專(zhuān)利名稱(chēng)：用于柴油車(chē)尾氣處理的還原氣注入及四效催化凈化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于柴油車(chē)尾氣處理的凈化系統(tǒng)，具體是指一種包括還原氣注入 設(shè)備的四效催化凈化系統(tǒng)，將其用于處理柴油車(chē)尾氣，可同時(shí)消除碳煙、一氧化碳、氮氧化 物和烴類(lèi)四種污染物，屬于環(huán)保領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于柴油機(jī)與汽油機(jī)相比具有高的熱效率、經(jīng)濟(jì)性和低的CO2排放量，因此，柴油 汽車(chē)具有光明的發(fā)展前途。然而，隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，柴油機(jī)尾氣污染物對(duì)環(huán)境的嚴(yán) 重污染正受到人們的廣泛關(guān)注。柴油車(chē)排放的污染物有一氧化氮、一氧化碳、燃料中燃燒未 完全而殘留的烴類(lèi)物質(zhì)，以及固相顆粒污染物。如何降低柴油車(chē)尾氣的排放，保證人們的健 康，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境以及人民生活水平的可持續(xù)發(fā)展是擺在我們面前的現(xiàn)實(shí)性問(wèn)題。從技術(shù) 的范疇看，減少柴油車(chē)排放應(yīng)該從燃油品質(zhì)、內(nèi)燃機(jī)技術(shù)和內(nèi)燃機(jī)機(jī)外排放控制技術(shù)三方 面同時(shí)著手。并且三種技術(shù)應(yīng)該配套使用、分層次地協(xié)調(diào)發(fā)展。近幾年來(lái)，通過(guò)幾大機(jī)內(nèi)技 術(shù)已經(jīng)可以大幅度降低柴油機(jī)污染的排放。但是受燃燒方式的限制，機(jī)內(nèi)技術(shù)無(wú)法完全去 除顆粒物和N0X。因此，尾氣后處理技術(shù)成為很有前景的一項(xiàng)柴油車(chē)尾氣排放控制技術(shù)。對(duì)于柴油機(jī)尾氣的凈化主要包括過(guò)濾技術(shù)和催化轉(zhuǎn)化技術(shù)。目前，在柴油機(jī)的排 氣凈化系統(tǒng)中常見(jiàn)的系統(tǒng)主要有氧化催化器、微粒過(guò)濾器和NOx還原催化器等。氧化催化器 主要用于氧化去除PM中的可溶有機(jī)成分(SOF)和烴類(lèi)；微粒過(guò)濾器用于過(guò)濾并去除碳煙等 顆粒狀物質(zhì)；氮氧化物凈化技術(shù)主要用于去除尾氣中的氮氧化物，有選擇催化還原(SCR) 和氮氧化物儲(chǔ)存還原(NSR)兩種方法。對(duì)NSR而言，其成本很高并且要求發(fā)動(dòng)機(jī)的控制復(fù) 雜，需要周期性地轉(zhuǎn)變?yōu)闈饣旌蠚獾臓顟B(tài)，它不能使用高含硫柴油，而且高溫時(shí)轉(zhuǎn)化率低。 SCR —股采用尿素或氨氣，其優(yōu)點(diǎn)是提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，而且SCR對(duì)硫不敏感，即使是硫含 量比較高的柴油，仍能有效地長(zhǎng)期工作。SCR技術(shù)在固定式柴油機(jī)上已成熟并應(yīng)用，但還原 劑影響了它在汽車(chē)上的應(yīng)用，它面臨的主要問(wèn)題是需要建立尿素的供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。另外，由于其 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，氨在汽車(chē)上難以攜帶，且易造成氨氣泄露污染，危險(xiǎn)性大。