CN201391352Y

CN201391352Y - 三种基体的中心有缓冲间隙的poc金属载体后处理器

Info

Publication number: CN201391352Y
Application number: CN200920093553U
Authority: CN
Inventors: 李骏; 张克金; 戈非; 钟铭; 邢喜春; 张静; 刘国军; 崔龙
Original assignee: CHANGCHUN FUTIAN FINE CHEMICAL Co Ltd; FAW Group Corp
Current assignee: Changchun Futian Fine Chemical Co., Ltd.; FAW Group Corp
Priority date: 2009-04-29
Filing date: 2009-04-29
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2019-04-29

Abstract

本实用新型涉及三种基体的中心有缓冲间隙的POC金属载体后处理器，其特征在于：载体由泡沫金属饼－A型载体、单层丝网和金属丝网饼－B型载体组成；其中对称的两组泡沫金属饼－A型载体放置在金属丝网饼－B型载体和单层丝网组成的单元的两侧；单层丝网放置在金属丝网饼－B型载体的中间；金属载体的中间设置有缓冲间隙D；金属载体的进口和出口均为泡沫金属饼－A型载体；泡沫金属饼－A型载体、金属丝网饼－B型载体和单层丝网上涂敷氧化型催化剂涂层；进口和出口的以及缓冲间隙两侧的泡沫金属饼－A型载体采用金属挡圈同壳体焊接固定。具备很高的机械强度，应用于车载POC后处理器，发动机排气烟度降低39～61％；无背压问题；在性能相当的情况下，价格相当于进口产品的1/6～1/8，节约成本。

Description

三种基体的中心有缓冲间隙的POC金属载体后处理器

技术领域：

本实用新型涉及三种基体的中心有缓冲间隙的POC金属载体后处理器，应用于汽车发动机行业，满足了欧4以上的环保标准要求。

背景技术：

汽车发动机排气中的有害成分主要是PM、NOX、HC及CO等。在过去2～3年里，低排放发动机已经成为人们争论、关心、甚至渴望实现的一个理想。

美国国家环保局(EPA)2007排放法规要求汽车制造商同时减少汽车尾气中的颗粒(PM)和氮氧化物(NOX)两种主要的污染物。这需要有相当的技巧，解决这个问题没有什么捷径可走。按传统的方法，减少一种污染势必导致另一种污染的增加。汽车制造商似乎已经陷入了困境。

在排放法规的压力下，一方面车用柴油机正不断进行技术升级和改进，另一方面，选择恰当的后处理技术策略和装备，例如，SCR、DPF、DOC、POC等后处理措施来满足欧4或欧5排放标准。

SCR后处理器技术的本质是利用尿素在高温下分解出NH₃，作为还原剂的NH₃和发动机排气中的NOX在催化剂和温度的综合作用下进行反应，理想工况下生成无毒的N₂和H₂O，从而达到净化的目的。但是SCR后处理系统的结构复杂，每套的成本在11000元～25000元，成为推广应用的障碍。

DPF后处理器技术的本质是利用一种特殊的载体，例如进口和出口端的蜂窝孔交替封堵后的‘壁流’式陶瓷或碳化硅载体，新鲜的DPF后处理器样件对柴油车排出的PM一类的‘黑烟’的过滤效率最高可以达到90％，新车出厂检测完全可以达到欧4或欧5排放标准，但是，这种陶瓷DPF载体的价格昂贵，无法国产，世界范围内都被美国的‘Corning’公司和日本的‘NGK’公司专利垄断，不仅每套的成本在7000元～12000元，而且，最容易堵塞失效，成为推广应用的障碍。

DOC后处理器技术的本质是类似于汽油乘用车的三元催化转化器(TWC)，用来脱除尾气中的CO和HC，载体和催化剂技术比较成熟，均能国产化，价格低，效率高。但应用于柴油车后，由于其主要的处理的主要对象为PM，对PM的去除效率仅仅在10～30％，因此，效率低，成为推广应用的障碍。

