CN102166474B - 低温等离子体协同两相催化装置及有害排放气体处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温等离子体协同两相催化装置及处理有害排放气体的方法，涉及柴油机有害排放气体净化处理技术领域。本发明装置包括总进气口（1），氧化相催化装置（2），排气口A（3），支架A（4），等离子体发生器（6），支架B（8），进气口B（9），还原相催化装置（10），总排气口（11）；本发明方法首先将有害排放气体通过氧化相催化装置进行氧化相催化，再将气体分流为三股或三股以上分别进入双介质阻挡放电低温等离子体发生器，对气体进行低温等离子介质阻挡放电，最后通过还原相催化装置对气体进行还原相催化。本发明结合“两相”催化装置，进一步增加废气的转化效率，减少柴油机有害排放。
Description
技术领域
本发明涉及柴油机有害排放气体净化处理技术领域。
背景技术
目前，用于柴油机排放后处理领域的低温等离子体发生器结构由等离子体电源、等效电容、高压电极、介质层和低压电极组成。将高压电极接等离子体变频交流电源，低压电极接地，介质材料置于两电极之间，这样两电极间隙内沿介质表面会出现均匀、稳定的介质阻挡放电现象。介质阻挡放电方法处理柴油机有害排放需要较高的电离度、气相区内有足够的能量密度、气体组分在等离子体气相区内有较长的滞留时间，介质材料稳定工作和装置本身抗震效果好等要求。该技术在废气处理领域日益得到广泛研究，中国专利CN200410014135提供一种处理挥发性有机物(VOCs)的低温等离子体技术，适用于挥发性有机物(VOCs)处理的低温等离子体技术。其技术由进气口、等离子体反应器、脉冲电源和出气口组成。给脉冲电源通电，挥发性有机物(VOCs)从进气口进入高频高压气体放电等离子体发生器，在其中与活性粒子发生氧化、降解反应而得到处理，从出气口排出。但是该技术不适于处理柴油机的主要有害排放气体NOx以及颗粒物。中国专利CN 03236574提供一种新型的常压射频冷等离子体发生器，其结构包括喷枪、射频电源、供气源。该装置可以在大气压下产生低温、大面积、由射频低电压击穿电离的，稳定放电的冷等离子体束流，在清洗、杀菌、消毒等领域的得到了广泛应用。但是该装置产生的射频等离子体流为开放式，适合处理物体上的孔、槽和凹陷部位，且能量密度比较低，不适于处理大流量的柴油机排放气体组分。中国专利CN 200510095093提供一种吸附-低温等离子体同步脱硫脱硝装置。该装置由烟气脱硫脱硝反应器、风机、浓硫酸池、纤维除雾器顺序串联所组成；其中，烟气脱硫脱硝反应器由两个相同的吸附－低温等离子体反应器并联连接构成。通过两个低温等离子体反应器交替使用，可以有效处理烟气中的二氧化硫和氮氧化物。但是该装置适用于处理流速较慢的工业烟气，而且结构比较复杂，成本较高，不适于处理高流速多组分的柴油机废气。中国专利CN 200810235539提供一种蜂窝状介质阻挡放电低温等离子体发生器装置，该装置结构包括壳体，复合高压电极、石英介质、蜂窝状排列的低压电极和催化腔，以及壳体外侧的进气口，位于催化腔底部的排气口。该技术可以保证低温等离子体发生器在柴油机排气台架试验研究工作中安全可靠运行，抗震性能较好，但是气体组分在等离子体气相反应区内的滞留时间比较短，化学反应不是很充分。
低温等离子体系中含有大量的高能电子、离子、激发态粒子和具有强氧化性的自由基体等活性物种。在气相化学反应过程中，这些活性基体可以和CO、HC、NOx和PM等污染物发生化学反应，将之转化为无害或者低害的气体。目前设计的低温等离子体发生器多适用于工业脱硫脱销，空气净化，以及静态模拟气体净化试验。在实际应用中如何同时降低柴油机排气中的PM和NOx以及有效延长气体组分在等离子体气相反应区内的滞留时间，提高废气的转化效率，从而将该技术成功应用于柴油机后处理净化领域，还需要进一步的研究。
发明内容
本发明提供一种低温等离子体协同“两相”催化装置，适用于全流式柴油机台架试验，能够同时转化柴油机排气中的NOx和PM，能量利用率高，转化效率显著，并且放电稳定。
