(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃エンジンのための排出物制御に関し、とりわけ、定置式の（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ）リッチバーンエンジンの中で同時に排出物を制御するための触媒システムを提供する。【解決手段】触媒システム１００は、三元触媒１２０を含むことが可能であり、三元触媒は、排気ガスをエンジンから受け入れ、排気ガスを第１の変成排気ガス１７２に変成させることが可能である。アンモニアスリップ触媒１３０は、第１の変成排気ガスを受け入れ、第１の変成排気ガスを第２の変成排気ガス１７３に変成させることが可能である。炭化水素酸化触媒１４０は、第２の変成排気ガスを受け入れ、第２の変成排気ガスを第３の変成排気ガス１７４に変成させることが可能である。【選択図】図１
2014224525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスをエンジンから受け入れ、前記排気ガスを第１の変成排気ガスに変成させる三元触媒と、
前記第１の変成排気ガスを受け入れ、前記第１の変成排気ガスを第２の変成排気ガスに変成させるアンモニアスリップ触媒と、
前記第２の変成排気ガスを受け入れ、前記第２の変成排気ガスを第３の変成排気ガスに変成させる炭化水素酸化触媒と
を含む、システム。
【請求項２】
前記第１の変成排気ガスの中へ空気を注入する空気注入コンポーネントをさらに含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記第２の変成排気ガスの中へ空気を注入する空気注入コンポーネントをさらに含む、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記アンモニアスリップ触媒が、貴金属ローディングおよびゼオライトコーティングを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記貴金属ローディングが、プラチナまたはパラジウムのうちの少なくとも１つを含む、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記アンモニアスリップ触媒が、前記第１の変成排気ガスの中の一酸化炭素を二酸化炭素に変成させる、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記アンモニアスリップ触媒が、前記第１の変成排気ガスの中のアンモニアを窒素に変成させる、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
三元触媒において、排気ガスをエンジンから受け入れるステップと、
前記三元触媒において、前記排気ガスを第１の変成排気ガスに変成させるステップと、
アンモニアスリップ触媒において、前記第１の変成排気ガスを受け入れるステップと、
前記アンモニアスリップ触媒において、前記第１の変成排気ガスを第２の変成排気ガスに変成させるステップと、
炭化水素酸化触媒において、前記第２の変成排気ガスを受け入れるステップと、
前記炭化水素酸化触媒において、前記第２の変成排気ガスを第３の変成排気ガスに変成させるステップと
を含む、方法。
【請求項９】
前記第１の変成排気ガスの中へ空気を注入するステップをさらに含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の変成排気ガスの中へ空気を注入するステップをさらに含む、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記アンモニアスリップ触媒が、貴金属ローディングおよびゼオライトコーティングを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１２】
前記貴金属ローディングが、プラチナまたはパラジウムのうちの少なくとも１つを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記アンモニアスリップ触媒において、前記第１の変成排気ガスを前記第２の変成排気ガスに変成させるステップが、前記第１の変成排気ガスの中の一酸化炭素を二酸化炭素に変成させるステップを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１４】
前記アンモニアスリップ触媒において、前記第１の変成排気ガスを前記第２の変成排気ガスに変成させるステップが、前記第１の変成排気ガスの中のアンモニアを窒素に変成させるステップを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１５】
排気ガスを発生させる内燃成分と、
前記排気ガスを受け入れ、前記排気ガスを第１の変成排気ガスに変成させる三元触媒と、
前記第１の変成排気ガスを受け入れ、前記第１の変成排気ガスを第２の変成排気ガスに変成させるアンモニアスリップ触媒と、
前記第２の変成排気ガスを受け入れ、前記第２の変成排気ガスを第３の変成排気ガスに変成させる炭化水素酸化触媒と
を含む、エンジン。
【請求項１６】
前記第１の変成排気ガスの中へ空気を注入する空気注入コンポーネントをさらに含む、請求項１５記載のエンジン。
【請求項１７】
前記第２の変成排気ガスの中へ空気を注入する空気注入コンポーネントをさらに含む、請求項１５記載のエンジン。
【請求項１８】
前記アンモニアスリップ触媒が、貴金属ローディングおよびゼオライトコーティングを含む、請求項１５記載のエンジン。
