CN1124870C - 气化引擎的颗粒状排放物与未燃烧碳氢化合物的反应器 - Google Patents

气化引擎的颗粒状排放物与未燃烧碳氢化合物的反应器 Download PDF

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Abstract

一种可附着至一内燃引擎排气歧管的反应器，以氧化与燃烧油烟碳颗粒、一氧化碳及未燃烧碳氢化合物，及分解氮与硫氧化物。所述反应器具有一反应区(20)，该反应区包括多孔性保热泡沫单元(30)并与一多孔性保热区(4)相邻接，并依序用陶瓷隔热材料(6，7)围绕着，以使能量损失减至最低。提高温度与含有一些氧气(空气)的引擎废气(1)将进入所述反应室(20)。通过碰撞式传热、热辐射增强作用、能量捕集、与引擎排放物的燃烧，即可获得足够温度以氧化油烟碳颗粒、一氧化碳、与未燃烧碳氢化合物。导入蒸汽或雾化水滴(104)，以便经由气化、再气化、水转移反应、甲烷化作用与氢化裂解反应提高所述反应器的效率。由所述反应器释放无害的氧化反应产物(12)，即水和二氧化碳。

Description

气化引擎的颗粒状排放物与未燃烧碳氢化合物的反应器
发明领域
本发明涉及一种反应器，其可燃烧来自车辆内燃引擎废气中有毒或不需要的气体与颗粒状(包括烟与烟雾)排放物。由所述反应器释放至大气中的最终产物只包含水蒸汽、二氧化碳、与已净化废气。这一过程借助于以下几个步骤完成：再利用所述内燃引擎废气回收的热量；将所述排放物用作燃料以产生额外的燃烧能量；应用热辐射增强，碰撞式传热和能量捕集以达到一高达800℃或更高的温度环境；与使用最新式的绝热材料以使其对环境的能量损失减至最低。
背景技术
对汽车排放物所造成人体健康与环境影响的关注，业已造成对碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化合物(NOx)、与诸如油烟和烟雾颗粒的汽车排放物的日益严格的限制标准。油烟或烟雾基本上是一种碳颗粒，其于燃烧过程期间来自润滑剂受热或碳氢化合物燃料的凝聚作用与除氢作用。烟雾基本上是油烟、水蒸汽、与未燃烧料的混合物。可容易观察到以柴油引擎作动力的大卡车的排气管所排放的装满油烟的黑烟。然而，当使用过滤器以减少油烟和烟雾排放物时，一些研究结果显示所述引擎颗粒过滤器或捕集器只收集到60％-90％的颗粒。所留下的颗粒将渐进地阻断所述流动通道且增加反向压力，因此造成引擎输出功率的降低与燃油的浪费。
对于典型的汽油引擎，其出口温度范围为320-370℃，且废气离开所述催化转换器后的温度可高达500℃。然而，最大的引擎出口温度可高达400℃。因为不完全燃烧，所述废气中的含氧量大约1％，且所述燃油/空气混合比为化学计量比。
对于柴油引擎，其出口温度范围为540-650℃，且其最大温度可高达800℃。柴油的油烟颗粒的平均粒径超过0.3微米，且它们超过75％的直径少于1微米。当在一过滤器上收集时，所述油烟颗粒的堆积密度是大约0.07克/每立方厘米。这表明所述油烟颗粒的结构是多孔性，因而容易与水和氧气起反应。在空气或一含有10％氧气的气体混合物中，油烟在300℃时慢慢地氧化，且400℃时迅速地氧化。假如于存在有充足氧气下达到大约540℃的温度，一柴油废气过滤器所收集的油烟将燃烧。所述柴油引擎废气的含氧量大约是10％-12％，因为所述柴油引擎的汽轮增压器具有一高达25％的空气/燃油混合比，且有过量的空气。
