[發(fā)明專利]內(nèi)燃機(jī)尾氣顆粒物炭黑凈化處理裝置與方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711265051.7
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN108049943B
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪家琳
• 申請（專利權(quán)）人: 汪家琳
• 主分類號: F01N3/035
• 分類號: F01N3/035;F01N3/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

內(nèi)燃機(jī)尾氣顆粒物炭黑凈化處理裝置由加熱器、點(diǎn)火器、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥、燃燒艙、渦輪、過濾芯、收集罐組成；加熱器、渦輪、催化過濾芯、收集罐裝在燃燒艙內(nèi)；尾氣排氣口裝燃燒艙，前口上方裝加熱器和點(diǎn)火器，中部裝渦輪、齒輪和濾網(wǎng)，底部有瀉口裝收集罐；后部裝催化過濾芯后接排氣管。方法是閉合主電鍵，溫控開關(guān)開啟加熱器電路加熱；繼電器壓動點(diǎn)火器點(diǎn)火，碳?xì)浠衔镆蜻M(jìn)氣調(diào)節(jié)閥選擇進(jìn)入氧氣而燃燒；過量的碳?xì)浠衔锖皖w粒物、炭黑未能完全燃燒生成的一氧化碳與氮氧化物經(jīng)催化反應(yīng)生成氮?dú)夂投趸迹活w粒物、炭黑由渦輪、齒輪掃入收集罐中；最終以氮?dú)夂投趸肌⑺羝懦觥Ｋ糜趦?nèi)燃機(jī)尾氣顆粒物炭黑的凈化處理，使排放的尾氣達(dá)標(biāo)。

技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及到內(nèi)燃機(jī)車尾氣減排領(lǐng)域，尤其是涉及到內(nèi)燃機(jī)尾氣凈化處理裝置，特別是涉及內(nèi)燃機(jī)的尾氣排放中的廢氣廢物的凈化、清理和收集的裝置與方法。

