CN1508404A - 气体净化系统、气体净化方法和放电反应设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于净化目标气体的气体净化装置，其包括一个气流管线，待净化的目标气体经由该管线从目标气体产生装置流出；一个提供在所述气流管线上的放电反应装置；一个布置在所述放电反应装置中的过滤部件，其所具备的结构可以在目标气体流经该过滤部件时俘获包含在目标气体中的颗粒物；和一个有效地连接在所述放电反应装置上的放电产生装置，其被用来在放电反应装置内形成电场，并在其中产生放电等离子体。
Description
技术领域
本发明涉及气体净化系统或设备和一种气体净化方法，所述方法通过除去不利的或有害的物料或物质(如目标气体中的颗粒物和氮氧化物)来净化待处理的目标气体。 本发明还涉及一种用于上述气体净化系统或方法的放电反应设备。
背景技术
在传统技术中，已知有几种用于净化发动机等排放的废气的气体净化系统和设备，它们通过除去废气中的颗粒状物料或物质(PM)、氮氧化物(NOx)等来对废气进行净化处理。
例如，已知有一种用于去除颗粒物(PM)的气体净化系统，其中去除颗粒物的过滤器设置在气流通道中，含有颗粒物的废气在流经此处时，其中的颗粒物被俘获或抓获。然后，被颗粒物去除过滤器捕获的颗粒物中含有的可燃物(如碳)被燃烧除去，接着颗粒物去除过滤器的功能得以再生。这样的气体净化系统公布于日本专利待审(KOKAI)公开号HEI11-062558中。
另一方面，已知还有一种用于去除NOx的气体净化系统，其中一种用于还原和分解NOx的三路(three way)催化剂被放置在含NOx废气流经的气流通道中。这样的三路催化剂负载有用于活化的贵金属如Pt。这样的气体净化系统公布于日本专利待审(KOKAI)公开号HEI 2002-045701中。
在如日本专利待审(KOKAI)公开号HEI 11-062558中所公开的用于去除颗粒物(PM)的气体净化系统中，需要在大约600℃对气体进行加热，以通过有氧燃烧除去颗粒物过滤器所俘获的碳等物质。
而在如日本专利待审(KOKAI)公开号HEI 2002-045701中所公开的用于去除NOx的气体净化系统中，一种还原催化剂要实现其功能往往要将温度升至约300℃以上。当废气的温度低于300℃时，催化剂不能被充分激活，NOx也不能得到充分还原和分解。而且，在NOx的还原和分解过程中还会产生有害的一氧化二氮(N2O)。
因此，在上述的现有技术中的这两种气体净化系统中都需要装备一个用于加热废气的热源如外部加热器等。另外，当废气温度较低时(尤其是小于200℃时)，颗粒物PM和/或NOx就不能有效地和充分地被俘获并去除。
发明概述
因此本发明的一个目的就是从实质上克服上述现有技术中所遇到的这些缺陷或障碍，提供一种气体净化系统和气体净化方法，其能够在较低温度下有效地去除待处理的目标气体中的颗粒物和有害物质(如氮氧化物)，而无需对待处理的目标气体进行加热。
本发明的另一个目的是提供一种用于上述气体净化系统的放电反应装置，来有效去处颗粒物和有害物质。
根据本发明，一方面，这些目的和其它目的可以通过提供一种用于净化目标气体的气体净化系统来实现，所述系统包括：
一个气流管线，经由该管线目标气体从目标气体产生装置流出；
一个提供在所述气流管线上的放电反应装置；
一个设置在放电反应装置中的过滤部件，其具有一结构，当目标气体通过该过滤部件时，该结构可用来俘获目标气体中的颗粒物；
一个有效地连接在放电反应装置上的放电产生装置，其被用来在放电反应装置内形成电场，并在其中产生放电等离子体。
在这方面的优选实施方式中，过滤部件可以有多种结构，例如由多种固体材料堆积而成的块状结构、由纤维状材料形成的块状结构和蜂窝状结构，或独块(monolith)结构。
所述过滤部件还可以由介电常数不小于3的介电材料(例如陶瓷)形成。
所述气体净化系统还可以包括一设置在放电反应设备中的氧化催化剂，用来将颗粒物氧化燃烧。
所述气体净化系统还可以包括一设置在气流管线上放电反应装置的上游侧和/或下游侧(相对于目标气体的流动方向)的氧化催化剂。
所述气体净化系统还可以包括一设置在放电反应设备中的光催化剂，以便其可以被放电光所激活。
还可以向过滤部件提供一还原分解催化剂，用于对目标气体中的氮氧化物进行还原和分解。
所述气体净化系统还可以包括一个添加或提供碳氢化合物的装置，该装置设置在气流管线上放电反应装置的上游侧，以便在流经气流管线的目标气体中添加气态的碳氢化合物。所述气态碳氢化合物是通过使用所述碳氢化合物添加装置对固态或液态碳氢化合物进行汽化而得到的。
