一種複合式催化器系統的製作方法

2023-10-26 15:10:02 2

專利名稱：一種複合式催化器系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於機動車排氣排放淨化控制領域，具體涉及用兩種或多種SCR後處理催化器以物理複合的方式來適應不同溫度範圍內的NOx排放控制的裝置。
背景技術：
隨著機動車汙染物控制要求的不斷提高，De NOx (煙氣脫氮)系統後處理催化器的應用越來越廣泛，尤其是在柴油車的NOx排放控制領域，通常的做法都是在柴油機排氣管後加裝一套De NOx後處理系統來解決NOx排放問題。Urea-SCR (尿素溶液-SCR)或NH3-SCR (氨水-SCR)系統作為De NOx後處理系統的一種由於其成熟的控制系統及對NOx的高轉化效率在內燃機後處理行業中被廣泛應用。 SCR (選擇性催化還原)催化劑作為Urea-SCR系統的核心部件在系統中發揮至關重要的作用。但由於現有的各類SCR催化劑的溫度窗口均無法完全覆蓋柴油車實際運行的全部工況，例釩鈦鎢基SCR催化劑的80%效率的溫度窗口一般在280°C至450°C，銅基分子篩SCR催化劑的80%的溫度窗口一般在180°C至400°C，鐵基分子篩SCR催化劑的80%的溫度窗口一般在300°C至700°C間，而柴油車在實際運行過程中的溫度範圍則一般在150°C至650°C間。這樣，在SCR系統中若只採用一種SCR催化劑就可能造成在不同工況下運行時就會造成排放結果差異很大。基於擴大SCR催化劑溫度窗口的需求，應用現有的各類SCR催化劑方案和技術開發出一種物理複合式SCR後處理系統，從而覆蓋柴油車在全部工況下的排氣溫度範圍，保證柴油車在全工況下均有良好的排放性能。
發明內容本實用新型根據現有技術的不足公開了一種複合式催化器系統。本實用新型的目的是提供一種新型SCR催化器布置結構和控制方式，利用不同類型的SCR催化劑的高效率的溫度窗口的不同區間進行互補，以保證在柴油車運行的全部溫度範圍內SCR系統都均有較高的NOx的轉化效率。本實用新型通過以下技術方案實現複合式催化器系統，包括與發動機排氣管連通並封裝SCR催化器的外殼和與外殼連接的還原劑噴射系統，其特徵在於所述外殼封裝的SCR催化器包括多個負載不同溫度窗口催化劑的SCR催化器,不同溫度窗口催化劑的催化器由窗口高溫向窗口低溫按排氣進出方向順序排列。進一步所述催化劑的還原劑噴射系統包括分別設置於外殼前、後端排氣通道中的兩個NOx傳感器、依次設置於外殼前端排氣通道中的還原劑噴射裝置的噴口和溫度傳感器。進一步所述SCR催化器通過催化劑封裝襯墊與外殼固定。本實用新型複合式SCR後處理系統，包括與發動機相連的排氣管，安裝在排氣管上SCR噴射系統，安裝在排氣管後的SCR催化消音器封裝外殼，各類SCR催化器。通過改變還原劑的噴射策略，利用不同溫度窗口催化劑的SCR催化器混合使用，擴大後處理系統的溫度窗口，保證機動車在全工況環境下排放性能。本實用新型的裝置工作過程是前端NOx傳感器和溫度傳感器檢測不同工況下發動機排氣中的NOx含量及排氣溫度並將信號傳輸至還原劑噴射裝置。根據特定8的噴射策略，還原劑噴射裝置將一定量還原劑噴入排氣管中，並與發動機廢氣充分混合，混合氣流入封裝外殼內與催化器內的催化塗層進行化學反應以達到控制NOx排放的目的。不同溫度窗口催化劑的SCR催化器依次排列，分別在發動機從高溫階段到低溫階段分別催化控制排放作用。後端NOx傳感器通過檢測反應後NOx的含量將信號反饋至還原劑噴射裝置以調整前端還原劑的噴射量。本實用新型還原劑可採用Urea-SCR或NH3-SCR系統。本實用新型的有益效果在於利用不 同類型的SCR催化劑的高效率的溫度窗口的不同區間進行性能互補，以保證在柴油車運行的全部溫度範圍內SCR系統都均有較高的NOx的轉化效率。

