具有陶瓷局部過濾器的后處理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開主要涉及結(jié)合內(nèi)燃機(jī)使用的尾氣后處理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]尾氣后處理系統(tǒng)用來接收和處理內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的尾氣。傳統(tǒng)的尾氣后處理系統(tǒng)包括任意多種不同部件，以降低尾氣中的有害排放量水平。例如，用于柴油內(nèi)燃機(jī)的某種尾氣后處理系統(tǒng)包括選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)，在氨氣(NH3)存在的情況下，該選擇性催化還原系統(tǒng)將氮氧化物(NOx)(—定比例的N0和N02)轉(zhuǎn)化成無害的氮?dú)?N2)和水蒸汽(H20)。后處理系統(tǒng)還可以包括氧化催化劑(例如柴油氧化催化劑)和/或用來去除雜質(zhì)的過濾器，該氧化催化劑位于SCR系統(tǒng)的上游或下游并用來催化尾氣中的一氧化碳(C0)、一氧化氮(N0)、烴和/或氨的氧化。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本文描述的各實(shí)施例通常涉及具有氧化催化劑和兩個顆粒過濾器的后處理系統(tǒng)，尤其是涉及這種后處理系統(tǒng)，其包括兩個局部過濾器，該兩個局部過濾器串聯(lián)位于氧化催化劑的下游，其中至少一個局部過濾器是陶瓷過濾器。
[0004]在第一組實(shí)施例中，后處理系統(tǒng)包括第一氧化催化劑。第一局部過濾器位于所述第一氧化催化劑的下游并構(gòu)造成將捕獲的顆粒物連續(xù)燒掉。第二局部過濾器位于所述第一局部過濾器的下游并構(gòu)造成將捕獲的顆粒物連續(xù)燒掉。所述第一局部過濾器和所述第二局部過濾器中至少有一個包括陶瓷局部過濾器。每一個所述第一局部過濾器和所述第二局部過濾器包括不對稱局部過濾器。
[0005]在另一組實(shí)施例中，后處理系統(tǒng)包括第一氧化催化劑。第一局部過濾器位于所述第一氧化催化劑的下游。第一局部過濾器包括陶瓷局部過濾器，該陶瓷局部過濾器構(gòu)造成將捕獲的顆粒物連續(xù)燒掉。第二局部過濾器位于所述第一局部過濾器的下游并構(gòu)造成將捕獲的顆粒物連續(xù)燒掉。選擇性催化還原系統(tǒng)位于所述第二局部過濾器的下游。選擇性催化還原系統(tǒng)包括催化劑，該催化劑配制成對流過所述后處理系統(tǒng)的尾氣的組分進(jìn)行分解。每一個所述第一局部過濾器和所述第二局部過濾器包括不對稱局部過濾器。
[0006]在又另一組實(shí)施例中，后處理系統(tǒng)包括殼體，所述殼體具有入口和出口并限定出一個內(nèi)部容積。第一氧化催化劑位于所述內(nèi)部容積內(nèi)并靠近所述入口。第一局部過濾器在所述內(nèi)部容積內(nèi)并位于所述第一氧化催化劑的下游并構(gòu)造成將捕獲的顆粒物連續(xù)燒掉。第二局部過濾器在所述內(nèi)部容積內(nèi)并位于所述第一局部過濾器的下游并構(gòu)造成將捕獲的顆粒物連續(xù)燒掉。所述第一局部過濾器和所述第二局部過濾器中至少有一個包括陶瓷局部過濾器。每一個所述第一局部過濾器和所述第二局部過濾器包括不對稱局部過濾器。
[0007]應(yīng)當(dāng)理解，下面更詳細(xì)討論的前述概念和附加概念的所有組合(只要這些概念不互相矛盾)都被認(rèn)為是本文公開的實(shí)用新型主題的一部分。具體地，出現(xiàn)在本公開內(nèi)容的末尾的要求保護(hù)的主題的所有組合都被認(rèn)為是本文公開的實(shí)用新型主題的一部分。
[0008]附圖簡要說明