所述气体净化系统还可以包括一催化剂反应单元，该单元提供在气流管线上放电反应装置的下游侧，用于对目标气体中的氮氧化物进行还原和分解。
所述气体净化系统还可以包括一个碳氢化合物添加装置，该装置设置在气流管线上放电反应装置的上游侧，以便在流经气流管线的目标气体中添加气态的碳氢化合物。所述气态碳氢化合物是通过使用所述的碳氢化合物添加装置对固态或液态碳氢化合物进行汽化而得到的。
所述放电反应装置具有一筒状外壳，该外壳上提供有一连接头，并且所述放电产生装置包括一个通过电缆与所述连接头相连的高压电极端、一个通过电缆与连接头相连并设置在过滤部件中的电极棒，和一个与放电反应装置的外壳的一部分相连的地电极端，其中所述地电极端起到地电极的作用。
在本发明的一个改进方面，提供了一种用于对目标气体进行净化的气体净化系统，其包括：
一个气流主管线，目标气体产生装置中的待处理的目标气体通过该管线流出，所述主气流管线具有一切换部位，从该切换部位处延伸出多个气流支线；
多个放电反应装置，它们被提供在各气流支线的中间部位；
设置在各放电反应装置中的过滤部件，所述过滤部件具有一结构，当目标气体通过该过滤部件时，该结构可用来俘获目标气体中的颗粒物；
有效地连接在各放电反应装置上的放电产生装置，其被用来在放电反应装置内形成电场，并在其中产生放电等离子体；和
一个安装于在气流主管线上形成的所述切换部位的切换装置，用于在各气流支线间进行选择性切换。
在本发明的这一方面中，所述多个气流支线在气流主管线上放电反应装置的下游侧汇合。
在本发明的另一方面，提供了一种对目标气体进行净化的方法，其包括如下步骤：
将一提供有过滤部件的放电反应装置安置在待处理的目标气体的气流管路上，其中所述待处理目标气体中包括颗粒物；
借助过滤部件将目标气体中的颗粒物俘获；和
在放置过滤部件的区域内产生一电场，并在放电反应装置中产生放电等离子体。
在本发明的再一方面，提供了一放电反应设备，其包括：
一个筒状放电反应装置；
一个设置在所述放电反应装置中的过滤部件；和
一个高压电极端和一个地电极端，所述过滤部件设置在二者之间。
根据本发明的上述结构和/特征，可以通过俘获并除去待处理的目标气体中的颗粒物和有害物质，来实现在低温不加热的条件下对目标气体的净化。
另外，除了对颗粒物的俘获和燃烧处理外，还通过添加还原分解催化剂，在低温不加热的情况下将NOx还原分解。
下面的说明将结合附图更清楚地展示本发明的实质和其他特征。
附图简介
在附图中：
图1为根据本发明的第一实施方式的气体净化系统的设置示意图；
图2A为图1的第一实施方式的放电反应装置的放大的纵向局部剖视图，图2B-图2D为本发明的气体净化系统的过滤部件的剖视图；
图3显示了NOx在所述放电反应装置中的还原分解；
图4显示了当含有NOx的目标气体中含有15体积％的氧气时，NOx的减少量和待净化目标气体的温度的关系；
图5显示了当含有NOx的目标气体中含有1体积％的氧气时，NOx的减少量和待净化目标气体的温度的关系；
图6显示了当含有NOx的目标气体中含有1体积％的氧气时，N2O副产物的量和待净化目标气体的温度的关系；
图7为根据本发明的第二实施方式的气体净化系统的设置示意图；
图8为图7中所示的第二实施方式的气体净化系统的第一种改进的示意图；
图9为图7中所示的第二实施方式的气体净化系统的第二种改进的示意图；
图10为图7中所示的第二实施方式的气体净化系统的第三种改进的示意图；
图11为根据本发明的第三实施方式的气体净化系统的设置示意图；
图12为根据本发明的第四实施方式的气体净化系统的设置示意图；
图13为根据本发明的第五实施方式的气体净化系统的设置示意图；
图14为根据本发明的第六实施方式的气体净化系统的设置示意图。
优选实施方式的描述
下面将参考附图描述根据本发明方法的气体净化系统的优选实施方式，和使用所述气体净化系统的放电反应设备或装置的气体净化方法的优选实施方式。
参照图1中所示的根据本发明的第一实施方式的气体净化系统。
气体净化系统1包括提供于气流管线或管路3上的放电反应装置4，所述气流管线或管路3从目标气体产生装置2延伸出来，并且一过滤部件或过滤结构5被设置在放电反应装置4的反应容器4a中。所述过滤部件5具有一结构，该结构允许待处理目标气体X(此后将称其为目标气体)从其内部流过，其还具有俘获颗粒物的结构，用来俘获目标气体X中所包括的颗粒物和/或有害物质。
目标气体产生设备2的具体实例为车辆(in-vehicle)柴油发动机和汽油发动机(例如汽车发动机)、车辆发电机驱动马达和轮船推进马达等；为移动物体提供动力的柴油发动机和汽油发动机，所述移动物体例如车辆、轮船和飞机等；用于废热发电(电热供应)系统和发电系统的固定柴油发动机和煤气发动机(煤气马达)。
