Система последующей обработки отработавших газов с добавлением активирующего материала в восстановитель, вводимый в каталитический нейтрализатор

Авторы патента:


Система последующей обработки отработавших газов с добавлением активирующего материала в восстановитель, вводимый в каталитический нейтрализатор
Система последующей обработки отработавших газов с добавлением активирующего материала в восстановитель, вводимый в каталитический нейтрализатор
Система последующей обработки отработавших газов с добавлением активирующего материала в восстановитель, вводимый в каталитический нейтрализатор

 


Владельцы патента RU 2573547:

ВОЛЬВО ТЕКНОЛОДЖИ КОРПОРЕЙШН (SE)

Изобретение относится к системе последующей обработки отработавших газов. Система (10) последующей обработки отработавших газов содержит: блок (12) каталитического нейтрализатора с по меньшей мере одним каталитическим материалом (14), установленный в трубопроводе (16) выпуска отработавших газов по потоку ниже двигателя (18) внутреннего сгорания, первый бак (44а) для содержания по меньшей мере одного реагента-восстановителя (22), второй бак (44) для содержания активирующего материала и одно или несколько дозирующих устройств (20, 20a, 20b) для подачи по меньшей мере одного реагента-восстановителя (22) для снижения содержания оксидов NOx в отработавших газах (24), содержащего по меньшей мере один углеводород, выполненных с возможностью подачи в отработавшие газы (24) по меньшей мере одного активирующего материала (26), который включает по меньшей мере один кислородсодержащий углеводород эфирного типа, содержащий эфир, выбранный из группы, состоящей из триглима, диглима, моноглима, диэтилового эфира, дипропилового эфира, и который вызывает повышение каталитической активности каталитического материала (14) по сравнению с его каталитической активностью в отсутствие активирующего материала (26), по меньшей мере в заданном диапазоне температур. Также раскрыты способ обработки отработавших газов (24) в системе (10) последующей обработки отработавших газов и транспортное средство (40) с системой (10) последующей обработки отработавших газов. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности каталитического материала, снижение количества реагента-восстановителя, снижение расходов. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системам последующей обработки отработавших газов и к способам очистки отработавших газов в таких системах, а также к транспортным средствам, в которых используются такие системы.

Уровень техники

В настоящее время законодательные положения, действующие в автомобильной отрасли, привели к росту требований в части экономии топлива и снижения уровня выбросов вредных веществ в современных автомобилях. Производителям приходится искать баланс между соблюдением этих законодательных положений и запросами потребителей, которые хотят иметь мощный автомобиль, обеспечивающий динамичный стиль вождения.

Дизельные двигатели имеют КПД до 52% и, таким образом, являются наилучшими преобразователями энергии ископаемого топлива. Концентрация выбросов NOx, то есть оксидов азота NO и NO2, зависит от концентрации кислорода и температуры сгорания топлива в двигателе. Высокий КПД дизельного двигателя возможен только при повышенных температурах сгорания топлива, при которых неизбежны высокие уровни оксидов NOx.

Следует отметить, что подавление образования оксидов NOx внутренними средствами (такими, как изменение соотношения воздуха и топлива) обычно приводит к увеличению содержания твердых частиц. Избыточное количество кислорода в отработавших газах дизельного двигателя не позволяет использовать технологию трехкомпонентных каталитических нейтрализаторов для восстановления оксидов NOx, используемую в автомобилях с бензиновыми двигателями с конца восьмидесятых годов прошлого столетия.

Твердые частицы углерода и оксиды NOx - это типичные вредные вещества в отработавших газах дизельных двигателей. Требования по снижению уровня этих выбросов стимулируют работы по разработке соответствующих технических решений. В документе EP 1054722 B1 описана система последующей обработки отработавших газов, в которой совместно используется фильтр твердых частиц, в котором накапливаются частицы сажи, и каталитический нейтрализатор оксидов азота в трубопроводе выпуска отработавших газов. Для удаления сажи в окислительном катализаторе при окислении NO образуется NO2. Сажа, накапливаемая в сажевом фильтре, окисляется оксидом NO2. Остаточные количества NO и NO2 в отработавших газах преобразуются в газообразный азот в блоке селективного каталитического восстановления с использованием в нем 32% раствора мочевины в воде. Однако в этом случае транспортное средство в дополнение к топливу необходимо заправлять большим количеством этого раствора. Кроме того, мочевина может кристаллизоваться при пониженных температурах, порядка -10°C, и в этом случае повышается вероятность забивания форсунки или аналогичных устройств.

В альтернативных системах селективного каталитического восстановления вместо мочевины или аммиака используются углеводороды из топлива. Если в качестве восстановителя используется топливо двигателя транспортного средства, то отпадает необходимость в дополнительном баке для восстановителя, используемом в случае селективного каталитического восстановления с использованием мочевины или аммиака. Однако при этом степень преобразования оксидов NOx, как правило, ниже, чем в случае восстановления с использованием аммиака или мочевины, особенно при пониженных температурах, и при этом используется большое количество углеводорода. В документе US 2007/0289291 A1 раскрывается добавление водорода для повышения степени преобразования оксидов NOx с использованием углеводородов при пониженных температурах. Водород может быть получен из топлива, или же транспортное средство необходимо заправлять этим газом. Однако в первом случае необходимо использовать установку риформинга, а во втором случае необходим объемный бак для водорода и необходимо соблюдение определенных мер безопасности.

