CN111558297B - 一种降低发动机尾气排放的方法 - Google Patents

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Abstract

一种降低发动机尾气排放的方法，包括组成载体的载体原料以及组成催化剂的催化剂原料，所述载体原料为非水溶性组份，所述催化剂原料为水溶性组份；将载体原料以及致孔剂放入到催化剂的水溶液中，然后进行球磨混合，然后再进行冷冻干燥，冷冻干燥之后进行焙烧处理得到块状的催化剂；所述催化剂原料为钛源，钨源以及钒源。本申请采用两种形态的物质进行匹配，即可溶于水的催化剂原料作为球磨的液相，不可溶于水的载体原料作为球磨的固相，液相和固相在球磨过程中进行充分混合，从而可以得到分配均匀的催化剂，最终得到的催化剂为多孔物质，具有较好的抗高温、抗水以及抗硫的性质，保持活性的时间长。

Description

一种降低发动机尾气排放的方法
技术领域
本申请涉及一种降低发动机尾气排放的方法。
背景技术
汽车尾气是汽车使用时产生的废气，含有非常多的污染物，主要的污染物有一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物等。在上述污染物中，氮氧化物主要是指一氧化氮、二氧化氮，它们都是对人体有害的气体，特别是对呼吸系统有危害。在二氧化氮浓度为9.4毫克/立方米的空气中暴露10分钟，即可造成人的呼吸系统功能失调，由此可见其危害较大。另外，氮氧化合物也是产生光化学烟雾的主要原材料之一，因此如何减少氮氧化合物的含量成为了处理汽车尾气污染的重中之重。而在如何减少氮氧化合物的装置之中，催化剂可以起到至关重要的甚至是决定性的作用，因此对于催化剂的研究比较多，但现有的催化剂在减少氮氧化合物的能力、抗极端条件以及活性可以维持的时间上还有待进一步的改善。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提出了一种降低发动机尾气排放的方法，所述尾气经催化处理，所述催化剂包括组成载体的载体原料以及组成催化剂的催化剂原料，所述载体原料为非水溶性组份，所述催化剂原料为水溶性组份；将载体原料以及致孔剂放入到催化剂的水溶液中，然后进行球磨混合，然后再进行冷冻干燥，冷冻干燥之后进行焙烧处理得到块状的催化剂；所述催化剂原料为钛源，钨源以及钒源。本申请采用两种形态的物质进行匹配，即可溶于水的催化剂原料作为球磨的液相，不可溶于水的载体原料作为球磨的固相，液相和固相在球磨过程中进行充分混合，从而可以得到分配均匀的催化剂，最终得到的催化剂为多孔物质，具有较好的抗高温、抗水以及抗硫的性质，保持活性的时间长。
优选的，所述钛源，钨源以及钒源为氯化钛、钨酸铵、偏钒酸铵。
优选的，所述氯化钛以钛计的质量为0.4-0.6份；钨酸铵以钨计的质量为0.8-1份、偏钒酸铵以钒计的质量为1.4-1.6份。上述物质首先配成溶液，然后快速混合，快速的放入配合好的载体原料以及致孔剂，然后进行球磨，进行快速的混合作业。
优选的，所述载体原料包括如下质量份数的物质：高岭土：30-40份；氧化镁：3-4份；氟化铝：0.1-0.2份。
优选的，所述致孔剂为醋酸纤维，醋酸纤维的质量分数为0.5-1份；所述醋酸纤维的长度为0.5-1mm，所述醋酸纤维的宽度为5-10μm。
优选的，所述冷冻干燥的操作温度为-30--20℃，操作绝对压力为10kPa-20kPa。
优选的，所述焙烧处理按照如下方式进行：首先进行氧化处理，然后再进行梯度加热。
优选的，所述氧化处理是在流动空气的作用之下，温度为200-250℃，加热持续120-180min。
优选的，所述梯度加热包括至少三个梯级，所述第一梯级从氧化处理之后的温度提升至800-900℃，维持30min-45min；然后从第一梯级升温至第二梯级，第二梯级的温度为1000-1200℃，维持60-80min；然后从第二梯级升温至第三梯级，第三梯级的温度为1400-1500，维持30-40min。本申请采用梯度加热氧化的方式，首先是在空气流通的作用下进行焙烧，完成醋酸纤维的分解以及拓孔工作，拓孔工作完毕之后，进行催化剂骨架的建立以及将钛，钨和钒在催化剂骨架上的附着，完成最终的固化、合成作业。
