一种用于氢内燃机和醇内燃机的后处理系统及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种内燃机的后处理系统，特别涉及一种用于氢内燃机和醇内燃机的后处理系统，还涉及其制备方法。

背景技术

氢能源是一种未来的清洁能源。在移动源的使用上有氢燃料电池和氢内燃机两种方式。同时甲醇等燃料的内燃机现在也在积极的推进。氢内燃机和甲醇内燃机的排放主要有NO

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的用于氢内燃机和醇内燃机的后处理系统。该系统将DOC和SCR进行耦合，并且将DOC的功能置于SCR的出口端，避免NO

本发明的另一个目的是提供上述后处理系统的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种用于氢内燃机和醇内燃机的后处理系统，包括载体，

所述载体靠近出口端的内壁涂覆有含贵金属成分的第一贵金属催化剂涂层，长度不小于载体全长的2/3；如长度太短，氧化性能不足，太长则会把NH3氧化掉。所述载体靠近进口端的内壁涂覆有具有SCR功能的第二催化剂涂层，所述第二催化剂涂层部分覆盖第一催化剂涂层；

所述出口端的第一催化剂涂层上还涂覆有含贵金属成分的第三催化剂涂层，所述第三催化剂涂层与第二催化剂涂层之间有空隙；所述第三催化剂涂层中的贵金属浓度大于第一催化剂涂层中的贵金属浓度。

进一步的，所述的第二催化剂涂层部分覆盖第一催化剂涂层的覆盖长度不小于25mm。如果第二层SCR覆盖第一层太短，NH3会被氧化成Nox，无法变成N2。

进一步的，所述第三催化剂涂层与第一催化剂涂层中的贵金属浓度的比值大于1.2。

进一步的，所述具有SCR功能的第二催化剂涂层为成分均一的一层涂层，或者是成分不同的多层涂层。

进一步的，所述具有SCR功能的第二催化剂涂层的成分为Cu-CHA沸石涂层、Fe-Beta沸石涂层、或W-V-TiO

进一步的，第一催化剂涂层的贵金属为Pt，第三催化剂涂层中的贵金属为Pt和/或Pd。

进一步的，所述第三催化剂涂层与第二催化剂涂层之间的空隙小于10mm。

上述的用于氢内燃机和醇内燃机的后处理系统的制备方法，包括如下步骤：

S1、第一催化剂涂层的制备

将硝酸铂溶液和氧化铝浆料进行混合，调节粘度和固含量，将浆料涂敷于载体上，涂敷长度不小于载体全长的2/3，通过涂敷量的控制来控制Pt的浓度为1-3g/ft

S2、第二催化剂涂层的制备

将SCR涂层浆料加水搅拌均匀，加入氧化锆粘合剂，加水调节粘度和固含量，以浆料干重计涂敷量为80-140g/L，涂敷长度要部分覆盖第一催化剂涂层；在100-150℃的温度下干燥，在500-600℃的温度下煅烧，形成进口端载体侧的第二催化剂涂层；

S3、第三催化剂涂层的制备

将浓度比为1：0~1：1的铂溶液和钯溶液和氧化铝浆料进行混合，调节粘度和固含量，从出口端涂敷，通过涂敷量的控制来控制Pt和Pd的总浓度大于第一催化剂涂层的贵金属浓度，，涂敷长度要保证与第二催化剂涂层之间有空隙，在100-150℃的温度下干燥，在500-600℃的温度下煅烧，形成出口端第三催化剂涂层。

进一步的，步骤S2第二催化剂涂层制备时，涂敷一至多层的其它成分的具有SCR功能的涂层。

进一步的，步骤S2所述的SCR涂层浆料的成分为Cu-CHA沸石和/或Fe-Beta沸石和/或W-V-TiO。

进一步的，步骤S3的Pt和Pd的总浓度为5-15g/ft

本发明具有如下有益效果：

该系统将DOC和SCR进行耦合，并且将DOC的功能置于SCR的出口端，避免NO

具体实施方式

下面将结合具体实施例、对比例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

一种氢内燃机和醇内燃机后处理系统，其制备方法为：

S1、将硝酸铂溶液和氧化铝浆料进行混合，调节粘度和固含量。将浆料涂敷于空白陶瓷蜂窝载体上，载体为150mm x 150mm x 150mm，目数为200，壁厚为4mm。从出口端涂敷100mm长度，通过涂敷量的控制来控制Pt的浓度为2g/ft

