[其他]净化装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种净化装置，用于从排气和废气中去除杂质例如含碳颗粒和碳氢化合物。

背景技术

汽车、工作机器和发动机的废气排放容许限度将逐年降低，因此，必须使用后处理来保持排放低于限度。对于柴油车，最难实现的是颗粒物质(PM)和NO_x排放限度，而一氧化碳和碳氢化合物排放能够通过氧化催化剂得以有效地去除。为了降低NO_x，使用发动机改型方法(EGR＝废气再循环)是可行的，然而这具有的效果是增加了CO、HC和PM排放。柴油颗粒过滤器(DPF)特别用于车辆目标在于以90％以上的转变率降低有害于健康的颗粒量。这些传统的过滤器是壁流式的(强制流过多孔壁)，基于表层过滤，其中，颗粒块结开始积聚在流动通道的壁上，并且在初始积聚之后，没有大数量的颗粒积聚在壁的内部。这些基于表层过滤的过滤器的过滤器壁中的平均孔径大约为8-25微米，这足以通过常见设计去除95％以上的颗粒量。代替这些的，使用局部过滤的过滤器(局部过滤器)是可能的，它们也以名字POC(局部氧化催化剂)已知并且它们的过滤能力是大约40-70％。局部过滤器的优势在于它们是免维护的，因为未燃的灰分和过量的颗粒能够在不使用外部能量的情况下离开该组件，不像传统的过滤器，其中主要份额的灰分和未燃材料将保留在过滤器的表面上。因此，在使用期间，全过滤器的压降旨在增大，尽管烟灰/碳在再生时完全去除。就过滤效率来说，基于深层过滤的过滤器在表层过滤器和局部过滤器之间并且其过滤效率是大约50-90％，根据实践方面的最优值约为60-80％。通常由陶瓷或金属纤维或泡沫或烧结金属制备深层过滤器。纤维可作为过滤器中的基础或折叠垫。效率与压降之比能够通过最大化过滤表面积(像滤油器和空气过滤器中折叠的薄垫)而被优化。

网、纤维垫和穿孔的板/薄片通常用于局部过滤器中，并且，由于压差和湍流，颗粒积聚在这些结构上。深层过滤器和局部过滤器之间的反应机理和设计不同，即使名义上使用相同的材料。例如，纤维垫可以通过该组件充当细孔结构，其中流体被迫使流过这些垫(深层过滤)，或者充当细孔结构，其中主体流在由直的纤维垫与波形的纤维垫形成的流动通道之间流动，并且一部分颗粒仍然保留在壁的表面上(局部过滤)。纤维基过滤器上的过滤是以纤维的合适直径为基础。纤维层或垫中的空隙率通常非常高(>90％)，而典型的表层式过滤器(例如，堇青石、SiC、钛酸铝)上的空隙率或孔隙率典型地为40-50％，并且尤其地高多孔表层过滤器甚至高达60-70％。在深层过滤中，颗粒同样开始更多地积聚在流动方向的前部，通过类似于表层过滤的方式。

通常，PM中过滤的碳组分(烟灰)是通过附加热量而被热燃烧的。烟灰能够在高于550℃的温度下通过与氧的强燃烧反应而氧化，或者利用NO₂在较低温度(250-350℃)下慢慢地氧化。当氧化催化剂的效率足够时，氧化催化剂中形成的NO₂在适当的低温(>250-300℃)中氧化烟灰。

有了高效率的氧化催化剂，可能去除PM中的大部分含碳氢化合物的挥发性组分(VOF＝挥发性有机组分或SOF＝可溶解的有机组分)。VOF组分通常为10-40％，但是，对于某些发动机和在某些驾驶状态下，颗粒的VOF甚至可为70-90％。上述状态是在市区交通中出现，伴随旧发动机和/或特定燃料。因此，不能明确地根据分离效率对氧化催化剂、局部过滤器和全过滤器进行分类，但是，它们的分离效率根据运转状态以转化图的形式有重叠。此外，在颗粒积聚在过滤器相态中而非在通道表面上的过滤器中，过滤器的分离效率强烈地取决于流量和直线速度。深层过滤器的过滤效率通常随着流量的增大而降低，但是，局部过滤器的效率随着流量的增大而增大(过滤是基于增强的传质)，这在它们的运行原理上形成明显差异。许多深层过滤器开始允许颗粒以更高流速经过。分离效率还取决于颗粒大小。