CN202596848U - 一种柴油发动机用四元催化转化器 - Google Patents

Abstract

一种柴油发动机用四元催化转化器，包括外壳（1）、内壳（3）、连接管（8）、挡圈（5）、氧化型催化剂（DOC）（4）、铁铬铝海棉金属催化剂（SMC）（6）、三效催化剂（TWC）（7），其特征在于：所述内壳（3）体内固定一个氧化型催化剂（DOC）（4）、一块或几块铁铬铝海棉金属催化剂（SMC）（6）、一个或多个三效催化剂（TWC）（7）和一块或几块铁铬铝海棉金属催化剂（SMC）（6），不但吸附能力大、透气性好、化学活性高、热容小、热导率高、而且具有较强的抗震性、高温抗氧化性、使用寿命长等特点。

Description

一种柴油发动机用四元催化转化器

技术领域

本实用新型涉及柴油发动机尾气排放的后处理，具体地说，涉及一种柴油发动机用四元催化转化器。

背景技术

柴油机排放的主要污染物有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）、碳烟以及附着在其上的可溶性有机物（SOF）和硫酸盐等微粒物（PM）等。 

近年来，随着油气混合过程的改善和柴油高压喷射技术的采用，碳微粒的总排放量有明显下降，一方面油气混合越充分，燃烧过程越完全碳微粒生成总质量也就越小，另一方面柴油喷射压力越大、喷嘴直径越小、喷嘴数目越多，柴油雾化效果越好，燃烧也越充分，也有利于碳微粒总质量的减少。 

但无论是油气混合过程的改善，还是燃油喷射技术的提高，都没改变柴油发动机扩散燃烧的本质，两者的最终结果都是增大了油气接触面积、增加了燃烧点、在促进燃烧的同时，也增加了细颗粒的生成机会，因此PM2.5以下较小的碳微粒所占的比重也在逐渐增大，随着燃烧过程变得更为充分，缸内燃烧温度不断增加，导致了NOx排量的增加。此外，随着单体泵、泵喷嘴及高压共轭技术的应用，喷射压力提高了、碳微粒排放的总质量下降了，但颗粒的数目并没有减少、尤其是细颗粒的数目反而上升了。 

  清洁柴油发动机技术在近几年取得了很大进步，尤其是在欧洲，满足欧IV、甚至欧V排放标准要求的清洁柴油车已开发出来。 

清洁柴油发动机技术包括机内净化措施技术和机外净化措施技术两类，机内净化措施主要是通过对柴油发动机油气混合、燃烧和点火等过程的改进与优化，达到减少污染物排放量的目的，目前采用的高压共轨、废气再循环（EGR）和涡轮增压技术是柴油发动机清洁化主要技术措施，其他技术措施还包括点火正时控制、多气门及可变升程技术等等。机外净化措施主要是指在排气系统中采用柴油车氧化催化剂(DOC)、三效催化剂（TWC）、碳烟C燃烧催化剂及微粒捕集(PDF)、选择性还原催化剂（SCR）等技术，对柴油发动机的排放进行机外的净化处理。 

氧化型催化剂（DOC）选用堇青石直流式蜂窝陶瓷为载体，以贵金属、稀土金属及过渡金属制备作为涂层材料，能催化氧化碳氢化合物（HC）和一氧化碳(CO)及可溶性有机物（SOF），由于柴油发动机是在稀燃条件下运行的，排气氧含量充足，对于一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和可溶性有机物(SOF)的氧化十分有利，但在柴油发动机较低的排放温度条件下，氧化型催化剂很难对碳烟(C) 直接进行氧化。 

TWC是在氧化型催化剂(DOC)的基础上改变涂层的材料成分，加强对氮氧化合物(NOx)的催化还原，起到氧化还原碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化合物（NOx）的三效净化作用，但是对于碳烟（C）同样很难直接氧化。 

微粒捕集（PDF）选用堇青石壁流式蜂窝陶瓷为载体，新鲜的DPF或刚再生完的DPF对微粒物（PM）的过滤效率在85%左右，未被截留的都是较细的了。随着捕集进程的进行，DPF对微粒物（PM）的过滤效率很快会上升到99%以上。但是由于DPF对油品要求较高，对发动机本底碳烟的排放水平要求较高，在实际装车使用过程中，经常发生碳烟（C）的堆积，堵塞堇青石壁流式蜂窝陶瓷孔道，造成发动机背压增大，加大油耗，甚至造成发动机熄火。 

     一般情况下，微粒捕集装置（DPF）很少单独使用，总是跟氧化型催化剂同时使用CRT（DOC + DPF）,对于DPF来说，目前所有的研究主要集中在其再生上。 

SCR是通过添加尿素和HC作为还原剂，进行催化还原NO，用于降低NO的排放，转化效率可高达90％，但是需要增加独立的尿素喷射系统；SCR催化剂还要求在其前端加一支DOC，先将NOx氧化成NO2，其后加一支水解催化剂，促进尿素的水解；在其后端还要加一支氨的氧催化剂（Slip），用于多余氨的选择性氧化。 

