一種甲醇燃料發(fā)動機的尿素scr后處理裝置制造方法
【專利摘要】一種甲醇燃料發(fā)動機的尿素SCR后處理裝置，包括排氣管、上游催化器與SCR催化器，所述排氣管的進氣端與發(fā)動機相連接，出氣端依次與上游催化器、SCR催化器相連接，所述上游催化器包括貴金屬催化器、金屬氧化物催化器，貴金屬催化器中涂抹的活性涂層為貴金屬，金屬氧化物催化器中涂抹的活性涂層為金屬氧化物，且發(fā)動機包括純甲醇燃料發(fā)動機、摻燒甲醇燃料發(fā)動機或采用廢氣再循環(huán)的以甲醇燃料作為部分燃料或全部燃料的發(fā)動機。本設計不僅能避免甲醇、甲醛導致SCR催化器中毒失效，而且不易生成劇毒氰化氫。
【專利說明】一種甲醇燃料發(fā)動機的尿素SCR后處理裝置

【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型涉及一種發(fā)動機污染物排放控制裝置，尤其涉及一種甲醇燃料發(fā)動機的尿素SCR后處理裝置，具體適用于避免排氣中的甲醇、甲醛導致SCR催化器中毒失效，且不生成劇毒氰化氫。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會的進步，汽車的使用規(guī)模越來越大，其排放的尾氣對環(huán)境和人體造成的危害已被公認，為了保護人類賴以生存的環(huán)境，發(fā)動機的排放控制技術(shù)得以發(fā)展。
[0003]甲醇燃料發(fā)動機在柴油機上用甲醇替代部分柴油，利用甲醇燃料含氧比例高、燃燒速度快的特點，能改善發(fā)動機缸內(nèi)燃燒過程，提高燃燒熱效率，改善經(jīng)濟性，有效降低顆粒物的排放，但摻燒甲醇不能降低NOx的排放，同時還會造成甲醇、甲醛的排放和CO的增加，因此有效控制摻醇發(fā)動機排氣中的NOx排放對摻醇發(fā)動機的商品化應用具有重要的意義。選擇性催化還原(SCR)技術(shù)作為現(xiàn)有的一種排放后處理技術(shù)，能有效降低NOx的排放，在柴油機上已被廣泛的應用，其配套的催化器、電控單元、尿素加注站也日益完善。因此，對于甲醇燃料發(fā)動機，尿素SCR技術(shù)成為首選的排放后處理控制技術(shù)。但由于甲醇燃料發(fā)動機排氣組分與柴油機存在較大的差異，將柴油機上常規(guī)使用的尿素SCR裝置直接用于甲醇燃料發(fā)動機會導致很大的問題:
[0004](I)、甲醇燃料發(fā)動機排氣中含有大量的CH30H(甲醇)和HCH0(甲醛)，噴射尿素后，CH3OH和HCHO將導致SCR催化器中毒失效；
[0005](2)、在SCR催化器內(nèi)部，排氣中的CH30H、HCH0與尿素水解產(chǎn)生的NH3發(fā)生反應，生成劇毒的氰化氫，對人體產(chǎn)生更大的危害。
[0006]中國，申請公布號為CN101979847A，申請公布日為2011年2月23日的發(fā)明專利申請公布了一種用于柴油發(fā)動機的排氣處理系統(tǒng)，該排氣處理系統(tǒng)包括與柴油發(fā)動機流體連通的烴選擇性催化還原催化劑(HC-SCR)以接收來自柴油發(fā)動機的排氣流，該系統(tǒng)還包括與HC-SCR流體連通的二元催化劑從而接收來自HC-SCR的排氣流，二元催化劑包括尿素選擇性催化還原催化劑和柴油顆粒過濾器(DPF)。該設計雖然在SCR催化器之前設置了氧化型催化器作為上游催化器，但該氧化型催化器只能催化氧化碳氫化合物、一氧化碳，并不能處理甲醇、甲醛，且其通篇沒有公開若尾氣中含有甲醇、甲醛，該如何處理的啟示，因此，該設計仍不能解決現(xiàn)有技術(shù)中甲醇、甲醛導致SCR催化器中毒失效，以及易生成劇毒的氰化氫的缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的甲醇、甲醛導致SCR催化器中毒失效、易生成劇毒氰化氫的缺陷與問題，提供一種避免甲醇、甲醛導致SCR催化器中毒失效、不生成劇毒氰化氫的甲醇燃料發(fā)動機的尿素SCR后處理裝置。
