CN114718698A - 尾气后处理系统、方法及具有该尾气后处理系统的车辆 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种尾气后处理系统、方法及具有该尾气后处理系统的车辆，该系统包括尾气入口、第一氧化催化装置、颗粒捕集装置和尾气出口，尾气入口通过第一连接管与第一氧化催化装置的入口连通，第一氧化催化装置的出口通过第二连接管与颗粒捕集装置的入口连通，颗粒捕集装置的出口通过第三连接管与尾气出口连通；其中，第一连接管的管壁上设有用于向第一连接管内喷射气态烷烃的气态烷烃喷射装置，第一氧化催化装置的孔道内壁上涂覆有吸附脱氢剂，吸附脱氢剂能够吸附气态烷烃，并使气态烷烃发生催化裂解生成碳和氢气。本公开提供的尾气后处理系统能够在较低的温度(通常为150℃)下对车辆尾气中的污染气体进行处理，而且处理效果较好。
Description
技术领域
本公开涉及车辆尾气处理技术领域，具体地，涉及一种尾气后处理系统、一种尾气后处理方法以及具有该尾气后处理系统的车辆。
背景技术
随着车辆尾气处理技术的发展，车辆尾气排放法规中规定的NOX排放限值越来越低，这对车辆尾气处理提出了新的挑战。
相关技术中，为了提升对NOX的处理效果，通常在车辆尾气后处理系统中设置尿素喷射装置，尿素喷射装置可以向车辆尾气处理系统中喷射尿素溶液，其中的尿素可以热解生成二氧化碳和氨气，氨气能够与NOX在高温催化条件下生成氮气和水，从而达到净化车辆尾气中NOX的目的。
然而，尿素喷射装置的工作温度较高，通常不低于200℃，当外界环境温度较低时，车辆尾气的温度在车辆启动后的一段时间内难以达到尿素喷射装置的工作温度，这会导致尿素喷射装置停止工作，造成车辆尾气中的NOX排量超标；此外，当车辆尾气的温度较低时，尿素热解不充分，会在尿素喷射装置的喷嘴处形成三聚氰酸结晶物而堵塞喷嘴，导致尿素喷射装置工作障碍，这也会造成车辆尾气中的NOX排量超标。
因此，有必要提供一种新的车辆尾气后处理系统。
发明内容
本公开的目的是提供一种尾气后处理系统、一种尾气后处理方法以及具有该尾气后处理系统的车辆。
为了实现上述目的，本公开提供一种尾气后处理系统，该系统包括尾气入口、第一氧化催化装置、颗粒捕集装置和尾气出口，所述尾气入口通过第一连接管与所述第一氧化催化装置的入口连通，所述第一氧化催化装置的出口通过第二连接管与所述颗粒捕集装置的入口连通，所述颗粒捕集装置的出口通过第三连接管与所述尾气出口连通；其中，
所述第一连接管的管壁上设有用于向所述第一连接管内喷射气态烷烃的气态烷烃喷射装置，所述第一氧化催化装置的孔道内壁上涂覆有吸附脱氢剂，所述吸附脱氢剂能够吸附所述气态烷烃，并使所述气态烷烃发生催化裂解生成碳和氢气。
可选地，所述气态烷烃包括C1～C4烷烃中的至少一种，优选为甲烷；
所述吸附脱氢剂包括碳化钨；
所述吸附脱氢剂在所述第一氧化催化装置孔道内壁上的涂覆量为1～10mg/cm3。
可选地，所述系统还包括气态烷烃存储装置，所述气态烷烃存储装置与所述气态烷烃喷射装置对应连通。
可选地，所述第一氧化催化装置的孔道内壁上还涂覆有Pt、Pd和Rh，其中，所述Pt的涂覆量小于所述Pd的涂覆量；
优选地，所述Pt的涂覆量与所述Pd的涂覆量之比为1～2：8～9。
可选地，所述第三连接管与所述尾气出口之间还连接有第二氧化催化装置，所述第二氧化催化装置的入口与所述第三连接管连通，所述第二氧化催化装置的出口通过第四连接管与所述尾气出口连通。
可选地，所述颗粒捕集装置的孔道内壁上涂覆有贵金属催化剂，所述贵金属催化剂的涂覆量为1～10mg/cm3，所述贵金属催化剂包括Pt、Pd和Rh中的至少一种；
优选地，所述贵金属催化剂为Pt、Pd和Rh的组合物，以所述贵金属催化剂为基准，所述Pt的含量为5～20重量％，所述Pd的含量为60～90重量％，所述Rh的含量为5～20重量％。