这些目标气体产生装置2使用重油(例如A-重油、C-重油等)、轻油、汽油、城市煤气、甲烷和丙烷，并排出在本发明中被称作目标气体X的废气。
另外，放电产生电源(放电产生装置)7通过电缆6与放电反应装置4相连。由放电产生装置7施加的电压在放电反应装置4中产生放电等离子体，同时由于所产生电场的电吸尘作用，颗粒物被俘获在过滤部件5中。另外，借助等离子体形成了氧自由基如O、OH和O3等，通过这些氧自由基的氧化使俘获的颗粒物燃烧。然后所述被俘获的颗粒物通过燃烧处理变成CO2。
图2A为一纵向局部示意图，其中显示了气体净化系统1，特别是放电反应装置4。
例如，筒状放电反应装置4被安装在气流管线3上。另外，例如，块状过滤部件5被提供在放电反应装置4中，在放电反应装置4的侧壁部分11上提供有由绝缘材料制成的连接头10。
另外，在过滤部件5中还提供有沿放电反应装置4的纵向伸展的棒状电极12。
另一方面，放电产生装置7安装在放电反应装置4的外面，并且所述放电产生装置7的一个电极(例如在高压电极端的电极)通过电缆6与连接头10相连。此外，连接头10和电极12通过电缆6相连。
放电产生装置7的另一个电极，在地电极一侧，通过电缆6与放电反应装置4的侧壁面11相连，并且接地。即放电反应装置4的内壁面11起到接地电极的作用。
所述放电产生装置7例如由一个主电源和一个次级电源组成。主电源可以是频率为50Hz、60Hz的100V、200V、400V的交流电源，或12V、24V的电池等直流电源；而作为次级电源，可以使用脉冲电源、高频电源和工业频率交流电源。
根据上述结构，当通过放电产生装置7施加电压时，在放电反应装置4的过滤部件5中的电极12和放电反应装置4的侧壁面11之间产生电场，同时产生等离子体Y。施加在电极12上的电压可以是例如几千伏到几万伏。
然而，应注意的是从放电产生装置7施加的电压的极性；放电反应装置4、过滤部件5和电极棒12的形状和数量，是任选的或任意的。另外，可以从放电反应装置4的侧壁面11独立地安装一个电极。即可以采用各种结构，只要可以在过滤部件5中产生或引起电场和放电等离子体Y。
而且，在不对目标气体X进行加热的情况下产生放电等离子体是可能的，即使用具备高的电子温度的低温等离子体。低温等离子体的使用允许施加于放电反应装置4上的能量在放电反应装置4中以电子能的形式使用，并且该能量不以中性分子和离子的热能的形式使用。对于所述的低温，优选低于300℃的温度用来激活催化剂。于是能量损失减少了，低能激活了电子，并且可以产生大量的氧自由基。
另外，过滤部件5可以具有一结构，其中多种固体材料的球状、柱状、筒状或盘状陶瓷颗粒被装入一个筒状或箱装的容器中，该容器的开口处包有网或过滤器，或具有一塞满纤维状材料的结构。所述过滤部件5可以制成蜂窝状或块状。
在这方面，放电反应装置4具有环形筒状结构，其中提供有过滤部件5，图2B为一种使用了多种固体材料5的结构的剖视图，图2C为使用了一种纤维状材料5的结构的剖视图，图2D是蜂窝状或独块状(monolith)结构5的剖视图。
上述根据第一实施方式的气体净化系统1将以如下的方式运作。
首先，含有颗粒物的待处理的目标气体X在目标气体产生装置2中产生，所产生的目标气体X通过气流管线或通道3引入放电反应装置4。
目标气体X流经放电反应装置4，然后通过过滤部件5。
在放电反应装置4中的过滤部件5中，随着放电产生装置7的启动，将形成电场并产生放电等离子体Y。于是，由于过滤部件中形成的电场的电吸尘作用，待净化的目标气体X中的颗粒物被过滤部件5所俘获。
另外，在过滤部件5的内部，由于等离子体Y的作用或功能，产生了氧自由基，例如O、OH、O3等。当低温等离子体以放电等离子体Y的形式产生时，高能电子和目标气体X中的分子相互碰撞从而产生氧自由基，接着被过滤部件5所俘获的颗粒物中包含的碳等物料经受燃烧处理形成CO2，从而恢复过滤部件5的颗粒物俘获功能。
在除去颗粒物以后，目标气体X被排除放电反应装置4。
顺便提一下，当过滤部件5由介电常数大于3的介电物质组成时，在放电反应装置4内部形成的电场会得到进一步加强，并有可能改进电吸尘作用和对颗粒物的吸附效果。作为优选实例，就耐热特性而言，可以使用介电常数在9-10之间的陶瓷，例如矾土。
另一方面，当从目标气体产生装置2中产生的待净化目标气体X中包含NOx(90体积％的NO)或碳氢化合物(CxHy)，由于放电等离子体Y产生的氧自由基的氧化作用，放电反应装置4中会产生例如NO2的化学物质，并且通过氧自由基对碳氢化合物的氧化作用而产生部分氧化产物〔CHO〕。在存在还原分解催化剂的情况下，包含在目标气体X中的NOx与上述化学物质可以发生有效的还原反应，从而不只是在高温下而且在低温下也可以分解NOx。
