CN114762796A - 氮氧化物的净化装置及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了氮氧化物的净化装置及车辆，包括：具有入口和出口的壳体和净化载体，净化载体设置在所述壳体内部；所述净化载体的孔道内表面设置有活性复合物层；其中，所述活性复合物层的成分包括五氧化二钒和添加组分；在净化载体对经壳体的入口进入的氮氧化物进行净化的过程中，所述活性复合物层用于基于所述添加组分，降低所述五氧化二钒和硫化物的反应强度，减弱五氧化二钒和硫化物反应生成酸式硫酸铵和硫酸铵，可以避免五氧化二钒表面被酸式硫酸铵和硫酸铵所覆盖，以供所述五氧化二钒存储氨气，所述氮氧化物和所述氨气进行反应生成氮气和水，完成氮氧化物的净化，使得五氧化二钒可以发挥自身对氮氧化物的净化作用，提高氮氧化物的净化效率。
Description
技术领域
本发明涉及车辆控制技术领域，特别涉及一种氮氧化物的净化装置及车辆。
背景技术
柴油机具有热效率高和节油的特性，但是其产生的颗粒物(Particulate Matter，PM，颗粒物质，主要为碳颗粒)排放污染是影响柴油机推广使用的首要障碍。随着轻型柴油汽车排放标准升级，尤其对PM及氮氧化物(NOX)排放限值的不断收紧。
目前，针对轻型柴油汽车主要有两种后处理布置方式，两种后处理布置方式均布置有选择性催化还原系统(Selective Catalyst Reduction，SCR)或者SDPF(具备储氨气能力的一种柴油颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter，DPF))。其中，SCR或者SDPF是净化NOX的装置，在SCR或者SDPF中，五氧化二钒(V2O5)是其最主要的活性组分，可以实现对NOX的净化。
但是，在柴油中存在硫(S)，S可以和氧气(O2)反应生成二氧化硫(SO2)，SO2可以和O2反应生成三氧化硫(SO3)，SO2以及SO3可以进一步生成硫化物，并附着在V2O5表面，导致V2O5无法作用，进一步导致NOX净化效果不佳，进一步的，将导致轻型柴油汽车对氮氧化物转化效率不能满足排放限值，从而导致整车的排放不合格。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出氮氧化物的净化装置及车辆，以解决现行SO2以及SO3可以进一步生成硫化物，并附着在V2O5表面，导致V2O5无法作用，进一步导致NOX净化效果不佳，进一步的，将导致轻型柴油汽车对氮氧化物转化效率不能满足排放限值，从而导致整车的排放不合格的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种氮氧化物的净化装置，所述装置包括：
具有入口和出口的壳体和净化载体，净化载体设置在所述壳体内部；
所述净化载体的孔道内表面设置有活性复合物层；
其中，所述活性复合物层的成分包括五氧化二钒和添加组分；所述添加组分的成分包括三氧化钨和/或铈；
在净化载体对经壳体的入口进入的氮氧化物进行净化的过程中，所述活性复合物层用于基于所述添加组分完成氮氧化物的净化。
可选地，所述三氧化钨在所述活性复合物层中的质量占比大于或者等于所述五氧化二钒在所述活性复合物层中的质量占比的百分之五，且小于或者等于所述五氧化二钒含量在所述活性复合物层中的质量占比的百分之十。
可选地，所述铈在所述活性复合物层中的质量占比大于或者等于所述五氧化二钒在所述活性复合物层中的质量占比的百分之五，且小于或者等于所述五氧化二钒含量在所述活性复合物层中的质量占比的百分之十二。
可选地，还包括：
设置于所述壳体和所述净化载体之间的衬垫。
可选地，所述壳体沿纵向从所述入口至所述出口，依次包括第一连接管段、第一扩张段、主体段、第二扩张段和第二连接管段，所述净化载体设置于所述主体段内。
可选地，所述第一扩张段和所述第二扩张端均为从一段到另一端内径逐渐增大的结构，且所述第一扩张段和所述第二扩张段的内径较大的一端均朝向所述主体段。
可选地，所述活性复合层用于：基于所述三氧化钨强化所述五氧化二钒对所述氨气的反应倾向性，减弱所述五氧化二钒和所述硫化物的反应。
可选地，所述活性复合层用于：通过所述铈和所述硫化物进行反应生成硫酸亚铈；
