CN204200316U - 一种甲醇燃料发动机的尿素scr后处理装置 - Google Patents

Abstract

一种甲醇燃料发动机的尿素SCR后处理装置，包括排气管、上游催化器与SCR催化器，所述排气管的进气端与发动机相连接，出气端依次与上游催化器、SCR催化器相连接，所述上游催化器包括贵金属催化器、金属氧化物催化器，贵金属催化器中涂抹的活性涂层为贵金属，金属氧化物催化器中涂抹的活性涂层为金属氧化物，且发动机包括纯甲醇燃料发动机、掺烧甲醇燃料发动机或采用废气再循环的以甲醇燃料作为部分燃料或全部燃料的发动机。本设计不仅能避免甲醇、甲醛导致SCR催化器中毒失效，而且不易生成剧毒氰化氢。

Description

一种甲醇燃料发动机的尿素SCR后处理装置

技术领域

本实用新型涉及一种发动机污染物排放控制装置，尤其涉及一种甲醇燃料发动机的尿素SCR后处理装置，具体适用于避免排气中的甲醇、甲醛导致SCR催化器中毒失效，且不生成剧毒氰化氢。

背景技术

随着社会的进步，汽车的使用规模越来越大，其排放的尾气对环境和人体造成的危害已被公认，为了保护人类赖以生存的环境，发动机的排放控制技术得以发展。

甲醇燃料发动机在柴油机上用甲醇替代部分柴油，利用甲醇燃料含氧比例高、燃烧速度快的特点，能改善发动机缸内燃烧过程，提高燃烧热效率，改善经济性，有效降低颗粒物的排放，但掺烧甲醇不能降低NOx的排放，同时还会造成甲醇、甲醛的排放和CO的增加，因此有效控制掺醇发动机排气中的NOx排放对掺醇发动机的商品化应用具有重要的意义。选择性催化还原(SCR)技术作为现有的一种排放后处理技术，能有效降低NOx的排放，在柴油机上已被广泛的应用，其配套的催化器、电控单元、尿素加注站也日益完善。因此，对于甲醇燃料发动机，尿素SCR技术成为首选的排放后处理控制技术。但由于甲醇燃料发动机排气组分与柴油机存在较大的差异，将柴油机上常规使用的尿素SCR装置直接用于甲醇燃料发动机会导致很大的问题：

(1)、甲醇燃料发动机排气中含有大量的CH₃OH(甲醇)和HCHO(甲醛)，喷射尿素后，CH₃OH和HCHO将导致SCR催化器中毒失效；

(2)、在SCR催化器内部，排气中的CH₃OH、HCHO与尿素水解产生的NH₃发生反应，生成剧毒的氰化氢，对人体产生更大的危害。

中国，申请公布号为CN101979847A，申请公布日为2011年2月23日的发明专利申请公布了一种用于柴油发动机的排气处理系统，该排气处理系统包括与柴油发动机流体连通的烃选择性催化还原催化剂(HC-SCR)以接收来自柴油发动机的排气流，该系统还包括与HC-SCR流体连通的二元催化剂从而接收来自HC-SCR的排气流，二元催化剂包括尿素选择性催化还原催化剂和柴油颗粒过滤器(DPF)。该设计虽然在SCR催化器之前设置了氧化型催化器作为上游催化器，但该氧化型催化器只能催化氧化碳氢化合物、一氧化碳，并不能处理甲醇、甲醛，且其通篇没有公开若尾气中含有甲醇、甲醛，该如何处理的启示，因此，该设计仍不能解决现有技术中甲醇、甲醛导致SCR催化器中毒失效，以及易生成剧毒的氰化氢的缺陷。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的甲醇、甲醛导致SCR催化器中毒失效、易生成剧毒氰化氢的缺陷与问题，提供一种避免甲醇、甲醛导致SCR催化器中毒失效、不生成剧毒氰化氢的甲醇燃料发动机的尿素SCR后处理装置。

为实现以上目的，本实用新型的技术解决方案是：一种甲醇燃料发动机的尿素SCR后处理装置，包括排气管、上游催化器与SCR催化器，所述排气管的进气端与发动机相连接，出气端依次与上游催化器、SCR催化器相连接，且排气管上位于上游催化器、SCR催化器之间的部位开设有尿素喷嘴；