因此，为维持一个反应器在300℃以上，且有大约1％含氧量的汽油引擎废气导入其内，将造成各气体成份(诸如一氧化碳与未燃烧的碳氢化合物)氧化，且将大幅减少其释放至大气中的量。同理，为维持一个反应器在大约400℃，且有大约10％含氧量的柴油引擎废气导入其内，将造成油烟颗粒的燃烧而减少其释放。此反应器应能配备或更换与汽油引擎一起使用的催化转换器，且应能大幅减少来自柴油引擎的有害排放物，而所述柴油引擎无催化转换器。
催化转换器与汽油引擎一起使用的公认问题是在冷机起动后最初200秒期间，产生由60％至85％的碳氢化合物排放物。这是因为催化转换器不能有效率地除去这些污染物，直到他们达到300℃或更高的有效操作温度。
本发明包括美国专利第5,618,500号中所公开的反应器的各项改进。这些改进包括所述反应器入口的雾化水滴或蒸汽的喷射，以提高所述反应器的效率。
发明的概述
本发明涉及一种反应器，其可沿着一内燃引擎的排气歧管安装，诸如一柴油引擎、汽油引擎、喷射引擎或燃气轮机。可能包含有油烟颗粒、未燃烧碳氢化合物燃料、二氧化碳、一氧化碳、水蒸汽、氮氧化物、与空气的燃烧废气被导入一反应区内。所述引擎和反应器可能安装在一车辆上，或可能固定不动地安装着。用陶瓷泡沫单元、一陶瓷壁面、与绝热材料围绕着所述反应区。这些隔热材料使得所述反应区与所述反应器本身的能量损失减至最少。设计所述反应区与陶瓷泡沫单元的结构，使其能结合数个传热过程(传导，对流，与辐射)以“捕集(trap)”所述反应区中的能量，且达到足够高的温度，以便氧化油烟颗粒、碳氢化合物、与一氧化碳，及分解有毒的排放物，诸如氮氧化物(NOx)与硫氧化物(SOx)。这些氧化反应是放热的，以致在所述反应区产生热量，且于所述处被捕集，仅能维持氧化所需的温度。在所述反应区中由于引擎废气中的未燃碳氢化合物的点燃(燃烧)将产生其它热量，以致当它进入所述反应区时可达到超过所述废气温度的温度。
装满颗粒的导入废气将接触所述多孔性陶瓷泡沫单元，且这些颗粒(油烟)沉积在所述多孔性陶瓷泡沫的表面上，并经由碰撞式传热方式传导热量。这些颗粒是通过来自所述多孔性陶瓷泡沫的传导加热，通过所述反应区中所捕集的热量经由对流和辐射加热，与通过由未燃烧碳氢化合物的燃烧所产生的热量加热。在所述废气中存有氧气时，沉积碳颗粒被氧化与燃烧成有毒的一氧化碳。所述一氧化碳于所述反应器中依序被氧化成无害的二氧化碳。这些沉积碳颗粒的氧化与燃烧亦释放出能量，并依序增加所述反应器的温度。
本发明包括以雾化水滴或蒸汽的形式将水喷入所述反应区。所述水将与未燃烧的碳氢化合物、油烟颗粒反应，且经由气化、再气化、与水转移反应(water shift reaction)。
    (气化)
                (再气化)
              (水转移反应)
在上面反应中或所述引擎废气中所形成的一氧化碳、二氧化碳、与氢气能通过甲烷化作用(methanation)与氢化裂解反应，以形成甲烷与水。
        (甲烷化作用)
    (氢化裂解反应)
这些反应的产物是二氧化碳、氢气、与甲烷。氢气和甲烷可在反应区中以放热反应很快地氧化，以帮助所述反应区维持在高温。另一选择方案是，它们在一附加的催化氧化剂中或商业上可用的催化转换器中氧化。
