專利名稱:一種串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，包含尿素噴射嘴、尿素混合器、氨氣傳感器、氮氧化物傳感器，以及依次連接的尿素混合管、一級選擇性催化還原的催化劑罐、二級選擇性催化還原的催化劑罐和排氣管；氨氣傳感器設(shè)置在一級選擇性催化還原的催化劑罐與二級選擇性催化還原的催化劑罐之間；氮氧化物傳感器分別設(shè)置在二級選擇性催化還原的催化劑罐之后，以及一級選擇性催化還原的催化劑罐與二級選擇性催化還原的催化劑罐之間。本實用新型提供的串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，能夠同時實現(xiàn)較高的氮氧化物轉(zhuǎn)化率和較低的氨氣逃逸率。
【專利說明】一種串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種柴油機(jī)尾氣處理技術(shù)中的柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，具體地，涉及一種串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]與汽油機(jī)相比，等排量的柴油機(jī)尾氣排放有顯著的缺點。其中，氮氧化物(NOx)和顆粒物(PM)的排放過高限制了柴油機(jī)的應(yīng)用并加重了尾氣處理的壓力。眾所周知，氮氧化物是形成酸雨的最主要原因；而顆粒物容易導(dǎo)致霧霾和光化學(xué)煙霧。近年中國城市最嚴(yán)重和最頭疼的環(huán)境問題莫過于霧霾的產(chǎn)生，高顆粒物的排放也必將阻礙柴油車的發(fā)展和普及。隨著車輛尾氣排放所造成的大氣污染對人們生活和生產(chǎn)影響的加劇，各國的法規(guī)對柴油機(jī)的排放限制日趨嚴(yán)格。在國III標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，氮氧化物的排放限制為5g/kW*h，顆粒物排放限制為0.lg/kff.ho在國IV標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，氮氧化物的排放限制降為3.5g/kff.h,顆粒物排放限制降為0.02g/kff.ho到國V標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，氮氧化物的排放限制進(jìn)一步降為2g/kW.h。從國III到國V標(biāo)準(zhǔn)，氮氧化物和顆粒物的排放限制分別下降60%和80%。標(biāo)準(zhǔn)的大幅度提高，能夠有效地降低柴油車污染物的排放，促進(jìn)柴油車的發(fā)展和普及。但是另外一方面，嚴(yán)格的排放法規(guī)，對整車廠和柴油機(jī)公司提出了新的挑戰(zhàn)。
[0003]柴油機(jī)上選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduct1n, SCR)技術(shù)通常指將氨氣作為還原劑，將尾氣中的NOx還原成氮氣。SCR技術(shù)被認(rèn)為能夠滿足未來氮氧化物排放法規(guī)的最有前途的一種技術(shù)。首先，氨氣的來源比較廣泛且價格不是很高，有尿素溶液也有固態(tài)尿素顆粒；其次，SCR技術(shù)比廢棄再循環(huán)技術(shù)能夠提高燃油的經(jīng)濟(jì)性，適當(dāng)補(bǔ)償尿素溶液的成本；再次SCR技術(shù)對燃油本身的品質(zhì)要求不是很高，尤其適用于我國這種燃油含硫量過高的國情。由于SCR技術(shù)的突出優(yōu)點，該項技術(shù)必將成為未來滿足柴油機(jī)，尤其是重型柴油機(jī)氮氧化物排放法規(guī)的最主要方法。
[0004]基于尿素溶液的SCR系統(tǒng)的基本原理為:(I)在催化劑罐進(jìn)氣口的前方噴射尿素溶液；(2)尿素溶液在高溫(180°C以上)的尾氣環(huán)境中轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的氨氣；(3)氣態(tài)氨氣進(jìn)入催化劑罐并被催化劑吸附；(4)吸附的氨氣與尾氣中的氮氧化物反應(yīng)生成氮氣和水。