可选地，所述气态烷烃喷射装置与车载ECU对应连接，且能够在所述车载ECU的控制下喷射所述气态烷烃。
本公开还提供一种尾气后处理方法，该方法包括：
将尾气与气态烷烃混合后通入第一氧化催化装置中，所述第一氧化催化装置的孔道内壁上涂覆有吸附脱氢剂；
利用所述吸附脱氢剂吸附所述气态烷烃，并使所述气态烷烃发生催化裂解反应，生成碳和氢气；
利用生成的所述碳和所述氢气对所述尾气进行净化处理，以除去所述尾气中的氮氧化物。
可选地，所述气态烷烃包括C1～C4烷烃中的至少一种，优选为甲烷；
所述吸附脱氢剂包括碳化钨。
本公开还提供一种车辆，所述车辆具有本公开实施例中任意一项所述的尾气后处理系统。
通过上述技术方案，本公开提供的尾气后处理系统中设有气态烷烃喷射装置，并在第一氧化催化装置的孔道内壁上增涂有吸附脱氢剂，从气态烷烃喷射装置中喷出的气态烷烃在流经第一氧化催化装置的孔道时，能够被孔道内壁上的吸附脱氢剂吸附，并被催化裂解产生碳和氢气，碳和氢气在第一氧化催化装置的孔道中与NOX发生反应，从而达到净化车辆尾气中NOX的目的。由于吸附脱氢剂在较低的温度下即能发挥催化作用，并使气态烷烃催化裂解产生碳和氢气，因此本公开的系统能够在车辆尾气温度较低的情况下正常工作；而且，气态烷烃不会在该尾气后处理系统中产生结晶而堵塞气态烷烃喷射装置，因此本公开的系统的故障率较低。因此，本公开的尾气后处理系统能够有效控制车辆尾气中的NOX排放量。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1示意性示出了本公开实施例中一种尾气后处理系统的结构示意图；
图2示意性示出了本公开实施例中第一氧化催化装置的结构示意图；
图3示意性示出了本公开实施例中又一尾气后处理系统的结构示意图；
图4示意性示出了本公开对比例中涉及的一种尾气后处理系统的结构示意图；
图5示意性示出了本公开对比例中涉及的又一尾气后处理系统的结构示意图。
附图标记说明
1 尾气入口 2 第一氧化催化装置
3 颗粒捕集装置 4 尾气出口
5 第一连接管 6 第二连接管
7 第三连接管 8 气态烷烃喷射装置
9 气态烷烃存储装置 10 第二氧化催化装置
11 第四连接管 21 载体
22 壳体 23 衬垫
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
本公开的第一方面提供一种尾气后处理系统。
图1示意性示出了本公开实施例中的一种尾气后处理系统结构示意图，如图1所示，该系统包括尾气入口1、第一氧化催化装置2、颗粒捕集装置3和尾气出口4，所述尾气入口1通过第一连接管5与所述第一氧化催化装置2的入口连通，所述第一氧化催化装置2的出口通过第二连接管6与所述颗粒捕集装置3的入口连通，所述颗粒捕集装置3的出口通过第三连接管7与所述尾气出口4连通；其中，所述第一连接管5的管壁上设有用于向所述第一连接管内喷射气态烷烃的气态烷烃喷射装置8，所述第一氧化催化装置2的孔道内壁上涂覆有吸附脱氢剂，所述吸附脱氢剂能够吸附所述气态烷烃，并使所述气态烷烃发生催化裂解生成碳和氢气。
在本公开实施例中，具体地，尾气入口1用于供待处理的车辆尾气进入尾气后处理系统。第一氧化催化装置2例如可以是氧化催化器(DOC，Diesel Oxident Catalyst)，用于对车辆尾气中的CO、HC和NOX等有害气体进行氧化或还原，从而净化这些有害气体。颗粒捕集装置3例如可以是柴油颗粒捕集器(DPF，Diesel Particulate Filter)或者带有选择性催化还原功能的柴油颗粒捕集器(SDPF)，用于过滤除去车辆尾气中的碳烟颗粒物。气态烷烃喷射装置8例如可以是气态烷烃喷嘴，用于向第一连接管5中喷射气态烷烃。