上述三種技術(shù)只能去 除某種或某幾種污染物，而不能將柴油車(chē)尾氣中的四種污染物同時(shí)除去。為了更好地凈化柴油車(chē)尾氣，研究人員嘗試將各種不同的氧化催化器、微粒過(guò)濾 器和/或NOx還原催化器等處理單元組裝到同一個(gè)系統(tǒng)中。1999年Cerxy公司開(kāi)發(fā)一種Quad CAT/TM四元催化轉(zhuǎn)化器，該裝置由一個(gè)催化過(guò) 濾器⑶PF和NOx-SCR催化劑構(gòu)成，獲得了瑞典政府的認(rèn)證。日本三菱公司開(kāi)發(fā)了一種柴油 轎車(chē)排氣凈化用的四元催化轉(zhuǎn)化器，由兩段陶瓷蜂窩體構(gòu)成，前端是Pt基NOx選擇還原催 化劑(HC-SCR)，后段是氧化HC、CO和SOF的Pt基氧化催化劑。但是該工藝催化劑所用貴 金屬含量較多，成本較大。CN101176854A公開(kāi)了一種以合金金屬為載體的柴油車(chē)尾氣四效催化劑制備方法， 其中是以蜂窩狀金屬合金為載體、催化劑活性成分為貴金屬，該催化劑能促進(jìn)柴油機(jī)尾氣 中碳顆粒和氮氧化物的互為氧化_還原反應(yīng)。但是該催化劑制備工藝較復(fù)雜，不利于產(chǎn)品的工業(yè)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有柴油機(jī)尾氣處理技術(shù)存在的不足和缺陷，提供一種可同時(shí)消除柴 油機(jī)尾氣中四種主要污染物的尾氣處理系統(tǒng)，且該系統(tǒng)中催化劑制備方法簡(jiǎn)單，具有高效 的氧化和還原催化性能，能夠滿(mǎn)足高效和實(shí)用的目的。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于柴油車(chē)尾氣處理的凈化系統(tǒng)，該系統(tǒng) 包括依序設(shè)置的柴油微粒過(guò)濾器、還原催化器以及氧化催化器處理單元，其中所述柴油微粒過(guò)濾器中設(shè)有氧化催化劑，用以過(guò)濾除去柴油車(chē)尾氣中的顆粒物 質(zhì)；所述還原催化器中設(shè)有NOx還原催化劑，且該還原催化器還設(shè)有還原氣注入設(shè)備， 用以還原去除通過(guò)柴油微粒過(guò)濾器的尾氣中的氮氧化物；所述氧化催化器中設(shè)有氧化催化劑，用于氧化去除通過(guò)還原催化器的尾氣中的CO 及烴類(lèi)物質(zhì)。本發(fā)明的凈化系統(tǒng)用于處理柴油車(chē)尾氣，當(dāng)尾氣通過(guò)第一段的柴油微粒過(guò)濾器， 由于該過(guò)濾器中設(shè)有有助于碳黑氧化的氧化催化劑，可以高效過(guò)濾柴油車(chē)尾氣中的顆粒物 質(zhì)，并在碳黑達(dá)到一定積累量的時(shí)候，在較低溫度下將其氧化，降低過(guò)濾器的背壓，即使過(guò) 濾器得到再生；當(dāng)反應(yīng)尾氣繼續(xù)通過(guò)第二段的還原催化器時(shí)，由于其中設(shè)有還原催化劑，并 通過(guò)加入額外的還原氣體做還原劑，可以彌補(bǔ)柴油車(chē)尾氣中還原劑的不足，達(dá)到高效去除 氮氧化物的目的；當(dāng)反應(yīng)尾氣繼續(xù)通過(guò)第三段的氧化催化器，其中的氧化催化劑可以氧化 去除尾氣中的CO及烴類(lèi)物質(zhì)。從而，利用本發(fā)明的凈化系統(tǒng)，可同時(shí)消除柴油機(jī)尾氣中的 碳煙、一氧化碳、氮氧化物和烴類(lèi)四種主要污染物，是一種四效催化凈化系統(tǒng)，能夠滿(mǎn)足高 效和實(shí)用的目的。