减少蒸发排放控制系统中排放物的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种通过提供多层或多级吸收剂来急剧减少从汽车蒸发排放控制系统的昼夜呼吸损失排放的方法。在排放控制系统滤罐的燃料源一侧，在第一滤罐（吸附）区域优选有高工作容量的碳。在通风孔一侧的后续滤罐区域，与燃料源一侧的吸附剂相比，优选的吸附剂应具有按体积基础计为平的或较平的吸附等温线和在高浓度蒸汽时相对较低的容量。描述了多种达到通风孔一侧滤罐区域的优选性质的方法。一种方法是使用填料和／或空隙作为体积稀释剂，用于使吸附等温线变平。另一种方法是采用一种具有所需吸附等温线性质的吸附剂，并将其加工成合适形状或形式，不必要求任何专门的供应来稀释。与用于汽车排放控制系统滤罐配置中的已知吸附剂相比，燃料源一侧的高工作容量碳和通风孔一侧的优选的较低工作容量的吸附剂的改进结合，在工作容量没有显著损失和流动限制没有显著增加的条件下，提供了显著较低的昼夜呼吸排放。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
1.专利
本专利技术涉及一种减少蒸发控制系统中排放物的方法，该系统包括活性炭粒子填充的滤罐和包含吸附性整料的滤罐，其中整料包括活性炭，本专利技术还涉及利用所述吸附滤罐从流体中去除挥发性有机化合物和其它化学试剂的方法。更具体地，本专利技术涉及在消耗烃类燃料的发动机中采用所述蒸汽吸附材料。2.相关技术描述(包括按37 CFR 1.97和37 CFR 1.98公开的信息)(a)标准工作容量吸附剂机动车辆燃料系统中的汽油蒸发是烃类空气污染的主要潜在来源。汽车工业被要求将发动机部件和系统设计为能最大程度地包含从燃料系统中蒸发的汽油，该汽油量仅在美国每年就达近十亿加仑。这样的排放可以通过采用活性炭对蒸发的蒸汽进行吸附和保留的滤罐系统进行控制。在某些发动机操作模式中，通过滤罐吸入空气并在发动机中燃烧被脱附的蒸汽，从而将被吸附的烃类蒸汽周期性地从碳中去除。然后使再生的碳准备用于吸附其它的蒸汽。在美国环保署(EPA)的批准下，这些控制系统已在美国使用了约30年，在此期间，政府法令已经逐渐降低了这些系统的可允许排放量。相应地，控制系统的改进大多集中在改善活性炭的容量以保留烃类蒸汽。例如，目前包含统一容量的活性炭的滤罐系统很容易就能够在吸附和空气净化再生循环中捕获和释放100克蒸汽。这些滤罐系统还必须有低的流体限制，以容纳在补给燃料时从燃料罐中出来的置换空气和烃类蒸汽的总体流动。用于汽车排放控制系统的活性炭的改进公开于以下美国专利4,677,086；5,204,310；5,206,207；5,250,491；5,276,000；5,304,527；5,324,703；5,416,056；5,538,932；5,691,270；5,736,481；5,736,485；5,863,858；5,914,294；6,136,075；6,171,373；6,284,705。附图说明图1显示了一个典型的在汽车排放控制系统领域中采用的滤罐。滤罐1包括支撑滤网2、分隔壁3、通向大气的出气孔4(用于发动机关闭的时候)、蒸汽源接口5(从燃料罐)、真空驱气接口6(用于发动机运转时)和吸附材料填料7。其它基本的汽车排放控制系统滤罐公开于以下美国专利5,456,236；5,456,237；5,460,136和5,477,836。用于蒸发排放滤罐的典型碳通过以下参量的标准测量进行表征床层填充密度(“表观密度”，g/mL)、对于100％丁烷蒸汽的平衡饱和容量(“丁烷活性”，g/100g碳)和净化能力(“丁烷比”)，具体地，该净化能力就是在饱和步骤中能够被空气净化步骤中的碳回收的吸附丁烷的比例。这三个性质的乘积为碳的有效丁烷“工作容量”(“BWC”，g/dL)测量值，其通过ASTM D5228-92进行测量，该标准已在本领域中建立，作为汽油蒸汽的滤罐工作容量的良好预测。对这一应用具有优越性能的碳具有高BWC，典型地为9至15+g/dLBWC，这是由于按丁烷容量计的高饱和容量(密度和丁烷活性的乘积)和高丁烷比(＞0.85)而产生的。按照所有蒸汽浓度的等温平衡吸附容量，这些碳特有地具有高的容量增量作为蒸汽浓度增量的函数(即，在半对数图表中向上弯曲的等温线)。这个向上弯曲的等温线反映了这些碳的高工作容量的性能特征，其中汽油蒸汽在高浓度下被大量吸附但易于以高浓度被释放到空气净化气流中。此外，这些碳倾向于为粒子状(有点不规则形状)或圆柱状小粒，典型的直径为约1-3mm。