柴油机SCR催化消声器

图1为《柴油机SCR催化消声器》的结构示意图。

1、《柴油机SCR催化消声器》包括进气管（3）、出气管（10）、中桶体（5）及位于中桶体（5）内的催化器（6），其特征是：所述催化器（6）利用衬垫（7）安装在中桶体（5）内，所述中桶体（5）的两端设有前桶体（2）及后桶体（9）；所述中桶体（5）与前桶体（2）及后桶体（9）利用抱箍（4）相互连接；进气管（3）的一端位于前桶体（2）内，另一端与前桶体（2）固定连接；所述后桶体（9）内设有隔板（8），所述出气管（10）的一端穿过后桶体（9）并与隔板（8）固定连接，所述出气管（10）与后桶体（9）固定连接，所述隔板（8）上设有若干通孔。

2、根据权利要求1所述的柴油机SCR催化消声器，其特征是：所述进气管（3）位于前桶体（2）内的外壁上设有进气孔（17）。

3、根据权利要求1所述的柴油机SCR催化消声器，其特征是：所述出气管（10）位于后桶体（9）内的外壁上设有出气孔（18）。

4、根据权利要求1所述的柴油机SCR催化消声器，其特征是：所述前桶体（2）对应于与中桶体（5）相连接的另一端面设有前端盖（1）。

5、根据权利要求1所述的柴油机SCR催化消声器，其特征是：所述后桶体（9）的端面上设有后端盖（11）。

6、根据权利要求1所述的柴油机SCR催化消声器，其特征是：所述出气管（10）上设有温度传感器座（12）及NO_x传感器座（13）。

7、根据权利要求1所述的柴油机SCR催化消声器，其特征是：所述催化器（6）为表面涂有NO_x的SCR催化剂的金属或陶瓷体。

2009年9月前，伴随机动车的迅猛发展，产生了严重的大气污染，并呈现出区域复合型特点。许多大城市的大气污染已经由煤烟型污染转向煤烟和机动车复合型污染，少数特大城市已经明显表现出光化学烟雾型（即机动车尾气型）的大气污染。因此，对柴油车尾气排放污染控制技术的研究及其重要，且迫在眉睫。

从商用车的发展来看，柴油机是其主要动力。一般采用增压技术柴油车可满足第I阶段的排放要求，第II阶段采用了增压中冷，第III阶段引入了电控燃油喷射技术，第IV阶段需要在上述技术基础上对排气进行后处理。

在第IV阶段排放控制的排气后处理系统主要有两个技术路线：（1）通过优化发动机（机内净化技术，优化喷油、优化燃烧等）降低PM（固体颗粒）排放 SCR（选择性催化还原作用）选择催化还原反应降低NOx排放。（2）采用EGR（排气再循环系统）废气在循环技术降低NOx排放 采用微粒捕捉器降低PM排放。2009年9月前更倾向于使用第一种方案。

催化消声器是SCR系统中非常关键的部件。2009年9月前，中国国内设计的催化消声器比较短缺，使用的催化消声器成本高，安装及维修不方便。

柴油机SCR催化消声器专利目的

《柴油机SCR催化消声器》的目的是克服2009年9月前已有技术中存在的不足，提供一种柴油机SCR催化消声器，其成本低廉，安装维修方便，催化和消声性能好。

柴油机SCR催化消声器技术方案

《柴油机SCR催化消声器》包括进气管及出气管，中桶体及位于中桶体内的催化器；所述催化器利用衬垫安装在中桶体内，所述中桶体的两端设有前桶体及后桶体，所述中桶体与前桶体及后桶体利用抱箍相互连接，进气管的一端位于前桶体内，另一端与前桶体固定连接，所述后桶体内设有隔板，所述出气管的一端穿过后桶体并与隔板固定连接，所述出气管与后桶体固定连接，所述隔板上设有若干通孔。