Таким образом, существует потребность в системе последующей обработки отработавших газов, в работе которой используется меньшее количество материалов и которая менее чувствительна к отказам.

Раскрытие изобретения

Объектом настоящего изобретения является улучшенная система последующей обработки отработавших газов. Другим объектом изобретения является соответствующий улучшенный способ очистки отработавших газов с использованием улучшенной системы последующей обработки отработавших газов. Еще одним объектом изобретения является транспортное средство с улучшенной системой последующей обработки отработавших газов.

Объекты изобретения охарактеризованы признаками независимых пунктов формулы изобретения. Другие пункты формулы изобретения и описание раскрывают предпочтительные варианты осуществления изобретения.

В настоящем изобретении предлагается система последующей обработки отработавших газов, содержащая блок каталитического нейтрализатора, содержащий по меньшей мере один каталитический материал и установленный в трубопроводе выпуска отработавших газов по потоку ниже двигателя внутреннего сгорания, и содержащая также одно или несколько дозирующих устройств для подачи по меньшей мере одного реагента-восстановителя для снижения содержания оксидов NOx в отработавших газах, и одно или несколько дозирующих устройств установлены для подачи в отработавшие газы по меньшей мере одного активирующего материала, который вызывает повышение каталитической активности каталитического материала по сравнению с каталитической активностью материала в отсутствие активирующего материала, по меньшей мере в заданном диапазоне температур.

Достоинство настоящего изобретения заключается в том, что повышается эффективность каталитического материала по нейтрализации вредных веществ, особенно при пониженных температурах, по сравнению с эффективностью каталитической реакции без использования активирующего материала, так что активный температурный диапазон каталитического материала будет ближе к температуре отработавших газов. Другим достоинством изобретения является то, что могут использоваться самые разные каталитические материалы, в связи с чем могут быть снижены расходы. Еще одним достоинством изобретения является то, что оно обеспечивает способ селективного каталитического восстановления, являющийся альтернативой способу, в котором используется аммиак или мочевина. В результате снижается количество реагента-восстановителя, которое необходимо возить на транспортном средстве, а также обеспечивается более надежный способ благодаря использованию средств, являющихся альтернативой мочевине и/или аммиаку. Кроме того, отсутствуют нежелательные выбросы аммиака в случае нештатных режимов работы системы.

Блок каталитического нейтрализатора может содержать одно или несколько каталитических устройств, таких как катализатор восстановления оксидов NOx, компонент удаления сажи, такой как катализатор или сажевый фильтр, или любые компоненты и/или катализаторы, известные специалистам в данной области техники. Каталитические устройства могут быть расположены в любом произвольном порядке. В предпочтительной конфигурации каталитический восстановитель оксидов NOx расположен по потоку ниже катализатора окисления сажи. Кроме того, ниже по потоку двигателя внутреннего сгорания и выше по потоку блока каталитического катализатора и, в частности, выше по потоку катализатора восстановления оксидов NOx могут быть расположены одно или несколько дозирующих устройств. Одно или несколько дозирующих устройств могут содержать форсунку, сопло, распылитель и/или любое иное устройство, известное специалистам в данной области техники. Реагент-восстановитель и активирующий материал могут подаваться с использованием одного и того же дозирующего устройства или разных дозирующих устройств, одновременно в форме смеси или раздельно со сдвигом по времени. В предпочтительных вариантах они вводятся в отработавшие газы в форме смеси через одно дозирующее устройство. Отношение количества активирующего материала к количеству реагента-восстановителя может варьироваться от примерно 0 вес.% до примерно 50 вес.%, до примерно 60 вес.% и даже до примерно 70 вес.%. В альтернативных вариантах реагент-восстановитель может также подаваться в один или несколько цилиндров двигателя внутреннего сгорания, например, путем дополнительного впрыска. В предпочтительных вариантах дозирующее устройство, используемое для введения в отработавшие газы активирующего материала, устанавливают на трубопроводе выпуска отработавших газов или в этом трубопроводе по потоку ниже двигателя внутреннего сгорания.

Реагент-восстановитель является компонентом, который не зависит от активирующего материала. Активирующий материал оказывает влияние на каталитический материал и повышает эффективность его действия при пониженных температурах по сравнению с эффективностью катализатора в отсутствии активирующего материала.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения активирующий материал может содержать по меньшей мере один кислородсодержащий углеводород. Предпочтительно активирующий материал состоит из одного кислородсодержащего углеводорода. Количество активирующего материала, который добавляют в одном способе применения, может зависеть от температуры катализатора. Это справедливо также и для количества реагента-восстановителя. Вообще говоря, при высоких температурах катализатора активирующий материал оказывает лишь небольшое влияние на эффективность восстановления NOx и практически не нужен. Аналогично, при пониженных температурах, когда эффективность действия реагента-восстановителя и/или активирующего материала низка, их можно вообще не вводить в отработавшие газы. Смесь реагента-восстановителя и активирующего материала лучше всего работает в некотором диапазоне температур между указанными предельными температурами. Таким образом, при высоких температурах катализатора количество добавляемого активирующего материала может быть уменьшено практически до нуля, и при пониженных температурах катализатора в пределах указанного диапазона температур количество добавляемого активирующего материала может доходить до 50 вес.% или в некоторых крайних случаях - до 60-70%. Таким образом, состав смеси регулируется оптимальным образом в зависимости от температуры катализатора. Кроме того, количество смеси активирующего материала и реагента-восстановителя, добавляемой в процессе работы системы, может зависеть от количества оксидов NOx. Количество смеси в зависимости от количества оксидов NOx может варьироваться от примерно 0,1:1 (весовое отношение) до примерно 10:1, предпочтительно от примерно 0,5:1 до примерно 5:1 и наиболее предпочтительно от примерно 1:1 до примерно 3:1. Кислородсодержащий углеводород может иметь любое состояние, известное специалистам в данной области техники, и предпочтительно используется в форме текучей среды. Поэтому также могут обеспечиваться средства охлаждения дозирующих устройств. Применение настоящего изобретения позволяет улучшить каталитическую активность и эффективность действия каталитического материала.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения активирующий материал может содержать по меньшей мере один кислородсодержащий углеводород типа эфира и предпочтительно эфир из группы, состоящей из: триглима, диглима, моноглима, диэтилового эфира, дипропилового эфира. Указанные вещества позволяют получить материал с известными характеристиками.

