汽車尾氣碳煙顆粒捕集燃燒器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種汽車尾氣碳煙顆粒捕集燃燒器，包括外殼，裝填在外殼中的蜂窩狀載體和附載在載體上的三效催化劑，其中三效催化劑由下述方法制得：取水溶性銅鹽、水溶性錳鹽、水溶性鉀鹽、水溶性亞鈰鹽和水溶性鋯鹽，加水溶解，加入檸檬酸和聚乙二醇，完全溶解后蒸發(fā)除去水，得到凝膠，將凝膠干燥，焙燒而得。本發(fā)明活化溫度較低，可外接在汽車排氣管道的末端捕集和燃燒碳煙，使用初期可凈化處理80-95%的碳煙，70-90%的CO，80-90%的HC和50-70%的NOx，使用壽命達(dá)到2-3萬公里，安裝簡便，成本遠(yuǎn)低于目前的三元催化器。
【專利說明】汽車尾氣碳煙顆粒捕集燃燒器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車零件，具體是連接在汽車尾氣排氣管道上用于捕集和燃燒碳煙，同時凈化處理CO、HC和NOx的汽車尾氣碳煙顆粒捕集燃燒器。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車排氣系統(tǒng)一般由排氣歧管，排氣管，催化轉(zhuǎn)換器，排氣溫度傳感器，汽車消聲器和排氣尾管等組成。
[0003]催化轉(zhuǎn)換器也稱三元催化器，可將汽車尾氣排出的CO、HC和NOx等有害氣體通過氧化和還原作用轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的二氧化碳、水和氮氣。當(dāng)高溫的汽車尾氣通過凈化裝置時，三元催化器中的凈化劑將增強CO、HC和NOx三種氣體的活性，促使其進(jìn)行一定的氧化-還原化學(xué)反應(yīng)，其中CO在高溫下氧化成為無色、無毒的二氧化碳?xì)怏w；HC化合物在高溫下氧化成水(H2O)和二氧化碳；Ν0χ還原成氮氣和氧氣。三種有害氣體變成無害氣體，使汽車尾氣得以凈化。
[0004]三元催化器的內(nèi)部在網(wǎng)狀隔板中間裝有凈化劑，由載體和催化劑組成。載體一般由三氧化二鋁制成，催化劑用的是金屬鉬、銠或者鈀。
[0005]催化劑對硫、鉛、磷、鋅等元素非常敏感，硫和鉛來自于汽油，磷和鋅來自于潤滑油，這四種物質(zhì)及它們在發(fā)動機中燃燒后形成氧化物顆粒易被吸附在催化劑的表面，使催化劑無法與廢氣接觸，從而失去了催化作用，即所謂的“中毒”現(xiàn)象。
[0006]三元催化器在美國、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，在用車三元催化器使用壽命一般為10~20萬公里，而中國在用汽車三元催化器使用壽命一般只有3~5萬公里。為保護(hù)環(huán)境，三元催化器失效后應(yīng)該馬上更換，但由于三元催化器價格昂貴，對于車主來說是一筆不小的負(fù)擔(dān)。
[0007]CN85109694A公開一種非貴金屬氧化物蜂窩狀燃燒催化劑，用于催化燃燒法處理工業(yè)廢氣和汽車尾氣。該催化劑包括陶瓷質(zhì)蜂窩狀第一載體、第二載體耐熱氧化鋁涂層和催化活性組分。催化活性組分是銅、釩、錳、鈷、鎳的氧化物或上述元素中的幾種組成的混合氧化物，同時含有稀土元素氧化物，稀土元素可以是鑭、鈰、鐠、釤、釹、釔或其混合物。
[0008]CN101003023A公開的汽車尾氣凈化催化劑含有鈰和鋯并添加鑭、鐠、釔、鐵、錳、銅或鋇的復(fù)合氧化鋁涂層，涂覆在堇青石蜂窩陶瓷載體上，再負(fù)載金屬鈀。
[0009]CN101745405A公開的稀土鈣鈦礦型氧化物催化劑通式為Lai_xCuxB03，其中x =
0.05~0.5，B = Fe、Co、N1、Cr、Mn或者它們的組合，對內(nèi)燃機尾氣中的NO、CO和HC同時具有理想的凈化效果。
[0010]CN101879445A公開一種能催化燃燒去除柴油車碳煙顆粒的稀土燒綠石型復(fù)合氧化物催化劑Α2Β2_χΜχ07，其中A為La，B為Sn，M為Mn、Fe、Co、Ni或Cu。模擬柴油車排放氣氛，碳煙顆粒的燃燒溫度降低至柴油車排氣范圍。
[0011]CN101947456A公開的整體式汽車尾氣凈化催化劑采用堇青石蜂窩陶瓷作為載體，改性氧化鋁溶膠負(fù)載在堇青石蜂窩陶瓷上，采用真空浸潰法將La，Sr, Co, Cu，Mn，F(xiàn)e, Pd等其中幾種催化劑活性成分負(fù)載到改性氧化鋁涂層上。