因此，除了对颗粒物的俘获和燃烧处理外，通过将与放电反应装置4中所产生的化学物质相对应的还原分解催化剂用作制造过滤部件5的材料，可以在无需加热的情况下进行NOx的还原分解。
顺便提一下，尽管过滤部件5由NOx的还原分解催化剂制成，仍然优选在过滤部件5上负载NOx还原分解催化剂。
图3示出了图1所示的气体净化系统1的放电反应装置4中的NOx的还原分解过程。
参照图3，通常目标气体X中的NOx有90体积％为NO。而且，当目标气体X中还包括碳氢化合物(CxHy)时，放电反应装置4中的等离子体Y所产生的氧自由基将NO和CxHy氧化成NO2和部分氧化产物〔CHO〕。
所述放电反应装置4中产生的这些化学物质在催化剂表面起到催化反应激活物质的作用。所述放电反应装置4由NO2和〔CHO〕出发产生有机硝基化合物〔CHON〕等。然后，〔CHON〕等物质与NOx(NO/NO2)发生反应产生N2、COX和H2O，导致NOx的还原分解。
作为NOx的还原分解催化剂例如可以使用γ-氧化铝。在使用传统的载有Pt等贵金属的三路催化剂作为NOX的还原分解催化剂时，在NOx的分解过程中会产生有害的N2O。然而，在使用γ-氧化铝的情况下，有可能减少所产生的NO2的量。
也就是说，在传统技术中三路催化剂一直被用于NOx的分解，并且所述三路催化剂还载有用于催化剂激活的贵金属如Pt。然而，本发明的第一实施方式的气体净化系统1既可以在高温下也可以在正常温度下进行NOx的还原分解，并且不需要Pt等贵金属的活化，因为所述气体净化系统1的放电反应装置4能产生可用于催化反应的活化的化学物质，例如NO2和碳氢化合物的部分氧化产物〔CHO〕等。因此，所述气体净化系统1能够减少在NOx的还原分解过程中产生的N2O副产物的量。
图4显示了当含有NOx的目标气体中含有15体积％的氧气时，在NOx的还原分解过程中NOx的减少量和待净化目标气体的温度的关系。
在图4中，纵轴显示NOx的减少量(任意单位)，横轴指示待净化目标气体的温度(℃)。图中标记●代表仅在高温下使用对NOx的还原分解有效的催化剂(γ-氧化铝)但不提供贵金属的情况下，显示NOx的减少量的NOx减少曲线数据点；标记○代表在使用低温等离子体和还原分解催化剂(γ-氧化铝催化剂)的情况下进行NOx的还原分解时，显示NOx的减少量的NOx减少曲线b、c和d的数据点，其中在低温等离子体作用下产生的化学物质被用作反应物质。
其中NOx减少曲线b、c和d还分别显示了通过改变低温等离子体的电子能量而出现的NOx减少量的三种不同情况。
如图4所示，在高温下单独使用对NOx的还原分解有效的催化剂(γ-氧化铝)但不提供贵金属的情况下，NOx的减少量取决于目标气体X的温度，其中在300-500℃之间NOx的减少量对目标气体X的温度的斜率非常大，而当温度低于300℃时NOx的减少量明显减少。
另一方面，在使用低温等离子体和还原分解催化剂(γ-氧化铝催化剂)对目标气体X中含有的NOx进行还原分解的方法中，其中在低温等离子体作用下产生的化学物质被用作反应物，NOx的减少量取决于目标气体X的温度。然而，与仅仅使用催化剂的情况相比，NOx的减少量对目标气体X的温度的斜率变小了。因此有可能在不超过200℃的温度下除去一定量的NOx。
另外，在使用低温等离子体和还原分解催化剂对NOx进行还原分解的方法中，NOx的减少量的变化取决于低温等离子体的电子能量的高低。也就是说，随着低温等离子体的电子能量的增加，NOx的减少量也在增加。因此，有可能根据待净化目标气体X中所含有的NOx的量或温度的变化来控制NOx的减少量。
图5显示了当含有NOx的目标气体中含有1体积％的氧气时，NOx的减少量和待净化目标气体的温度的关系。
在图5中，纵轴显示NOx的减少量(任意单位)，横轴指示待净化目标气体的温度(℃)。图中标记●代表在使用传统的三路催化剂来对目标气体X中的NOx进行还原分解处理时显示NOx的减少量的NOx减少曲线e的数据点；标记O代表在使用低温等离子体和还原分解催化剂对目标气体X中的NOx进行还原分解处理时显示NOx的减少量的NOx减少曲线f的数据点，其中在低温等离子体作用下产生的化学物质被用作反应物质。
如图5所示，对于含有1体积％的氧气的目标气体X而言，NOx的减少量取决于待净化的目标气体X的温度，并且在200-400℃之间NOx的减少量与目标气体X的温度之间存在较大斜率，该曲线还表明了最大值的存在。
另一方面，在使用低温等离子体和还原分解催化剂对NOx进行还原分解的方法中，有一部分NOx的减少是与待净化目标气体X的温度无关的。
图6显示了当对含有1体积％的氧气的目标气体X中的NOx进行还原分解时，N2O副产物的量和待净化目标气体X的温度的关系。