В одном из вариантов осуществления изобретения активирующий материал может содержать по меньшей мере триглим. Количество триглима, которое добавляют в одном из применений способа, зависит, как это уже было указано, от температуры отработавших газов, обтекающих катализатор. Таким образом, может быть обеспечен материал, который представляет собой жидкость при его добавлении к отработавшим газам. Кроме того, триглим находится в жидком состоянии при его хранении на транспортном средстве в диапазоне температур от -50°C до +50°C. Поэтому активизирующий материал, используемый на транспортном средстве, практически не может замерзнуть или кристаллизоваться. Соответственно, устройства подачи, такие как дозирующие устройства, не будут забиваться. Кроме того, нет необходимости в устройствах подогрева активирующего материала, поскольку он не будет замерзать в обычных условиях работы транспортного средства. Смесь жидкого триглима с жидким реагентом-восстановителем легко получать и использовать. При использовании триглима в качестве активирующего материала требуется меньшее количество веществ, которые добавляются в форме реагента-восстановителя и активирующего материала в отработавшие газы в процессе селективного каталитического восстановления, по сравнению с процессом, в котором используется водный раствор мочевины, и уменьшение количества добавляемых веществ может достигать 50-80 вес.%.

Еще в одном варианте осуществления изобретения активирующий материал может впрыскиваться через форсунку. Это достаточно простое конструктивное решение.

В соответствии с другим вариантом двигатель внутреннего сгорания может быть дизельным двигателем, в котором рабочая температура активирующего материала и температура отработавших газов могут быть легко согласованы для обеспечения оптимальной эффективности работы. Таким образом, в вариантах осуществления изобретения может быть легко скомпенсирована пониженная температура сгорания топлива в дизельном двигателе по сравнению с бензиновым двигателем.

В других вариантах реагент-восстановитель для восстановления оксидов NOx может содержать по меньшей мере один углеводород. В предпочтительных вариантах в качестве реагента-восстановителя используется углеводород. В этом случае могут использоваться самые разные распространенные вещества.

В настоящем изобретении предлагается также использовать в качестве реагента-восстановителя топливо, в особенности дизельное топливо. Способ может представлять собой селективное каталитическое восстановление с использованием углеводородов, содержащихся в топливе. В соответствии с настоящим изобретением добавление смеси триглима или другого аналогичного соединения и углеводородов топлива, используемого на транспортном средстве, к отработавшим газам в выпускном трубопроводе перед блоком каталитического нейтрализатора способствует снижению содержания оксидов NOx в отработавших газах, особенно при пониженных температурах. Кроме того, в связи с использованием топлива в качестве реагента-восстановителя на транспортном средстве нужно будет установить лишь небольшой дополнительный бак для активирующего материала.

Активирующий материал может вызывать повышение каталитической активности каталитического материала по меньшей мере при температуре отработавших газов в диапазоне температур от примерно 200°C до 500°C. Использование активирующего материала обеспечивает снижение рабочей температуры примерно на 100°C, примерно до температуры 200°C. В результате могут использоваться самые разные каталитические материалы.

Еще в одном варианте блок каталитического нейтрализатора может содержать в качестве каталитического материала по меньшей мере благородный металл в соответствии с хорошо известной и отработанной технологией. В качестве каталитического материала могут использоваться самые разные благородные металлы, такие как, например, рутений, родий, палладий, серебро, осмий, иридий, платина и золото. В предпочтительных вариантах могут использоваться такие металлы, как родий, палладий, платина, золото и серебро.

В одном из предпочтительных вариантов в качестве каталитического материала может использоваться серебро. Серебро может использоваться в составе катализатора Ag/Al2O3. Таким образом, может использоваться сравнительно недорогой металл, в результате чего снижаются затраты на систему последующей обработки отработавших газов и, соответственно, на транспортное средство.

В соответствии с другим вариантом система последующей обработки отработавших газов может содержать устройство управления с обратной связью для регулирования количества активирующего материала, который подается в отработавшие газы, в зависимости от содержания в них оксидов NOx. Кроме того, устройство управления может регулировать количество реагента-восстановителя, подаваемого в отработавшие газы, в зависимости от содержания в них оксидов NOx. Устройство управления с обратной связью при регулировании количества активирующего материала и/или реагента-восстановителя может учитывать температуру отработавших газов и/или катализатора.