本发明所采用的技术方案是：在等离子体发生器前后分别连接一个催化装置，前者为氧化相催化装置，后者为还原相催化装置。在放电区，采用三根或三根以上等离子体发生器并联工作的结构，用支架彼此隔开一定的距离，防止发生器电极之间的互相影响，支架的材料为绝缘且耐高温的聚四氟乙烯。催化装置与等离子体发生器之间用硅胶管连接，避免发动机的振动对发生器造成损害。该种结构在放电过程中会产生大量活性自由基团与柴油机有害排气进行化学反应，不仅可以促进化学反应，还可以使通常条件下难以产生的化学反应得以迅速发生，增强了去除柴油机有害排放的有效性。三根或三根以上等离子体发生器并联工作的结构适用于全流式台架试验，可以根据不同型号的发动机进行调整，更具有实用意义。此外，这种结构提高了排气组分在等离子体气相反应区内的滞留时间，能量利用率高，增强了有害气体组分的转化效率。试验表明该装置可以有效提高柴油机颗粒排放转化效率达60％以上，辅助还原型催化剂后NOx转化效率达82.5％左右，且对应于柴油机增加的燃油消耗率在5％以内。
本发明低温等离子体协同两相催化装置包括总进气口，氧化相催化装置，排气口A，支架A，等离子体发生器，支架B，进气口B，还原相催化装置，总排气口。等离子体发生器由进气口A、高压电极、堵头A、介质层、低压电极、排气口B堵头B组成。介质层为圆管形石英玻璃管；圆管形石英玻璃管设于支架A和支架B上，石英玻璃管两头的管壁处分别设有进气口A和排气口B。支架和堵头的材料是聚四氟乙烯；高压电极为细铁棒、置于石英玻璃管内，高压电极的两头分别从两个堵头中穿出。低压电极为康铜电极，低压电极为圆管状，包裹于石英玻璃管的管壁外侧，通过引线接地。排气口A和进气口A之间以及排气口B和进气口B之间分别用硅胶管连接。
等离子体发生器为三根或三根以上，并且可以根据不同型号的发动机进行调整，等离子体发生器在圆盘支架上均匀排列。
本发明处理柴油机有害排放气体的方法，首先将有害排放气体通过氧化相催化装置进行氧化相催化，再将气体分流为三股或三股以上分别进入双介质阻挡放电低温等离子体发生器，对气体进行低温等离子介质阻挡放电，最后通过还原相催化装置对气体进行还原相催化。气体在进入双介质阻挡放电低温等离子体发生器后，对气体流向强制改变，延长气体在双介质阻挡放电低温等离子体发生器的滞留时间。
所述的一种低温等离子体协同“两相”催化装置，其中氧化相催化装置内置氧化性催化剂，可以有效地降低柴油机尾气中的PM排放，特别是大颗粒的颗粒物排放，这不仅有利于NOx的处理，还有利于降低整个装置的被压，从而减少对发动机工作性能的影响；还原型催化腔内置还原性催化剂，可以有效地降低通过等离子体处理后的NOx。催化装置与等离子体发生器之间用硅胶管连接，这样在实际应用过程中，可以抵抗柴油机排气剧烈震动的影响，起到抗震稳定工作的效果，保证工作的可靠性和准确性。
本发明的有益效果是，氧化相催化装置，可以有效降低PM颗粒排放，尤其是大粒径PM颗粒物排放，不仅有利于NOx的还原，还有助于降低系统装置的背压，以保证发动机的工作性能。由三根或三根以上等离子体发生器复合组成，这种结构可以根据发动机不同排量进行控制，适于全流式处理多种型号的发动机有害排放。还原相催化装置，用以还原经过等离子体发生器处理后的NOx气体。本发明适用于全流式台架试验，适合不同型号的柴油机，可以有效延长气体组分在等离子体气相反应区内的滞留时间，保证等离子体活性基体与柴油机有害排放组分充分进行化学反应；同时，结合“两相”催化，可以有效降低柴油机排气中的有害成分。另外还可以通过定期更换连接组件来保证低温等离子体辅助催化装置的工作性能。本发明结构简单，拆卸方便，经济适用性好。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明单根等离子体发生器示意图。
图3是本发明的低温等离子体放电部分结构示意图。
图4是本发明的催化装置。
图中，1总进气口，2氧化相催化装置，3排气口A，4支架A，5进气口A，6等离子体发生器，7排气口B，8支架B，9进气口B，10还原相催化装置，11总排气口，12高压电极, 13堵头,14介质层，16低压电极， 18堵头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明。
本发明为处理柴油机有害排放的低温等离子体协同“两相”催化装置。试验时，先把三根或三根以上等离子体发生器的高压电极12和低压电极16分别并联起来，然后高压电极接变频变压等离子体电源，低压电极接地，以产生等离子体。排气口A3和进气口A5之间以及排气口B7和进气口B9之间用硅胶管连接。柴油机排气先通入氧化相催化装置2进行反应，再通过等离子体发生器6与活性基体反应，最后通入还原相催化装置10进一步反应后排出。这种结构不仅有利于降低柴油机排气中的PM和NOx，同时CO和HC也得到净化；此外，这种结构使得排气被压比较低，对柴油机的工作性能影响较小。
