一種汽車尾氣凈化裝置以及使用該裝置的尾氣凈化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車制造和環(huán)境保護(hù)的技術(shù)領(lǐng)域，具體的是一種汽車尾氣凈化裝置以及使用該裝置的尾氣凈化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]截至2014年年底，中國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)2.64億輛，其中汽車1.54億輛。按排放標(biāo)準(zhǔn)分類，達(dá)到國(guó)IV及以上標(biāo)準(zhǔn)的汽車占10.1%，國(guó)III標(biāo)準(zhǔn)的汽車占51.5%，國(guó)II標(biāo)準(zhǔn)的汽車占15.7%，國(guó)I標(biāo)準(zhǔn)的汽車占14.9%。其余7.8%的汽車還達(dá)不到國(guó)I標(biāo)準(zhǔn)。隨著機(jī)動(dòng)車保有量的快速增長(zhǎng)，城市空氣開(kāi)始呈現(xiàn)出煤煙和機(jī)動(dòng)車尾氣復(fù)合污染的特點(diǎn)。2012年，全國(guó)機(jī)動(dòng)車排放污染物4612.1萬(wàn)噸，其中氮氧化物(NOx) 640.0萬(wàn)噸，顆粒物(PM) 62.2萬(wàn)噸，碳?xì)浠衔?HC)438.2萬(wàn)噸，一氧化氮(C0)3471.7萬(wàn)噸。汽車是污染物總量的主要貢獻(xiàn)者，其排放的NOx和PM超過(guò)90 %，HC和CO超過(guò)70 %。
[0003]汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口排放的主要污染物對(duì)環(huán)境和人體健康都有重大影響。
[0004]碳?xì)浠衔?汽車排放的碳?xì)浠衔镏邪?00多種有機(jī)物成分。部分有機(jī)成分被證明是致癌物質(zhì)，如苯等多環(huán)芳烴類。這些致癌物質(zhì)在人體內(nèi)具有長(zhǎng)期積累效應(yīng)，因此，控制揮發(fā)性有機(jī)物排放是重點(diǎn)。此外，汽車排放的碳?xì)浠衔锱c氮氧化物在強(qiáng)烈的日光作用下會(huì)進(jìn)一步發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，形成毒性很大的光化學(xué)煙霧。光化學(xué)污染是汽車排放廢氣造成的極為嚴(yán)重的大氣污染現(xiàn)象，對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的危害。
[0005]氮氧化物:這是汽車排放尾氣中含量較多的一氧化氮和含量較少的二氧化氮的總稱。據(jù)醫(yī)學(xué)研宄表明，高濃度的一氧化氮會(huì)引起人體中樞神經(jīng)的癱瘓和痙攣。雖然低濃度的一氧化氮毒性不大，但二氧化氮?jiǎng)t是一種毒性很強(qiáng)的氣體。它是紅褐色有刺激性氣味的氣體，當(dāng)含量達(dá)到百萬(wàn)分之五時(shí)，就會(huì)聞到很強(qiáng)烈的臭味，對(duì)人的呼吸系統(tǒng)和免疫功能有很大危害。若二氧化氮濃度超過(guò)百萬(wàn)分之一百時(shí)，人在其中只要生活0.5?I小時(shí)，就會(huì)得肺水腫而死亡。此外，氮氧化物也是光化學(xué)煙霧的主要前提物。
[0006]顆粒物:雖然細(xì)顆粒物只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對(duì)空氣質(zhì)量和能見(jiàn)度等有重要的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，細(xì)顆粒物粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)，因而對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。研宄表明，顆粒越小對(duì)人體健康的危害越大。細(xì)顆粒物能飄到較遠(yuǎn)的地方，因此影響范圍較大。細(xì)顆粒物對(duì)人體健康的危害要更大，因?yàn)橹睆皆叫。M(jìn)入呼吸道的部位越深。1ym直徑的顆粒物通常沉積在上呼吸道，2 μπι以下的可深入到細(xì)支氣管和肺泡。細(xì)顆粒物進(jìn)入人體到肺泡后，直接影響肺的通氣功能，使機(jī)體容易處在缺氧狀態(tài)。