基于所述硫酸亚铈的还原性，还原得到所述铈，减弱所述五氧化二钒和所述硫化物的反应。
可选地，所述活性复合层用于：基于所述三氧化钨强化所述五氧化二钒对所述氨气的反应倾向性，所述铈和所述硫化物进行反应生成硫酸亚铈，以及基于所述硫酸亚铈的还原性，还原得到所述铈，减弱所述五氧化二钒和所述硫化物的反应。
第二方面，本发明实施例提供了一种车辆，包括第一方面所述的氮氧化物的净化装置。
相对于现有技术，本发明实施例具有如下优点：
本发明实施例提供的氮氧化物的净化装置，在净化载体对经壳体的入口进入的氮氧化物进行净化的过程中，所述活性复合物层用于基于所述添加组分，降低所述五氧化二钒和硫化物的反应强度，也即是，减弱五氧化二钒和硫化物反应生成酸式硫酸铵(NH4HSO4)和硫酸铵((NH4)2SO4)，进一步的，可以避免五氧化二钒表面被酸式硫酸铵和硫酸铵所覆盖，以供所述五氧化二钒存储氨气，所述氮氧化物和所述氨气进行反应生成氮气和水，完成氮氧化物的净化，使得五氧化二钒可以发挥自身对氮氧化物的净化作用，提高氮氧化物的净化效率，使得轻型柴油汽车对氮氧化物转化效率可以满足排放限值，从而使得整车的排放合格。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了相关技术提供的一种轻型柴油汽车布置示意图；
图2示出了相关技术提供的另一种轻型柴油汽车布置示意图；
图3示出了本发明实施例一提供的一种氮氧化物的净化装置的结构示意图；
图4示出了本发明实施例二提供的一种氮氧化物的净化装置的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在对本发明实施例提供的氮氧化物的净化装置进行解释说明之前，先对本发明实施例提供的氮氧化物的净化装置的应用场景做具体说明：
通过增加柴油颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter，DPF)来降低PM的排放，是目前最有效的手段之一，净化效率可以达到90％以上。参照图1，示出了相关技术提供的一种轻型柴油汽车布置示意图，如图1所示，轻型柴油汽车可以包括：增压器后的排气口01、氮氧化物捕捉器(LeanNOX Trap，LNT)02、尿素喷嘴03、柴油颗粒捕集器(DieselParticulate Filter，DPF)04和选择性催化还原系统(Selective Catalyst Reduction，SCR)05。其中，轻型柴油汽车还包括：高温传感器06、氮氧传感器07、氧传感器08和压差传感器09。
参照图2，示出了相关技术提供的另一种轻型柴油汽车布置示意图，如图2所示，轻型柴油汽车可以包括：发动机10、氮氧化物捕捉器(LNT)02或柴油机氧化催化器(Dieseloxidation catalyst，DOC)11、尿素喷嘴03、柴油颗粒捕集器(SDPF，一种设置有SCR涂层的DPF)12和选择性催化还原系统(SCR)05。其中，轻型柴油汽车还包括：高温传感器06、氮氧传感器07、氧传感器08和压差传感器09。
在SCR或者SDPF中，五氧化二钒(V2O5)是其最主要的活性组分，可以实现对NOX的净化。
但是，在柴油中存在硫(S)，S可以和氧气(O2)反应生成二氧化硫(SO2)，SO2可以和O2反应生成三氧化硫(SO3)，SO2以及SO3可以进一步生成硫化物。NH3在SCR或者SDPF中与氮氧化物的反应包括：
2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O(1)；
8NH3+6NO2→7N2+12H2O(2)；
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O(3)。
SCR或者SDPF的主要作用是净化氮氧化物(NOX)，V2O5是主要的活性成分，但V2O5容易受到SO2以及SO3这类硫化物的污染，被污染的形式包括：酸式硫酸铵(NH4HSO4)和硫酸铵((NH4)2SO4)，反应公式包括：
S+O2→SO2(4)；
2SO2+O2→2SO3(5)；
SO3+NH3+H2O→NH4HSO4(6)；
SO3+2NH3+H2O→(NH4)2SO4(7)。
