CN109365000B - 一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂及其使用方法 - Google Patents

一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂及其使用方法 Download PDF

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Abstract

一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂及其使用方法，它属于车辆尾气催化剂领域。本发明解决用于解决燃烧系统尾气的问题。本发明主要是由脂肪酸甲脂磺酸钠、氧化铈、氟化钕、三乙醇胺、聚异丁烯丁二酰亚胺、二异丙基二硫代磷酸硫化氧钼制成，其重量份数分别为2～27份的脂肪酸甲脂磺酸钠、30～40份的氧化铈、30～35份的氟化钕、2～4份的三乙醇胺、7.5～12份的聚异丁烯丁二酰亚胺、3.5～7份的二异丙基二硫代磷酸硫化氧钼，本发明一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂与所述的车用尿素的质量比为0.05～0.2：1，混合均匀后，得到混合液加入尿素计量喷射装置。本发明能够有效吸收有害气体。

Description

一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂及其使用方法
技术领域
本发明属于车辆尾气催化剂领域；具体涉及一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂及其使用方法。
背景技术
甲醇/柴油共置燃烧技术是通过车辆进气道喷入甲醇、缸内喷入柴油实现两种燃料的组合燃烧。当发动机启动、暖车时用纯柴油模式，待水温达到规定水平时，转换为柴油和甲醇双燃料运行。利用甲醇汽化潜热大、十六烷值低、自燃温度高的特性，对柴油燃烧进行优化调节，实现高效清洁燃烧，从而实现了节省柴油、增强动力性的目标。但由于甲醇较高的汽化潜热，进入气缸后导致燃烧温度下降，壁面的淬冷层厚度增加；加之在压缩过程中，预混的可燃甲醇气体被挤入余隙及狭缝等处，更增加了着火难度，在做功及排气冲程中这些未然的混合气发生不完全燃烧生成大量CO。而甲醇柴油双燃料共置燃烧模式时，进入气缸的是甲醇与空气的预混合气体，低转速下扫气时间较长，扫气过程中部分未燃甲醇直接从排气门排出，导致掺烧甲醇以后HC排放量大幅度升高。混合气中由于甲醇的存在造成富氧燃烧，增加了NOX的生成。
SCR系统为在卡车上有一个单独的容器来存储车用尿素溶液，在使用过程中，尿素溶液中不再添加水和柴油。当发动机开始工作后，ECU根据柴油机的工况、催化器温度和环境状态来精确计量尿素溶液的喷射量。尿素溶液被喷射到排气管中，与柴油机排气进行均匀混合并进行化学反应。车用尿素作为重型柴油车实现国五排放至关重要的一环，其作用是为了减少氮氧化合物排放。目前我国重型柴油机升级国五的主流路线是SCR路线，即使用选择性催化还原技术。其运行过程大致是尾气从涡轮出来后进入排气管，排气管上安装有尿素计量喷射装置，喷入尿素水溶液，尿素溶液和尾气中的氮氧化合物在SCR反应罐中发生氧化还原反应，生成氮气和水排出。SCR系统中的尿素剂量最终由发动机管理系统控制，尿素的喷入量必须要与NOx的浓度相匹配。但是在SCR系统中发生复杂的物理和化学反应过程中，包括尿素溶液的雾化、破碎、蒸发、液滴与排气的能量和动量交换，粒子撞壁过程，液膜形成，NOx的催化还原反应等，而且尿素喷射后形成的雾化场和温度场随发动机运行工况的变化而时刻发生改变，尿素液滴在分解为氨气时，也生成氰酸、缩二脲、三聚氰酸等中间产物，容易形成尿素结晶石等沉积物。沉积物会不断累积，会造成喷嘴堵塞。
发明内容
本发明目的是提供了一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂及其使用方法。
本发明通过以下方案实现：
一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂主要是由脂肪酸甲脂磺酸钠、氧化铈、氟化钕、三乙醇胺、聚异丁烯丁二酰亚胺、二异丙基二硫代磷酸硫化氧钼制成，其重量份数分别为2～27份的脂肪酸甲脂磺酸钠、30～40份的氧化铈、30～35份的氟化钕、2～4份的三乙醇胺、7.5～12份的聚异丁烯丁二酰亚胺、3.5～7份的二异丙基二硫代磷酸硫化氧钼。
本发明所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，所述的氧化铈的粒径为50～100nm，氟化钕的粒径为50～100nm。
本发明所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂中脂肪酸甲脂磺酸钠的重量份数为2份，氧化铈的重量份数为40份，氟化钕的重量份数为35份，三乙醇胺的重量份数为4份，聚异丁烯丁二酰亚胺的重量份数为12份，二异丙基二硫代磷酸硫化氧钼的重量份数为7份。
本发明所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂中脂肪酸甲脂磺酸钠的重量份数为16份，氧化铈的重量份数为32.4份，氟化钕的重量份数为33.6份，三乙醇胺的重量份数为3.5份，聚异丁烯丁二酰亚胺的重量份数为8.5份，二异丙基二硫代磷酸硫化氧钼的重量份数为6份。
本发明所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂中脂肪酸甲脂磺酸钠的重量份数为27份，氧化铈的重量份数为30份，氟化钕的重量份数为30份，三乙醇胺的重量份数为2份，聚异丁烯丁二酰亚胺的重量份数为7.5份，二异丙基二硫代磷酸硫化氧钼的重量份数为3.5份。
本发明所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂的使用方法，将所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂添加到车用尿素中，所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂与所述的车用尿素的质量比为0.05～0.2：1，混合均匀后，得到混合液加入尿素计量喷射装置。
本发明所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂的使用方法，当柴油尾气从涡轮出来后进入排气混合管，在排气混合管上安装的所述的尿素计量喷射装置喷入混合液到发动机排气管中，发生催化反应吸收有害尾气。
本发明所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂的使用方法，所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂与所述的车用尿素的质量比为0.1：1。
本发明的有益效果如下：
