

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10626772B2 (en) 2014-07-18 2020-04-21 Cummins Inc. SCR exhaust aftertreatment apparatus, system and methods including multiple washcoat formulations
ES2835948T3 (es) * 2015-03-30 2021-06-23 Basf Corp Filtros multifuncionales para el control de emisiones de diésel
GB201517580D0 (en) * 2015-10-06 2015-11-18 Johnson Matthey Plc Exhaust system comprising a passive nox adsorber
DE102015225579A1 (de) * 2015-12-17 2017-06-22 Umicore Ag & Co. Kg Verfahren zur Verhinderung der Kontamination eines SCR-Katalysators mit Platin
CN105771633A (zh) * 2016-03-31 2016-07-20 大唐环境产业集团股份有限公司 一种脱硝反应器装置
GB2593763B (en) * 2020-04-02 2022-08-24 Jaguar Land Rover Ltd Improvements in hydrocarbon selective catalytic reduction
KR102431102B1 (ko) * 2021-02-03 2022-08-11 전남대학교산학협력단 환원제 슬립을 방지할 수 있는 질소산화물 저감용 선택적 환원촉매장치 및 이를 이용한 질소산화물 제거 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2278281C2 (ru) * 2000-11-06 2006-06-20 Умикор АГ унд Ко. КГ Устройство и способ для обработки отработавших газов, образующихся при работе двигателя на бедных смесях, селективным каталитическим восстановлением окислов азота
US7334400B2 (en) * 2004-07-14 2008-02-26 Eaton Corporation Valveless dual leg exhaust aftertreatment system
US20080053073A1 (en) * 2005-06-21 2008-03-06 Mohan Kalyanaraman Reformer assisted lean NOx catalyst aftertreatment system and method
US20100000202A1 (en) * 2008-07-07 2010-01-07 Fisher Galen B Dual catalyst NOx reduction system for exhaust from lean burn internal combustion engines

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5524432A (en) * 1991-08-01 1996-06-11 Air Products And Chemicals, Inc. Catalytic reduction of nitrogen oxides in methane-fueled engine exhaust by controlled methane injections
US5921076A (en) 1996-01-09 1999-07-13 Daimler-Benz Ag Process and apparatus for reducing nitrogen oxides in engine emissions
JP3781401B2 (ja) * 1999-01-26 2006-05-31 日野自動車株式会社 排ガス浄化触媒用還元剤
US20060112678A1 (en) 2004-11-04 2006-06-01 Eaton Corporation Multiple reactant multiple catalyst selective catalytic reduction for NOx abatement in internal combustion engines
US7712308B2 (en) * 2005-11-08 2010-05-11 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Selective catalyst reduction of nitrogen oxides with hydrogen
GB0523135D0 (en) * 2005-11-14 2005-12-21 Johnson Matthey Plc Reducing coking over Ag/A1203 HC-SCR catalyst
US7669408B2 (en) * 2005-12-02 2010-03-02 Eaton Corporation LNT desulfation strategy with reformer temperature management
US7562522B2 (en) * 2006-06-06 2009-07-21 Eaton Corporation Enhanced hybrid de-NOx system
JP4704964B2 (ja) * 2006-06-15 2011-06-22 本田技研工業株式会社 ＮＯｘ浄化システム及びＮＯｘ浄化方法
US7624570B2 (en) 2006-07-27 2009-12-01 Eaton Corporation Optimal fuel profiles
KR100892483B1 (ko) * 2006-08-11 2009-04-10 현대자동차주식회사 질소산화물 제거용 이중 층 촉매 시스템
US7814744B2 (en) * 2006-08-24 2010-10-19 Gm Global Technology Operations, Inc. Optimized NOx reduction system
US20080131345A1 (en) * 2006-11-30 2008-06-05 Frederic Vitse Multi-bed selective catalytic reduction system and method for reducing nitrogen oxides emissions
JP5173340B2 (ja) * 2007-09-26 2013-04-03 三菱重工業株式会社 排ガス浄化システム
KR100916401B1 (ko) * 2007-12-14 2009-09-07 현대자동차주식회사 입자상물질 및 질소산화물 정화장치
JP2010110732A (ja) * 2008-11-10 2010-05-20 Toyota Motor Corp 排ガス浄化用触媒
KR101082015B1 (ko) * 2009-02-13 2011-11-10 한국기계연구원 플라즈마 탄화수소 첨가 선택적촉매환원 시스템 및 플라즈마 개질기
JP5195531B2 (ja) * 2009-03-04 2013-05-08 いすゞ自動車株式会社 ディーゼルエンジンの燃焼制御方法およびディーゼルエンジン
US20100251700A1 (en) * 2009-04-02 2010-10-07 Basf Catalysts Llc HC-SCR System for Lean Burn Engines
US8409515B2 (en) * 2009-07-14 2013-04-02 GM Global Technology Operations LLC Exhaust gas treatment system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2278281C2 (ru) * 2000-11-06 2006-06-20 Умикор АГ унд Ко. КГ Устройство и способ для обработки отработавших газов, образующихся при работе двигателя на бедных смесях, селективным каталитическим восстановлением окислов азота
US7334400B2 (en) * 2004-07-14 2008-02-26 Eaton Corporation Valveless dual leg exhaust aftertreatment system
US20080053073A1 (en) * 2005-06-21 2008-03-06 Mohan Kalyanaraman Reformer assisted lean NOx catalyst aftertreatment system and method
US20100000202A1 (en) * 2008-07-07 2010-01-07 Fisher Galen B Dual catalyst NOx reduction system for exhaust from lean burn internal combustion engines