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的四效催化凈化系統(tǒng)中，所述柴油微粒過(guò)濾 器中的氧化催化劑含有以下活性組分包含Co和Ce的活性金屬氧化物成分，包含金屬Ce、Co、La和K的鈣鈦礦復(fù)合氧化物成分，或包含金屬Ce、Mn、La和K的鈣鈦礦復(fù)合氧化物成分；根據(jù)本發(fā)明的更具體的優(yōu)選方案，所述柴油微粒過(guò)濾器上還可進(jìn)一步包括氧化 鋁，所述氧化鋁主要是作為連接劑，用以將所述氧化催化劑固定在柴油微粒過(guò)濾器上。根據(jù)本發(fā)明的更具體的優(yōu)選方案，所述柴油微粒過(guò)濾器中的氧化催化劑包含Co 和Ce的活性金屬氧化物成分時(shí)，所述Ce和Co的摩爾比為1. 5 5 1 ；根據(jù)本發(fā)明的更具體的優(yōu)選方案，所述柴油微粒過(guò)濾器中的氧化催化劑包 含Ce、Co、La和K的鈣鈦礦復(fù)合氧化物成分時(shí)，所述Ce、Co、La和K的摩爾比為1. 5 5 1 0.9 0. 1。根據(jù)本發(fā)明的更具體的優(yōu)選方案，所述柴油微粒過(guò)濾器中的氧化催化劑包 含Ce、Mn、La和K的鈣鈦礦復(fù)合氧化物成分時(shí)，所述Ce、Mn、La和K的摩爾比為1. 5 5 1 0.9 0. 1。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的四效催化凈化系統(tǒng)中，所述柴油微粒過(guò)濾器是按照以下方法制備得到的提供一微粒過(guò)濾器本體；用氧化鋁溶膠溶液浸漬所述過(guò)濾器本體；用活性組分的前驅(qū)體溶液浸漬所述過(guò)濾器，干燥后焙燒，得到含有活性組分的微 粒過(guò)濾器；其中，所述活性組分的前驅(qū)體溶液選自含有由硝酸鈰、硝酸鈷組成的金屬氧化 物前體的混合溶液，含有由硝酸鑭、硝酸鈰、硝酸鈷和硝酸鉀組成的鈣鈦礦復(fù)合氧化物前體 的混合溶液，或含有由硝酸鑭、硝酸鈰、硝酸錳和硝酸鉀組成的鈣鈦礦復(fù)合氧化物前體的混 合溶液。更具體地，本申請(qǐng)中微粒過(guò)濾器上負(fù)載的活性組分是用檸檬酸絡(luò)合燃燒法制備 的，其中檸檬酸在里面起到絡(luò)合劑的作用，在具體制備前驅(qū)體溶液時(shí)，在溶液中加入適量 的檸檬酸，具體的，加入檸檬酸的物質(zhì)的量等于溶液中除鈰離子外的其它金屬離子總和的 0. 3 1. 5 倍。
在本發(fā)明的一更具體實(shí)施方案中，所述柴油微粒過(guò)濾器的制備方法包括(1)提供一微粒過(guò)濾器本體；關(guān)于微粒過(guò)濾器本體可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的微粒過(guò) 濾器，過(guò)濾器的性能會(huì)因其本身的結(jié)構(gòu)和材料而有差異，結(jié)構(gòu)主要指微粒過(guò)濾器的孔徑、孔 數(shù)、壁厚等；材料有陶瓷蜂窩載體、陶瓷纖維編織物、金屬蜂窩載體等。本發(fā)明中使用時(shí)可通 過(guò)對(duì)成本、壓降、過(guò)濾效率、抗損壞能力等方面的考慮而采取不同的選擇。根據(jù)本發(fā)明的一 優(yōu)選具體實(shí)施方案，由于堇青石具有價(jià)格低廉、具有一定的耐熱性能、較低的熱膨脹系數(shù)和 良好的抗熱沖擊性能等特點(diǎn)，相比其他載體材料具有更好的性?xún)r(jià)比，因此是選用堇青石作 為本發(fā)明的微粒過(guò)濾器本體，例如可選擇孔隙度為60% 70%的堇青石DPF。(2)準(zhǔn)備氧化鋁溶膠，溶膠濃度為5% 20%，將其涂覆于微粒過(guò)濾器本體上(或 將微粒過(guò)濾器本體浸于溶膠溶液中)后，在50 150°C的溫度下，干燥9 12h，在200 300°C下煅燒3 6h，自然冷卻至室溫后取出，避免出現(xiàn)裂化。(3)上述步驟(2)中，優(yōu)選控制溶膠在微粒過(guò)濾器本體上的負(fù)載量?jī)?yōu)選6% 12%，如果負(fù)載量小于6%，可進(jìn)行二次浸漬或涂覆，即將干燥后的涂覆有溶膠的微粒過(guò)濾 器本體放入溶膠溶液中或進(jìn)行再涂覆，保證微粒過(guò)濾器本體上涂覆溶膠牢固度的同時(shí)提高 溶膠的負(fù)載量。