用于废气、特别是来自内燃机的废气的脱污染的产品，以及使用该产品的废气脱污染方法与流程

用于废气、特别是来自内燃机的废气的脱污染的产品，以及使用该产品的废气脱污染方法
发明领域
1.本发明涉及用于废气脱污染的产品，特别是用于来自内燃机(特别是机动车)的废气的脱污染产品，以及使用该产品的废气脱污染方法。
2.更具体地，本发明涉及处理柴油型内燃机、特别是机动车内燃机的废气中所含的污染物的方法，但其并不通过任何方式排除该方法用于火花引燃发动机(例如以气体燃料或汽油，具体是用低浓度混合物运行的那些)。
3.发明背景
4.众所周知，来自此类发动机的废气包含很多污染物，例如未燃烧的烃(hc)、一氧化碳、氮氧化物(no和no2)，更通常地称为nox，以及颗粒。
5.广泛地认为，在高温下和氧的存在下发生的燃烧导致nox排放。这些条件通常在任何类型的燃烧中都能遇到，特别是在贫燃条件下发生的燃烧，例如无论是否使用燃料，在贫燃模式中的直接注射。
6.目前，nox排放涉及的主要缺点在于，它们对人类健康具有直接的有害作用(特别是no2)，并且通过二次形成对流臭氧层对人类健康具有间接的有害作用。
7.为了符合排放标准并保护环境和人类健康，已必需在将这些废气排放到大气之前处理这些污染物。
8.众所周知，通过消除发动机的排气管线中流通的废气中的污染的处理来达到所述要求。
9.因此，为了处理来自用低浓度混合物运行的发动机的未燃烧的烃和一氧化碳，在排气管线上设置催化装置例如氧化催化剂。
10.对于废气，特别是柴油发动机的废气，有益的是在此管线上放置颗粒过滤器从而捕获并去除存在于废气中的颗粒，并从而避免将它们排放入大气中。
11.该过滤器也可以是催化过滤器，其需要周期性再生，从而通过获得保留在该过滤器中的颗粒的燃烧保持其全部过滤能力。这些再生操作主要由增加过滤器温度组成，所述过滤器温度可通过在高负载下使用发动机的同时产生，或通过放置在所述过滤器上游的催化剂上的还原化学物质的放热氧化而产生，所述还原化学物质来自于燃烧或向废气中直接注入，这主要由发动机控制来引发。
12.对于nox排放，废气也流动经过其它催化装置，特别是scr(选择性催化还原)型催化剂。所述scr催化剂能通过还原剂的作用选择性地将nox还原成氮。
13.所述还原剂通常被直接注射入scr催化剂的上游，其可以是氨或通过分解而产生氨的化合物(例如脲)，或是由含氧(oxygenated)或不含氧的含烃物质得到的烃。
14.目前，最常用的用于nox脱污染的技术是使用氨的scr催化。
15.所述氨间接地由以液体形式注射的前体(通常为32.5质量％脲的水性脲溶液，更常见的商品名为“adblue”或“def”)的分解得到。
16.因此，所述脲溶液从scr催化剂的上游注射入排气管线。在废气温度的作用下，此
溶液中含有的水迅速蒸发，随后各个脲分子在两个阶段中降解成两个氨分子：
17.(nh2)2co(脲)
→
nh3(氨)+hnco(异氰酸)
‑
(1)
18.hnco+h2o
→
nh3+co2‑
(2)
19.或者，可以将氨直接从scr催化剂的上游以气体状态注射入排气管线。
20.如文献ep
‑
2,541,012中更详细的描述，废气脱污染系统包括排气管线，该管线包括连接颗粒过滤器和选择性催化还原(scr)催化剂的脱污装置，该组件被称为scr催化过滤器或scrf过滤器；容纳用于颗粒过滤器再生的添加剂与该脱污染装置中存在的用于消除nox的还原剂的混合物的单个罐；以及用于将该混合物供给到scrf过滤器上游的注入器。
21.尽管该系统令人满意，但是其仍然具有一些不明显的缺点。
22.实际上，文献ep
‑
2,541,012中描述的系统仅限于使用容纳具有储氧能力的材料的再生添加剂。
23.这种添加剂向已经富氧的介质(例如低浓度运行发动机的排气管线)提供很少的优点。
24.此外，描述了scr催化剂的催化相仅在其涂覆于颗粒过滤器中时得到保护。
25.这实际上排除了通过scr功能对分离的元素进行颗粒过滤和nox催化还原的配置。