在图6中，纵轴显示副产物N2O的量(任意单位)，横轴指示目标气体X的温度(℃)。图中标记●代表在使用传统的三路催化剂来对目标气体X中的NOx进行还原分解处理时显示N2O的量的N2O减少曲线g的数据点；标记○代表在使用低温等离子体和还原分解催化剂对目标气体X中的NOx进行还原分解处理时显示N2O的量的N2O减少曲线h的数据点，其中在低温等离子体作用下产生的化学物质被用作反应物质。
如图6所示，在使用三路催化剂对目标气体X中含有的NOx进行还原分解处理时，将得到与图5基本相同的曲线。也就是说，由于三路催化剂载有Pt等贵金属，作为副产物产生的N2O取决于NOx的减少量。
另一方面，在使用低温等离子体和还原分解催化剂对NOx进行还原分解的方法中，N2O副产物的量将随着目标气体X的温度的增加而减少。然而，与使用三路催化剂的情况相比，N2O副产物随目标气体X的温度的变化的改变量是较小的，即不超过使用三路催化剂的情况下的N2O副产物最高量的50％。
也就是说，本实施方式气体净化系统1在过滤部件5中形成电场，以便俘获待净化目标气体X中所含有的颗粒物。这样，根据所述气体净化系统1的构造，所述颗粒物被过滤部件5借助电吸尘作用和颗粒物俘获作用俘获。
所述实施方式的气体净化系统1通过所述过滤部件5所俘获的颗粒物的燃烧处理使得过滤部件5的颗粒物收集功能得到再生，所述燃烧处理并不需要对颗粒物进行加热，只需使用不依赖于温度的电子放电等离子体Y。
而且，所述气体净化系统1在无需对NOx进行加热的情况下，实现了目标气体X中NOx的去除，通过为过滤部件5增加还原分解催化剂的功能，以碳氢化合物和NOx在放电反应装置4中产生的化学物质作为反应激活物质，进行NOx的还原分解反应。
最近，关于废气中的NOx或颗粒物的排放的排放法规得到加强并更加严格。因此，作为去除颗粒物的气体净化系统已经提出了一种装置(例如燃烧室)用于在俘获颗粒物的同时将颗粒物用燃烧室烧掉。另一方面，还提出了一种用于进行NOx的还原分解的装置作为去除NOx的气体净化系统，其中使用载有Pt等贵金属的三路催化剂并需要加热。
然而，这些已知的气体净化系统都需要至少将目标气体加热到正常温度，例如不超过200℃。特别地，当气体净化系统被用于汽车，并且汽车尾气被当作待净化的目标气体X时，很难充分地和稳定地处理颗粒物或NOx，因为废气的温度会随着汽车行驶或移动的条件的不同而不同。
例如，在发动机启动时、发动机低速运转时或发动机加速时，废气的温度都会低于用于颗粒物燃烧或NOx还原分解的催化剂的激活温度，于是分解反应难以正常进行。因此，有必要为所述气体净化系统另行装备一个外部热源。
另外，当经过加热并使用三路催化剂对NOx进行还原分解处理时，负载用于对三路催化剂进行活化的Pt等贵金属是必要的，然而这其中涉及一个问题，那就是在NOx的还原分解过程中，Pt等贵金属会导致副产物N2O的产生。
然而，本发明的气体净化系统1则既可以在高温下也可以在低温下，对包含在目标气体X中的颗粒物进行连续的燃烧处理，其中使用过滤部件5来俘获颗粒物，并使用了不易受温度变化影响的放电等离子体，或优选地，使用低温等离子体。
而且，那些与NOx在非高温下进行化学反应的化学物质是通过等离子体处理而产生的。因此，通过使用NOx的还原分解催化剂来形成过滤部件5，有可能在无需加热的情况下，甚至可以在低温下，对NOx进行还原分解。
另外，根据本发明，由于所述气体净化系统1无需使用贵金属来激活NOx还原分解催化剂，所以可以减少在传统的NOx还原分解方法中作为副产物产生的N2O的量。
因而，本发明的气体净化系统1可以对来自各种目标气体产生装置2的目标气体X进行净化，所述目标气体产生装置根据温度的不同可以产生包括颗粒物或有害物质(例如NOx)的目标气体X。
图7为根据本发明的第二实施方式的气体净化系统的设置示意图。
图7所示的气体净化系统1A不同于图1所示的第一实施方式的气体净化系统1，其差别在于气体净化系统1A的放电反应装置4中除了过滤部件5以外，还提供有一氧化催化剂(氧化催化剂单元或部分)20。所述气体净化系统1A的其它结构或功能与第一实施方式基本相同。因此，在与气体净化系统1相应的部位使用了相同的标号或标志，并因此省去了重复的解释。
第二实施方式的所述气体净化系统1A的放电反应装置4中除了过滤部件5以外还提供有氧化催化剂20，所述氧化催化剂20可以独立使用或提供在过滤部件5中。
所述气体净化系统1A的结构使得被过滤部件5所俘获的颗粒物除了接受由于等离子的作用而产生的氧自由基的燃烧处理外，还要接受由于氧化催化剂20的作用或功能而引起的燃烧处理。因此，与图1所示的气体净化系统1相比，气体净化系统1A能够对颗粒物进行更加有效的氧化处理。