(4)用活性組分的前軀體溶液包含硝酸鈰、硝酸鈷的混合溶液的金屬氧化物前 體；包含硝酸鑭、硝酸鈰、硝酸鈷和硝酸鉀的混合溶液的鈣鈦礦復(fù)合氧化物的前體；或者包 含硝酸鑭、硝酸鈰、硝酸錳和硝酸鉀的混合溶液的鈣鈦礦復(fù)合氧化物的前體，涂覆上述涂覆 過(guò)溶膠并煅燒后的微粒過(guò)濾器，在50 150°C的溫度下放入烘箱干燥，使檸檬酸與硝酸鹽 絡(luò)合燃燒形成絡(luò)合中間產(chǎn)物，再放入馬弗爐中緩慢使升溫至500 800°C下焙燒，自然冷卻 至室溫后取出，得到本發(fā)明的微粒過(guò)濾器。本申請(qǐng)中對(duì)催化劑活性金屬氧化物成分或鈣鈦 礦復(fù)合氧化物成分的負(fù)載量無(wú)具體要求，在保證載體孔道不堵塞和催化劑與載體之間牢固 度的同時(shí)，盡量提高催化劑的負(fù)載量。用上述方法涂覆微粒過(guò)濾器，涂覆過(guò)程操作簡(jiǎn)單，步驟簡(jiǎn)潔，并且在一定程度上避 免了過(guò)濾器因環(huán)境溫度驟升或驟降而斷裂，并且過(guò)濾器無(wú)堵塞，具有良好的過(guò)濾和氧化性 能。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的四效催化凈化系統(tǒng)中，所述還原催化器用 于烴類(lèi)選擇催化還原NOx，其中設(shè)有的NOx還原催化劑為成型的HZSM-5 (優(yōu)選是條狀或顆粒形狀)擔(dān)載鎢催化劑；優(yōu)選地，所述成型的HZSM-5擔(dān)載鎢催化劑是由過(guò)量浸漬法制得的。 更具體的，本發(fā)明的HZSM-5擔(dān)載氧化鎢的催化劑中優(yōu)選氧化鎢的擔(dān)載量為 10%。該 催化劑不僅具有很高的反應(yīng)活性，而且具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，更具有實(shí)用性。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的四效催化凈化系統(tǒng)中，所述氧化催化器用 于氧化烴類(lèi)、一氧化碳等氣體，氧化催化器中裝有成型的活性Al2O3 (優(yōu)選粒徑3 5mm的 Al2O3球)擔(dān)載貴金屬Pt催化劑。優(yōu)選的，催化劑中Pt金屬的負(fù)載量不超過(guò)0.5% (質(zhì)量 分?jǐn)?shù))，優(yōu)選為0. 35 0. 50%。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述成型的活性Al2O3擔(dān)載Pt催 化劑是由等體積浸漬法和還原法制得的。該方法中，優(yōu)選選用Al2O3球載體，制得的催化劑 具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，并且貴金屬含量不高，大大降低了使用成本。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的凈化系統(tǒng)中，所述柴油微粒過(guò)濾器中的氧 化催化劑、所述還原催化器中的NOx還原催化劑、所述氧化催化器中的氧化催化劑三者的質(zhì) 量比為0.8 1.5 1.5 2. 5 1。各催化劑用量可根據(jù)待處理柴油車(chē)尾氣的實(shí)際工況 進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的凈化系統(tǒng)中，所述還原氣注入設(shè)備是用以 將C2H2作為還原劑通入反應(yīng)尾氣中以還原尾氣中的氮氧化物，這樣可以補(bǔ)充尾氣中還原氣 體的量，更有利于NOx還原為N2。