天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在車輛后處理系統(tǒng)中減少甲烷的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]從2014年開(kāi)始，公路上行駛的發(fā)動(dòng)機(jī)必須遵循新的溫室氣體標(biāo)準(zhǔn)，包括可能是第一次涉及的甲烷系烴排放。天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)、特別是排放大量甲烷(CH4),這有助于溫室氣體排放。一些人認(rèn)為甲烷具有大于二氧化碳(CO2) 25倍的全球變暖潛力。
[0003]甲烷排放控制的一個(gè)挑戰(zhàn)在于，例如，甲烷燃燒/氧化發(fā)生在高溫(例如，高于大約 350-450 0C )下。
[0004]而且，包含催化劑的鉑系元素金屬和金屬氧化物在低溫下沒(méi)有活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]一些實(shí)施例涉及后處理系統(tǒng)中、尤其是天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)中的減少甲烷系統(tǒng)和方法。
[0006]一些實(shí)施例規(guī)定了將氧化催化器引入渦輪增壓器的上游和發(fā)動(dòng)機(jī)體的排氣管的下游，從而提供高的排氣溫度用以氧化甲烷。
[0007]一些實(shí)施例規(guī)定:在低溫下利用催化基體來(lái)吸附甲烷，在高溫下，被吸附的甲烷經(jīng)歷催化燃燒。催化劑可以包括例如，分散在沸石基體上的非PGM金屬氧化物。沸石基體可以提供低溫存儲(chǔ)和用于燃燒的氧化物。
[0008]一些實(shí)施例規(guī)定:設(shè)想基體材料和催化劑組合物在低溫下吸附甲烷排放以及然后在高溫下釋放氧化的甲烷，這使得降低了甲烷系烴排放量。
[0009]一些實(shí)施例提供了車輛用的后處理系統(tǒng)，該后處理系統(tǒng)包括布置在發(fā)動(dòng)機(jī)體和渦輪增壓器之間的排氣通道中的氧化催化劑。氧化催化器被構(gòu)造成:在運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的第一部分的第一溫度期間，存儲(chǔ)甲烷；并且在運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的第二部分的第二溫度期間，氧化存儲(chǔ)的甲烷，其中，第一溫度低于第二溫度。
[0010]一些實(shí)施例提供了一種減少車輛中甲烷排放的方法。在發(fā)動(dòng)機(jī)體和渦輪增壓器之間的排氣通道中設(shè)有氧化催化器。在第一溫度期間存儲(chǔ)甲烷。在高于第一溫度的第二溫度期間，氧化存儲(chǔ)的甲烷。提供背壓閥從而增加排氣通道中的壓力或增加發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載。通過(guò)經(jīng)由背壓閥來(lái)增加壓力或發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載，使溫度從第一溫度升高至第二溫度。
[0011]一些實(shí)施例提供了排氣溫度管理(例如，在輕負(fù)載下)，S卩，通過(guò)提供發(fā)動(dòng)機(jī)速度和高背壓，從而增大發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載，而這又升高了排氣溫度。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。
[0013]圖2為天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例。
[0014]圖3A為舉例說(shuō)明針對(duì)不同材料隨溫度的甲烷轉(zhuǎn)化圖表。
[0015]圖3B為另一舉例說(shuō)明其它材料隨溫度的甲烷轉(zhuǎn)化圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0016]一些實(shí)施例涉及后處理系統(tǒng)中、尤其是天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的后處理系統(tǒng)中的甲烷減少系統(tǒng)和方法。
[0017]參見(jiàn)圖1，示出了壓燃(Cl)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施例布局。后處理系統(tǒng)100可以被用于例如雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，天然氣和柴油發(fā)動(dòng)機(jī))。如圖示的，氣缸座I1具有連接到氧化催化劑(OC) 130的排氣管120。然后，將氧化催化器130連接到渦輪增壓器系統(tǒng)140以及廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)150。
[0018]在一些實(shí)施例中，0C130可以包括，例如，載有銅(Cu)的沸石基底，例如下面中的一個(gè)或多個(gè):CuCe (La)02和CuZr (Y)O20在一些實(shí)施例中，沸石基底可以包括，例如下面中的一個(gè)或多個(gè):CuCe (La)，Ce (La) O2, CeO2, CuZr (Y)，Zr (Y) 02和 ZrO 2。一些實(shí)施例企圖設(shè)計(jì)涂層以及適于甲烷存儲(chǔ)和氧化的尺寸的區(qū)域。