POC后处理器技术的本质是先把PM‘过滤’或‘截留’下来，然后在催化剂的作用下进行氧化，把PM中的主要成分SOF部分氧化成CO2和H2O，把PM颗粒尺寸降低，消除其毒性和危害的因素，因此，解决了PM超标的本质问题。POC后处理器对PM的处理效率可以达到50～80％，被堵塞的故障率也远远低于DPF。因此，POC是国外研究的热点，其中，以Ecocat公司最具代表性。

POC后处理器的本质是先进的载体和催化剂技术的结合。其中，载体最为关键，不仅影响性能，也影响成本和寿命。

Ecocat公司POC载体是其专利技术，其本质是结构独特的金属蜂窝板和超细金属纤维纺织毡的组合体。但价格昂贵，国产的柴油车不可能大批量采用。

POC载体成为POC后处理器应用的关键。一些利用超薄耐热不锈钢板制造的一些‘蜂窝状板以及其组合’，例如，专利号为‘02241118.6’的‘三元净化器金属载体’专利；专利号为‘200720088652.0’的‘机动车三元催化净化器金属载体的波纹带及其金属载体’专利；专利号为‘200810091662.9’的‘废气净化金属载体、所用层合物废气净化过滤器’专利；专利号为‘200610114608.2’的‘一种汽车尾气金属载体三元催化器制备方法’专利；专利号为‘200480036580.4’的‘废气净化金属载体的制造方法、废气净化金属载体和废气净化过滤器’专利；专利号为‘200710003694.4’的‘金属载体及金属载体的制造方法’专利；专利号为‘99201749.1’的‘机动车尾气净化催化剂的金属载体’专利；专利号为‘00268303.2’的‘蜂窝状金属载体’专利；专利号为‘00243739.2’的‘机外三元催化净化器的金属载体’专利；专利号为‘02202495.6’的‘用于废气排放控制的金属载体’专利；专利号为‘200410022788.2’的‘新型陶瓷化处理的金属载体’专利；专利号为‘98125354.7’的‘催化剂用金属载体’专利；专利号为‘03208434.X’的‘蜂窝状金属载体’专利；专利号为‘99101110.4’的‘一种带氧化铝层的催化剂金属载体’专利；专利号为‘98119279.3’的‘用于内燃机排气系统的金属载体’专利；专利号为‘00100560.X’的‘废气净化用金属载体’专利；专利号为‘01111387.1’的‘用于废气净化的金属载体催化剂’专利等等，由于气体的传质和传热的通道是贯通型或等同于贯通，因此，对PM的处理效果不好，无法适用于POC后处理装置。

一些专利采用金属丝交叉纺织成平面的金属网，再把这些网片叠放在一起，例如专利号为‘98248772.X’的‘网状陶瓷载体’专利；专利号为‘99253757.6’的‘网状陶瓷载体’专利；专利号为‘200710010357.8’的‘催化还原氮氧化物的蜂窝状金属丝网载体’专利；专利号为‘200710010359.7’的‘一种具有氧化铝涂层的蜂窝状金属丝网载体及其制备方法’专利；专利号为‘200810011365.9’的‘蜂窝状金属丝网载体上涂覆氧化铝涂层的方法’专利；专利号为‘200810011366.3’的‘用于净化废气的蜂窝状金属丝网载体’专利；专利号为‘200420094705.6’的‘表面负载纳米TiO₂金属滤网’专利等等，由于气体的传质和传热的通道是近似于贯通型，气流通道紊乱的程度不高，PM颗粒被碰撞和截留的几率不高，因此，对PM的处理效果不好，无法适用于POC后处理装置。

一些专利采用完整的泡沫金属作为后处理金属载体，虽然解决了上述问题，可以应用于小规模的场合，但是面临成本的劣势，无法应用于汽车的大批量生产，需要对载体单元进行结构的改进，在保证性能的情况下，降低成本，例如专利号为‘200320119469.4’的‘复合光催化抗菌泡沫金属’专利；专利号为‘200610156330.5’的‘一种高孔隙率金属多孔载体材料的制备方法’专利；专利号为‘200510024944.3’的‘汽车尾气净化器催化剂金属载体及其制备方法’专利；专利号为‘200410096609.X’的‘一种泡沫金属加氢催化剂及其制备方法和应用’专利；专利号为‘200710034317.7’的‘一种多孔金属载体及其制备方法’专利等等。

