CN1111647C - 降低柴油发动机碳烟的方法及其消烟净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低柴油发动机碳烟的方法及其消烟净化装置。其方法主要特点在于利用车辆尾气和低压电加热器的供热，使醇类裂解反应得以持续进行。其装置包括设置有填充低温催化剂反应室的醇类裂解装置，裂解装置中且与反应室下连通的蒸发管、置于反应室中的低压电加热器和温度传感器，其中裂解装置的外壳具有保温层的外壳，其一侧壁上设有进气岐管接口，其相对侧壁上设有消音器接口，其顶部设有醇类液体的入口，并与蒸发管相连接；在反应室中设有分隔单元，将反应室分隔成至少3层，低温催化剂置于分隔单元中。

Description

降低柴油发动机碳烟的方法及其消烟净化装置
技术领域
本发明涉及一种燃烧发动机尾气的净化，具体地说，涉及一种柴油发动机掺烧氢气的尾气净化方法和装置。
背景技术
柴油发动机与汽油发动机比较，前者的经济性、动力性和排放性能均优于后者。柴油发动机的主要缺点在于其排放的尾气中含有碳及附着其上的未燃烧的HC化合物。这种有害的尾气排放物会污染大气，恶化人类的生存环境。
利用发动机尾气使醇类裂解为H2，在发动机全负荷时是可行的。但在发动机处于中负荷或怠速工况时，由于尾气中的热量不足以使醇类的裂解反应继续进行，而保证不了H2的持继供应。众所周知，发动机在正常使用时，主要工作在中小负荷或怠速工况下。因此，醇类裂解反应基本上不能维持下去。
在现有技术中，为了更多的利用尾气余热，在醇类裂解反应器中加设阻挡板，使尾气按螺旋路径运动。这种方式增加了尾气在反应器中滞留的时间，排气阻力增大，使排气不畅。从而导致发动机燃烧后的废气排不净，留在气缸内，发动机换气不充分，引起发动机功率下降，并使燃烧不完全，这种方案会带来不可估量的负面影响。
如果使用高压电加热器，可保证醇类裂解正常进行，但一般车辆上没有高压电源，其应用也有困难。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，而提供一种能经济、简便地大幅度降低柴油发动机碳烟，达到低碳烟，甚至无碳烟排放，并同时降低NOx排放的方法。
本发明的又一个目的在于提供一种实施上述方法的柴油发动机消烟净化装置。
本发明的上述目的是通过既利用发动机的尾气的热量，又利用车辆上的低压电源供热，以保证醇类裂解反应的持续进行来达到的，其具体技术方案如下。
本发明降低柴油机碳烟的方法包括如下步骤：
①在醇类裂解装置的反应室中添加低温催化剂，并在醇类蒸发管中泵入醇类液体；
②将柴油发动机的尾气引入所述裂解装置中，以加热其反应室中的低温催化剂，并同时由CPU发出指令，使置于所述反应室中的低压电加热器通电，提供加热低温催化剂所需的更多热量，保证催化温度在220℃-290℃；
③再将流经所述反应器的尾气引入所述蒸发管中，加热其中的醇类液体，使之成为醇类蒸汽和水蒸汽，并进入所述反应室，经催化剂作用分解出H2；
④将所述H自所述反应室的排气口经压力平衡罐和电磁阀或单向阀引入柴油发动机进气岐管而进入燃烧室，压缩后参与燃烧，使碳烟减少75％左右，使NOx下降30％-40％。
本发明降低柴油机碳烟的方法，其第①步是在甲醇或乙醇裂解装置的由分隔单元至少分为三层的反应室中添加低温催化剂，并在至少一个螺旋形甲醇或乙醇蒸发管中泵入甲醇或乙醇液体。
本发明降低柴油机碳烟的方法，将甲醇或乙醇液体泵入两个套装的螺旋形甲醇或乙醇蒸发管中。
本发明的柴油发动机消烟净化装置，包括设置有填充低温催化剂的反应室的醇类裂解装置，其中置于所述裂解装置中且与反应室下部连通的蒸发管置于反应室中的低压电加热器和温度传感器，其中所述裂解装置的外壳是具有保温层的外壳，其靠近反应室的侧壁上设有进气岐管接口，其靠近蒸发管的侧壁上设有消音器接口，其顶部设有醇类液体的入口，并与蒸发管相连接；在反应室中设有具孔洞的分隔单元，将反应室分隔成至少3层，低温催化剂置于分隔单元中，反应室具有法兰盘和与之相连的盖板，在盖板上设有排气口以及低压电加热器的接线出口和温度传感器的出口。
本发明的柴油发动机消烟净化装置，其中所述蒸发管为至少一个螺旋形管。
本发明的柴油发动机消烟净化装置，其中所述蒸发管为两个套装的螺旋管。
本发明的柴油发动机消烟净化装置，其中所述反应室支承在置于所述裂解装置内底部的支座上。