[0012]CN103007955A公開一種用于汽車尾氣的凈化催化劑及其載體的制備方法，該催化劑包括載體、涂覆在該載體上的助劑涂層和擔(dān)載在所述載體涂層上的活性組分，活性組分為鑭鈰釔鋯錳銅鎳的混合金屬氧化物，載體含有氧化鋁和稀土鑭鈰氧化物，助劑涂層為含有鑭鈰釔鋯的一種或幾種氧化物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于提供一種可以接在汽車排氣管尾部，在低溫下捕集并燃燒碳煙，同時凈化處理CO、HC和NOx的汽車尾氣碳煙顆粒捕集燃燒器。
[0014]本發(fā)明的汽車尾氣碳煙顆粒捕集燃燒器包括外殼，裝填在外殼中的蜂窩狀載體和附載在載體上的三效催化劑，其特征在于，所述三效催化劑由下述方法制得:按銅、錳、鉀、鈰和鋯摩爾比1: 0.2-0.8: 0.1-0.3: 1-3: 1_3的比例取水溶性銅鹽、水溶性錳鹽、水溶性鉀鹽、水溶性亞鈰鹽和水溶性鋯鹽，加水溶解，加入按轉(zhuǎn)化成檸檬酸銅、檸檬酸錳、檸檬酸鉀、朽1檬酸亞鋪和朽1檬酸錯的化學(xué)計量的1-1.1倍的朽1檬酸和朽1檬酸重量5-20%的聚乙二醇，完全溶解后蒸發(fā)除去水，得到凝膠，將凝膠在80-120°C干燥至含水量小于5%，300-400°C焙燒0.5-3小時后，600-700°C焙燒1_5小時，冷卻，得到三效催化劑。
[0015]本發(fā)明中，銅、錳、鉀、鈰和鋯摩爾比優(yōu)選為1: 0.4-0.6: 0.1-0.2: 1.2-2:1.2-2。
[0016]水溶性銅鹽優(yōu)選是硝酸銅，水溶性錳鹽優(yōu)選是硝酸錳，水溶性鉀鹽優(yōu)選是硝酸鉀，水溶性鈰鹽優(yōu)選是硝酸亞鈰，水溶性鋯鹽優(yōu)選是硝酸鋯。
[0017]載體優(yōu)選是由粘土和活性炭粉末按重量比1: 0.5-1.5的比例混合，加水研磨成泥，制成蜂窩狀坯體后經(jīng)1000-1100°c燒結(jié)成型。
[0018]粘土可選自高嶺土、膨潤土、球粘土、活性白土、耐火粘土、粘性海積土、粘性有機土、粘性沼澤土的一種或多種，優(yōu)選是選自高嶺土或者粘性海積土。
[0019]載體燒結(jié)過程優(yōu)選是按50_80°C /小時的速度升溫至500-550°C后保溫0.5-2小時，再以80-120°C /小時的升溫速度至1000-1100°C，退火降溫。
[0020]三效催化劑附載方法是將三效催化劑研磨成為平均粒徑50-200納米的顆粒，力口5-20倍重量的水調(diào)成乳液，將載體浸潰在乳液中2-4天，取出載體，真空干燥。
[0021]蜂窩狀載體可由至少3種蜂窩孔孔徑的若干片從大孔至小孔排列構(gòu)成，各片中蜂窩孔截面積在0.5-10mm2范圍內(nèi)，各片厚度3_20mm，片之間有1_3倍片厚度的間隙。
[0022]本發(fā)明活化溫度較低，可外接在汽車排氣管道的末端捕集和燃燒碳煙，使用初期可凈化處理80-95%的碳煙，70-90%的CO，80-90%的HC和50-70%的NOx，使用壽命達(dá)到2_3萬公里，安裝簡便，成本遠(yuǎn)低于目前的三元催化器。
【具體實施方式】
[0023]實施例1
載體的制備:將高嶺土和活性炭按重量比1:1的比例混合，加水研磨形成瓷泥，制成厚度5mm,直徑5.5cm和8.5cm兩種規(guī)格,每種規(guī)格4種孔徑蜂窩孔的圓形蜂窩狀還體。4種孔徑分別是1mm、1.6mm、2.3mm、3mm。5.5cm直徑規(guī)格的Imm孔徑還體共99孔，1.6mm孔徑還體共89孔,2.2mm孔徑還體共79孔,3mm孔徑還體共69孔。8.5cm直徑規(guī)格的Imm孔徑坯體共236孔，1.6mm孔徑坯體共212孔，2.2mm孔徑坯體共188孔，3mm孔徑坯體共164孔。坯體曬干后，放入窯爐，按60°C /小時的速度升溫至500°C后保溫I小時，再以100°C /小時的升溫速度至1050°C，退火冷卻得到載體。
[0024]三效催化劑的制備:取硝酸銅(Cu (NO3) 2.3H20) 241.6克，硝酸錳(Mn (NO3) 2.6H20)125.5 克，硝酸鉀(KNO3) 15 克、硝酸亞鈰(Ce (NO3) 3.6Η20) 651 克和硝酸鋯(Zr (NO3) 4.5Η20)644克，加10升水溶解后，一水檸檬酸(C6H8O7 -H2O) 1000克和100克的聚乙二醇，完全溶解后蒸發(fā)除去水，得到凝膠，將凝膠在110°C干燥24小時，然后放進(jìn)馬弗爐于350°C預(yù)燒I小時，再于650°C焙燒3小時，冷卻得到三效催化劑。