进气口A5的轴线与排气口B7的轴线平行且在同一平面，进气口A5的开口与排气口B7开口方向相同。
氧化相催化装置2和还原相催化装置10的外壳由不锈钢制成。氧化相催化装置2的排气口A3和还原相催化装置10的进气口B9均沿圆盘截面均匀分布。
Claims (3)
1.一种低温等离子体协同两相催化装置，其特征在于，包括总进气口（1），氧化相催化装置（2），排气口A（3），支架A（4），等离子体发生器（6），支架B（8），进气口B（9），还原相催化装置（10），总排气口（11）；所述等离子体发生器由进气口A（5）、高压电极(12)、 堵头A(13)、介质层（14）、低压电极（16）、排气口B（7）和堵头B（18）组成，所述介质层（14）为圆管形石英玻璃管，石英玻璃管两头的管壁处分别设有进气口A（5）和排气口B（7）；所述圆管形石英玻璃管设于支架A（4）和支架B（8）上；所述支架和堵头的材料是聚四氟乙烯；所述高压电极(12) 为细铁棒、置于石英玻璃管内，所述高压电极的两头分别从两个堵头中穿出；所述低压电极（16）为康铜电极，所述低压电极（16）为圆管状，包裹于石英玻璃管的管壁外侧，通过引线接地；所述排气口A（3）和进气口A（5）之间以及排气口B（7）和进气口B（9）之间分别用硅胶管连接；所述进气口A（5）的轴线与排气口B（7）的轴线平行且在同一平面，进气口A（5）的开口与排气口B（7）开口方向相同；所述等离子体发生器（6）为三根或三根以上，在圆盘支架上均匀排列；所述氧化相催化装置（2）的排气口A（3）和还原相催化装置（10）的进气口B（9）均沿圆盘截面均匀分布。
2.根据权利要求1所述的低温等离子体协同两相催化装置，其特征在于，所述氧化相催化装置（2）和还原相催化装置（10）的外壳由不锈钢制成。
3.一种有害排放气体处理方法，其特征在于，首先将有害排放气体通过氧化相催化装置进行氧化相催化，再将气体分流为三股或三股以上分别进入双介质阻挡放电低温等离子体发生器，对气体进行低温等离子介质阻挡放电，最后通过还原相催化装置对气体进行还原相催化；具体步骤为：
（A）有害排放气体首先进入氧化相催化装置，主要是对PM进行氧化处理，降低PM中大粒径碳颗粒，同时也可以完成对HC进行氧化处理；
（B）气体从氧化相催化装置排出后分为三股或三股以上支流，分流的气体分别进入双介质阻挡放电低温等离子体发生器，在等离子体气相反应区内与激发态活性物种反应，主要对NO进行氧化，转化生成NO2为下一步还原成N2做准备；此过程也可以完成对PM的二次处理；气体进入双介质阻挡放电低温等离子体发生器后，强制改变气体流向，延长气体在双介质阻挡放电低温等离子体发生器的滞留时间；
（C）气体流出后汇聚成一股进入还原相催化装置，在还原性催化剂作用下，将转化生成的NO2还原为N2。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
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Address after: 211200 Jiangsu Province, Lishui District Yong Yang Town Bridge Road, No. 688 Applicant after: JIANGSU University Address before: Zhenjiang City, Jiangsu Province, 212013 Jingkou District Road No. 301 Applicant before: Jiangsu University |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: North Park Hill Road 214522 Jingjiang city in Jiangsu province Taizhou City No. 18 Patentee after: JIANGSU University Address before: 211200 Jiangsu Province, Lishui District Yong Yang Town Bridge Road, No. 688 Patentee before: Jiangsu University |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130925 |