CN102032030B

CN102032030B - 一种汽车尾气催化还原后处理器的复合单元

Info

Publication number: CN102032030B
Application number: CN200910217707.7A
Authority: CN
Inventors: 张克金; 应善强; 王丹; 崔龙; 刘国军
Original assignee: FAW Group Corp
Current assignee: FAW Group Corp
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2029-09-25
Also published as: CN102032030A

Abstract

本发明涉及一种汽车尾气催化还原后处理器的复合单元，其特征在于：在混合单元的内壁和外壁上涂敷有陶瓷涂层，且表面层均匀致密的分布纳米级的TiO2颗粒；催化还原后处理器为方形箱体，其内腔隔板和端头封板的内侧上涂敷有陶瓷涂层，且表面层均匀致密的分布纳米级的TiO2颗粒。是对一种在商用车上应用的催化还原后处理器的结构进行改进，优化结构参数，改善尿素混合单元的效果，增加陶瓷涂层，且表面层均匀致密的分布纳米级的TiO2颗粒，强化尿素分解功能，并具有降噪和一定的保温效果，具有很高的实用价值。

Description

一种汽车尾气催化还原后处理器的复合单元

技术领域：

本发明涉及到一种汽车尾气催化还原后处理器的复合单元，应用于汽车尾气的后处理行业，适应于催化还原后处理结构，也适应于POC后处理结构。

背景技术：

目前汽车后处理技术包括SCR(Selective Catalytic Reduction)催化转化还原技术，DPF(Diesel Particulate Filter)颗粒捕捉器，DOC(Diesel Oxidation Catalyst)氧化型催化器等。催化还原技术的本质是利用尿素在高温下分解出NH₃，作为还原剂的NH₃和发动机排气中的NO_x在催化剂和温度的综合作用下进行反应，理想工况下生成无毒的N₂和H₂O，从而达到净化的目的。催化还原技术自70年代开始在国外作为发电厂等的固定源使用的脱硝技术而进行了开发和广泛应用。为应对新的环保法规的要求，国外从90年已开始把催化还原技术成功移植到柴油汽车上，并相应进行了催化还原催化剂工艺技术和尿素还原剂的开发验证，实现了工业化应用，例如，欧洲和日本。目前，欧洲的大多数制造商已经开始坚定不移的采用催化还原技术来实现欧4和欧5标准。

国外如此热衷于催化还原技术的原因，主要是催化还原具有很多优点，例如，可以在排气温度250～550℃的范围内具有50～85％的NO_x去除效率，并能有效降低PM的排放水平；催化还原能轻松满足欧4和欧5水平，也具有达到欧6水平的潜力；目前达到欧4采用的催化还原技术，发动机的燃油耗可降低3～6％；催化还原催化剂不含有贵金属，比成本相对较低；催化还原对车用燃油的质量，特别是硫含量不敏感。基于以上分析，催化还原后处理技术也最适合中国的车辆状况和车用燃油状况。

如果2008年在中国推广应用车载催化还原后处理技术，必须解决好尿素还原剂供应、尿素还原剂的剂量、尿素还原剂的雾化喷射、催化还原催化剂转换效率、氨气泄露量等至关重要的技术难点。上述各点都涉及到尿素还原剂的问题。在这些问题中，尿素还原剂的雾化喷射后同发动机排气的混合，并有效分解是一个关键点。它涉及到催化剂表面的堵塞问题、催化剂活性问题、尿素还原剂腐蚀和结焦堵塞喷嘴的问题。

从化学角度分析，尿素在温度高于135℃以上都会分解放出氨气，以实现对NOX的清除。但实际上，尿素在通过喷嘴喷射进发动机排气管中之后，在较高的气流输送下，一直到催化还原活性单元之前，往往不能有效的同排气气氛混合，其分解成NH3的效率也较差；或者从发动机排气歧管出来的高温气氛到达催化还原活性端的时候，温度降低较多，同样会降低NOX的去除效果。对于催化还原保温问题，国外的办法是整个系统都是采用双层金属板结构，这不仅增加了材料成本，也使总成的封装工艺异常复杂。