[0008]為實現(xiàn)以上目的，本實用新型的技術(shù)解決方案是:一種甲醇燃料發(fā)動機的尿素SCR后處理裝置，包括排氣管、上游催化器與SCR催化器，所述排氣管的進氣端與發(fā)動機相連接，出氣端依次與上游催化器、SCR催化器相連接，且排氣管上位于上游催化器、SCR催化器之間的部位開設有尿素噴嘴；
[0009]所述上游催化器包括貴金屬催化器與金屬氧化物催化器；所述貴金屬催化器中涂抹的活性涂層為貴金屬活性涂層，所述金屬氧化物催化器中涂抹的活性涂層為金屬氧化物活性涂層。
[0010]所述貴金屬催化器、金屬氧化物催化器之間的連接關(guān)系是依次串聯(lián)連接。
[0011]所述貴金屬催化器、金屬氧化物催化器的封裝方式為單獨封裝或一體封裝。
[0012]所述貴金屬活性涂層包括Pt金屬涂層、Pd金屬涂層或Rh金屬涂層。
[0013]所述金屬氧化物活性涂層包括Ag基活性涂層、Fe - Mo基活性涂層或V基活性涂層O
[0014]所述發(fā)動機包括純甲醇燃料發(fā)動機、摻燒甲醇燃料發(fā)動機或采用廢氣再循環(huán)的以甲醇燃料作為部分燃料或全部燃料的發(fā)動機。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果為:
[0016]1、本實用新型一種甲醇燃料發(fā)動機的尿素SCR后處理裝置中的上游催化器包括貴金屬催化器、金屬氧化物催化器，其中，貴金屬催化器中涂抹的活性涂層為貴金屬活性涂層，金屬氧化物催化器中涂抹的活性涂層為金屬氧化物活性涂層，使用時，發(fā)動機的排氣進入處于排氣管上游的貴金屬催化器、金屬氧化物催化器時，在貴金屬活性涂層、金屬氧化物活性涂層的催化作用下，排氣中的CH3OH、HCHO被氧化為CO，CO繼續(xù)氧化生成co2，從而消除排氣中的CH3OH、HCHO，確保接下來排氣進入下游SCR催化器后Nox處理的順利進行，最終實現(xiàn)發(fā)動機排入大氣的尾氣得到凈化。因此，本實用新型不僅能避免甲醇、甲醛導致SCR催化器中毒失效，而且不生成劇毒氰化氫。
[0017]2、本實用新型一種甲醇燃料發(fā)動機的尿素SCR后處理裝置中的貴金屬活性涂層包括Pt金屬涂層、Pd金屬涂層或Rh金屬涂層，金屬氧化物活性涂層包括Ag基活性涂層、Fe - Mo基活性涂層或V基活性涂層，使用時，可根據(jù)實際情況選擇不同種類的貴金屬活性涂層、金屬氧化物活性涂層進行組合，選擇范圍較寬，可調(diào)性較強，便于擴大適用范圍。此夕卜，本設計所應用的發(fā)動機包括純甲醇燃料發(fā)動機、摻燒甲醇燃料發(fā)動機或采用廢氣再循環(huán)的以甲醇燃料作為部分燃料或全部燃料的發(fā)動機，進一步擴大了本設計的應用范圍。因此，本實用新型的可調(diào)性較強，應用范圍較廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中:排氣管1、上游催化器2、貴金屬催化器21、金屬氧化物催化器22、SCR催化器3、發(fā)動機4、尿素噴嘴5。

【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0021]參見圖1，一種甲醇燃料發(fā)動機的尿素SCR后處理裝置，包括排氣管1、上游催化器2與SCR催化器3，所述排氣管I的進氣端與發(fā)動機4相連接，出氣端依次與上游催化器2、SCR催化器3相連接，且排氣管I上位于上游催化器2、SCR催化器3之間的部位開設有尿素噴嘴5 ;
[0022]所述上游催化器2包括貴金屬催化器21與金屬氧化物催化器22 ;所述貴金屬催化器21中涂抹的活性涂層為貴金屬活性涂層，所述金屬氧化物催化器22中涂抹的活性涂層為金屬氧化物活性涂層。