本发明具有几个目的。第一，它使用一引擎本身的废能和来自所述引擎本身排放物燃烧所产生的能量，以消除所述引擎废气中的不需要成份，且具有第二个燃烧器的作用。第二，因为所述反应器在所述引擎暂时关闭之后仍可保留热量达数小时，在这间隔期间内所述反应器高于周围环境的温度，可更有效率地重新起动所述引擎。所述反应器可减少所述冷机起动时期的持续时间，大约由200秒减少至100秒，这是因为其保热特性与捕集所述反应器中废气内的颗粒。这些效果造成较少能量消耗与较少的碳氢化合物、烟雾、与油烟排放物。第三，所述反应器不会增加操作与维修的需求—它没有移动零件；它不需催化转换器(虽然一实施例被公开与并要求使用一催化转换器)；它不需要改变所述引擎燃烧过程(诸如节流)；不需要过滤器或捕集器(其可能阻断所述排气系统，或减少引擎输出功率或节约燃油)；对现行车辆的设计其不需要外部的氧气或能源(虽然未来的车辆设计可能需要它们，且本申请专利的一实施例包括它们)；不需清洗或回收；不需要一控制系统；且所述反应器无噪。
附图的简要说明
图1是一个实施例的一横截面图，其强调热辐射的增强作用，而既无催化氧化剂层，也无催化转换器。
图2是一个实施例的一横截面图，其强调用一催化氧化剂层的热辐射增强作用。
图3是一个实施例的一横截面图，其强调用一催化转换器的热辐射增强作用。
图4是一个实施例的一横截面图，其强调所述反应区中的长保留时间。
图5是一个实施例的一横截面图，而为保留时间与热辐射增强作用间的折衷。
图6是一个实施例的一截面图，带有辅助的空气与能源。
发明的实施方式
参考图1，引擎废气1典型地含有各种燃烧产物，包括烟雾、油烟颗粒、未燃烧碳氢化合物(燃油)、二氧化碳、一氧化碳、水蒸汽、氮氧化物(NOx)，它们在高温经由入口管子9进入本发明的反应器。所述入口管子引导所述冲击式引擎废气射流直接进入所述陶瓷泡沫单元30静止表面上的一反应区20。来自一水箱100的雾化水滴或蒸汽亦通过使用一连接管101、泵102、与一雾化喷嘴103导入所述反应区20。所述雾化水滴、或蒸汽是射入所述反应区20，以与引擎废气的成份混合，且参与所述气化和水转移反应。所述连接管是包卷环绕着所述引擎汽缸，以便更佳利用来自引擎的废热与使水快速变成蒸汽。所述反应区的横侧表面与多孔性保热区4相邻接。更特别地是，所述多孔性保热区可能是由如下材料的网状泡沫单元所制成：陶瓷材料，诸如锆氧、富铝红柱石、硅石、矾土、堇青石、或火山石；这些陶瓷材料的陶瓷氧化物；陶瓷材料或它们的氧化物的结合物；或涂覆(washcoated)有高纯度矾土、二氧化钛、或沸石的这些结合物。所述反应区相向于所述入口管子的表面是以一不渗透的陶瓷壁面圆盘5相邻接。所述陶瓷泡沫单元30是附着于所述不渗透的陶瓷壁面圆盘5并伸入所述反应区20，其可由与所述多孔性保热区相同的材料制成。所述多孔性材料4与30具有五项功能的作用：(1)当作保留能量的介质；(2)当作供过滤与沉积油烟颗粒的场所；(3)用于延长废气在所述反应器中的保留时间；(4)用于提供辐射增强的形状系数；与(5)用于均匀的热量混合与流动混合。
如图1中所示，有一缝隙35位于所述多孔性保热区4与所述多孔性陶瓷泡沫单元30之间。所述多孔性保热区是在一不渗透的陶瓷壁面6内，并依序与一外侧隔热区7相邻接，诸如真空成形的陶瓷纤维、陶瓷纤维的覆盖层、或耐火纤维。所述不渗透的陶瓷壁面圆盘5与所述不渗透的陶瓷壁面6可以是陶瓷材料，诸如锆氧、富铝红柱石、硅石、矾土、堇青石、或火山石；这些陶瓷材料的陶瓷氧化物；陶瓷材料或它们的氧化物的结合物；所述金属和陶瓷的结合物；或氧化镁或钙的稳定或部分稳定化陶瓷。所述反应器具有一金属外壳8。
对专门术语而言，所述反应器的入口是指所述反应器的底部，且其出口区是指其顶部，所述反应器的顶部是一个金属罩壳10与一金属出口管子11。所述不渗透的陶瓷壁面圆盘5、反应室20、多孔性保热区4、不渗透的陶瓷壁面6、与外侧的隔热区7，它们的顶部与一金属筛网70相邻接。所述金属筛网70与所述不锈钢罩壳10之间含有一外室40。所述金属组件典型地是不锈钢或一高温合金。
