用于柴油车尾气处理的还原气注入及四效催化净化系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于柴油车尾气处理的净化系统，其包括依序设置的柴油微粒过滤器、还原催化器及氧化催化器处理单元；柴油微粒过滤器中设有氧化催化剂，用以过滤除去柴油车尾气中的颗粒物质；还原催化器中设有ＮＯＸ还原催化剂，还设有还原气注入设备，用以还原去除尾气中的氮氧化物；氧化催化器中设有氧化催化剂，用于氧化去除尾气中的ＣＯ及烃类物质。本发明专利技术还提供了利用所述的净化系统处理柴油车尾气的方法。将本发明专利技术的净化系统直接安放在柴油车排气管道上，在排气温度下，不需外加热源，能实现同时消除柴油机尾气中碳颗粒物、烃类物质、一氧化碳和氮氧化物等污染物，且ＰＭ、ＣＯ、烃类在不同的工况下均达到国Ｖ以上标准，ＮＯＸ达到国ＩＶ标准。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于柴油车尾气处理的净化系统，具体是指一种包括还原气注入 设备的四效催化净化系统，将其用于处理柴油车尾气，可同时消除碳烟、一氧化碳、氮氧化 物和烃类四种污染物，属于环保领域。
技术介绍
由于柴油机与汽油机相比具有高的热效率、经济性和低的CO2排放量，因此，柴油 汽车具有光明的发展前途。然而，随着环保法规的日益严格，柴油机尾气污染物对环境的严 重污染正受到人们的广泛关注。柴油车排放的污染物有一氧化氮、一氧化碳、燃料中燃烧未 完全而残留的烃类物质，以及固相颗粒污染物。如何降低柴油车尾气的排放，保证人们的健 康，实现经济、环境以及人民生活水平的可持续发展是摆在我们面前的现实性问题。从技术 的范畴看，减少柴油车排放应该从燃油品质、内燃机技术和内燃机机外排放控制技术三方 面同时着手。并且三种技术应该配套使用、分层次地协调发展。近几年来，通过几大机内技 术已经可以大幅度降低柴油机污染的排放。但是受燃烧方式的限制，机内技术无法完全去 除颗粒物和N0X。因此，尾气后处理技术成为很有前景的一项柴油车尾气排放控制技术。对于柴油机尾气的净化主要包括过滤技术和催化转化技术。目前，在柴油机的排 气净化系统中常见的系统主要有氧化催化器、微粒过滤器和NOx还原催化器等。氧化催化器 主要用于氧化去除PM中的可溶有机成分(SOF)和烃类；微粒过滤器用于过滤并去除碳烟等 颗粒状物质；氮氧化物净化技术主要用于去除尾气中的氮氧化物，有选择催化还原(SCR) 和氮氧化物储存还原(NSR)两种方法。对NSR而言，其成本很高并且要求发动机的控制复 杂，需要周期性地转变为浓混合气的状态，它不能使用高含硫柴油，而且高温时转化率低。 SCR —股采用尿素或氨气，其优点是提高了燃油经济性，而且SCR对硫不敏感，即使是硫含 量比较高的柴油，仍能有效地长期工作。SCR技术在固定式柴油机上已成熟并应用，但还原 剂影响了它在汽车上的应用，它面临的主要问题是需要建立尿素的供应网络。另外，由于其 结构复杂，氨在汽车上难以携带，且易造成氨气泄露污染，危险性大。上述三种技术只能去 除某种或某几种污染物，而不能将柴油车尾气中的四种污染物同时除去。为了更好地净化柴油车尾气，研究人员尝试将各种不同的氧化催化器、微粒过滤 器和/或NOx还原催化器等处理单元组装到同一个系统中。1999年Cerxy公司开发一种Quad CAT/TM四元催化转化器，该装置由一个催化过 滤器⑶PF和NOx-SCR催化剂构成，获得了瑞典政府的认证。日本三菱公司开发了一种柴油 轿车排气净化用的四元催化转化器，由两段陶瓷蜂窝体构成，前端是Pt基NOx选择还原催 化剂(HC-SCR)，后段是氧化HC、CO和SOF的Pt基氧化催化剂。但是该工艺催化剂所用贵 金属含量较多，成本较大。CN101176854A公开了一种以合金金属为载体的柴油车尾气四效催化剂制备方法， 其中是以蜂窝状金属合金为载体、催化剂活性成分为贵金属，该催化剂能促进柴油机尾气 中碳颗粒和氮氧化物的互为氧化_还原反应。但是该催化剂制备工艺较复杂，不利于产品的工业化。
技术实现思路
