CN114607491B

CN114607491B - 一种氧化亚氮的后处理装置、车辆后处理系统和车辆

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Publication number: CN114607491B
Application number: CN202011419399.9A
Authority: CN
Inventors: 赵振兴; 石伟
Original assignee: Great Wall Motor Co Ltd
Current assignee: Great Wall Motor Co Ltd
Priority date: 2020-12-07
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2023-09-08
Anticipated expiration: 2040-12-07
Also published as: CN114607491A

Abstract

本发明提供了一种氧化亚氮的后处理装置、车辆后处理系统和车辆，所述装置包括载体，所述载体内置多个孔道，所述孔道的内壁上覆盖涂层，所述涂层用于对氧化亚氮进行吸附和分解。本发明所述的氧化亚氮的后处理装置，能够应用于汽车的后处理系统，利用孔道内壁上的涂层，针对汽车排放尾气中的氧化亚氮进行吸附和分解，有效降低汽车尾气中的氧化亚氮排放量，减少环境污染。

Description

一种氧化亚氮的后处理装置、车辆后处理系统和车辆

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种氧化亚氮的后处理装置、车辆后处理系统和车辆。

背景技术

在车辆技术领域，通常会用到后处理系统，对发动机产生的废气中的一氧化碳、碳氢化合物及颗粒等排放物进行处理。其中，针对发动机尾气中含量较高的氮氧化物NO_X，会用到专门的车载后处理系统进行处理，使汽车最终排放的尾气符合相关法规的要求，减少环境污染。

针对氮氧化物，目前常用的后处理装置是SCR装置(选择性催化还原装置Selective Catalytic Reduction)，SCR的原理主要是利用催化还原剂，在富氧的环境内将氮氧化物选择性还原生成氮气和水。

在汽车发动机在SCR装置之前的尾气后处理系统中，总是不可避免地导致氧化亚氮N₂O的生成，尽管氧化亚氮最终的生成总量在尾气排放总量中占比不高，但由于氧化亚氮对温室效应的单体影响远超二氧化碳百倍，汽车尾气中的氧化亚氮对环境的影响同样不容忽视，而目前车辆后处理系统中并没有针对氧化亚氮的处理装置。因此，汽车尾气中的氧化亚氮排放量亟待降低。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种氧化亚氮的后处理装置、车辆后处理系统和车辆，以解决现有的汽车尾气中的氧化亚氮排放量过高的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种氧化亚氮的后处理装置，所述装置包括载体，所述载体内置多个孔道，所述孔道的内壁上覆盖涂层，所述涂层用于对氧化亚氮进行吸附和分解。

进一步的，所述涂层是具有多孔结构的Fe-ZSM-5分子筛。

进一步的，所述载体的材质是惰性物质。

进一步的，所述装置还包括壳体和衬垫；

所述载体位于所述壳体中，所述衬垫夹设于所述分子筛载体的外周壁和所述壳体的内周壁之间；

所述壳体的两端设有开口；

所述载体内置的孔道是直通孔，所述孔道的方向与所述壳体两端的开口方向一致。

进一步的，所述壳体从一端开口到另一端开口，依次包括：第一连接管段、第一扩张段、主体段、第二扩张段和第二连接管段；

所述载体位于所述主体段内；

所述第一扩张段从连接所述第一连接管段的一端到连接所述主体段的一端，且内径逐渐增大；

所述第二扩张段从连接所述第二连接管段的一端到连接所述主体段的另一端，且内径逐渐增大。

进一步的，所述装置连接在车辆后处理系统中的SCR装置的排气出口处。

进一步的，所述装置的载体设置在车辆后处理系统中的SCR装置内，位于SCR载体的后方；所述装置的壳体为所述SCR装置的壳体的一部分。

相对于现有技术，本发明所述的氧化亚氮的后处理装置具有以下优势：

本发明实施例所述的氧化亚氮的后处理装置包括一种内置多孔道的载体，而孔道内壁覆盖能够吸附和分解氧化亚氮的涂层，该后处理装置能够针对性地对氧化亚氮进行分解，生成无污染的排放物。

