CN1373829A - 废气除污染方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于废气除污染的装置,该装置沿着所述气体的排放路线设置。所述装置包括气体冷却室(9、10),该冷却室将气体温度降低到0摄氏度附近。在本发明一个特定实施例中,内燃机废气的能量被用于提供除污染过程所需的制冷。

Description

废气除污染方法和装置
                        技术领域
本发明涉及一种用于处理废气的方法和装置，更具体地说，涉及一种用于废气除污染的方法和装置。
                        背景技术
在诸如汽油或轻油的燃料燃烧过程中，产生大量的成分，诸如氮的氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、以及碳氢化合物(HC)。一旦在其中加入臭氧(O3)，会由于氮的氧化物与碳氢化合物之间的光化学反应而形成二次污染。
为了减少这些有害的排放，已经促使公众研究机构进行研究，并已经提出很多装置。我们知道在汽车领域，使用了起燃烧有害物质作用的催化剂。
不幸的是，催化剂仅能够减少某种排放，并相反，将某些成分转变成更危险的物质。
尤其在工业领域，已经提出了一些其他方案，在烟囱管道内利用水过滤器来捕获并回收水中的有毒物质。这种水被再次处理，以便从这些物质中分离它并然后将其再次注入到过滤器回路中。
虽然得益于这些除污染装置的使用而使空气的质量得以一定改进，但这些除污染装置在它们的设备方面或在它们的成本或效率方面存在一些漏洞。
                         发明内容
本发明的目的是提供一种方法和装置，其100％地消除了最有毒物质，同时不产生任何其他有害物质。
这个目的由本发明的废气除污染装置予以完全实现，特征在于这种装置包括低温气体的冷却室。
根据本发明，该方法包括通过将废气以低温冷却而使废气去污染。
除污染效果是通过在一腔室内冷凝污染物质而获得的，在该腔室内，气体在零上几度的温度下冷却。冷凝效果是在气体冷却时产生的，可以理解，温度越低效果越好。
冷凝的最佳温度为接近零摄氏度，优选地是在3℃和6℃之间，即，恰好在冰晶体形成之前。实际上，冰的形成会造成排放的快速阻塞。
然后，冷凝液体被回收以备其生态消除。
这种类型的装置可以被用于大量的设备中，例如，用在焚化工厂的烟囱上，以及用于其他工业烟囱的应用上，甚至用在装有内燃机的车辆领域中。
在装有内燃机的车辆领域中，本发明也可以拓展为一种通过回收车辆废气的热能的制冷装置(例如空调)。
这些装置在现有技术中有所描述，尤其是在文献GB-A-1357034中，该文献描述了一种根据权利要求1前序部分所述的废气的除污染装置。
虽然本发明的首要目的是废气的除污染，但是本发明也可以理解为一种系统，该系统运行以通过回收废气中的热能而产生制冷能量。
为了冷却废气，使用了放置在排气箱中的蒸发器，该蒸发器基本上使所述气体冷却。沿着蒸发器设置的回收装置收集冷凝液体。这种液体可以被生态消除成去除了机油的程度，或可以再次注入到容器内。实际上，由于产品量较少，其与汽油或轻油混合不会产生问题。
在本发明的特定实施例中，用于热循环的混合物制冷剂/吸收剂为水(吸收剂)和氨水(制冷剂)的混合物。后者呈现出良好的膨胀特性，即在这类用途中的基本特征。试验表明：混合物中的水超过70％的话，该循环就不再以最佳方式运作。
                        附图说明
本发明将借助于以下参照作为非限定实施例给出的附图的详细描述而得以更好的理解，图中：
图1示出利用活塞式发动机废气作为能源的气体除污染系统；
图2示出蒸发器的自动清洁装置；
图3示出催化剂—加热器元件的整合。
                      具体实施方式
表
物质名称  过滤器之前的量(体积百分比％)  过滤器之后的量(体积百分比％)
甲苯     0.28     0
2，4-二甲基庚烯     -     -
辛醛     0.1     0
正-壬烷     0.17     0
正-癸烷     -     -
4-甲基癸烷     0.32     0
丙基环戊烷     0.16     0
十一烷     -     -
十二烷     -     -
1-氯十六烷     0.01     0
1-氯十八烷     0.01     0
正-十三烷     0.08     0
1，2，3，4-四氢-5-     -     -
正-十四烷     -     -
2，7-二甲基萘     -     -
环十四烷     0.1     0
2，6，11-三甲基十二烷     0.2     0
3，8-二甲基癸烷     0.1     0
正-十五烷     0.42     0