发明内容：

本实用新型的目的在于提供三种基体的中心有缓冲间隙的POC金属载体后处理器，它包括泡沫金属饼-A型载体、单层丝网和金属丝网饼-B型载体以及3者的叠放组合；金属泡沫材料质轻、隔音、阻燃，又有很强的吸能本领和电磁屏蔽作用，金属丝网饼是耐热和耐化学优良的铁铬铝不锈钢，单层丝网为丝径为0.5～1mm的铁铬铝线材，编织成每英寸透气的孔数15～65ppi的单层丝网；加装档圈后对排气背压的没有影响；金属载体的价格可以达到85～145元/升左右，相当于进口产品价格的1/6～1/8，具备技术和经济方面的竞争力。

本实用新型的技术方案是这样实现的：三种基体的中心有缓冲间隙的POC金属载体后处理器，包括发动机排气的进气管、进气扩张管、连接法兰、载体、缓冲间隙D、单层丝网、载体壳体、出气扩张管、出气管、固定载体饼的档圈、C单层丝网和压力传感器组成；其特征在于：载体由泡沫金属饼-A型载体、单层丝网和金属丝网饼-B型载体组成；其中对称的两组泡沫金属饼-A型载体放置在金属丝网饼-B型载体和单层丝网组成的单元的两侧；单层丝网放置在金属丝网饼-B型载体的中间；金属载体的中间设置有缓冲间隙D；金属载体的进口和出口均为泡沫金属饼-A型载体；泡沫金属饼-A型载体、金属丝网饼-B型载体和单层丝网上涂敷氧化型催化剂涂层；进口和出口的以及缓冲间隙两侧的泡沫金属饼-A型载体采用金属挡圈同壳体焊接固定。

壳体为单层的或带保温层壳体，壳体材料为SUS441铁素体不锈钢或表面镀铝的St11普通钢板；载体的进口和出口分别同进气或出气扩张管相联结。

泡沫金属饼-A型载体为每英寸透气的孔数15～65ppi，孔的密度大于90％的泡沫镍、泡沫镍铬、泡沫镍铬铝、泡沫铁铬铝、泡沫铁铬等成分的泡沫材料，泡沫金属饼的厚度为2.5mm～150mm。

金属丝网饼-B型载体丝径为0.2～0.6mm的铁铬铝丝织成的气液过滤网，金属丝网饼的厚度为2.5mm～150mm，直径同A型载体相同。

单层丝网为丝径为0.5mm～1mm的铁铬铝线材，每英寸透气的孔数15～65ppi；单层丝网直径同A型载体相同。

B型载体的厚度和A型载体相同。

缓冲间隙D的大小为POC处理器内径的1/4～1/8。

载体的进口和出口所使用A型载体的端头以及缓冲间隙D的两侧用档圈焊接固定，档圈的数量为4个。

本实用新型的积极效果是价格相当于进口产品价格的1/6～1/8，具备技术和经济方面的竞争力。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图1对本实用新型做进一步的描述：如图1所示，三种基体的中心有缓冲间隙的POC金属载体后处理器，包括发动机排气的进气管1、进气扩张管2、连接法兰3、载体、缓冲间隙D、单层丝网10、载体壳体6、出气扩张管7、出气管8、固定载体饼的档圈9、C单层丝网10和压力传感器11组成；其特征在于：载体由泡沫金属饼-A型载体4、单层丝网10和金属丝网饼-B型载体5组成；其中对称的两组泡沫金属饼-A型载体4放置在金属丝网饼-B型载体5和单层丝网10组成的单元的两侧；单层丝网10放置在金属丝网饼-B型载体5的中间；金属载体的中间设置有缓冲间隙D；金属载体的进口和出口均为泡沫金属饼-A型载体4；泡沫金属饼-A型载体4、金属丝网饼-B型载体5和单层丝网10上涂敷氧化型催化剂涂层；进口和出口的以及缓冲间隙两侧的泡沫金属饼-A型载体4采用金属挡圈9同壳体焊接固定。