SCR的体积大、成本高，需要动态计量控制还原剂，在低负荷时，由于废气温度较低，催化效率下降。另外，需要高流量的氨气才能使NO转化效率最高，此外SCR还需要提供添加尿素的基础建设。如果第一罐是尿素，此后换成水了，后果是NOx排放量是现有发动机的数倍以上。 

例如,申请号为201110289016.5中国发明专利公开了一种用于柴油机尾气处理的SCR催化转化器，包括壳体、左挡板、右挡板、气体入口管、气体回流管、气体出口管和催化剂载体组件，左右挡板间隔安装在壳体中，将壳体分成进气腔、混合腔和出气腔；左挡板上设有多个开孔，可将进气腔和混合腔连通；气体入口管从壳体左端面插入壳体内，穿过左挡板与右挡板封闭连接，气体入口管在混合腔位置处开多排小孔；气体回流管从左挡板插入与右挡板封闭连接，其上开多排小孔；气体出气管从壳体右端面插入壳体；催化剂载体组件设置在混合腔内，其轴向与气体进口管轴向平行，并分别与进气、出气两腔连通，该发明虽然流动性好、排气与尿素的混合性能佳、压损适中等点，但是该柴油机尾气处理的SCR催化转化器结构复杂、透气性较差、吸附能力有限。 

发明内容

为克服上述现有技术中的缺陷与不足，本实用新型提供一种柴油发动机用四元催化转化器,其不但吸附能力大、透气性好、化学活性高、热容小、热导率高、而且具有较强的抗震性、高温抗氧化性、使用寿命长等特点。 

本实用新型采用SMC技术，结合DOC、TWC，能够同时催化转化柴油发动机排放的废气中的CO、HC、NOx和PM。 

铁铬铝（0CR21AL6）海绵金属疏松多孔、类似海绵的金属，为多孔金属；根据柴油发动机排放的PM，采用电解工艺，制取不同孔径和孔隙度的铁铬铝（0CR21AL6）海绵金属。 

铁铬铝（0CR21AL6）海绵金属因为多孔，具有很大的比表面积，吸附能力大，透气性好，化学活性高。 

铁铬铝（0CR21AL6）海绵金属碳C含量可达到<=0.03%,比其他铁铬铝减少一倍以上，并增加了铝的含量，同时添加了适量的稀土材料，使产品在使用时达到更好的效果。 

技术原理： 

1、              首先采用氧化型催化剂（DOC），先期处理一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC），主要提高燃烧温度。

2、              以铁铬铝（0CR21AL6）海绵金属为载体；以贵金属、稀土金属及过渡金属制备作为涂层材料；进一步催化氧化CO和HC。同时进行PM的捕集，通过单级或多级催化氧化处理，主动提高燃烧温度；PM微粒起始氧化温度T_(ox)为410～450℃,最大失重温度T_(max)为650℃～700℃；使PM微粒着火氧化燃烧分解。 

本实用新型将以上技术命名为SMC。 

3、    再以三效催化剂（TWC）进一步催化转化一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）。 

4、    根据实际转化效果确定是否再增加SMC。 

本实用新型所采用技术方案是：一种柴油发动机用四元催化转化器，包括外壳、内壳、连接管、挡圈、氧化型催化剂（DOC）、铁铬铝海棉金属催化剂（SMC）、三效催化剂（TWC），所述内壳体内固定一个氧化型催化剂（DOC）、一块或几块铁铬铝海棉金属催化剂（SMC）、一个或多个三效催化剂（TWC）和一块或几块铁铬铝海棉金属催化剂（SMC）。 

优选的是，所述外壳和内壳之间通过连接管连接形成封闭的空腔。 

优选的是,所述连接管穿过外壳与内壳封闭连接。 

优选的是，所述空腔内填充隔热保温垫。 

优选的是,采用一片或几片铁铬铝海棉金属片作为载体。 

优选的是：所述铁铬铝海棉金属片载体上涂附具有氧化作用的催化剂涂层。 

所述铁铬铝海棉金属催化剂（SMC）包括铁铬铝海棉金属片载体和催化剂涂层。 

优选的是, 所述两挡圈之间设有铁铬铝海棉金属催化剂（SMC）。 

优选的是, 所述任意一个挡圈与一段连接管之间设有氧化型催化剂（DOC） 

优选的是, 所述任意一个挡圈与另一段连接管之间设有三效催化剂（TWC）。

与现有技术相比本发明的优点在于：该柴油发动机用四元催化转化器，不但吸附能力大、透气性好、化学活性高、热容小、热导率高、而且具有较强的抗震性、高温抗氧化性、使用寿命长等特点。 

附图说明

图1为本实用新型中一种柴油发动机用四元催化转化器一优选实施的主视结构示意图。 

图2为图1所示优选实施例A处的局部剖视图。 

图3为图1所示实施例的侧视图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型所述的柴油发动机用四元催化转化器一优选实施例作进一步阐述。 