[0023]所述貴金屬催化器21、金屬氧化物催化器22之間的連接關(guān)系是依次串聯(lián)連接。
[0024]所述貴金屬催化器21、金屬氧化物催化器22的封裝方式為單獨封裝或一體封裝。
[0025]所述貴金屬活性涂層包括Pt金屬涂層、Pd金屬涂層或Rh金屬涂層。
[0026]所述金屬氧化物活性涂層包括Ag基活性涂層、Fe-Mo活性涂層或V基活性涂層。
[0027]所述發(fā)動機4包括純甲醇燃料發(fā)動機、摻燒甲醇燃料發(fā)動機或采用廢氣再循環(huán)的以甲醇燃料作為部分燃料或全部燃料的發(fā)動機。
[0028]本實用新型的原理說明如下:
[0029]現(xiàn)有的尿素SCR裝置直接用于甲醇燃料發(fā)動機會導致導致SCR催化器中毒失效，以及易生成劇毒氰化氫的缺陷。
[0030]SCR催化器中毒失效:甲醇燃料發(fā)動機排氣中含有大量的CH30H(甲醇)和HCHO(甲醛)，噴射尿素后，一方面尿素與甲醛能直接反應生成聚合物脲醛樹脂，該物質(zhì)為不溶不熔的熱固性樹脂；另外兩分子尿素熱縮脫氨會產(chǎn)生縮二脲，甲醛很容易與縮二脲發(fā)生聚合作用，生成高分子物質(zhì)，二者的共同作用生成的高分子物質(zhì)，不容易熱解成小分子物質(zhì)排出SCR系統(tǒng)外，容易在管道發(fā)生堆積造成晶體析出，造成管道堵塞和催化劑骨架的堵塞。具體反應過程如下:
[0031]尿素與甲醛的聚合反應:
[0032]nNH2 - CO - NH2+nHCH0 — η - NH - CO - NH - CH2 - +ηΗ20 ；
[0033]縮二脲與甲醛的聚合反應:
[0034]2C0 (NH2) 2— NH 2 - CO - NH - CO - ΝΗ2+ΝΗ3；
[0035]ηΝΗ2 - CO - NH - CO - NH2+nHCH0 — η - NH - CO - NH - CO - NH - CH2 - +ηΗ20。
[0036]氰化氫:在SCR催化器內(nèi)部，排氣中的CH30H、HCHO與尿素水解產(chǎn)生的NH3發(fā)生反應，生成劇毒的氰化氫，對人體產(chǎn)生更大的危害。
[0037]CH3OH, HCHO在貴金屬或金屬氧化物的催化作用下氧化:甲醇的氧化由CH3OH與O2直接反應開始，經(jīng)脫氫生成甲氧基CH3O,同時H0#P OH也是主要的脫氫自由基，然后甲氧基在氧氣的作用下繼續(xù)脫氫生成CH2O:
[0038]CH30H+02 = CH 30+H02 ；
[0039]CH30H+H02 = CH 30+H202 ；
[0040]CH3OH+OH = >CH30+H20 ；
[0041 ] CH3CHO2 = >CH 20+H02。
[0042]CH2O首先與OH自由基反應，脫氫生成HC0，其OH自由基主要由H2O2分解提供，然后HCO在氧氣的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)镃O，CO繼續(xù)與OH自由基反應生成C02，并釋放出大部分熱量，其OH自由基主要來源H與02的反應。
[0043]CH2O轉(zhuǎn)化為CO2途徑中的主要反應及提供相關(guān)自由基的反應有:
[0044]CH2CHOH = HCCHH2O ；
[0045]HCCHO2= C0+H02;
[0046]C0+0H = C02+H ；
[0047]H02+H02= H 202+02；
[0048]H2O2 (+M) = OH+OH(+M)；
[0049]H+02= O+OH。
[0050]實施例1:
