专利名称：金属基柴油机排气微粒捕集器、排气处理装置及再生方法
技术领域：
本发明涉及柴油机排气微粒捕集器，具体涉及一种金属基柴油机排气微粒捕集器。
本发明还涉及配置有金属基柴油机排气微粒捕集器的柴油机排气处理装置。
本发明还涉及上述柴油机排气处理装置的微粒捕集器的再生方法。
(二)技术背景柴油机凭借其良好的动力性、经济性和耐久性广泛应用于各种动力装置，但是柴油机排气中微粒物造成的污染已经成为制约柴油机进一步应用的瓶颈。对于柴油机排放污染物的控制和治理包括对颗粒物的捕集以及HC和CO的净化。
微粒捕集器是目前国际上柴油机尾气处理技术的主导产品。自上世纪80年代开始，德国、欧美及日本就已有将陶瓷载体过滤器应用于城市公交车及一些矿山、隧道工程的柴油机上。
微粒捕集器的过滤材料多选用蜂窝陶瓷、碳化硅陶瓷纤维、金属蜂窝和金属纤维编织物等。微粒捕集器通过拦截、沉积等手段将柴油机排气中的微粒聚集在过滤器中，它也能捕集部分发挥性有机成份。
国外金属基微粒捕集器的开发起步较早，并获得一定应用。如日本Sumitomo公司开发出一种具有三维网络骨架的泡沫合金，以此为基体发明一种柴油机的尾气微粒捕集器(SAE 980187，US 5830415)；日本NHK Spring公司发明一种由金属丝网、氧化铝纤维网等多层过滤体形成的微粒捕集器，具有较好的过滤效果；Rypos，Ind.And Bekaert公司利用多个烧结金属构成过滤器，产品正在开发中。
清华大学2003年申请的发明专利“用于柴油车尾气微粒捕集器的多层复合金属丝网过滤材料”公开了一种用于柴油车尾气微粒捕集器的多层复合金属丝网过滤材料。由不同疏密程度的FeCrAl合金网按一定顺序叠放在一起，经压制、烧结而成。用此材料制成的微粒捕集器过滤效率较高和背压损失较低。但此捕集器的过滤效率仍有待提高，且制作工艺步骤较繁，较难达到设计要求。
目前尚未见理想的对各种大小的微粒均能良好截留、具有良好导热性和强度，并且成本低易于制作的金属基柴油机排气微粒捕集器。
微粒捕集器中拦截的微粒积累到一定程度会增加排气的流动阻力，影响柴油机的正常工作，因此必须及时清除，这一过程称之为微粒捕集器的再生。微粒捕集器的再生技术也属于当前的难点之一。正因此，目前现有的各种柴油机微粒捕集器技术产品难以广泛应用。
为解决捕集器上的积炭问题，现有的柴油机排气处理装置的设计采用陶瓷壁流式蜂窝作为微粒过滤器并加用氧化催化器处理尾气，即加用陶瓷蜂窝体或者金属蜂窝体为载体、其上负载氧化催化剂的氧化催化器。虽然在氧化催化器表面排气中的微粒和有机物被催化燃烧，但其对油品的严格要求和装置中结构的缺陷限制了它的应用。
也有的排气装置内安装电加热设施，根据排气背压增大的情况，启动电加热，使捕集器上的积炭燃烧。但应用于柴油车时，能耗大、影响动力性，而且操作不便。
现有排气装置均未能使捕集器得到有效再生。
发明内容本发明的目的是设计一种新型金属基柴油机排气微粒捕集器，结构简单，过滤效果良好。
本发明的另一目的是设计一种配置上述金属基柴油机排气微粒捕集器的柴油机排气处理装置，其具有自动再生能力。
本发明的再一目的是设计一种柴油机排气处理装置的微粒捕集器的再生方法。
本发明设计的金属基柴油机排气微粒捕集器为至少由2种不同直径的、耐1000℃以上高温的金属合金丝以不同配比混合团压成的柱形块。
本发明设计的柴油机排气处理装置包括外壳及壳内的金属基微粒捕集器和氧化催化器，其外壳主体为筒形，带有进气口的前锥筒与带有出气口的后锥筒密封连接于筒形主体前后两端。筒形主体内为相间紧密排列的金属基微粒捕集器和氧化催化器，所述的金属基柴油机排气微粒捕集器为至少由2种不同直径的、耐1000℃以上高温的金属合金丝以不同配比混合团压成的柱形块。金属基微粒捕集器的前后各有一氧化催化器，本柴油机排气处理装置至少有1个金属基微粒捕集器和2个氧化催化器。
本发明的排气处理装置的捕集器的再生方法包括如下步骤首先在燃料柴油中加入ppm级的微量液体催化剂，提高柴油发动机内柴油燃烧效果，以有效降低排气中颗粒物的形成；第二是使用上述的排气处理装置，柴油机的排气从前锥筒的进气口进入本处理装置，含有微粒的气体通过氧化催化器和夹在氧化催化器中间的金属基微粒捕集器，部份微粒和排气中的CO、HC在氧化催化器的表面被催化氧化燃烧，部份微粒被捕集器拦截留在捕集器上。氧化催化器由于排气温度和催化氧化反应产生的温度逐渐升温，其温度可高达500℃以上，此时，由于金属基微粒捕集器具有良好的导热性，被夹在氧化催化器之间并与其紧密接触的捕集器的温度同时升高，沉积于捕集器上的微粒即可燃烧，实现捕集器的自动再生。