专利号为200720018679.2的‘大排量发动机催化还原后处理管路装置’的专利是在尿素喷嘴后方的发动机排气管上安装‘一种网状的混合器’，目的也是提高混合效果，但是，排气管的管径有限，如果网的孔太小，气流阻力大，影响发动机正常的运转；反之，如果网的孔太大，没有气流阻力，但是混合的效果很差，也没有考虑保温问题；专利号为200580003880.7的‘催化还原消声器’的专利是在催化还原活性端的入口前增设一个‘同心圆的多孔板’结构；专利号为200710107086.8的‘内燃机排气后处理装置’的专利是在催化还原活性端的上游安装了一个‘多孔的罐形混合气室，并把混合后的气氛逆向流动’增加混合效果，该专利存在结构复杂的问题。分析国外催化还原样件，发现其混合单元的结构各不相同，但是目的相同。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种汽车尾气催化还原后处理器的复合单元，它是对一种在商用车上应用的催化还原后处理器的结构进行改进，优化结构参数，改善尿素混合单元的效果，增加陶瓷涂层，且表面层均匀致密的分布纳米级的TiO2颗粒，强化尿素分解功能，并具有降噪和一定的保温效果，具有很高的实用价值。

本发明的技术方案是这样实现的：一种汽车尾气催化还原后处理器的复合单元，其特征在于：复合单元由连接法兰、进气管、壳体、混合单元、催化剂载体活性单元、出气管、支撑隔板、加强筋和导流孔以及陶瓷涂层组成；连接法兰和进气管氩弧焊接，并同配有导流孔的混合单元焊接成一体，混合单元采用加强筋和壳体焊接支撑；催化剂载体活性单元采用支撑隔板和壳体焊接支撑；出气管焊接在壳体上；在混合单元的内壁和外壁上涂敷有陶瓷涂层，且表面层均匀致密的分布纳米级的TiO2颗粒；催化还原后处理器为方形箱体，其内腔隔板和端头封板的内侧上涂敷有陶瓷涂层，且表面层均匀致密的分布纳米级的TiO2颗粒。

所述的载体活性单元的入口和出口端增设了圆环型尿素混合单元为不锈钢，由加强筋焊接支撑在箱体上；圆环型尿素混合单元由不锈钢钢管绕制而成，管的直径等于或小于进口管的直径，管表面均布开口孔，开口孔的直径5～10mm，孔的面积的总和是进口管口面积的1.1～1.2倍。

所述的壳体的端头为2层不锈钢板焊接组成的复合单元，其中，内层的端头板的接触尿素还原剂气氛的不锈钢部位涂敷陶瓷涂层，且表面层均匀致密的分布纳米级的TiO2颗粒；

所述的陶瓷涂层的涂敷工艺如下：[1]圆环型混合单元的内壁和外壁以及箱体的催化还原进气端接触尿素还原剂气氛的部位，先经过0.1～0.2％wt的草酸溶液室温下处理2～3小时；自来水清洗2遍，去离子水清洗1遍；在85～105℃温度下，0.5～1小时，烘干；然后把固体含量20～30％wt的水玻璃(Na2O·nSiO2)涂抹或浸涂在要涂敷的不锈钢表面上；室温下自然放置5～20min，形成半干的内涂层，完成陶瓷层涂敷前的处理和准备；[2]把纳米级的钙钛矿型的TiO2粉末在100～110℃的烘箱中干燥30～60min；采用工业用的粉末喷涂喷枪，在喷枪的罐中加入烘干后的纳米级的钙钛矿型的TiO2粉末，调节压缩空气的压力在0.05～0.2Mpa之间，使粉末呈气雾状均匀喷出，在已经形成半干的内涂层的表面上连续喷涂，致完全覆盖原来的半干的内涂层表面；转移零件致烘箱中，在65～85℃的温度下保持30～40min；压缩空气吹扫涂敷TiO2粉末后的表面，去除多余的TiO2粉末，形成一层相对致密的陶瓷涂层，且表面层均匀致密的分布纳米级的TiO2颗粒。