S2、将含3.0%Cu的Cu-CHA沸石加水搅拌均匀，加入氧化锆粘合剂，加水调节粘度和固含量，从进口端涂敷100mm长度，以浆料干重计涂敷量为100g/L；在100-150℃的温度下干燥，在550℃的温度下煅烧，形成进口端载体侧的Cu-SCR催化剂。

S3、将硝酸铂溶液，醋酸钯和氧化铝浆料进行混合，调节粘度和固含量，从出口端涂敷40mm长度，通过涂敷量的控制来控制Pt的浓度为5g/ft

实施例2

一种氢内燃机和醇内燃机后处理系统，其制备方法为：

S1、将硝酸铂溶液和氧化铝浆料进行混合，调节粘度和固含量。将浆料涂敷于空白陶瓷蜂窝载体上，载体为150mm x 150mm x 150mm，目数为200，壁厚为4mm。从出口端涂敷100mm长度，通过涂敷量的控制来控制Pt的浓度为2g/ft

S2、将含3.0%Cu的Cu-CHA沸石加水搅拌均匀，加入氧化锆粘合剂，加水调节粘度和固含量，从进口端涂敷90mm长度，以浆料干重计涂敷量为100g/L；在100-150℃的温度下干燥，在550℃的温度下煅烧，形成进口端载体侧的Cu-SCR催化剂。

S3、将含Fe 4.2wt%的Fe-Beta沸石加水搅拌均匀，然后加入15wt%的水性氧化铝，加水调节粘度和固含量；将浆料从进口端进行涂敷，长度分别为100mm，以保证Fe-beta的浆料能将载体进口侧的Cu-SCR催化剂覆盖，以浆料干重计涂敷量为120g/L；在100-150℃的温度下干燥，在550℃的温度下煅烧，形成进口端的第二层SCR催化剂。

S4、将硝酸铂溶液，醋酸钯和氧化铝浆料进行混合，调节粘度和固含量，从出口端涂敷40mm长度，通过涂敷量的控制来控制Pt的浓度为5g/ft

实施例3

一种氢内燃机和醇内燃机后处理系统，其制备方法为：

S1、将硝酸铂溶液和氧化铝浆料进行混合，调节粘度和固含量。将浆料涂敷于空白陶瓷蜂窝载体上，载体为150mm x 150mm x 150mm，目数为200，壁厚为4mm。从出口端涂敷100mm长度，通过涂敷量的控制来控制Pt的浓度为2g/ft

S2、将含2.5 %V的W-V-TiO2的SCR浆料，调节粘度和固含量后，从进口端涂敷100mm长度；以浆料干重计涂敷量为240g/L，在100-150℃的温度下干燥，在550℃的温度下煅烧，形成进口端载体侧的V-SCR催化剂。

S3、将硝酸铂溶液，醋酸钯和氧化铝浆料进行混合，调节粘度和固含量，从出口端涂敷40mm长度，通过涂敷量的控制来控制Pt的浓度为5g/ft

对比例1

一种氢内燃机和醇内燃机后处理系统，其制备方法为：

S1、将硝酸铂溶液和氧化铝浆料进行混合，调节粘度和固含量。将浆料涂敷于空白陶瓷蜂窝载体上，载体为150mm x 150mm x 150mm，目数为200，壁厚为4mm。从出口端涂敷100mm长度，通过涂敷量的控制来控制Pt的浓度为2g/ft

S2、将含3.0%Cu的Cu-CHA沸石加水搅拌均匀，加入氧化锆粘合剂，加水调节粘度和固含量，从进口端涂敷100mm长度，以浆料干重计涂敷量为100g/L；在100-150℃的温度下干燥后，从出口端同样涂敷100mm长度，以浆料干重计涂敷量为100g/L，在100-150℃的温度下干燥后，550℃的温度下煅烧，形成Cu-SCR催化剂。Cu-SCR完全覆盖出口端载体侧的贵金属催化剂。

对比例2

一种氢内燃机和醇内燃机后处理系统，其制备方法为：

S1、将硝酸铂溶液和氧化铝浆料进行混合，调节粘度和固含量。将浆料涂敷于空白陶瓷蜂窝载体上，载体为150mm x 150mm x 150mm，目数为200，壁厚为4mm。从出口端涂敷100mm长度，通过涂敷量的控制来控制Pt的浓度为2g/ft