【請求項１９】
前記アンモニアスリップ触媒が、前記第１の変成排気ガスの中のアンモニアを窒素に変成させる、請求項１５記載のエンジン。
【請求項２０】
前記アンモニアスリップ触媒が、前記第１の変成排気ガスの中の一酸化炭素を二酸化炭素に変成させる、請求項１５記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、内燃エンジンのための排出物制御に関し、とりわけ、定置式の（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ）リッチバーンエンジンの中で同時に排出物を制御するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼混合物が、化学量論的な燃焼反応（すなわち、燃料が完全に燃焼させられる）に要求される正確な相対的比率の空気および燃料を含有するように、内燃エンジンが作動させられることが理想的である。リーンバーンエンジンは、化学量論的な燃焼に要求される量と比較して過剰な酸素（Ｏ2）を用いて作動させられるが、リッチバーンエンジンは、化学量論的な量の燃料、または、わずかに過剰な燃料で作動させられることが可能である。希薄燃焼モード（ｌｅａｎ  ｍｏｄｅ）での内燃エンジンの作動は、絞り損失を低減させることが可能であり、より高い圧縮比を利用し、それによって、性能および効率の改善を提供することが可能である。リッチバーンエンジンは、相対的に簡単で、信頼性が高く、安定しているという利益を有しており、負荷変化に対して良好に適合する。また、リッチバーンエンジンは、低い窒素酸化物の排出物を有することも可能であるが、その代償として他の化合物の排出物が増加する。
【０００３】
排出物基準を順守するために、多くのリッチバーン内燃エンジンは、非選択的触媒還元（ＮＳＣＲ）サブシステム（三元触媒として一般的に知られている）などのような触媒を利用する。触媒は、窒素酸化物ＮＯおよびＮＯ2（ＮＯｘと総称される）、一酸化炭素（ＣＯ）、アンモニア（ＮＨ3）、メタン（ＣＨ4）、他の揮発性の有機化合物（ＶＯＣ）の排出物、ならびに、他の化合物および排出物成分を、そのような排出物成分を低毒性の物質に変成させることによって、低減させることが可能である。この変成は、触媒による化学反応を使用して、触媒コンポーネントの中で実施される。触媒は、高い還元効率を有することが可能であり、排出物基準（ブレーキ馬力時（ｂｒａｋｅ  ｈｏｒｓｅｐｏｗｅｒ  ｈｏｕｒ）当たりの排出物のグラム（ｇ／ｂｈｐ−ｈｒ）を単位として表現されることが多い）を満たす経済的な手段を提供することが可能である。別々の触媒コンポーネントまたはデバイスが、リッチバーンエンジンの排気経路の中に含まれ、異なる排出物成分を変成させることが可能である。例えば、ある触媒コンポーネントが、一酸化炭素およびＮＯｘを変成させることが可能であり、一方、別の触媒コンポーネントが、アンモニアおよびメタンを変成させることが可能である。
【０００４】
酸化プロセスにおいて、触媒コンポーネントによって発生させられる、結果として生じる物質は、その後の触媒によるさらなる変成を必要とする可能性がある。例えば、触媒コンポーネントは、エンジンによって発生させられた一酸化炭素およびＮＯｘをアンモニアへ変成させることが可能であり、次いで、アンモニアは、別の触媒コンポーネントによって変成させられることが可能である。リッチバーンエンジンにおいて、一酸化炭素およびＮＯｘ排出物を制御することは、多くの挑戦をもたらし、そのうちの１つは、触媒コンポーネントが最適に機能することを可能にする空気／燃料比率の作動範囲（ｗｉｎｄｏｗ）の中でエンジンを作動させ、可能な最大限まで排出物を低減させることである。空気／燃料比率の範囲は、比較的に狭く、したがって、ＮＯｘ排出物を低減させるよりリッチ状態の燃焼でエンジンを稼動させる能力を妨げる。
【発明の概要】
【０００５】
例示的で非限定的な実施形態では、触媒システムは、三元触媒を含むことが可能であり、三元触媒は、排気ガスをエンジンから受け入れ、排気ガスを第１の変成排気ガスに変成させることが可能である。アンモニアスリップ触媒は、第１の変成排気ガスを受け入れ、第１の変成排気ガスを第２の変成排気ガスに変成させることが可能である。炭化水素酸化触媒は、第２の変成排気ガスを受け入れ、第２の変成排気ガスを第３の変成排気ガスに変成させることが可能である。
【０００６】
別の例示的で非限定的な実施形態では、三元触媒において排気ガスをエンジンから受け入れ、排気ガスを第１の変成排気ガスに変成させるための方法が開示されている。アンモニアスリップ触媒は、第１の変成排気ガスを受け入れ、第１の変成排気ガスを第２の変成排気ガスに変成させることが可能である。炭化水素酸化触媒は、第２の変成排気ガスを受け入れ、第２の変成排気ガスを第３の変成排気ガスに変成させることが可能である。
【０００７】
別の例示的で非限定的な実施形態では、エンジンは、排気ガスを発生させる内燃成分を含むことが可能である。三元触媒は、排気ガスを受け入れ、排気ガスを第１の変成排気ガスに変成させることが可能である。アンモニアスリップ触媒は、第１の変成排気ガスを受け入れ、第１の変成排気ガスを第２の変成排気ガスに変成させることが可能である。炭化水素酸化触媒は、第２の変成排気ガスを受け入れ、第２の変成排気ガスを第３の変成排気ガスに変成させることが可能である。
【０００８】
前述の概要、および、以下の詳細な説明は、図面とともに読まれると、よりよく理解される。特許請求されている主題を図示する目的のために、様々な実施形態を図示する例が、図面に示されているが、本発明は、開示されている特定のシステムおよび方法に限定されない。