本发明所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，能够有效催化甲醇/柴油共置燃烧系统尾气，并且能有效缓解尿素计量喷射装置的喷嘴阻塞的问题。
本发明所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，添加本发明所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂后，进行尾气排放检测，稳态循环测试得到的结果如下：HC排放物为0.058g/kWh，CO排放物为0.037g/kWh，NOx排放物为0.098g/kWh，PM排放物为0.017g/kWh；瞬态循环测试得到的结果如下：HC排放物为0.039g/kWh，CO排放物为0.019g/kWh，NOx排放物为0.281g/kWh，PM排放物为0.025g/kWh。
本发明所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂对HC、CO、NOx均能产生有效的反应，将有害气体有效吸收。
本发明所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，加入后能够有效缓解尿素计量喷射装置的喷嘴阻塞的问题，延长尿素计量喷射装置的喷嘴的使用寿命，使用寿命时间平均延长2.5～3.5倍。
本发明所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，添加纳米级稀土化合物作为尾气催化剂，稀土元素功能独特，原子结构特殊，内层4f轨道未成对电子多；稀土金属活泼，几乎可与所有元素发生作用，具有提高催化剂活性和抗中毒能力，很好的热稳定性和机械强度，并且氧化铈和氟化钕复配使用时催化效果更为明显。
本发明所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，组分具有正效加和性，适合在东北高寒地区使用，对低气温时车辆冷启动产生的大量有害气体有很好的催化还原效果。
本发明所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，配伍组分来源丰富经济、便于存储运输，价格低廉，复配工艺简单，技术成熟，无三废产生，有效的保护了环境。
具体实施方式
具体实施方式一：
一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂中脂肪酸甲脂磺酸钠的重量份数为2份，氧化铈的重量份数为40份，氟化钕的重量份数为35份，三乙醇胺的重量份数为4份，聚异丁烯丁二酰亚胺的重量份数为12份，二异丙基二硫代磷酸硫化氧钼的重量份数为7份。
本实施方式所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，所述的氧化铈的粒径为50～100nm，氟化钕的粒径为50～100nm。
本实施方式所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，将所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂添加到车用尿素中，所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂与所述的车用尿素的质量比为0.1：1，混合均匀后，得到混合液加入尿素计量喷射装置，当柴油尾气从涡轮出来后进入排气混合管，在排气混合管上安装的所述的尿素计量喷射装置喷入混合液到发动机排气管中，发生催化反应吸收有害尾气。
按照国家标准GB 17691-2005《车用压燃式、其它燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法(中国IV阶段)》中的稳态测试循环检测(ESC，European steady-state cycle)、瞬态检测循环检测(ETC，European transient cycle)方法对具体实施方式一所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂加入尿素计量喷射装置后的尾气排放进行检测，对比例为无添加所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂的尿素计量喷射装置处理后的尾气排放检测(对比例修改了)，测试所用柴油：市售-35号柴油，测试所用甲醇：工业纯级甲醇，测试结果如表1所示：
表1尾气排放进行检测对比表(g/kWh)
Figure BDA0001893103250000041
从表1中能够看出，添加本实施方式所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂后，进行尾气排放检测，稳态循环测试得到的结果如下：HC排放物为0.058g/kWh，CO排放物为0.037g/kWh，NOx排放物为0.098g/kWh，PM排放物为0.017g/kWh；瞬态循环测试得到的结果如下：HC排放物为0.039g/kWh，CO排放物为0.019g/kWh，NOx排放物为0.281g/kWh，PM排放物为0.025g/kWh。本本实施方式所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂对HC、CO、NOx均能产生有效的反应，将有害气体有效吸收。
本实施方式所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，加入后能够有效缓解尿素计量喷射装置的喷嘴阻塞的问题，延长尿素计量喷射装置的喷嘴的使用寿命，使用寿命时间平均延长3倍。
具体实施方式二：
一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂中脂肪酸甲脂磺酸钠的重量份数为16份，氧化铈的重量份数为32.4份，氟化钕的重量份数为33.6份，三乙醇胺的重量份数为3.5份，聚异丁烯丁二酰亚胺的重量份数为8.5份，二异丙基二硫代磷酸硫化氧钼的重量份数为6份。
本实施方式所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，所述的氧化铈的粒径为50～100nm，氟化钕的粒径为50～100nm。
本实施方式所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，将所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂添加到车用尿素中，所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂与所述的车用尿素的质量比为0.1：1，混合均匀后，得到混合液加入尿素计量喷射装置，当柴油尾气从涡轮出来后进入排气混合管，在排气混合管上安装的所述的尿素计量喷射装置喷入混合液到发动机排气管中，发生催化反应吸收有害尾气。
