專利名稱：金屬基柴油機(jī)排氣微粒捕集器、排氣處理裝置及再生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及柴油機(jī)排氣微粒捕集器，具體涉及一種金屬基柴油機(jī)排氣微粒捕集器。
本發(fā)明還涉及配置有金屬基柴油機(jī)排氣微粒捕集器的柴油機(jī)排氣處理裝置。
本發(fā)明還涉及上述柴油機(jī)排氣處理裝置的微粒捕集器的再生方法。
(二)技術(shù)背景柴油機(jī)憑借其良好的動力性、經(jīng)濟(jì)性和耐久性廣泛應(yīng)用于各種動力裝置，但是柴油機(jī)排氣中微粒物造成的污染已經(jīng)成為制約柴油機(jī)進(jìn)一步應(yīng)用的瓶頸。對于柴油機(jī)排放污染物的控制和治理包括對顆粒物的捕集以及HC和CO的凈化。
微粒捕集器是目前國際上柴油機(jī)尾氣處理技術(shù)的主導(dǎo)產(chǎn)品。自上世紀(jì)80年代開始，德國、歐美及日本就已有將陶瓷載體過濾器應(yīng)用于城市公交車及一些礦山、隧道工程的柴油機(jī)上。
微粒捕集器的過濾材料多選用蜂窩陶瓷、碳化硅陶瓷纖維、金屬蜂窩和金屬纖維編織物等。微粒捕集器通過攔截、沉積等手段將柴油機(jī)排氣中的微粒聚集在過濾器中，它也能捕集部分發(fā)揮性有機(jī)成份。
國外金屬基微粒捕集器的開發(fā)起步較早，并獲得一定應(yīng)用。如日本Sumitomo公司開發(fā)出一種具有三維網(wǎng)絡(luò)骨架的泡沫合金，以此為基體發(fā)明一種柴油機(jī)的尾氣微粒捕集器(SAE 980187，US 5830415)；日本NHK Spring公司發(fā)明一種由金屬絲網(wǎng)、氧化鋁纖維網(wǎng)等多層過濾體形成的微粒捕集器，具有較好的過濾效果；Rypos，Ind.And Bekaert公司利用多個燒結(jié)金屬構(gòu)成過濾器，產(chǎn)品正在開發(fā)中。
清華大學(xué)2003年申請的發(fā)明專利“用于柴油車尾氣微粒捕集器的多層復(fù)合金屬絲網(wǎng)過濾材料”公開了一種用于柴油車尾氣微粒捕集器的多層復(fù)合金屬絲網(wǎng)過濾材料。由不同疏密程度的FeCrAl合金網(wǎng)按一定順序疊放在一起，經(jīng)壓制、燒結(jié)而成。用此材料制成的微粒捕集器過濾效率較高和背壓損失較低。但此捕集器的過濾效率仍有待提高，且制作工藝步驟較繁，較難達(dá)到設(shè)計要求。
目前尚未見理想的對各種大小的微粒均能良好截留、具有良好導(dǎo)熱性和強(qiáng)度，并且成本低易于制作的金屬基柴油機(jī)排氣微粒捕集器。
微粒捕集器中攔截的微粒積累到一定程度會增加排氣的流動阻力，影響柴油機(jī)的正常工作，因此必須及時清除，這一過程稱之為微粒捕集器的再生。微粒捕集器的再生技術(shù)也屬于當(dāng)前的難點之一。正因此，目前現(xiàn)有的各種柴油機(jī)微粒捕集器技術(shù)產(chǎn)品難以廣泛應(yīng)用。
為解決捕集器上的積炭問題，現(xiàn)有的柴油機(jī)排氣處理裝置的設(shè)計采用陶瓷壁流式蜂窩作為微粒過濾器并加用氧化催化器處理尾氣，即加用陶瓷蜂窩體或者金屬蜂窩體為載體、其上負(fù)載氧化催化劑的氧化催化器。雖然在氧化催化器表面排氣中的微粒和有機(jī)物被催化燃燒，但其對油品的嚴(yán)格要求和裝置中結(jié)構(gòu)的缺陷限制了它的應(yīng)用。
也有的排氣裝置內(nèi)安裝電加熱設(shè)施，根據(jù)排氣背壓增大的情況，啟動電加熱，使捕集器上的積炭燃燒。但應(yīng)用于柴油車時，能耗大、影響動力性，而且操作不便。
現(xiàn)有排氣裝置均未能使捕集器得到有效再生。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是設(shè)計一種新型金屬基柴油機(jī)排氣微粒捕集器，結(jié)構(gòu)簡單，過濾效果良好。