【０００９】
本主題のこれらの特徴、態様、および利点、ならびに、他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明が読まれると、よりよく理解されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】非限定的で例示的なリッチバーンエンジンおよび触媒システムのブロック図である。
【図２】別の非限定的で例示的なリッチバーンエンジンおよび触媒システムのブロック図である。
【図３】別の非限定的で例示的なリッチバーンエンジンおよび触媒システムのブロック図である。
【図４】非限定的で例示的なリッチバーンエンジンおよび触媒システムを実施する方法を図示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、例示的なシステム１００を図示しており、例示的なシステム１００は、エンジン１１０および触媒システム１１１を含み、実施形態にしたがって実施されることが可能である。また、全体のシステム１００は、「エンジン」と称されることも可能であるということに留意されたい。システム１００は、簡略化されたブロック図であり、それは、本明細書で開示されている概念を説明するために使用されており、したがって、それは、任意の物理的な要件、または、本明細書で開示されている任意の実施形態に要求される特定の構成を記載するものとして解釈されるべきではない。本明細書で説明されているすべての構成要素、デバイス、システム、および方法は、任意の形状、形式、タイプ、または、構成要素の数、および、開示されている実施形態を実施することができるような任意の構成要素の任意の組み合わせで実施されることが可能であり、または、任意の形状、形式、タイプ、または、構成要素の数、および、開示されている実施形態を実施することができるような任意の構成要素の任意の組み合わせにすることが可能である。すべてのそのような実施形態は、本開示の範囲内にあるものとして考慮される。
【００１２】
エンジン１１０は、任意のタイプの内燃エンジンであることが可能であり、または、排気ガスを発生させる内燃成分を含む任意のデバイス、構成要素、システムであることが可能である。ある実施形態では、エンジン１１０は、天然ガスを燃料とする内燃エンジンであることが可能であり、それは、化学量論的な量の燃料、または、酸素に対する比率がわずかに過剰な燃料（すなわち、リッチ状態）によって作動するように構成されている。触媒システム１１１は、触媒システム中間点１７１、１７２、および１７３、ならびに排気点１７４とともに、触媒コンポーネント１２０、１３０、および１４０を含むことが可能である。触媒システム中間点１７１、１７２、および１７３は、システム１００の任意のパイプ、接続部、もしくは、任意の他のコンポーネント、または、その任意のセクションまたはサブセクションであることが可能であり、それは、２つの触媒コンポーネント（例えば、触媒コンポーネント１２０、１３０、および１４０）を分離するか、または、そうでなければ、２つの触媒コンポーネントの間に構成されている。エンジン１１０は、最終的にガスが排気点１７４から排出されるまで、触媒システム１１１を通して、排気フロー１０１によって示されている方向（すなわち、エンジン１１０から触媒システム中間点１７１を通して触媒コンポーネント１２０の中へ、触媒コンポーネント１２０から触媒システム中間点１７２を通して触媒コンポーネント１３０の中へなど）に、ガスを排出することが可能である。触媒コンポーネント１２０、１３０、および１４０のそれぞれは、本明細書で説明されているように、受け入れた排気ガスを変成排気ガスに変成させることが可能である。
【００１３】
ある実施形態では、エンジン１１０は、リッチバーンエンジンであり、それは、触媒システム中間点１７１を介して触媒コンポーネント１２０の中へガスを排出する。この実施形態では、触媒コンポーネント１２０は、一般的に三元触媒と称される、非選択的触媒還元（ＮＳＣＲ）サブシステムであることが可能である。触媒コンポーネント１２０が三元触媒である場合には、触媒コンポーネント１２０は、還元プロセスを使用してＮＯｘ排出物も低減させながら、酸化プロセスを使用してＣＯおよび炭化水素排出物を低減させることが可能である。
【００１４】
エンジン１１０によって触媒コンポーネント１２０の中へ排出されるガスは、ＮＯｘ、一酸化炭素、およびアンモニアを含む可能性がある。触媒コンポーネント１２０は、触媒コンポーネント１２０に進入するＮＯｘのいくらかまたはすべてを、メタンおよびアンモニアなどのような１つまたは複数の他の化合物へ変成させることが可能である。発生させられるこれらの化合物は、本明細書で説明されているように、追加的な触媒システムコンポーネントを使用して、他の化合物に変成させられることが可能である。一酸化炭素およびアンモニアなどのような、触媒コンポーネント１２０に進入するいくらかの排出成分は、触媒コンポーネント１２０によって他の化合物に変成させられることが可能であるが、これらの化合物のうちの少なくともいくらかは、触媒コンポーネント１２０によって別の化合物に変成させられることが可能ではなく、触媒コンポーネント１２０から触媒システム中間点１７２を通して触媒コンポーネント１３０の中へ排出させられることが可能である。
【００１５】