已发现，在动态吸附和净化周期内，稍大些的尺寸阻碍了蒸汽向碳粒子内的扩散传递和从碳粒子向外的扩散传递。另一方面，尺寸稍微小些的粒子在补给燃料时对于置换空气和烃类蒸汽具有不可接受的高流动限制。(b)昼夜呼吸损失(Diurnal Breathing Loss)(DBL)要求最近，已经公布法令，要求对于蒸汽必须被控制的方式进行改变。滤罐的允许排放标准将被减低到很低，以至于排放蒸汽的主要来源燃料罐不再是主要关心的问题，因为现有的常规蒸汽排放控制看来已经达到了很高的去除效率。相反地，现在关心的问题实际上是在再生(净化)步骤后作为残留“根部(heel)”保留在碳吸附剂本身上面的烃类。这样的排放典型地在车辆已停放几天并受昼夜温度变化的影响时发生，通常称为“昼夜呼吸损失”。现在，加利福尼亚低排放车辆法规(California Low Emission Vehicle Regulation)要求许多以2003型号年开始的车辆在滤罐系统中的昼夜呼吸损失(DBL)排放低于10mg(“PZEV”)，更多的以2004型号年开始的车辆的昼夜呼吸损失(DBL)排放低于50mg、典型地低于20mg(“LEV-II”)。(“PZEV”和“LEV-II”是加利福尼亚低排放车辆法规的标准)。虽然在市售滤罐中使用的标准碳在工作容量方面性能优越，但是这些碳在正常滤罐操作中不能满足DBL排放目标。而且，工作容量性质的标准测量都不能和DBL排放性能联系起来。虽然如此，要满足排放目标的一个选择是显著增加在再生过程中净化气体的体积，以减少在碳床中残余烃类根部量，由此可以减少后续排放。然而，这种策略具有如下缺点在净化再生过程中对于发动机的燃料/空气混合物的操控复杂和趋向于不利地影响排气管排放，即，转移或重新定义了问题而不是解决它(参见美国专利4,894,072)。另一种选择是设计碳床，以使滤罐系统通风孔一侧(与净化空气接触的床的第一部分)上的横截面面积相对较低，这通过重新设计现有滤罐尺寸或通过安装尺寸合适的附加的辅助通风孔一侧的滤罐来实现。通过增加床的通风孔一侧部分的净化强度，这种可供选择的方法具有局部减少残余烃类根部的效果，由此提高了其在昼夜呼吸条件下保留蒸汽的能力，否则所述蒸汽就从滤罐系统中被排放出去。其缺点是存在使用性限制，一部分床层在减小横截面积的情况下被伸长，而不会由于滤罐系统另外导致过度的流动限制。实际上，这一限制不允许采用足够窄和长的几何形状来满足排放目标(参见美国专利5,957,114)。美国专利6,098,601和6,279,548讲述了另一种提高在吸附材料孔道中被吸附的蒸汽/空气混合物部分的净化效率的选择，通过提供滤罐的加热性能内部构件或其中的一部分，以提高蒸汽储罐中的压力来驱使热蒸汽通过蒸汽/净化管道回到燃料罐中，在那里热蒸汽在较低的常温下浓缩(’601)，或提高被加热的吸附材料中烃类的净化效率，并携带被净化的燃料蒸汽到联合发动机的进气系统(’548)，从而提高了净化效率。然而，这使控制系统管理的复杂性增加，并且在提供用于收集燃料蒸汽的滤罐的加热内构件时出现某些内部安全问题。因此，迫切需要一种没有所述替代方法的缺点的可接受的补救方法。本文公开并要求保护的本专利技术提供了所需的解决方案。专利技术概述本专利技术公开了通过使用多层或多级吸收剂来急剧减少来自蒸汽排放滤罐的昼夜呼吸损失排放。在滤罐的燃料源一侧，优选标准的高工作容量的碳。在通风孔一侧，除了在很宽蒸汽浓度范围内的某些所需的特有吸附性质之外，所述吸附性质具体地为与燃料源一侧吸附剂体积相比在高浓度蒸汽时相对较低的容量增量，优选的吸附剂体积还具有基于体积的平或变平的吸附等温线。本文描述了两种用于达到通风孔一侧吸附剂体积的这些优选性质的方法。一种方法是使用一种填料和/或床空隙作为体积本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种减少汽车蒸发排放控制系统中的燃料蒸汽排放的方法，所述方法包括以下步骤：使燃料蒸汽和初始吸附剂体积及至少一个后续吸附剂体积接触，所述初始吸附剂体积在２５℃时、在正丁烷蒸汽浓度为５ｖｏｌ％至５０ｖｏｌ％之间具有大于３５ｇ正丁烷／Ｌ的吸附容量增量，所述后续吸附剂体积在正丁烷蒸汽浓度为５ｖｏｌ％至５０ｖｏｌ％之间具有小于３５ｇ正丁烷／Ｌ的吸附容量增量。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：劳伦斯H希尔特齐克，亚切克Z亚杰洛，爱德华D托尔斯，罗格S威廉斯，
申请(专利权)人：米德韦斯特瓦科公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]