低排放吸附剂和罐系统技术方案

本说明书提供了低DBL渗移排放性能特性，其通过包括通风侧容积而允许设计比现有技术可能的那些更简单且更紧凑的蒸发燃料排放控制系统，所述通风侧容积包括平行通道吸附剂，诸如具有窄沟道宽度和低单元间距的炭蜂窝体。诸如具有窄沟道宽度和低单元间距的炭蜂窝体。诸如具有窄沟道宽度和低单元间距的炭蜂窝体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低排放吸附剂和罐系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年3月27日提交的标题为“Low Emission Adsorbent and Canister System”的美国临时专利申请63/001,164和2020年11月10日提交的标题为“Low Emission Adsorbent and Canister System”的美国临时专利申请63/111,768的优先权，这两个专利申请全文以引用方式并入本文。


[0003]1.发现领域。在各种实施方案中，本专利技术总体上涉及蒸发排放控制系统。

技术介绍

[0004]2.背景信息。汽油燃料从机动车燃料系统的蒸发是烃空气污染的主要潜在来源。这些燃料蒸汽排放在车辆行驶、加油或停车(即发动机关闭)时发生。这类排放可以通过罐系统来控制，所述罐系统使用活性炭以吸附从燃料系统排放的燃料蒸汽。在某些发动机运行模式下，通过用环境空气吹洗罐系统以使燃料蒸汽从活性炭解吸附来周期性地从活性炭去除所吸附的燃料蒸汽。接着，再生的碳准备吸附其他燃料蒸汽。
[0005]在所属领域中众所周知，用于此浓度摆动(concentration
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swing)应用的空间效率更高的活性炭吸附剂的特征在于具有朝向高蒸汽分压急剧倾斜的吸附容量的正丁烷蒸汽吸附等温线(US 6,540,815)。以此方式，吸附剂在相对高浓度的在汽油燃料情况下存在的类型的蒸汽的情况下具有高能力，并且吸附剂有利于在暴露于低蒸汽浓度或分压时，诸如在吹洗期间释放这些所捕获的蒸汽。这些高性能活性炭具有大量的呈“小型间隙孔”形式的孔隙容积(例如，SAE Technical Papers 902119和2001
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03
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0733，和Burchell 1999，第252
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253页)，其尺寸优选是约1.8nm至约5nm，如通过氮吸附等温线的Barrett、Joyner和Halenda(BJH)分析方法所测量(例如，US 5,204,310)。(根据IUPAC分类，小型间隙孔是＜2nm微孔尺寸范围内的约1.8nm
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2nm尺寸的孔，加2nm
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50nm间隙孔尺寸范围内的约2nm
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5nm尺寸的孔)。小型间隙孔足够小以捕获呈冷凝相形式的蒸汽，并且易于在暴露于低蒸汽分压时排空。因此，这些孔中的体积与可由罐体积中的吸附剂回收的蒸汽量线性相关，称为汽油工作容量(GWC)，并且也与吸附剂的ASTM丁烷工作容量(这里为“ASTM BWC”)线性相关，如通过标准ASTM 5228方法所测量，其以引用的方式并入本文中。用于此应用的市售活性炭产品的ASTM BWC范围是约3至约17g/dL，其中9+g/dL BWC碳有利于针对罐系统的燃料蒸汽的工作容量，并且在针对大气孔口或通风侧面的一个或多个后续容积(即，通风侧面吸附剂容积)中使用较低的BWC碳。通常，圆柱形丸粒和其他设计成形(例如，球形颗粒)的活性炭优于不规则形状或压碎的颗粒，尤其是对于需要调节的流动限制的罐系统，诸如用于在加油期间的蒸汽捕获。丸状和设计成形的活性炭的优点包括良好的机械强度、低粉尘、低起尘率、在处理中的高所需尺寸产率(on
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size yield)和窄的颗粒尺寸分布，该窄的颗粒尺寸分布在整装运输和处理之后提供在升尺寸罐填充物上的一致性。
[0006]尽管高度中孔的吸附剂对于工作容量是有利的，但是吸附剂的高ASTMBWC及其高
GWC在实践中似乎与燃料蒸汽排放控制系统即使在车辆不运行时也提供低排放的同时需要背道而驰。