本發(fā)明的另一目的是設(shè)計一種配置上述金屬基柴油機(jī)排氣微粒捕集器的柴油機(jī)排氣處理裝置，其具有自動再生能力。
本發(fā)明的再一目的是設(shè)計一種柴油機(jī)排氣處理裝置的微粒捕集器的再生方法。
本發(fā)明設(shè)計的金屬基柴油機(jī)排氣微粒捕集器為至少由2種不同直徑的、耐1000℃以上高溫的金屬合金絲以不同配比混合團(tuán)壓成的柱形塊。
本發(fā)明設(shè)計的柴油機(jī)排氣處理裝置包括外殼及殼內(nèi)的金屬基微粒捕集器和氧化催化器，其外殼主體為筒形，帶有進(jìn)氣口的前錐筒與帶有出氣口的后錐筒密封連接于筒形主體前后兩端。筒形主體內(nèi)為相間緊密排列的金屬基微粒捕集器和氧化催化器，所述的金屬基柴油機(jī)排氣微粒捕集器為至少由2種不同直徑的、耐1000℃以上高溫的金屬合金絲以不同配比混合團(tuán)壓成的柱形塊。金屬基微粒捕集器的前后各有一氧化催化器，本柴油機(jī)排氣處理裝置至少有1個金屬基微粒捕集器和2個氧化催化器。
本發(fā)明的排氣處理裝置的捕集器的再生方法包括如下步驟首先在燃料柴油中加入ppm級的微量液體催化劑，提高柴油發(fā)動機(jī)內(nèi)柴油燃燒效果，以有效降低排氣中顆粒物的形成；第二是使用上述的排氣處理裝置，柴油機(jī)的排氣從前錐筒的進(jìn)氣口進(jìn)入本處理裝置，含有微粒的氣體通過氧化催化器和夾在氧化催化器中間的金屬基微粒捕集器，部份微粒和排氣中的CO、HC在氧化催化器的表面被催化氧化燃燒，部份微粒被捕集器攔截留在捕集器上。氧化催化器由于排氣溫度和催化氧化反應(yīng)產(chǎn)生的溫度逐漸升溫，其溫度可高達(dá)500℃以上，此時，由于金屬基微粒捕集器具有良好的導(dǎo)熱性，被夾在氧化催化器之間并與其緊密接觸的捕集器的溫度同時升高，沉積于捕集器上的微粒即可燃燒，實現(xiàn)捕集器的自動再生。
本發(fā)明金屬基柴油機(jī)排氣微粒捕集器的優(yōu)點為1、對柴油機(jī)尾氣中的微粒過濾效率高；2、導(dǎo)熱性好，具有良好的抗機(jī)械沖擊；3、易于再生；4、制作工藝簡單，成本低，宜于推廣應(yīng)用。
本發(fā)明柴油機(jī)排氣處理裝置的優(yōu)點為1、本處理裝置采用新型的金屬捕集器與氧化型催化劑相間排列的方法，有效地去除柴油機(jī)排氣中的顆粒物，同時對排氣中有機(jī)成份的CO和HC進(jìn)行氧化凈化，過濾效率達(dá)70-90％，大幅度減少柴油機(jī)對環(huán)境的污染；2、微粒捕集器能夠自動再生，排氣背壓損失極小，保證了本處理裝置良好的通暢性，因而安裝本產(chǎn)品的柴油機(jī)動力性能良好，油耗變化很?。?、本裝置結(jié)構(gòu)緊湊，對排氣處理效率高，適合應(yīng)用于安裝有柴油發(fā)動機(jī)的各類設(shè)備，例如柴油車、船、礦山、工程等。
本發(fā)明的排氣處理裝置的捕集器的再生方法的優(yōu)點為1、首先在柴油內(nèi)加入了液體催化劑，有效地降低了柴油機(jī)排氣中的微粒，同時又采用了本發(fā)明高效的有金屬基微粒捕集器的柴油機(jī)排氣處理裝置，使排氣中的污染物得到有效清除，過濾效率達(dá)70～90％；2、本方法成本低，易于實施，便于推廣應(yīng)用。


圖1為本金屬基柴油機(jī)排氣捕集器結(jié)構(gòu)示意圖2為本金屬基柴油機(jī)排氣處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明的金屬基柴油機(jī)排氣捕集器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，為至少由2種不同直徑的、耐1000℃以上高溫的金屬合金絲以不同配比混合團(tuán)壓成的柱形塊，其直徑為60～200mm，其厚度為3～20mm，頂面和底面為平面。上述金屬合金絲的直徑為0.05～0.4mm，可采用FeCrAl合金絲。按不同的發(fā)動機(jī)狀況和燃料柴油的情況，不同直徑的金屬絲的配比不同。捕集器的開孔率為70～80％。為促進(jìn)金屬基微粒捕集器4上微粒的氧化作用，上述金屬合金絲可以涂覆氧化催化劑。氧化催化劑選用稀土-過渡金屬-貴金屬復(fù)合型氧化催化劑，此種催化劑可有效降低碳煙顆粒起燃點，促進(jìn)其燃燒。