泡沫金属饼-A型载体4为每英寸透气的孔数15～65ppi，孔的密度大于90％的泡沫镍、泡沫镍铬、泡沫镍铬铝、泡沫铁铬铝、泡沫铁铬等成分的泡沫材料，泡沫金属饼4的厚度为2.5mm～150mm。

金属丝网饼-B型载体5丝径为0.2～0.6mm的铁铬铝丝织成的气液过滤网，金属丝网饼5的厚度为2.5mm～150mm，直径同A型载体4相同。

单层丝网10为丝径为0.5mm～1mm的铁铬铝线材，每英寸透气的孔数15～65ppi；单层丝网10直径同A型载体4相同。

B型载体5的厚度和A型载体4相同。

缓冲间隙D的大小为POC处理器内径的1/4～1/8。

载体的进口和出口所使用A型载体4的端头以及缓冲间隙D的两侧用档圈9焊接固定，档圈9的数量为4个。

使用时首先选择每英寸透气的孔数35ppi，孔的密度大于90％的泡沫镍铬铁片材，饼的直径为300mm，饼的厚度为15mm，分别经过碱性介质的除油脱脂工序；然后在650～750℃的条件下保温2小时；移入含有0.5％HCl和0.2％Cr(NO3)2的处理液中处理4小时；先用自来水冲洗2遍，再用蒸馏水冲洗2遍；110℃干燥2小时；依次涂敷以下材料和比例的催化剂涂层，完成烧结，涂层的比例为1份的Al2O3，0.2份的TiO2，0.04份的La2O3，0.1份的CeO2，0.06份的Cr2O3；涂层的烧结温度为250～550℃，时间为2～3小时。加工成带有催化剂的泡沫金属饼-A型载体4。

选择丝径为1mm的铁铬铝线材，编织成每英寸透气的孔数45ppi的金属丝网；丝网的直径为300mm，分别经过碱性介质的除油脱脂工序；然后在650～750℃的条件下保温2小时；移入含有0.5％HCl和0.2％Cr(NO3)2的处理液中处理4小时；先用自来水冲洗2遍，再用蒸馏水冲洗2遍；110℃干燥2小时；依次涂敷以下材料和比例的催化剂涂层，完成烧结，涂层的比例为1份的Al2O3，0.2份的TiO2，0.04份的La2O3，0.1份的CeO2，0.06份的Cr2O3；涂层的烧结温度为250～550℃，时间为2～3小时。加工成带有催化剂的单层丝网(10)。

选择材料为铁铬铝，丝径为0.4mm的气液过滤网，剪切成直径为300mm，厚度为15mm的丝片，叠放，封边，分别经过碱性介质的除油脱脂工序；然后在650～750℃的保温条件下保温2小时；移入含有0.5％HCl和0.2％Cr(NO3)2的处理液中处理4小时；先用自来水冲洗2遍，再用蒸馏水冲洗2遍，110℃干燥2小时；依次涂敷以下材料和比例的催化剂涂层，完成烧结，涂层的比例为1份的Al2O3，0.2份的TiO2，0.04份的La2O3，0.1份的CeO2，0.06份的Cr2O3；涂层的烧结温度为250～550℃，时间为2～3小时。加工成带有催化剂的金属丝网饼-B型载体5。