[0007]例如，环境问题的增加继续推动对烃排放的严格法规。当车辆在日间(即，昼间升温)期间被停放在温暖环境中时，燃料箱中的温度升高，引起燃料箱中的蒸汽压升高。通常，为了防止燃料蒸汽从车辆泄漏到大气中，燃料箱通过导管连通到包含合适燃料吸附剂材料的罐中，所述燃料吸附剂材料可以暂时吸附燃料蒸汽。罐界定蒸汽或流体物料流路径，使得当车辆静止时，流体的燃料蒸汽从燃料箱通过燃料箱导管，通过一个或多个吸附剂容积，并且到达向大气开放的通风口。来自燃料箱的燃料蒸汽和空气的混合物通过罐的燃料蒸汽入口进入罐并且扩散到吸附剂体积中，其中燃料蒸汽吸附在临时存储器中且被纯化的空气通过罐的通风口释放到大气中。一旦发动机启动，环境空气通过罐的通风口被抽吸到罐系统中。吹洗空气流动通过罐内部的吸附剂容积，并且脱附吸附在吸附剂容积上的燃料蒸汽，然后通过燃料蒸汽吹洗导管进入内燃机。吹洗空气无法脱附吸附在吸附剂容积上的全部燃料蒸汽，从而导致残留的烃(“剩余物”)可能排放到大气中。
[0008]此外，与气相局部平衡的残余料还允许燃料蒸汽以排放物形式从燃料箱迁移通过罐系统。这类排放通常在车辆已停放并且在若干天时间段内经历昼间温度变化时发生，通常称为“昼间换气损失”(DBL)排放。加利福尼亚低排放车辆法规(California Low Emission Vehicle Regulations)要求从2003年款开始的许多车辆的罐系统的这些DBL排放低于10mg(“PZEV”)，并且从2004年款开始的大量车辆低于50mg，通常低于20mg(“LEV
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II”)。
[0009]现在，加利福尼亚低排放车辆法规(“LEV
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III”)和美国联邦3级法规(United States Federal Tier 3regulations)要求，根据渗移排放测试程序(BETP)，罐DBL排放不超过20mg，如2012年3月22日在用于2001年和后续型号机动车的加利福尼亚蒸发排放标准和测试程序(Califomia EvaporatiVe Emissions Standards and Test Procedures for2001and Subsequent Model Motor Vehicles)中所书写。此外，关于DBL排放的法规持续对蒸发排放控制系统造成挑战，尤其当吹洗空气量较低时。举例来说，混合动力车辆的DBL排放潜力可能更严重，所述混合动力车辆包括动力系统是内燃机和电动机的车辆(“HEV”)，以及具有启停系统的车辆，所述启停系统自动关闭和重新启动内燃机以降低发动机空转时间量，由此减少燃料消耗和尾管排放。在这类混合动力车辆中，内燃机几乎在车辆运行期间的一半时间可以是关闭的。因为吸附剂上所吸附的燃料蒸汽仅在内燃机工作时被吹洗，因此混合动力车辆的罐中的吸附剂被新鲜空气吹洗的时间小于常规车辆的一半并且通常在55床容积(BV)至100BV范围内(基于美国EPA联邦测试程序(FTP)
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75驾驶循环)，其中“BV”是吹洗流的总体积与罐系统中的吸附剂的体积的比。并且，混合动力车辆产生几乎与常规车辆相同的量的蒸发燃料蒸汽。混合动力车辆的较低吹洗频率和较低吹洗体积不足以清洁罐中的吸附剂的残余烃残余物，引起高DBL排放。当被工程改造以实现最佳驱动性能、燃料效率和尾管排放时，其他动力系统也面临类似的提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种蒸发排放控制罐系统，所述蒸发排放控制罐系统包括：一个或多个罐，所述一个或多个罐包括燃料侧吸附剂容积和至少一个通风侧平行通道吸附剂容积(PPAV)，其中所述至少一个通风侧PPAV包括外表面和平行于所述外表面延伸穿过其中的多个平行通道或沟道，并且其中所述平行通道或沟道被构造成具有小于或等于1.25mm的平均沟道水力直径(t
c，Dh
)、小于或等于1.5mm的水力直径单元间距(CP
Dh
)或它们的组合中的至少一者。2.根据权利要求1所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述平均沟道水力直径(t
c，Dh
)小于或等于1.20mm(例如，小于或等于1.10mm，小于或等于1.0mm)。3.根据权利要求1或2所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述水力直径单元间距(CP
Dh
)小于或等于1.45mm(例如，小于或等于1.4mm或小于或等于1.30mm)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述PPAV还包括以下中的至少一者：(i)小于约1.25mm的多个沟道宽度(t
c，avg
)；(ii)小于约1.5mm的多个沟道宽度单元间距(CP
tc，avg
)；(iii)约285cpsi至约1000cpsi的单元密度；(iv)小于约0.5mm的单元壁厚度；(v)小于约10g/dL的BWC；(vi)在25℃时，在5％至50％之间的正丁烷下小于约50g/L的递增吸附容量；或者(vii)它们的组合。5.根据权利要求4所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述PPAV的所述多个沟道宽度(t
c，avg