[0009]從下文結(jié)合附圖的描述和所附權(quán)利要求，本公開的上述和其它特征將變得更加明顯。應(yīng)理解的是，這些附圖僅僅描繪了本公開的幾個實(shí)施例，因此不應(yīng)認(rèn)為是對本公開范圍的限制，將結(jié)合附圖來對本公開的特征和細(xì)節(jié)進(jìn)行說明。圖1是后處理系統(tǒng)的一個實(shí)施例的示意框圖，該后處理系統(tǒng)包括第一氧化催化組件、第一局部過濾器、第二局部過濾器以及SCR系統(tǒng)。
[0010]圖2是后處理系統(tǒng)的另一個實(shí)施例的側(cè)剖圖，該后處理系統(tǒng)包括氧化催化劑、第一局部過濾器和第二局部過濾器，第二局部過濾器位于由殼體限定出的內(nèi)部容積內(nèi)。
[0011]參考附圖進(jìn)行下文的詳細(xì)說明。在附圖中，相似的符號通常表示相似的部件，除非上下文另有指示。詳細(xì)描述的說明性實(shí)施方式、附圖和權(quán)利要求并不意味著是限制性的。在不脫離本公開的主題的精神或范圍下，可以利用其他實(shí)施方式和進(jìn)行其他變化。容易理解，本文所述和所示的本公開的各方面，能夠以各種不同的結(jié)構(gòu)來布置、替代、組合和設(shè)計(jì)，所有這些都是明確可預(yù)期的并作為本公開的一部分。
【具體實(shí)施方式】
[0012]本文描述的各實(shí)施例主要涉及具有氧化催化器和兩個局部過濾器的后處理系統(tǒng)，特別是以下這種后處理系統(tǒng)，其包括兩個局部過濾器，該兩個局部過濾器串聯(lián)位于氧化催化劑的下游并且其中至少有一個局部過濾器包括陶瓷過濾器。
[0013]局部過濾器，也稱為“局部流體過濾器(partial flow filters) ”或“局部流體深床過濾器(partial flow deep-bed filters) ”，其基于局部流體深床過濾原理作用。局部過濾器包括以下結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)配置成將通過過濾元件(例如纖維絨)進(jìn)入局部過濾器的尾氣的至少一部分轉(zhuǎn)向并使其進(jìn)入相鄰?fù)ǖ溃撓噜復(fù)ǖ腊谠摼植窟^濾器內(nèi)，從而將尾氣中的顆粒物(PM)過濾。與壁流式過濾器不同的是，局部過濾器捕獲的PM被連續(xù)燒掉。更具體而言，局部過濾器依賴于被動再生，該被動再生取決于從發(fā)動機(jī)出來的NOx。
[0014]因此，局部過濾器是低保養(yǎng)過濾器，其不是必須定期再生。例如，這種過濾器能夠在尾氣處理系統(tǒng)的整個生命周期(例如汽車的尾氣處理系統(tǒng))持續(xù)而不必更換。此外，由于捕獲的PM連續(xù)燃燒，因此局部過濾器不會堵塞，從而防止了因過濾器堵塞發(fā)生的火災(zāi)隱患。在具體實(shí)施例中，局部過濾器還可通過噴涂貴金屬和活化涂層來催化，貴金屬和活化涂層還能催化包含在尾氣中的烴類和C0分解。局部過濾器特別適合于從尾氣中過濾納米粒子(例如尺寸小于400nm的粒子)。
[0015]本文描述的后處理系統(tǒng)的實(shí)施列可提供若干益處，包括例如:(1)在氧化催化劑的下游提供兩個局部過濾器，設(shè)置附加過濾層，該附加過濾層用于過濾從第一局部過濾器逃出的任何粒子；(2)提供成本顯著低于金屬局部過濾器的陶瓷局部過濾器作為一個或兩個局部過濾器，從而降低后處理系統(tǒng)的制造和維護(hù)成本，其在第三世界的應(yīng)用中尤其有用；以及(3)在兩個局部過濾器具有不同的結(jié)構(gòu)(例如不同的孔徑、包括不同的材料等)的情況下，不同類型和尺寸的材料都能夠被有效過濾。
[0016]圖1是根據(jù)一個實(shí)施例的后處理系統(tǒng)100的不意框圖。后處理系統(tǒng)100包括第一氧化催化劑110、第一局部過濾器120a、第二局部過濾器120b、SCR系統(tǒng)150以及任選的混合器130和任選的第二氧化催化組件160。后處理系統(tǒng)100配置成從內(nèi)燃機(jī)(圖未示)接收尾氣。尾氣例如可以包括柴油發(fā)動機(jī)尾氣、天然氣發(fā)動機(jī)尾氣、雙柴油-天然氣發(fā)動機(jī)尾氣或汽油發(fā)動機(jī)尾氣。
