用于稀燃或混动汽油发动机的不需喷NH3的排放后处理系统的制作方法

本发明涉及稀燃或混动汽油发动机的排放后处理系统。

背景技术：

1、汽油机的燃油经济性比柴油机差，因此，降低汽油机的能耗需求尤为迫切。空燃比(空气与燃油质量之比)大于14.7的稀燃发动机，燃油燃烧充分，工质绝热指数高，相比于目前普遍应用的当量燃烧技术，能提高燃油利用率5%~15%，同时减少尾气中co2、hcs、co和no x的排放，将成为未来汽油车动力总成发展的主流路线之一。由于高浓度的o2(4%~12%)的存在使得三效催化剂(twc)失去了将稀燃尾气气氛中no x转化为n2的能力。因此，稀燃尾气中的no x净化成为稀燃汽油机能否进入实际应用所需解决的关键问题之一，no x作为一种典型的空气污染物，是形成雾霾、酸雨和光化学烟雾的主要原因之一，严重影响着人体健康和生态环境。

2、当前可用于稀燃条件下的no x净化技术主要包括选择性催化还原(scr)技术和稀燃no x捕集(lnt)技术。scr技术可在稀燃条件下选择性还原no x，但需额外加nh3、ch4等还原剂，其中以nh3为还原剂的nh3-scr技术已广泛应用于固定源no x净化，由于nh3的储存问题，采用尿素作为取代剂的urea-scr技术已应用于柴油车，但整套urea-scr设备的成本高，占用空间大，系统复杂，不宜用于汽油车的no x后处理。

3、为解决这一问题，已有人提出了上游lnt、下游scr的技术路线，且为了提高no x转化效率，中国专利cn108927149a、cn106523088a均提及了在稀燃条件下与scr匹配使用的专属lnt催化剂，通过提高lnt催化剂nh3的生成率，使产生的nh3存储于下游scr中，与逃逸的no x发生反应从而提高no x的整体转化率。但实际上，即使是专门的稀燃发动机其实际运转工况也并非全都为稀燃工况，且已经有研究将稀燃发动机配装于混动车型，传统燃油车和混动车在实际运行中也会出现浓稀切换的情况，现有发明虽然已经可以较好的解决稀燃工况下的no x净化问题，但针对当量条件下的污染物净化效果可能并不理想，当量条件下hcs、co和no x的转化将面临挑战。也有发明提出lnt加scr的技术路线可以搭配传统的三效催化剂(twc)来使用，但会增加空间成本，且无法应对混动车型或原本底盘就较小的车型，实用性不强。

4、为同时解决当量和稀燃条件下no x、co和hc的转化问题，尤其是no x，巴斯夫公司发明了一体化lnt-twc催化剂(专利公开号cn106457215a)，能有效地提供稀no x捕捉功能和三效转化功能。但仅使用一体化lnt-twc催化剂容易造成no x存储转化量不高，并伴随nh3逃逸，造成二次污染；且传统的一体化lnt-twc催化剂nh3生成量不高，搭配scr催化剂使用效能发挥不显著。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了有效解决上述现有技术存在的问题，提供一种nh3生成量较高，搭配pscr催化剂使用效能显著提高，且占用空间小、制作成本低的用于稀燃或混动汽油发动机的不需喷nh3的排放后处理系统，以在有限的安装空间内实现既可解决当量条件下的尾气后处理问题又可解决偏稀或偏浓条件下的污染物净化问题，同时可用于减少来自副产物的二次污染，提高净化能力及实用性。

2、本发明采取的技术方案如下：

3、用于稀燃或混动汽油发动机的不需喷nh3的排放后处理系统，所述系统包括有可以自产nh3的ntwc催化剂、位于ntwc催化剂下游的pscr催化剂；所述ntwc催化剂中包含有no x储存材料、三效转化材料和产nh3材料，在空气/燃料比小于1并且温度为200℃以上的驱动条件下，ntwc催化剂将no x转化为n2和nh3，pscr催化剂依靠上游ntwc催化剂产生的nh3将no x还原成n2。

