包括活性炭的蒸发排放控制制品制造技术

一种适用于烃吸附的涂覆基材(2a，2b)，其具有至少一个表面和所述至少一个表面上的涂层，所述涂层包含颗粒碳和粘合剂，其中所述颗粒碳具有至少约1300m2/g的BET表面积；和以下中的至少一个：(i)在5％丁烷下大于60％的丁烷亲和力；(ii)在0.5％丁烷下大于35％的丁烷亲和力；(iii)大于约0.2ml/g的微孔体积和大于约0.5ml/g的中孔体积。提供一种包含所述涂覆基材(2a，2b)的废气排放洗涤器(1)和蒸发排放控制罐系统(30)。所述涂覆基材、废气排放洗涤器和蒸发排放控制罐系统可控制蒸发烃排放，并且即使在低吹扫条件下也可以提供低昼间换气损失(DBL)排放。失(DBL)排放。失(DBL)排放。

【技术实现步骤摘要】
包括活性炭的蒸发排放控制制品
[0001]本申请是申请号为201980047288.9的专利技术专利申请的分案申请，原申请的申请日为2019年7月12日，专利技术名称为：包括活性炭的蒸发排放控制制品。


[0002]本公开总体上涉及烃排放控制系统。更具体地，本公开涉及用于控制来自机动车发动机和燃料系统的烃的蒸发排放的涂覆有烃吸附涂层组合物的基材、蒸发排放控制系统组件和蒸发排放控制系统。

技术介绍

[0003]由内燃发动机提供动力的机动车的燃料系统中汽油燃料的蒸发损失是造成烃对大气污染的主要潜在因素。蒸发排放被定义为并非源自车辆的排气系统的排放。车辆总体蒸发排放的主要成分是源自燃料系统和进气系统的烃燃料蒸气。使用活性炭来吸附从燃料系统排放的燃料蒸气的罐系统可用于限制这种蒸发排放。当前，所有车辆都具有含有活性炭球粒的燃料蒸气罐来控制蒸发排放。活性炭是所有汽车蒸发排放控制技术中使用的标准吸附性材料，所述技术通常利用活性炭作为吸附性材料来暂时吸附烃。
[0004]然后，通过吹扫空气从进气系统定期再生活性炭，所述进气系统解吸烃并将其带入发动机。因此，活性炭在车辆的寿命内经历了数千个吸附/解吸循环。在每个吸附循环期间，都会发生少量不可再生的不可逆吸附。在车辆的寿命内，这种少量的不可逆吸附缓慢增加，从而降低活性炭的总体有效吸附容量。这种现象称为跟(heel)或跟累积(heel build)。
[0005]许多燃料蒸气罐还含有额外控制装置，以捕获在昼间温度循环的高温期间从碳床逸出的燃料蒸气。出于压力降原因，用于这种排放的当前控制装置仅含有含碳的蜂巢式吸附剂。在此类系统中，通过用新鲜的环境空气吹扫罐系统，从活性炭中解吸燃料蒸气且从而再生碳以进一步吸附燃料蒸气来从活性炭中定期去除吸附的燃料蒸气。公开基于罐的蒸发损失控制系统的示例性美国专利包括美国专利第4,877,001号；第4,750,465号；和第4,308,841号。
[0006]可容许烃排放量的严格规定的制定已要求对机动车的烃排放量的逐渐严密控制，甚至在停用的时间段期间也是如此。在这样的时间段期间(即，当停车时)，车辆燃料系统可能处于温暖的环境中，这引起燃料箱中的蒸气压力增加，并因此可能引起燃料蒸发损失到大气中。