本發(fā)明排氣處理裝置實施例的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括外殼2及殼內(nèi)的金屬基微粒捕集器4和氧化催化器3，其外殼主體為筒形，其直徑為60～200mm，帶有進(jìn)氣口的前錐筒1與帶有出氣口的后錐筒5密封連接于筒形主體前后兩端。筒形主體內(nèi)有的金屬基微粒捕集器4和氧化催化器3，金屬基微粒捕集器4和氧化催化器3相間緊密排列，金屬基微粒捕集器4的前后各有一氧化催化器3，本柴油機(jī)排氣處理裝置至少有1個金屬基微粒捕集器4和2個氧化催化器3。
金屬基微粒捕集器4為上述本實用新型的金屬基微粒捕集器。
氧化催化器3為承載有氧化催化劑的柱形載體塊，其橫截面與筒形外殼內(nèi)腔橫截面相同，其厚度為30～100mm。選用的載體為金屬蜂窩或陶瓷蜂窩，孔密度為100～400孔/平方英寸；氧化催化劑選用稀土-過渡金屬-貴金屬復(fù)合型氧化催化劑。
根據(jù)柴油機(jī)排量和發(fā)動機(jī)狀況，安裝多級金屬基微粒捕集器4和氧化催化器3。筒形主體內(nèi)有相間緊密排列的1～4個金屬基微粒捕集器4和2～5個氧化催化器3。排氣依次通過各個氧化催化器3，金屬基微粒捕集器4，排氣經(jīng)多級的氧化燃燒和捕集，其中的微粒及有機(jī)成份被更有效清除。
當(dāng)車輛長時間低速行駛，排氣溫度較低，本裝置內(nèi)可能達(dá)不到顆粒物催化起燃溫度，會使捕集器中的微粒積累，到一定程度會造成背壓上升。為此本裝置內(nèi)可安裝電加熱器，啟動電加熱器，在怠速下可加熱捕集器至600℃，使其上積炭燃燒去除，捕集器再生。
本發(fā)明的排氣處理裝置的捕集器的再生方法實施例如下
(1)在燃料柴油中加入ppm級的微量液體催化劑，所述的液體催化劑為至少含有稀土元素鑭和鈰的有機(jī)溶液，如甲醇、或乙醇、或碳酸二乙酯等有機(jī)溶液，其加入量為每100升柴油加入1～10毫升液體催化劑，根據(jù)柴油機(jī)排量和柴油品質(zhì)確定加入量。
(2)使用上述本發(fā)明的金屬基柴油機(jī)排氣處理裝置，筒形主體內(nèi)有2個金屬基微粒捕集器4和3個氧化催化器3，金屬基微粒捕集器4和氧化催化器3相間緊密排列，金屬基微粒捕集器4的前后各有一氧化催化器3。金屬基微粒捕集器4為三種不同直徑的FeCrAl合金絲，直徑分別為0.05、0.1、0.4mm。三種合金絲混合成團(tuán)后沖壓成柱形塊，開孔率為80％，其橫截面與筒形外殼內(nèi)腔橫截面相同，為直徑120mm的圓，其厚度為10mm，頂面和底面為平面。
氧化催化器3為承載有氧化催化劑的柱形載體塊，其橫截面與筒形外殼內(nèi)腔橫截面相同，為直徑120mm的圓，其厚度為50mm。選用的載體為金屬蜂窩、或陶瓷蜂窩，孔密度為100-400孔/平方英寸；氧化催化劑選用稀土-過渡金屬-貴金屬復(fù)合型氧化催化劑。
在排量5.7升的柴油車上試用，經(jīng)檢測使用本方法后排氣中微粒僅為使用前的20％，并且因捕集器自動再生，柴油車連續(xù)行駛5000公里后其性能保持良好。在同一條件下使用陶瓷蜂窩捕集器過濾排氣時，行駛300公里即因捕集器的堵塞無法繼續(xù)使用。
權(quán)利要求
1.一種金屬基柴油機(jī)排氣微粒捕集器，為由耐1000℃以上高溫的金屬合金絲制成的柱形塊，其特征為所述的微粒捕集器為至少由2種不同直徑的、耐1000℃以上高溫的金屬合金絲以不同配比混合團(tuán)壓成的柱形塊，其直徑為60～200mm，其厚度為3～20mm，頂面和底面為平面。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬基柴油機(jī)排氣微粒捕集器，其特征為上述金屬合金絲的直徑為0.05～0.4mm，捕集器的開孔率為70～80％。