本發(fā)明的四效催化凈化系統(tǒng)的突出特點(diǎn)是利用還原催化器、微粒過(guò)濾器和氧化催 化器的合理組合，解決柴油機(jī)尾氣排放中對(duì)環(huán)境有害的顆粒物、氮氧化物、烴類(lèi)和一氧化碳 的同時(shí)凈化問(wèn)題。本發(fā)明還提供了一種利用所述的凈化系統(tǒng)處理柴油車(chē)尾氣的方法，其中是將所述 的凈化系統(tǒng)安放在柴油車(chē)尾氣排氣管道上，使尾氣依序通過(guò)凈化系統(tǒng)的柴油微粒過(guò)濾器、 還原催化器以及氧化催化器處理單元，與凈化系統(tǒng)上的催化劑接觸發(fā)生反應(yīng)，然后排放。凈 化過(guò)程中，柴油車(chē)尾氣先經(jīng)過(guò)過(guò)濾器，碳顆粒被過(guò)濾器過(guò)濾后，在過(guò)濾器上與涂覆的氧化型 催化劑接觸，能夠使碳煙在低溫下燃燒，從而使過(guò)濾器再生；之后，尾氣中NOx在還原催化器 上被烴類(lèi)、CO等還原性氣體還原為N2 ；最后，尾氣經(jīng)過(guò)氧化催化器，將殘余的烴類(lèi)、一氧化 碳等氣體氧化，從而達(dá)到四種有害物質(zhì)同時(shí)被消除的目的。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本 發(fā)明的方法中，還可通過(guò)凈化系統(tǒng)所設(shè)的還原氣注入設(shè)備向反應(yīng)尾氣中通入C2H2作為還原 劑還原尾氣中的氮氧化物，額外的C2H2用以補(bǔ)充尾氣中還原氣體的量，更有利于NOx還原為 N2。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，其中，優(yōu)選控制C2H2的通入量為200 1200ml/min。本發(fā)明中，利用本發(fā)明的排氣系統(tǒng)進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，所用柴油車(chē)型號(hào)為福田493， 采用五組份分析儀測(cè)量排氣中的烴類(lèi)、CO和NOx的量，采用粒度儀分析尾氣中PM的量。所 用發(fā)動(dòng)機(jī)及檢測(cè)裝置均由北京理工大學(xué)汽車(chē)動(dòng)力性及排放測(cè)試國(guó)家專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室提供。柴油 車(chē)尾氣臺(tái)架實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)本發(fā)明實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)的四效催化凈化后處理系統(tǒng)，PM、CO、 烴類(lèi)在不同的工況下達(dá)到國(guó)V以上標(biāo)準(zhǔn)，NOx的排放量達(dá)到國(guó)IV標(biāo)準(zhǔn)。綜上所述，本發(fā)明提供了一種可同時(shí)消除柴油車(chē)尾氣中四種主要污染物的四效凈 化系統(tǒng)，將該四效凈化系統(tǒng)直接安放在柴油車(chē)排氣管道上，在排氣溫度下，不需外加熱源， 實(shí)現(xiàn)了同時(shí)消除柴油機(jī)尾氣中碳顆粒物、烴類(lèi)物質(zhì)、一氧化碳和氮氧化物等污染物的目的， 并且PM、CO、烴類(lèi)在不同的工況下均達(dá)到國(guó)V以上標(biāo)準(zhǔn)，NOx達(dá)到國(guó)IV標(biāo)準(zhǔn)。并且，本發(fā)明 還具有以下特點(diǎn)將本發(fā)明的排氣系統(tǒng)(尾氣處理裝置)直接安裝在柴油車(chē)尾氣的排氣管道上，過(guò)濾器上涂覆的包含Co和Ce的活性金屬氧化物或者鈣鈦礦復(fù)合氧化物均成本很低， 還原催化器上所用分子篩擔(dān)載過(guò)渡金屬價(jià)格低廉，氧化催化器上Pt的擔(dān)載量很低，從而大 大降低了尾氣處理成本，并且不外加熱源，在柴油車(chē)尾氣自身的溫度下進(jìn)行反應(yīng)，節(jié)約了能耗。