本实施方式所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，添加本实施方式所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂后，进行尾气排放检测，稳态循环测试得到的结果如下：HC排放物为0.059g/kWh，CO排放物为0.038g/kWh，NOx排放物为0.099g/kWh，PM排放物为0.016g/kWh；瞬态循环测试得到的结果如下：HC排放物为0.040g/kWh，CO排放物为0.020g/kWh，NOx排放物为0.283g/kWh，PM排放物为0.026g/kWh。本本实施方式所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂对HC、CO、NOx均能产生有效的反应，将有害气体有效吸收。
本实施方式所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，加入后能够有效缓解尿素计量喷射装置的喷嘴阻塞的问题，延长尿素计量喷射装置的喷嘴的使用寿命，使用寿命时间平均延长2.9倍。
具体实施方式三：
一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂中脂肪酸甲脂磺酸钠的重量份数为27份，氧化铈的重量份数为30份，氟化钕的重量份数为30份，三乙醇胺的重量份数为2份，聚异丁烯丁二酰亚胺的重量份数为7.5份，二异丙基二硫代磷酸硫化氧钼的重量份数为3.5份。
本实施方式所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，所述的氧化铈的粒径为50～100nm，氟化钕的粒径为50～100nm。
本实施方式所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，将所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂添加到车用尿素中，所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂与所述的车用尿素的质量比为0.1：1，混合均匀后，得到混合液加入尿素计量喷射装置，当柴油尾气从涡轮出来后进入排气混合管，在排气混合管上安装的所述的尿素计量喷射装置喷入混合液到发动机排气管中，发生催化反应吸收有害尾气。
本实施方式所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，添加本实施方式所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂后，进行尾气排放检测，稳态循环测试得到的结果如下：HC排放物为0.055g/kWh，CO排放物为0.034g/kWh，NOx排放物为0.096g/kWh，PM排放物为0.016g/kWh；瞬态循环测试得到的结果如下：HC排放物为0.038g/kWh，CO排放物为0.017g/kWh，NOx排放物为0.192g/kWh，PM排放物为0.022g/kWh。本本实施方式所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂对HC、CO、NOx均能产生有效的反应，将有害气体有效吸收。
本实施方式所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，加入后能够有效缓解尿素计量喷射装置的喷嘴阻塞的问题，延长尿素计量喷射装置的喷嘴的使用寿命，使用寿命时间平均延长3.5倍。
具体实施方式四：
一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂主要是由脂肪酸甲脂磺酸钠、氧化铈、氟化钕、三乙醇胺、聚异丁烯丁二酰亚胺、二异丙基二硫代磷酸硫化氧钼制成，其重量份数分别为2～27份的脂肪酸甲脂磺酸钠、30～40份的氧化铈、30～35份的氟化钕、2～4份的三乙醇胺、7.5～12份的聚异丁烯丁二酰亚胺、3.5～7份的二异丙基二硫代磷酸硫化氧钼。
本实施方式所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，能够有效催化甲醇/柴油共置燃烧系统尾气，并且能有效缓解尿素计量喷射装置的喷嘴阻塞的问题。
具体实施方式五：
根据具体实施方式四所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，所述的氧化铈的粒径为50～100nm，氟化钕的粒径为50～100nm。
具体实施方式六：
根据具体实施方式四所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂中脂肪酸甲脂磺酸钠的重量份数为2份，氧化铈的重量份数为40份，氟化钕的重量份数为35份，三乙醇胺的重量份数为4份，聚异丁烯丁二酰亚胺的重量份数为12份，二异丙基二硫代磷酸硫化氧钼的重量份数为7份。
具体实施方式七：
根据具体实施方式四所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂中脂肪酸甲脂磺酸钠的重量份数为16份，氧化铈的重量份数为32.4份，氟化钕的重量份数为33.6份，三乙醇胺的重量份数为3.5份，聚异丁烯丁二酰亚胺的重量份数为8.5份，二异丙基二硫代磷酸硫化氧钼的重量份数为6份。
具体实施方式八：
根据具体实施方式四所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂中脂肪酸甲脂磺酸钠的重量份数为27份，氧化铈的重量份数为30份，氟化钕的重量份数为30份，三乙醇胺的重量份数为2份，聚异丁烯丁二酰亚胺的重量份数为7.5份，二异丙基二硫代磷酸硫化氧钼的重量份数为3.5份。
具体实施方式九：
根据具体实施方式四至八之一所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂的使用方法，将所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂添加到车用尿素中，所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂与所述的车用尿素的质量比为0.05～0.2：1，混合均匀后，得到混合液加入尿素计量喷射装置。
具体实施方式十：
根据具体实施方式九所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂的使用方法，当柴油尾气从涡轮出来后进入排气混合管，在排气混合管上安装的所述的尿素计量喷射装置喷入混合液到发动机排气管中，发生催化反应吸收有害尾气。
具体实施方式十一：
根据具体实施方式九所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂的使用方法，所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂与所述的车用尿素的质量比为0.1：1。