本发明金属基柴油机排气微粒捕集器的优点为1、对柴油机尾气中的微粒过滤效率高；2、导热性好，具有良好的抗机械冲击；3、易于再生；4、制作工艺简单，成本低，宜于推广应用。
本发明柴油机排气处理装置的优点为1、本处理装置采用新型的金属捕集器与氧化型催化剂相间排列的方法，有效地去除柴油机排气中的颗粒物，同时对排气中有机成份的CO和HC进行氧化净化，过滤效率达70-90％，大幅度减少柴油机对环境的污染；2、微粒捕集器能够自动再生，排气背压损失极小，保证了本处理装置良好的通畅性，因而安装本产品的柴油机动力性能良好，油耗变化很小；3、本装置结构紧凑，对排气处理效率高，适合应用于安装有柴油发动机的各类设备，例如柴油车、船、矿山、工程等。
本发明的排气处理装置的捕集器的再生方法的优点为1、首先在柴油内加入了液体催化剂，有效地降低了柴油机排气中的微粒，同时又采用了本发明高效的有金属基微粒捕集器的柴油机排气处理装置，使排气中的污染物得到有效清除，过滤效率达70～90％；2、本方法成本低，易于实施，便于推广应用。
图1为本金属基柴油机排气捕集器结构示意图2为本金属基柴油机排气处理装置结构示意图。
具体实施方式
本发明的金属基柴油机排气捕集器的结构如图1所示，为至少由2种不同直径的、耐1000℃以上高温的金属合金丝以不同配比混合团压成的柱形块，其直径为60～200mm，其厚度为3～20mm，顶面和底面为平面。上述金属合金丝的直径为0.05～0.4mm，可采用FeCrAl合金丝。按不同的发动机状况和燃料柴油的情况，不同直径的金属丝的配比不同。捕集器的开孔率为70～80％。为促进金属基微粒捕集器4上微粒的氧化作用，上述金属合金丝可以涂覆氧化催化剂。氧化催化剂选用稀土-过渡金属-贵金属复合型氧化催化剂，此种催化剂可有效降低碳烟颗粒起燃点，促进其燃烧。
本发明排气处理装置实施例的结构如图2所示，包括外壳2及壳内的金属基微粒捕集器4和氧化催化器3，其外壳主体为筒形，其直径为60～200mm，带有进气口的前锥筒1与带有出气口的后锥筒5密封连接于筒形主体前后两端。筒形主体内有的金属基微粒捕集器4和氧化催化器3，金属基微粒捕集器4和氧化催化器3相间紧密排列，金属基微粒捕集器4的前后各有一氧化催化器3，本柴油机排气处理装置至少有1个金属基微粒捕集器4和2个氧化催化器3。
金属基微粒捕集器4为上述本实用新型的金属基微粒捕集器。
氧化催化器3为承载有氧化催化剂的柱形载体块，其横截面与筒形外壳内腔横截面相同，其厚度为30～100mm。选用的载体为金属蜂窝或陶瓷蜂窝，孔密度为100～400孔/平方英寸；氧化催化剂选用稀土-过渡金属-贵金属复合型氧化催化剂。
根据柴油机排量和发动机状况，安装多级金属基微粒捕集器4和氧化催化器3。筒形主体内有相间紧密排列的1～4个金属基微粒捕集器4和2～5个氧化催化器3。排气依次通过各个氧化催化器3，金属基微粒捕集器4，排气经多级的氧化燃烧和捕集，其中的微粒及有机成份被更有效清除。
当车辆长时间低速行驶，排气温度较低，本装置内可能达不到颗粒物催化起燃温度，会使捕集器中的微粒积累，到一定程度会造成背压上升。为此本装置内可安装电加热器，启动电加热器，在怠速下可加热捕集器至600℃，使其上积炭燃烧去除，捕集器再生。
本发明的排气处理装置的捕集器的再生方法实施例如下
(1)在燃料柴油中加入ppm级的微量液体催化剂，所述的液体催化剂为至少含有稀土元素镧和铈的有机溶液，如甲醇、或乙醇、或碳酸二乙酯等有机溶液，其加入量为每100升柴油加入1～10毫升液体催化剂，根据柴油机排量和柴油品质确定加入量。
(2)使用上述本发明的金属基柴油机排气处理装置，筒形主体内有2个金属基微粒捕集器4和3个氧化催化器3，金属基微粒捕集器4和氧化催化器3相间紧密排列，金属基微粒捕集器4的前后各有一氧化催化器3。金属基微粒捕集器4为三种不同直径的FeCrAl合金丝，直径分别为0.05、0.1、0.4mm。三种合金丝混合成团后冲压成柱形块，开孔率为80％，其横截面与筒形外壳内腔横截面相同，为直径120mm的圆，其厚度为10mm，顶面和底面为平面。