大部分装满颗粒的导入废气射流1进入反应区20，并碰撞在所述多孔性陶瓷泡沫单元30的静止表面上，且分布至缝隙35。一些导入的射流直接通入所述缝隙35，在此它与已有的射流混合，且随后穿过所述多孔性保热区4。因为所述多孔性保热区是与不渗透的陶瓷壁面6相邻接，来自所述多孔性保热区的射流穿过所述金属筛网70进入外室40，然后经由所述出口管子11流出所述反应器。
在所述反应区20中，数个过程发生作用以产生足够的高温，足以氧化与燃烧油烟颗粒、碳氢化合物与一氧化碳，并分解有害的排放物，诸如氮氧化物(NOx)与硫氧化物(SOx)。当装满颗粒的导入废气射流1接触保热区4与单元30的多孔性保热材料时，颗粒即沉积在这些表面，且由碰撞式传热与传导将热量传导至这些表面。这些表面依序经由辐射放热，且热废气经由对流传热。因所述反应区被隔热材料围绕着，上面过程所产生的热量保留于所述反应区中，仅有一些损失，且其温度足以氧化与燃烧所述油烟碳颗粒、未燃烧的碳氢化合物燃油，并获得一氧化碳，且所述气体产物离开这些多孔性反应区4与单元30的表面。所述油烟颗粒、未燃烧碳氢化合物、与一氧化碳的氧化与点燃(燃烧)，以及氮氧化物与硫氧化物的分解，皆是放热反应，其热量释出以帮助达到这些氧化和燃烧过程所需的高温，仅能维持这些氧化与燃烧过程。由出口管子释出最终产物12包括二氧化碳、水蒸汽、与其它已净化废气。
所述引擎废气1与雾化水滴或蒸汽104混合，且发明的概述中所述的化学反应可将油烟颗粒(碳)、一氧化碳、与未燃烧碳氢化合物转换成二氧化碳、水、氢气与甲烷。除了气化外，所有这些由导入的水所引发的反应在所述中心反应区所获得的温度皆是放热的。为导入水以便具有一净放热效应，所述水与原料(引擎废气)的质量比范围应是0.01至3.0。所产生的甲烷与氢气皆是燃料，以便进一步增强所需的高温，以维持所述氧化与燃烧过程。
这合适的质量比范围是以废气燃烧计算所得，并基于所述引擎中#2号柴油燃料的燃烧，且提出一实验结果，其中在无水时，于400英尺.磅的引擎负载和每分钟1800转的引擎速度下在所述反应器内维持一477℃的温度。所示的留在一反应器的固态碳C(S)、一氧化碳、甲烷、与氢气的摩尔百分率是为水与废气的质量比、及废气导入所述反应器的速率的一个函数。范例1(312公斤/小时)代表现行柴油引擎的废气成份。范例3(62公斤/小时)代表老旧柴油引擎的一最差的废气成份范例。范例2(139公斤/小时)是一个介于中间的范例。
                             摩尔百分率
质量比 0.0      0.2      0.4      0.6      0.8      1.0      2.0      3.0C(S)(1) 8.5E-5     0.0      0.0      0.0      0.0      0.0      0.0      0.0(2) 1.8E-1   6.2E-2     0.0      0.0      0.0      0.0      0.0      0.0(3) 3.8E-1   2.8E-1   1.8E-1   4.1E-2     0.0      0.0      0.0      0.0CO(1) 1.6E-2   4.3E-3   2.1E-3   1.6E-3   1.0E-3   7.0E-4   2.3E-4   