触媒コンポーネント１３０は、未反応のまま触媒コンポーネント１２０から放出されるアンモニアに対処することが可能なアンモニアスリップ触媒であることが可能である。ある実施形態では、触媒コンポーネント１３０は、低い貴金属ローディング（ｌｏａｄｉｎｇ）、および／または、ゼオライトコーティングを伴う二重層触媒であることが可能である。そのような実施形態では、二重層触媒は、２つの触媒によって構成されることが可能であり、それぞれが、異なる機能を果たし、コーティングされ、または、そうでなければ、同じ基質（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）の上に構成されている。例えば、ある実施形態では、触媒コンポーネント１３０は、同じ基質の上に貴金属ローディングおよびゼオライトコーティングを有するアンモニアスリップ触媒であることが可能である。触媒コンポーネント１３０において使用される貴金属ローディングは、典型的なディーゼル酸化触媒および／または典型的な三元触媒よりも低いローディングであることが可能である。触媒コンポーネント１３０は、触媒コンポーネント１２０から受け入れたアンモニアおよび一酸化炭素を、それぞれ、二窒素（Ｎ2、一般的には簡単に「窒素」と称される）および二酸化炭素（ＣＯ2）へ酸化させることが可能である。ある実施形態では、排気が触媒コンポーネント１３０に進入する前の触媒システム中間点１７２において、ミッドベッド（ｍｉｄ−ｂｅｄ）空気注入コンポーネント１５０を使用してフローの中へ空気を注入することによって、空気が排気フローの中へ加えられることが可能である。加えられたこの空気は、触媒コンポーネント１３０および／または触媒コンポーネント１４０において実施される酸化プロセスを改善および／または支援することが可能である。ミッドベッド空気注入コンポーネント１５０は、追加的な空気を排気ストリームの中へ導入することができる任意の手段、構成要素、デバイス、または、その組み合わせであることが可能であり、そのようなすべての実施形態は、本開示の範囲内にあるものとして考慮される。
【００１６】
触媒コンポーネント１３０は、受け入れたアンモニアおよび一酸化炭素を低毒性の化合物にうまく変成させることが可能であるが、他の化合物（そのうちのいくらかは、エンジン１１０から排出された未燃焼の炭化水素である可能性がある）が、触媒コンポーネント１３０によって別の化合物に変成させられない可能性があり、かつ、触媒コンポーネント１３０から触媒システム中間点１７３を通して触媒コンポーネント１４０の中へ排出させられる可能性がある。いくつかの実施形態では、メタンは、エンジン１１０によって燃焼させられなかった炭化水素の残余物として、触媒コンポーネント１３０から触媒コンポーネント１４０への排気フローの中に含まれる可能性がある。
【００１７】
触媒コンポーネント１４０は、炭化水素酸化触媒であることが可能であり、それは、触媒コンポーネント１３０から放出される未燃焼の炭化水素、および／または、任意の他の未反応の排出物に対処することが可能である。触媒コンポーネント１４０は、プラチナ（Ｐｔ）およびパラジウム（Ｐｄ）などのような貴金属を含有することが可能である。いくつかの実施形態では、Ｐｔに対するＰｄの割合は、１よりも大きいことが可能である。ある実施形態では、触媒コンポーネント１４０は、メタンを二酸化炭素へ変成させることが可能であり、かつ、他の炭化水素を低毒性の化合物へ変成させることが可能である。変成させられた排気は、この時点で非常に低毒性であり、排気点１７４においてシステム１００から排出させられる。
【００１８】
図２は、例示的なシステム２００を図示しており、例示的なシステム２００はエンジン２１０および触媒システム２１１を含み、実施形態にしたがって実施されることが可能である。また、全体のシステム２００は、「エンジン」と称されることも可能であるということに留意されたい。システム２００は、簡略化されたブロック図であり、それは、本明細書で開示されている概念を説明するために使用されており、したがって、それは、任意の物理的な要件、または、本明細書で開示されている任意の実施形態に要求される特定の構成を記載するものとして解釈されるべきではない。本明細書で説明されているすべての構成要素、デバイス、システム、および方法は、任意の形状、形式、タイプ、または、構成要素の数、および、開示されている実施形態を実施することができるような任意の構成要素の任意の組み合わせで実施されることが可能であり、または、任意の形状、形式、タイプ、または、構成要素の数、および、開示されている実施形態を実施することができるような任意の構成要素の任意の組み合わせにすることが可能である。すべてのそのような実施形態は、本開示の範囲内にあるものとして考慮される。
【００１９】
エンジン２１０は、任意のタイプの内燃エンジンであることが可能であり、または、排気ガスを発生させる内燃成分を含む任意のデバイス、構成要素、システムであることが可能である。ある実施形態では、エンジン２１０は、天然ガスを燃料とする内燃エンジンであることが可能であり、それは、化学量論的な量の燃料、または、酸素に対する比率がわずかに過剰な燃料（すなわち、リッチ状態）によって作動するように構成されている。触媒システム２１１は、触媒システム中間点２７１、２７２、および２７３、ならびに排気点２７４とともに、触媒コンポーネント２２０、２３０、および２４０を含むことが可能である。触媒システム中間点２７１、２７２、および２７３は、システム２００の任意のパイプ、接続部、もしくは、任意の他の構成要素、または、その任意のセクションまたはサブセクションであることが可能であり、それは、２つの触媒コンポーネント（例えば、触媒コンポーネント２２０、２３０、および２４０）を分離するか、または、そうでなければ、２つの触媒コンポーネントの間に構成されている。エンジン２１０は、最終的にガスが排気点２７４から排出されるまで、触媒システム２１１を通して、排気フロー２０１によって示されている方向（すなわち、エンジン２１０から触媒システム中間点２７１を通して触媒コンポーネント２２０の中へ、触媒コンポーネント２２０から触媒システム中間点２７２を通して触媒コンポーネント２３０の中へなど）に、ガスを排出することが可能である。触媒コンポーネント２２０、２３０、および２４０のそれぞれは、本明細書で説明されているように、受け入れた排気ガスを変成排気ガスに変成させることが可能である。
【００２０】
ある実施形態では、エンジン２１０は、リッチバーンエンジンであり、それは、触媒システム中間点２７１を介して触媒コンポーネント２２０の中へガスを排出する。この実施形態では、触媒コンポーネント２２０は、本明細書で説明されているような三元触媒であることが可能である。触媒コンポーネント２２０が三元触媒である場合には、触媒コンポーネント２２０は、還元プロセスを使用してＮＯｘ排出物も低減させながら、酸化プロセスを使用してＣＯおよび炭化水素排出物を低減させることが可能である。
【００２１】
エンジン２１０によって触媒コンポーネント２２０の中へ排出されるガスは、ＮＯｘ、一酸化炭素、およびアンモニアを含む可能性がある。触媒コンポーネント２２０は、触媒コンポーネント２２０に進入するＮＯｘのいくらかまたはすべてを、メタンおよびアンモニアなどのような１つまたは複数の他の化合物へ変成させることが可能である。発生させられるこれらの化合物は、本明細書で説明されているように、追加的な触媒システムコンポーネントを使用して、他の化合物に変成させられることが可能である。一酸化炭素およびアンモニアなどのような、触媒コンポーネント２２０に進入するいくらかの排出成分は、触媒コンポーネント２２０によって他の化合物に変成させられることが可能であるが、これらの化合物のうちの少なくともいくらかは、触媒コンポーネント２２０によって別の化合物に変成させられることが可能ではなく、触媒コンポーネント２２０から触媒システム中間点２７２を通して触媒コンポーネント２３０の中へ排出させられることが可能である。
【００２２】
触媒コンポーネント２３０は、未反応のまま触媒コンポーネント２２０から放出されるアンモニアに対処することが可能なアンモニアスリップ触媒であることが可能である。ある実施形態では、触媒コンポーネント２３０は、低い貴金属ローディング、および、ゼオライトコーティングを伴う二重層触媒であることが可能である。そのような実施形態では、二重層触媒は、２つの触媒によって構成されることが可能であり、それぞれが、異なる機能を果たし、コーティングされ、または、そうでなければ、同じ基質の上に構成されている。例えば、ある実施形態では、触媒コンポーネント２３０は、同じ基質の上に貴金属ローディングおよびゼオライトコーティングを有するアンモニアスリップ触媒であることが可能である。触媒コンポーネント２３０において使用される貴金属ローディングは、典型的なディーゼル酸化触媒および／または典型的な三元触媒よりも低いローディングであることが可能である。触媒コンポーネント２３０は、触媒コンポーネント２２０から受け入れたアンモニアおよび一酸化炭素を、それぞれ、二窒素（Ｎ2、一般的には簡単に「窒素」と称される）および二酸化炭素（ＣＯ2）へ酸化させることが可能である。
【００２３】
触媒コンポーネント２３０は、受け入れたアンモニアおよび一酸化炭素を低毒性の化合物にうまく変成させることが可能であるが、他の化合物（そのうちのいくらかは、エンジン２１０から排出された未燃焼の炭化水素である可能性がある）が、触媒コンポーネント２３０によって別の化合物に変成させられない可能性があり、かつ、触媒コンポーネント２３０から触媒システム中間点２７３を通して触媒コンポーネント２４０の中へ排出させられる可能性がある。いくつかの実施形態では、メタンは、エンジン２１０によって燃焼させられなかった炭化水素の残余物として、触媒コンポーネント２３０から触媒コンポーネント２４０への排気フローの中に含まれる可能性がある。ある実施形態では、排気が触媒コンポーネント２４０に進入する前の触媒システム中間点２７３において、ミッドベッド空気注入コンポーネント２６０を使用してフローの中へ空気を注入することによって、空気が排気フローの中へ加えられることが可能である。加えられたこの空気は、触媒コンポーネント２４０において実施される酸化プロセスを改善および／または支援することが可能である。ミッドベッド空気注入コンポーネント２６０は、追加的な空気を排気ストリームの中へ導入することができる任意の手段、構成要素、デバイス、または、その組み合わせであることが可能であり、そのようなすべての実施形態は、本開示の範囲内にあるものとして考慮される。
【００２４】
触媒コンポーネント２４０は、炭化水素酸化触媒であることが可能であり、それは、触媒コンポーネント２３０から放出される未燃焼の炭化水素、および／または、任意の他の未反応の排出物に対処することが可能である。触媒コンポーネント２４０は、プラチナ（Ｐｔ）およびパラジウム（Ｐｄ）などのような貴金属を含有することが可能である。いくつかの実施形態では、Ｐｔに対するＰｄの割合は、１よりも大きいことが可能である。ある実施形態では、触媒コンポーネント２４０は、メタンを二酸化炭素へ変成させることが可能であり、かつ、他の炭化水素を低毒性の化合物へ変成させることが可能である。変成させられた排気は、この時点で非常に低毒性であり、排気点２７４においてシステム２００から排出させられる。
【００２５】
図３は、例示的なシステム３００を図示しており、例示的なシステム３００は、エンジン３１０および触媒システム３１１を含み、実施形態にしたがって実施されることが可能である。また、全体的なシステム３００は、「エンジン」と称されることも可能であるということに留意されたい。システム３００は、簡略化されたブロック図であり、それは、本明細書で開示されている概念を説明するために使用されており、したがって、それは、任意の物理的な要件、または、本明細書で開示されている任意の実施形態に要求される特定の構成を記載するものとして解釈されるべきではない。本明細書で説明されているすべての構成要素、デバイス、システム、および方法は、任意の形状、形式、タイプ、または、構成要素の数、および、開示されている実施形態を実施することができるような任意の構成要素の任意の組み合わせで実施されることが可能であり、または、任意の形状、形式、タイプ、または、構成要素の数、および、開示されている実施形態を実施することができるような任意の構成要素の任意の組み合わせにすることが可能である。すべてのそのような実施形態は、本開示の範囲内にあるものとして考慮される。
【００２６】
エンジン３１０は、任意のタイプの内燃エンジンであることが可能であり、または、排気ガスを発生させる内燃成分を含む任意のデバイス、構成要素、システムであることが可能である。ある実施形態では、エンジン３１０は、天然ガスを燃料とする内燃エンジンであることが可能であり、それは、化学量論的な量の燃料、または、酸素に対する比率がわずかに過剰な燃料（すなわち、リッチ状態）によって作動するように構成されている。触媒システム３１１は、触媒システム中間点３７１、３７２、および３７３、ならびに排気点３７４とともに、触媒コンポーネント３２０、３３０、および３４０を含むことが可能である。触媒システム中間点３７１、３７２、および３７３は、システム３００の任意のパイプ、接続部、もしくは、任意の他の構成要素、または、その任意のセクションまたはサブセクションであることが可能であり、それは、２つの触媒コンポーネント（例えば、触媒コンポーネント３２０、３３０、および３４０）を分離するか、または、そうでなければ、２つの触媒コンポーネントの間に構成されている。エンジン２１０は、最終的にガスが排気点３７４から排出されるまで、触媒システム２１１を通して、排気フロー３０１によって示されている方向（すなわち、エンジン３１０から触媒システム中間点３７１を通して触媒コンポーネント３２０の中へ、触媒コンポーネント３２０から触媒システム中間点３７２を通して触媒コンポーネント３３０の中へなど）に、ガスを排出することが可能である。触媒コンポーネント３２０、３３０、および３４０のそれぞれは、本明細書で説明されているように、受け入れた排気ガスを変成排気ガスに変成させることが可能である。
【００２７】
ある実施形態では、エンジン３１０は、リッチバーンエンジンであり、それは、触媒システム中間点３７１を介して触媒コンポーネント３２０の中へガスを排出する。この実施形態では、触媒コンポーネント３２０は、本明細書で説明されているような三元触媒であることが可能である。触媒コンポーネント３２０が三元触媒である場合には、触媒コンポーネント３２０は、還元プロセスを使用してＮＯｘ排出物も低減させながら、酸化プロセスを使用してＣＯおよび炭化水素排出物を低減させることが可能である。
【００２８】
エンジン３１０によって触媒コンポーネント３２０の中へ排出されるガスは、ＮＯｘ、一酸化炭素、およびアンモニアを含む可能性がある。触媒コンポーネント３２０は、触媒コンポーネント３２０に進入するＮＯｘのいくらかまたはすべてを、メタンおよびアンモニアなどのような１つまたは複数の他の化合物へ変成させることが可能である。発生させられるこれらの化合物は、本明細書で説明されているように、追加的な触媒システムコンポーネントを使用して、他の化合物に変成させられることが可能である。一酸化炭素およびアンモニアなどのような、触媒コンポーネント３２０に進入するいくらかの排出成分は、触媒コンポーネント３２０によって他の化合物に変成させられることが可能であるが、これらの化合物のうちの少なくともいくらかは、触媒コンポーネント３２０によって別の化合物に変成させられることが可能ではなく、触媒コンポーネント３２０から触媒システム中間点３７２を通して触媒コンポーネント３３０の中へ排出させられることが可能である。
【００２９】
触媒コンポーネント３３０は、未反応のまま触媒コンポーネント３２０から放出されるアンモニアに対処することが可能なアンモニアスリップ触媒であることが可能である。ある実施形態では、触媒コンポーネント３３０は、低い貴金属ローディング、および、ゼオライトコーティングを伴う二重層触媒であることが可能である。そのような実施形態では、二重層触媒は、２つの触媒によって構成されることが可能であり、それぞれが、異なる機能を果たし、コーティングされ、または、そうでなければ、同じ基質の上に構成されている。例えば、ある実施形態では、触媒コンポーネント３３０は、同じ基質の上に貴金属ローディングおよびゼオライトコーティングを有するアンモニアスリップ触媒であることが可能である。触媒コンポーネント３３０において使用される貴金属ローディングは、典型的なディーゼル酸化触媒および／または典型的な三元触媒よりも低いローディングであることが可能である。触媒コンポーネント３３０は、触媒コンポーネント３２０から受け入れたアンモニアおよび一酸化炭素を、それぞれ、二窒素（Ｎ2、一般的には簡単に「窒素」と称される）および二酸化炭素（ＣＯ2）へ酸化させることが可能である。この実施形態では、排気が触媒コンポーネント３３０に進入する前の触媒システム中間点３７２において、ミッドベッド空気注入コンポーネント３５０を使用してフローの中へ空気を注入することによって、空気が排気フローの中へ加えられることが可能である。加えられたこの空気は、触媒コンポーネント３３０および／または触媒コンポーネント３４０において実施される酸化プロセスを改善および／または支援することが可能である。ミッドベッド空気注入コンポーネント３５０は、追加的な空気を排気ストリームの中へ導入することができる任意の手段、構成要素、デバイス、または、その組み合わせであることが可能であり、そのようなすべての実施形態は、本開示の範囲内にあるものとして考慮される。
【００３０】
触媒コンポーネント３３０は、受け入れたアンモニアおよび一酸化炭素を低毒性の化合物にうまく変成させることが可能であるが、他の化合物（そのうちのいくらかは、エンジン３１０から排出された未燃焼の炭化水素である可能性がある）が、触媒コンポーネント３３０によって別の化合物に変成させられない可能性があり、かつ、触媒コンポーネント３３０から触媒システム中間点３７３を通して触媒コンポーネント３４０の中へ排出させられる可能性がある。いくつかの実施形態では、メタンは、エンジン３１０によって燃焼させられなかった炭化水素の残余物として、触媒コンポーネント３３０から触媒コンポーネント３４０への排気フローの中に含まれる可能性がある。この実施形態では、排気が触媒コンポーネント３４０に進入する前の触媒システム中間点３７３において、ある実施形態ではミッドベッド空気注入コンポーネント３６０を使用して第２の点においてフローの中へ空気を注入することによって、排気フローの中へ追加の空気が加えられることが可能である。加えられたこの空気は、触媒コンポーネント３４０において実施される酸化プロセスを改善および／または支援することが可能である。ミッドベッド空気注入コンポーネント３６０は、追加的な空気を排気ストリームの中へ導入することができる任意の手段、構成要素、デバイス、または、その組み合わせであることが可能であり、そのようなすべての実施形態は、本開示の範囲内にあるものとして考慮される。
【００３１】
触媒コンポーネント３４０は、炭化水素酸化触媒であることが可能であり、それは、触媒コンポーネント３３０から放出される未燃焼の炭化水素、および／または、任意の他の未反応の排出物に対処することが可能である。触媒コンポーネント３４０は、プラチナ（Ｐｔ）およびパラジウム（Ｐｄ）などのような貴金属を含有することが可能である。いくつかの実施形態では、Ｐｔに対するＰｄの割合は、１よりも大きいことが可能である。ある実施形態では、触媒コンポーネント３４０は、メタンを二酸化炭素へ変成させることが可能であり、かつ、他の炭化水素を低毒性の化合物へ変成させることが可能である。変成させられた排気は、この時点で非常に低毒性であり、排気点３７４においてシステム３００から排出させられる。
【００３２】
図４は、本明細書で開示されている実施形態を実施する例示的で非限定的な方法４００を図示している。方法４００、ならびに、方法４００の中で説明されている個々の行為および機能は、任意の１つまたは複数のデバイスまたは構成要素によって実施されることが可能であり、図１〜図３に図示されているシステムなどのような、本明細書で説明されているものを含む。ある実施形態では、方法４００は、任意の他のデバイス、構成要素、または、その組み合わせによって実施されることが可能であり、いくつかの実施形態では、他のシステム、デバイス、および／または構成要素と併用して実施されることが可能である。方法４００のブロックのいずれかに関して説明されている機能および／または行為は、いずれも、任意の順番で実施され、単独で実施され、方法４００の他のブロックのいずれか、または、本明細書で説明されている任意の他の方法に関して説明されている他の機能および／または行為の一部分とともに実施され、ならびに、本明細書で説明されているもの、および、本明細書で記載されていないものを含む他の機能および／または行為と組み合わせて実施されることが可能であるということに留意されたい。すべてのそのような実施形態は、本開示の範囲内にあるものとして考慮される。
【００３３】
ブロック４１０において、排気ガスが、触媒システムにおいて受け入れられることが可能である。４２０において、受け入れた排気ガスの成分が、三元触媒を使用して、低毒性の成分に変成させられることが可能である。例えば、ＮＯｘは、メタンおよびアンモニアなどのような、１つまたは複数の他の化合物へ変成させられることが可能である。いくつかの排出成分は、ブロック４２０において、他の化合物へ変成させられることが可能であるが、受け入れたガスのうちの少なくともいくつかは、別の化合物に変成させられることが可能ではなく、別の触媒コンポーネントによって変成させられるように排出されることが可能である。
【００３４】
ブロック４３０において、ブロック４２０において変成を実施する三元触媒によって排出された排気ストリームの中へ、ある実施形態ではミッドベッド空気注入コンポーネントによって、空気が注入されることが可能である。加えられたこの空気は、ブロック４４０において実施される酸化プロセスを改善および／または支援することが可能である。ミッドベッド空気注入コンポーネントは、追加的な空気を排気ストリームの中へ導入することができる任意の手段、構成要素、デバイス、または、その組み合わせであることが可能であり、そのようなすべての実施形態は、本開示の範囲内にあるものとして考慮される。いくつかの実施形態では、この点で空気が注入されないことが可能であり、かつ、ブロック４３０の機能が省略されることが可能であるということに留意されたい。