本发明的另一目的在于提出一种车辆后处理系统，以解决现有的车辆后处理系统的尾气中的氧化亚氮排放量高的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种车辆后处理系统，包括：

SCR装置和上述任一实施例所述的氧化亚氮的后处理装置。

进一步的，在所述SCR装置之前，还包括：

LNT装置和DPF装置，或者，

LNT装置和SPDF装置，或者，

DOC装置和SPDF装置。

相对于现有技术，本发明所述的车辆后处理系统具有以下优势：

本发明所述的车辆后处理系统包括上述任一实施例所述的氧化亚氮的后处理装置，对氮氧化物的后处理过程中生成的氧化亚氮，能够进行针对性地处理，使氧化亚氮被分解为无污染的排放物，填补了车辆后处理系统针对氧化亚氮的处理能力缺陷，降低了车辆后处理系统尾气中的氧化亚氮排放量。

本发明的另一目的在于提出一种车辆，以解决现有的车辆尾气中氧化亚氮排放量高、环境污染大的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种车辆，所述车辆包括如上述任一实施例所述的氧化亚氮的后处理装置。

相对于现有技术，本发明所述的车辆具有以下优势：

本发明所述的车辆包括上述任一实施例所述的氧化亚氮的后处理装置，使得车辆能够对尾气中的氧化亚氮进行处理，将氧化亚氮被分解为无污染的排放物，降低车辆尾气中的氧化亚氮排放量，进而有效减少车辆尾气所造成的环境污染。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为相关技术中的一种车辆后处理系统；

图2为相关技术中的一种车辆后处理系统；

图3为本发明实施例所述的一种氧化亚氮的后处理装置的结构示意图；

图4为本发明实施例所述的一种载体的结构示意图；

图5为本发明实施例所述的一种氧化亚氮的后处理装置的结构简图；

图6为本发明实施例所述的一种车辆后处理系统；

图7为本发明实施例所述的一种车辆后处理系统。

附图标记说明：

10-载体，11-孔道，20-壳体，21-第一连接管段，22-第一扩张段，23-主体段，24-第二扩张段，25-第二连接管段，30-衬垫。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参照图1，图1为相关技术中的一种车辆后处理系统。参照图2，图2为相关技术中的一种车辆后处理系统。如图1和图2所示，目前的汽车发动机的尾气后处理系统中，在SCR装置之前还需要对氮氧化物NO_X进行捕集，通常会用到LNT装置(稀燃NO_X捕集装置lean NO_Xtrap)或者DOC装置(柴油氧化催化装置diesel oxidation catalysis)，对氮氧化物NO_X进行捕集。

如图1和图2所示，目前的一种车辆后处理方法是：汽车尾气经过增压器后，从排气入口进入，依次流经LNT、DPF以及SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原装置)；其中，LNT对尾气中的氮氧化物NO_X进行净化、捕集和释放，DPF对尾气中的碳颗粒进行捕集，SCR对LNT中释放出来的氮氧化物NO_X进行催化还原，生成氮气和水，完成氮氧化物的净化。

但是，一般来说，为了实现必要的处理功能，DOC装置和LNT装置都会含有Pt、Pd、Rh等金属物质，在氮氧化物NO_X的后处理过程中，在DOC装置和LNT装置内，这些金属物质将作为催化剂，进行如下化学式(1)的催化反应，生成氧化亚氮：

2NO+CO→N₂O+CO₂ (1)

考虑到目前的汽车发动机的尾气后处理系统，DOC装置和LNT装置几乎是不可或缺的装置，而其中能催化生成氧化亚氮N₂O的Pt、Pd、Rh等金属物质，对于DOC装置和LNT装置实现其功能又是必要的成分，因此，氧化亚氮N₂O的生成仍然是难以避免的，故而抑制氧化亚氮N₂O的生成是本领域技术人员面临的一道难题。