正-十六烷     -     -
正-二十烷     -     -
正-十七烷     -     -
正-十八烷     -     -
表中示出了已经组装了本发明系统的拖拉机的废气排放样本的分析结果。我们可以看出低分子量的所有成分已经被100％地消除。一般地，低分子量的污染物，如甲苯、乙醛以及低分子量的某些碳水化合物(例如氯基石蜡)完全消失。只有较大重量的分子予以保留，它们将在冷凝时脱离。应特别指出的是公知为危险物质的甲苯的全部消除。总地来说，随着气体温度降低到6℃，将消除75％的污染物。
图2示出在车辆上使用的本发明的完整系统，其首先用于除污染，其次用于车辆制冷。水—氨水的混合物通过由来自发动机2的废气供热的加热器1。氨水的沸点非常低(约为-35℃)，在气体热量的作用下，其脱离与其混合的水而蒸发。由于一部分水也蒸发这个事实，我们设置了一个蒸发器3，该蒸发器3的作用为保留水蒸气，仅让氨水蒸气通过。然后这些蒸汽通过冷凝器4，冷凝器4借助于系统产生的压力将蒸汽转变为液态。比氨水重的水被收集在加热器1的下部中，并被引导到吸收器11，以用于与完成传热循环的氨水再次混合。
这个组件的特征之一为由电阀5和6以及容器7构成。第一电阀5在容器侧压力低于冷凝器4侧压力时开启。第二电阀6由发动机供电触电驱动。当其停止时，电阀6关闭，并且电阀5在氨水蒸发所产生的压力消失时即当气体不再加热加热器1时关闭。在这种情况下，容器7保持处于压力下液态的工作压力，两个电阀关闭。
当发动机启动时，电阀6开启，并且在容器7内积累的压力立即在排气蒸发器中制冷。这种结构与催化剂箱系统不同，后者并不立即起作用，而需要几分钟的加热时间。
最后排气箱的上游可以发现第一阶段制冷装置16，该装置16将气体温度降低到约50℃。
在排气箱10附近，可以发现由温度传感器(未示出)控制的膨胀阀8。氨水在蒸发器9中蒸发，并且其膨胀而导致温度能够降低到-25℃。膨胀阀8被调节成将排气箱10的气体冷却到约4℃。
在排气箱10内侧，蒸发器9之下，为冷凝液体15的回收装置。一通道允许将该液体泵送并重新注入到燃料存放处。
在加热器出口处最初为约15巴的氨水的压力在蒸发器9内最终为约1或2巴。一旦循环结束，氨水被送到吸收器11内侧以由水吸收，并然后由泵12泵送到加热器1的内侧。单向阀13防止了在发动机停止时混合物回流到泵的内侧。
在一个实施例中，一部分处于压力下的氨水被导出到用于制冷的第二回路14中，以便使车辆的乘客舱或制冷室冷却。应指出的是，以这种方式制冷不仅几乎不消耗任何能量并因此不影响车辆的性能(绝非目前系统中的情况)，并且具有将车辆的气体除污染的优点。
图2示出避免沿排气箱10内放置的线圈17形成沉积的优良方式。公知的是，废气趋于堵塞不同的内部物品，尤其是线圈17。这将导致设备性能的快速下降。为了避免这种堵塞，提出一种新的方案，该方案为将线圈17组装到每一端处的两个固定板19和这两个固定板之间的多个可移动板18之间。固定板19包括让气体自由通过的大量的小孔。可移动板18由垫片21支撑在固定板之间，而由这些板形成的组件由较小扭曲力矩20的弹簧支撑在待机位置。以这种方式，当废气进入排气箱时，它们推动可移动板18，可移动板18在线圈长度方向摩擦线圈，消除了固定于其上的残留物。当发动机速度突然降低时，反向压力被传导到排气箱中，可移动板18向排气箱进口方向被拉动，这种来回运动确保了线圈自动清洁。
清楚的是，可移动板18不会完全封闭排气箱的直径，而是它们局部打开，一个板在下部，余下的在较高部分上，等等。这种布置迫使气体在结束排气箱出口的路径之前之字形流动，从而确保了抵靠可移动板的压力。这种结构也迫使气体穿过由气体内所含的水蒸气冷凝形成的水接收器。这种通过液体的路径为捕捉气体内含有的颗粒提供了条件。
这些颗粒沉积在排气箱的底部，并且在其高度足够高时，它们进入回收装置15。根据本发明的一个实施例，回收装置大约每80,000km清空一次。
在图3中，示出了催化剂—加热器组件的紧凑型实施例。催化剂—加热器的作用为：
借助于催化方法燃烧烟尘(CO-Nox-HC)的残留物；
再次加热浓溶液(例如NH3H2O)，以便通过混合矩阵型冷却器3和沸腾室4将NH3与H2O分离。
烟尘通过催化室内的一个或多个入口24被接纳(这取决于我们是否选择用加热器替代收集器或设置在收集器之后)。该入口24设置有板25，板25的材料和数量可根据车辆的不同而有所变化(从镀金到镀铂，通过某些不锈钢，等)。
示例：熔点在1064℃的金对于轻油是更合适的。对于汽油机，使用在1755℃熔化的铂更合适。
在催化室之后，烟尘穿过混合矩阵型冷却器26，在该冷却器中它们再次加热例如为NH3-H2O的液体，将后者加热到足以将NH3从H2O中分离的温度。在这种装置中，然后释放大部分Nox-CO和HC的烟尘，而液体再次加热它们(浓溶液29)以获得分离制冷流体的益处。