本发明的积极效果在于：依据最简单结构、最科学的原理、最可实现的方式、最可靠的结构的原则，采用这种催化还原后处理器的复合单元实现尿素气氛的混合、分解、保温、降噪的功能，具有很高的实际应用价值和现实的意义。

附图说明：

图1为本发明的俯视结构示意图；

图2为本发明的结构原理图；

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的描述：

如图1、2所示，一种汽车尾气催化还原后处理器的复合单元，其特征在于：复合单元由连接法兰1、进气管2、壳体3、混合单元4、催化剂载体活性单元5、出气管6、支撑隔板7、加强筋8和导流孔9以及陶瓷涂层10组成；连接法兰1和进气管2氩弧焊接，并同配有导流孔9的混合单元4焊接成一体，混合单元4采用加强筋8和壳体3焊接支撑；催化剂载体活性单元5采用支撑隔板7和壳体3焊接支撑；出气管6焊接在壳体3上；在混合单元4的内壁和外壁上涂敷有陶瓷涂层，且表面层均匀致密的分布纳米级的TiO2颗粒；催化还原后处理器为方形箱体，其内腔隔板和端头封板的内侧上涂敷有陶瓷涂层，且表面层均匀致密的分布纳米级的TiO2颗粒。

载体活性单元5的入口和出口端增设了圆环型尿素混合单元4为不锈钢，由加强筋8焊接支撑在箱体上；圆环型尿素混合单元4由不锈钢钢管绕制而成，管的直径等于或小于进口管的直径，管表面均布开口孔，开口孔的直径5～10mm，孔的面积的总和是进口管口面积的1.1～1.2倍。

壳体3的端头为2层不锈钢板焊接组成的复合单元，其中，内层的端头板的接触尿素还原剂气氛的不锈钢部位涂敷陶瓷涂层，且表面层均匀致密的分布纳米级的TiO2颗粒；

陶瓷涂层的涂敷工艺如下：[1]圆环型混合单元4的内壁和外壁以及箱体的催化还原进气端接触尿素还原剂气氛的部位，先经过0.1～0.2％wt的草酸溶液室温下处理2～3小时；自来水清洗2遍，去离子水清洗1遍；在85～105℃温度下，0.5～1小时，烘干；然后把固体含量20～30％wt的水玻璃(Na2O·nSiO2)涂抹或浸涂在要涂敷的不锈钢表面上；室温下自然放置5～20min，形成半干的内涂层，完成陶瓷层涂敷前的处理和准备；[2]把纳米级的钙钛矿型的TiO2粉末在100～110℃的烘箱中干燥30～60min；采用工业用的粉末喷涂喷枪，在喷枪的罐中加入烘干后的纳米级的钙钛矿型的TiO2粉末，调节压缩空气的压力在0.05～0.2Mpa之间，使粉末呈气雾状均匀喷出，在已经形成半干的内涂层的表面上连续喷涂，致完全覆盖原来的半干的内涂层表面；转移零件致烘箱中，在65～85℃的温度下保持30～40min；压缩空气吹扫涂敷TiO2粉末后的表面，去除多余的TiO2粉末，形成一层相对致密的陶瓷涂层，且表面层均匀致密的分布纳米级的TiO2颗粒。

复合单元为方形箱体结构，外形尺寸为600×450×450mm，圆角过度，按照尺寸配合精度切割和准备中间支撑隔板和端头的封头板；选取和发动机排气管直径相同的，例如，直径为90mm的45°弯头4个，氩弧焊接成圆环，或者圆环型尿素混合单元由同等尺寸不锈钢钢管绕制而成，并同排气管的进口管焊接成整体；管的直径为90mm，管表面均布144个开口孔，孔的直径8mm，孔的面积的总和为7234.56mm²，而直径为90mm得发动机排气管的管口面积为6358.5mm²，二者相除为1.14倍，根据流体力学原理，考虑孔的壁面效应，在此处不会造成气流阻力；

