一种净化氮氧化物的方法与流程

1.本发明属于汽车领域，特别是涉及一种净化氮氧化物的方法。


背景技术：

2.在汽车的排放法规(国6排放法规)中，对no
x
的排放限值，做了更 严格的要求。由于柴油机是富氧燃烧，因而汽车的尾气中含有大量的no
x
。 因此，本领域技术人员面临着尽可能减少尾气中no
x
含量的问题。
3.现在行业内针对汽车对国6排放法规的排放路线主要后处理布置的处理 方式如图1所示，图1为现有技术中的排放路线主要后处理布置的处理方式 的示意图。
4.如图1所示，现有技术中的一种排放路线主要后处理布置的处理方式为： 汽车尾气经过增压器后，从排气入口进入，依次流经lnt(lean no
x traps， 稀燃氮氧化物捕集装置)、dpf(diesel particulate filter，柴油颗粒捕集器) 以及scr(selective catalytic reduction，选择性催化还原装置)。其中，lnt 对尾气中的氮氧化物(no
x
)进行净化、捕集和释放，dpf对尾气中的碳 颗粒进行捕集，scr对lnt中释放出来的no
x
进行催化还原。
5.在现有技术中，lnt的一种结构示意图如图2所示，常用的lnt的结 构如梭形，该lnt包括壳体22、衬垫23和载体21。壳体22的两端设有开 口，如图2中的箭头所示，两端的开口用于尾气的流入和流出；衬垫23夹 设于载体21的外周壁和壳体22的内周壁之间，起到保证密封性和减震保护 作用；载体21位于壳体22中，载体21沿纵向的两端分别朝向对应侧的壳 体22的开口，载体21上设有沿纵向延伸的多个孔道，孔道的内壁上涂覆有 涂层，该涂层由pt、pd、rh、ceo2以及baco3的混合而成，尾气流经载体 21时，途经载体21上的多个孔道，并与多个孔道的内壁充分接触。
6.然而，在lnt的实际应用过程中，lnt净化no
x
的效率总是不尽人意。 因此，本领域技术人员一直在探索提高lnt净化no
x
效率的方法。


技术实现要素：

7.为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种净化氮氧化 物的方法。
8.本发明提供一种净化氮氧化物的方法，所述方法包括：
9.检测所述车辆lnt装置前端的温度；
10.当检测到所述温度达到预设温度时，触发缸内燃油后喷；
11.在所述缸内燃油后喷的作用下，将所述车辆lnt装置中的pt颗粒烧 聚成pt颗粒团；所述pt颗粒团用于净化氮氧化物；所述车辆包括：出厂 前车辆和/或未启动首次除硫的车辆。
12.在所述检测车辆lnt装置前端的温度之前，所述方法还包括：
13.确定车辆是否为出厂前车辆和/或未启动首次除硫的车辆；
14.当所述车辆被确定为出厂前车辆和/或未启动首次除硫的车辆时，执行所 述检测车辆lnt装置前端的温度。
15.优选地，所述预设温度为400℃～500℃。
16.优选地，在所述缸内燃油后喷的作用下，将所述车辆lnt装置中的 pt颗粒烧聚成pt颗粒团，包括：
17.通过所述缸内燃油后喷，生成达到预设含量的hc(碳氢化合物)；
18.所述pt颗粒在所述hc的作用下，与所述lnt装置中的氧化铝颗粒 作用，烧聚成pt颗粒团。
19.优选地，所述pt颗粒在所述hc的作用下，与所述lnt装置中的氧 化铝颗粒作用，烧聚成pt颗粒团，包括：
20.通过所述hc与氧气的放热反应，使得所述车辆lnt装置内和lnt 装置后的排气温度达到烧聚温度；
21.在所述烧聚温度的条件下，所述pt颗粒与所述lnt装置中的氧化铝 颗粒作用，烧聚成pt颗粒团。
22.优选地，所述pt颗粒与所述lnt装置中的氧化铝颗粒作用，烧聚成 pt颗粒团，包括：
23.所述pt颗粒与所述lnt装置中的氧化铝颗粒进行粘结；
24.多个所述pt颗粒粘结在所述氧化铝颗粒的表面，形成pt颗粒团。
25.优选地，所述烧聚温度为590℃～700℃。
26.优选地，所述pt颗粒的粒径为1μm～2μm；所述pt颗粒团的粒径为 8μm～10μm。
27.优选地，所述烧聚的时间为大于等于450秒。
28.优选地，所述方法还包括：
29.选用粒径为8μm～10μm的pt颗粒做催化剂涂覆在lnt装置内；