以液体NH3-H2O为例，在20℃时一升H2O可以吸收约520克或0.8升的NH3，并升高了NH3的温度。在-33℃沸腾的NH3从H2O中分离，并从而产生压力，即使温度超过100℃(可以到达150℃)，NH3将为蒸汽而H2O仍保持为液体(莫里尔法则)。从而，这个作用使NH3从H2O中分离，只需传送制冷剂形式28的NH3和被称为稀溶液30的吸收剂形式的H2O，以备新的循环。
至于从大部分Nox-CO和HC中分离并局部冷却的烟尘，它们31向另一个倾析装置行进。
对于较小的发动机，并尤其是它们以怠速运行时，制冷可能不充分。这尤其是当制冷也用于其它目标，如，车辆乘客舱的冷却时的情况。
在具有负责发电以及用于冷却室的制冷的小自激式发动机时，我们发现相同的问题。
为了改善制冷，即，为了改善利用由发动机所产生的热量用于制冷的性能，提出了在加热器1的出口处增加一个热量的第一混合矩阵型冷却器22，负责在水—氨水混合物送入加热器中之前将它们预热。这种混合矩阵型冷却器22加快混合物的加热，并有效地预冷废气。
在加热器出口处的气体温度约为140℃，并在混合矩阵型冷却器22的出口处被冷却到约60℃。得益于这种结构，不再需要冷却步骤16，气体被混合矩阵型冷却器22充分地冷却。用于制冷的由发动机产生的热量的总体性能超过50％。
对气体冷却系统之后仍保留的污染物残留物采取的措施表明排放的75％被冷凝。实际上，冷却系统消除了几乎全部的碳水化合物和全部的颗粒，但允许低沸点的一氧化碳(CO)、氮的氧化物(NOx)、以及碳氢化合物(HC)通过。
催化剂燃烧掉所有这些但允许颗粒通过，并产生其他明显比铅更有害的物质(铂、钯、铑等)。
为了改进这个结果，提出了将一般用在汽车上的催化剂与上述的冷却系统结合。
为此，应隔离的催化剂23恰好放置在发动机2的排气口处、加热器1之前。由于这两项技术的结合，实现了无论哪种颗粒都被消除，该结果表明99％的污染物排放得以消除。

Claims (11)

1.一种安装在汽车上的废气的除污染装置，该装置沿所述废气的排放回路放置，包括加热器(1)，在其内由废气所提供的热能导致混合物制冷剂—吸收剂的蒸发；液体分离器(3)，其位于加热器(1)顶部的出口处；使废气冷却的蒸发器(9)；随之为用于制冷剂—吸收剂混合物再次结合的吸收器(11)，其特征在于，该装置包括放置在发动机气体出口处、加热器(1)之前的催化剂(23)；放置在蒸发器(9)上游的膨胀阀(8)，后者组装在排气箱(10)上及位于加热器(1)出口处的吸收器(11)的上游；吸收器(11)下游的泵(12)，其将制冷剂—吸收剂混合物送入加热器(1)中；以及放置在液体分离器(3)和膨胀阀(8)之间的冷凝器(4)，冷凝器(4)利用系统产生的压力将液体分离器(3)过滤的蒸汽转变为液态，所述液体分离器(3)目的为仅让制冷剂的蒸汽通过。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，膨胀阀(8)被调节成将气体冷却至3和6摄氏度之间。
3.如权利要求1和2所述的装置，其特征在于，催化剂(23)和加热器(1)被制成为单独一个零件。
4.如权利要求1到3所述的装置，其特征在于，该装置包括冷凝气体的回收装置(15)。
5.如权利要求1到4所述的装置，其特征在于，该装置包括压力下液体的存储组件(5、6、7)，该组件包括第一电阀(5)，如果上游压力高于下游压力该电阀(5)开启；第二电阀(6)，当发动机(2)工作时该电阀(6)开启；以及容器(7)，其放置在这两个电阀之间，并存储压力下的液态制冷剂。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，蒸发器(9)包括延长的线圈(17)，该线圈的线性部分之间由可移动板(18)保持间隔开，可移动板在废气压力作用下在沿着线圈(17)的线性部分纵向移动并确保了所述线圈(17)的清洁。
7.如权利要求1到6所述的装置，其特征在于，该装置包括热量的混合矩阵型冷却器(22)，该冷却器放置在加热器和排气箱之间，目的是预热要到达加热器(1)的制冷剂—吸收剂混合物。
8.一种废气除污染方法，其特征在于，该方法包括在催化室(23)内燃烧所述气体，将所述气体冷却到低温以导致燃烧过程中释放的物质的冷凝。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法包括将气体冷却到3和6℃之间的温度。
10.如权利要求8和9所述的方法，其特征在于，该方法包括回收气体冷凝所形成的液体。
11.如权利要求8到10所述的方法，其特征在于，该方法包括利用废气的热能，在制冷剂—吸收剂混合物吸收作用的基础上提供制冷装置的功能。
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