其中，第一氧化催化装置2可以是领域内常规的，例如，第一氧化催化装置2的结构示意图可以如图2所示。在图2中，第一氧化催化装置2可以包括载体21、壳体22和衬垫23，载体21位于壳体22中，壳体22在两端具有开口，载体21沿纵向的两端分别朝向对应侧的壳体22的开口，衬垫23夹设于载体21的外周壁和壳体22的内周壁之间；载体21上形成有沿纵向延伸的多个孔道，孔道的内壁上涂覆有Pt、Pd、Rh。车辆尾气从壳体22的一端进入壳体22内，并流经其中设置的载体21后再从另一端排出，在通过载体21时，气流流经载体21上的多个孔道，增大接触面积。本公开实施例中的吸附脱氢剂与Pt、Pd、Rh按照使用比例混合后涂覆在载体21的孔道内壁上。
气态烷烃喷射装置8可以按照预设喷射量和预设喷射压力向第一连接管5中喷射气态烷烃。其中，预设喷射量和预设喷射压力可以根据车辆尾气中CO、HC和NOX等有害气体的含量来进行设定。示例性地，根据现有柴油车尾气中的有害气体含量统计值，可以将气态烷烃喷射装置8的喷嘴直径设置为0.3～0.7mm以控制其喷射量，可以将预设喷射压力设置为5～7bar。
本公开实施例提供的尾气后处理系统中设有气态烷烃喷射装置8，并在第一氧化催化装置2的孔道内壁上增涂有吸附脱氢剂，从气态烷烃喷射装置8中喷出的气态烷烃在第一连接管5中与车辆尾气混合得到混合气体，混合气体在流经第一氧化催化装置的孔道时，其中的气态烷烃能够被孔道内壁上的吸附脱氢剂吸附，并被催化裂解产生碳和氢气，碳和氢气在第一氧化催化装置的孔道中与NOX发生反应，从而达到净化车辆尾气中NOX的目的。具体地，碳能够与车辆尾气中的NOX(特别是NO2)反应生成N2和CO2或CO；氢气能够与车辆尾气中的NOX反应生成N2和H2O。
由于吸附脱氢剂在较低的温度(通常为150℃)下即能发挥催化作用，并使气态烷烃催化裂解产生碳和氢气，因此本公开的系统能够在车辆尾气温度较低的情况下正常工作；而且，气态烷烃不会在该尾气后处理系统中产生结晶而堵塞气态烷烃喷射装置，因此本公开的系统的故障率较低。因此，本公开的尾气后处理系统能够有效控制车辆尾气中的NOX排放量。
此外，在相关技术中，需要定期对柴油颗粒捕集器(SDPF)进行高温(不低于550℃)再生处理。具体地，使用缸内燃油后喷技术，在发动机正常喷油点火后，在活塞下行的过程中，喷油器需要额外向气缸内喷射燃油，这些额外喷射的燃油形成CO和HC，然后CO和HC被氧化，使SDPF的工作温度达到550℃以上，从而使SDPF内吸附的碳烟颗粒物被高温烧掉。据统计，每次进行SDPF的再生至少需要额外消耗1L燃油。
本公开实施例中，气态烷烃在催化裂解时即可产生CO和HC，这些CO和HC可以用于SDPF的高温再升，因此，本公开实施例的尾气后处理系统无需消耗额外的燃油即可实现SDPF的再生，能够有效减少燃油的消耗，具有节约燃油的作用。
根据本公开，所述气态烷烃和所述吸附脱氢剂可以在一定的范围内选择，例如，所述气态烷烃可以包括C1～C4烷烃中的至少一种，优选为甲烷；所述吸附脱氢剂可以包括碳化钨。所述吸附脱氢剂的涂覆量可以在一定的范围内变化，例如，所述吸附脱氢剂在所述第一氧化催化装置2孔道内壁上的涂覆量可以为1～10mg/cm3。
在上述优选条件下，碳化钨对甲烷具有优秀的捕捉和脱氢能力，甲烷能够在碳化钨表面生成具有活性的碳和氢气，这有利于提升本公开实施例的尾气后处理系统对车辆尾气的处理能力。
根据本公开，所述系统还可以包括气态烷烃存储装置9，所述气态烷烃存储装置9与所述气态烷烃喷射装置8对应连通。其中，所述气态烷烃存储装置的设置可以参考领域内车载天然气的燃料供给系统，此处不再赘述。
根据本公开，所述第一氧化催化装置2的孔道内壁上还涂覆有Pt、Pd和Rh，其中，所述Pt的涂覆量可以小于所述Pd的涂覆量；优选地，所述Pt的涂覆量与所述Pd的涂覆量之比可以为1～2：8～9。