[0005]如果噴射的尿素溶液量合適，尾氣中的絕大部分氮氧化物都能被轉(zhuǎn)化為無害的氣體；如果噴射的尿素溶液量不夠，氮氧化物不能最大限度地被轉(zhuǎn)化，排放法規(guī)也許就不能滿足；如果噴射的尿素溶液量過多，過剩的氨氣將逃逸到大氣當(dāng)中，由于氨氣屬于溫室氣體并且有毒，逃逸的氨氣不但造成尿素的浪費，而且形成二次污染。
[0006]經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中的SCR設(shè)備均為單級催化劑罐，很難同時滿足較高的氮氧化物轉(zhuǎn)化率和較低的氨氣逃逸率。
實用新型內(nèi)容
[0007]本實用新型的目的是提供一種用于柴油機(jī)尾氣處理中的柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，一方面提供了一種串聯(lián)型的催化劑罐布置方式；另外一方面提供了相應(yīng)的傳感器布置方式，以解決氮氧化物轉(zhuǎn)化率和氨氣逃逸率之間的矛盾問題。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本實用新型提供了一種串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，其中，該裝置包含尿素噴射嘴、尿素混合器、氨氣傳感器、氮氧化物傳感器，以及依次連接的尿素混合管、一級選擇性催化還原的催化劑罐、二級選擇性催化還原的催化劑罐和排氣管；所述的尿素混合管的一端設(shè)有尿素噴射嘴，另一端與一級選擇性催化還原的催化劑罐連接；所述的尿素噴射嘴和一級選擇性催化還原的催化劑罐之間的尿素混合管處設(shè)有尿素混合器；所述的氨氣傳感器設(shè)置在一級選擇性催化還原的催化劑罐與二級選擇性催化還原的催化劑罐之間；所述的氮氧化物傳感器分別設(shè)置在二級選擇性催化還原的催化劑罐之后，以及一級選擇性催化還原的催化劑罐與二級選擇性催化還原的催化劑罐之間。
[0009]上述的串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，其中，所述的一級選擇性催化還原的催化劑罐與二級選擇性催化還原的催化劑罐之間通過連接管道串聯(lián)。即，一級選擇性催化還原的催化劑罐與二級選擇性催化還原的催化劑罐相串聯(lián)，構(gòu)成串聯(lián)SCR后處理系統(tǒng)。該連接管道的長度優(yōu)選為10厘米左右。
[0010]上述的串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，其中，所述的一級選擇性催化還原的催化劑罐能夠去除柴油機(jī)尾氣中的氮氧化物，所述的二級選擇性催化還原的催化劑罐能夠吸附一級選擇性催化還原的催化劑罐中逃逸出來的氨氣。一級選擇性催化還原的催化劑罐與二級選擇性催化還原的催化劑罐中分別裝有催化劑，其能夠吸附氣態(tài)氨氣，然后與尾氣中的氮氧化物反應(yīng)生成氮氣和水。所述的催化劑優(yōu)選地采用銅基沸石材料。
[0011]上述的串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，其中，所述的氮氧化物傳感器，包括設(shè)在一級選擇性催化還原的催化劑罐與二級選擇性催化還原的催化劑罐之間的連接管道上的第一氮氧化物傳感器，以及設(shè)置在二級選擇性催化還原的催化劑罐之后的排氣管上的第二氮氧化物傳感器。
[0012]上述的串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，其中，所述的第一氮氧化物傳感器和氨氣傳感器分別能夠檢測一級選擇性催化還原的催化劑罐與二級選擇性催化還原的催化劑罐之間的氮氧化物濃度和氨氣濃度；所述的第二氮氧化物傳感器能夠檢測二級選擇性催化還原的催化劑罐之后的排氣管內(nèi)的氮氧化物濃度。優(yōu)選地，氨氣傳感器設(shè)在連接管道的上部，第一氮氧化物傳感器和第二氮氧化物傳感器分別設(shè)在連接管道的下部和排氣管的下部。