图8、9和10分别为图7中所示的的气体净化系统1A的第一种、第二种和第三种改进实例的示意图。
在图8所示的气体净化系统1B中，氧化催化剂(氧化单元或部分)20被提供在气流通路或管线3上，与目标气体产生装置2和放电反应装置4相连。也就是氧化催化剂20被布置在气流管线3上放电反应装置4的上游侧，而不是被布置在放电反应装置4中。
另外，在图9所示的气体净化系统1C中，氧化催化剂(氧化单元或部分)20被提供在气流管线3上放电反应装置4的下游侧，而不是被布置在放电反应装置4中或放电反应装置4的上游侧。
另一方面，在图10所示的气体净化系统1D中的目标气流通路上提供有两个氧化催化剂(氧化单元或部分)20，其中一个提供在放电反应装置4的上游侧，另一个提供在放电反应装置4的下游侧。
如上所述，只要将氧化催化剂20提供在气流通路3上，上述气体净化系统1B、1C和1D与图1所示的气体净化系统1可以实现基本相同的效果或作用，即便氧化催化剂20没有被安置在放电反应装置4中。
另外，在气体净化系统1B、1C和1D中，氧化催化剂20和放电反应装置4的布置是各自独立的，这样在缺损或修理时就可以更换所需的部分或组件，而无需改变整个结构。
图11是根据本发明的第三实施方式的气体净化系统的示意图。
图11中所示的气体净化系统1E不同于图1所示的气体净化系统1，其差别在于在气体净化系统1E中，设有并联的多个放电反应装置4，气流通路3分出支线通入各并联的放电反应装置。
气体净化系统1E的其它结构和运作与图1所示的第一实施方式的气体净化系统1的基本相同。因此对于与气体净化系统1相应的部件或元件，在此使用了相同的标号或标志来表示，并因此省去与之相关的详细解释。
在气体净化系统1E中，在气流通路3上放电反应装置4的上游侧提供有切换元件(部分)30，并且在切换部位30处气流通路3分出多个气流支线，例如图11中所示分成两个气流支线3。每一个气流支线3都于一个放电反应装置4相连。
另外，用来排放流过各个放电反应装置的目标气体X的气流支线3在共同的下游侧切换部位31处被汇聚起来，在这里这些气流支线合并成一个共同的单根气流通路3。
所述上游侧切换部位30和下游侧切换部位31通过切换使得目标气体流经一个选定的放电反应部分4。
也就是说，所述气体净化系统1E能够利用上游侧切换部位30和下游侧切换部位31的气流通路切换功能，让目标气体X可选择地通过一个放电反应装置4，从而实现了对放电反应装置4的周期性切换。
根据这一实施方式的结构，当某一个放电反应装置4的过滤部件5所俘获的颗粒物的量达到某一固定值时，气体净化系统1E就会进行切换操作，将目标气体流通过上游侧切换部位30进行切换，即将气流通路3切换至另一个气流支线3。相应于这一切换操作，下游侧切换部位31也会被改变。
另外，当某一放电反应装置4的过滤部件5所俘获的颗粒物的量达到某一固定值时，空气就会被通入这一放电反应装置4，其中所述空气中含有的颗粒物的量对颗粒物的俘获量的影响是可以忽略的。然后，所述过滤部件5中俘获的颗粒物就要经受由所述空气制得的低温等离子体的燃烧处理，然后其颗粒物俘获功能可以得到再生。
也就是说在两个放电反应装置4之间连续地和轮流地切换，其中在一个放电反应装置4中颗粒物被过滤部件5所俘获；在另一个放电反应装置4中，被过滤部件5所俘获的颗粒物则在经受低温等离子体的氧化处理。
更具体地，气体净化系统1E中提供有多个放电反应装置4，从目标气体产生装置2将目标气体导出的气流通路3被上游侧切换部位30和下游侧切换部位31分成多个平行的气流支线，从而通过在各个放电反应装置4之间(即在各个气流支线间)的切换，确保过滤部件5的颗粒物俘获功能能够得到再生，从而确保过滤部件5所俘获的颗粒物的量不超过氧化处理的能力。
而且，根据气体净化系统1E，即便待净化目标气体X中所包含的颗粒物的浓度相对较高，依然可以稳定地对颗粒物进行燃烧处理，而并不削弱过滤部件5的颗粒物俘获功能。
所述气体净化系统1E也可以采取一种无下游侧切换部位31的结构，其中目标气体X分别从多个与各放电反应设备4相连的气流支线3中排出；或者采取另一种结构，其中从各个放电反应装置4排出的目标气体X可以直接被收集进一根共同的气流通路3。
图12为根据本发明的第四实施方式的气体净化系统的示意图。
图12所示的气体净化系统1F不同于图1所示的根据第一实施方式的气体净化系统1，其差别在于在气体净化系统1F的气流通路3上放电反应装置4的下游侧提供有催化反应部分40。气体净化系统1F的其它结构和运作与图1所示的第一实施方式的气体净化系统1的基本相同。因此对于与气体净化系统1相同或一样的结构或元件，在此使用了相同的标号或标志来表示，并因此省去与之相关的详细解释。