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2675363C2 (ru) * 2013-07-30 2018-12-19 Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани Катализатор обработки проскочившего аммиака
US10173173B2 (en) 2013-07-30 2019-01-08 Johnson Matthey Public Limited Company Ammonia slip catalyst
RU2776705C2 (ru) * 2017-03-30 2022-07-25 Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани Каталитическое изделие с активным субстратом scr, слоем катализатора нейтрализации проскока аммиака и слоем scr для использования в системе обработки выхлопов
RU2784964C2 (ru) * 2018-03-29 2022-12-01 Джонсон Мэттей Паблик Лимитед Компани Каталитическое изделие для применения в системе обработки выхлопных газов

Also Published As

Publication number Publication date
JP5972274B2 (ja) 2016-08-17
EP2637769A1 (en) 2013-09-18
RU2013126638A (ru) 2014-12-20
WO2012063080A1 (en) 2012-05-18
KR20130102097A (ko) 2013-09-16
GB201019045D0 (en) 2010-12-22
GB2485530A (en) 2012-05-23
JP2013543947A (ja) 2013-12-09
CN103391806B (zh) 2015-07-01
KR101866930B1 (ko) 2018-06-14
US20120117948A1 (en) 2012-05-17
BR112013011720A2 (pt) 2016-08-16
CN103391806A (zh) 2013-11-13
EP2637769B1 (en) 2015-01-07
US8661784B2 (en) 2014-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2592791C2 (ru) СПОСОБ ОБРАБОТКИ NOx ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТРЕХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ЗОН КАТАЛИЗАТОРОВ SCR
US7790127B1 (en) NOx emission control system for hydrocarbon fueled power source
US8245500B2 (en) Dual catalyst NOx reduction system for exhaust from lean burn internal combustion engines
EP2678095B1 (en) Exhaust system including nox reduction catalyst and egr circuit
US7293409B2 (en) Process and system for improving combustion and exhaust aftertreatment of motor vehicle engines
US8099951B2 (en) Dual bed catalyst system for NOx reduction in lean-burn engine exhaust
CN103386252A (zh) 通过银基催化剂的一氧化氮氧化
EP1159515B1 (en) Improvements in catalyst systems
CA2418277A1 (en) Process and apparatus for removing nox from engine exhaust gases
RU2556480C2 (ru) Улучшенное снижение выбросов
EP2102462B1 (en) Reduction of nitrogen oxides using multiple split streams
Abu-Jrai et al. The effect of H2 and CO on the selective catalytic reduction of NOx under real diesel engine exhaust conditions over Pt/Al2O3
US20230110753A1 (en) Catalyst article for exhaust system of natural gas engine
Wahbi et al. Advanced Catalytic Technologies for Compressed Natural Gas‐Gasoline Fuelled Engines: Challenges in methane abatement
KR100909989B1 (ko) 디젤 또는 린번 엔진 배기가스 질소산화물 제거용ＤｅＮＯｘ 복합촉매
KR20050118762A (ko) 디젤 개질기를 이용한 자동차 배기가스 정화 시스템
WO2023118826A1 (en) A compressed natural gas combustion and exhaust system
KR101266397B1 (ko) 디메틸에테르를 연료로 사용하는 자동차에서 질소산화물을 저감시키는 후처리 시스템
Verma Exhaust Emissions of Turbocharged Diesel Engine and Its After Treatment-A Survey
Sitshebo et al. Hydrogen rich gas production in a diesel partial oxidation reactor with HC speciation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191112