圖1為本發(fā)明的四效催化凈化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1為微粒過(guò)濾器；2為還原 催化器；21為還原氣注入設(shè)備，用于向還原器中注入還原性氣體；3為氧化催化器。圖2為在發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩100/NM，轉(zhuǎn)速2000/rpm下，凈化系統(tǒng)的催化劑體系為Co/Ce/ DPF+W03/HZSM-5+Pt/Al203時(shí)，尾氣處理系統(tǒng)前后四種污染物質(zhì)量(PM、N0x、C0和HC)對(duì)比。圖3為Co/Ce/DPF和空白DPF經(jīng)過(guò)柴油車(chē)臺(tái)架試驗(yàn)后的對(duì)比照片。圖4為在發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩100/NM，轉(zhuǎn)速2400/rpm下，凈化系統(tǒng)的催化劑體系為L(zhǎng)aKCo/ Ce/DPF+W03/HZSM-5+Pt/Al203時(shí)，尾氣處理系統(tǒng)前后四種污染物質(zhì)量(PM、NOx, CO和HC)對(duì) 比。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)和所具有的有益效果，但本發(fā)明并不因此 而受到任何限制。實(shí)施例1在DPF(尺寸為5. 66英寸*6英寸，孔隙度為65% )上擔(dān)載Co和Ce的活性金屬 氧化物，具體制備過(guò)程為將DPF浸漬在約5000ml、10%濃度的氧化鋁溶膠中浸漬30min 左右，然后在100°C干燥一夜，在295°C煅燒3h，自然冷卻至室溫后取出，氧化鋁(主要是 作為連接劑用以將后述的氧化催化劑固定在DPF上)擔(dān)載量約6. 84%。然后按照摩爾比 Nce Nco Nm= 5 1 1的量稱(chēng)取硝酸鈰、硝酸鈷和檸檬酸將其溶于5000ml水中，制 得前軀體溶液，將上述煅燒后的DPF浸漬到前軀體溶液中，30min左右取出，在100°C溫度下 干燥過(guò)夜，在600°C焙燒10h，自然冷卻至室溫取出，將該擔(dān)載有催化劑的DPF記做Co/Ce/ DPF0該Co/Ce/DPF中，Co和Ce的活性金屬氧化物的擔(dān)載量約為48g。擔(dān)載量為2%的W03/HZSM_5催化劑，其具體的制備方法如下稱(chēng)取約7. 17g的 (NH4)6H2W12O40 ·6Η20，溶解于70ml去離子水中，制得前軀體溶液，稱(chēng)取IOOg直徑為1mm、長(zhǎng)度 3 20mm的成型條狀HZSM-5，采用過(guò)量浸漬法與上述浸漬液充分接觸浸泡。將浸漬后的成 型催化劑放在120°C空氣氛中烘12h，然后再500°C空氣氛下焙燒5h，得到成型HZSM-5擔(dān)載 鎢催化劑，擔(dān)載量為2% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))。活性Al2O3球擔(dān)載貴金屬Pt催化劑，其具體制備方法為稱(chēng)取88. 49g的 H2PtCl6 ·6Η20溶于適量去離子水中，采用浸漬法將其擔(dān)載于50g的活性Al2O3球(粒徑3 5mm)上，在100°C下干燥后，在H2氛中將其還原，得到PVAl2O3催化劑，制備的催化劑貴金 屬Pt的負(fù)載量約為0. 40% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))。