30.将涂覆后的所述lnt装置安装于车辆尾气后处理装置内。
31.本发明实施例提供了一种净化氮氧化物的方法，该方法包括：检测 车辆lnt装置前端的温度，当检测到所述温度达到预设温度时，触发缸 内燃油后喷，产生预设含量的hc，在pt颗粒做催化剂的条件下，hc与 氧气进行反应，产生大量的热，产生的热量将pt颗粒与lnt装置中的氧 化铝烧聚成pt颗粒团，而pt颗粒团可以高效的参与净化尾气中的co、 hc、no
x
等污染物，从而提高lnt装置中pt催化剂参与催化反应的效率， 进而提高了对no
x
的净化总效率。
附图说明
32.图1示出了现有技术中的一种排放路线主要后处理布置的处理方式的示 意图；
33.图2示出了现有技术中的lnt的一种结构示意图；
34.图3示出了现有技术中制作lnt时pt颗粒在涂覆过程中聚集成pt 颗粒团的结构示意图；
35.图4示出了本发明实施例提供的一种净化氮氧化物的方法流程图；
36.图5示出了本发明实施例中pt颗粒与金属氧化铝烧聚成另一种形态的 pt颗粒团的示意图；
37.图6示出了本发明实施例中的对某试验车的no
x
的排放量的测试结果。
具体实施方式
38.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合 附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。下面对本发明的实 施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给 出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下 述的实施例。
39.首先，本发明的发明人在对lnt的6万公里耐久研究中发现一个规律。 新车800公里内的lnt净化no
x
的总效率为56.9％，no
x
的净化能力比800 公里后至少低20％。也就是说，在现有技术中，出厂前车辆和/或未启动首 次除硫的车辆lnt净化no
x
的总效率相对较低。
40.然后，发明人探索了新车800公里内no
x
的净化总效率低的原因。首 先，探究了车辆lnt在净化no
x
中的作用及其原理，具体如下：
41.lnt的第一个作用：利用内部涂层中的贵金属，催化如下反应(1-6) 所示的氧化反应和还原反应的正常发生。该作用的目的是净化污染物co、 hc、no
x
。其中，lnt内的no
x
净化也被行业内称为d-no
x
。
42.co+1/2o2→
co2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)氧化反应
43.hc+o2→
h2o+co2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)氧化反应
44.co+no
→
1/2n2+co2ꢀꢀꢀꢀ
(3)还原反应(通过co进行d-no
x
)
45.hc+no
→
n2+h2o+co2ꢀꢀ
(4)还原反应
46.no+1/2h2→
h2o+nh3ꢀꢀꢀꢀ
(5)还原反应(通过h2进行d-no
x
)
47.h2+no
→
h2o+1/2n2ꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)还原反应(通过h2进行d-no
x
)
48.lnt的第二个作用：no、no2在ceo2、baco3的作用下存储于lnt 中，此反应过程被称为no
x
存储。其中，no的氧化、no
x
存储发生的另一 个条件是轻型柴油机处于稀燃阶段，具体反应如反应式(7-8)所示。
49.no
x
存储反应：
50.baco3+2no2+1/2o2→
ba(no3)2+co2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
51.ceo2+3no+2o2→
ce(no3)3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