[0013]上述的串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，其中，所述的裝置能夠通過第一氮氧化物傳感器、第二氮氧化物傳感器和氨氣傳感器的檢測值調(diào)整尿素噴射嘴的尿素噴射量。優(yōu)選地，傳感器的信號通過CAN總線傳遞給控制器，再通過所述控制器對尿素噴射嘴的控制，實現(xiàn)尿素噴射量的調(diào)整。為了同時實現(xiàn)較高的氮氧化物轉(zhuǎn)化率和較低的氨氣逃逸率，一級選擇性催化還原的催化劑罐的氨氣覆蓋率必須較高，二級選擇性催化還原的催化劑罐的氨氣覆蓋率必須較低。為了實現(xiàn)兩級催化劑罐中不同的氨氣覆蓋率，尿素噴射量必須根據(jù)催化劑罐中間的氨氣濃度、氮氧化物濃度和排氣尾管中的氮氧化物濃度進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。所述的裝置提供了相應(yīng)的傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)尿素噴射量的調(diào)節(jié)需求。
[0014]上述的串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，其中，所述的尿素噴射嘴傾斜地設(shè)置在尿素混合管的上部，其能夠?qū)⒁簯B(tài)尿素由上向下傾斜射入尿素混合管內(nèi)部。
[0015]上述的串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，其中，所述的尿素混合管設(shè)有尿素噴射嘴一端的管口為進(jìn)氣端，能夠接收柴油機(jī)尾氣。柴油機(jī)尾氣所帶高溫能夠?qū)⒛蛩貒娚渥焐淙氲囊簯B(tài)尿素轉(zhuǎn)為氣態(tài)氨氣。所述的尿素噴射嘴為尖端向下的空芯錐型，所述錐型的軸線與尿素混合管進(jìn)氣端的外壁成銳角。
[0016]上述的串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，其中，所述的尿素混合管，其所設(shè)的尿素混合器能夠?qū)⑸淙肽蛩鼗旌瞎軆?nèi)部的尿素與由進(jìn)氣端進(jìn)入的柴油機(jī)尾氣混合均勻。所述的尿素混合器優(yōu)選為以旋轉(zhuǎn)攪拌的方式進(jìn)行混合。
[0017]上述的串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，其中，所述的能夠同時實現(xiàn)較高的氮氧化物轉(zhuǎn)化率(95%以上)和較低的氨氣逃逸率(峰值30ppm,均值1ppm)。
[0018]本實用新型提供的串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置具有以下優(yōu)點:
[0019]本實用新型由于有串聯(lián)型的選擇性催化劑罐，第一個催化劑罐用于轉(zhuǎn)化氮氧化物，第二個催化劑罐用于吸附氨氣。在無額外設(shè)備輔助下，能夠同時實現(xiàn)較高的氮氧化物轉(zhuǎn)化率和較低的氨氣逃逸量。
[0020]由于有傳感器的反饋信息，尿素噴嘴的噴射量能夠根據(jù)運行狀態(tài)變化調(diào)整，實現(xiàn)不同情況下的一致性目標(biāo)。

【附圖說明】

[0021]圖1為本實用新型的串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進(jìn)一步地說明。
[0023]如圖1所示，本實用新型提供的串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，包含尿素噴射嘴1、尿素混合器8、氨氣傳感器3、氮氧化物傳感器，以及依次連接的尿素混合管9、一級選擇性催化還原的(SCR)催化劑罐2、二級選擇性催化還原的(SCR)催化劑罐4和排氣管5。
[0024]尿素混合管9的一端設(shè)有尿素噴射嘴1，另一端與一級SCR催化劑罐2連接。尿素噴射嘴I和一級SCR催化劑罐2之間的尿素混合管9處設(shè)有尿素混合器8。尿素噴射嘴I傾斜地設(shè)置在尿素混合管9的上部，其能夠?qū)⒁簯B(tài)尿素由上向下傾斜射入尿素混合管9內(nèi)部。尿素混合管9設(shè)有尿素噴射嘴I 一端的管口為進(jìn)氣端，能夠接收柴油機(jī)尾氣。柴油機(jī)尾氣所帶高溫能夠?qū)⒛蛩貒娚渥霫射入的液態(tài)尿素轉(zhuǎn)為氣態(tài)氨氣。尿素噴射嘴I為尖端向下的空芯錐型，錐型的軸線與尿素混合管9進(jìn)氣端的外壁成銳角。尿素混合管9所設(shè)的尿素混合器8能夠?qū)⑸淙肽蛩鼗旌瞎?內(nèi)部的尿素與由進(jìn)氣端進(jìn)入的柴油機(jī)尾氣混合均勻。尿素混合器8優(yōu)選為以旋轉(zhuǎn)攪拌的方式進(jìn)行混合。