圖I是本實用新型複合式催化器系統示意圖。圖中I是發動機，2是發動機排氣管，3是前NOx傳感器，4是溫度傳感器，5是還原劑噴射裝置，6是外殼，7是催化劑封裝襯墊，8是高溫SCR催化器，9是低溫SCR催化器，10是後NOx傳感器。
具體實施方式
下面通過實施例對本實用新型進行進一步的描述，本實施例只用於對本實用新型進行進一步的說明，但不能理解為對本實用新型保護範圍的限制，本領域的技術人員可以根據上述本實用新型的內容作出一些非本質的改進和調整屬於本實用新型保護的範圍。複合式催化器系統，包括與發動機I排氣管2連通並封裝SCR催化器的外殼6和與外殼6連接的還原劑噴射系統,外殼封裝的SCR催化器包括多個負載不同溫度窗口催化劑的SCR催化器,不同溫度窗口催化劑的催化器由窗口高溫型向窗口低溫型按排氣進出方向順序排列。催化劑的還原劑噴射系統包括分別設置於外殼前、後端排氣通道中的兩個NOx傳感器3和10、依次設置於外殼前端排氣通道中的還原劑噴射裝置5的噴口和溫度傳感器4。SCR催化器通過催化劑封裝襯墊7與外殼6固定。結合圖1，如圖所示，本例表示了安裝有兩段溫度窗口 SCR催化器的複合式催化器系統，由發動機I、排氣管2、前NOx傳感器3、溫度傳感器4、本例採用的Urea噴射系統5、外殼6、封裝襯墊7、高溫SCR催化器8、低溫SCR催化器9和後NOx傳感器10組成，在發動機排氣管2上有前NOx傳感器3和溫度傳感器4，排氣管2與外殼6相連，高溫SCR催化器8和低溫SCR催化器9用封裝襯墊7封裝在外殼6內，外殼6的後端連接後NOx傳感器10，前NOx傳感器3、溫度傳感器4、後NOx傳感器10均與Urea噴射系統5通訊，Urea噴射系統5根據前NOx傳感器3、溫度傳感器4、後NOx傳感器10的信號來選取不同的控制策略。高溫SCR催化器8和低溫SCR催化器9屬於不同溫度窗口的SCR催化器。Urea噴射系統5安裝於外殼6，其距離須保證還原劑尿素溶液在進入外殼6前充分霧化。溫度傳感器4安裝於Urea噴射系統5噴口之後，高溫SCR催化器8之前，應保證測定尿素充分霧化後催化反應前混合氣的溫度。工作時，前NOx傳感器感3和溫度傳感器4檢測在不同工況下發動機排氣中的NOx含量及排氣溫度並將信號傳輸至Urea噴射系統5。Urea噴射系統5根據NOx含量及排氣溫度的數據選取特定的噴射策略並將一定量尿素溶液噴入排氣管2中，尿素水解後形成NH3與發動機廢氣充分混合，一起流入外殼6內與催化器內的催化塗層的作用進行化學反應，將NOx還原為N2，以達到控制NOx排放的目的。當發動機在低排氣溫度工況下，如200°C工作時，Urea噴射系統5會根據前NOx傳感器感3和溫度傳感器4傳輸的信號選取根據低溫SCR催化劑9的MAP標定的控制策略來進行尿素溶液噴射，尿素溶液水解後形成的NH3同排氣一同進入催化消音器封裝外殼6內，然後流入高溫SCR催化器8內，但由於此時的溫度區間不在高溫SCR催化器8的正常工作範圍內，高溫SCR催化器8幾乎不工作。