图1与图2示出了本实用新型中一种柴油发动机用四元催化转化器一优选实施的主视结构示意图，包括外壳1、内壳3、连接管8、挡圈5、氧化型催化剂（DOC）4、铁铬铝海棉金属催化剂（SMC）6、三效催化剂（TWC）7，所述内壳3体内固定一个氧化型催化剂（DOC）4、一块或几块铁铬铝海棉金属催化剂（SMC）6一个或多个三效催化剂（TWC）7和一块或几块铁铬铝海棉金属催化剂（SMC）6。 

如图1、图2与图3所示，外壳1和内壳3之间通过连接管8连接形成封闭的空腔，所述连接管8穿过外壳1与内壳3封闭连接，所述空腔内填充隔热保温垫2，采用一片或几片铁铬铝海棉金属作为载体，所述铁铬铝海棉金属载体上涂附具有氧化作用的催化剂涂层，铁铬铝海棉金属催化剂（SMC）6包括铁铬铝海棉金属载体和催化剂涂层，所述两挡圈5之间设有铁铬铝海棉金属催化剂（SMC）6，所述任意一个挡圈与一段连接管之间设有氧化型催化剂（DOC）4，所述任意一个挡圈与另一段连接管之间设有三效催化剂（TWC）7。 

柴油发动机产生的废气及其他废气首先通过氧化型催化剂（DOC）4，先期处理柴油发动机产生的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC），以铁铬铝（0CR21AL6）海绵金属为载体；以贵金属、稀土金属及过渡金属制备作为涂层材料；进一步催化氧化一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC），同时进行PM的捕集，通过单级或多级催化氧化处理，主动提高燃烧温度；PM微粒起始氧化温度T_(ox)为410～450℃,最大失重温度T_(max)为650℃～700℃；使PM微粒着火氧化燃烧分解。 

本实用新型将以上技术命名为SMC。 

再以三效催化剂（TWC）7进一步催化转化一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx），其后根据实际转化效果确定是否再增加铁铬铝海棉金属催化剂（SMC）6。 

铁铬铝（0CR21AL6）海绵金属疏松多孔、类似海绵的金属，为多孔金属；根据柴油发动机排放的PM，采用电解工艺，制取不同孔径和孔隙度的铁铬铝（0CR21AL6）海绵金属。 

铁铬铝（0CR21AL6）海绵金属因为多孔，具有很大的比表面积，吸附能力大，透气性好，化学活性高。 

铁铬铝（0CR21AL6）海绵金属碳C含量可达到<=0.03%,比其他铁铬铝减少一倍以上，并增加了铝的含量，同时添加了适量的稀土材料，使产品在使用时达到更好的效果。 

本实用新型采用SMC技术，结合氧化型催化剂（DOC）4、三效催化剂（TWC）7，能够同时催化转化柴油发动机排放的废气中的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）、碳烟以及附着在其上的可溶性有机物（SOF）和硫酸盐等微粒物（PM）等。 

需要说明的是，按照本实用新型的柴油发动机用四元催化转化器的技术方案的范畴包括上述各部分之间的任意组合。 

以上结合本实用新型的具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改均属于本发明的技术范围。 

Claims (10)

1.一种柴油发动机用四元催化转化器，包括外壳（1）、内壳（3）、连接管（8）、挡圈（5）、氧化型催化剂（4）、铁铬铝海棉金属催化剂（6）、三效催化剂（7），其特征在于：所述内壳（3）体内固定一个氧化型催化剂（4）、一块或几块铁铬铝海棉金属催化剂（6）、一个或多个三效催化剂（7）和一块或几块铁铬铝海棉金属催化剂（6）。

2.如权利要求1所述的柴油发动机用四元催化转化器，其特征在于：所述外壳（1）和内壳（3）之间通过连接管(8)连接形成封闭的空腔。

3.如权利要求1或2所述的柴油发动机用四元催化转化器，其特征在于：所述连接管（8）穿过外壳（1）与内壳（3）封闭连接。

4.如权利要求2所述的柴油发动机用四元催化转化器，其特征在于：所述空腔内填充隔热保温垫(2)。

5.如权利要求1所述的柴油发动机用四元催化转化器，其特征在于：采用一片或几片所述的铁铬铝海棉金属作为载体。

6.如权利要求1或5所述的柴油发动机用四元催化转化器，其特征在于：所述铁铬铝海棉金属载体上涂附具有氧化作用的催化剂涂层。

7.如权利要求6所述的柴油发动机用四元催化转化器，其特征在于：所述铁铬铝海棉金属催化剂（6）包括铁铬铝海棉金属载体和催化剂涂层。

8.如权利要求1所述的柴油发动机用四元催化转化器，其特征在于：所述两挡圈（5）之间设有铁铬铝海棉金属催化剂（6）。

9.如权利要求1所述的柴油发动机用四元催化转化器，其特征在于：所述任意一个挡圈（5）与一段连接管（8）之间设有氧化型催化剂（4）。

10.如权利要求1或9所述的柴油发动机用四元催化转化器，其特征在于：所述任意一个挡圈（5）与另一段连接管（8）之间设有三效催化剂（7）。

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