用来减少柴油机废气的污染物的方法技术

一种用来减少柴油机废气的污染物的方法，该方法包括这些步骤：把废气冷却到低于硫酸盐冷凝温度的温度；使废气中的颗粒进行结块；收集和分离废气中的结块颗粒。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的来讲涉及一种柴油机。更加具体地说，本专利技术涉及一种用来俘获和除 去或者消除柴油机排气污染物如颗粒物质、不稳定的有机化合物(VOCs)、毫微级颗粒数、 NOx、HC、CO和SO2的后处理系统。
技术介绍
在世界范围内，政府管理机构十分关注柴油机的颗粒排放。对它们健康影响的重 要调查表明对人类健康的有害影响比原来认识到的要严重得多。柴油机排气的污染物的 大部分毒性通过VOC化合物和毫微级颗粒形成和个数的现象来产生。尽管VOCs化合物和 毫微级颗粒数不能被控制，但是可以采用一些方法来把它们排出到大气的量限制到最小程 度上，这将是未来政府的管理主题。氧化氮是形成烟雾和酸雨的原凶，二氧化硫是形成酸雨 的主要因素。发动机技术在过去十年来大大地提高了。与1988年的0.60gm/bhp.hr相比，现代 柴油机可以实现0. lgm/bhp.hr的排放。尽管现代柴油机明显比老式柴油机要干净，但是仍 然还有净化废气的需求，直到接近0排放为止。目前，USEPA和CARB法规的目的是，从重型卡 车车辆模式年2007开始，使颗粒排放下降到0. 01 gm/bhp. hr，及使NOx排放下降到0. 2gm/ bhp.hr。从今天来看，它是非常困难的，如果可能的话，那么只有使用发动机技术来实现这 种目标排放。那就使得排气后处理被选择为最有效的替换物以符合这些法规的规定。用来俘获柴油机颗粒物质并且降低NOx的后处理技术在最近的25年来受到明显 的重视。大多数的技术聚中在把颗粒物质俘获在过滤介质如堇青石陶瓷壁流过滤器、缠绕 在穿孔管上的陶瓷纤维和金属纤维过滤介质上。这些装置通常公知为颗粒捕捉器。尽管颗粒捕捉器已证明是效率可达80-95%的有效过滤介质，但是它需要从过滤 介质中去掉所聚集起来的碳烟颗粒，以使它返回到初始条件下，从而进行另一个过滤循环。 所需要的这个导致产生了现在公知为“再生过程”的这些。尽管根据燃烧所聚集起来的碳 烟颗粒的再生过程的原理简单，但是它们在颗粒应用中仍然不可靠。在这方面，再生过程和 颗粒捕捉器在实际的社会应用中具有许多限制。例如，当过滤器负载到达阈值时一定得开 始再生，其中，超过该阈值时，过滤介质上的压力降开始快速提高并且影响了发动机性能的 工作。从统计的观点来看，当需要它时，柴油机卡车工作期间的排气温度不够高以开始再生 过程。采用一些方法来有利于进行再生如“强制再生”，在这种强制再生中，采用外部的热源 把过滤介质的温度提高到超过碳烟颗粒的点火温度以开始燃烧。此外，贵金属和或贱金属 催化剂以喷涂在过滤介质上的形式提出或者作为添加剂加入到柴油中。催化剂可以使碳烟颗粒的点火温度从620摄氏度下降到320摄氏度，这将提高这样的可能性在发动机工作期 间，借助依赖废气温度分布、尤其是高发动机负荷时的废气温度分布来实现再生。依赖催化 剂以实现再生产生了其它问题催化剂受到柴油中的硫化合物的中毒。这导致加入极少的 硫柴油以确保催化剂的耐久工作性能。尽管在实际生活应用中成功再生的可能性近年来得 到了提高，但是再生问题没有完全消除。在最后的分析中，具有精心制作的逻辑的、复杂的、 昂贵的硬件被配置到处于刺耳排气环境中的工作中，这加剧了其它问题如工作的可靠性和 使用寿命。与颗粒捕捉器中的再生过程有关的、最关键的限制涉及工作的可靠性，这是一个 关键的因素，尤其是移动应用中更是如此。柴油机车辆不随着路面行驶循环的一个模式。当 然，一些柴油机驱动的车辆延长了怠速情况，同时其它的工作在阻塞的交通区域中。所有这 些因素使得废气温度分布得太低，以致不能实现被动系统中的再生。即使在具有催化剂的 情况下这也可以发生。其结果是，在工作期间，产生了不许可的问题。