本實(shí)施例的凈化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)請(qǐng)參見(jiàn)圖1所示，該系統(tǒng)包括依序設(shè)置的柴油微粒過(guò) 濾器1、還原催化器2以及氧化催化器3三段處理單元，其中將上述制備的Co/Ce/DPF裝 入一外殼中構(gòu)成微粒過(guò)濾器1 ；在還原催化器2內(nèi)裝有由成型的條狀HZSM-5擔(dān)載氧化鎢催化劑，裝填量為100g，該還原催化器2還設(shè)有還原氣注入設(shè)備21 (通過(guò)管線將還原性氣體注 入還原催化器2前段的反應(yīng)尾氣中)；在氧化催化器3中裝有由成型的活性Al2O3球(粒徑 3 5mm)擔(dān)載貴金屬Pt催化劑，裝填量為50g。該凈化系統(tǒng)按照微粒過(guò)濾器、還原催化器、 氧化催化器的順序直接安放在柴油車(chē)尾氣排氣管道保溫段的后方，并改變發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速， 選擇發(fā)動(dòng)機(jī)工作的不同工況，反應(yīng)尾氣中通入C2H2，以補(bǔ)充還原氣體的量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果用采用五組份分析儀和粒度儀在線檢測(cè)，具體參見(jiàn)表1及圖2所示。結(jié)果可表明，上述本發(fā)明的凈化系統(tǒng)表現(xiàn)出很高的催化性能，PM、CO、烴類(lèi)在不同 的工況下均達(dá)到國(guó)V以上標(biāo)準(zhǔn)，NOx的排放量下降，達(dá)到國(guó)IV標(biāo)準(zhǔn)。并且說(shuō)明，以W03/HZSM-5 作催化劑，C2H2選擇催化還原NOx這一方法在實(shí)際應(yīng)用中可行。表1排氣管前后四種污染物含量對(duì)比尾氣處理系統(tǒng)Co/Ce/DPF+W03/HZSM-5+Pt/Al203發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩100/Nm轉(zhuǎn)速1800r/min
權(quán)利要求
1.一種用于柴油車(chē)尾氣處理的凈化系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括依序設(shè)置的柴油微粒過(guò)濾器、還 原催化器以及氧化催化器處理單元，其中所述柴油微粒過(guò)濾器中設(shè)有氧化催化劑，用以過(guò)濾除去柴油車(chē)尾氣中的顆粒物質(zhì)；所述還原催化器中設(shè)有NOx還原催化劑，且該還原催化器還設(shè)有還原氣注入設(shè)備，用以 還原去除通過(guò)柴油微粒過(guò)濾器的尾氣中的氮氧化物；所述氧化催化器中設(shè)有氧化催化劑，用于氧化去除通過(guò)還原催化器的尾氣中的CO及 烴類(lèi)物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化系統(tǒng)，其中，所述柴油微粒過(guò)濾器中的氧化催化劑含有 以下活性組分包含Co和Ce的活性金屬氧化物成分，包含金屬Ce、Co、La和K的鈣鈦礦復(fù) 合氧化物成分，或包含金屬Ce、Mn、La和K的鈣鈦礦復(fù)合氧化物成分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的凈化系統(tǒng)，其中，所述柴油微粒過(guò)濾器是按照以下方法制備 得到的提供一微粒過(guò)濾器本體；用氧化鋁溶膠溶液浸漬所述過(guò)濾器本體；用活性組分的前驅(qū)體溶液浸漬所述過(guò)濾器，干燥后焙燒，得到含有活性組分的微粒過(guò) 濾器；其中，所述活性組分的前驅(qū)體溶液選自含有由硝酸鈰、硝酸鈷組成的金屬氧化物前 體的混合溶液，含有由硝酸鈰、硝酸鑭、硝酸鈷和硝酸鉀組成的鈣鈦礦復(fù)合氧化物前體的混 