4、进一步地，所述ntwc催化剂为ccc催化剂。

5、进一步地，所述pscr催化剂为ccc催化剂、ufc催化剂中的一种。

6、进一步地，在ntwc催化剂与pscr催化剂之间设置有cgpf颗粒捕集器或者gpf颗粒捕集器。

7、进一步地，所述ntwc催化剂有四种结构形式，第一种结构形式是两层结构，no x储存材料涂覆于载体上，三效转化材料涂覆于no x储存材料层的后区，产nh3材料涂覆于no x储存材料层的前区；第二种结构形式也是两层结构，no x储存材料涂覆于载体前区，三效转化材料涂覆于载体后区，产nh3材料涂覆于no x储存材料层和三效转化材料层上；第三种结构形式是三层结构，no x储存材料涂覆于载体上，三效转化材料涂覆于no x储存材料层上，产nh3材料涂覆于三效转化材料层上；第四种结构是no x储存材料涂覆于载体前区，载体后区涂覆有两层材料，包括涂覆于载体上的三效转化材料和涂覆于三效转化材料层上的产nh3材料。

8、进一步地，所述no x储存材料中含有稀土氧化物、高比表面积耐火氧化物、钡、铂族金属、过渡金属；no x储存材料涂覆量为80~140g/l；所述铂族金属是铂或者铂和钯，铂负载量为30g~60g/ft3；以no x储存材料计，ba加入量为10wt.%~30wt.%；所述过渡金属为mn、co、ti中的一种或多种；

9、所述三效转化材料含有高比表面积耐火氧化物、铈锆复合氧化物、铂族金属，三效转化材料涂覆量为60~120g/l；所述铂族金属为rh或者pd和rh，其中rh负载量>2.5g/ft3，pd负载量小于产nh3材料中pd的负载量；

10、所述产nh3材料为稀土氧化物、氧化铝、负载量为30~130g/ft3的钯、过渡金属中的一种或几种；产nh3材料的涂覆量为30~90g/l；所述过渡金属包括掺杂在铈锆铝复合氧化物里的mn、co、cu中的一种或几种。

11、进一步地，所述no x储存材料中还含有除钡外的其他碱土金属和/或碱金属中的一种或几种，所述碱金属或碱土金属为mg、k、cs、sr、ca；所述三效转化材料中还含有除铈外的其他稀土元素。

12、进一步地，所述高比表面积耐火氧化物是指比表面积大于120m2 /g的氧化物材料。

13、进一步地，所述高比表面积耐火氧化物为γ-氧化铝、或以γ相为主的氧化铝、或掺杂了其他元素的“x-铝”复合氧化物。

14、进一步地，pscr催化剂在载体上的涂覆量为100~300g/l。

15、进一步地，所述pscr催化剂中含有si/al比为15~35的分子筛。

16、进一步地，所述分子筛为过渡金属或稀土元素交换后的分子筛；所述过渡金属为ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、ag中的一种或多种，所述稀土元素为la、ce、pr、nd、y中的一种或多种。

17、本发明的技术原理及技术效果如下：

18、通过将功能涂覆材料引入ntwc催化剂，在富燃气氛下，增加hc重整和水煤气反应的可能性，保证co、hc、no x转化的同时，促进h2的生成，提高气氛中h2/no x比例，在ntwc催化剂的基础上增加产nh3功能，并通过精细化配方调控，大大增加nh3产量，再搭配具有高nh3吸附、低nh3氧化的pscr催化剂使用，富燃气氛下ntwc产生的nh3能快速吸附到pscr催化剂上，并在稀燃气氛下快速释放，与未被ntwc催化剂吸附的no x快速反应，充分发挥pscr催化剂的脱硝性能，增加nh3-scr反应路径，大大提高no x转化效率，并在一定程度上可以增加富燃时间、降低稀燃时间，大大提高燃油经济性。

19、本发明在有效解决当量条件下污染物净化和偏稀条件下no x存储的前提下在富燃工况下最大化氨(nh3)产率，并且通过控制生成的nh3的氧化提高被动式选择性催化还原(pscr)催化剂在稀燃工况下氮氧化物(no x)还原性能。

技术特征：

1.用于稀燃或混动汽油发动机的不需喷nh3的排放后处理系统，其特征在于，所述系统包括有可以自产nh3的ntwc催化剂、位于ntwc催化剂下游的pscr催化剂；所述ntwc催化剂中包含有nox储存材料、三效转化材料和产nh3材料，在空气/燃料比小于1并且温度为200℃以上的驱动条件下，ntwc催化剂将nox转化为n2和nh3，pscr催化剂依靠上游ntwc催化剂产生的nh3将nox还原成n2。

2.根据权利要求1所述的用于稀燃或混动汽油发动机的不需喷nh3的排放后处理系统，其特征在于，所述ntwc催化剂为ccc催化剂。

3.根据权利要求1所述的用于稀燃或混动汽油发动机的不需喷nh3的排放后处理系统，其特征在于，所述pscr催化剂为ccc催化剂、ufc催化剂中的一种。

4.根据权利要求1或2或3所述的用于稀燃或混动汽油发动机的不需喷nh3的排放后处理系统，其特征在于，在ntwc催化剂与pscr催化剂之间设置有cgpf颗粒捕集器或者gpf颗粒捕集器。