根据这一实施方式的结构，在其中的气体净化系统1F的气流通路3上的放电反应装置4的下游侧，提供有催化反应部分40，当包含NOx的待净化目标气体X从目标气体产生装置2排出后，放电反应装置4使颗粒物中所包含的碳等物质经受燃烧处理，与此同时，产生了NO2、碳氢化合物的部分氧化产物〔CHO〕等。
然后，被填充进催化反应部分40的NOx还原分解催化剂得益于放电反应装置4中产生的化学物质，而获得了更强的催化激活功能。至于填充催化反应部分40的催化剂，建议使用不产生副产物N2O的γ一氧化铝等。
放电反应装置4中产生的化学物质(例如NO2、碳氢化合物的部分氧化产物〔CHO〕等)被导入催化反应部分40，在此这些化学物质起到催化剂活化物质的作用，于是NOx在无需加热的情况下经受了还原分解处理。
然后，其中NOx已被还原分解的目标气体X被排出催化反应部分40。
也就是说，本实施方式气体净化系统1F中提供有催化反应部分40，其中NOx还原分解催化剂被布置在放电反应装置4的下游侧，通过还原分解去除目标气体X中的NOx，其中使用放电反应装置4中产生的化学物质(例如NO2、碳氢化合物的部分氧化产物〔CHO〕等)作为NOx还原分解催化剂的活化物质。
由于具备这样的结构，气体净化系统1F能够取得与图1所示的实施方式相同的效果和功能，其中为过滤部件5增添了NOx还原分解催化剂功能。这样就可以在各个结构中独立地进行检查和交换。
图13为根据本发明的第五实施方式的气体净化系统的示意图。
图13所示的气体净化系统1G不同于图12所示的第四实施方式的气体净化系统1F，其差别在于在气体净化系统1G的气流通路3上放电反应装置4的上游侧提供有碳氢化合物添加(供应)部分或装置50。气体净化系统1G的其它结构与图12所示的第四实施方式的气体净化系统1F的基本相同或一样。因此，在此使用了相同的标号或标志来表示对应的结构或元件，并因此省去与之相关的详细解释。
本实施方式的气体净化系统1G中，在气流通路3上放电反应装置4的上游侧提供有碳氢化合物添加部分50。
所述碳氢化合物添加部分50向气流通路3中提供碳氢化合物。所采取的方法优选为直接添加丙烷、丙烯等碳氢化合物，或者通过对固态或液态碳氢化合物进行汽化来添加丙烷、丙烯等碳氢化合物。
由此添加的碳氢化合物被导入放电反应装置4中，在这里产生了用于NOx还原分解的催化剂活化物质。
也就是说，根据本实施方式的气体净化系统1G，通过在气流通路3中添加碳氢化合物，可以在NOx的还原分解过程中更有效地产生稳定的催化剂活化物质，同时将NOx分解并除去。
因此，即便目标气体X是例如一种几乎不含碳氢化合物的气体，例如柴油发动机在贫油燃烧阶段所产生的废气，所述气体净化系统1G也能够在产生催化剂活化物质的同时有效地去除NOx。
图14为根据本发明的第六实施方式的气体净化系统的示意图。
图14所示的气体净化系统1H不同于图7所示的第二实施方式的气体净化系统1A，其差别在于在气体净化系统1H的放电反应装置4中提供的是光催化剂60，而不是氧化催化剂20。气体净化系统1H的其它结构与图7所示的第二实施方式的气体净化系统1A的基本相同或一样。因此，在此使用了相同的标号或标志来表示对应的结构或元件。
在气体净化系统1H的放电反应装置4中，除了过滤部件5以外，还提供有光催化剂60，例如TiO2等，所述光催化剂60既可以单独布置，也可以被过滤部件5所负载。
因此，当放电反应装置4中产生放电光和放电等离子体Y时，由于放电反应装置4中产生的放电光的作用，不管是在高温下还是在200℃的低温下，都可以激活光催化剂60。
也就是说在气体净化系统1H中，被放电反应装置4中的过滤部件5所俘获的颗粒物除了要经受由于放电等离子体的作用而产生的氧自由基的燃烧处理外，还要经受由于放电光的作用而被激活的光催化剂60的作用。
于是所述气体净化系统1H除了具备图7所示的气体净化系统1A的优点外，还可以在低温下在放电反应装置4中对颗粒物进行更加有效的氧化处理。
因此，例如当汽车尾气(即本发明的待净化目标气体X)处于低温时(在汽车发动机启动时)，就可以使用气体净化系统1H来使颗粒物的氧化处理能够更加有效地进行。
具备上述构造的气体净化系统1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G和1H可以构成多元化或复合的结构。例如，可以在气流通路3上安装多个并联的放电反应装置4。另外，在气流通路3上还可以添加催化反应部分40、碳氢化合物添加部分50或氧化催化剂20。