合溶液，或含有由硝酸鈰、硝酸鑭、硝酸錳和硝酸鉀組成的鈣鈦礦復(fù)合氧化物前體的混合溶 液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化系統(tǒng)，其中，所述還原催化器中設(shè)有的NOx還原催化劑為 成型的HZSM-5擔(dān)載鎢催化劑；優(yōu)選地，所述成型的HZSM-5擔(dān)載鎢催化劑是由過(guò)量浸漬法制 得的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化系統(tǒng)，其中，所述氧化催化器中設(shè)有的氧化催化劑為成 型的活性Al2O3擔(dān)載貴金屬Pt催化劑；優(yōu)選地，所述Pt金屬的擔(dān)載量為0. 35 0. 50%。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的凈化系統(tǒng)，其中，所述成型的活性Al2O3擔(dān)載Pt催化劑是由 等體積浸漬法和還原法制得的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化系統(tǒng)，其中，所述還原氣注入設(shè)備是用以將C2H2作為還 原劑通入反應(yīng)尾氣中以還原尾氣中的氮氧化物。
8.利用權(quán)利要求1 7任一項(xiàng)所述的凈化系統(tǒng)處理柴油車(chē)尾氣的方法，其中是將所述 的凈化系統(tǒng)安放在柴油車(chē)尾氣排氣管道上，使尾氣依序通過(guò)凈化系統(tǒng)的柴油微粒過(guò)濾器、 還原催化器以及氧化催化器處理單元，與凈化系統(tǒng)上的催化劑接觸發(fā)生反應(yīng)，然后排放。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，通過(guò)凈化系統(tǒng)所設(shè)的還原氣注入設(shè)備向反應(yīng)尾 氣中通入C2H2氣體作為還原劑還原尾氣中的氮氧化物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述C2H2的通入量為200 1200ml/min。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于柴油車(chē)尾氣處理的凈化系統(tǒng)，其包括依序設(shè)置的柴油微粒過(guò)濾器、還原催化器及氧化催化器處理單元；柴油微粒過(guò)濾器中設(shè)有氧化催化劑，用以過(guò)濾除去柴油車(chē)尾氣中的顆粒物質(zhì)；還原催化器中設(shè)有NOX還原催化劑，還設(shè)有還原氣注入設(shè)備，用以還原去除尾氣中的氮氧化物；氧化催化器中設(shè)有氧化催化劑，用于氧化去除尾氣中的CO及烴類(lèi)物質(zhì)。本發(fā)明還提供了利用所述的凈化系統(tǒng)處理柴油車(chē)尾氣的方法。將本發(fā)明的凈化系統(tǒng)直接安放在柴油車(chē)排氣管道上，在排氣溫度下，不需外加熱源，能實(shí)現(xiàn)同時(shí)消除柴油機(jī)尾氣中碳顆粒物、烴類(lèi)物質(zhì)、一氧化碳和氮氧化物等污染物，且PM、CO、烴類(lèi)在不同的工況下均達(dá)到國(guó)V以上標(biāo)準(zhǔn)，NOX達(dá)到國(guó)IV標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號(hào)B01D53/56GK102000507SQ20101053452
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者劉堅(jiān), 劉艷麗, 姜桂元, 段愛(ài)軍, 荊延妮, 趙震 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)