并且，不同内燃发动机的氧化亚氮N₂O排放量也存在差异。以柴油发动机为例，由于柴油发动机相比较于汽油发动机，尾气中一氧化氮NO的含量更高，因此，最终柴油发动机的后处理系统所排放的尾气中的氧化亚氮N₂O排放量也更高。

据相关实验证明，氧化亚氮N₂O的温室效应影响力约为二氧化氮C0₂的300倍，可见，氧化亚氮N₂O随汽车尾气被排放到大气中，将造成严重的温室效应。为了降低汽车尾气中氧化亚氮的排放量，本发明实施例提出一种氧化亚氮的后处理装置、一种车辆后处理系统和一种车辆，能够对汽车发动机尾气后处理系统中生成的氧化亚氮进行针对性的处理，以降低氧化亚氮的排放量，减少环境污染。

另外，在本发明的实施例中所提到的SCR装置，是汽车后处理系统中的氧化还原装置，用于专门对捕集的氮氧化物NO_X进行处理。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图3，图3为本发明实施例所述的一种氧化亚氮的后处理装置的结构示意图。如图3所示，本发明实施例提供了一种氧化亚氮的后处理装置，所述装置包括载体10，该载体内置于氧化亚氮的后处理装置，在包含氧化亚氮的气体通过该载体时，载体能够对氧化亚氮进行吸附和分解，生成无污染的气态物质。

参照图4，图4为本发明实施例所述载体的结构示意图。如图4所示，所述载体10内置多个孔道11，所述孔道的内壁上覆盖涂层，所述涂层用于对氧化亚氮进行吸附和分解。

在本实施例中，所述孔道是通孔，能使气体从一端进入载体，再从另一端排出载体。

所述涂层，即，具有筛选分子作用的分子筛涂层，能够以分子级的孔径，对氧化亚氮进行吸附，并且，在一定温度的作用下，催化氧化亚氮分解。

通过本实施例，所述装置的载体为气体提供了用以流通的孔道，并通过在孔道内壁覆盖涂层，对氧化亚氮进行吸附，提供了足够的用以催化分解气体中氧化亚氮的场所，涂层材料作为催化物质，对氧化亚氮进行分解，以此，能更大程度提升对氧化亚氮进行分解处理的效果，适用于车辆后处理系统。

ZSM-5是一种含有机胺阳离子的分子筛。由于它在化学组成、晶体结构及物化性质方面具有许多独特性，因此在很多催化反应中具有优异的催化效能。ZSM-5分子筛对氮氧化物具有较好的吸附性，也同样可以作为一种催化剂，对氧化亚氮也起到较好的吸附和分解效果，整个分解反应可以被简单整合为化学式(2)：

N₂O→N₂+O₂ (2)

通过上述化学式，氧化亚氮N₂O在ZSM-5分子筛的催化下，能够生成无污染的氮气N₂和氧气O₂。

其中，在整个反应过程中，氧化亚氮N₂O也可以被分解为游离态的氮离子和氧离子，这些离子也可能少量的与尾气中一氧化碳CO、氢气H₂等低含量物质发生反应，所生成的依然是无污染或低污染的物质，如CO2、NH3、H₂0等。

目前较为常见的、能对氧化亚氮进行吸附和分解的催化材料也包括铁基的Fe-ZSM-5、铜基的Cu-ZSM-5和钴基的Co-ZSM-5等，但考虑到Fe-ZSM-5具有更优的稳定性和耐温性，而汽车的后处理系统所处理的气体往往呈高温态，容易造成ZSM-5的不稳定，可以优先考虑使用Fe-ZSM-5作为氧化亚氮的后处理装置的涂层材料。

因此，在一种实施方式中，所述涂层是具有多孔结构的Fe-ZSM-5分子筛。

同样地，载体也需要具有耐高温、不易被反应分解、不易变形等特性，因此，在一种实施方式中，所述载体的材质是惰性物质。

具体地，可以选用陶瓷、金属、碳化硅和钛酸铝中的一者制成。

为便于汽车后处理系统的利用，需要对载体的体积进行控制，实现可观的氧化亚氮分解效果，同时不占用过多空间，满足整车设计的要求。在本实施例中，所述载体的体积可以设置在30～100立方英寸。