[0017]第一氧化催化劑110位于SCR系統(tǒng)150的上游并配置成從發(fā)動機(jī)接收尾氣。第一氧化催化劑110配置成將尾氣中未燃盡的烴和/或一氧化碳(C0)氧化。第一氧化催化劑110可以是分層的，也可以具有蜂巢結(jié)構(gòu)。在一具體實(shí)施例中，第一氧化催化劑110可以在其內(nèi)部限定出多個通道。在尾氣為柴油尾氣的各實(shí)施例中，第一氧化催化劑110包括柴油氧化催化劑。
[0018]在一些實(shí)施例中，第一氧化催化劑110可包括基質(zhì)和活化涂層?；|(zhì)可包括任何合適的基質(zhì)，諸如陶瓷(例如堇青石)或金屬(例如，壩塔爾合金(KANTHAL))整料芯，該陶瓷或金屬整料芯例如可以限定出蜂巢結(jié)構(gòu)。在各具體實(shí)施例中，基質(zhì)可以包括整體基質(zhì)或壁流式基質(zhì)。第一氧化催化劑110的氧化催化劑可以在基質(zhì)上層疊?；罨繉舆€可以用作氧化催化劑的載體材料。該活化涂層材料可以包括:諸如三氧化二鋁、二氧化鈦、二氧化硅、任何其它合適的活化涂層或其組合。該氧化催化劑被配制來氧化C0、N0和/或尾氣中的烴。該氧化催化劑可包括貴金屬，諸如鉑和鈀。
[0019]第一局部過濾器120a位于第一氧化催化劑110的下游。第二局部過濾器120b位于第一局部過濾器120a的下游。兩個局部過濾器允許更有效地過濾尾氣中的PM，特別是納米尺寸范圍(例如小于400納米)的PM。第一局部過濾器120a和第二局部過濾器120b可以是下文描述的任一種局部過濾器。
[0020]第一局部過濾器120a和第二局部過濾器120b中至少有一個包括陶瓷局部過濾器。在一組實(shí)施例中，第一局部過濾器120a包括陶瓷局部過濾器。在該實(shí)施例中，第二局部過濾器120b包括任何其它局部過濾器，諸如金屬局部過濾器。在另外的實(shí)施例中，第二局部過濾器120b可以包括陶瓷局部過濾器，而第一局部過濾器120a包括非陶瓷過濾器，諸如金屬局部過濾器。在再另外的實(shí)施例中，第一局部過濾器120a和第二局部過濾器120b均包括陶瓷局部過濾器。在各實(shí)施例中，陶瓷局部過濾器包括堇青石(cordierite)過濾器，例如其可以是不對稱過濾器。在再另外的實(shí)施例中，第一局部過濾器120a和/或第二局部過濾器120b可以被催化。
[0021]SCR系統(tǒng)150位于氧化催化劑組件110的下游，并配置成從氧化催化劑組件110接收尾氣。SCR系統(tǒng)150配置成處理穿過SCR系統(tǒng)150的尾氣(例如柴油尾氣)。SCR系統(tǒng)150可以包括一個或多個催化劑，該催化劑配制成將尾氣進(jìn)行選擇性還原?？梢允褂萌魏魏线m的催化劑，諸如，鉑、鈀、銠、鈰、鐵、錳、銅、釩基催化劑或任何其它合適的催化劑及其其組合。尾氣可以流過或流經(jīng)催化劑，從而任何含在尾氣中的N0X氣體被進(jìn)一步還原，從而生成基本上不含碳氧化物和N0X氣體的尾氣。.
[0022]在一些實(shí)施例中，混合器130位于SCR系統(tǒng)150的上游和第二局部過濾器120b的下游?；旌掀?30配置成促進(jìn)還原劑(例如諸如尿素水溶液的柴油尾氣流體)與尾氣混合，從而形成進(jìn)入SCR系統(tǒng)150的混合物。還原劑通過SCR系統(tǒng)150中的催化劑促進(jìn)尾氣的組分(例如NOx氣體)催化分解。混合器130可包括通道、翼、湍流或渦流發(fā)生器、葉片或其它任何促進(jìn)還原劑與尾氣混合的結(jié)構(gòu)。
[0023]在一些實(shí)施例中，第二氧化催化劑組件160位于SCR系統(tǒng)150的下游。第二氧化催化劑組件160還可以包括基質(zhì)和氧化催化