[0025]一級SCR催化劑罐2與二級SCR催化劑罐4之間通過連接管道10串聯(lián)。S卩，一級SCR催化劑罐2與二級SCR催化劑罐4相串聯(lián)，構(gòu)成串聯(lián)SCR后處理系統(tǒng)。該連接管道10的長度優(yōu)選為10厘米左右。
[0026]一級SCR催化劑罐2能夠去除柴油機(jī)尾氣中的氮氧化物，二級SCR催化劑罐4能夠吸附一級SCR催化劑罐2中逃逸出來的氨氣。一級SCR催化劑罐2與二級SCR催化劑罐4中分別裝有催化劑，其能夠吸附氣態(tài)氨氣，然后與尾氣中的氮氧化物反應(yīng)生成氮氣和水。催化劑優(yōu)選地采用銅基沸石材料。
[0027]氨氣傳感器3設(shè)置在一級SCR催化劑罐2與二級SCR催化劑罐4之間。
[0028]氮氧化物傳感器包括設(shè)在一級SCR催化劑罐2與二級SCR催化劑罐4之間的連接管道10上的第一氮氧化物傳感器7，以及設(shè)置在二級SCR催化劑罐4之后的排氣管5上的第二氮氧化物傳感器6。
[0029]第一氮氧化物傳感器7和氨氣傳感器3分別能夠檢測一級SCR催化劑罐2與二級SCR催化劑罐4之間的氮氧化物濃度和氨氣濃度；第二氮氧化物傳感器6能夠檢測二級SCR催化劑罐4之后的排氣管5內(nèi)的氮氧化物濃度。優(yōu)選地，氨氣傳感器3設(shè)在連接管道10的上部，第一氮氧化物傳感器7和第二氮氧化物傳感器6分別設(shè)在連接管道10的下部和排氣管5的下部。
[0030]本實用新型提供的串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，能夠通過第一氮氧化物傳感器7、第二氮氧化物傳感器6和氨氣傳感器3的檢測值調(diào)整尿素噴射嘴I的尿素噴射量。優(yōu)選地，傳感器的信號通過CAN總線傳遞給控制器，再通過控制器對尿素噴射嘴I的控制，實現(xiàn)尿素噴射量的調(diào)整。
[0031]該裝置能夠同時實現(xiàn)較高的氮氧化物轉(zhuǎn)化率(95%以上)和較低的氨氣逃逸率(峰值30ppm,均值lOppm)。為了同時實現(xiàn)較高的氮氧化物轉(zhuǎn)化率和較低的氨氣逃逸率，一級SCR催化劑罐2的氨氣覆蓋率必須較高，二級SCR催化劑罐4的氨氣覆蓋率必須較低。為了實現(xiàn)兩級催化劑罐中不同的氨氣覆蓋率，尿素噴射量必須根據(jù)催化劑罐中間的氨氣濃度、氮氧化物濃度和排氣尾管中的氮氧化物濃度進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。裝置提供了相應(yīng)的傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)尿素噴射量的調(diào)節(jié)需求。
[0032]本實用新型提供的串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置的工作流程為:柴油機(jī)尾氣(廢氣) > 尿素噴射 > 尿素混合器8 > 一級SCR催化劑_ 2內(nèi)轉(zhuǎn)化 > 二級SCR催化劑罐4內(nèi)轉(zhuǎn)化一一> 排氣管5排出。具體如下:廢氣進(jìn)入尿素混合管9，該串聯(lián)SCR裝置的控制器根據(jù)當(dāng)前的運行狀態(tài)(柴油發(fā)動機(jī)的氮氧化物排量、催化劑罐中間的氣體濃度、尾部排氣管5氣體濃度)噴射液態(tài)的尿素，液態(tài)尿素在尿素混合器8的輔助下在尿素混合管9中均勾分布，液態(tài)尿素在廢氣的高溫下轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氨氣，氣態(tài)氨氣進(jìn)入一級SCR催化劑罐2并被其內(nèi)的催化劑吸附，然后與廢氣中的氮氧化物反應(yīng)生成氮氣和水，未反應(yīng)的氨氣進(jìn)入二級SCR催化劑罐4并被其內(nèi)的催化劑，小部分氮氧化物在二級SCR催化劑罐4中反應(yīng)，未反應(yīng)完成的氮氧化物排入大氣當(dāng)中。