圆环型混合单元4的内壁和外壁以及箱体的催化还原进气端接触尿素还原剂气氛的部位，先经过0.2％wt的草酸溶液室温下处理3小时；自来水清洗2遍，去离子水清洗1遍；在100℃温度下，0.5小时，烘干；然后把固体含量30％wt的水玻璃(Na2O·nSiO2)涂抹或浸涂在要涂敷的不锈钢表面上；室温下自然放置20min，淋干多余的液体，形成半干的内涂层，完成陶瓷层涂敷前的处理和准备；

把连接法兰1、进气管20、壳体3、入口和出口端增设了圆环型混合单元4、四组催化剂载体活性单元5、出气管6、支撑隔板7和加强筋8，并完成上述表面层均匀致密的分布纳米级的TiO2颗粒的陶瓷涂层10等步骤后，氩弧焊接成一种汽车尾气催化还原后处理器的复合单元。

将上述汽车尾气催化还原后处理器的复合单元，连接到排量为8.6L的国3柴油机的排气管上，安装尿素喷射和控制单元，连接排放仪和其它控制仪，使发动机按ESC工况运转，测量NOX转化率稳定在87～93％，相对于不采用本发明的催化还原后处理器的单元，NOX去除效果提高1～4％。

将上述汽车尾气催化还原后处理器的复合单元，连接到排量为8.6L的国3柴油车的排气管上，测量通过噪音和静止噪音，相对于原车消音器，噪音级别降低0.5dB。

Claims

1.一种汽车尾气催化还原后处理器的复合单元，由连接法兰(1)、进气管(2)、壳体(3)、混合单元(4)、催化剂载体活性单元(5)、出气管(6)、支撑隔板(7)、加强筋(8)和导流孔(9)以及陶瓷涂层(10)组成；连接法兰(1)和进气管(2)氩弧焊接，并同配有导流孔(9)的混合单元(4)焊接成一体，混合单元(4)采用加强筋(8)和壳体(3)焊接支撑；催化剂载体活性单元(5)采用支撑隔板(7)和壳体(3)焊接支撑；出气管(6)焊接在壳体(3)上；在混合单元(4)的内壁和外壁上涂敷有陶瓷涂层，且表面层均匀致密的分布纳米级的TiO₂颗粒；催化还原后处理器为方形箱体，其内腔隔板和端头封板的内侧上涂敷有陶瓷涂层，且表面层均匀致密的分布纳米级的TiO₂颗粒；催化剂载体活性单元(5)的入口端和出口端布置的混合单元(4)为圆环型不锈钢钢管绕制而成，其管的直径等于或小于进气管(2)的直径，管表面均布开口孔，开口孔的直径5～10mm，孔的面积的总和是进气管口面积的1.1～1.2倍；壳体(3)内层的端头板接触尿素还原剂气氛的不锈钢部位涂敷陶瓷涂层，且表面层均匀致密的分布纳米级的TiO₂颗粒；其特征在于所述的陶瓷涂层的涂敷工艺如下：[1]混合单元(4)的内壁和外壁以及箱体的催化还原进气端接触尿素还原剂气氛的部位，先经过0.1～0.2％wt的草酸溶液室温下处理2～3小时；自来水清洗2遍，去离子水清洗1遍；在85～105℃温度下，0.5～1小时，烘干；然后把固体含量20～30％wt的水玻璃(Na₂O·nSiO₂)涂抹或浸涂在要涂敷的不锈钢表面上；室温下自然放置5～20min，形成半干的内涂层，完成陶瓷层涂敷前的处理和准备；[2]把纳米级的钙钛矿型的TiO₂粉末在100～110℃的烘箱中干燥30～60min；采用工业用的粉末喷涂喷枪，在喷枪的罐中加入烘干后的纳米级的钙钛矿型的TiO₂粉末，调节压缩空气的压力在0.05～0.2Mpa之间，使粉末呈气雾状均匀喷出，在已经形成半干的内涂层的表面上连续喷涂，致完全覆盖原来的半干的内涂层表面；转移零件致烘箱中，在65～85℃的温度下保持30～40min；压缩空气吹扫涂敷TiO₂粉末后的表面，去除多余的TiO₂粉末，形成一层相对致密的陶瓷涂层，且表面层均匀致密的分布纳米级的TiO₂颗粒。