更进一步地，所述载体的体积可以选用60立方英寸。

为了给氧化亚氮提供稳定可靠的环境完成分解，结合上述实施例，如图3所示，在一种实施方式中，所述装置还包括壳体20和衬垫30；

所述壳体的两端设有开口；

其中，所述衬垫可以采用耐高温的密封泡棉弹性材料，衬垫在装置中起到密封和减震保护的作用，使气体能够从全部从载体的孔道中流入另一端。所述壳体则可以形成最外层的流体通道，该通道可以与车辆的后处理系统相连通。

此外，如图3所示，在一种实施方式中，所述壳体从一端开口到另一端开口，依次包括：第一连接管段21、第一扩张段22、主体段23、第二扩张段24和第二连接管段25；

所述载体位于所述主体段内；

如图3所示，气体依次通过第一连接管段21、第一扩张段22、主体段23、第二扩张段24和第二连接管段25，并且，气体中的氧化亚氮在主体段内的载体的孔道内，在涂层的催化下，生成氮气和氧气，与其他气体一同第二连接管段排出。

由于涂层作为一种催化剂，对氧化亚氮的催化分解率也是有限的，因此，有必要通过增大气体与涂层的接触面积和催化反应的场所，来提高对氧化亚氮的分解效果。通过本实施例，使得主体段具有更大的内径,能够为载体提供更大的空间，使流经主体段的气流能够在其中更充分地附着、捕集和反应，令同一时间段内更多的氧化亚氮分解为氮气和氧气。

考虑到能够对氧化亚氮进行吸附和分解涂层具有不耐高温的特性，以Fe-ZSM-5为例，其耐温能力一般不超过800℃。因此，在一种实施方式中，所述装置连接在车辆后处理系统中的SCR装置的排气出口处。

结合上述实施例，在本实施例中，可以由第一连接管段连接SCR装置的排气出口。

通过本实施例，将氧化亚氮的后处理装置设置于整个后处理系统中的后段位置，该位置的汽车尾气温度已经降低至150℃～500℃，该温度已经足够使分子筛涂层催化足够多的氧化亚氮分解，并且，没有超过涂层的耐温能力上限，能够保证氧化亚氮的后处理装置的正常工作和使用寿命。以及，将将氧化亚氮的后处理装置设置于整个后处理系统中的后段位置，也能够保证氧化亚氮的后处理装置能够对整个后处理系统的前段装置，包括LNT装置和DOC装置中产生的氧化亚氮进行处理。

参照图5，图5为本发明实施例所述的一种氧化亚氮的后处理装置的结构简图。如图5所示，为了进一步节省后处理系统的成本和空间占用，在一种实施方式中，所述装置的载体设置在车辆后处理系统中的SCR装置内，位于SCR载体的后方；所述装置的壳体为所述SCR装置的壳体的一部分。

如图5所示，在本实施例中，将上述载体设置于SCR装置内，且可以令气体先通过SCR装置内部的SCR载体，再令气体通过氧化亚氮的后处理载体，完成氧化亚氮的吸附和分解，最后排出SCR装置。通过本实施例，能够在尽量不增加汽车后处理系统的空间占用的情况下，同样实现氧化亚氮的后处理。

本实施例中，通过本发明提供的氧化亚氮的后处理装置，可以达到以下有益效果：

有益效果一：本发明提供的氧化亚氮的后处理装置可以对车辆后处理系统中生成的氧化亚氮进行处理，使之分解为氮气、氧气和其他无污染、低污染的物质，有效降低车辆排放尾气中的氧化亚氮含量。示例性地，相关技术中一种轻型柴油发动机的N₂0排放在20㎎/公里，该种柴油发动机在使用本发明提供的氧化亚氮的后处理装置后，其N₂0排放降低为6㎎/公里。