3.一種柴油機(jī)排氣處理裝置，包括外殼(2)及殼內(nèi)的金屬基微粒捕集器(4)和氧化催化器(3)，其外殼(2)主體為筒形，帶有進(jìn)氣口的前錐筒(1)與帶有出氣口的后錐筒(5)密封連接于筒形主體前后兩端；殼體內(nèi)有金屬基微粒捕集器(4)和氧化催化器(3)；其特征為所述筒形主體內(nèi)的金屬基微粒捕集器(4)和氧化催化器(3)相間緊密排列，即金屬基微粒捕集器(4)的前后各有一氧化催化器(3)，至少有1個金屬基微粒捕集器(4)和2個氧化催化器(3)；所述的金屬基微粒捕集器(4)為至少由2種不同直徑的、耐1000℃以上高溫的金屬合金絲以不同配比混合團(tuán)壓成的柱形塊，其直徑為60～200mm，其厚度為3～20mm，頂面和底面為平面，其橫截面與筒形外殼內(nèi)腔橫截面相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的柴油機(jī)排氣處理裝置，其特征為上述微粒捕集器(4)的金屬合金絲的直徑為0.05～0.4mm，捕集器(4)的開孔率為70～80％。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的柴油機(jī)排氣處理裝置，其特征為氧化催化器(3)為承載有氧化催化劑的柱形載體塊，其橫截面與筒形外殼內(nèi)腔橫截面相同，其厚度為30～100mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的柴油機(jī)排氣處理裝置，其特征為筒形主體內(nèi)有相間緊密排列的1～4個金屬基微粒捕集器(4)和2～5個氧化催化器(3)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的柴油機(jī)排氣處理裝置，其特征為本裝置內(nèi)安裝有電加熱器。
8.一種柴油機(jī)排氣處理裝置的微粒捕集器的再生方法，其特征為(1)在燃料柴油中加入ppm級的微量液體催化劑，(2)使用如權(quán)利要求4至10中任一項所述的金屬基柴油機(jī)排氣處理裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求11所述的柴油機(jī)排氣處理裝置的微粒捕集器的再生方法，其特征為所述的液體催化劑為至少含有稀土元素鑭和鈰的有機(jī)溶液。
10根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的柴油機(jī)排氣處理裝置的微粒捕集器的再生方法，其特征為液體催化劑的加入量為每100升柴油加入5～20毫升液體催化劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬基柴油機(jī)排氣微粒捕集器、排氣處理裝置及再生方法。本捕集器為至少由2種不同直徑合金絲混合團(tuán)壓成的柱形塊，絲的直徑為0.05～0.4mm，開孔率為70－80％，過濾性能好，成本低。本排氣處理裝置內(nèi)為相間緊密排列的微粒捕集器和氧化催化器，捕集器即上述捕集器。至少有1個金屬基微粒捕集器和2個氧化催化器。排氣通過時，部分微粒和CO、HC在氧化催化器表面催化燃燒，部分微粒被捕集器攔截。氧化催化器升溫使之間的捕集器升溫，其上微粒燃燒，實現(xiàn)自動再生。本裝置有效去除柴油機(jī)排氣污染，自動再生，保證配套動力性能良好，適用于柴油車、船等。本再生方法為在柴油中加入微量液體催化劑并采用本裝置，進(jìn)一步提高了裝置效率和再生效果。
文檔編號F01N3/023GK1603586SQ20041004096
公開日2005年4月6日 申請日期2004年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月28日
發(fā)明者舒柏崇, 劉力文, 蔣小珍, 關(guān)永勝 申請人:桂林利凱特環(huán)保實業(yè)股份有限公司