CN201401216Y

CN201401216Y - 两种基体复合的poc金属载体后处理器

Info

Publication number: CN201401216Y
Application number: CN2009200935776U
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: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2019-04-29

Abstract

本实用新型涉及一种两种基体复合的POC金属载体后处理器，其特征在于：载体由两种基体泡沫金属饼－A型载体和金属丝网饼－B型载体组成；泡沫金属饼－A型载体和金属丝网饼－B型载体交替排列在载体壳体内，金属载体的进口和出口均为泡沫金属饼，两块泡沫金属饼之间交替放置金属丝网饼－B型载体，泡沫金属饼－A型载体和金属丝网饼－B型载体上涂敷氧化型催化剂涂层；进口和出口的泡沫金属饼－A型载体采用金属挡圈同壳体焊接固定。该载体具有很高的机械强度，应用于车载POC后处理器，发动机排气烟度降低51～72％；无背压问题；在性能相当的情况下，价格相当于进口产品的1/4～1/5，节约成本。

Description

两种基体复合的POC金属载体后处理器

技术领域：

本实用新型涉及两种基体复合的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，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两种基体复合的POC金属载体后处理器，它包括泡沫金属饼-A型载体、金属丝网饼-B型载体以及2者的连续叠放组合；其具有很高的机械强度，应用于车载POC后处理器，发动机排气烟度降低51～72％；无背压问题；在性能相当的情况下，价格相当于进口产品的1/4～1/5，节约成本。

本实用新型的技术方案是这样实现的：两种基体复合的POC金属载体后处理器，由发动机排气的进气管、进气扩张管、连接法兰、载体、载体壳体、出气扩张管、出气管、固定载体饼的档圈组成和压力传感器；其特征在于：载体由两种基体泡沫金属饼-A型载体和金属丝网饼-B型载体组成；泡沫金属饼-A型载体和金属丝网饼-B型载体交替排列在载体壳体内，金属载体的进口和出口均为泡沫金属饼，两块泡沫金属饼之间交替放置金属丝网饼-B型载体，泡沫金属饼-A型载体和金属丝网饼-B型载体上涂敷氧化型催化剂涂层；进口和出口的泡沫金属饼-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、泡沫铁铬铝、泡沫铁铬材料，厚度为2.5mm～150mm。

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

载体按泡沫金属饼-A型载体、金属丝网饼-B型载体、泡沫金属饼-A型载体、金属丝网饼-B型载体泡沫金属饼-A型载体、金属丝网饼-B型载体和泡沫金属饼-A型载体交错叠放。

本实用新型的积极效果是价格相当于进口产品价格的1/4～1/5，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，两种基体复合的POC金属载体后处理器，由发动机排气的进气管1、进气扩张管2、连接法兰3、载体、载体壳体6、出气扩张管7、出气管8、固定载体饼的档圈9组成和压力传感器10；其特征在于：载体由两种基体泡沫金属饼-A型载体4和金属丝网饼-B型载体5组成；泡沫金属饼-A型载体4和金属丝网饼-B型载体5交替排列在载体壳体6内，金属载体的进口和出口均为泡沫金属饼4，两块泡沫金属饼之间交替放置金属丝网饼-B型载体5，泡沫金属饼-A型载体4和金属丝网饼-B型载体5上涂敷氧化型催化剂涂层；进口和出口的泡沫金属饼-A型载体4采用金属挡圈同壳体焊接固定。

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、泡沫铁铬铝、泡沫铁铬材料，厚度为2.5mm～150mm。

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

载体按泡沫金属饼-A型载体4、金属丝网饼-B型载体5、泡沫金属饼-A型载体4、金属丝网饼-B型载体5泡沫金属饼-A型载体4、金属丝网饼-B型载体5和泡沫金属饼-A型载体4交错叠放。

首先选择每英寸透气的孔数35ppi，孔的密度大于90％的泡沫镍铬铝片材，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，再依次放入金属丝网饼-B型载体5和泡沫金属饼-A型载体4，完成载体的填装，在进口端结束，进口端的档圈9焊接前，该载体垂直摆放，在最上端的A型载体4表面上放置一个直径小于该载体直径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，完成档圈9的焊接。

按顺序完成出气扩张管7、出气管8、进气管1、进气扩张管2、连接法兰3和压力传感器10的焊接，完成POC金属载体的制造加工。

将此载体同排量为8.6升的欧3柴油发动机的排气管连接；完成POC金属载体进口管和出口管的温度传感器的安装；完成POC金属载体进口管和出口管的不透光烟度计439的安装以及背压计的安装；完成POC金属载体进口管和出口管的气体成分测量仪的安装；启动和预热发动机；按照ESC试验程序，选择6个不同的发动机转速和负荷的工况点，完成发动机排气背压的测量、完成发动机排气烟度的对比测量、完成排气成分的测量，结果显示，本发明的POC金属载体的背压在6～15kpa，排气烟度改善的幅度51～70％。

该发动机按工况连续运转100小时后，POC金属载体的结果显示，POC金属载体的背压仍保持在6～15kpa，排气烟度改善的幅度49～72％。拆除POC金属载体，室温下放置24小时，精密天平称量该POC金属载体，显示其重量没有增加。

Claims

1、两种基体复合的POC金属载体后处理器，由发动机排气的进气管(1)、进气扩张管(2)、连接法兰(3)、载体、载体壳体(6)、出气扩张管(7)、出气管(8)、固定载体饼的档圈(9)组成和压力传感器(10)；其特征在于：载体由两种基体泡沫金属饼-A型载体(4)和金属丝网饼-B型载体(5)组成；泡沫金属饼-A型载体(4)和金属丝网饼-B型载体(5)交替排列在载体壳体(6)内，金属载体的进口和出口均为泡沫金属饼(4)，两块泡沫金属饼之间交替放置金属丝网饼-B型载体(5)，泡沫金属饼-A型载体(4)和金属丝网饼-B型载体(5)上涂敷氧化型催化剂涂层；进口和出口的泡沫金属饼-A型载体(4)采用金属挡圈同壳体焊接固定。

2、根据权利要求1所述的两种基体复合的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所述的两种基体复合的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、泡沫铁铬铝、泡沫铁铬材料，厚度为2.5mm～150mm。

4、根据权利要求1所述的两种基体复合的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)为丝径为0.2～0.6mm的铁铬铝丝织成的气液过滤网，厚度为2.5mm～150mm，直径同A型载体(4)相同。

5、根据权利要求1所述的两种基体复合的POC金属载体后处理器，其特征在于所述的载体按泡沫金属饼-A型载体(4)、金属丝网饼-B型载体(5)、泡沫金属饼-A型载体(4)、金属丝网饼-B型载体(5)泡沫金属饼-A型载体(4)、金属丝网饼-B型载体(5)和泡沫金属饼-A型载体(4)交错叠放。