6.2E-5(2) 1.1E-2   1.4E-2   1.4E-2   1.0E-2   8.3E-3   6.6E-3   3.0E-3   1.6E-3(3) 4.8E-3   8.0E-3   1.2E-2   1.3E-2   1.5E-2   1.5E-2   8.6E-3   5.6E-3CH4(1) 8.7E-3   2.0E-3   5.0E-4   2.8E-4   1.7E-4   2.3E-5   1.6E-6   5.2E-7(2) 3.2E-2   6.0E-2   6.5E-2   4.5E-2   3.4E-2   2.3E-2   4.8E-3   1.3E-3(3) 9.8E-2   1.1E-1   1.2E-1   1.3E-1   1.4E-1   1.3E-1   6.1E-2   2.8E-2H2(1) 5.1E-2   6.6E-2   5.7E-2   5.1E-2   4.4E-2   3.9E-2   2.5E-2   1.7E-2(2) 8.8E-2   1.3E-1   1.6E-1   1.7E-1   1.7E-1   1.7E-1   1.5E-1   1.2E-1(3) 1.4E-1   1.5E-1   1.7E-1   1.9E-1   2.0E-1   2.1E-1   2.2E-1   2.1E-1
由上表可看出留在所述反应器的碳油烟单调地随着水质量比而减少，而对于其他三种材料，依其范例而定，可能有一最高值，随后在质量比超过2时降低。超过3的水质量比被认为是不实用的，因为它将难以在所述反应区中维持高温，这是因为有太多水而需大量的水蒸发能量。
图1所示的实施例是以保留时间为代价，而最大化与形状有关的热辐射增强作用。为在所述反应室20中获得可达到的几乎完全的氧化，图2中所示的实施例在所述二金属筛网之间加入一额外的金属筛网71与一催化氧化剂层200。将使用商业上现成可用的且对氢气、轻质碳氢化合物、与一氧化碳特别有效的催化氧化剂。所述氧化剂层应包括一在商业上现成可用的催化剂，而能有效地分解废气中的氮氧化物与硫氧化物。
如图2实施例中所用催化氧化剂的另一种选择方案，能使用一个在商业上现成可用的催化转换器，其已广泛地用于汽车引擎。图3显示一个实施例，其中使用一个催化转换器300。所述催化转换器是安装在所述出口管子11的上游，以致所述出口12射流是直接通过进入所述催化转换器。
图4与图5中所示的实施例不同于图1中所示的实施例，这是因所述多孔性泡沫单元30的延伸。于图4所示的实施例中，所述多孔性陶瓷泡沫单元32是以所述多孔性陶瓷单元的全长接触所述多孔性保热区4。这消除图1中所示的缝隙35，以致反应区21无一缝隙。通过所述多孔性陶瓷泡沫区与各单元表面的辐射性传热，所述缝隙具有增强反应区20温度的效果；然而，所述缝隙亦未对所述废气流动的运送提供任何阻抗，且减少所述废气在所述反应区内的保留时间。因此，图4中所示的实施例将以损失一些形状相关的热辐射增强作用为代价，而比图1中所示的实施例造成较大的保留时间。
于图5所示的实施例中，所述多孔性陶瓷泡沫单元31是以所述多孔性陶瓷泡沫单元31的部分长度，但非全长接触所述多孔性保热区4。这导致所述多孔性陶瓷泡沫单元与多孔性保热区间的反应区22内缝隙36比图1中所示实施例的缝隙35较短。这实施例是保留时间与外开相关热辐射增强作用间的折衷。
图4与图5所示的实施例不同于图1中所示的实施例，只相关于所述反应区中多孔性陶瓷泡沫单元的外形与范围。具有这二种多孔性陶瓷泡沫单元结构的实施例可在所述反应区外面具有一催化氧化剂层，如图2中所示，或如图3中所示具有一个催化转换器。