本发明的柴油发动机消烟净化装置，其中所述醇类为甲醇或醇。
本发明的柴油发动机消烟净化装置，其中所述分隔单元由内分隔单元和外分隔单元构成，且均为筒状，其中内分隔单元筒口朝上，外分隔单元筒口朝向中心，在所述温度传感器外面设有护套。
本发明的优点在于：
①由于供醇类裂解制H2反应所需的热量既来自柴油发动机的尾气，又来自低压电加热量，使该反应能持续进行，采用分隔为多层的反应室结构，可以防止由振动所致的催化剂向下沉积的情况，提高了醇与催化剂的接触，使得醇类裂解反应能够充分地进行，从而保证了H2的充分供应，致使柴油发动机尾气中的碳烟大幅度降低可达75％左右，NOx下降30-40％；其中尾气热量的回收利用，还可减少对大气的热污染；
②由于采用了低温催化剂，使反应温度降低到220℃-290℃，节省能源达8-10％。
③采用CPU单片机控制醇类裂解反应，使操作达到最简化，并能与柴油发动机工况实现最好的配合，可提高车辆续行里程20％；
④布置合理，保证了醇类裂解的路径最短，从而提高了醇类裂解的效率；
⑤醇类裂解反应器的壳体外面加保温层，可有效防止热量向外幅射，从而提高了热能利用率，同时，在停止工作时，防止催化剂降温过快而造成的破碎，可延长催化剂的寿命；
⑥结构简单，安装方便，其造价低于掺烧LPG、CNG，故投资少，见效快，适用于新机和在用机。
下面结合附图对本发明的方法和装置作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明柴油发动机尾气的消烟净化工作原理图；
图2是本发明的柴油发动机消烟净化装置的结构剖视示意图。
具体实施方式
如图1所示，一方面将发动机的尾气引入甲醇裂解反应器，提供反应的部分热量，另一方面通过电泵将甲醇从甲醇箱中引入裂解装置，并同时开启电开关，使低压加热器工作，提供裂解反应所需的更多热量。裂解装置反应产生的H2再引回到发动机。这样，一方面使发动机尾气的热量可以得到回收利用，另一方面，经甲醇裂解装置的反应室或经该装置和消音器排入大气的是被净化的尾气。由上可知，反应温度由发动机尾气和低压电热器共同保证。当反应温度高于290℃时，由置于反应室中的温度传感器将温控信号传给CPU，CPU发出指令，停止低压电加热器的加热，另一路信号加大甲醇供应量，加大吸热量，使温度下降；当温度低于220℃时，温度传感器把电信号传给CPU，CPU发出指令，接通低压电加热器的电源，使其工作，从而升高反应温度。这样，可保证反应温度在220℃-290℃之间，使甲醇裂解反应得以正常进行。与CPU连接的显示器用来显示本发明所述装置的工作状态。
如图2所示，本发明的柴油发动机消烟净化装置包括设置有填充低温催化剂3反应室2的醇类裂解装置1、其中置于所述裂解装置1中且与反应室2下连通的蒸发管4、置于反应室2中的低压电加热器5和温度传感器6，其中所述裂解装置1的外壳7是具有保温层8的外壳，其靠近反应室2的侧壁上设有进气岐管接口9，其靠近蒸发管4的侧壁上设有消音器接口10，其顶部设有醇类液体的入口18，并与蒸发管4相连接；在反应室2中设有具孔洞的分隔单元11，将反应室2分隔成至少3层，低温催化剂3置于分隔单元中，反应室2具有法兰盘12和与之相连的盖板13，在盖板13上设有排气口14以及低压电加热器5的接线出口和温度传感器的出口。其中：所述低温催化剂3的型号为R1或R2；所述醇类为甲醇或醇；所述蒸发管4为两个套装的螺旋管；所述反应室2支承在置于所述裂解装置1内底部的支座15上；所述分隔单元11由内分隔单元和外分隔单元构成，且均为筒状，其中内分隔单元筒口朝上，外分隔单元筒口朝向中心；在所述温度传感器6外面设有护套16。
本装置中的蒸发管4可由不锈钢管绕成，醇类液体，如甲醇由醇箱经电泵进入蒸发管4，在其中吸热后变成甲醇蒸气，由所述裂解装置1下部进入裂解装置内的反应室2。反应室可为圆形，内部可由圆筒形分隔单元，分成例如三层，低温催化剂C-207(或C-301)装在各分隔圆筒内，经过220℃-290℃加热分解出H2再由排气口进入压力平衡罐，经电磁阀(或单向阀)、不锈钢管进入柴油发动机进气岐管吸入发动机的各气缸。此外，本装置的进气岐管接口9与发动机的排气管连接，发动机工作时，其高温尾气流经反应室2，把热量传递给低温催化剂3，使之升温。发动机在大负荷时，低压电加热器5停止工作，只由发动机尾气供给裂解反应所需的热气。当发动机尾气不能满足需要，反应室的温度下降到220℃时，温度传感器将信号传给CPU，CPU下达指令，接通低压电加热器电源，使其工作，并传给裂解反应所需的热量。因此，在发动机尾气和低压电加热器共同作用下，在温度传感器和CPU控制下，保证温度在220℃-290℃之间，使甲醇裂解反应得以正常进行。