В настоящем изобретении также предлагается система последующей обработки отработавших газов, которая может содержать устройство управления с обратной связью для регулирования количества реагента-восстановителя и количества активирующего материала, которые подаются в отработавшие газы, в зависимости от температуры отработавших газов и/или катализатора и в зависимости от количества оксидов NOx в отработавших газах. В частности, отношение количества активирующего материала к количеству реагента-восстановителя предпочтительно регулируется в зависимости от температуры отработавших газов и/или катализатора. В предпочтительных вариантах устройство управления с обратной связью может содержать датчики для измерения содержания оксидов NOx и температуры. В этом варианте может быть обеспечена высокоэффективная система последующей обработки отработавших газов.

В настоящем изобретении также предлагается способ очистки отработавших газов в системе последующей обработки отработавших газов, в котором обеспечивают реагент-восстановитель для снижения уровня содержания оксидов NOx в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания и в котором в отработавшие газы добавляют по меньшей мере один активирующий материал для повышения каталитической активности каталитического материала блока каталитического нейтрализатора по сравнению с каталитической активностью материала в отсутствие активирующего материала, по меньшей мере в заданном диапазоне температур.

Таким образом, степень нейтрализации над каталитическим материалом существенно повышается, особенно при пониженных температурах, так что активный рабочий диапазон температур каталитического материала будет лучше соответствовать температуре отработавших газов. Кроме того, могут использоваться самые разные каталитические материалы, в результате чего снижаются затраты. Еще одним достоинством изобретения является то, что оно обеспечивает способ селективного каталитического восстановления, являющийся альтернативой способу, в котором используется аммиак или мочевина. В результате снижается количество реагента-восстановителя, которое необходимо возить на транспортном средстве, а также более надежный способ благодаря использованию средств, являющихся альтернативой мочевине и/или аммиаку.

В настоящем изобретении также предлагается транспортное средство, предпочтительно большой грузовик, содержащее по меньшей мере одну систему последующей обработки отработавших газов. Соответственно, предлагаемая в изобретении система последующей обработки отработавших газов может быть использована в области, в которой требуются решения высокой степени сложности.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения, его особенности и достоинства можно будет лучше всего понять из нижеприведенного описания одного из вариантов осуществления изобретения, который не ограничивает его объем, со ссылками на чертежи, на которых показано:

на фиг. 1 - схематический вид транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания и с одним из вариантов системы последующей обработки отработавших газов по настоящему изобретению;

на фиг. 2 - схематический вид двигателя внутреннего сгорания и более подробная схема системы последующей обработки отработавших газов фиг. 1;

на фиг. 3 - результаты, полученные для трех разных экспериментальных вариантов способа последующей обработки отработавших газов.

Осуществление изобретения

Одинаковые или сходные элементы указываются на чертежах одинаковыми ссылочными номерами. Чертежи являются всего лишь схематическими иллюстрациями, не предназначенными для точного отображения конкретных характеристик изобретения. Кроме того, чертежи предназначены для представления только типичных вариантов осуществления изобретения и поэтому не должны рассматриваться как ограничения объема изобретения.

На фиг. 1 схематически изображено транспортное средство 40 с двигателем 18 внутреннего сгорания и системой 10 последующей обработки отработавших газов, расположенной ниже двигателя 18 по потоку отработавших газов. Один из вариантов системы последующей обработки отработавших газов представлен на фиг. 2.

Система 10 последующей обработки отработавших газов содержит блок 12 каталитического нейтрализатора, установленный в трубопроводе 16 выпуска отработавших газов ниже по потоку двигателя 18 внутреннего сгорания, который может быть дизельным двигателем 32. Блок 12 каталитического нейтрализатора содержит компонент, обеспечивающий снижение содержания сажи, такой как катализатор восстановления сажи или сажевый фильтр (не показан), а также катализатор 42 для восстановления NOx, который содержит каталитический материал, например серебро 36 в катализаторе Ag/Al2O3.

Система 10 последующей обработки отработавших газов содержит также дозирующее устройство 20 в форме форсунки 30. Дозирующее устройство 20 установлено ниже по потоку двигателя 18 внутреннего сгорания и выше по потоку блока 12 каталитического нейтрализатора. Дозирующее устройство 20 или форсунка 30 подает или впрыскивает реагент-восстановитель 22 для восстановления оксидов NOx в потоке отработавших газов 24, выходящих из двигателя 18 внутреннего сгорания и проходящих по трубопроводу 16 в блок 12 каталитического нейтрализатора. В одном из вариантов реагент-восстановитель 22 для восстановления оксидов NOx может быть углеводородом, являющимся компонентом топлива. Таким образом, реагент-восстановитель 22 для восстановления оксидов NOx является топливом, имеющимся на транспортном средстве, и в случае дизельного двигателя 32 это дизельное топливо 34.

Дизельное топливо 34 содержится в топливном баке 44, который соединен с форсункой 30 для подачи топлива в смеси с активирующим материалом 26. Поэтому дозирующее устройство 20 выполнено также с возможностью подачи активирующего материала 26 в отработавшие газы 24. Активирующий материал 26 может содержать кислородсодержащий углеводород, например триглим 28. Кроме того, состав активирующего материала 26 подобран таким образом, чтобы он повышал каталитическую активность каталитического материала 14 по сравнению с активностью материала 14 без активирующего материала 26, по меньшей мере в некотором диапазоне температур.