并附着在V2O5表面，导致V2O5无法作用，进一步导致NOX净化效果不佳，进一步的，将导致轻型柴油汽车对氮氧化物转化效率不能满足排放限值，从而导致整车的排放不合格。本发明实施例提供的氮氧化物的净化装置就是应用在这种场景下。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参照图3，示出了本发明实施例一提供的一种氮氧化物的净化装置的结构示意图，如图3所示，所述氮氧化物的净化装置20包括：
具有入口201a和出口201b的壳体201和净化载体202，净化载体202设置在所述壳体201内部；
所述净化载体202的孔道内表面设置有活性复合物层203；
其中，所述活性复合物层203的成分包括五氧化二钒和添加组分；添加组分的成分包括三氧化钨和/或铈；
在净化载体202对经壳体201的入口进入的氮氧化物进行净化的过程中，所述活性复合物层203用于基于所述添加组分完成氮氧化物的净化。
具体地，在净化载体202对经壳体201的入口进入的氮氧化物进行净化的过程中，所述活性复合物层203用于基于所述添加组分降低所述五氧化二钒和硫化物的反应强度，以供更多的所述五氧化二钒吸附氨气，使得所述氮氧化物和所述氨气进行反应生成氮气和水，完成所述氮氧化物的净化。
在本申请中，氮氧化物的净化装置可以是SCR或者SDPF。
本发明实施例提供的氮氧化物的净化装置，在净化载体对经壳体的入口进入的氮氧化物进行净化的过程中，所述活性复合物层用于基于所述添加组分，降低所述五氧化二钒和硫化物的反应强度，也即是，减弱五氧化二钒和硫化物反应生成酸式硫酸铵(NH4HSO4)和硫酸铵((NH4)2SO4)，进一步的，可以避免五氧化二钒表面被酸式硫酸铵和硫酸铵所覆盖，以供所述五氧化二钒存储氨气，所述氮氧化物和所述氨气进行反应生成氮气和水，完成氮氧化物的净化，使得五氧化二钒可以发挥自身对氮氧化物的净化作用，提高氮氧化物的净化效率，使得轻型柴油汽车对氮氧化物转化效率可以满足排放限值，从而使得整车的排放合格。
参照图4，示出了本发明实施例二提供的一种氮氧化物的净化装置的结构示意图，如图4所示，所述氮氧化物的净化装置20包括：
具有入口201a和出口201b的壳体201和净化载体202，净化载体202设置在所述壳体201内部；
所述净化载体202的孔道内表面设置有活性复合物层203；
其中，所述活性复合物层203的成分包括五氧化二钒和添加组分；添加组分的成分包括三氧化钨和/或铈
在净化载体202对经壳体201的入口进入的氮氧化物进行净化的过程中，所述活性复合物层203用于基于所述添加组分完成氮氧化物的净化。
具体地，在净化载体202对经壳体201的入口进入的氮氧化物进行净化的过程中，所述活性复合物层203用于基于所述添加组分降低所述五氧化二钒和硫化物的反应强度，以供更多的所述五氧化二钒吸附氨气，使得所述氮氧化物和所述氨气进行反应生成氮气和水，完成所述氮氧化物的净化。
可选地，参见图3，所述氮氧化物的净化装置还包括：设置于所述壳体201和所述净化载体202之间的衬垫204。
其中，衬垫可以起到保证密封性和减震的保护作用。
可选地，所述壳体沿纵向从所述入口至所述出口，依次包括第一连接管段、第一扩张段、主体段、第二扩张段和第二连接管段，所述净化载体设置于所述主体段内。
可选地，所述第一扩张段和所述第二扩张端均为从一段到另一端内径逐渐增大的结构，且所述第一扩张段和所述第二扩张段的内径较大的一端均朝向所述主体段，从而使得主体段具有更大的内径，也即是具有更大的内部使用空间，可以容纳净化载体，使得流经主体段的气流能够在净化载体中充分的反应。
可选地，所述添加组分包括：三氧化钨和/或铈。
可选地，所述活性复合层用于：基于所述三氧化钨强化所述五氧化二钒对所述氨气的反应倾向性，减弱所述五氧化二钒和所述硫化物的反应。
其中，V2O5对硫化物(SO2/SO3)和NH3的吸附捕捉能力基本相同，V2O5在处理NH3的过程中会形成“酸性中心”，而三氧化钨(WO3)可以助长“酸性中心”的酸性，可以进一步的强化V2O5对NH3的反应倾向性，弱化V2O5对硫化物的针对性反应，则弱化了硫化物在V2O5表面生成酸式硫酸铵和硫酸铵的数量或概率，以供所述五氧化二钒存储氨气，所述氮氧化物和所述氨气进行反应生成氮气和水，完成氮氧化物的净化，使得五氧化二钒可以发挥自身对氮氧化物的净化作用，提高氮氧化物的净化效率，使得轻型柴油汽车对氮氧化物转化效率可以满足排放限值，从而使得整车的排放合格。
