CN101229484A - 一种用于汽车尾气治理的电晕放电等离子体反应器 - Google Patents
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Abstract
一种用于汽车尾气治理的电晕放电等离子体反应器。本发明是利用电晕放电等离子体系统，去除汽车尾气中碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)、一氧化碳(CO)、颗粒物等污染物的一种装置。由绝缘外壳和多组串联的电极组成，其特征是圆柱形反应器每一组电极布置均采用针－孔结构，多针电极为放电极，圆形多孔电极为接地极；组装时，针与孔的中心相对。本发明对实际汽车尾气中NOx、HC、CO、颗粒物等污染物的净化效率高，反应器体积小，结构参数易改变，适用范围广。
Description
技术领域
本发明是利用电晕放电等离子体系统，去除汽车尾气中碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)、一氧化碳(CO)、颗粒物等污染物的一种装置。
背景技术
汽车通常使用传统的碳氢化合物燃料，尾气成分非常复杂，其中含有对环境污染较大的氮氧化合物(NOx)、碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)等气态污染物及可吸入颗粒物。因此燃用汽油和柴油的汽车排出的尾气不仅污染环境，也会对人体造成严重危害，已经引起广泛关注和重视。目前控制汽车尾气排放的技术主要有：前处理技术、机内净化技术及机外净化技术等。前处理技术主要包括提高燃油品质、使用乳化油、采用代用燃料等方法；机内净化技术是通过发动机本身的改变或增加某些附件改善可燃混合气的燃烧状况，抑制有害气体的产生，使排气中的有害气体成分减少。以上两种方法可以在一定程度上减少发动机污染物的生成，但不能从根本上消除有害物质。而且随着汽车低排放要求的不断严格，改善内燃机工作过程的难度越来越大，能兼顾动力性、经济性和排放性的内燃机将越来越复杂，成本急剧上升。机外净化技术中三效催化技术虽已经相当成熟，但存在催化剂失活、催化净化器增加汽车的排风阻力使有效功率下降、通常要使用资源紧缺的贵金属且贵金属尾气净化器可能对环境造成二次污染等缺点；光催化降解技术还存在量子效率低、反应速率慢等缺点，在经济上也难以和常规环保技术竞争，同时不能净化尾气中的细微颗粒物。
非平衡等离子体技术具有净化效率高、处理效果好、能同时处理多种污染物以及无二次污染等优点，在净化汽车尾气这一领域具有潜力。目前采用非平衡等离子体技术处理汽车尾气，多数采用含有放电极和接地极的介质阻挡放电或电晕放电反应器进行净化处理，有的与催化剂相结合，均能取得良好的污染物去除效果。专利后置式汽车尾气净化器(CN1315614)是由内、中、外层电极和介质圈等组成，电场中的低温等离子体和催化剂协同作用可提高尾气净化率；专利用于尾气净化的整体式低温等离子体催化反应器(CN1648425)是一种包括壳体、蜂窝载体催化剂、低温等离子体发生装置等结构的反应器，其等离子体发生装置主要由脉冲发生器和放电组件组成；专利线-板式脉冲放电等离子体发生装置(CN2613966)，其放电电极由多根放电线的框架组成，放电电极和接地电极构成一个放电通道，利用该等离子体发生装置处理有害气态污染物，可以提高气态污染物的去除率。目前用于汽车尾气处理的反应器，其电极结构多为同轴圆柱型、线筒式或线板式等。这些反应器还存在等离子体空间分布不均匀，能量利用率不高，需要催化剂的协同作用等问题。
发明内容
本发明的目的是提出一种高效的汽车尾气处理方法及针-孔结构等离子体反应装置，该装置内的等离子体分布均匀，能量利用率高，可有效去除实际汽车尾气中的碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)、一氧化碳(CO)、颗粒物等污染物。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种用于汽车尾气治理的电晕放电等离子体反应器，其外观是圆柱形，由绝缘外壳和多组串联的电极组成。每一组电极布置均采用针-孔结构，多针电极为放电极，由圆形多针电极板和不锈钢针组成；圆形多孔电极为接地极。该反应器组装时，针与孔的中心相对，针孔间距为17-21mm；针直径小于0.8mm，均布于圆形多针电极板上；孔直径为5-7mm，均布于圆形多孔电极的极板上。当给反应器施加一定高电压时，反应器产生电晕放电。放电区的高能电子、离子、激发态粒子和具有很强氧化性能的自由基等活性物种可与尾气中的污染物质发生作用，使其得以去除。
与现有技术比较，本发明采用多组针-孔电极，能在放电区产生更多的高能电子、离子、激发态粒子和具有很强氧化性能的自由基等活性物种，活性物种分布更均匀，能有效处理含多种有害组分的实际汽车尾气。同时，反应器体积小，结构参数易改变，适用范围广。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是圆形多孔电极结构示意图。