S2、将含3.0%Cu的Cu-CHA沸石加水搅拌均匀，加入氧化锆粘合剂，加水调节粘度和固含量，从进口端涂敷110mm长度，以浆料干重计涂敷量为100g/L；在100-150℃的温度下干燥后，550℃的温度下煅烧，形成进口端载体侧的Cu-SCR催化剂。

对比例3

一种氢内燃机和醇内燃机后处理系统，其制备方法为：

S1、将硝酸铂溶液和氧化铝浆料进行混合，调节粘度和固含量。将浆料涂敷于空白陶瓷蜂窝载体上，载体为150mm x 150mm x 150mm，目数为200，壁厚为4mm。从出口端涂敷100mm长度，通过涂敷量的控制来控制Pt的浓度为8 g/ft

S2、将含3.0%Cu的Cu-CHA沸石加水搅拌均匀，加入氧化锆粘合剂，加水调节粘度和固含量，从进口端涂敷110mm长度，以浆料干重计涂敷量为100g/L；在100-150℃的温度下干燥后，550℃的温度下煅烧，形成进口端载体侧的Cu-SCR催化剂。

对比例4

一种氢内燃机和醇内燃机后处理系统，其制备方法为：

S1、将硝酸铂溶液，醋酸铂和氧化铝浆料进行混合，调节粘度和固含量。将浆料涂敷于空白陶瓷蜂窝载体上，载体为150mm x 150mm x 150mm，目数为200，壁厚为4mm。从出口端涂敷100mm长度，通过涂敷量的控制来控制Pt的浓度为7 g/ft

S2、将含3.0%Cu的Cu-CHA沸石加水搅拌均匀，加入氧化锆粘合剂，加水调节粘度和固含量，从进口端涂敷110mm长度，以浆料干重计涂敷量为100g/L；在100-150℃的温度下干燥后，550℃的温度下煅烧，形成进口端载体侧的Cu-SCR催化剂。

对比例5

一种氢内燃机和醇内燃机后处理系统，其制备方法为：

S1、将硝酸铂溶液，醋酸铂和氧化铝浆料进行混合，调节粘度和固含量。将浆料涂敷于空白陶瓷蜂窝载体上，载体为150mm x 150mm x 150mm，目数为200，壁厚为4mm。从出口端涂敷100mm长度，通过涂敷量的控制来控制Pt的浓度为7 g/ft

S2、将含2.5 %V的W-V-TiO2的SCR浆料，调节粘度和固含量后，从进口端涂敷100mm长度；以浆料干重计涂敷量为240g/L，在100-150℃的温度下干燥，在550℃的温度下煅烧，形成进口端载体侧的V-SCR催化剂。

实施例和对比例性能测试方法及测试数据：

从催化剂样品上取直径为1英寸，长度为3英寸的样品，利用模拟气体进行性能测试。气体条件如下表1所示。主要考察SCR反应中的NOx转化效率和有害副产物N2O的浓度，同时利用CO/H2的转化效率来考察催化剂的氧化性能。

表1测试条件（浓度单位无注明的为ppm）：

实施例1，2和对比例1-4的结果如下表所示

催化剂的性能对比（200度）

催化剂的性能对比（500度）

通过实施例1，2和对比例1的结果来看， 两者的NOx转化效率接近，但是实施例的H2转化效率较对比例1高，同时N2O的浓度偏低。由于实施例中的高浓度贵金属主要分布在出口测，因此对SCR反应的影响较小。

通过实施例1，2和对比例2的结果来看， 对比例2中SCR的催化成分较高，因此NOx

转化效率较好，但是由于底层DOC部分的贵金属浓度较高，造成了高浓度的N2O的排放。因此通过增加底层DOC贵金属浓度的方法，可以达到较高的H2/CO转化效率，但是也带来了较高的N2O排放。

通过实施例1，2和对比例3，4的结果来看， SCR的NOx转化效率类似，CO/H2的氧化能力也接近，但是实施例1，2的N2O浓度明显较低。

因此实施例1，2的设计保证了SCR反应中的NOx的转化效率的同时，通过出口高浓度DOC的设计，在不影响CO/H2的氧化性能的前提下，有效的抑制了N2O的生成。

在实施例3中，采用了V-SCR的涂敷。和对比例5进行对比发现，实施例的NOx，CO/H2的转化效率和对比例5接近，但是N2O的浓度明显较低。因此，该设计的效果对不同的SCR催化剂没有敏感性，可适用于不用的SCR。

催化剂的性能对比（200度）

催化剂的性能对比（500度）

虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围。