В другом варианте реагент-восстановитель 22 и активирующий материал 26 могут подаваться в поток отработавших газов 24 через различные дозирующие устройства 20, 20a, 20b. Поэтому в таком варианте бак 44 содержит только активирующий материал 26 или триглим и активирующий материал 26 впрыскивается через дозирующее устройство 20 или форсунку 30. Смешивание реагента-восстановителя 22 и активирующего материала 26 происходит в присутствии отработавших газов 24. Однако реагент-восстановитель 22 содержится в баке 44a, который является штатным топливным баком для дизельного топлива 34, на котором работает двигатель транспортного средства 40 (фиг. 1).

В первом альтернативном варианте реагент-восстановитель 22 или дизельное топливо 34 впрыскивается через дозирующее устройство 20a, установленное в двигателе 18 внутреннего сгорания для дополнительного впрыска реагента-восстановителя 22 по меньшей мере в один цилиндр двигателя 18.

Во втором альтернативном варианте реагент-восстановитель 22 или дизельное топливо 34 впрыскивается в поток отработавших газов 24 в трубопроводе 16 через дозирующее устройство 20b, установленное по потоку ниже двигателя 18 и по потоку выше блока 12 каталитического нейтрализатора.

В третьем альтернативном варианте реагент-восстановитель 22 или дизельное топливо 34 впрыскивается в поток отработавших газов 24 через дозирующие устройства 20a и 20b.

Кроме того, в состав системы 10 последующей обработки отработавших газов входит устройство управления 38 с обратной связью, содержащее датчики и блок управления (подробно не показан), для регулирования количества реагента-восстановителя 22 и активирующего материала 26, которые должны подаваться в поток отработавших газов 24 для обеспечения достаточной активации каталитического материала 14. Для соответствующего регулирования соотношения количеств активирующего материала 26 и реагента-восстановителя 22 с помощью первого датчика (не показан) измеряется температура отработавших газов 24 или катализатора 42. Устройство 38 управления определяет требуемое соотношение количеств активирующего материала 26 и реагента-восстановителя 22 в зависимости от измерений температуры. Получаемая смесь активирующего материала 26 и реагента-восстановителя 22 содержится в баке 44. Таким образом, в рассматриваемом варианте необходим дополнительный бак (не показан) для содержания активирующего материала 26. В других вариантах с использованием бака 44a в качестве емкости для содержания реагента-восстановителя 22 процесс смешивания активирующего материала 26 и реагента-восстановителя происходит в присутствии отработавших газов 24 (в цилиндрах двигателя 18 внутреннего сгорания и/или в трубопроводе 16 выпуска отработавших газов).

Требуемое количество получаемой смеси реагента-восстановителя 22 и активирующего материала 26 зависит от количества оксидов NOx в отработавших газах 24, которое измеряется вторым датчиком (не показан). Таким образом, устройство 38 управления определяет требуемое количество смеси реагента-восстановителя 22 и активирующего материала 26 и ее состав в зависимости от измерений количества оксидов NOx. Получаемая смесь реагента-восстановителя 22 и активирующего материала 26, впрыскиваемая в отработавшие газы 24 через форсунку 30, содержит указанные компоненты в весовом отношении от примерно 1:1 до 3:1, в зависимости от количества оксидов NOx.

Активирующий материал 26 в смеси повышает каталитическую активность или эффективность действия каталитического материала 14 в блоке 12 каталитического нейтрализатора при температуре отработавших газов 24, находящейся в диапазоне от примерно 200°C до примерно 500°C (см. также фиг. 3). Таким образом, каталитический материал 14 может работать даже при температурах, которые существенно ниже 250°C. Поэтому реагент-восстановитель 22 или углеводороды в дизельном топливе 34, впрыскиваемые в отработавшие газы 24, могут осуществлять селективное каталитическое восстановление для снижения уровня оксидов NOx в отработавших газах 24. Таким образом, добавление небольшого количества триглима 28 повышает степень преобразования над катализатором 42 на основе Ag/Al2O3, особенно при пониженных температурах отработавших газов 24 и/или катализатора 42, так что температурный диапазон действия катализатора 42 будет лучше соответствовать температуре отработавших газов.

На фиг. 3 приведены результаты работы системы последующей обработки отработавших газов при использовании трех разных добавок, а именно углеводорода (график С1), эфира (график С2) и смеси углеводорода и эфира (например, 20 вес.%, график C3). По оси Y откладывается степень преобразования оксидов NOx, и по оси X откладывается температура в °C. График С1 (точки обозначены ромбиками) представляет результаты, полученные для случая добавления только реагента-восстановителя 22. График С2 (точки обозначены треугольниками) представляет результаты, полученные для случая добавления только активирующего материала 26. График C3 (точки обозначены квадратиками) представляет результаты, полученные для случая добавления смеси реагента-восстановителя 22 и активирующего материала 26.

