[发明专利]用于处理柴油废气微粒物质的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用 

本申请要求2007年5月25日提交的美国临时申请No.60/940,123、2007年12月21日提交的美国临时申请No.61/015,875以及2007年12月21日提交的美国临时申请No.61/015,883的权益。上述申请的发明内容通过引用而并入本文中。 

技术领域

本发明总体上涉及用于柴油发动机和天然气发动机的后处理设备。更具体地，本发明涉及微粒物质在复合金属丝网过滤芯中的附聚、滞留以及焚化。更具体地，本发明还涉及通过可靠且受控的过程进行焚化。 

背景技术

柴油发动机废气的微粒捕集器已经被广泛地接受，并且用于微粒排放以与道路柴油发动机的各种政府规定相符合。在柴油发动机中装备微粒捕集器也公知用于微粒物质以及细小的微粒物质方面--当前为例如PM 10和PM 2.5标准的USEPA规定--以改善环境空气质量。微粒捕集器能够实现微粒的显著减少，其能够达到90％至95％的减少。传统的微粒捕集器(例如直通式捕集器和金属丝网微粒捕集器)必须被进行处理以燃烧掉积聚的微粒物质并使设备恢复到初始状态。再生是燃烧积聚的煤烟并且使陶瓷或金属丝网的过滤器恢复到初始状态以开始另一煤烟加载循环等的过程。 

共同受让的美国专利No.7,266,943描述了称为焚化过程的再生过程的替代方式。在此通过参引的方式将美国专利No.7,266,943的全文结合入本文中。虽然已经证明美国专利No.7,266,943对于微粒物质焚化的教示是成功的，但是该技术仍需要继续改进。 

发明内容

复合金属丝网介质收集、附聚并且释放大尺寸的附聚微粒，这些微粒过滤在滞留网上而形成煤烟结块。滞留网连接到脉冲直流电源，并在达到特定煤烟积块密度(累积)--其由滞留网和上游接地网之间的电阻表示--时电源接通。通过在复合金属丝网介质前方结合入传统的柴油氧化催化器，或者通过在复合金属丝网前方一体形成催化网，部分的NO转化成NO₂。当引发了对焚化的需要时，焚化过程开始并继续。 

此处所用的焚化定义为用于根据需要地氧化所收集的煤烟的缓慢过程。应当有足够的煤烟滞留在复合金属丝网介质上以确保高的微粒还原效率。所产生的氧化热被废气稀释，由此废气中没有明显的或可检测到的温度增加。另一方面，再生是这样的一个过程：其中所有积聚在过滤介质上的煤烟都被燃烧并且通常伴随着达到700℃或更高的显著的温度升高。 

本发明涉及一种用于焚化来自于柴油废气的附聚微粒物质的有效的、高效的并且可靠的方法。焚化器的设计依赖于将附聚的煤烟物质捕集在例如密纹网(Dutch-screen)的滞留网上，从而在上游侧形成结块。密纹网附接到脉冲直流电源，而配合网是接地的。通过插入呈线或网形式的陶瓷基的隔离装置，这两个网之间的间隙保持恒定。间隙中的空间保持为最小的微粒尺寸。大小在约0.010至约0.025英寸(0.25至0.50毫米)量级之间的间隙间隔是有利的，优选为小范围的间隙，因为减小了待焚化的微粒尺寸。已经发现，来自12伏-48伏或更高的电源的脉冲直流电流加上适量的NO₂、高于200℃的废气温度、以及嵌在焚化器间隙中的贱金属催化剂的组合对于焚化煤烟是有效的。当废气温度升高到300至375℃的范围时，焚化过程加速，且煤烟快速焚化。但是本文所定义的焚化仍然是比再生过程慢得多的过程。结果，不会观察到焚化副产物中的明显温度升高，且焚化网(密纹网)处的最大局部温度低于500℃。这主要是由于贱金属催化剂、NO₂氧化模式导致煤烟点燃温度较低以及由于废气冷却了由焚化产生的热量。一旦结块的尺寸由于煤烟氧化而降低，则焚化器电阻的增加使得供电停止，直到另一煤烟层重新形成以进行新的循环。 

本发明的另一特征是氧化催化剂与微粒转换器为一体。这通过将贵金属涂层网结合在复合金属丝网介质的上游侧来实现。这种网包括一些围绕 设备芯部的绕层，以允许废气和贵金属部位之间的大量碰撞和相互作用。但是，在某些发动机操作状态下，这种网的存在可产生某些火花或者过热区，其将点燃捕集在复合金属丝网中的煤烟。虽然这种事件是低概率事件，但是其可破坏金属丝网介质。因此，用作火花熄灭器的密纹不锈钢网绕在贵金属网周围，以防止煤烟点燃的可能。