在相关技术中，DOC通常用于具有尿素喷射装置的尾气后处理系统中，该系统中处理NOX的主要反应是4NH3+2NO+2NO2→4N2+6H2O，基于该反应，通常需要将尾气后处理系统中的NOX转化成比例为1:1的NO和NO2，该转化过程需要利用DOC来实现，具体地，该转化过程由DOC孔道中的Pt来实现。因此，相关技术中DOC孔道中Pt的涂覆量需要远高于Pd的涂覆量。
本公开实施例中，对NOX进行处理时，对NO和NO2的比例没有特殊要求，无需对NOX的组成比例进行转化，而且Pt和Pd在尾气后处理系统中的其它催化能力比较相似，因此，可以在保持Pt和Pd的总量不变的情况下，显著减少Pt的用量，增加Pd的用量，这能够有效降低尾气后处理系统的制造成本。
根据本公开，所述颗粒捕集装置3的孔道内壁上可以涂覆有贵金属催化剂，所述贵金属催化剂的涂覆量可以为1～10mg/cm3，所述贵金属催化剂可以包括Pt、Pd和Rh中的至少一种；优选地，所述贵金属催化剂为Pt、Pd和Rh的组合物，以所述贵金属催化剂为基准，所述Pt的含量可以为5～20重量％，所述Pd的含量可以为60～90重量％，所述Rh的含量可以为5～20重量％。
在本公开实施例中，在颗粒捕集装置3的孔道内壁上涂覆贵金属催化剂，这可以在车辆尾气排放之前对其进行进一步地净化处理，确保排放出的车辆尾气中的CO和NOX含量不会超标；同时，这还可以避免增加新的DOC，能够减小尾气后处理系统占据的空间。
图3示意性示出了本公开实施例中又一尾气后处理系统的结构示意图，如图3所示，该尾气后处理系统的第三连接管7与尾气出口4之间还可以连接有第二氧化催化装置10，所述第二氧化催化装置10的入口与所述第三连接管7连通，所述第二氧化催化装置10的出口通过第四连接管11与所述尾气出口4连通。
在本公开实施例中，在尾气后处理系统的末端增设第二氧化催化装置，这可以在车辆尾气排放之前对其进行进一步地净化处理，确保排放出的车辆尾气中的CO和NOX含量不会超标。
可选地，所述气态烷烃喷射装置8可以与车载ECU对应连接，且能够在所述车载ECU的控制下喷射所述气态烷烃。
本公开的第二方面提供一种尾气后处理方法，该方法包括：将尾气与气态烷烃混合后通入第一氧化催化装置中，所述第一氧化催化装置的孔道内壁上涂覆有吸附脱氢剂；利用所述吸附脱氢剂吸附所述气态烷烃，并使所述气态烷烃发生催化裂解反应，生成碳和氢气；利用生成的所述碳和所述氢气对所述尾气进行净化处理，以除去所述尾气中的氮氧化物。
可选地，所述气态烷烃包括C1～C4烷烃中的至少一种，优选为甲烷；所述吸附脱氢剂包括碳化钨。
该尾气后处理方法的原理及其取得有益效果与前述的尾气后处理系统相似，参见前述记载，此处不再赘述。
本公开的第三方面提供一种车辆，所述车辆具有本公开实施例中任意一项所述的尾气后处理系统。
下面通过实施例来进一步说明本公开，但是本公开并不因此而受到任何限制。
本公开实施例和对比例中涉及的原料、试剂、仪器和设备，如无特殊说明，均可通过购买获得。
本公开实施例和对比例中涉及的待处理车辆尾气均为柴油车尾气，其中，NOX含量为21mg/km。
实施例1
本实施例中，利用图3所示的尾气后处理系统对待处理车辆尾气进行处理，得到排放尾气A，其中，待处理车辆尾气的温度为150℃。
实施例2
本实施例中，利用图3所示的尾气后处理系统对待处理车辆尾气进行处理，得到排放尾气B，其中，待处理车辆尾气的温度为200℃。
对比例1
本对比例中，利用图4所示的尾气后处理系统对待处理车辆尾气进行处理，得到排放尾气C，其中，该尾气后处理系统中未设置气态烷烃喷射装置，待处理车辆尾气的温度为150℃。
对比例2
本对比例中，利用图5所示的尾气后处理系统对待处理车辆尾气进行处理，得到排放尾气D，其中，待处理车辆尾气的温度为150℃。
对比例3