所述进气管位于前桶体内的外壁上设有进气孔。所述出气管位于后桶体内的外壁上设有出气孔。所述前桶体对应于与中桶体相连接的另一端面设有前端盖。所述后桶体的端面上设有后端盖。所述出气管上设有温度传感器座及NO_x传感器座。所述催化器为表面涂有NO_x的SCR催化剂的金属或陶瓷体。

柴油机SCR催化消声器改善效果

《柴油机SCR催化消声器》结构简单合理，成本低廉，装修及拆卸方便，具有较好的催化和消声性能。

如图1所示：《柴油机SCR催化消声器》包括前端盖1、前桶体2、进气管3、抱箍4、中桶体5、催化器6、衬垫7、隔板8、后桶体9、出气管10、后端盖11、温度传感器座12及NO_x传感器座13组成。

所述中桶体5的两端设有前桶体2及后桶体9，前桶体2及后桶体9利用抱箍4与中桶体5相互连接。所述前桶体2对应于与中桶体5连接的另一端面设有前端盖1，进气管3的一端位于前桶体2内，所述进气管3与前桶体2固定连接。所述进气管3位于前桶体2内的外壁上设有进气孔17。所述催化器6利用衬垫7安装在中桶体5内。所述催化器6为表面涂有催化剂的金属或陶瓷载体。催化剂用于催化NO_x的的化学反应。所述前端盖1与催化器6间形成第一膨胀腔14。

所述后桶体9内设有隔板8，所述出气管10的一端穿过后桶体9并与隔板8固定连接，所述出气管10与后桶体9固定连接。所述隔板8上除与出气管10相连接的部分外设有出气孔。所述出气管10位于后桶体9内的外壁上设有若干通孔18。所述出气管10上设有温度传感器座12及NO_x传感器座13。所述催化器6与隔板8间形成第二膨胀腔15，所述隔板8与后端盖11间形成第三膨胀腔16。所述第一膨胀腔14与第二膨胀腔15由催化器6间的细孔连通，所述第二膨胀腔15与第三膨胀腔16由隔板8上的通孔连通。所述温度传感器座12及NO_x传感器座13用于安装温度传感器及NO_x传感器。

使用时，气体由进气管3进入，通过进气孔17进入前桶体2内，气体在第一膨胀腔14内膨胀后均匀地分布在催化器6上。气体通过催化器6中间细长的小孔时充分接触里面的催化剂，气体在催化剂的作用下进行反应，使气体中NO_x的含量下降。气体通过催化器6后进入第二膨胀腔15，气体在第二膨胀腔15膨胀后由隔板8上的通孔进入第三膨胀腔16，在第三膨胀腔16内膨胀后，气体经出气孔18进入出气管10内，经出气管10排出。

2013年，《柴油机SCR催化消声器》获得第八届江苏省专利项目奖优秀奖。

应用于HC-SCR 反应的催化剂主要有分子筛类催化剂、贵金属类催化剂和一般氧化物催化剂等。

HC-SCR技术分子筛系列

目前以含Cu 分子筛为催化剂的选择性还原已进行了大量研究工作, 研究者认为最好的还原气体在转化率达50 %时的温度应该同NO 转化率达50 %时的温度相近。此类催化剂失活主要是由于高温或水热条件引起分子筛脱铝, 造成骨架坍塌, 也可能是由于Cu 烧结形成不活泼的CuO , 从而导致活性位的减少及分子筛孔道的堵塞。万颖等研究了在水热条件下Cu-Al-MCM-41 的结构特征, 指出H2O 存在时, 催化剂对NO 选择性还原反应活性下降的原因可能是H2O 的存在抑制了NO 和还原剂C3H6 在催化剂活性中心上的吸附 。因此, 分子筛类催化剂要能在工业上得到应用, 必须解决其水热稳定性的问题。对于不同结构的分子筛载体, 可能由于经离子交换的铜离子在表面的与沸石笼结构中的价态或聚集程度各不相同, 以及沸石本身的结构差异如使用离子交换法制备的Cu-ZSM-5, 350 ℃以上, 在相同的Cu 负载量条件下, 随SiO2/Al2O3 提高,NO 转化率也随之提高。