尽管这些问题典型地 通过“强制再性”来得到调整，但是相关的活动元件如废气中的燃料喷射、阀、微型处理器、 热电偶和类似装置已证明产生了大面积的维修并且在刺耳的废气环境中可靠性较差。在排 气系统中的或者附近的元件把高振动负荷减轻到30g' s，并且也减轻了热振动负荷。柴油 机废气环境中的活动元件的可靠性被证明是较差的。使用寿命至今是另一个主要考验根据EPA，颗粒捕捉器系统需要实现450，000英 里的使用寿命，并且无维护间隔为150，000英里。大多数的活动元件和系统由于不许可的 振动负荷、热振动应用和其它相关的因素而缺少能力来满足这种使用寿命的要求。NOx控制技术多种多样。重要的控制技术包括稀燃催化剂；等离子体辅助的催化 剂；吸附剂；选择性催化还原剂；和废气再循环。几乎所有这些公知技术可以有效地减少NOx排放25% -90%。但是，每种技术具 有一些类似于颗粒捕捉器的问题。至今，废气再循环是容易处理这些问题的、最有前途的技 术。在柴油机中，EGR问题包括(1)碳烟颗粒污染了废气，这就在发动机的进气系统中产生 了一些问题；(2)较高的废气温度影响了发动机性能；及(3)没有足够大的压力差来驱动所 需要的废气流到达发动机进气中以保持合适的循环。这些问题阻碍了 EGR技术在柴油机应 用中的使用。这些改进导致柴油机的新EGR理论的发展，如果高压和低压方法及它们的结 合。公知的EGR系统比较复杂并且采用了大量硬件，该硬件也潜在地使得使用寿命较差、可 靠性较差并且燃料消耗较大。总之，尽管具有改进，但是再生和EGR适应的这些问题仍然困惑着研究者。尤其 地，使碳烟颗粒俘获在过滤介质中已证明是非常困难的、令人困惑的任务，而不会完全解决 移动和固定柴油机应用中的保证接受。完全需要提高有关的技术。
技术实现思路
本专利技术涉及颗粒捕捉器的领域并且用不同的方案取代了目前公知的技术，以解决 前面问题。本专利技术的方法是以使精细的碳烟颗粒结块成大尺寸大小的颗粒为基础的，而这 些大颗粒容易与废气流分离。两个方法可以用来实现结块颗粒的分离。这些是离心式分离， 并且通过反向脉冲喷射来除去结块碳烟颗粒。分离的颗粒可以收集和压紧成固体小球并且 在商业上进行出售。此外，分离出的颗粒在控制的环境中可以连续地进行焚化，这可以消除突然的温度升高和热点，因此提高了可靠性和使用寿命。本专利技术教导的使用将简化和加强 了 EGR系统，这就解决了柴油机应用中的主要EGR问题。该系统使它自己适宜于以相配的 高水平来控制未调节的排放，如减少毫微级颗粒数，完全消除有害空气污染(VOCs)，降低颗 粒转换器中的压力降，及分离出柴油机废气中的NOx和硫的化合物。本专利技术是以下面这些为基础的利用各种公知的物理现象和性能通过总系统方法 来从柴油机废气中除去控制的和未控制的污染物。公知的废气颗粒捕捉器是以提供过滤作 用为基础的。本专利技术的主产品是颗粒转换器。对于固定式发动机具有吸收力的本专利技术的第 一方法是以下面为基础的用结块过程来取代过滤方法。使颗粒结块器全部充满碳烟颗粒， 将导致进入颗粒物质完全结块，即进入结块器的所有颗粒收集和结合成更大尺寸大小的形 式，从而随后在下游端除去它们。一旦结块器装载有碳烟颗粒，那么俘获进入颗粒的效率大 大地提高了，对于更加精细的颗粒尺寸大小来讲甚至更高。这导致公知毫微级颗粒俘获效 率达到最高。在结块器的下游侧吹去的颗粒是破裂的枝晶(dendrite)，因此它们的尺寸大 小较大。根据工作情况和枝晶是否干燥或者是湿的，枝晶颗粒尺寸大小的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理来自柴油机的废气的方法，该方法包括这些步骤：　　把废气冷却到低于硫酸盐冷凝温度的温度；　　使废气中的颗粒进行结块；　　收集和分离废气中的结块颗粒。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：里法特A卡梅尔，
申请(专利权)人：里法特A卡梅尔，
类型：发明
国别省市：US[美国]