NH3和廢氣繼續隨氣流運動至低溫SCR催化器9內， 此時混合器的溫度雖由於溫度散失稍有降低，但仍在低溫SCR催化器9正常工作範圍內。混合氣在與低溫SCR催化器9中的活性催化成分接觸後發生化學反應，利用NH3的還原性能將絕大部分NOx還原為N2。當發動機在高排氣溫度工況下工作時，如500°C工作時，Urea噴射系統5會根據前NOx傳感器感3和溫度傳感器4傳輸的信號選取根據高溫SCR催化劑8的MAP標定的控制策略來進行尿素溶液噴射，尿素溶液水解後形成的NH3同排氣一同進入催化消音器封裝外殼6內，然後流入高溫SCR催化器8內，但由於此時的溫度區間剛好在高溫SCR催化器8的正常工作範圍內，混合氣在與低溫SCR催化器9中的活性催化成分接觸後發生化學反應，利用NH3的還原性能將絕大部分NOx還原為N2。在完成化學反應後，混合氣繼續隨氣流運動至低溫SCR催化器9內，但由於此時混合氣溫度很高，不在低溫SCR催化器9的正常工作範圍內，加上此前高溫SCR催化器8的高轉化作用，混合氣中的NOx濃度已經非常低，低溫SCR催化器9幾乎不工作。後NOx傳感器10通過檢測反應後NOx的含量將信號反饋至Urea噴射系統5以精確修正一下次尿素的噴射量。以上僅就高溫SCR催化劑和低溫SCR催化劑進行物理複合的工作過程做了說明，若將本實用新型中高溫SCR催化劑和低溫SCR催化劑間再加上一個或多個其他溫度窗口的催化劑，按此方案完全可以利用到多種類型的物理複合式SCR後處理裝置中。本發明所涉及的Urea噴射系統可為尿素或NH3噴射及其它可用還原劑噴射形式；噴射系統的控制方式可用為任何可用形式；Ν0χ傳感器a和NOx傳感器b可為任何形式的測量NOx含量的可用測試設備；溫度傳感器4可為任何可用溫度測試設備；系統中氣體傳遞管路可為任何可用結構。
權利要求1.一種複合式催化器系統，包括與發動機排氣管連通並封裝SCR催化器的外殼和與外殼連接的還原劑噴射系統，其特徵在於所述外殼封裝的SCR催化器包括多個負載不同溫度窗口催化劑的SCR催化器,不同溫度窗口催化劑的催化器由窗口高溫向窗口低溫按排氣進出方向順序排列。
2.根據權利要求I所述的複合式催化器系統，其特徵在於所述催化劑的還原劑噴射系統包括分別設置於外殼前、後端排氣通道中的兩個NOx傳感器、依次設置於外殼前端排氣通道中的還原劑噴射裝置的噴口和溫度傳感器。
3.根據權利要求I或2所述的複合式催化器系統，其特徵在於所述SCR催化器通過催化劑封裝襯墊與外殼固定。
專利摘要本實用新型公開了一種複合式催化器系統。包括與發動機排氣管連通並封裝SCR催化器的外殼和與外殼連接的還原劑噴射系統，外殼封裝的SCR催化器包括多個負載不同溫度窗口催化劑的SCR催化器，不同溫度窗口催化劑的催化器由窗口高溫向窗口低溫按排氣進出方向順序排列；催化劑的還原劑噴射系統包括分別設置於外殼前、後端排氣通道中的兩個NOx傳感器、依次設置於外殼前端排氣通道中的還原劑噴射裝置的噴口和溫度傳感器；SCR催化器通過催化劑封裝襯墊與外殼固定。本實用新型利用不同類型的SCR催化劑的高效率的溫度窗口的不同區間進行性能互補，以保證在柴油車運行的全部溫度範圍內SCR系統都均有較高的NOx的轉化效率。
文檔編號F01N3/28GK202645687SQ201220310428
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月29日 優先權日2012年6月29日
發明者孟楊, 傅曉 申請人:四川中自尾氣淨化有限公司