26.此外，所描述的系统仅涉及废气温度高的情况。
27.因此，颗粒的燃烧可能进一步增加scrf过滤器内的温度，这可能导致催化相的劣化。
28.本发明旨在通过一种以简单有效的方式进行废气脱污染的产品和方法来克服前述缺陷。


技术实现要素：

29.本发明涉及用于废气脱污染的产品，特别是用于来自内燃机的废气的脱污染的产品，所述产品是用于处理颗粒的添加剂与用于消除氮氧化物(nox)的还原剂的混合物，其中，该产品包括含有氨或通过分解产生氨的化合物的还原剂、或者来自含氧或不含氧的含烃物质的烃与用于催化颗粒氧化的添加剂的混合物。
30.所述产品可包含至少一种金属化合物。
31.所述金属化合物可以是有机金属化合物。
32.所述金属化合物是选自以下元素的金属：钠、钾、镁、钙、钡、锶、钛、铈、铬、钼、锰、铁、铷、钴、铑、镍、钯、铂、铜、银或这些元素中的至少两种的混合物。
33.所述有机金属化合物可包含二茂铁。
34.所述金属化合物可以是无机金属化合物。
35.所述无机金属化合物可以是选自下组的化合物：氟化物、氯化物、溴化物、碘化物、氧化物、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氢化物、碳酸盐、氮化物或这些化合物中的至少两种的混合物。
36.本发明也涉及用于在排气管线中流通的废气(特别是内燃机的废气)的脱污染并使用上述产品的方法，所述管线包括用于选择性氮氧化物(nox)催化还原的催化装置、颗粒消除装置和用于将产品供给到排气管线中的装置，所述方法包括：
37.‑
测定废气温度，以及
38.‑
一旦该气体温度达到允许通过启动所述装置处理氮氧化物的阈值，立即将该产品供给入排气管线。
39.所述方法可包括定期地将产品供给到排气管线中。
40.所述方法可包括根据nox的量来控制注入的产品的流速。
41.所述方法可包括在单一元件中组合用于选择性氮氧化物催化还原的催化装置和scr催化过滤器中的颗粒消除装置。
42.所述方法可包括将用于选择性氮氧化物催化还原的催化装置配置在颗粒消除装置之前。
43.所述方法可包括将颗粒消除装置配置在用于选择性氮氧化物催化还原的催化装置之前。
44.所述方法可包括将至少一种额外的催化剂放置在排气管线中。
附图说明
45.通过阅读下文中以非限制性实施例形式给出的描述并参考附图，可以了解本发明的其它特征和益处：
46.图1显示使用根据本发明的产品和方法的设备，
47.图2说明了图1的第一种变化形式，以及
48.图3是图1的另一种变化形式。
49.发明详述
50.该废气脱污染处理设备包括排气管线10，该排气管线携带例如来自机动车辆的内燃机12的废气。
51.内燃机可理解为柴油发动机，但这并不排除所有其他内燃机，例如通过汽油或天然气运转的发动机。
52.从图1可以更清楚地看出，排气管线10，在废气从发动机的废气歧管16附近的入口14至向大气排气的出口18的流通的方向上，包括至少一个用于捕获并且消除废气中存在的颗粒的装置以及用于还原该气体中含有的nox的装置。
53.有利但不必需的是，这些装置在熟知为scr催化过滤器或scrf过滤器20的单一元件中进行组合。
54.优选地，该scrf过滤器20配置在氧化催化剂22的下游，氧化催化剂22用于在废气中所含的一氧化碳经过scrf过滤器之前处理未燃烧的烃和废气中所含的一氧化碳。
55.该氧化催化剂22还旨在将一氧化氮部分地转化为二氧化氮，理想情况是在scrf过滤器入口处的一氧化氮和二氧化氮之间达到等摩尔分布，以使其效率最大化。
56.排气管线包括用于供给用于颗粒再生的添加剂和用于nox消除的还原剂的混合物的装置，优选为注入器24。
57.该注入器配置在scrf过滤器的上游并且靠近其入口26，从而该混合物可以在它们被供给到scrf过滤器之前尽可能均匀地与废气组合。
58.如通常众所周知的那样，管线包括用于测定scrf过滤器入口26与其出口30之间的压差的装置28。