对于含铜分子筛催化剂, 不能利用CH4 作为HC-SCR 中的还原剂还原NOx , 而含Co 沸石催化剂则可以。因为CH4 容易获得, 所以含Co 的分子筛催化剂被认为是很有前景的催化剂。但其在柴油机尾气条件下所需要的反应温度较高, 催化剂对水热及SO2 极为敏感且催化剂活性较低。

Fe 分子筛之所以引起研究者的注意, 是由于其具有良好的抗H2O 和SO2 毒化的性能。。但含Fe 分子筛催化剂进行NOx-SCR 会产生大量的CO 。因此该催化剂在实际应用中需引入CO 氧化催化剂, 或加入少量贵金属(如Pt)以改善催化剂性能。此外, 制备方法对含Fe 分子筛的活性影响较大。

含Ga 的分子筛催化剂, 也可利用CH4 作为HC-SCR 反应中的还原剂。含Ga 的分子筛催化剂HC 上还原NO 的选择性较含Co 的分子筛高, 但其NO 达到最大转化率时的温度较后者高100K 。而且在含水条件下含Co 的分子筛性能要优于含Ga 的分子筛。

含稀土催化剂价格便宜, 原料易得, 工艺稳定, 净化效果好, 使用寿命长, 对NOx 有一定的净化效果。

总的来看, 在含非贵金属分子筛催化的HCSCR反应中,NO 达到最大转化率的温度较高, 且水的存在严重抑制了它们的催化活性。

HC-SCR技术贵金属系列

目前银催化剂在NOx 选择性还原方面的催化性能受到重视。Ag/Al2O3 催化剂在以C3H6 和CH3OH 为还原剂时表现出很好的催化NOx 性能, 即使在有H2O 和SO2 的气氛中, 仍能维持较高活性, 但以CH4 为还原剂时Ag/Al2O3催化CH4 和O2 的直接燃烧, 选择性地还原NOx 的活性和选择性很低, 只有当CH4 在反应气氛中的体积分数10 倍于NOx 时,NOx 才能被有效消除,而此时CH4 的选择性很低。

含Pd 的分子筛催化剂能进行CH4-SCR。研究指出, 在Pd/H-ZSM-5 上引入Rh 将有助于提高催化剂的水热稳定性。含Pt 催化剂有着明显的优点如起燃温度较低、抗水热、SO2 性能较好, 但经进一步的研究可发现:其失活问题难以克服。

HC-SCR技术金属氧化物系列

经过大量试验金属氧化物, 特别是各种过渡金属氧化物分解NO 的活性。发现添加少量Ag 能大大提高Co3O4 分解NO 的活性, 并可以减缓氧的抑制作用。

HC-SCR技术是用HC化合物(如排气中未燃烧完全的HC , 或燃料柴油)为还原剂, 在催化剂作用下将柴油机排气中NOx 还原成N2 。使用乙烯、丙烯、丁烯和丙烷作为还原剂, 选择还原NO 的反应, 适量氧的存在会促进还原过程。这一新反应的发现打破了以前人们一直认为的NH3 是唯一可以选择还原NO 的还原剂的概念。

利用燃料或未燃碳氢作还原剂进行NOx催化还原是HC-SCR催化剂的最大优势。主要催化剂材料有Cu-ZSM5、Ag-Al2O3以及Pt-Al2O3。研究表明，用柴油机排气中的HC做还原剂的Cu-ZSM5催化剂对NOx的转化效率可达60%以上，用排气管喷射乙醇作还原剂的Ag-Al2O3催化剂可达90%以上。

HC-SCR催化剂主要问题是工作温度高于尿素-SCR催化剂，转化效率较低，耐水蒸汽中毒性能不理想，因此目前尚未得到产业化应用。