[0033]本實用新型提供的串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，第一級主要用來去除尾氣中的氮氧化物，第二級用來吸附第一級逃逸出來的氨氣，能夠同時實現(xiàn)較高的氮氧化物轉(zhuǎn)化率和較低的氨氣逃逸率。
[0034]盡管本實用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本實用新型的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，其特征在于，該裝置包含尿素噴射嘴(1)、尿素混合器(8)、氨氣傳感器(3)、氮氧化物傳感器，以及依次連接的尿素混合管(9)、一級選擇性催化還原的催化劑罐(2)、二級選擇性催化還原的催化劑罐(4)和排氣管(5); 所述的尿素混合管(9)的一端設(shè)有尿素噴射嘴(1)，另一端與一級選擇性催化還原的催化劑罐(2)連接；所述的尿素噴射嘴(I)和一級選擇性催化還原的催化劑罐(2)之間的尿素混合管(9)處設(shè)有尿素混合器(8); 所述的氨氣傳感器(3)設(shè)置在一級選擇性催化還原的催化劑罐(2)與二級選擇性催化還原的催化劑罐(4)之間； 所述的氮氧化物傳感器分別設(shè)置在二級選擇性催化還原的催化劑罐(4)之后，以及一級選擇性催化還原的催化劑罐(2)與二級選擇性催化還原的催化劑罐(4)之間。2.如權(quán)利要求1所述的串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，其特征在于，所述的一級選擇性催化還原的催化劑罐(2)與二級選擇性催化還原的催化劑罐(4)之間通過連接管道(10)串聯(lián)。3.如權(quán)利要求2所述的串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，其特征在于，所述的氮氧化物傳感器，包括設(shè)在一級選擇性催化還原的催化劑罐(2)與二級選擇性催化還原的催化劑罐(4)之間的連接管道(10)上的第一氮氧化物傳感器(7)，以及設(shè)置在二級選擇性催化還原的催化劑罐(4)之后的排氣管(5)上的第二氮氧化物傳感器(6)。4.如權(quán)利要求3所述的串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，其特征在于，所述的第一氮氧化物傳感器(7)和氨氣傳感器(3)分別能夠檢測一級選擇性催化還原的催化劑罐(2)與二級選擇性催化還原的催化劑罐(4)之間的氮氧化物濃度和氨氣濃度；所述的第二氮氧化物傳感器(6)能夠檢測二級選擇性催化還原的催化劑罐(4)之后的排氣管(5)內(nèi)的氮氧化物濃度。5.如權(quán)利要求4所述的串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，其特征在于，所述的裝置能夠通過第一氮氧化物傳感器(7 )、第二氮氧化物傳感器(6 )和氨氣傳感器(3 )的檢測值調(diào)整尿素噴射嘴(I)的尿素噴射量。6.如權(quán)利要求5所述的串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，其特征在于，所述的尿素噴射嘴(I)傾斜地設(shè)置在尿素混合管(9)的上部，其能夠?qū)⒁簯B(tài)尿素由上向下傾斜射入尿素混合管(9)內(nèi)部。7.如權(quán)利要求6所述的串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，其特征在于，所述的尿素混合管(9)，其設(shè)有尿素噴射嘴(I) 一端的管口為進(jìn)氣端，能夠接收柴油機(jī)尾氣。8.如權(quán)利要求7所述的串聯(lián)型柴油機(jī)選擇性催化后處理裝置，其特征在于，所述的尿素混合管(9)，其所設(shè)的尿素混合器(8)能夠?qū)⑸淙肽蛩鼗旌瞎?9)內(nèi)部的尿素與由進(jìn)氣端進(jìn)入的柴油機(jī)尾氣混合均勻。
【文檔編號】F01N3-28GK204283567SQ201420709798
【發(fā)明者】張輝 [申請人]張輝