优选的，还包括铈源，所述铈源为草酸铈，草酸铈以铈的质量计为0.5-1份。本申请之所以引入铈，一方面是考虑提高其催化效果，也是为了提高骨架本身的稳定性，避免至少是延迟发生由于骨架坍塌导致的比表面积降低的情况，当然对于提高催化效果，也有一定的作用。
本申请能够带来如下有益效果：
1、本申请采用两种形态的物质进行匹配，即可溶于水的催化剂原料作为球磨的液相，不可溶于水的载体原料作为球磨的固相，液相和固相在球磨过程中进行充分混合，从而可以得到分配均匀的催化剂，最终得到的催化剂为多孔物质，具有较好的抗高温、抗水以及抗硫的性质，保持活性的时间长；
2、本申请采用梯度加热氧化的方式，首先是在空气流通的作用下进行焙烧，完成醋酸纤维的分解以及拓孔工作，拓孔工作完毕之后，进行催化剂骨架的建立以及将钛，钨和钒在催化剂骨架上的附着，完成最终的固化、合成作业；
3、本申请之所以引入铈，一方面是考虑提高其催化效果，也是为了提高骨架本身的稳定性，避免至少是延迟发生由于骨架坍塌导致的比表面积降低的情况，当然对于提高催化效果，也有一定的作用。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请用到的设备的结构示意图；
图2为混合部的结构示意图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本申请进行详细阐述。
各个催化剂的合成方式如下所述：
S1.配备氯化钛、钨酸铵、偏钒酸铵溶液；配置高岭土、氧化镁、氟化铝以及醋酸纤维的混合物；
S2.将氯化钛、钨酸铵、偏钒酸铵混合之后立即将高岭土、氧化镁、氟化铝以及醋酸纤维的混合物放入进行球磨处理，球磨时间60min，具体组份见表1；
表1：
Figure BDA0002487886080000041
S3.将S2得到的浆料立即进行冷冻，然后进行冷冻干燥；
S4.将S3得到的冷冻干燥之后的物质进行氧化焙烧，即在流动空气的作用之下，进行焙烧作业；
S5.氧化焙烧完毕之后，进行梯度加热，具体的操作条件见表2；
表2：
Figure BDA0002487886080000042
S6.进行反应模拟，模拟的工况如下，反应温度设定在345±5℃，空速设定在32000h-1，反应气体的成分为5vol％的氧气，3vol％的水蒸气，0.05vol％的氨气，0.05vol％的氧化氮，其他气体为氮气，计算氧化氮的转化率，氧化氮的初始转化率见表3所示，催化反应3h后，将反应工况温度升至800℃，再反应30min，然后再降至345±5℃，测定中间转化率，然后反应72h后，分别记录24h，48h，以及测试终了的氧化氮的转化率，转化率见表3；具体的设备采用如下结构的设备进行，如图1-2所示：包括尾气导入部1，在尾气导入部1的端部设有混合部2，在混合部2朝向尾气导入部1的一侧设有一喷入机构3，在混合部2的另一端设有尾气分布腔4，在尾气分布腔4后设置有催化反应部5；所述混合部2包括用于导入从喷入机构3来的流体与尾气导入部1来的尾气的第一分散面6，所述第一分散面6上设有若干第一连接孔7，在第一分散面6后设有一中心腔体8，在中心腔体8后设有第二分散面9，所述第二分散面9上设有若干第二连接孔10；所述第一连接孔7和第二连接孔10非相对设置。所述第一分散面6包括设在边缘的边缘平面11，在边缘平面11的中部设有第一弧形面12和第二弧形面13，所述第一弧形面12靠近喷入机构3的一侧设置；所述第一弧形面12和第二弧形面13等高，所述第一弧形面12的投影面积不大于第二弧形面13的投影面积的0.5-0.8倍。所述第一分散面6上设有若干倒V形凸起14，第一连接孔7间隔设置在各个倒V形凸起14之间；在第二分散面9上设有若干N形凸起15，所述N形凸起15设在第一连接孔7的下方，第二连接孔10间隔设置在各个N形凸起15之间。在第一连接孔7朝向N形凸起15的方向设有第一弧形导向板16，所述第一弧形导向板16弧形弯曲的方向背离N形凸起15设置；在第二连接孔10朝向第一分散面6的设有第二弧形导向板17，所述第二弧形导向板17弧形弯曲的方向朝向N形凸起15设置。所述第一弧形导向板16边缘的垂直投影落在N形凸起15的边缘。本申请通过设置倒V形凸起14，以及N形凸起15，并且通过第一弧形导向板16和第二弧形导向板17的设置，形成微型旋涡，从而加强了尾气与喷入的物质的混合，达到基本混合均匀的状态。
