[其他]新型净化设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于处理含颗粒的流体的净化设备。

背景技术

由于车辆、机器和发动机的废气排放限制逐年变得日益严格，因此不可避免的要使用后处理方法来保持低于限值的排放。在柴油汽车中，要达到颗粒(PM＝颗粒物质)和NO_x的排放标准，是最困难的，但要达到一氧化碳和碳氢化合物的排放标准，通过使用氧化催化剂，是很容易实现的。在发动机中，可以通过使用发动机技术方法(如EGR＝废气再循环)来降低燃烧温度以减少NO_x，但是这些技术方法会增加CO、HC和PM的排放量。柴油机颗粒过滤器(DPF＝柴油机颗粒过滤器)通常用于车辆应用中，用于减少有害颗粒，转化率超过90％。传统过滤器为壁流式(强制流过多孔壁)，并基于表层过滤，其中颗粒层积聚在流道壁上，并且经过初始积聚后，很少有颗粒堆积在多孔壁内。这种基于表层过滤的过滤器在壁中具有平均孔径大小约为8-25μm，该孔径大小在普通的尺寸设置中足以除去95％以上的颗粒物质量。这些完全过滤器可以由部分过滤器代替，部分过滤器也被称为POC(部分氧化催化剂)，并且过滤效率约为40-70％。与完全过滤器的大部分灰分和未燃烧物质捕集于过滤器表面相比，部分过滤器的优点是免维护，未燃烧的灰分和过量的颗粒能够在不使用外部能量的情况下脱离组件。对于完全过滤器，即使完全除去了可燃碳烟/碳，在操作过程中压力损失也常常增加。这是由于未燃烧灰分的积聚所导致。还存在一种基于深度过滤的过滤器，其分离效率大致处于表层过滤分离效率和局部过滤分离效率之间，通常为50-90％，但从实际使用来看，最佳分离效率估计为60-80％。这种基于深度过滤的过滤器通常由陶瓷或金属纤维或泡沫或烧结金属制成。过滤器中的纤维可以是垫或褶垫(pleated mats)形式。通过最大化过滤面积(类似于空气或油过滤器的褶皱构型的薄垫)，可以最大限度地提高效率和压力 损失之间的关联。部分过滤器和完全过滤器之间的本质区别是，完全过滤器中流体是被强制通过过滤/收集层，而部分过滤器还有畅通的通道通过过滤器。部分过滤器通常采用滤网、纤维垫或多孔板，并且响应于各种通道中的压力差和湍流，颗粒可以迁移到滤网、纤维垫或多孔板上。即使深度过滤器和部分过滤器名义上使用相同的材料，两者还是可以通过工作机制和结构来区分的。例如，通过强制流体通过纤维垫，所述纤维垫可用作蜂窝结构(深度过滤)，或通过使主流流经波纹状光滑纤维垫制成的蜂窝的通道但同时仍有一些颗粒留在壁面上，而用作所述蜂窝(部分过滤)。在使用纤维的过滤器中，过滤是基于利于过滤的纤维直径。在纤维层或垫中，具有典型的非常高空隙比例(大于90％的孔隙率)，而在典型的基于表层过滤的过滤器(如堇青石、SiC或钛酸铝)中，过滤壁的孔隙率通常为40-50％，在特殊的高孔隙率过滤器中可高达60-70％。同样，在深度过滤中，像在表层过滤中一样，更多的颗粒开始在下游积聚在过滤器表面上。

通常，颗粒中被过滤的碳物质(碳烟)通过补充热量进行热力燃烧。碳烟可以在550℃以上的温度与氧进行强烈燃烧反应而被氧化，或在较低温度(250-350℃)下借助NO₂缓慢地与氧进行强烈燃烧反应而被氧化。所述NO₂是在氧化催化剂中产生，并且只要所述氧化催化剂充分有效，NO₂就可在适度低温(>250-300℃)下氧化碳烟。

有效氧化催化剂可以去除PM中大部分含碳氢化合物的蒸发成分(VOF＝挥发性有机成分或SOF＝可溶性有机成分)。通常VOF的比例为10-40％，但对于某些发动机和某些驾驶条件，颗粒中的VOF可高达70-90％。所述条件是在城市驾驶中由于使用旧式发动机和/或某些燃料形成的。因此，无法根据分离效率来明确归类氧化催化剂、部分过滤器和完全过滤器，因为它们的分离效率根据不同的操作条件在转化率方面互相重叠。此外，颗粒积聚在过滤相内(深度过滤)而不是通道表面上的过滤器的分离效率，很大程度上取决于流速和线速度。深度过滤器的分离效率通常会随着线速度增大而减小，而典型部分过滤器的效率则随着线速度的增大而增大(过滤是基于增强的材料转移)，这是深度过滤器和部分过滤器之间明显的功能差异。许多深度过滤器开始允许颗粒以较高流速通过。分离效率也取决于颗粒的大小。