对于汽油引擎，这反应器正好安装在所述催化转换器之前，且对于柴油引擎，这反应器正好将安装在所述引擎出口之后。
引擎废气的含氧(空气)量与其温度是足以在正常的操作条件下有效率地操作所述反应器。然而，对于某种由引擎负载所引起的混乱状态，或关于未来的引擎发展，而涉及低含氧量(例如不使用涡轮增压器)或低出口温度(例如燃料是在一个稀混合气引擎中，接近所述燃料喷射器的局部区域燃烧)者，可能需要一外在能源或一外在氧气(空气)来源，用于发生有效率的氧化和分解。图6显示一个实施例，其类似于图4中所示的实施例，除了一外在空气50来源外，所述空气50来源是用一台泵52与管路51导入所述反应区，且一能源60是位于所述反应区23内。外在来源或能量或空气的使用不受限于图4中所示实施例的一变化，但同样可容易地应用于其他实施例。所述能源可以是一电源，而由一电源或由电力设备供以动力，或可以是太阳能，或可以是直接来自一个油箱的石油能量。
工业应用性
由本发明的公开内容及实现本发明的各种模式，可明显看出本发明的应用性，以减少由内燃引擎释出有害的气体与颗粒排放物。本发明是附着至一支管子，以便运离来自内燃引擎的废气。

Claims (19)

1、一种在引擎废气中用于氧化与燃烧油烟碳颗粒、未燃烧碳氢化合物、一氧化碳，及用于分解氮氧化物与硫氧化物的反应器，所述引擎废气是来自一带有引擎汽缸的引擎，并含有氧气，所述反应器包括：
金属外壳；该金属外壳包括：
反应区，在此发生引擎废气的放热氧化反应与燃烧，且形成分解产物，并通过废气的热量、及所述废气的放热氧化和燃烧放出的热量维持所述氧化反应与燃烧；
装置，是引导液相或气相的水进入所述反应区，而以一形式促进所述水与引擎废气的混合，所述水与引擎废气在反应区中起反应，这个反应经由气化、再气化、与水转移反应，且额外地经由甲烷化作用或氢化裂解或两者一同起反应；该装置将水以其对引擎废气质量比范围为0.01至3.0的量引入反应区；
入口管子，其将引擎废气导入所述反应区；
多孔性保热区，与反应区相邻接，多孔性保热区允许引擎废气与分解产物通过；
不渗透的隔热板，其为所述反应区的边界，并相向于入口管子；
多孔性保热单元，是位于所述反应区中，邻接于所述不渗透的隔热板，用于沉积与燃烧所述油烟颗粒，该多孔性保热单元只占反应区的一部分，而在油烟颗粒沉积处将发生碰撞式传热；
隔热装置，邻接于所述多孔性保热区并位于其外侧，用于使所述多孔性保热区的能量损失减至最低；
金属筛网，其邻接于所述不渗透隔热板、所述多孔性保热区及所述隔热装置，它允许引擎废气与分解产物通过；
金属外壳，是由所述入口管子与一金属出口管子所贯穿，所述金属外壳的形状被设计成以允许所述金属筛网与所述金属出口管子之间留有空间。
2、根据权利要求1所述的反应器，其中所述隔热装置是一陶瓷壁面，位于一外侧隔热区的内部。
3、根据权利要求2所述的反应器，其中所述多孔性保热区与所述多孔性保热单元包括选自于如下材料的网状泡沫单元，所述材料：锆氧、富铝红柱石、硅石、矾土、堇青石、或火山石的陶瓷材料；这些陶瓷材料的陶瓷氧化物；所述陶瓷材料或其氧化物的结合物；与涂覆有高纯度矾土、二氧化钛、或沸石的这些结合物，所述陶瓷壁面与所述不渗透的隔热板是由一陶瓷材料制成；且外侧的隔热区包括陶瓷纤维。
4、根据权利要求3所述的反应器，其中所述不渗透隔热板及所述隔热陶瓷壁面包括选自于：锆氧、富铝红柱石、硅石、矾土、堇青石、或火山石的陶瓷材料；这些陶瓷材料的陶瓷氧化物；陶瓷材料或其氧化物的结合物；金属和陶瓷的结合物；及氧化镁或钙的稳定或部分稳定化陶瓷。