Как можно видеть на графике фиг. 3 для случая добавления только углеводородов (ромбики, график С1), степень преобразования оксидов NOx почти равна нулю при температурах, не превышающих примерно 350°C-400°C. В случае добавления только эфира (треугольники, график С2) степень преобразования оксидов NOx сравнительно невысока во всем диапазоне температур от 200°C до 550°C. Только в случае добавления смеси углеводородов и эфира (квадратики, график C3), представляющей собой смесь реагента-восстановителя 22 и активирующего материала 26 по настоящему изобретению, порог температур эффективного преобразования оксидов NOx может быть сдвинут в сторону более низких температур, порядка 250°C, в результате чего обеспечивается эффективное преобразование оксидов NOx в более широком диапазоне температур от примерно 250°C до 550°C. Таким образом, активирующий материал 26 обеспечивает повышение каталитической активности каталитического материала 14 по сравнению с каталитической активностью без использования активирующего материала 14 по меньшей мере в некотором диапазоне температур (как это четко видно из графиков C1 и C3).

Применение настоящего изобретения обеспечивает улучшение последующей обработки отработавших газов, в результате чего система будет менее чувствительна к отказам.

1. Система (10) последующей обработки отработавших газов, содержащая: блок (12) каталитического нейтрализатора с по меньшей мере одним каталитическим материалом (14), установленный в трубопроводе (16) выпуска отработавших газов по потоку ниже двигателя (18) внутреннего сгорания, первый бак (44а) для содержания по меньшей мере одного реагента-восстановителя (22), второй бак (44) для содержания активирующего материала и одно или несколько дозирующих устройств (20, 20a, 20b) для подачи по меньшей мере одного реагента-восстановителя (22) для снижения содержания оксидов NOx в отработавших газах (24), содержащего по меньшей мере один углеводород, выполненных с возможностью подачи в отработавшие газы (24) по меньшей мере одного активирующего материала (26), который включает по меньшей мере один кислородсодержащий углеводород эфирного типа, содержащий эфир, выбранный из группы, состоящей из триглима, диглима, моноглима, диэтилового эфира, дипропилового эфира, и который вызывает повышение каталитической активности каталитического материала (14) по сравнению с его каталитической активностью в отсутствие активирующего материала (26), по меньшей мере в заданном диапазоне температур.

2. Система по п. 1, в которой активирующий материал (26) впрыскивается через форсунку (30).

3. Система по п. 1 или 2, в которой двигатель (18) внутреннего сгорания представляет собой дизельный двигатель (32).

4. Система по п. 1 или 2, в которой используется реагент-восстановитель (22) для восстановления оксидов NOx, содержащий по меньшей мере один углеводород, в частности топливо, в частности дизельное топливо (34).

5. Система по п. 1 или 2, в которой используется активирующий материал (26), вызывающий повышение каталитической активности каталитического материала (14) по меньшей мере при температуре отработавших газов (24) в диапазоне температур примерно от 200°C до 500°C.

6. Система по п. 1 или 2, в которой блок (12) каталитического нейтрализатора содержит в качестве каталитического материала (14) по меньшей мере благородный металл, предпочтительно серебро (36).

7. Система по п. 1 или 2, снабженная устройством (38) управления с обратной связью для регулирования количества реагента-восстановителя (22) и/или количества активирующего материала (26), которые подаются в отработавшие газы (24), в зависимости от количества оксидов NOx в отработавших газах (24) и/или в зависимости от температуры отработавших газов (24) и/или катализатора (42).

8. Система по п. 1 или 2, в которой по меньшей мере одно дозирующее устройство (20a) установлено в двигателе (18) внутреннего сгорания или возле него для дополнительного впрыска реагента-восстановителя (22) в один или несколько цилиндров двигателя (18) внутреннего сгорания и/или по меньшей мере одно дозирующее устройство (20, 20b) установлено ниже по потоку двигателя (18) внутреннего сгорания в или на трубопроводе (16) выпуска отработавших газов.

9. Способ обработки отработавших газов (24) в системе (10) последующей обработки отработавших газов, в котором обеспечивают реагент-восстановитель (22) для снижения уровня содержания оксидов NOx в отработавших газах (24) двигателя (18) внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один углеводород, и в котором в отработавшие газы (24) добавляют по меньшей мере один активирующий материал (26), включающий по меньшей мере один кислородсодержащий углеводород эфирного типа, содержащий эфир, выбранный из группы, состоящей из триглима, диглима, моноглима, диэтилового эфира, дипропилового эфира, что обеспечивает повышение каталитической активности каталитического материала (14) блока (12) каталитического нейтрализатора по сравнению с его каталитической активностью в отсутствие активирующего материала (26) по меньшей мере в заданном диапазоне температур, причем реагент-восстановитель является независимым компонентом по отношению к активирующему материалу.

10. Транспортное средство (40) с системой (10) последующей обработки отработавших газов по любому из пп. 1-8.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к дозированию мочевины системы последующей обработки выхлопных газов. Устройство содержат камеру, выполненную с возможностью получения сжатого газа через первое впускное отверстие, получения раствора мочевины через второе впускное отверстие и подачи комбинированного потока из сжатого газа и мочевины к выпускному отверстию, канал потока, проходящий от первого впускного отверстия к посадочной поверхности, и клапанный элемент, выполненный с возможностью перемещения между открытым положением, в котором клапанный элемент находится на расстоянии от посадочной поверхности, и закрытым положением, в котором клапанный элемент соприкасается с посадочной поверхностью.