)小于约1.20mm(例如，小于或等于1.10mm，小于或等于1.0mm)。6.根据权利要求4或5所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述PPAV的所述多个沟道宽度单元间距(CP
tc，avg
)小于约1.45mm(例如，小于约1.4mm，或小于约1.3mm)。7.根据权利要求4至6中任一项所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述单元密度为约300cpsi至约900cpsi(例如，约400至约900或约400至800或约400至约600)。8.根据权利要求4至7中任一项所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述PPAV的所述单元壁厚度为约0.1mm至约0.5mm。9.根据权利要求4至8中任一项所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述至少一个通风侧PPAV具有小于约9.5g/dL(例如，小于约9g/dL，或小于约6g/dL，或约2.0g/dL至约9g/dL)的BWC。10.根据权利要求4至9中任一项所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述至少一个通风侧PPAV具有小于10g的克
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总BWC。11.根据权利要求4至10中任一项所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述至少一个通风侧PPAV在25℃时在5％至50％之间的正丁烷下具有小于45g/L(例如，小于约40g/L，小于约35g/L，约5g/L至约45g/L，约5g/L至约40g/L，约5g/L至约35g/L)的增量吸附容量(IAC)。12.根据权利要求1至11中任一项所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述至少一个通风侧PPAV是蜂窝体或圆柱形蜂窝体结构。13.根据权利要求1至12中任一项所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述至少一个通风侧PPAV包含吸附材料，所述吸附材料来源于以下中的至少一者：木材、木屑、木粉、棉籽绒、泥炭、煤、椰子、褐煤、碳水化合物、石油沥青、石油焦炭、煤焦油沥青、果核、果仁、坚果壳、坚果核、锯末、棕榈、蔬菜、合成聚合物、天然聚合物、木质纤维素材料或它们的组合。14.根据权利要求1至13中任一项所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述至少一个通风侧PPAV包含活性炭或木炭。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述系统在40g/hr丁烷加载步骤之后施加的不超过315升(例如，300、290、280、270、260、250、240、230、220、210、200、190、180、170、160、150、140、130、120、110或100升)的吹洗或不超过150床容积(BV)(例如，140、130、120、110、100、90、80、75、70、65、60、55、50、45、40、35或30BV)的吹洗下具有不超过50mg(例如，40、30、20或10mg)的两天昼间换气损失(DBL)，如通过2012年加利福尼亚渗移排放测试程序(BETP)所测定的。16.一种蒸发排放控制系统，所述蒸发排放控制系统包括：燃料箱，所述燃料箱用于储存燃料；发动机，所述发动机具有空气引入系统并适于消耗所述燃料；以及一个或多个罐，所述一个或多个罐包括燃料侧吸附剂容积和至少一个通风侧平行通道吸附剂容积(PPAV)，其中所述至少一个通风侧PPAV包括外表面和平行于所述外表面延伸穿过其中的多个平行通道或沟道，并且其中所述平行通道或沟道被构造成具有小于或等于1.25mm的平均沟道水力直径(t
c，Dh
)、小于或等于1.5mm的水力直径单元间距(CP
Dh
)或它们的组合中的至少一者，其中所述罐包括将所述蒸发排放控制罐系统连接到所述燃料箱的燃料蒸汽入口导管；燃料蒸汽吹洗出口导管，所述燃料蒸汽吹洗出口导管将所述蒸发排放控制罐系统连接到所述发动机的所述空气引入系统；以及通风导管，所述通风导管用于将所述蒸发排放控制罐系统通风至大气并用于允许吹洗空气进入所述蒸发排放控制罐系统，其中所述蒸发排放控制罐系统由从所述燃料蒸汽入口导管朝向所述至少一个PPAV和所述通风导管至所述燃料侧吸附剂容积的燃料蒸汽流动路径、以及由从所述通风导管朝向所述燃料侧吸附剂容积和所述燃料蒸汽吹洗出口至所述至少一个PPAV的空气流动路径限定。17.根据权利要求16所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述平均沟道水力直径(t
c，Dh
)小于或等于1.20mm(例如，小于或等于1.10mm，小于或等于1...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬，
申请(专利权)人：英格维蒂南卡罗来纳有限责任公司，
类型：发明
国别省市：