5、根据权利要求4所述的反应器，其中所述外侧隔热区包括选自于真空成形的陶瓷纤维、陶瓷纤维的覆盖层、与耐火纤维，且其中所述金属外壳、金属筛网、入口管子及出口管子是由不锈钢制成。
6、根据权利要求5所述的反应器，其中所述多孔性保热区与所述多孔性保热单元彼此接触。
7、根据权利要求5所述的反应器，其中所述多孔性保热区与所述多孔性保热单元未彼此接触。
8、根据权利要求5所述的反应器，其中引导水进入所述反应区的装置包括一台泵、连接管子、及一雾化喷嘴。
9、根据权利要求5所述的反应器，其进一步包括一催化氧化剂层及一额外的金属筛网，所述催化氧化剂层包含于所述金属筛网与额外金属筛网之间。
10、根据权利要求5所述的反应器，其进一步包括一催化转换器，所述催化转换器连接至所述金属出口管子。
11、根据权利要求5所述的反应器，其进一步包括将空气加入所述反应区的装置。
12、根据权利要求5所述的反应器，其中所述反应区包括一能源。
13、根据权利要求12所述的反应器，其中所述能源包括石油能源。
14、根据权利要求12所述的反应器，其中所述能源包括一电源。
15、一种在引擎废气中用于氧化与燃浇油烟碳颗粒、未燃烧碳氢化合物、一氧化碳，及用于分解氮氧化物与硫氧化物的方法，所述引擎废气是来自一引擎，并含有氧气，所述方法包括以下步骤：提供一带有一金属外壳的反应器，所述金属外壳包含有一反应区、一入口管子、一横侧面邻接于所述反应区的多孔性保热区、在所述反应区边界并相向于所述入口管子的不渗透隔热板、在所述反应区中邻接于不渗透隔热板的多孔性保热单元、一邻接于所述不渗透隔热板的金属筛网、所述多孔性保热区、与所述隔热装置、一导水装置、一金属出口管子、一被所述入口管子贯穿的金属外壳，所述金属外壳可由所述入口管子、所述出口管子、及所述导水装置贯穿，且所述金属外壳的形状被设计成以允许在所述金属筛选与所述金属出口管子之间形成一外室；
经由所述入口管子将包含有油烟碳颗粒、未燃烧碳氢化合物、一氧化碳、氧气、氮氧化物、与硫氧化物的引擎废气导入所述反应区；
放热地氧化与燃烧所述引擎废气，包括沉积油烟颗粒在所述多孔性保热区与所述多孔性保热单元上，且在所述反应区中形成分解产物；
引导液相或气相的水进入所述反应区，且以一形式促进所述水与引擎废气的混合，所述水相对于引擎废气的质量比范围是0.01至3.0；
在所述反应区中放热地混合所述水与引擎废气并让二者发生反应，这个过程经由气化、再气化、与水转移反应、甲烷化作用或氢化裂解反应；
除去所述反应区中未分解的引擎废气，并除去所述反应区经由所述多孔性保热区、所述金属筛网和外室与到达出口管子的分解产物。
16、根据权利要求15所述的方法，其在所述反应器中进一步提供一催化氧化剂层与额外金属筛网，所述催化氧化剂层在金属筛网与所述额外金属筛网之间，且进一步氧化在所述反应区中未分解的引擎废气及所述催化氧化剂层中的分解产物。
17、根据权利要求15所述的方法，其在所述反应器中进一步提供空气以氧化及燃烧所述反应区中的引擎废气。
18、根据权利要求15所述的方法，其在所述反应器中进一步提供一能源以氧化及燃烧所述反应区中的引擎废气。
19、根据权利要求15所述的方法，其进一步提供一连接至所述金属出口管子的催化转换器，且进一步分解在所述反应区中未分解的引擎废气及所述催化转换器中的分解产物。
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