52.在轻型柴油机处于浓燃阶段时尾气中含有大量的co和约占尾气总量 1.2％的h2(氢气)，lnt在co和h2的作用下可以释放出被存储的no
x
。此 过程被称为no
x
释放。释放出的no
x
被后续的排气净化装置(例如scr) 净化。
53.no
x
释放反应：
54.ce(no3)3→
ceo2+3no2+1/2o2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
55.ba(no3)2+co2→
baco3+3no2+1/2o2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
56.ba(no3)2+3h2+co2→
baco3+2no+2co2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
57.ba(no3)2+3co
→
baco3+2no+2co2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
58.ba(no3)2+1/3c3h6→
baco3+2no+h2o
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
59.根据反应式(1-6)是在贵金属pt、pd、rh作催化剂的条件下，对流经 lnt装置的co、hc、no
x
等污染物的净化反应。
60.在现有技术所公开的lnt载体制作过程中，pt、pd、rh、ceo2、baco3等 物质被混合均匀后涂覆在lnt载体的孔道内部，在涂覆前，pt颗粒的粒径 在1μm～2μm，涂覆过程中，pt颗粒就像滚雪球一样，发生聚集，最终定型 为粒径在8μm～10μm的pt颗粒团，定型后的pt颗粒
团如图3所示。
61.但是，制作完成的lnt装置中仍有小部分pt颗粒未发生聚集，而pt 颗粒团因粒径更大，对co、hc、no
x
污染物的催化能力更强，参与净化反 应的效果优于pt颗粒，这就造成lnt载体内因小部分pt颗粒的存在而使 pt催化剂的催化效能未被完全利用，进而降低了lnt净化no
x
的总效率。
62.为更好的理解pt颗粒与pt颗粒团在净化氮氧化物能力方面的差距，这 里形象的举一个例子，烧聚颗粒pt的过程就相当于“把几块小吸铁石组合 在一起形成了一个大吸铁石，氧就相当于那个铁粒”。我们试想一下，烧聚 前，相当于一个直径为1μm的吸铁石和一个直径为10μm的吸铁石，吸引一 个铁粒。铁粒被10μm的吸铁石捕捉/吸引的概率是非常大的。进一步的即便 铁粒被1μm的吸铁石吸到，也非常有可能被10μm吸铁石掠夺，因为磁力差 别太悬殊。当小的pt颗粒被烧聚合后，相当于集合了它们的吸引能力。
63.同时，发明人又对800公里后lnt净化no
x
的总效率可以达到良好以 上(良好标准为75％)的原因进行了探究。依据目前行业现状，新车在行驶 大约700公里时，系统会自动启动一次lnt的d-so
x
工序(lnt脱硫的过 程被行业内称为d-so
x
)，d-so
x
工序时长大约在18-20分钟(每个企业略 有不同)，d-so
x
过程是借助缸内燃油后喷技术产生大量的hc，hc与o2发生催化氧化生热，使lnt和其出口温度达到＞590℃(每个企业略有不同)， 高温使baso4转化成bao。发明人对某试验车型行驶800公里后的lnt进 行实验观察发现，lnt装置中的pt颗粒在参与hc与o2的催化氧化反应 中与氧化铝颗粒粘结(氧化铝作为添加剂，用来提高lnt装置中基底的比 表面积，可以增强lnt载体的no
x
附着能力)，烧聚成了pt颗粒团。
64.这里进一步的解析为什么lnt装置中pt颗粒烧聚成pt颗粒团，会提高 lnt的d-no
x
性能：汽车正常行驶过程中，发动机也会有hc排出，但是 排出量要比本发明少很多，当少量的hc在pt催化剂表面流过时，那些相对 较大且烧结特征明显的pt颗粒团对hc具有更大的吸引优势(注：也可以通 俗的理解为那些hc都被质量好的“pt颗粒团”吸引了)。因此，粒径相对 较小的pt颗粒无法正常发挥其催化作用。