[0019]渦輪增壓器系統(tǒng)140可以包括例如連接到壓縮機(jī)170的渦輪機(jī)160。渦輪機(jī)連接到包括下面中的一個(gè)或多個(gè)的設(shè)備:柴油機(jī)氧化催化器，柴油機(jī)顆粒過(guò)濾器以及選擇催化還原器。該設(shè)備在圖1中以D0C/DPF/SCR180表示，該設(shè)備其后連接到背壓閥190。壓縮機(jī)170連接到空氣源190。壓縮機(jī)170還連接到增壓空氣冷卻器210和節(jié)流閥220。節(jié)流閥220連接到發(fā)動(dòng)機(jī)體110的進(jìn)氣管230。
[0020]EGR系統(tǒng)150可以包括例如EGR冷卻器旁通道240和EGR冷卻器通道250。EGR冷卻器通道250可以包括例如EGR冷卻器260。通道240和250都被連接到EGR閥270，該EGR閥270又被連接到發(fā)動(dòng)機(jī)體110的進(jìn)氣管230。
[0021]在運(yùn)行中，發(fā)動(dòng)機(jī)體110從排氣管路120輸出排氣(例如，廢氣或廢氣流)。在一些實(shí)施例中，從發(fā)動(dòng)機(jī)體110的氣缸出來(lái)的廢氣與0C130的甲烷存儲(chǔ)和氧化催化器直接接觸。排氣的溫度大大高于通過(guò)渦輪增壓器系統(tǒng)140的渦輪160之后的廢氣溫度。這部分地是為甲烷系烴氧化提供的高得多的廢氣溫度。
[0022]0C130處的溫度可以是周期性的，這部分地是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)體110的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)和/或部分地是因?yàn)楸硥洪y190的控制。在輕負(fù)載的情況下，背壓閥190能夠升高廢氣溫度。在一些實(shí)施例中，背壓閥190被構(gòu)造成這樣，S卩，當(dāng)背壓閥190關(guān)閉時(shí)，0C130處的壓力增大，以及當(dāng)背壓閥190打開(kāi)時(shí)，0C130處的壓力減小。在低溫下，排氣中的甲烷(CH4)氣體被吸附在0C130處。高溫下，被吸附的甲烷經(jīng)歷催化燃燒。在高溫下，0C130提供用來(lái)氧化吸附的甲烷的氧化物。
[0023]因?yàn)?C130布置在渦輪增壓器系統(tǒng)140和發(fā)動(dòng)機(jī)體110之間，0C130處的溫度會(huì)較高。通過(guò)將氧化催化器放置在渦輪增壓器系統(tǒng)140的上游，0C130能夠利用較高的排氣溫度來(lái)進(jìn)行甲烷氧化，因?yàn)楦叩臏囟燃訌?qiáng)了甲烷減少。而且，排氣通道中的背壓閥190能夠被關(guān)閉，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載以及從而升高排氣溫度、包括例如0C130處的溫度。
[0024]圖3A-B示出了甲烷轉(zhuǎn)化(例如甲烷還原或甲烷氧化)是如何隨著不同材料和材料的各組分的溫度而增加的，不同材料和材料各組分包括例如:CUCe(La)，Ce(La)O2,CeO2, CuZr (Y)，Zr (Y) O2和 ZrO 2?？梢詤⒁?jiàn)例如 Kundakovic 等人應(yīng)用催化劑(App1.Cat.)，171 (1978) 13-29。圖3A-B示出了分散在摻雜有La的CeOjP摻雜有Y的ZrO 2中的CuO。在Cu/Ce (La) 02和/或CuO/Zr (Y) O 2中，CeO 2對(duì)于甲烷氧化是活性的。催化劑在大致300-350 V的溫度范圍內(nèi)是活性的。CuO的量和分散劑的量在甲烷轉(zhuǎn)化中也起到了作用。而且，分散在支承體上的銅團(tuán)簇是高活性的。
[0025]繼續(xù)闡釋操作并參見(jiàn)圖1，排氣(例如廢氣)從0C130出來(lái)并進(jìn)入渦輪增壓器系統(tǒng)的渦輪機(jī)160和EGR系統(tǒng)150。關(guān)于通過(guò)渦輪增壓器140的排氣通道，排氣驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)160，該渦輪機(jī)160又經(jīng)由例如轉(zhuǎn)子軸來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)170。一旦排氣驅(qū)動(dòng)了渦輪機(jī)160，排氣行進(jìn)到D0C/DPF/SCR180。空氣源200向壓縮機(jī)170供給空氣，該壓縮機(jī)170又壓縮空氣。由于壓縮，空氣溫度升高。增壓空氣冷卻器210 (例如，中冷器)冷卻被壓縮的空氣。節(jié)流閥220在將空氣通入發(fā)動(dòng)機(jī)體110的進(jìn)氣管230之前對(duì)其進(jìn)行節(jié)流。
[0026]關(guān)于通過(guò)EGR系統(tǒng)150的排氣通道，排氣可以繞過(guò)EGR冷卻器250或通過(guò)EGR冷卻器250。在一些實(shí)施例中，EGR冷卻器250冷卻排氣以降低發(fā)動(dòng)機(jī)體110內(nèi)的燃燒溫度。較低的溫度能減小由發(fā)動(dòng)機(jī)體110生成的溫室氣體(例如NOx)的量。根據(jù)EGR閥是打開(kāi)還是關(guān)閉，排氣從EGR系統(tǒng)150進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)體110的進(jìn)氣管230。
[0027]在一些實(shí)施