选取材料为SUS44不锈钢板材料，板厚度为1.5mm，焊接内径为302mm，长度为480mm园桶状载体壳体6。

在园桶状载体壳体6的出口端完成固定载体饼的档圈9焊接。

先在桶内的档圈上方，放入一层泡沫金属饼-A型载体4饼，依次交替放入一层金属丝网饼-B型载体5和一层单层丝网10，再金属丝网饼-B型载体5，最后放入一层泡沫金属饼-A型载体4饼，在最上端的A型载体4表面上放置一个直径小于A型载体4的直径10～20mm的平面钢板，然后在其上放置10千克的金属砝码，使整个载体叠放密实，减少空隙和径向移动，完成进口端的档圈9的焊接和第一段载体的安装；然后在此泡沫金属饼-A型载体的上方6mm处焊接第二个档圈，档圈上方，放入一层泡沫金属饼-A型载体饼，依次交替放入一层金属丝网饼-B型载体和一层单层丝网，再金属丝网饼-B型载体，最后放入一层泡沫金属饼-A型载体饼，在最上端的A型载体表面上放置一个直径小于A型载体的直径10～20mm的平面钢板，然后在其上放置10千克的金属砝码，使整个载体叠放密实，减少空隙和径向移动，完成进口端的档圈的焊接，完成第二段载体的填装。

按顺序完成出气扩张管、出气管、进气管、进气扩张管、连接法兰的焊接和压力传感器的安装，完成POC金属载体后处理器的制造加工。

Claims

1、三种基体的中心有缓冲间隙的POC金属载体后处理器，包括发动机排气的进气管(1)、进气扩张管(2)、连接法兰(3)、载体、缓冲间隙D、单层丝网(10)、载体壳体(6)、出气扩张管(7)、出气管(8)、固定载体饼的档圈(9)、C单层丝网(10)和压力传感器(11)组成；其特征在于：载体由泡沫金属饼-A型载体(4)、单层丝网(10)和金属丝网饼-B型载体(5)组成；其中对称的两组泡沫金属饼-A型载体(4)放置在金属丝网饼-B型载体(5)和单层丝网(10)组成的单元的两侧；单层丝网(10)放置在金属丝网饼-B型载体(5)的中间；金属载体的中间设置有缓冲间隙D；金属载体的进口和出口均为泡沫金属饼-A型载体(4)；泡沫金属饼-A型载体(4)、金属丝网饼-B型载体(5)和单层丝网(10)上涂敷氧化型催化剂涂层；进口和出口的以及缓冲间隙两侧的泡沫金属饼-A型载体(4)采用金属挡圈(9)同壳体焊接固定。

2、根据权利要求1所述的三种基体的中心有缓冲间隙的POC金属载体后处理器，其特征在于所述的壳体为单层的或带保温层壳体，壳体材料为SUS441铁素体不锈钢或表面镀铝的St11普通钢板；载体的进口和出口分别同进气或出气扩张管相联结。

3、根据权利要求1所述的三种基体的中心有缓冲间隙的POC金属载体后处理器，其特征在于所述的泡沫金属饼-A型载体(4)为每英寸透气的孔数15～65ppi，孔的密度大于90％的泡沫镍、泡沫镍铬、泡沫镍铬铝、泡沫铁铬铝、泡沫铁铬等成分的泡沫材料，泡沫金属饼(4)的厚度为2.5mm～150mm。

4、根据权利要求1所述的三种基体的中心有缓冲间隙的POC金属载体后处理器，其特征在于所述的金属丝网饼-B型载体(5)丝径为0.2～0.6mm的铁铬铝丝织成的气液过滤网，金属丝网饼(5)的厚度为2.5mm～150mm，直径同A型载体(4)相同。

5、根据权利要求1所述的三种基体的中心有缓冲间隙的POC金属载体后处理器，其特征在于所述的单层丝网(10)为丝径为0.5mm～1mm的铁铬铝线材，每英寸透气的孔数15～65ppi；单层丝网(10)直径同A型载体(4)相同。

6、根据权利要求1所述的三种基体的中心有缓冲间隙的POC金属载体后处理器，其特征在于B型载体(5)的厚度和A型载体(4)相同。

7、根据权利要求1所述的三种基体的中心有缓冲间隙的POC金属载体后处理器，其特征在于所述的缓冲间隙D的大小为POC处理器内径的1/4～1/8。

8、根据权利要求1所述的三种基体的中心有缓冲间隙的POC金属载体后处理器，其特征在于所述的载体的进口和出口所使用A型载体(4)的端头以及缓冲间隙D的两侧用档圈(9)焊接固定，档圈(9)的数量为4个。