65.当“大量的hc”在pt表面流过时，那些相对较大且烧结特征明显的“pt 颗粒团”虽然具有很好的hc吸引能力，但是“大量的hc”在pt表面也会 使得那些吸引hc能力差的pt颗粒也能捕捉到hc，当然，hc会对这些吸 引了hc的pt颗粒起到烧聚的重要作用。
66.当然，提升lnt的d-no
x
的能力可以通过加大贵金属pt、pd、rh的 涂覆量解决，但是这会增加成本。已知贵金属pt、pd、rh比黄金的价格更 高。因此，该方法成本较高，并不经济。
67.本发明的技术构思为：受d-so
x
的启发，针对出厂前车辆和/或未启动 首次除硫的车辆，利用缸内燃油后喷技术产生大量的hc，利用pt颗粒在参 与hc与氧气的催化反应中产生的热量，使pt颗粒烧聚成pt颗粒团，提升 新车800公里内的lnt净化no
x
的总效率。
68.基于上述技术构思，本发明提供了一种净化氮氧化物的方法。以解 决上述现有技术中存在的新车800公里内no
x
的净化总效率低的问题。 如图4所示，该方法包括：
69.s41，检测车辆lnt装置前端的温度；
70.s42，当检测到lnt装置前端温度达到预设温度时，触发缸内燃油后喷；
71.s43，在缸内燃油后喷的作用下，将车辆lnt装置中的pt颗粒烧聚成 pt颗粒团；用于净化氮氧化物。车辆包括：出厂前车辆和/或未启动首次除 硫的车辆。
72.具体实施时，利用发动机ecu监控lnt装置前的高温传感器，当监控 到lnt装置前端温度达到预设温度时，触发缸内燃油后喷动作(缸内燃油 后喷是在发动机正常喷油着火后，在活塞下行的过程中，喷油器额外向气缸 内喷射燃油)。后喷产生的燃油燃烧过程中生成大量的hc，这些反应剂在 lnt内部贵金属pt作催化剂的作用下与o2进行催化氧化反应生热，使lnt 和其出口温度达到＞590℃。同时，pt颗粒烧聚成pt颗粒团。
73.本发明实施例中，优选地，在检测车辆lnt装置前端的温度之前，方 法还包括：确定车辆是否为出厂前车辆和/或未启动首次除硫的车辆；当车辆 被确定为出厂前车辆和/或未启动首次除硫的车辆时，执行检测车辆lnt装 置前端的温度。
74.本发明实施例中，优选地，lnt装置前端预设温度为400℃～500℃。
75.具体实施时，利用发动机ecu控制lnt装置前端温度在400℃～500℃， 温度过低会导致需要后喷更多的燃油来达到lnt装置内和lnt装置后的反 应温度达到590℃～700℃，温度过高会导致燃油后喷后，反应完成时lnt 装置内和lnt装置后的反应温度超过700℃，损坏lnt、dpf等装置。
76.本发明实施例中，优选地，在缸内燃油后喷的作用下，将车辆lnt装 置中的pt颗粒烧聚成pt颗粒团。包括：通过缸内燃油后喷，生成达到预设 含量的hc；pt颗粒在hc的作用下，与lnt装置中的氧化铝颗粒作用，烧 聚成pt颗粒团。
77.具体实施时，该过程包括，预设含量的hc由触发缸内燃油后喷后。这 些燃油不充分燃烧生成的，预设含量是指：生成的hc在pt作催化剂的条件 下与o2进行催化氧化反应所放出的热量，能使lnt和其出口温度达到＞ 590℃的hc的量。
78.本发明实施例中，优选地，pt颗粒在hc的作用下，与lnt装置中的 氧化铝颗粒作用，烧聚成pt颗粒团。
79.具体实施时，该过程包括，hc与氧气发生催化氧化，并释放大量热量， 使得车辆lnt装置内和lnt装置后的排气温度达到一定的烧聚温度，在该 烧聚温度的条件下，pt颗粒与lnt装置中的氧化铝颗粒作用，烧聚成pt颗 粒团。
80.本发明实施例中，优选地，pt颗粒与lnt装置中的氧化铝颗粒作用， 烧聚成pt颗粒团；包括，pt颗粒与lnt装置中的氧化铝颗粒的表面进行粘 结；多个pt颗粒粘结在氧化铝颗粒的表面，形成pt颗粒团。
81.具体实施时，该过程的结果如图5所示，lnt装置中的添加剂氧化铝(用 于提高lnt装置中载体的比表面积和增强所述载体的no
x
附着能力)颗粒 的粒径在6μm左右，在烧聚温度下，氧化铝颗粒表面发生熔融，pt作催化 剂在参与hc与o2的反应过程中，使得氧化铝颗粒表面粘结了多个pt颗粒， 形成pt颗粒团。
82.本发明实施例中，优选地，烧聚温度为590℃～700℃。
83.本发明实施例中，优选地，pt颗粒的粒径为1μm～2μm；pt颗粒团的粒 径为8μm～10μm。