甲醇供应量由CPU根据来自温度传感器6的电信号及预先依据发动机功况编好的程序控制泵的开关来控制的。这样，也可保证裂解反应温度控制在220℃-290℃之间。
为了防止低温催化剂的氧化，在H2气出口接有压力平衡罐和电磁阀。这样，可有效地调整整个供H2系统的压力，使发动机工况变化时，系统压力变化尽可能小，保证H2气能均衡地供给，使发动机的燃烧始终得以改善。即使发动机突然加速时，也可得到充足的H2气供应，使发动机燃烧充分，尽可能减少尾气中的有害物，达到少烟排放。烟度可下降75％左右或更多。
本装置为适应发动机在汽车上的不同安装方式，可制成独立式和与消音器相连的形式。当发动机为前置时，采用独立式的本装置，使之尽量接近发动机，以便充分利用发动机尾气中的热量；当发动机为后量时，则采用与消音器相连的本装置，以便减少发动机尾气的转弯，更有利于发挥本装置的特性。

Claims (10)

1、一种降低柴油发动机碳烟的方法，包括如下步骤：
①在醇类裂解装置的反应室中添加低温催化剂，并在醇类蒸发管中泵入醇类液体；
②将柴油发动机的尾气引入所述裂解装置中，以加热其反应室中的低温催化剂，并同时由CPU发出指令，使置于所述反应室中的低压电加热器通电，提供加热低温催化剂所需的更多热量，保证催化温度在220℃-290℃；
③再将流经所述反应器的尾气引入所述蒸发管中，加热其中的醇类液体，使之成为醇类蒸汽和水蒸汽，并进入所述反应室，经催化剂作用分解出H2；
④将所述H2自所述反应室的排气口经压力平衡罐和电磁阀或单向阀引入柴油发动机进气岐管而进入燃烧室，压缩后参与燃烧，使碳烟减少75％左右，使NOx下降30-40％。
2、根据权利要求1所述的方法，其第①步是在甲醇或乙醇裂解装置的由分隔单元至少分为三层的反应室中添加低温催化剂，并在至少一个螺旋形甲醇或乙醇蒸发管中泵入甲醇或乙醇液体。
3、根据权利要求2所述的方法，将甲醇或乙醇液体泵入两个套装的螺旋形甲醇或乙醇蒸发管中。
4、一种实施权利要求1所述方法的柴油发动机消烟净化装置，包括设置有填充低温催化剂(3)的反应室(2)的醇类裂解装置(1)，其特征在于：还包括置于所述裂解装置(1)中且与反应室(2)下部连通的蒸发管(4)、置于反应室(2)中的低压电加热器(5)和温度传感器(6)，其中所述裂解装置(1)的外壳(7)是具有保温层(8)的外壳，其靠近反应室(2)的侧壁上设有进气岐管接口(9)，其靠近蒸发管(4)的侧壁上设有消音器接口(10)，其顶部设有醇类液体的入口(18)，并与蒸发管(4)相连接；在反应室(2)中设有具孔洞的分隔单元(11)，将反应室(2)分隔成至少3层，低温催化剂(3)置于分隔单元中，反应室(2)具有法兰盘(12)和与之相连的盖板(13)，在盖板(13)上设有排气口(14)以及低压电加热器(5)的接线出口和温度传感器(6)的出口。
5、根据权利要求4所述的柴油发动机消烟净化装置，其特征在于：所述蒸发管(4)为至少一个螺旋形管。
6、根据权利要求5所述的柴油发动机消烟净化装置，其特征在于：所述蒸发管(4)为两个套装的螺旋管。
7、根据权利要求4、5或6所述的柴油发动机消烟净化装置，其特征在于：所述反应室(2)支承在置于所述裂解装置(1)内底部的支座(15)上。
8、根据权利要求7所述的柴油发动机消烟净化装置，其特征在于：所述醇类为甲醇或乙醇。
9、根据权利要求7所述的柴油发动机消烟净化装置，其特征在于：所述分隔单元由内分隔单元和外分隔单元构成，且均为筒状，其中内分隔单元筒口朝上，外分隔单元筒口朝向中心，在所述温度传感器外面设有护套(16)。
10、根据权利要求8所述的柴油发动机消烟净化装置，其特征在于：所述分隔单元由内分隔单元和外分隔单元构成，且均为筒状，其中内分隔单元筒口朝上，外分隔单元筒口朝向中心，在所述温度传感器外面设有护套(16)。
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