表3：
Figure BDA0002487886080000051
由此可见，铈可以起到一定的作用，但是对于催化效果影响有限，对于其可持续时间倒是有一定的促进作用。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种降低发动机尾气排放的方法，其特征在于：所述尾气经催化处理，所述催化剂包括组成载体的载体原料以及组成催化剂的催化剂原料，所述载体原料为非水溶性组份，所述催化剂原料为水溶性组份；将载体原料以及致孔剂放入到催化剂的水溶液中，然后进行球磨混合，然后再进行冷冻干燥，冷冻干燥之后进行焙烧处理得到块状的催化剂；所述催化剂原料为钛源，钨源以及钒源；
所述钛源，钨源以及钒源为氯化钛、钨酸铵、偏钒酸铵；
所述载体原料包括如下质量份数的物质：高岭土：30-40份；氧化镁：3-4份；氟化铝：0.1-0.2份；
还包括铈源，所述铈源为草酸铈；
所述氯化钛以钛计的质量为0.4-0.6份；钨酸铵以钨计的质量为0.8-1份、偏钒酸铵以钒计的质量为1.4-1.6份；
所述焙烧处理按照如下方式进行：首先进行氧化处理，然后再进行梯度加热；
所述氧化处理是在流动空气的作用之下，温度为200-250℃，加热持续120-180min；
所述尾气催化反应采用催化反应设备进行，所述催化反应设备包括尾气导入部，在尾气导入部的端部设有混合部，在混合部朝向尾气导入部的一侧设有一喷入机构，在混合部的另一端设有尾气分布腔，在尾气分布腔后设置有催化反应部，所述催化剂置于催化反应部内；所述混合部包括用于导入从喷入机构来的流体与尾气导入部来的尾气的第一分散面，所述第一分散面上设有若干第一连接孔，在第一分散面后设有一中心腔体，在中心腔体后设有第二分散面，所述第二分散面上设有若干第二连接孔；所述第一连接孔和第二连接孔非相对设置。
2.根据权利要求1所述的一种降低发动机尾气排放的方法，其特征在于：所述致孔剂为醋酸纤维，醋酸纤维的质量分数为0.5-1份；所述醋酸纤维的长度为0.5-1mm，所述醋酸纤维的宽度为5-10μm。
3.根据权利要求1所述的一种降低发动机尾气排放的方法，其特征在于：所述冷冻干燥的操作温度为-30--20℃，操作绝对压力为10kPa-20kPa。
4.根据权利要求1所述的一种降低发动机尾气排放的方法，其特征在于：所述梯度加热包括至少三个梯级，所述第一梯级从氧化处理之后的温度提升至800-900℃，维持30min-45min；然后从第一梯级升温至第二梯级，第二梯级的温度为1000-1200℃，维持60-80min；然后从第二梯级升温至第三梯级，第三梯级的温度为1400-1500，维持30-40min。
5.根据权利要求1所述的一种降低发动机尾气排放的方法，其特征在于：草酸铈以铈的质量计为0.5-1份。
6.根据权利要求1所述的一种降低发动机尾气排放的方法，其特征在于：所述第一分散面包括设在边缘的边缘平面，在边缘平面的中部设有第一弧形面和第二弧形面，所述第一弧形面靠近喷入机构的一侧设置；所述第一弧形面和第二弧形面等高，所述第一弧形面的投影面积不大于第二弧形面的投影面积的0.5-0.8倍；所述第一分散面上设有若干倒V形凸起，第一连接孔间隔设置在各个倒V形凸起之间；在第二分散面上设有若干N形凸起，所述N形凸起设在第一连接孔的下方，第二连接孔间隔设置在各个N形凸起之间；在第一连接孔朝向N形凸起的方向设有第一弧形导向板，所述第一弧形导向板弧形弯曲的方向背离N形凸起设置；在第二连接孔朝向第一分散面的设有第二弧形导向板，所述第二弧形导向板弧形弯曲的方向朝向N形凸起设置；所述第一弧形导向板边缘的垂直投影落在N形凸起的边缘。
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