另外，作为替代方案，优选将放电反应装置4制成一个单元，并且多个这样的单元可以以并联或串联的方式安装起来，从而形成气体净化系统1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G和1H。
应注意的是本发明并不限于上述的实施方式，在不偏离所附的权利要求的情况下可以对本发明进行许多其它的改变与改进。
Claims (22)
1、一种用于净化目标气体的气体净化系统，其包括：
一个气流管线，待净化的目标气体经由该管线从目标气体产生装置流出；
一个提供在所述气流管线上的放电反应装置；
一个布置在所述放电反应装置中的过滤部件，其所具备的结构可以在目标气体流经该过滤部件时俘获包含在目标气体中的颗粒物；和
一个有效地连接在所述放电反应装置上的放电产生装置，其被用来在放电反应装置内形成电场，并在其中产生放电等离子体。
2、根据权利要求1的气体净化系统，其中所述过滤部件具有一由多种固体材料堆积而成的块状结构。
3、根据权利要求1的气体净化系统，其中所述过滤部件具有一由纤维状材料形成的块状结构。
4、根据权利要求1的气体净化系统，其中所述过滤部件具有一蜂窝状结构。
5、根据权利要求1的气体净化系统，其中所述过滤部件具有一独块结构。
6、根据权利要求1的气体净化系统，其中所述过滤部件由介电常数不小于3的介电材料制成。
7、根据权利要求6的气体净化系统，其中所述介电材料是陶瓷。
8、根据权利要求1的气体净化系统，其还包括一布置在放电反应装置中的氧化催化剂，用于颗粒物的氧化燃烧。
9、根据权利要求1的气体净化系统，其还包括一氧化催化剂，相对于目标气体的流动方向，所述氧化催化剂被布置在所述气流管线上放电反应装置的上游侧和下游侧中的至少一侧。
10、根据权利要求1的气体净化系统，其还包括一布置在所述放电反应装置中的光催化剂，以便用放电光将其激活。
11、根据权利要求1的气体净化系统，其中所述放电产生装置产生低温等离子体。
12、根据权利要求1的气体净化系统，其中所述过滤部件中还提供有用于对目标气体中含有的氮氧化物进行还原和分解的还原分解催化剂。
13、根据权利要求11的气体净化系统，其还包括一碳氢化合物添加装置，该设备布置在气流管线上放电反应装置的上游侧，以向流经所述气流管线的目标气体中添加气态碳氢化合物。
14、根据权利要求13的气体净化系统，其中所述气态碳氢化合物是通过使用所述的碳氢化合物添加装置对固态和液态碳氢化合物进行汽化而形成的。
15、根据权利要求1的气体净化系统，其还包括一提供在气流管线上放电反应装置的下游侧的催化剂反应单元，以对目标气体中含有的氮氧化物进行还原和分解。
16、根据权利要求15的气体净化系统，其还包括一碳氢化合物添加装置，该设备布置在气流管线上放电反应装置的上游侧，以向流经所述气流管线的目标气体中添加气态碳氢化合物。
17、根据权利要求15的气体净化系统，其中所述气态碳氢化合物是通过使用所述的碳氢化合物添加装置对固态和液态碳氢化合物进行汽化而形成的。
18、根据权利要求1的气体净化系统，其中所述放电反应装置具有一筒状外壳，其上提供有一连接头，并且所述放电产生装置包括一个通过电缆与所述连接头相连的高压电极端、一个通过电缆与连接头相连并设置在过滤部件中的电极棒，和一个与放电反应装置的外壳的一部分相连的地电极端，其中所述地电极端起到地电极的作用。
19、一种用于净化目标气体的气体净化系统，其包括：
一个气流主管线，待净化的目标气体经由该管线从目标气体产生装置流出，所述主管线具有一切换部位，从该切换部位延伸出多个气流支线；
提供在所述各气流支线的中间部位的多个放电反应装置；
布置在每个所述放电反应装置中的过滤部件，其所具备的结构可以在目标气体流经该过滤部件时俘获包含在目标气体中的颗粒物；
一个有效地连接在每个所述放电反应装置上的放电产生装置，其被用来在放电反应装置内形成电场，并在其中产生放电等离子体；和
一个用于在所述气流主管线上形成的切换部位的切换装置，其被用来在各气流支线间进行选择性切换。
20、根据权利要求19的气体净化系统，其中所述多个气流支线在放电反应装置下游侧的气流主管线上的一个部位汇合。
21、一种用于净化目标气体的气体净化方法，其包括如下步骤：
在含有颗粒物的待处理的目标气体流经的一条气流管线上，安置一放电反应装置，其中提供有一过滤部件；
使用所述过滤部件俘获目标气体中的颗粒物；和
在所述放电反应装置中放置所述过滤部件的地方形成一电场，并产生放电等离子体。
22、一种放电反应设备，其包括：
一筒状放电反应装置；
布置在所述放电反应装置中的过滤部件；和
一个高压电极端和一个地电极端，所述过滤部件设置在二者之间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |