CN107035483A - 机动车尾气催化净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机动车尾气催化净化装置，包括：壳体，其包括主体部和两侧的进气部和出气部；催化剂载体，其设于主体部中；进气部中设有导气装置，导气装置包括：导流板，其固定卡设在进气部中，导流板垂直于进气方向设置，导流板上设有多个引气孔；气流搅拌装置，其固定在导流板上，气流搅拌装置包括：固定设置在导流板靠近进气部一侧的驱动装置；与驱动装置相连，穿过导流板且延伸到导流板远离进气部一侧的搅拌杆；和固定在搅拌杆的远离进气部一端的至少一对叶片。本发明通过导流板和气流搅拌装置共同作用，使内部气体流动更均匀且流经催化器载体部分的时间增长，使催化反应更充分，从而有效提高催化装置的转化效率及利用率。

Description

机动车尾气催化净化装置

技术领域

本发明涉及机动车尾气排放技术领域。更具体地说，本发明涉及一种机动车尾气催化净化装置。

背景技术

随着经济的快速发展，人们对机动车辆的需求与日俱增，国内机动车的生产量及保有量急剧增加，机动车尾气污染问题也越来越严重，机动车尾气已经成为大气污染物的主要来源。机动车污染控制措施分为机内净化和机外控制两类技术，其中催化转化器是最有效的机外尾气净化方法之一。

现有的三元催化器是改善汽车排放，降低汽车尾气污染的重要部件，三元催化器在汽车排气排放中起着至关重要的作用，可有效促使燃烧过程中产生的有毒有害气体进行二次反应，转化为无毒气体排放到大气中去。随着排放法律法规的不断提高，提高三元催化器的效率及延长使用寿命成为现阶段研究的焦点，其中，三元催化器内部流动均匀性是衡量三元催化器有效性的重要指标之一。现有的三元催化器中，由于结构因素，使得排气流经三元催化器载体部分时，均匀性不稳定，无法将三元催化器的最佳性能发挥出来，而且过渡的局部催化强度加大，缩短了催化器的使用寿命。部分研究中均提出了有效改善流动均匀性的设计方案，但这些改进型的装置结构往往较复杂，无法适用于不同的发动机工况。在某些工况下，甚至会造成均匀性的下降，以及排气背压的大幅增加，影响发动机动力性。

因此亟需寻找一种能使内部气体流动更均匀使催化反应更充分，从而有效提高催化装置的转化效率及利用率的机动车尾气催化净化装置。

发明内容

本发明的一个目的是解决上述问题，并提供后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种机动车尾气催化净化装置，通过导流板和气流搅拌装置共同作用，使内部气体流动更均匀且流经催化器载体部分的时间增长，使催化反应更充分，从而有效提高催化装置的转化效率及利用率。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种机动车尾气催化净化装置，包括：

壳体，其包括主体部和分别位于所述主体部两侧的进气部和出气部；

负载有催化剂的催化剂载体，其设于所述主体部中；

所述进气部中设有导气装置，所述导气装置包括：

导流板，其固定卡设在所述进气部中，所述导流板垂直于进气方向设置，所述导流板上设有多个引气孔；

气流搅拌装置，其固定在所述导流板上，所述气流搅拌装置包括：

固定设置在所述导流板靠近所述进气部一侧的驱动装置；

与所述驱动装置相连，穿过所述导流板且延伸到所述导流板远离所述进气部一侧的搅拌杆；以及

固定在所述搅拌杆的远离所述进气部一端的至少一对叶片。

优选的是，还包括：衬垫，其固定于圆柱形的所述主体部内，所述衬垫设于所述催化剂载体和所述主体部之间；

所述催化剂载体沿进气方向依次包括：

第一载体，其包括一对关于主体部的轴线对称设置的上载体和下载体，上载体和下载体分别与所述衬垫在轴线上方的上部与轴线下方的下部贴合固定，所述上载体和所述下载体相对的面为相对设置的凸起的弧形面，所述上载体和所述下载体的最近距离大于一对所述叶片的最大叶边距；

第二载体，其为圆柱形且与第一载体紧密接触，所述第二载体与所述第一载体并排设置且与所述衬垫固定。

优选的是，所述催化剂载体为陶瓷或金属制成的蜂窝载体。

优选的是，所述催化剂载体包括：

内芯，其为圆柱形；

外层，其设置在所述内芯外部，所述外层包括多层绕制在所述内芯外部的与所述内芯同心设置的第一隔板和设置在第一隔板外层的外壳，相邻的两个所述第一隔板和所述外壳与所述第一隔板之间均设有多个环绕内芯的轴线设置的单元空间，所述单元空间由三角形的第二隔板围设而成。

优选的是，所述催化剂载体负载的催化剂为三效催化剂、氮氧化物转化催化剂、一氧化碳氧化催化剂及烟尘颗粒物氧化催化剂中的至少三种。

优选的是，催化剂载体为陶瓷材质，所述催化剂载体使用前经过以下预处理：

1)将所述催化剂载体用质量分数为5～20％的碳酸钠溶液冲洗后用蒸馏水洗净，然后用质量分数为10～20％的醋酸溶液浸泡10～18h，用去离子水洗净，在80～100℃下微波加热1～2h；

2)将催化剂载体放入第一溶液中浸泡30～60min后在0～4℃下放置1～3h，所述第一溶液为浓度为15～20mmol/L的氯化亚锡和浓度为50～70mmol/L的三氟乙酸的混合溶液；

3)将催化剂载体取出后用甲醇冲洗，再用去离子水冲洗，之后将催化剂载体在第二溶液中浸泡15～30min，所述第二溶液是将浓度为30～40mmol/L的AgNO₃溶液用质量分数为37％的氨水进行滴定至沉淀消失后得到。

优选的是，所述催化剂载体使用前先经过预处理然后负载催化剂，负载催化剂的处理过程包括：

S1、配制金属盐溶液，所述金属盐溶液为浓度为0.1～2mmol/L的含有铂、钯、铑中的至少两种可溶性盐和浓度为1～4mmol/L的含有铈、镧、镨、钕中的至少两种可溶性盐的混合物；

S2、将所述金属盐溶液与氨水按体积比1:3～1:6配制得到第三溶液，将浓度为0.05～0.2mol/L的十二烷基苯磺酸钠溶液和浓度为1～3mol/L的次磷酸盐溶液按照体积比为1:8～15配制得到第四溶液；

S3、将预处理后的催化剂载体先用甲醇冲洗，再用去离子水冲洗，浸泡在所述第三溶液中在50～80℃下微波加热20～40min，然后将与所述第三溶液等体积的第四溶液分3～5次加入到第三溶液中，每次加入后在40～70℃下微波加热20～40min，得到的催化剂载体用去离子水冲洗干净，并在质量分数为5～15％的醋酸溶液中浸泡5～10h后，用去离子水冲洗晾干后，在150～250℃下焙烧1～2h，即得到负载催化剂后的催化剂载体。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明的机动车尾气催化净化装置，通过设置导气装置使内部气体流动更均匀且流经催化器载体部分的时间增长，使催化反应更充分，从而有效提高催化装置的转化效率及利用率。其中，尾气先流经垂直于进气方向设置的导流板，从而使通过引气孔的气流得到一次“梳理”从而更加均匀，同时导流板也能起到阻挡气流中夹杂的污物进入催化剂载体堵塞孔洞的作用。进入导流板的气流进一步通过驱动装置如小型电机等带动叶片搅动，使气流得到第二次“梳理”，使气体进入催化剂载体前的气流更加均匀，经设于进气部中的导气装置梳理后延长了气流在主体部的催化反应时间，从而提高装置的催化效率和利用率，减少尾气的排放，也避免局部催化强度过大，延长了装置的使用寿命。同时处于进气部中且正对主体部的气流搅拌装置也能起到对装置内部表面污物进行处理的作用，保证污物不在壳体中尤其是催化剂载体中堆积，使尾气催化净化装置发挥出最佳性能，保证了发动机输出最大的有效功率。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的机动车尾气催化净化装置的结构示意图；

图2为本发明的机动车尾气催化净化装置的催化剂载体的截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1～2所示，本发明提供一种机动车尾气催化净化装置，包括：

壳体1，其包括主体部110以及分别位于所述主体部两侧的进气部120和出气部130；

负载有催化剂的催化剂载体2，其设于所述主体部110中；

所述进气部120中设有导气装置，所述导气装置包括：

导流板121，其固定卡设在所述进气部120中，所述导流板121垂直于进气方向设置，所述导流板上设有多个引气孔；

气流搅拌装置，其固定在所述导流板121上，所述气流搅拌装置包括：

固定设置在所述导流板121靠近所述进气部120一侧的驱动装置122；

与所述驱动装置122相连，穿过所述导流板121且延伸到所述导流板121远离所述进气部120一侧的搅拌杆123；以及

固定在所述搅拌杆123的远离所述进气部120一端的至少一对叶片124。

本发明的机动车尾气催化净化装置使用时，机动车尾气先通过进气部中流经垂直于进气方向的导流板121，气流通过多个细小的引气孔的得到一次“梳理”从而更加均匀，同时导流板121也能起到阻挡气流中夹杂的污物进入催化剂载体堵塞孔洞的作用。进入导流板121的气流进一步通过小型电机等带动的叶片搅动，使气流得到第二次“梳理”，使进入催化剂载体2的气流更加均匀，与催化剂载体2上的催化剂接触更加充分，催化剂使用更加充分，催化反应更加完全，然后反应后的尾气从出气部排出。导气装置提高了装置的催化效率和利用率，减少尾气的排放，也避免局部催化强度过大，延长了装置的使用寿命。

在另一种技术方案中，还包括：衬垫3，其固定于圆柱形的所述主体部110内，所述衬垫3设于所述催化剂载体2和所述主体部110之间；

所述催化剂载体2沿进气方向依次包括：

第一载体210，其包括一对关于主体部110的轴线对称设置的上载体和下载体，上载体和下载体分别与所述衬垫3在轴线上方的上部与轴线下方的下部贴合固定，所述上载体和所述下载体相对的面为相对设置的凸起的弧形面，所述上载体和所述下载体的最近距离大于一对所述叶片124的最大叶边距；

第二载体220，其为圆柱形且与第一载体210紧密接触，所述第二载体220与所述第一载体210并排设置且与所述衬垫固定。

催化剂载体中包括二个紧密接触的第一载体210和第二载体220，第一载体210包括一对对称设置的上载体和下载体，上载体和下载体和第二载体一起构成一个环形将气流包围，上载体和下载体的最近距离大于一对叶片124的最大叶边距，进入主体部110的气流均经过叶片124转动梳理使得流速均匀，其中部分气流在第一载体210的凸起的弧形面中的催化剂作用下催化反应，另一部分继续前进到达第二载体220，且不断在上载体、下载体以及第二载体220构成的三面环形中循环，与第一载体210或第二载体220中的催化剂反复接触，使气流与催化剂接触更加充分，使气流流经催化器载体2的时间增长，使催化反应更充分，催化剂使用也更加充分，从而有效提高催化装置的转化效率及利用率。

在另一种技术方案中，所述催化剂载体2为陶瓷或金属制成的蜂窝载体。

在另一种技术方案中，所述第二载体220包括：

内芯221，其为圆柱形；

外层，其设置在所述内芯外部，所述外层包括多层绕制在所述内芯221外部的与所述内芯221同心设置的第一隔板223和设置在第一隔板223外层的外壳222，相邻的两个所述第一隔板223和所述外壳222与所述第一隔板223之间均设有多个环绕内芯221的轴线设置的单元空间，所述单元空间由三角形的第二隔板224围设而成。

三角形的第二隔板224围设的空间更便于气流通过孔道与催化剂接触，且使排气背压减低，使催化反应更充分，优化发动机动力性，通过同心设置的多层第一隔板223也避免局部催化强度过大，延长了装置的使用寿命。

在另一种技术方案中，所述催化剂载体2负载的催化剂为三效催化剂、氮氧化物转化催化剂、一氧化碳氧化催化剂及烟尘颗粒物氧化催化剂中的至少三种。

在另一种技术方案中，催化剂载体2为陶瓷材质，所述催化剂载体使用前经过以下预处理：

1)将所述催化剂载体用质量分数为5～20％的碳酸钠溶液冲洗后用蒸馏水洗净，然后用质量分数为10～20％的醋酸溶液浸泡10～18h，用去离子水洗净，在80～100℃下微波加热1～2h；

2)将催化剂载体放入第一溶液中浸泡30～60min后在0～4℃下放置1～3h，所述第一溶液为浓度为15～20mmol/L的氯化亚锡和浓度为50～70mmol/L的三氟乙酸的混合溶液；

3)将催化剂载体取出后用甲醇冲洗，再用去离子水冲洗，之后将催化剂载体在第二溶液中浸泡15～30min，所述第二溶液是将浓度为30～40mmol/L的AgNO₃溶液用质量分数为37％的氨水进行滴定至沉淀消失后得到。

通过预处理后催化剂载体比普通的催化剂载体表面积大1.2～1.4倍，且催化剂载体的孔洞大小适宜，微波加热使的后续更易负载贵金属且负载的催化剂不易脱落，负载催化剂后催化反应速度、反应活性要比同等条件下催化剂有所提高，利用率更高，且此种预处理方法中适用范围广，适用于不同的发动机工况。

在另一种技术方案中，所述催化剂载体使用前先经过预处理然后负载催化剂，负载催化剂的处理过程包括：

S1、配制金属盐溶液，所述金属盐溶液为浓度为0.1～2mmol/L的含有铂、钯、铑中的至少两种可溶性盐和浓度为1～4mmol/L的含有铈、镧、镨、钕中的至少两种可溶性盐的混合物；

S2、将所述金属盐溶液与氨水按体积比1:3～1:6配制得到第三溶液，将浓度为0.05～0.2mol/L的十二烷基苯磺酸钠溶液和浓度为1～3mol/L的次磷酸盐溶液按照体积比为1:8～15配制得到第四溶液；

S3、将预处理后的催化剂载体先用甲醇冲洗，再用去离子水冲洗，浸泡在所述第三溶液中在50～80℃下微波加热20～40min，然后将与所述第三溶液等体积的第四溶液分3～5次加入到第三溶液中，每次加入后在40～70℃下微波加热20～40min，得到的催化剂载体用去离子水冲洗干净，并在质量分数为5～15％的醋酸溶液中浸泡5～10h后，用去离子水冲洗晾干后，在150～250℃下焙烧1～2h，即得到负载催化剂后的催化剂载体。

通过贵金属和稀土金属结合的催化剂在陶瓷载体上能实现均匀负载，且催化效率高，此种方法中通过结合稀土金属降低了贵金属用量，通过微波加热结合煅烧工艺使陶瓷载体上的催化剂负载完全且延长了催化剂的使用寿命，工艺简单，易实现。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种机动车尾气催化净化装置，包括：

壳体，其包括主体部和分别位于所述主体部两侧的进气部和出气部；

负载有催化剂的催化剂载体，其设于所述主体部中；

其特征在于，所述进气部中设有导气装置，所述导气装置包括：

导流板，其固定卡设在所述进气部中，所述导流板垂直于进气方向设置，所述导流板上设有多个引气孔；

气流搅拌装置，其固定在所述导流板上，所述气流搅拌装置包括：

固定设置在所述导流板靠近所述进气部一侧的驱动装置；

与所述驱动装置相连，穿过所述导流板且延伸到所述导流板远离所述进气部一侧的搅拌杆；以及

固定在所述搅拌杆的远离所述进气部一端的至少一对叶片。

2.如权利要求1所述的机动车尾气催化净化装置，其特征在于，还包括：衬垫，其固定于圆柱形的所述主体部内，所述衬垫设于所述催化剂载体和所述主体部之间；

所述催化剂载体沿进气方向依次包括：

第一载体，其包括一对关于主体部的轴线对称设置的上载体和下载体，上载体和下载体分别与所述衬垫在轴线上方的上部与轴线下方的下部贴合固定，所述上载体和所述下载体相对的面为相对设置的凸起的弧形面，所述上载体和所述下载体的最近距离大于一对所述叶片的最大叶边距；

第二载体，其为圆柱形且与第一载体紧密接触，所述第二载体与所述第一载体并排设置且与所述衬垫固定。

3.如权利要求1所述的机动车尾气催化净化装置，其特征在于，所述催化剂载体为陶瓷或金属制成的蜂窝载体。

4.如权利要求2所述的机动车尾气催化净化装置，其特征在于，所述第二载体包括：

内芯，其为圆柱形；

外层，其设置在所述内芯外部，所述外层包括多层绕制在所述内芯外部的与所述内芯同心设置的第一隔板和设置在第一隔板外层的外壳，相邻的两个所述第一隔板和所述外壳与所述第一隔板之间均设有多个环绕内芯的轴线设置的单元空间，所述单元空间由三角形的第二隔板围设而成。

5.如权利要求1所述的机动车尾气催化净化装置，其特征在于，所述催化剂载体负载的催化剂为三效催化剂、氮氧化物转化催化剂、一氧化碳氧化催化剂及烟尘颗粒物氧化催化剂中的至少三种。

6.如权利要求1所述的机动车尾气催化净化装置，其特征在于，催化剂载体为陶瓷材质，所述催化剂载体使用前经过以下预处理：

1)将所述催化剂载体用质量分数为5～20％的碳酸钠溶液冲洗后用蒸馏水洗净，然后用质量分数为10～20％的醋酸溶液浸泡10～18h，用去离子水洗净，在80～100℃下微波加热1～2h；

2)将催化剂载体放入第一溶液中浸泡30～60min后在0～4℃下放置1～3h，所述第一溶液为浓度为15～20mmol/L的氯化亚锡和浓度为50～70mmol/L的三氟乙酸的混合溶液；

3)将催化剂载体取出后用甲醇冲洗，再用去离子水冲洗，之后将催化剂载体在第二溶液中浸泡15～30min，所述第二溶液是将浓度为30～40mmol/L的AgNO₃溶液用质量分数为37％的氨水进行滴定至沉淀消失后得到。

7.如权利要求6所述的机动车尾气催化净化装置，其特征在于，所述催化剂载体使用前先经过预处理然后负载催化剂，负载催化剂的处理过程包括：

S1、配制金属盐溶液，所述金属盐溶液为浓度为0.1～2mmol/L的含有铂、钯、铑中的至少两种可溶性盐和浓度为1～4mmol/L的含有铈、镧、镨、钕中的至少两种可溶性盐的混合物；

S2、将所述金属盐溶液与氨水按体积比1:3～1:6配制得到第三溶液，将浓度为0.05～0.2mol/L的十二烷基苯磺酸钠溶液和浓度为1～3mol/L的次磷酸盐溶液按照体积比为1:8～15配制得到第四溶液；

S3、将预处理后的催化剂载体先用甲醇冲洗，再用去离子水冲洗，浸泡在所述第三溶液中在50～80℃下微波加热20～40min，然后将与所述第三溶液等体积的第四溶液分3～5次加入到第三溶液中，每次加入后在40～70℃下微波加热20～40min，得到的催化剂载体用去离子水冲洗干净，并在质量分数为5～15％的醋酸溶液中浸泡5～10h后，用去离子水冲洗晾干后，在150～250℃下焙烧1～2h，即得到负载催化剂后的催化剂载体。