84.本发明实施例中，优选地，烧聚的时间为大于等于450秒。
85.在本发明的另一个实施例中，实现方法还可以是：制作并选用粒径为 8μm～10μm的pt颗粒做催化剂涂覆在lnt装置内；将涂覆后的所述lnt装 置安装于车辆尾气后处理装置内。
86.为使本领域技术人员更好地理解本发明实施例中的净化氮氧化物的 方法，以下
通过具体的实施例来说明本发明实施例中的净化氮氧化物的方 法对于提高lnt对no
x
的净化总效率的具体表现。
87.本实施例的具体实施过程如下：
88.选择一辆新出厂车辆做实验车辆，进行no
x
的排放量测试，并记录no
x
的排放量。接着，利用多进油少进气的方式使发动机升温，检测该车辆lnt 装置前端的温度；当检测到lnt装置前端温度达到450℃时，触发缸内燃油 后喷，进行pt颗粒的烧聚，烧聚的时间为450秒。完成烧聚后的实验车辆 再进行no
x
的排放量测试，并记录no
x
的排放量。最后，进行数据统计， 并计算lnt d-no
x
的总效率。
89.图6示出了本发明实施例中的对某试验车的no
x
的排放量的测试结果， 图3中，“lnt前no
x
的排放量”是指进入lnt装置之前的尾气中的no
x
的排放含量；“lnt后no
x
的排放量”是指尾气流经lnt装置，经过反应 后，尾气中剩余的no
x
的排放含量；“使用本发明后lnt后no
x
的排放量
”ꢀ
是指尾气流经本发明方法处理后的实验车的lnt装置，经反应后，尾气中 剩余的no
x
的排放含量。
90.如图6所示，根据gb 18352.6-2016要求的wltc循环测试，测试公司 某新出厂试验车lnt d-no
x
的总效率约56.9％，其中，lnt前总(原排) no
x
：10.93g，lnt总处理no
x
：6.22g。然后，用本发明方法对该试验车 lnt处理后重新测试，获得lnt前总(原排)no
x
：约10.93g，lnt总处 理no
x
：8.49g，lnt在wltc循环处理77.9％，达到了良好的水平。
91.由测试结果可知：由本发明该实施例可知，本发明利用缸内燃油后喷技 术产生大量的hc，利用pt颗粒在参与hc与氧气的催化反应中产生的热量， 使pt颗粒烧聚成pt颗粒团，提升新车800公里内的lnt净化no
x
的总效 率，使新车行驶初期的800公里内lnt的d-no
x
能力被显著提升了约21％。
92.其中，该21％的计算公式为：(“lnt后no
x
的排放量”的总和
-“
使 用本发明后lnt后no
x
的排放量”的总和)/“lnt后no
x
的排放量”的 总和
×
100％。
93.并且，由于本发明实施例提供的净化氮氧化物的方法可有效地提高lntd-no
x
能力，降低no
x
的排放，因此，本发明实施例提供的净化氮氧化物 的方法，可应用于所有排放含有no
x
的尾气的汽车，特别是no
x
排放量较 多的轻型柴油车。
94.对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组 合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的 限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其 次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选 实施例，所涉及的动作和部件并不一定是本发明所必须的。
95.以上对本发明所提供的一种净化氮氧化物的方法，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，以上实施例的说明只是 用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技 术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变 之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。