图中：1为进气口；2为圆形多针电极板；3为针；4为圆形多孔电极；5为绝缘外壳；6为出气口；7为孔。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，等离子体反应器由绝缘外壳5和三组串联的电极组成。每一组电极布置均采用针-孔结构，多针电极为放电极，由圆形多针电极板2和不锈钢针3组成；圆形多孔电极4为接地极。其中，圆形多针电极板2直径为70mm，19根长度为8mm的不锈钢针3均布其上，针直径为0.8mm；圆形多孔电极4的极板直径为70mm，19个直径为6mm的孔7均布其上。组装时，针3均与孔7的中心相对，针孔间距为21mm。实际汽车尾气是型号为HONDA EC2500L的汽油发动机正常定速运行的条件下产生。工作时，通过进气口1将汽车尾气通入反应器，同时给反应器施加一定的高电压，使之产生电晕放电。当工作气体流经放电区时，其中的NOx、HC、CO、颗粒物等污染物就可与放电区的高能电子、离子、激发态粒子和具有很强氧化性能的自由基等活性物种发生作用，从而使其得以去除，处理后的气体经出气口6排出。第一次实验条件为：放电电压20kV，放电频率为40kHz，工作气体流量为0.15m3/h；第二次实验条件为：放电电压18kV，放电频率为40kHz，工作气体流量为0.1m3/h。实验结果如表1所示。
实施例2
如图1所示，等离子体反应器由绝缘外壳5和三组串联的电极组成。每一组电极布置均采用针-孔结构，多针电极为放电极，由圆形多针电极板2和不锈钢针3组成；圆形多孔电极4为接地极。其中，圆形多针电极板2直径为70mm，19根长度为8mm的不锈钢针3均布其上，针直径为0.6mm；圆形多孔电极4的极板直径为70mm，19个直径为5mm的孔7均布其上。组装时，针3均与孔7的中心相对，针孔间距为17mm。实际汽车尾气是型号为HONDA EC2500L的汽油发动机正常定速运行的条件下产生。工作时，通过进气口1将汽车尾气通入反应器，同时给反应器施加一定的高电压，使之产生电晕放电。当工作气体流经放电区时，其中的NOx、HC、CO、颗粒物等污染物就可与放电区的高能电子、离子、激发态粒子和具有很强氧化性能的自由基等活性物种发生作用，从而使其得以去除，处理后的气体经出气口6排出。第一次实验条件为：放电电压20kV，放电频率为40kHz，工作气体流量为0.15m3/h；第二次实验条件为：放电电压18kV，放电频率为40kHz，工作气体流量为0.1m3/h。实验结果如表1所示。
实施例3
采用由绝缘外壳和两组串联的电极组成的等离子体反应器处理汽车尾气，其他实验条件同实施例1。实验结果如表1所示。
对比例
采用传统的线筒式等离子体反应器，反应器内径为70mm，反应区长度同实施例1。实际汽车尾气是型号为HONDA EC2500L的汽油发动机正常定速运行的条件下产生。工作时，通过进气口将汽车尾气通入反应器，同时给反应器施加一定的高电压，使之产生电晕放电，处理后的气体经出气口排出。第一次实验条件为：放电电压20kV，放电频率为40kHz，工作气体流量为0.15m3/h；第二次实验条件为：放电电压18kV，放电频率为40kHz，工作气体流量为0.1m3/h。实验结果如表1所示。
表1 不同条件下的实验结果
| 第一次实验去除率(％) | 第二次实验去除率(％) | |||||||
| NO | HC | CO | 颗粒物 | NO | HC | CO | 颗粒物 | |
| 实施例1 | 85.5 | 88.2 | 86.3 | 63.9 | 87.3 | 91.3 | 88.7 | 65.1 |
| 实施例2 | 89.3 | 92.1 | 91.5 | 64.8 | 90.2 | 92.5 | 91.5 | 67.6 |
| 实施例3 | 80.2 | 85.7 | 83.4 | 57.2 | 81.7 | 85.6 | 84.3 | 59.1 |
| 对比例 | 58.1 | 60.2 | 57.9 | 28.1 | 59.3 | 63.5 | 57.8 | 30.5 |
由以上比较可以看出，本发明对汽油发动机尾气中污染物的去除率比传统的等离子体反应器高，且去除效果好。
Claims (4)
1.一种用于汽车尾气治理的电晕放电等离子体反应器，由绝缘外壳和多组串联的电极组成，其特征是圆柱形反应器每一组电极布置均采用针-孔结构，多针电极为放电极，圆形多孔电极为接地极。
2.根据权利要求1所述的电晕放电等离子体反应器，其特征是：多针电极由圆形多针电极板(2)和针(3)组成，针直径小于0.8mm，均布于圆形多针电极板上。
3.根据权利要求1所述的电晕放电等离子体反应器，其特征是：圆形多孔电极(4)的孔(7)直径为5-7mm，均布于圆形多孔电极的极板上。
4.根据权利要求1所述的电晕放电等离子体反应器，其特征是：组装时，针(3)与孔(7)的中心相对，针孔间距为17-21mm。
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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 | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080730 |