可选地，所述三氧化钨在所述活性复合物层中的质量占比大于或者等于所述五氧化二钒在所述活性复合物层中的质量占比的百分之五，且小于或者等于所述五氧化二钒含量在所述活性复合物层中的质量占比的百分之十。
需要说明的是，所述三氧化钨在所述活性复合物层中的质量占比大于或者等于所述五氧化二钒在所述活性复合物层中的质量占比的百分之九的情况下，可以使得硫化物在五氧化二钒表面生成酸式硫酸铵和硫酸铵的数量减少至少百分之十二。
可选地，所述活性复合层用于：通过所述铈和所述硫化物进行反应生成硫酸亚铈；
基于所述硫酸亚铈的还原性，还原得到所述铈，减弱所述五氧化二钒和所述硫化物的反应。
铈(Ce)添加在V2O5中的价态一般为Ce4+，当硫化物(SO2/SO3)遇到NH3、H2O和Ce4+后，硫化物(SO2/SO3)会优先与Ce4+反应，生成硫酸亚铈(Ce2(SO4)3)，则弱化了硫化物在V2O5表面生成酸式硫酸铵和硫酸铵的数量或概率，以供所述五氧化二钒存储氨气，所述氮氧化物和所述氨气进行反应生成氮气和水，完成氮氧化物的净化，使得五氧化二钒可以发挥自身对氮氧化物的净化作用，提高氮氧化物的净化效率，使得轻型柴油汽车对氮氧化物转化效率可以满足排放限值，从而使得整车的排放合格。
需要说明的是，Ce2(SO4)3的生成过程是可逆的，具体反应可以包括：
Ce2(SO4)3+2H2→2CeO2+2H2O+3SO2(8)；
或者Ce2(SO4)3+3H2+2O2→2CeO2+3H2O+3SO3(9)；
其中，反应式(9)中的SO3在有H2的情况下会生成SO2和H2O：
SO3+H2→H2O+SO2(10)。
进一步的，可以将CeO2还原为铈(Ce)，示例的，可以通过一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氢气(H2)以及一氧化氮(NO)等均可以完成CeO2到铈(Ce)的还原。则可以使得Ce循环使用，可以保证弱化硫化物在V2O5表面生成酸式硫酸铵和硫酸铵的数量或概率，以供所述五氧化二钒存储氨气，所述氮氧化物和所述氨气进行反应生成氮气和水，完成氮氧化物的净化，使得五氧化二钒可以发挥自身对氮氧化物的净化作用，提高氮氧化物的净化效率，使得轻型柴油汽车对氮氧化物转化效率可以满足排放限值，从而使得整车的排放合格。
其中，对于SO2，可以和H2反应生成硫化氢(H2S)和H2O，具体反应式包括：
SO2+3H2→2H2O+H2S(11)。
在SCR或者SDPF中的氢气基本来源于水的分解，对于Ce2(SO4)3还原为CeO2的过程在550摄氏度时可以使得水的水解得到的氢气最多，更加充分的完成该还原过程。
可选地，所述铈在所述活性复合物层中的质量占比大于或者等于所述五氧化二钒在所述活性复合物层中的质量占比的百分之五，且小于或者等于所述五氧化二钒含量在所述活性复合物层中的质量占比的百分之十二。
可选地，所述活性复合层用于：基于所述三氧化钨强化所述五氧化二钒对所述氨气的反应倾向性，所述铈和所述硫化物进行反应生成硫酸亚铈，以及基于所述硫酸亚铈的还原性，还原得到所述铈，减弱所述五氧化二钒和所述硫化物的反应。
在本发明中，可以同时添加三氧化钨和铈，可以进一步的保证弱化硫化物在V2O5表面生成酸式硫酸铵和硫酸铵的数量或概率，以供所述五氧化二钒存储氨气，所述氮氧化物和所述氨气进行反应生成氮气和水，完成氮氧化物的净化，使得五氧化二钒可以发挥自身对氮氧化物的净化作用，提高氮氧化物的净化效率，使得轻型柴油汽车对氮氧化物转化效率可以满足排放限值，从而使得整车的排放合格。
示例的，当所述铈在所述活性复合物层中的质量占比大于或者等于所述五氧化二钒在所述活性复合物层中的质量占比的百分之五，且小于或者等于所述五氧化二钒在所述活性复合物层中的质量占比的百分之十二的范围内时，其生成酸式硫酸铵和硫酸铵的数量可以在添加三氧化钨的基础上再下降至少百分之十。