Изобретение относится к способу и устройству для контроля системы выпуска отработавших газов. Предложен способ контроля системы (10) выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, предусмотренной для отвода отработавших газов, производимых двигателем внутреннего сгорания.

Изобретение относится к способам и устройствам для улавливания раствора мочевины в системах селективного каталитического восстановления. Некоторые варианты осуществления представляют собой насосные устройства, содержащие впускной канал, гидравлически соединенный с источником раствора мочевины и насосной камерой.

Изобретение относится к устройству для обеспечения жидкого восстановителя. Устройство (1) для обеспечения жидкого восстановителя для устройства (2) для очистки отработавшего газа (ОГ), имеющее бак (3) и подающее устройство (4) с местом (5) всасывания в баке (3), в котором восстановитель может засасываться из бака (3).

Изобретение относится к управлению системой впрыска мочевины. Система дозирования мочевины системы последующей обработки выхлопных газов, при этом система содержит: смесительную камеру, содержащую впускное отверстие для мочевины, впускное отверстие для газа и выпускное отверстие; клапан для мочевины, выполненный с возможностью подачи раствора мочевины к впускному отверстию для мочевины; канал потока газа, проходящий от впускного отверстия для газа; газовый клапан, выполненный с возможностью регулирования потока сжатого газа к каналу потока газа и впускному отверстию для газа; датчик давления, выполненный с возможностью измерения давления в месте ниже по потоку от впускного отверстия для газа и впускного отверстия для мочевины; контроллер, функционально соединенный с датчиком давления, клапаном для мочевины и газовым клапаном.

Группа изобретений относится к способу и системе поддержания интервала рабочих температур в системе доочистки отработавших газов при работе в режиме холостого хода или прокручивании двигателя внутреннего сгорания, который соединен с системой доочистки отработавших газов и имеет сторону впуска газа, сторону выпуска отработавших газов, соединенную с системой доочистки отработавших газов каналом для отработавших газов и со стороной впуска газа соединительным каналом.

Изобретение относится к системе снижения токсичности отработавших газов. Система снижения токсичности отработавших газов (ОГ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС) имеет подающее устройство для подачи углеводородов в выпускной трубопровод, по которому проходят ОГ, и расположенное по ходу потока ОГ за местом подачи углеводородов в выпускной трубопровод и проточное для ОГ устройство для снижения токсичности ОГ, которое повышает температуру ОГ в результате окисления поданных в выпускной трубопровод углеводородов.

Изобретение относится к инжектору для водного раствора мочевины, с помощью которого водный раствор мочевины может быть введен в системы выпуска отработавшего газа (ОГ) автомобиля.

Изобретение относится к креплению для инжектора, который, прежде всего, предназначен для введения жидкого вещества в двигатель внутреннего сгорания и/или отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение относится к автомобильной промышленности. Устройство для подачи жидкого восстановителя в устройство для очистки отработавшего газа (ОГ) имеет бак с внутренним пространством, в котором может храниться восстановитель, также впуск во внутреннее пространство.

Изобретение относится к дозированию мочевины системы последующей обработки выхлопных газов. Устройство содержат камеру, выполненную с возможностью получения сжатого газа через первое впускное отверстие, получения раствора мочевины через второе впускное отверстие и подачи комбинированного потока из сжатого газа и мочевины к выпускному отверстию, канал потока, проходящий от первого впускного отверстия к посадочной поверхности, и клапанный элемент, выполненный с возможностью перемещения между открытым положением, в котором клапанный элемент находится на расстоянии от посадочной поверхности, и закрытым положением, в котором клапанный элемент соприкасается с посадочной поверхностью.

Изобретение относится к катализатору очистки выхлопного газа, включающему в себя основу и каталитический покровный слой, сформированный на поверхности этой основы в виде слоистой структуры с верхним и нижним слоями, причем нижний слой лежит ближе к поверхности основы, а верхний слой лежит относительно дальше от нее, и каталитический покровный слой содержит родий и палладий в качестве катализаторов из драгоценных металлов, каталитический покровный слой содержит в качестве носителя материал, характеризующийся способностью к накоплению кислорода, родий содержится в верхнем слое каталитического покровного слоя, палладий содержится и в верхнем слое, и в нижнем слое каталитического покровного слоя, носитель для родия в верхнем слое выполнен из сложного оксида ZrO2, содержащего Y2O3, и, по меньшей мере, часть палладия в верхнем слое и в нижнем слое нанесена на материал со способностью к накоплению кислорода, и отношение массы палладия в верхнем слое к массе палладия в нижнем слое составляет не менее чем 0,01 и не превышает 0,4.
Изобретение относится к катализируемому сажевому фильтру, а также способу его получения. При этом способ включает следующие стадии: a) обеспечения тела сажевого фильтра с продольными каналами, которые ограничены продольными пористыми стенками, определяющими сторону рассеивания и сторону проникновения; b) обеспечения первого каталитического покрытия типа «washcoat», содержащего первую катализаторную композицию, которая является активной в отношении селективного каталитического восстановления оксидов азота, c) обеспечения второго каталитического покрытия типа «washcoat», содержащего вторую комбинированную катализаторную композицию в форме смеси катализатора, который является активным в отношении селективного окисления аммиака в азот, и катализатора, который является активным в отношении окисления монооксида углерода и углеводородов; d) нанесения на тело сажевого фильтра первого каталитического покрытия типа «washcoat» на всю сторону рассеивания и внутрь разделительных стенок тела фильтра и нанесения на сажевый фильтр второго каталитического покрытия типа «washcoat» на всю сторону проникновения тела фильтра; и e) сушки и термической обработки покрытого фильтра с получением катализируемого сажевого фильтра, причем модальный размер частиц первого катализатора в первом покрытии типа «washcoat» меньше, чем средний диаметр пор продольных стенок, и в котором модальный размер частиц второго покрытия типа «washcoat» больше, чем средний диаметр пор продольных стенок.