[0007]上述罐系统在容量和性能方面具有某些限制。例如，吹扫空气不能使吸附在吸附剂体积上的全部燃料蒸气解吸，产生可能排放到大气中的残留烃(“跟”)。如本文所用，术语“跟”是指当罐处于吹扫或“清洁”状态时通常存在于吸附性材料上且可能导致吸附剂的吸附容量降低的残留烃。另一方面，废气排放物是指从吸附性材料逸出的排放物。例如，当吸附和解吸之间的平衡比起吸附明显更倾向于解吸时，就会发生渗出。当车辆在几天的时间段内经历昼间温度变化(通常称为“昼间换气损失”)时，会发生这种排放。某些规定需要将罐系统的这些昼间换气损失(DBL)排放维持在非常低的水平。例如，自2012年3月22日起，加
利福尼亚州低排放车辆规定(LEV
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III)要求，按照废气排放测试程序(BETP)2001类型及以后类型机动车的罐2天DBL排放量不得超过20mg。当前在此类燃料罐中安装废气排放阱，以实现如此低的废气排放值。这些阱由挤出的碳整料组成，并且意图在两日昼间循环中吸附燃料罐中的100
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500mg排放物。
[0008]先前所公开的是一种在严格DBL条件下通过以下方式限制烃排放的方法：将燃料蒸气引导通过初始吸附剂体积和接着至少一个后续吸附剂体积，然后将其排放到大气中，其中所述初始吸附剂体积具有比所述后续吸附剂体积更高的吸附容量。参见美国专利第RE38,844号。
[0009]先前还公开的是一种蒸发排放控制罐系统装置，其具有高吹扫效率和中等丁烷工作容量，其具有初始和至少一个后续吸附剂体积，并且在40g/小时的丁烷装载步骤后，有效丁烷工作容量(BWC)小于3g/dL，g
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总BWC在2克至6克之间，且在不超过约210升的吹扫下两天DBL排放不超过20mg。参见美国专利申请公开案第2015/0275727号。
[0010]当前最先进的蒸发排放控制罐中使用的活性炭通常是从自然资源(例如煤或农业副产品)中获得的，并且通常表面积在1100
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2200m2/g范围内，且总孔体积在0.8
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1.5cm3/g范围内。值得注意的是，当将孔体积绘制为孔半径的函数时，这些活性炭都具有刚好低于的峰，其中相对极少孔体积在30
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80范围内。
[0011]关于DBL排放的更严格的规定继续促使开发改进的蒸发排放控制系统，尤其是用于吹扫量减少的车辆(即，混合动力车辆)。由于较低吹扫频率，此类车辆可能会产生高DBL排放，这等于较低总吹扫量和较高残留烃跟。因此，希望有一种蒸发排放控制系统，尽管其体积小和/或不经常吹扫循环，但其DBL排放却低。此外，尽管先前公开了用于捕获来自燃料系统的蒸发烃排放的装置，但是仍然需要高效的蒸发排放控制系统，以减少空间要求和重量，同时进一步在各种条件下减少潜在蒸发排放量。尤其合乎需要的是具有较低跟累积的蒸发排放控制制品和系统。