本对比例中，利用图5所示的尾气后处理系统对待处理车辆尾气进行处理，得到排放尾气E，其中，待处理车辆尾气的温度为200℃。
测试例
对排放尾气A～E中的NOX含量进行检测，检测结果如表1所示。
表1
| 排放尾气 | NO<sub>X</sub>含量 |
| A | 9mg/km |
| B | 8mg/km |
| C | 21mg/km |
| D | 21mg/km |
| E | 10mg/km |
由表1可以看出，本公开提供的尾气后处理系统能够在较低的温度(通常为150℃)下对车辆尾气中的NOX进行处理，而且处理效果较好。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (10)
1.一种尾气后处理系统，其特征在于，该系统包括尾气入口、第一氧化催化装置、颗粒捕集装置和尾气出口，所述尾气入口通过第一连接管与所述第一氧化催化装置的入口连通，所述第一氧化催化装置的出口通过第二连接管与所述颗粒捕集装置的入口连通，所述颗粒捕集装置的出口通过第三连接管与所述尾气出口连通；其中，
所述第一连接管的管壁上设有用于向所述第一连接管内喷射气态烷烃的气态烷烃喷射装置，所述第一氧化催化装置的孔道内壁上涂覆有吸附脱氢剂，所述吸附脱氢剂能够吸附所述气态烷烃，并使所述气态烷烃发生催化裂解生成碳和氢气。
2.根据权利要求1所述的尾气后处理系统，其特征在于，所述气态烷烃包括C1～C4烷烃中的至少一种，优选为甲烷；
所述吸附脱氢剂包括碳化钨；
所述吸附脱氢剂在所述第一氧化催化装置孔道内壁上的涂覆量为1～10mg/cm3。
3.根据权利要求1所述的尾气后处理系统，其特征在于，所述系统还包括气态烷烃存储装置，所述气态烷烃存储装置与所述气态烷烃喷射装置对应连通。
4.根据权利要求1所述的尾气后处理系统，其特征在于，所述第一氧化催化装置的孔道内壁上还涂覆有Pt、Pd和Rh，其中，所述Pt的涂覆量小于所述Pd的涂覆量；
优选地，所述Pt的涂覆量与所述Pd的涂覆量之比为1～2：8～9。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的尾气后处理系统，其特征在于，所述第三连接管与所述尾气出口之间还连接有第二氧化催化装置，所述第二氧化催化装置的入口与所述第三连接管连通，所述第二氧化催化装置的出口通过第四连接管与所述尾气出口连通。
6.根据权利要求1～4中任意一项所述的尾气后处理系统，其特征在于，所述颗粒捕集装置的孔道内壁上涂覆有贵金属催化剂，所述贵金属催化剂的涂覆量为1～10mg/cm3，所述贵金属催化剂包括Pt、Pd和Rh中的至少一种；
优选地，所述贵金属催化剂为Pt、Pd和Rh的组合物，以所述贵金属催化剂为基准，所述Pt的含量为5～20重量％，所述Pd的含量为60～90重量％，所述Rh的含量为5～20重量％。
7.根据权利要求1～4中任意一项所述的尾气后处理系统，其特征在于，所述气态烷烃喷射装置与车载ECU对应连接，且能够在所述车载ECU的控制下喷射所述气态烷烃。
8.一种尾气后处理方法，其特征在于，该方法包括：
将尾气与气态烷烃混合后通入第一氧化催化装置中，所述第一氧化催化装置的孔道内壁上涂覆有吸附脱氢剂；
利用所述吸附脱氢剂吸附所述气态烷烃，并使所述气态烷烃发生催化裂解反应，生成碳和氢气；
利用生成的所述碳和所述氢气对所述尾气进行净化处理，以除去所述尾气中的氮氧化物。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述气态烷烃包括C1～C4烷烃中的至少一种，优选为甲烷；
所述吸附脱氢剂包括碳化钨。
10.一种车辆，其特征在于，所述车辆具有权利要求1～7中任意一项所述的尾气后处理系统。
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