59.作为示例，该装置包括：在scrf过滤器入口26处的上游压力检测器32，其测量该入
口处的废气压力；另一个检测器34，被称为下游检测器，配置在scrf过滤器出口30处，其测量该出口处的废气压力；以及用于确定scrf过滤器入口和出口之间的压力差的计算单元36。这使得scrf过滤器由于颗粒而被堵塞的速率是已知的。
60.在本身已知的方式中，排气管线带有配置在排气管线上、更具体是配置在scrf过滤器入口处的温度检测器(未示出)，其使得能够在任何时间知晓在该管线中流通的废气的温度。
61.或者，可提供逻辑和/或计算机装置，其使得能在任何时间估算在该管线中流通的废气的温度。
62.该管线还可以包括配置在scrf过滤器20的出口处的nox检测器(未示出)，其使得能够在任何时间知道来自scrf过滤器的nox的流量。
63.类似地，可提供逻辑和/或计算机装置，其使得能够在任何时间估算该nox的量。
64.由注入器24供入排气管线的混合物通过连接该注入器与包含该混合物的罐40的管道38进行输送。在泵送装置例如计量泵42的作用下，混合物在罐和注入器之间流通。
65.包含在罐中的混合物包括：nox还原剂，其可以是氨或通过分解产生氨的化合物(例如脲)或者可以是来自含氧或不含氧的含烃物质的烃；以及用于处理颗粒的催化型添加剂、更具体而言是用于催化这些颗粒的氧化的添加剂。
66.该用于颗粒处理的催化型添加剂可以是金属化合物。
67.该金属化合物可以是有机金属化合物，例如二茂铁。所述有机金属化合物中的金属可以是钠、钾、镁、钙、钡、锶、钛、铈、铬、钼、锰、铁、铷、钴、铑、镍、钯、铂、铜、银或这些元素中的至少两种的混合物。
68.该金属化合物可以是无机金属化合物，例如氯化镍。更通常而言，该无机金属化合物可以是以下化合物：氟化物、氯化物、溴化物、碘化物、氧化物、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氢化物、碳酸盐、氮化物或这些化合物的混合物。
69.对于操作而言，任何发动机所具有的ecu随时知晓scrf过滤器出口处的废气温度和nox量。
70.一旦废气温度达到允许通过scrf过滤器20处理nox的启动阈值，立即通过scrf过滤器上游的注入器24将容纳于罐30中的混合物定期地供给到排气管线。
71.有利的是，注入排气管线的混合物的量基本上与nox的形成构成比例，并且该量由ecu测定。
72.通过在scrf过滤器上游向整个颗粒过滤器负载相注入该混合物，可以使催化再生添加剂与颗粒在scrf过滤器内紧密混合。添加剂的催化活性以及颗粒与该催化添加剂之间的紧密接触的组合使得能够降低颗粒燃烧起始的温度，从而使其与发动机排气时通常具有的温度相适应，如果需要则在加入后注入物(post
‑
injection)之后进行，该后注入物在氧化催化剂22上氧化并在scrf过滤器的入口26处产生热释放。
73.图2的变化形式与图1的不同之处在于，由单一元件制成的图1的scrf过滤器被至少两个排气处理装置取代。
74.所述装置之一是scr型催化剂44，其后接续另一装置，即颗粒过滤器46。
75.在该构型中，注入器24配置在scr催化剂的上游。
76.另一方面，如图3的变化形式所示，装置之一为颗粒过滤器46，其后接续另一种装
置如scr型催化剂44。
77.在另一构型中，注入器24在颗粒过滤器46的上游。
78.对于图2的变化形式以及图3的变化形式，排气管线包括用于上述混合物的注入器24，所述混合物包括用于再生颗粒过滤器的颗粒的添加剂和通过scr催化剂44来进行nox消除的还原剂。
79.该注入器配置在更靠近氧化催化剂22的废气处理装置(scr催化剂44或颗粒过滤器46)的上游
80.当然，在不脱离本发明的范围的情况下，包括scrf过滤器20的排气管线或包括scr催化剂44及颗粒过滤器46的排气管线可以包括额外的催化剂，例如除了scrf过滤器之外的scr催化剂，和/或清洁催化剂等。