所述上游催化器包括贵金属催化器与金属氧化物催化器；所述贵金属催化器中涂抹的活性涂层为贵金属活性涂层，所述金属氧化物催化器中涂抹的活性涂层为金属氧化物活性涂层。

所述贵金属催化器、金属氧化物催化器之间的连接关系是依次串联连接。

所述贵金属催化器、金属氧化物催化器的封装方式为单独封装或一体封装。

所述贵金属活性涂层包括Pt金属涂层、Pd金属涂层或Rh金属涂层。

所述金属氧化物活性涂层包括Ag基活性涂层、Fe–Mo基活性涂层或V基活性涂层。

所述发动机包括纯甲醇燃料发动机、掺烧甲醇燃料发动机或采用废气再循环的以甲醇燃料作为部分燃料或全部燃料的发动机。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型一种甲醇燃料发动机的尿素SCR后处理装置中的上游催化器包括贵金属催化器、金属氧化物催化器，其中，贵金属催化器中涂抹的活性涂层为贵金属活性涂层，金属氧化物催化器中涂抹的活性涂层为金属氧化物活性涂层，使用时，发动机的排气进入处于排气管上游的贵金属催化器、金属氧化物催化器时，在贵金属活性涂层、金属氧化物活性涂层的催化作用下，排气中的CH₃OH、HCHO被氧化为CO，CO继续氧化生成CO₂，从而消除排气中的CH₃OH、HCHO，确保接下来排气进入下游SCR催化器后Nox处理的顺利进行，最终实现发动机排入大气的尾气得到净化。因此，本实用新型不仅能避免甲醇、甲醛导致SCR催化器中毒失效，而且不生成剧毒氰化氢。

2、本实用新型一种甲醇燃料发动机的尿素SCR后处理装置中的贵金属活性涂层包括Pt金属涂层、Pd金属涂层或Rh金属涂层，金属氧化物活性涂层包括Ag基活性涂层、Fe–Mo基活性涂层或V基活性涂层，使用时，可根据实际情况选择不同种类的贵金属活性涂层、金属氧化物活性涂层进行组合，选择范围较宽，可调性较强，便于扩大适用范围。此外，本设计所应用的发动机包括纯甲醇燃料发动机、掺烧甲醇燃料发动机或采用废气再循环的以甲醇燃料作为部分燃料或全部燃料的发动机，进一步扩大了本设计的应用范围。因此，本实用新型的可调性较强，应用范围较广。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中：排气管1、上游催化器2、贵金属催化器21、金属氧化物催化器22、SCR催化器3、发动机4、尿素喷嘴5。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

参见图1，一种甲醇燃料发动机的尿素SCR后处理装置，包括排气管1、上游催化器2与SCR催化器3，所述排气管1的进气端与发动机4相连接，出气端依次与上游催化器2、SCR催化器3相连接，且排气管1上位于上游催化器2、SCR催化器3之间的部位开设有尿素喷嘴5；

所述上游催化器2包括贵金属催化器21与金属氧化物催化器22；所述贵金属催化器21中涂抹的活性涂层为贵金属活性涂层，所述金属氧化物催化器22中涂抹的活性涂层为金属氧化物活性涂层。

所述贵金属催化器21、金属氧化物催化器22之间的连接关系是依次串联连接。

所述贵金属催化器21、金属氧化物催化器22的封装方式为单独封装或一体封装。

所述贵金属活性涂层包括Pt金属涂层、Pd金属涂层或Rh金属涂层。

所述金属氧化物活性涂层包括Ag基活性涂层、Fe-Mo活性涂层或V基活性涂层。

所述发动机4包括纯甲醇燃料发动机、掺烧甲醇燃料发动机或采用废气再循环的以甲醇燃料作为部分燃料或全部燃料的发动机。

本实用新型的原理说明如下：

现有的尿素SCR装置直接用于甲醇燃料发动机会导致导致SCR催化器中毒失效，以及易生成剧毒氰化氢的缺陷。

SCR催化器中毒失效：甲醇燃料发动机排气中含有大量的CH₃OH(甲醇)和HCHO(甲醛)，喷射尿素后，一方面尿素与甲醛能直接反应生成聚合物脲醛树脂，该物质为不溶不熔的热固性树脂；另外两分子尿素热缩脱氨会产生缩二脲，甲醛很容易与缩二脲发生聚合作用，生成高分子物质，二者的共同作用生成的高分子物质，不容易热解成小分子物质排出SCR系统外，容易在管道发生堆积造成晶体析出，造成管道堵塞和催化剂骨架的堵塞。具体反应过程如下：

尿素与甲醛的聚合反应：

nNH₂–CO–NH₂+nHCHO→n–NH–CO–NH–CH₂–+nH₂O；

缩二脲与甲醛的聚合反应：

2CO(NH₂)₂→NH₂–CO–NH–CO–NH₂+NH₃；

nNH₂–CO–NH–CO–NH₂+nHCHO→n–NH–CO–NH–CO–NH–CH₂–+nH₂O。

氰化氢：在SCR催化器内部，排气中的CH₃OH、HCHO与尿素水解产生的NH₃发生反应，生成剧毒的氰化氢，对人体产生更大的危害。

CH₃OH、HCHO在贵金属或金属氧化物的催化作用下氧化：甲醇的氧化由CH₃OH与O₂直接反应开始，经脱氢生成甲氧基CH₃O，同时HO₂和OH也是主要的脱氢自由基，然后甲氧基在氧气的作用下继续脱氢生成CH₂O：