有益效果二：本发明提供的氧化亚氮的后处理装置使用稳定性相对较好、耐热性能相对较强的Fe-ZSM-5分子筛作为涂层，以及，将氧化亚氮的后处理装置设置于SCR装置/SCR载体之后，在满足分子筛涂层催化足够多的氧化亚氮分解的条件下，尽可能地降低了氧化亚氮的后处理装置中流经孔道涂层的气体温度，保证了涂层的稳定性，有效延长了分子筛涂层的寿命。

有益效果三：本发明提供的氧化亚氮的后处理装置，通过增大装置的主体段和内置多孔道的载体，在主体段提供足够的氧化亚氮的后处理场所，能够在同一时间段对更多的氧化亚氮进行吸附和分解，实现更优的氧化亚氮的后处理效果，使氧化亚氮的最终排放量降低到更低的数值。

参照图6，图6为本发明实施例所述的一种车辆后处理系统。参照图7，图7为本发明实施例所述的一种车辆后处理系统。如图6和图7所示，本发明实施例还提供了一种车辆后处理系统，具体可以包括：SCR装置和上述任一实施例所述的氧化亚氮的后处理装置。

如图6和图7所示，在一种实施方式中，在所述SCR装置之前，还可以包括：

LNT装置和DPF装置，或者，

LNT装置和SPDF装置，或者，

DOC装置和SPDF装置。

参照图6和图7，如不考虑温度影响，由于氧化亚氮最主要的生成场所即LNT装置/DOC装置和DPF装置/SDPF装置，在一种实施方式中，还可以根据不同的后处理系统的结构差异，将氧化亚氮的后处理装置设置于SCR装置之前，且在LNT装置/DOC装置和DPF装置/SDPF装置之后，同样也能有效实现对氧化亚氮的后处理。

示例性地，可以将氧化亚氮的后处理装置设置于SCR装置之前，且在DPF装置之后；或者，还可以将氧化亚氮的后处理装置设置于SCR装置之前，且在SDPF装置(带有SCR涂层的柴油颗粒捕集器Diesel Particle Filter with SCR coating)之后。

本发明实施例还提供了一种车辆，具体可以包括：如上述任一实施例所述的氧化亚氮的后处理装置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种氧化亚氮的后处理装置，其特征在于，所述装置包括载体，所述载体内置多个孔道，所述孔道的内壁上覆盖涂层，所述涂层用于对氧化亚氮进行吸附和分解；其中，所述涂层是具有多孔结构的Fe-ZSM-5分子筛；所述装置还包括壳体，所述壳体的两端设有开口；所述壳体从一端开口到另一端开口，依次包括：第一连接管段、第一扩张段、主体段、第二扩张段和第二连接管段；

所述载体位于所述主体段内；

所述第二扩张段从连接所述第二连接管段的一端到连接所述主体段的另一端，且内径逐渐增大；

所述装置还包括衬垫；所述载体位于所述壳体中，所述衬垫夹设于所述分子筛载体的外周壁和所述壳体的内周壁之间；所述壳体的两端设有开口；所述载体内置的孔道是直通孔，所述孔道的方向与所述壳体两端的开口方向一致，所述衬垫用于密封所述壳体和所述载体之间的空隙，以使气体全部从所述载体的孔道中流入另一端；其中，所述载体的体积为30-100立方英寸；

所述装置位于后处理系统中的后段位置，所述位置的尾气温度在150℃～500℃；所述装置的载体设置在车辆后处理系统中的SCR装置内，且位于SCR载体的后方，以降低所述后处理装置中流经所述孔道涂层的气体温度，保证所述涂层的稳定性；所述装置的壳体为所述SCR装置的壳体的一部分。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述载体的材质是惰性物质。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置连接在车辆后处理系统中的SCR装置的排气出口处。

4.一种车辆后处理系统，其特征在于，包括：

SCR装置和权利要求1-3任一所述的氧化亚氮的后处理装置。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，在所述SCR装置之前，还包括：

LNT装置和DPF装置，或者，

LNT装置和SPDF装置，或者，

DOC装置和SPDF装置。

6.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求1-3任一项所述的氧化亚氮的后处理装置。