本专利技术针对现有柴油机尾气处理技术存在的不足和缺陷，提供一种可同时消除柴 油机尾气中四种主要污染物的尾气处理系统，且该系统中催化剂制备方法简单，具有高效 的氧化和还原催化性能，能够满足高效和实用的目的。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种用于柴油车尾气处理的净化系统，该系统 包括依序设置的柴油微粒过滤器、还原催化器以及氧化催化器处理单元，其中所述柴油微粒过滤器中设有氧化催化剂，用以过滤除去柴油车尾气中的颗粒物 质；所述还原催化器中设有NOx还原催化剂，且该还原催化器还设有还原气注入设备， 用以还原去除通过柴油微粒过滤器的尾气中的氮氧化物；所述氧化催化器中设有氧化催化剂，用于氧化去除通过还原催化器的尾气中的CO 及烃类物质。本专利技术的净化系统用于处理柴油车尾气，当尾气通过第一段的柴油微粒过滤器， 由于该过滤器中设有有助于碳黑氧化的氧化催化剂，可以高效过滤柴油车尾气中的颗粒物 质，并在碳黑达到一定积累量的时候，在较低温度下将其氧化，降低过滤器的背压，即使过 滤器得到再生；当反应尾气继续通过第二段的还原催化器时，由于其中设有还原催化剂，并 通过加入额外的还原气体做还原剂，可以弥补柴油车尾气中还原剂的不足，达到高效去除 氮氧化物的目的；当反应尾气继续通过第三段的氧化催化器，其中的氧化催化剂可以氧化 去除尾气中的CO及烃类物质。从而，利用本专利技术的净化系统，可同时消除柴油机尾气中的 碳烟、一氧化碳、氮氧化物和烃类四种主要污染物，是一种四效催化净化系统，能够满足高 效和实用的目的。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的四效催化净化系统中，所述柴油微粒过滤 器中的氧化催化剂含有以下活性组分包含Co和Ce的活性金属氧化物成分，包含金属Ce、Co、La和K的钙钛矿复合氧化物成分，或包含金属Ce、Mn、La和K的钙钛矿复合氧化物成分；根据本专利技术的更具体的优选方案，所述柴油微粒过滤器上还可进一步包括氧化 铝，所述氧化铝主要是作为连接剂，用以将所述氧化催化剂固定在柴油微粒过滤器上。根据本专利技术的更具体的优选方案，所述柴油微粒过滤器中的氧化催化剂包含Co 和Ce的活性金属氧化物成分时，所述Ce和Co的摩尔比为1. 5 5 1 ；根据本专利技术的更具体的优选方案，所述柴油微粒过滤器中的氧化催化剂包 含Ce、Co、La和K的钙钛矿复合氧化物成分时，所述Ce、Co、La和K的摩尔比为1. 5 5 1 0.9 0. 1。根据本专利技术的更具体的优选方案，所述柴油微粒过滤器中的氧化催化剂包 含Ce、Mn、La和K的钙钛矿复合氧化物成分时，所述Ce、Mn、La和K的摩尔比为1. 5 5 1 0.9 0. 1。根据本专利技术的具体实施方案，本专利技术的四效催化净化系统中，所述柴油微粒过滤器是按照以下方法制备得到的提供一微粒过滤器本体；用氧化铝溶胶溶液浸渍所述过滤器本体；用活性组分的前驱体溶液浸渍所述过滤器，干燥后焙烧，得到含有活性组分的微 粒过滤器；其中，所述活性组分的前驱体溶液选自含有由硝酸铈、硝酸钴组成的金属氧化 物前体的混合溶液，含有由硝酸镧、硝酸铈、硝酸钴和硝酸钾组成的钙钛矿复合氧化物前体 的混合溶液，或含有由硝酸镧、硝酸铈、硝酸锰和硝酸钾组成的钙钛矿复合氧化物前体的混 合溶液。更具体地，本申请中微粒过滤器上负载的活性组分是用柠檬酸络合燃烧法制备 的，其中柠檬酸在里面起到络合剂的作用，在具体制备前驱体溶液时，在溶液中加入适量 的柠檬酸，具体的，加入柠檬酸的物质的量等于溶液中除铈离子外的其它金属离子总和的 0. 3 1. 5 倍。 在本专利技术的一更具体实施方案中，所述柴油微粒过滤器的制备方法包括(1)提供一微粒过滤器本体；关于微粒过滤器本体可以采用现有技术中的微粒过 滤器，过滤器的性能会因其本身的结构和材料而有差异，结构主要指微粒过滤器的孔径、孔 数、壁厚等；材料有陶瓷蜂窝载体、陶瓷纤维编织物、金属蜂窝载体等。本专利技术中使用时可通 过对成本、压降、过滤效率、抗损坏能力等方面的考虑而采取不同的选择。根据本专利技术的一 优选具体实施方案，由于堇青石具有价格低廉、具有一定的耐热性能、较低的热膨胀系数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于柴油车尾气处理的净化系统，该系统包括依序设置的柴油微粒过滤器、还原催化器以及氧化催化器处理单元，其中：所述柴油微粒过滤器中设有氧化催化剂，用以过滤除去柴油车尾气中的颗粒物质；所述还原催化器中设有ＮＯ↓［Ｘ］还原催化剂，且该还原催化器还设有还原气注入设备，用以还原去除通过柴油微粒过滤器的尾气中的氮氧化物；所述氧化催化器中设有氧化催化剂，用于氧化去除通过还原催化器的尾气中的ＣＯ及烃类物质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵震，刘坚，荆延妮，刘艳丽，段爱军，姜桂元，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]