Claims (8)

1.一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，其特征在于：所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂主要是由脂肪酸甲脂磺酸钠、氧化铈、氟化钕、三乙醇胺、聚异丁烯丁二酰亚胺、二异丙基二硫代磷酸硫化氧钼制成，其重量份数分别为2～27份的脂肪酸甲脂磺酸钠、30～40份的氧化铈、30～35份的氟化钕、2～4份的三乙醇胺、7.5～12份的聚异丁烯丁二酰亚胺、3.5～7份的二异丙基二硫代磷酸硫化氧钼；
加入后能够有效缓解尿素计量喷射装置的喷嘴阻塞的问题，延长尿素计量喷射装置的喷嘴的使用寿命，使用寿命时间平均延长2.5～3.5倍。
2.根据权利要求1所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，其特征在于：所述的氧化铈的粒径为50～100nm，氟化钕的粒径为50～100nm。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，其特征在于：所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂中脂肪酸甲脂磺酸钠的重量份数为2份，氧化铈的重量份数为40份，氟化钕的重量份数为35份，三乙醇胺的重量份数为4份，聚异丁烯丁二酰亚胺的重量份数为12份，二异丙基二硫代磷酸硫化氧钼的重量份数为7份。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，其特征在于：所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂中脂肪酸甲脂磺酸钠的重量份数为16份，氧化铈的重量份数为32.4份，氟化钕的重量份数为33.6份，三乙醇胺的重量份数为3.5份，聚异丁烯丁二酰亚胺的重量份数为8.5份，二异丙基二硫代磷酸硫化氧钼的重量份数为6份。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂，其特征在于：所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂中脂肪酸甲脂磺酸钠的重量份数为27份，氧化铈的重量份数为30份，氟化钕的重量份数为30份，三乙醇胺的重量份数为2份，聚异丁烯丁二酰亚胺的重量份数为7.5份，二异丙基二硫代磷酸硫化氧钼的重量份数为3.5份。
6.一种权利要求1-5之一所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂的使用方法，其特征在于：将所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂添加到车用尿素中，所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂与所述的车用尿素的质量比为0.05～0.2：1，混合均匀后，得到混合液加入尿素计量喷射装置。
7.根据权利要求6所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂的使用方法，其特征在于：当柴油尾气从涡轮出来后进入排气混合管，在排气混合管上安装的所述的尿素计量喷射装置喷入混合液到发动机排气管中，发生催化反应吸收有害尾气。
8.根据权利要求6所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂的使用方法，其特征在于：所述的一种用于甲醇/柴油共置燃烧系统尾气催化剂与所述的车用尿素的质量比为0.1：1。
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