氧化催化器3为承载有氧化催化剂的柱形载体块，其横截面与筒形外壳内腔横截面相同，为直径120mm的圆，其厚度为50mm。选用的载体为金属蜂窝、或陶瓷蜂窝，孔密度为100-400孔/平方英寸；氧化催化剂选用稀土-过渡金属-贵金属复合型氧化催化剂。
在排量5.7升的柴油车上试用，经检测使用本方法后排气中微粒仅为使用前的20％，并且因捕集器自动再生，柴油车连续行驶5000公里后其性能保持良好。在同一条件下使用陶瓷蜂窝捕集器过滤排气时，行驶300公里即因捕集器的堵塞无法继续使用。
权利要求
1.一种金属基柴油机排气微粒捕集器，为由耐1000℃以上高温的金属合金丝制成的柱形块，其特征为所述的微粒捕集器为至少由2种不同直径的、耐1000℃以上高温的金属合金丝以不同配比混合团压成的柱形块，其直径为60～200mm，其厚度为3～20mm，顶面和底面为平面。
2.如权利要求1所述的金属基柴油机排气微粒捕集器，其特征为上述金属合金丝的直径为0.05～0.4mm，捕集器的开孔率为70～80％。
3.一种柴油机排气处理装置，包括外壳(2)及壳内的金属基微粒捕集器(4)和氧化催化器(3)，其外壳(2)主体为筒形，带有进气口的前锥筒(1)与带有出气口的后锥筒(5)密封连接于筒形主体前后两端；壳体内有金属基微粒捕集器(4)和氧化催化器(3)；其特征为所述筒形主体内的金属基微粒捕集器(4)和氧化催化器(3)相间紧密排列，即金属基微粒捕集器(4)的前后各有一氧化催化器(3)，至少有1个金属基微粒捕集器(4)和2个氧化催化器(3)；所述的金属基微粒捕集器(4)为至少由2种不同直径的、耐1000℃以上高温的金属合金丝以不同配比混合团压成的柱形块，其直径为60～200mm，其厚度为3～20mm，顶面和底面为平面，其横截面与筒形外壳内腔横截面相同。
4.根据权利要求3所述的柴油机排气处理装置，其特征为上述微粒捕集器(4)的金属合金丝的直径为0.05～0.4mm，捕集器(4)的开孔率为70～80％。
5.根据权利要求3所述的柴油机排气处理装置，其特征为氧化催化器(3)为承载有氧化催化剂的柱形载体块，其横截面与筒形外壳内腔横截面相同，其厚度为30～100mm。
6.根据权利要求3所述的柴油机排气处理装置，其特征为筒形主体内有相间紧密排列的1～4个金属基微粒捕集器(4)和2～5个氧化催化器(3)。
7.根据权利要求3所述的柴油机排气处理装置，其特征为本装置内安装有电加热器。
8.一种柴油机排气处理装置的微粒捕集器的再生方法，其特征为(1)在燃料柴油中加入ppm级的微量液体催化剂，(2)使用如权利要求4至10中任一项所述的金属基柴油机排气处理装置。
9.根据权利要求11所述的柴油机排气处理装置的微粒捕集器的再生方法，其特征为所述的液体催化剂为至少含有稀土元素镧和铈的有机溶液。
10根据权利要求8或9所述的柴油机排气处理装置的微粒捕集器的再生方法，其特征为液体催化剂的加入量为每100升柴油加入5～20毫升液体催化剂。
全文摘要
本发明涉及金属基柴油机排气微粒捕集器、排气处理装置及再生方法。本捕集器为至少由2种不同直径合金丝混合团压成的柱形块，丝的直径为0.05～0.4mm，开孔率为70－80％，过滤性能好，成本低。本排气处理装置内为相间紧密排列的微粒捕集器和氧化催化器，捕集器即上述捕集器。至少有1个金属基微粒捕集器和2个氧化催化器。排气通过时，部分微粒和CO、HC在氧化催化器表面催化燃烧，部分微粒被捕集器拦截。氧化催化器升温使之间的捕集器升温，其上微粒燃烧，实现自动再生。本装置有效去除柴油机排气污染，自动再生，保证配套动力性能良好，适用于柴油车、船等。本再生方法为在柴油中加入微量液体催化剂并采用本装置，进一步提高了装置效率和再生效果。
文档编号F01N3/023GK1603586SQ20041004096
公开日2005年4月6日 申请日期2004年10月28日 优先权日2004年10月28日
发明者舒柏崇, 刘力文, 蒋小珍, 关永胜 申请人:桂林利凯特环保实业股份有限公司