5.根据权利要求1或2或3所述的用于稀燃或混动汽油发动机的不需喷nh3的排放后处理系统，其特征在于，所述ntwc催化剂有四种结构形式，第一种结构形式是两层结构，nox储存材料涂覆于载体上，三效转化材料涂覆于nox储存材料层的后区，产nh3材料涂覆于nox储存材料层的前区；第二种结构形式也是两层结构，nox储存材料涂覆于载体前区，三效转化材料涂覆于载体后区，产nh3材料涂覆于nox储存材料层和三效转化材料层上；第三种结构形式是三层结构，nox储存材料涂覆于载体上，三效转化材料涂覆于nox储存材料层上，产nh3材料涂覆于三效转化材料层上；第四种结构是nox储存材料涂覆于载体前区，载体后区涂覆有两层材料，包括涂覆于载体上的三效转化材料和涂覆于三效转化材料层上的产nh3材料。

6.根据权利要求1或2或3所述的用于稀燃或混动汽油发动机的不需喷nh3的排放后处理系统，其特征在于，所述nox储存材料中含有稀土氧化物、高比表面积耐火氧化物、钡、铂族金属、过渡金属；nox储存材料涂覆量为80~140g/l；所述铂族金属是铂或者铂和钯，铂负载量为30g~60g/ft3；以nox储存材料计，ba加入量为10wt.%~30wt.%；所述过渡金属为mn、co、ti中的一种或多种；

7.根据权利要求6所述的用于稀燃或混动汽油发动机的不需喷nh3的排放后处理系统，其特征在于，所述nox储存材料中还含有除钡外的其他碱土金属和/或碱金属中的一种或几种所述碱金属或碱土金属为mg、k、cs、sr、ca；所述三效转化材料中还含有除铈外的其他稀土元素。

8.根据权利要求6所述的用于稀燃或混动汽油发动机的不需喷nh3的排放后处理系统，其特征在于，所述高比表面积耐火氧化物是指比表面积大于120m2/g的氧化物材料。

9.根据权利要求8所述的用于稀燃或混动汽油发动机的不需喷nh3的排放后处理系统，其特征在于，所述高比表面积耐火氧化物为γ-氧化铝、或以γ相为主的氧化铝、或掺杂了其他元素的“x-铝”复合氧化物。

10.根据权利要求1所述的用于稀燃或混动汽油发动机的不需喷nh3的排放后处理系统，其特征在于，pscr催化剂在载体上的涂覆量为100~300g/l。

11.根据权利要求1或10所述的用于稀燃或混动汽油发动机的不需喷nh3的排放后处理系统，其特征在于，所述pscr催化剂中含有si/al比为15~35的分子筛。

12.根据权利要求11所述的用于稀燃或混动汽油发动机的不需喷nh3的排放后处理系统，其特征在于，所述分子筛为过渡金属或稀土元素交换后的分子筛；所述过渡金属为ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、ag中的一种或多种，所述稀土元素为la、ce、pr、nd、y中的一种或多种。

技术总结
用于稀燃或混动汽油发动机的不需喷NH<subgt;3</subgt;的排放后处理系统，包括有可以自产NH<subgt;3</subgt;的NTWC催化剂、位于NTWC催化剂下游的PSCR催化剂；所述NTWC催化剂中包含有NO<subgt;x</subgt;储存材料、三效转化材料和产NH<subgt;3</subgt;材料，在空气/燃料比小于1并且温度为200℃以上的驱动条件下，NTWC催化剂将NO<subgt;x</subgt;转化为N<subgt;2</subgt;和NH<subgt;3</subgt;，PSCR催化剂依靠上游NTWC催化剂产生的NH<subgt;3</subgt;将NO<subgt;x</subgt;还原成N<subgt;2</subgt;。本发明将具有高产NH<subgt;3</subgt;的NTWC催化剂结合低NH<subgt;3</subgt;氧化的PSCR催化剂使用，在保证CH、CO转化的同时能提高NO<subgt;x</subgt;转化并降低氨排放，同时可省去NH<subgt;3</subgt;喷射装置，节约安装空间。

技术研发人员：杨冬霞,孙艳星,杜君臣,夏文正,韩建军,郑毅,贺小昆,赵云昆
受保护的技术使用者：昆明贵研催化剂有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23