[0051]參見圖1，一種甲醇燃料發(fā)動機的尿素SCR后處理裝置，包括排氣管1、上游催化器2與SCR催化器3，所述排氣管I的進氣端與發(fā)動機4相連接，出氣端依次與上游催化器2、SCR催化器3相連接，且排氣管I上位于上游催化器2、SCR催化器3之間的部位開設有尿素噴嘴5 ;所述上游催化器2包括貴金屬催化器21與金屬氧化物催化器22，貴金屬催化器21、金屬氧化物催化器22之間的連接關(guān)系是依次串聯(lián)連接，貴金屬催化器21、金屬氧化物催化器22的封裝方式為單獨封裝或一體封裝；
[0052]所述貴金屬催化器21中涂抹的活性涂層為貴金屬活性涂層，該貴金屬活性涂層包括Pt金屬涂層、Pd金屬涂層或Rh金屬涂層，所述金屬氧化物催化器22中涂抹的活性涂層為金屬氧化物活性涂層，該金屬氧化物活性涂層包括Ag基活性涂層、Fe - Mo基活性涂層或V基活性涂層；
[0053]所述發(fā)動機4包括純甲醇燃料發(fā)動機、摻燒甲醇燃料發(fā)動機或采用廢氣再循環(huán)的以甲醇燃料作為部分燃料或全部燃料的發(fā)動機。
[0054]使用時，甲醇燃料發(fā)動機的排氣中除了常規(guī)的NOx、CO和HC外，還有大量的CH3OH和HCH0，在排氣管中，這些排放物首先通過上游催化器，在上游催化器中貴金屬催化器、金屬氧化物催化器的作用下，CH3OH和HCHO被氧化生成CO，⑶繼續(xù)氧化生成C02，然后在下游的SCR催化器內(nèi)，尿素水解生成的NH3選擇性還原NOx，將其還原為無害的氮氣，因此CH 30H、HCHO, HC、CO和NOx的排放都得到控制，從而有效除去排氣中的CH 30H、HCHO, CO和其它未燃HC，控制 NOx ο
【權(quán)利要求】
1.一種甲醇燃料發(fā)動機的尿素SCR后處理裝置，包括排氣管(1)、上游催化器(2)與SCR催化器(3)，所述排氣管(I)的進氣端與發(fā)動機(4)相連接，出氣端依次與上游催化器(2 )、SCR催化器(3 )相連接，且排氣管(I)上位于上游催化器(2 )、SCR催化器(3 )之間的部位開設有尿素噴嘴(5)，其特征在于: 所述上游催化器(2)包括貴金屬催化器(21)、金屬氧化物催化器(22);所述貴金屬催化器(21)中涂抹的活性涂層為貴金屬活性涂層，所述金屬氧化物催化器(22)中涂抹的活性涂層為金屬氧化物活性涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種甲醇燃料發(fā)動機的尿素SCR后處理裝置，其特征在于:所述貴金屬催化器(21)、金屬氧化物催化器(22)之間的連接關(guān)系是依次串聯(lián)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種甲醇燃料發(fā)動機的尿素SCR后處理裝置，其特征在于:所述貴金屬催化器(21)、金屬氧化物催化器(22 )的封裝方式為單獨封裝或一體封裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種甲醇燃料發(fā)動機的尿素SCR后處理裝置，其特征在于:所述貴金屬活性涂層包括Pt金屬涂層、Pd金屬涂層或Rh金屬涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種甲醇燃料發(fā)動機的尿素SCR后處理裝置，其特征在于:所述金屬氧化物活性涂層包括Ag基活性涂層、Fe - Mo基活性涂層或V基活性涂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種甲醇燃料發(fā)動機的尿素SCR后處理裝置，其特征在于:所述發(fā)動機(4)包括純甲醇燃料發(fā)動機、摻燒甲醇燃料發(fā)動機或采用廢氣再循環(huán)的以甲醇燃料作為部分燃料或全部燃料的發(fā)動機。
【文檔編號】F01N3/28GK204200316SQ201420577177
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】程凱, 項旭昇, 李海言, 劉丙善, 鄒軻, 陽松林 申請人:東風商用車有限公司