天然气发动机后处理系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在车辆后处理系统中减少甲烷的系统和方法。
【背景技术】
[0002]从2014年开始，公路上行驶的发动机必须遵循新的温室气体标准，包括可能是第一次涉及的甲烷系烃排放。天然气发动机、特别是排放大量甲烷(CH4),这有助于温室气体排放。一些人认为甲烷具有大于二氧化碳(CO2) 25倍的全球变暖潜力。
[0003]甲烷排放控制的一个挑战在于，例如，甲烷燃烧/氧化发生在高温(例如，高于大约 350-450 0C )下。
[0004]而且，包含催化剂的铂系元素金属和金属氧化物在低温下没有活性。
【发明内容】
[0005]一些实施例涉及后处理系统中、尤其是天然气发动机后处理系统中的减少甲烷系统和方法。
[0006]一些实施例规定了将氧化催化器引入涡轮增压器的上游和发动机体的排气管的下游，从而提供高的排气温度用以氧化甲烷。
[0007]一些实施例规定:在低温下利用催化基体来吸附甲烷，在高温下，被吸附的甲烷经历催化燃烧。催化剂可以包括例如，分散在沸石基体上的非PGM金属氧化物。沸石基体可以提供低温存储和用于燃烧的氧化物。
[0008]一些实施例规定:设想基体材料和催化剂组合物在低温下吸附甲烷排放以及然后在高温下释放氧化的甲烷，这使得降低了甲烷系烃排放量。
[0009]一些实施例提供了车辆用的后处理系统，该后处理系统包括布置在发动机体和涡轮增压器之间的排气通道中的氧化催化剂。氧化催化器被构造成:在运转的发动机循环的第一部分的第一温度期间，存储甲烷；并且在运转的发动机循环的第二部分的第二温度期间，氧化存储的甲烷，其中，第一温度低于第二温度。
[0010]一些实施例提供了一种减少车辆中甲烷排放的方法。在发动机体和涡轮增压器之间的排气通道中设有氧化催化器。在第一温度期间存储甲烷。在高于第一温度的第二温度期间，氧化存储的甲烷。提供背压阀从而增加排气通道中的压力或增加发动机负载。通过经由背压阀来增加压力或发动机负载，使温度从第一温度升高至第二温度。
[0011]一些实施例提供了排气温度管理(例如，在轻负载下)，S卩，通过提供发动机速度和高背压，从而增大发动机负载，而这又升高了排气温度。
【附图说明】
[0012]图1为天然气发动机后处理系统的一个实施例。
[0013]图2为天然气发动机后处理系统的另一个实施例。
[0014]图3A为举例说明针对不同材料随温度的甲烷转化图表。
[0015]图3B为另一举例说明其它材料随温度的甲烷转化图表。
【具体实施方式】
[0016]一些实施例涉及后处理系统中、尤其是天然气发动机的后处理系统中的甲烷减少系统和方法。
[0017]参见图1，示出了压燃(Cl)天然气发动机后处理系统100的一个实施例布局。后处理系统100可以被用于例如双燃料发动机(例如，天然气和柴油发动机)。如图示的，气缸座I1具有连接到氧化催化剂(OC) 130的排气管120。然后，将氧化催化器130连接到涡轮增压器系统140以及废气再循环(EGR)系统150。
[0018]在一些实施例中，0C130可以包括，例如，载有铜(Cu)的沸石基底，例如下面中的一个或多个:CuCe (La)02和CuZr (Y)O20在一些实施例中，沸石基底可以包括，例如下面中的一个或多个:CuCe (La)，Ce (La) O2, CeO2, CuZr (Y)，Zr (Y) 02和 ZrO 2。一些实施例企图设计涂层以及适于甲烷存储和氧化的尺寸的区域。
[0019]涡轮增压器系统140可以包括例如连接到压缩机170的涡轮机160。涡轮机连接到包括下面中的一个或多个的设备:柴油机氧化催化器，柴油机颗粒过滤器以及选择催化还原器。该设备在图1中以D0C/DPF/SCR180表示，该设备其后连接到背压阀190。压缩机170连接到空气源190。压缩机170还连接到增压空气冷却器210和节流阀220。节流阀220连接到发动机体110的进气管230。
[0020]EGR系统150可以包括例如EGR冷却器旁通道240和EGR冷却器通道250。EGR冷却器通道250可以包括例如EGR冷却器260。通道240和250都被连接到EGR阀270，该EGR阀270又被连接到发动机体110的进气管230。
[0021]在运行中，发动机体110从排气管路120输出排气(例如，废气或废气流)。在一些实施例中，从发动机体110的气缸出来的废气与0C130的甲烷存储和氧化催化器直接接触。排气的温度大大高于通过涡轮增压器系统140的涡轮160之后的废气温度。这部分地是为甲烷系烃氧化提供的高得多的废气温度。
[0022]0C130处的温度可以是周期性的，这部分地是因为发动机体110的发动机运转循环和/或部分地是因为背压阀190的控制。在轻负载的情况下，背压阀190能够升高废气温度。在一些实施例中，背压阀190被构造成这样，S卩，当背压阀190关闭时，0C130处的压力增大，以及当背压阀190打开时，0C130处的压力减小。在低温下，排气中的甲烷(CH4)气体被吸附在0C130处。高温下，被吸附的甲烷经历催化燃烧。在高温下，0C130提供用来氧化吸附的甲烷的氧化物。
[0023]因为0C130布置在涡轮增压器系统140和发动机体110之间，0C130处的温度会较高。通过将氧化催化器放置在涡轮增压器系统140的上游，0C130能够利用较高的排气温度来进行甲烷氧化，因为高的温度加强了甲烷减少。而且，排气通道中的背压阀190能够被关闭，从而提高发动机负载以及从而升高排气温度、包括例如0C130处的温度。
[0024]图3A-B示出了甲烷转化(例如甲烷还原或甲烷氧化)是如何随着不同材料和材料的各组分的温度而增加的，不同材料和材料各组分包括例如:CUCe(La)，Ce(La)O2,CeO2, CuZr (Y)，Zr (Y) O2和 ZrO 2。可以参见例如 Kundakovic 等人应用催化剂(App1.Cat.)，171 (1978) 13-29。图3A-B示出了分散在掺杂有La的CeOjP掺杂有Y的ZrO 2中的CuO。在Cu/Ce (La) 02和/或CuO/Zr (Y) O 2中，CeO 2对于甲烷氧化是活性的。催化剂在大致300-350 V的温度范围内是活性的。CuO的量和分散剂的量在甲烷转化中也起到了作用。而且，分散在支承体上的铜团簇是高活性的。
[0025]继续阐释操作并参见图1，排气(例如废气)从0C130出来并进入涡轮增压器系统的涡轮机160和EGR系统150。关于通过涡轮增压器140的排气通道，排气驱动涡轮机160，该涡轮机160又经由例如转子轴来驱动压缩机170。一旦排气驱动了涡轮机160，排气行进到D0C/DPF/SCR180。空气源200向压缩机170供给空气，该压缩机170又压缩空气。由于压缩，空气温度升高。增压空气冷却器210 (例如，中冷器)冷却被压缩的空气。节流阀220在将空气通入发动机体110的进气管230之前对其进行节流。
[0026]关于通过EGR系统150的排气通道，排气可以绕过EGR冷却器250或通过EGR冷却器250。在一些实施例中，EGR冷却器250冷却排气以降低发动机体110内的燃烧温度。较低的温度能减小由发动机体110生成的温室气体(例如NOx)的量。根据EGR阀是打开还是关闭，排气从EGR系统150进入发动机体110的进气管230。
[0027]在一些实施