【００３５】
ブロック４４０において、排気ガスは、アンモニアスリップ触媒において、受け入れられて変成させられることが可能である。アンモニアスリップ触媒は、低い貴金属ローディング、および／または、ゼオライトコーティングを伴う二重層触媒であることが可能である。アンモニアスリップ触媒は、三元触媒から受け入れたアンモニアおよび一酸化炭素を、それぞれ、二窒素（Ｎ2、一般的には簡単に「窒素」と称される）および二酸化炭素（ＣＯ2）へ酸化させることが可能である。
【００３６】
ブロック４５０において、ブロック４４０において変成を実施するアンモニアスリップ触媒によって排出された排気ストリームの中へ、ある実施形態ではミッドベッド空気注入コンポーネントによって、空気が注入されることが可能である。加えられたこの空気は、ブロック４６０において実施される酸化プロセスを改善および／または支援することが可能である。ミッドベッド空気注入コンポーネントは、追加的な空気を排気ストリームの中へ導入することができる任意の手段、構成要素、デバイス、または、その組み合わせであることが可能であり、そのようなすべての実施形態は、本開示の範囲内にあるものとして考慮される。いくつかの実施形態では、この点で空気が注入されないことが可能であり、かつ、ブロック４５０の機能が省略されることが可能であるということに留意されたい。任意の数のミッドベッド空気注入コンポーネントまたは機能を含み、触媒システムの任意の場所に位置付けられる実施形態、および、任意のミッドベッド空気注入を使用しない実施形態が、本開示の範囲内にあるものとして考慮される。
【００３７】
ブロック４６０において、排気ガスは、炭化水素酸化触媒において、受け入れられて変成させられることが可能である。炭化水素酸化触媒は、メタンを二酸化炭素へ変成させることが可能であり、他の炭化水素を低毒性の化合物へ変成させることが可能である。変成排気ガスは、この時点で非常に低毒性であり、ブロック４７０において排出させられる。
【００３８】
本明細書で記載されているシステムおよび方法の技術的効果は、リッチバーンエンジンとともに単一の触媒システムを使用して、すべての排出物規制を満たす能力である。当業者によって理解されることとなるように、開示されているプロセスおよびシステムの使用は、より幅広い作動範囲でリッチ状態に稼働させることを可能にしながら、そのようなエンジンの排出物を低減させることが可能であり、それによって、排出物基準に起因して以前は手の届かなかったリッチバーンエンジンの利点を活用することを可能にする。当業者は、開示されている触媒システムおよび方法が、さらに良好な排出物制御およびエンジン性能を実現するために、他のシステムおよび技術と組み合わせられることが可能であるということを認識することとなる。そのようなすべての実施形態は、本開示の範囲内にあるものとして考慮される。
【００３９】
この書面による説明は、最良の形態を含む本明細書に包含される主題を開示するために、また、任意の当業者が本発明を実行（任意のデバイスまたはシステムを製造および使用すること、ならびに任意の組み込まれた方法を実施することを含む）することができるように、例（最良の形態を含む）を使用している。本開示の特許の範囲は、特許請求の範囲によって画定され、当業者が考え付く他の例を含むことが可能である。そのような他の例が、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を含んでいる場合には、または、特許請求の範囲の文言とわずかに異なる、均等な構造的要素を含んでいる場合には、そのような他の例は、特許請求の範囲内に含まれるということが意図されている。
【符号の説明】
【００４０】
１００  触媒システム
１０１  排気フロー
１１０  エンジン
１１１  触媒システム
１２０  触媒コンポーネント
１３０  触媒コンポーネント
１４０  触媒コンポーネント
１５０  ミッドベッド空気注入コンポーネント
１７１  触媒システム中間点
１７２  触媒システム中間点
１７３  触媒システム中間点
１７４  排気点
２００  触媒システム
２０１  排気フロー
２１０  エンジン
２１１  触媒システム
２２０  触媒コンポーネント
２３０  触媒コンポーネント
２４０  触媒コンポーネント
２６０  ミッドベッド空気注入コンポーネント
２７１  触媒システム中間点
２７２  触媒システム中間点
２７３  触媒システム中間点
２７４  排気点
３００  触媒システム
３０１  排気フロー
３１０  エンジン
３２０  触媒コンポーネント
３３０  触媒コンポーネント
３４０  触媒コンポーネント
３５０  ミッドベッド空気注入コンポーネント
３６０  ミッドベッド空気注入コンポーネント
３７１  触媒システム中間点
３７２  触媒システム中間点
３７３  触媒システム中間点
３７４  排気点
４００  方法
４１０  方法ブロック
４２０  方法ブロック
４３０  方法ブロック
４４０  方法ブロック
４５０  方法ブロック
４６０  方法ブロック
４７０  方法ブロック
【図１】
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【図２】
2014224525.tif 000004
【図３】
2014224525.tif 000005
【図４】
2014224525.tif 000006
【外国語明細書】
2014224525000001.pdf