Изобретение относится к фильтру с протеканием через стенки для фильтрования материала в виде частиц от протекающих отработанных газов и к способу его получения. Фильтр содержит катализатор для преобразования твердого углерода в материал в виде частиц с помощью кислорода и для селективного восстановления оксидов азота в отработанных газах с помощью азотистого восстановителя, причем катализатор содержит оксид церия и вольфрам.

Изобретение относится к катализаторам поглощения NOx. Катализатор содержит 10-100% масс.

Изобретение относится к композиции на основе оксида циркония и по меньшей мере одного оксида редкоземельного элемента, отличного от церия, для обработки выхлопных газов от двигателей внутреннего сгорания при массовой доле оксида циркония по меньшей мере 50%.

Изобретение относится к фильтрам с протеканием через стенки, содержащим экструдированную твердую массу, и может быть использовано для обработки оксидов азота в выбросах отработанных газов из двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение относится к катализирующей монолитной основе, содержащей окислительный катализатор на монолитной основе для применения при обработке выхлопных газов, выпускаемых из двигателя внутреннего сгорания, работающего на обедненных топливных смесях.
Изобретение относится к способу обработки газа, содержащего оксиды азота (NOx). Способ обработки содержащего оксиды азота (NOx) газа, в соответствии с которым реакцию восстановления NOx осуществляют с азотсодержащим восстановителем, отличается тем, что в качестве катализатора реакции восстановления применяют каталитическую систему, содержащую композицию на основе циркония, церия и ниобия со следующим содержанием по массе в расчете на оксиды: оксид церия: в интервале от 5 до 50%, причем указанное последнее значение исключено; оксид ниобия: в интервале от 5 до 20%; оксид циркония: остальное.

Изобретение относится к подложке катализатора, содержащей пористый оксид алюминия. Данная подложка обладает высокой удельной поверхностью и высоким объемом пор.

Изобретение относится к тройному катализатору для обработки выбросов отработанных газов из двигателей внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, установленных на транспортных средствах, фильтру для сажи с тройным катализатором, способу получения катализатора, способу обработки выбросов отработанных газов, выхлопной системе для двигателя внутреннего сгорания и транспортному средству. Катализатор содержит экструдированную твердую массу, содержащую: 10-95% масс., по меньшей мере, одного компонента связующего вещества/матрицы; 5-90% масс. синтетического алюмосиликатного цеолитного молекулярного сита или смеси любых двух или более из них, при том что каждое содержит структуру раскрытия поры с кольцом из 10 атомов или более в качестве своей самой большой структуры раскрытия поры и характеризуется отношением диоксида кремния к оксиду алюминия от 10 до 150; и 0-80% масс. необязательно стабилизированного оксида церия. Кроме того, этот катализатор содержит, по меньшей мере, один благородный металл и, необязательно, по меньшей мере, один неблагородный металл, где: (i) по меньшей мере, один благородный металл находится в одном или нескольких слоях покрытия на поверхности экструдированной твердой массы; (ii) в экструдированной твердой массе присутствует, по меньшей мере, один переходный металл, являющийся ассоциированным с указанным цеолитным молекулярным ситом и выбираемый из группы, состоящей из Cu, Pd и Ag, и, по меньшей мере, один благородный металл также находится в одном или нескольких слоях покрытия на поверхности экструдированной твердой массы или (iii) в экструдированной твердой массе присутствует, по меньшей мере, один переходный металл, являющийся ассоциированным с указанным цеолитным молекулярным ситом и выбираемый из группы, состоящей из Cu, Pd и Ag, при этом на поверхности экструдированной твердой массы при более высокой концентрации присутствует, по меньшей мере, один переходный метал, выбираемый из группы, состоящей из Cu, Pd и Ag, и, по меньшей мере, один благородный металл также находится в одном или нескольких слоях покрытия на поверхности экструдированной твердой массы. Способ получения катализатора включает стадии: формирования твердой экструдированной массы посредством смешивания порошкообразных исходных материалов; обработки посредством смешивания и/или замешивания в кислотном или щелочном водном растворе в пластичное вещество с формированием смеси; экструдирования смеси в виде массы катализатора, сушки массы катализатора и кальцинирования с формированием твердой экструдированной массы; выбора количественных пропорций исходных материалов таким образом, чтобы соотношение компонентов соответствовало бы указанному выше; и покрытия поверхности твердой экструдированной массы слоем покрытия, содержащим металл платиновой группы, и, необязательно, также импрегнирования поверхности твердой экструдированной массы переходным металлом Cu, Pd или Ar. Технический результат - возможность использовать молекулярные сита с более низким отношением диоксид кремния:оксид алюминия, что позволяет молекулярным ситам до большей степени не участвовать в ионном обмене с металлами, которые облегчают адсорбцию углеводородов. 6 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл., 7 пр.
Наверх