背景技術(shù) 目前“尾氣凈化器”的專利和技術(shù)很多，主要都是采用三元催化器和氧化催化器、尿素催化凈化尾氣的技術(shù)，雖然能夠讓尾氣中的一氧化碳、氮氧化物、碳?xì)浠衔锏玫絻艋乔疤崾且醒鯕饪捎茫杖急纫侠恚倘辉黾恿搜鮽鞲衅骱虴CU智能控制工況，調(diào)節(jié)空燃比，才能達(dá)到凈化的目的，然而，顆粒物和炭黑無法及時清理，布滿了三元催化劑載體，堵塞排氣管道，形成背壓，影響了發(fā)動機(jī)性能和尾氣凈化效果。尿素催化凈化法需要不斷地供給尿素，才能以氨氣與一氧化氮、二氧化氮反應(yīng)生成氮?dú)夂退@是困擾尾氣減排和達(dá)標(biāo)的難題。根據(jù)尾氣凈化器，360百科：內(nèi)燃機(jī)采用汽油，柴油，LPG或CNG為燃料。排出的主要有害物質(zhì)為HC、CO、NOx和顆粒物(黑煙)。尾氣凈化器一般結(jié)構(gòu)是涂有貴金屬催化劑的金屬蜂窩載體。工作原理是當(dāng)高溫尾氣通過凈化器時，HC、CO和顆粒物在催化劑和高溫的作用下和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)成為無毒的水和二氧化碳。汽油，LPG和CNG發(fā)動機(jī)使用三元催化器來去除HC、CO和NOx。柴油發(fā)動機(jī)采用氧化催化器(DOC)，直通式免維護(hù)柴油機(jī)尾氣微粒過濾器(FTF)和壁流式柴油機(jī)尾氣微粒過濾器(DPF)來去除HC、CO和顆粒物。也采用SCR系統(tǒng)來去除NOx。直通式免維護(hù)柴油機(jī)尾氣微粒過濾器(FTF)能去除60-80％的黑煙，95％的柴油機(jī)尾氣臭味，99％的CO。現(xiàn)在常用的是用尿素水溶液和氨氣做還原劑，通過催化劑，把氮氧化物還原成氮?dú)狻Ｓ指鶕?jù)氧化型催化器，360百科：車用柴油機(jī)加裝氧化型催化器，以鉑(Pt)、鈀(Pd)等貴金屬作為催化劑，主要降低微粒排放中的SOF的含量從而降低PM的排放。同時可以有效減少排氣中的HC、CO。氧化催化器可以除去90％的SOF，從而使PM排放減少40％-50％。其對HC和CO的處理效率可以分別達(dá)到88％、68％。催化氧化技術(shù)對脫除柴油機(jī)排放微粒中的可溶性有機(jī)成分(SOF)具有良好的效果，即在柴油機(jī)排氣系統(tǒng)增設(shè)催化轉(zhuǎn)化器，SOF在鉑、銠和鈀等貴金屬催化劑或稀土催化劑等的作用下發(fā)生氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CO₂和H₂O而除去，通常其脫除效率可達(dá)80％。同時還可除去尾氣中的HC和CO等有害物質(zhì)。但該技術(shù)脫除碳顆粒物的效果比較差，并且催化劑有將排氣中的SO₂催化轉(zhuǎn)化為SO₃而生成硫酸鹽顆粒的趨向，尤其是溫度較高時硫酸鹽生成速率增大，從而使顆粒物排放總量減少甚微。并且硫化物的存在還易使催化劑中毒劣化。所以柴油機(jī)顆粒催化氧化技術(shù)一般適用于含硫量較低的柴油燃料。DOC對PM的捕捉效果不如微粒過濾器，但是由于碳?xì)浠衔锏狞c(diǎn)火溫度較低(在170℃以下就可再生)，所以DOC不需昂貴的再生系統(tǒng)，投資費(fèi)用較低。需要注意的是催化劑的選擇與柴油機(jī)排氣溫度密切相關(guān)，當(dāng)溫度低于150℃時，催化劑基本不起作用。隨著溫度的升高，排氣微粒主要成分的轉(zhuǎn)化效率逐漸增高。當(dāng)溫度高于350℃后，由于硫酸鹽大量產(chǎn)生，反而使微粒排放量增大，而且，硫酸鹽還會覆蓋在催化器表面降低催化劑的活性和轉(zhuǎn)化效率。此外硫?qū)Υ蠖鄶?shù)催化劑來講都有毒性，可引起催化劑中毒。因此，在我國使用氧化催化劑必須提高燃油品質(zhì)，還要設(shè)法降低氧化催化器的成本價格。再根據(jù)顆粒捕捉器，360百科：顆粒捕捉器能夠減少柴油發(fā)動機(jī)所產(chǎn)生的煙灰達(dá)90％以上。捕捉到的微粒排放物質(zhì)隨后在車輛運(yùn)轉(zhuǎn)過程中燃燒殆盡。它的工作基本原理是：如柴油微粒過濾器噴涂上金屬鉑、銠、鈀，柴油發(fā)動機(jī)排出的含有炭粒的黑煙，通過專門的管道進(jìn)入發(fā)動機(jī)尾氣微粒捕集器，經(jīng)過其內(nèi)部密集設(shè)置的袋式過濾器，將炭煙微粒吸附在金屬纖維氈制成的過濾器上；當(dāng)微粒的吸附量達(dá)到一定程度后，尾端的燃燒器自動點(diǎn)火燃燒，將吸附在上面的炭煙微粒燒掉，變成對人體無害的二氧化碳排出。為了做到這一點(diǎn)，捕捉器應(yīng)用了先進(jìn)的電控系統(tǒng)、催化涂層和燃料添加型催化劑(FBC)。這種燃料添加型催化劑包含諸如鈰、鐵和鉑等金屬。這些材料按比例加入到燃料中，在發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的幫助下不僅控制微粒排放物質(zhì)的數(shù)量，而且還控制碳?xì)浠衔锖臀廴練怏w等污染物的排放量。捕捉器的再生或凈化功能必須在可控的基礎(chǔ)上完成，以保持捕捉器不被煙灰堵塞。在凈化周期結(jié)束以后，任何殘留灰塵或?yàn)V渣最終都將在日常維護(hù)中被人為地清除。柴油顆粒捕捉器可以有效地減少微粒物的排放，它先捕集廢氣中的微粒物，然后再對捕集的微粒進(jìn)行氧化，使顆粒捕捉器再生。所謂過濾器的再生是指在DPF長期工作中，捕捉器里的顆粒物逐漸增加會引起發(fā)動機(jī)背壓升高，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)性能下降，所以要定期除去沉積的顆粒物，恢復(fù)DPF的過濾性能。捕捉器的再生有主動再生和被動再生兩種方法：主動再生指的是利用外界能量來提高捕捉器內(nèi)的溫度，使微粒著火燃燒。當(dāng)捕捉器中的溫度達(dá)到550℃時，沉積的顆粒物就會氧化燃燒，如果溫度達(dá)不到550℃，過多的沉積物就會堵塞捕捉器，這時就需要利用外加能源(例如電加熱器，燃燒器或發(fā)動機(jī)操作條件的改變)來提高DPF內(nèi)的溫度，使顆粒物氧化燃燒。被動再生指的是利用燃油添加劑或者催化劑來降低微粒的著火溫度，使微粒能在正常的柴油機(jī)排氣溫度下著火燃燒。添加劑(有鈰，鐵和鍶)要以一定的比例加到燃油中，添加劑過多會影響DOC的壽命，但是如果過少，就會導(dǎo)致再生延遲或再生溫度升高。由此可見，背景技術(shù)“尾氣凈化器”、催化凈化器、顆粒捕捉器能夠凈化尾氣中的HC、CO、NOx，但是顆粒物(黑煙)難以清理，容易產(chǎn)生背壓；而且，不能從空氣中獲得氧氣，使HC、CO燃燒不徹底，也影響了凈化效果。