CH₃OH+O₂＝CH₃O+HO₂；

CH₃OH+HO₂＝CH₃O+H₂O₂；

CH₃OH+OH＝>CH₃O+H₂O；

CH₃O+O₂＝>CH₂O+HO₂。

CH₂O首先与OH自由基反应，脱氢生成HCO，其OH自由基主要由H₂O₂分解提供，然后HCO在氧气的作用下转变为CO，CO继续与OH自由基反应生成CO₂，并释放出大部分热量，其OH自由基主要来源H与O₂的反应。

CH₂O转化为CO₂途径中的主要反应及提供相关自由基的反应有：

CH₂O+OH＝HCO+H₂O；

HCO+O₂＝CO+HO₂；

CO+OH＝CO₂+H；

HO₂+HO₂＝H₂O₂+O₂；

H₂O₂(+M)＝OH+OH(+M)；

H+O₂＝O+OH。

实施例1：

参见图1，一种甲醇燃料发动机的尿素SCR后处理装置，包括排气管1、上游催化器2与SCR催化器3，所述排气管1的进气端与发动机4相连接，出气端依次与上游催化器2、SCR催化器3相连接，且排气管1上位于上游催化器2、SCR催化器3之间的部位开设有尿素喷嘴5；所述上游催化器2包括贵金属催化器21与金属氧化物催化器22，贵金属催化器21、金属氧化物催化器22之间的连接关系是依次串联连接，贵金属催化器21、金属氧化物催化器22的封装方式为单独封装或一体封装；

所述贵金属催化器21中涂抹的活性涂层为贵金属活性涂层，该贵金属活性涂层包括Pt金属涂层、Pd金属涂层或Rh金属涂层，所述金属氧化物催化器22中涂抹的活性涂层为金属氧化物活性涂层，该金属氧化物活性涂层包括Ag基活性涂层、Fe–Mo基活性涂层或V基活性涂层；

所述发动机4包括纯甲醇燃料发动机、掺烧甲醇燃料发动机或采用废气再循环的以甲醇燃料作为部分燃料或全部燃料的发动机。

使用时，甲醇燃料发动机的排气中除了常规的NOx、CO和HC外，还有大量的CH₃OH和HCHO，在排气管中，这些排放物首先通过上游催化器，在上游催化器中贵金属催化器、金属氧化物催化器的作用下，CH₃OH和HCHO被氧化生成CO，CO继续氧化生成CO₂，然后在下游的SCR催化器内，尿素水解生成的NH₃选择性还原NOx，将其还原为无害的氮气，因此CH₃OH、HCHO、HC、CO和NO_X的排放都得到控制，从而有效除去排气中的CH₃OH、HCHO、CO和其它未燃HC，控制NOx。

Claims (6)

1.一种甲醇燃料发动机的尿素SCR后处理装置，包括排气管（1）、上游催化器（2）与SCR催化器（3），所述排气管（1）的进气端与发动机（4）相连接，出气端依次与上游催化器（2）、SCR催化器（3）相连接，且排气管（1）上位于上游催化器（2）、SCR催化器（3）之间的部位开设有尿素喷嘴（5），其特征在于：

所述上游催化器（2）包括贵金属催化器（21）、金属氧化物催化器（22）；所述贵金属催化器（21）中涂抹的活性涂层为贵金属活性涂层，所述金属氧化物催化器（22）中涂抹的活性涂层为金属氧化物活性涂层。

2.根据权利要求1所述的一种甲醇燃料发动机的尿素SCR后处理装置，其特征在于：所述贵金属催化器（21）、金属氧化物催化器（22）之间的连接关系是依次串联连接。

3.根据权利要求1所述的一种甲醇燃料发动机的尿素SCR后处理装置，其特征在于：所述贵金属催化器（21）、金属氧化物催化器（22）的封装方式为单独封装或一体封装。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种甲醇燃料发动机的尿素SCR后处理装置，其特征在于：所述贵金属活性涂层包括Pt金属涂层、Pd金属涂层或Rh金属涂层。

5.根据权利要求1、2或3所述的一种甲醇燃料发动机的尿素SCR后处理装置，其特征在于：所述金属氧化物活性涂层包括Ag基活性涂层、Fe–Mo基活性涂层或V基活性涂层。

6.根据权利要求1、2或3所述的一种甲醇燃料发动机的尿素SCR后处理装置，其特征在于：所述发动机（4）包括纯甲醇燃料发动机、掺烧甲醇燃料发动机或采用废气再循环的以甲醇燃料作为部分燃料或全部燃料的发动机。