本发明实施例提供的氮氧化物的净化装置，在净化载体对经壳体的入口进入的氮氧化物进行净化的过程中，所述活性复合物层用于基于所述添加组分，降低所述五氧化二钒和硫化物的反应强度，也即是，减弱五氧化二钒和硫化物反应生成酸式硫酸铵(NH4HSO4)和硫酸铵((NH4)2SO4)，进一步的，可以避免五氧化二钒表面被酸式硫酸铵和硫酸铵所覆盖，以供所述五氧化二钒存储氨气，所述氮氧化物和所述氨气进行反应生成氮气和水，完成氮氧化物的净化，使得五氧化二钒可以发挥自身对氮氧化物的净化作用，提高氮氧化物的净化效率，使得轻型柴油汽车对氮氧化物转化效率可以满足排放限值，从而使得整车的排放合格。
本发明实施例还提供了一种车辆，包括上述的氮氧化物的净化装置。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
尽管已描述了本发明实施例的可选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括可选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另一个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的原理及实现方式，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种氮氧化物的净化装置，其特征在于，包括：
具有入口和出口的壳体和净化载体，净化载体设置在所述壳体内部；
所述净化载体的孔道内表面设置有活性复合物层；
其中，所述活性复合物层的成分包括五氧化二钒和添加组分；所述添加组分包括三氧化钨和/或铈；
在净化载体对经壳体的入口进入的氮氧化物进行净化的过程中，所述活性复合物层用于基于所述添加组分完成氮氧化物的净化。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述三氧化钨在所述活性复合物层中的质量占比大于或者等于所述五氧化二钒在所述活性复合物层中的质量占比的百分之五，且小于或者等于所述五氧化二钒含量在所述活性复合物层中的质量占比的百分之十。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述铈在所述活性复合物层中的质量占比大于或者等于所述五氧化二钒在所述活性复合物层中的质量占比的百分之五，且小于或者等于所述五氧化二钒含量在所述活性复合物层中的质量占比的百分之十二。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
设置于所述壳体和所述净化载体之间的衬垫。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述壳体沿纵向从所述入口至所述出口，依次包括第一连接管段、第一扩张段、主体段、第二扩张段和第二连接管段，所述净化载体设置于所述主体段内。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一扩张段和所述第二扩张端均为从一段到另一端内径逐渐增大的结构，且所述第一扩张段和所述第二扩张段的内径较大的一端均朝向所述主体段。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述活性复合层用于：基于所述三氧化钨强化所述五氧化二钒对所述氨气的反应倾向性，减弱所述五氧化二钒和所述硫化物的反应。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述活性复合层用于：通过所述铈和所述硫化物进行反应生成硫酸亚铈；
基于所述硫酸亚铈的还原性，还原得到所述铈，减弱所述五氧化二钒和所述硫化物的反应。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述活性复合层用于：基于所述三氧化钨强化所述五氧化二钒对所述氨气的反应倾向性，所述铈和所述硫化物进行反应生成硫酸亚铈，以及基于所述硫酸亚铈的还原性，还原得到所述铈，减弱所述五氧化二钒和所述硫化物的反应。
10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1至9任一所述的氮氧化物的净化装置。
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