[0025]三效催化劑的附載:在三效催化劑中加入三效催化劑重量10%的水，研磨成為平均粒徑約100納米顆粒的乳液，再加10倍乳液重量的水稀釋，將載體浸潰在稀釋的乳液中3天，取出載體，常溫真空干燥。
[0026]燃燒器的組裝:將附載三效催化劑的載體按Imm孔徑*2片、1.6mm孔徑*1片、
2.3mm孔徑*1片、3mm孔徑*1片的次序排列安裝固定在圓筒形鋼外殼中，每片之間留有7-8mm的間隙，成為本發(fā)明的汽車尾氣碳煙顆粒捕集燃燒器。
[0027]將上述燃燒器外接在下述兩種車型的汽車排氣管口(大孔徑載體的一端靠近汽車排氣管口)，使用南通華鵬HPC602不透光煙度計、南通華鵬HPC500尾氣分析儀，在車輛在行駛表中所列里程后，測定車輛啟動狀態(tài)下的碳煙、CO、HC和NOx的濃度如下:
1.車輛型號:上海通用別克凱越1.6L，燃料類型:汽油，已行駛時間:2年，已行駛里程:約2萬公里，燃燒器規(guī)格:5.5cm載體:
【權(quán)利要求】
1.一種汽車尾氣碳煙顆粒捕集燃燒器，包括外殼，裝填在外殼中的蜂窩狀載體和附載在載體上的三效催化劑，其特征在于，所述三效催化劑由下述方法制得:按銅、錳、鉀、鈰和鋯摩爾比1: 0.2-0.8: 0.1-0.3: 1-3: 1_3的比例取水溶性銅鹽、水溶性錳鹽、水溶性鉀鹽、水溶性亞鈰鹽和水溶性鋯鹽，加水溶解，加入按轉(zhuǎn)化成檸檬酸銅、檸檬酸錳、檸檬酸鉀和朽1檬酸亞鋪和朽1檬酸錯的化學(xué)計量的1-1.1倍的朽1檬酸和朽1檬酸重量5-20%的聚乙二醇，完全溶解后蒸發(fā)除去水，得到凝膠，將凝膠在80-120°C干燥至含水量小于5%，300-400°C焙燒0.5-3小時后，600-700°C焙燒1_5小時，冷卻，得到三效催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述汽車尾氣碳煙顆粒捕集燃燒器，其特征在于，所述銅、錳、鉀、鈰和鋯摩爾比為 I: 0.4-0.6: 0.1-0.2: 1.2-2: 1.2-2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述汽車尾氣碳煙顆粒捕集燃燒器，其特征在于，所述水溶性銅鹽是硝酸銅，水溶性錳鹽是硝酸錳，水溶性鉀鹽是硝酸鉀，水溶性鈰鹽是硝酸亞鈰，水溶性鋯鹽是硝酸鋯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述任一汽車尾氣碳煙顆粒捕集燃燒器，其特征在于，所述載體由粘土和活性炭粉末按重量比1: 0.5-1.5的比例混合，加水研磨成泥，制成蜂窩狀坯體后經(jīng)1000-1100°C燒結(jié)成型。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述汽車尾氣碳煙顆粒捕集燃燒器，其特征在于，所述粘土選自高嶺土、膨潤土、球粘土、活性白土、耐火粘土、粘性海積土、粘性有機土、粘性沼澤土的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述汽車尾氣的碳煙顆粒捕集燃燒器，其特征在于，所述粘土選自高嶺土或者粘性海積土。
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6所述任一汽車尾氣的碳煙顆粒捕集燃燒器，其特征在于，所述燒結(jié)過程是按50-80°C /小時的速度升溫至500-550°C后保溫0.5-2小時，再以80_120°C /小時的升溫速度至1000-1100°C，退火降溫。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述汽車尾氣碳煙顆粒捕集燃燒器，其特征在于，三效催化劑附載方法是將三效催化劑研磨成為平均粒徑50-200納米的顆粒，加5-20倍重量的水調(diào)成乳液，將載體浸潰在乳液中2-4天，取出載體，真空干燥。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述汽車尾氣的碳煙顆粒捕集燃燒器，其特征在于，所述蜂窩狀載體由至少3種蜂窩孔孔徑的片狀載體構(gòu)成，片狀載體按孔徑大小從大孔至小孔排列分布，各片狀載體中蜂窩孔截面積在0.5-10mm2范圍內(nèi)，各片狀載體厚度3_20mm，片狀載體之間有1-3倍片厚度的間隙。
【文檔編號】F01N3/025GK103758613SQ201410039317
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】黃育新, 肖亮洪, 郭巖 申請人:黃育新