技术实现思路

[0012]提供了一种适用于烃吸附的涂覆基材和一种包含所述涂覆基材的蒸发排放控制制品和系统。所公开的涂覆基材、制品和系统可用于控制蒸发烃排放，并且即使在低吹扫条件下也可以提供低昼间换气损失(DBL)排放。在排放物可以释放到大气中之前，涂覆基材去除了内燃发动机和/或相关联燃料源组件中产生的蒸发排放物。涂覆基材包含具有新颖孔径分布的活性炭，其与最先进的活性炭一样，在低烃浓度下提供了较高的吸附容量，同时在许多吸附/解吸循环期间维持较低的跟累积。已出人意料地发现，只有表面积、孔体积分布和丁烷等温线形状的某种组合才可以使涂覆碳满足严格的排放规定。因此，在第一方面，提供了一种适用于烃吸附的涂覆基材，所述涂覆基材具有至少一个表面和所述至少一个表面上的涂层，所述涂层包含颗粒碳和粘合剂，其中所述颗粒碳具有至少约1300m2/g的BET表面积；和以下中的至少一个：(i)在5％丁烷下大于60％的丁烷亲和力；(ii)在0.5％丁烷下大于35％的丁烷亲和力；(iii)大于约0.2ml/g的微孔体积和大于约0.5ml/g的中孔体积。
[0013]在一些实施例中，颗粒碳的正丁烷吸附容量在约3mm Hg的正丁烷压力下为至少约40ml/g。在一些实施例中，颗粒碳的正丁烷吸附容量在约3mm Hg的正丁烷压力下为约40ml/g至约80ml/g。在一些实施例中，颗粒碳的正丁烷吸附容量在约3mm Hg的正丁烷压力下为约
40ml/g、约45ml/g、约50ml/g、约55ml/g、约60ml/g或约65ml/g至约70ml/g、约75ml/g或约80ml/g。
[0014]在一些实施例中，颗粒碳的BET表面积为约1300m2/g至约2500m2/g。在一些实施例中，颗粒碳的BET表面积为约1400m2/g至约1600m2/g。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蒸发排放控制罐系统，其包含：包含在第一罐中的第一吸附剂体积、用于将所述第一罐与发动机连接的燃料蒸气吹扫管、用于使燃料箱与所述第一罐通气的燃料蒸气入口导管和用于使所述第一罐与大气通气且用于将吹扫空气引入所述第一罐的通气导管；和第二吸附剂体积，其包含废气排放洗涤器，所述废气排放洗涤器包含：吸附剂体积，其包含适用于烃吸附的涂覆基材，所述涂覆基材包含具有至少一个表面的基材和所述至少一个表面上的涂层，所述涂层包含颗粒碳和粘合剂，其中所述颗粒碳具有至少约1300m2/g的BET表面积；和以下中的至少一个：i.在5％丁烷下大于60％的丁烷亲和力；ii.在0.5％丁烷下大于35％的丁烷亲和力；iii.大于约0.2ml/g的微孔体积和大于约0.5ml/g的中孔体积；其中吸附剂体积的g
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总丁烷工作容量BWC为约0.1克至小于约2克；其中所述第二吸附剂体积与所述第一吸附剂体积流体连通，所述废气排放洗涤器包含在所述第一罐中或包含在第二罐中；并且其中所述蒸发排放控制系统被配置成允许所述第一吸附剂体积与所述第二吸附剂体积通过所述燃料蒸气依序接触。2.根据权利要求1所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述颗粒碳的正丁烷吸附容量在约3mm Hg的正丁烷压力下为至少约40ml/g。3.根据权利要求1所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述颗粒碳的正丁烷吸附容量在约3mm Hg的正丁烷压力下为约40ml/g至约80ml/g。4.根据权利要求1所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述颗粒碳的BET表面积为约1300m2/g至约2500m2/g。5.根据权利要求1所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述颗粒碳的微孔体积为约0.20ml/g至约0.35ml/g。6.根据权利要求1所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述颗粒碳的中孔体积为约0.5ml/g至约0.8ml/g。7.根据权利要求1所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述基材选自由以下组成的组：泡沫体、整体材料、非纺织物、纺织物、片材、纸、螺旋线、带、挤出形式的结构化介质、缠绕形式的结构化介质、折叠形式的结构化介质、褶皱形式的结构化介质、波纹形式的结构化介质、浇注形式的结构化介质、粘合形式的结构化介质和其组合。8.根据权利要求1所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述基材是整料。9.根据权利要求8所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述整料是陶瓷。10.根据权利要求1所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述基材是塑料。11.根据权利要求10所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述塑料选自由以下组成的组：聚丙烯、尼龙
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6、尼龙
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6,6、芳香族尼龙、聚砜、聚醚砜、聚对苯二甲酸丁二酯、聚邻苯二甲酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酯和聚氨酯。12.根据权利要求1所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述涂层厚度小于约500微米。13.根据权利要求1所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述粘合剂相对于所述颗粒碳以约10重量％至约50重量％的量存在。
14.根据权利要求1所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述第一吸附剂体积为约1.9至约3.0升，并且其中当在以下测试条件下测试时，在加利福尼亚州废气排放测试协定(BETP)下2天昼间换气损失(DBL)小于约20mg：i.所述第一吸附剂体积为2.5L，并且在80床体积的吹扫体积下；或ii.所述第一吸附剂体积为1.9L，并且在135床体积的吹扫体积下。15.根据权利要求1所述的蒸发排放控制罐系统，其进一步包含：燃料箱，其用于燃料储存；和内燃发动机，其适于消耗所述燃料；其中所述蒸发排放控制罐系统由从所述燃料蒸气入口导管到所述第一罐，朝向所述第二吸附剂体积和到所述通气导管的燃料蒸气流动路径，以及由从所述通气导管到所述第二吸附剂体积，朝向所述第一罐和朝向所述燃料蒸气吹扫管的双向空气流动路径界定。16.根据权利要求15所述的蒸发排放控制罐系统，其中所述第一吸附剂体积为约1.9至约3.0升，并且其中当在以下测试条件...

【专利技术属性】
技术研发人员：W，
申请(专利权)人：巴斯夫公司，
类型：发明
国别省市：