[0007]為了減少機(jī)動(dòng)車尾氣排放，國(guó)家采取了多種措施，一是加大了污染排放大戶黃標(biāo)車的淘汰力度，采取政府補(bǔ)貼辦法，提前列入報(bào)廢。二是提升油品質(zhì)量，減低硫、氮、鉛等污染物排放。三是采用清潔能源，城市出租車、公交車大量使用天然氣，污染物排放也得到降低。從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，汽車提前報(bào)廢，無(wú)疑是一巨大的經(jīng)濟(jì)損失，為了環(huán)境質(zhì)量而忍痛采取的措施。提升油品質(zhì)量，也是一筆巨大的資金投入，目前，油品升級(jí)在技術(shù)上已沒(méi)有問(wèn)題，關(guān)鍵是增加投入。據(jù)測(cè)算，如果由國(guó)III標(biāo)準(zhǔn)提高到國(guó)IV標(biāo)準(zhǔn)，油企需投入的改造資金為500億元左右。截至2012年，中國(guó)公交車的保有量為44萬(wàn)輛，絕大多是柴油車，而新能源公交的保有量為1.1萬(wàn)輛，占比為2.5%，這40余萬(wàn)輛舊車的更新需要1600億資金。有效的汽車尾氣凈化裝置推向市場(chǎng)，可以延長(zhǎng)各類車輛的使用年限，減少車輛的更新數(shù)量，降低油品質(zhì)量提升的資金投入，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是十分顯著的。
[0008]目前，在尾氣凈化方面，三元催化技術(shù)應(yīng)用仍占主導(dǎo)地位，汽油機(jī)車輛上普遍應(yīng)用。由于中國(guó)的燃油品質(zhì)普遍較差，燃油中含有硫、磷以及所使用的抗爆劑MMT中含有錳，這些化學(xué)成分在燃燒后隨著廢氣的排出，會(huì)在氧傳感器表面和三元催化器內(nèi)部形成化學(xué)絡(luò)合物。另外，由于駕駛員的不良駕駛習(xí)慣，或者長(zhǎng)期行駛在擁堵路面，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常處于不完全燃燒狀態(tài)，會(huì)在氧傳感器和三元催化器內(nèi)形成積炭。此外，國(guó)內(nèi)很多地區(qū)使用乙醇汽油，這種汽油有很強(qiáng)的清洗作用，會(huì)將燃燒室內(nèi)的積垢清洗但不能分解燃燒，因此隨著廢氣的排放這些污垢也會(huì)沉積在氧傳感器表面和三元催化器內(nèi)。正是由于諸多因素，使得汽車在行駛一段里程后，除了會(huì)在進(jìn)氣門和燃燒室內(nèi)產(chǎn)生積炭外，還會(huì)造成氧傳感器和三元催化器中毒失效、三元催化器堵塞以及EGR閥被沉積物阻塞卡滯等故障，造成發(fā)動(dòng)機(jī)工作不正常，造成油耗增加、動(dòng)力下降和尾氣超標(biāo)等問(wèn)題。
[0009]柴油車大量采用了 SCR技術(shù)，以減少氮氧化物的排放量。它是通過(guò)尿素反應(yīng)產(chǎn)生的氨再與汽車尾氣進(jìn)行反應(yīng)的一種技術(shù)，是被認(rèn)證為滿足歐IV法規(guī)的綜合排放控制系統(tǒng)。是一項(xiàng)控制柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中NOx的技術(shù)。系統(tǒng)使用尿素與水混合成32.5%的溶液。當(dāng)與高溫排氣接觸時(shí)，水迅速蒸發(fā)，尿素變成氨。氨與NOx在催化器內(nèi)反應(yīng)，這一過(guò)程的結(jié)果就是從排氣管中排放出無(wú)害的隊(duì)和H20。但是SCR系統(tǒng)存在不少的不足之處，導(dǎo)致其普及率不高。一是SCR系統(tǒng)安裝復(fù)雜，設(shè)備成本較高，而且必須在汽車出廠前進(jìn)行安裝；二是SCR系統(tǒng)需要消耗由尿素配成的AdBlue溶液，使得汽車使用成本大大上升，尿素的生產(chǎn)消耗也會(huì)引起二級(jí)污染；三是SCR系統(tǒng)對(duì)于汽車尾氣中的CO、CH、微粒等污染物沒(méi)有效果，必須加裝其它凈化設(shè)備；四是SCR系統(tǒng)對(duì)汽車智能要求較高，容易引起發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法點(diǎn)火。
[0010]EGR技術(shù)是將發(fā)動(dòng)機(jī)排出的一小部分廢氣(10%?20% )通過(guò)進(jìn)氣管與新鮮空氣混合后再度進(jìn)入氣缸參與燃燒，實(shí)現(xiàn)廢氣再循環(huán)，破壞有害氣體(NOx)高溫富氧的生成條件，減少NOx的生成。同時(shí)，對(duì)其使用冷卻技術(shù)，將回流廢氣冷卻后送入氣缸可進(jìn)一步降低廢氣溫度，降低燃燒峰值溫度，使NOx排放更小。該法主要效果是降低了 NOx排放量，其他作用較小。
[0011]DOC技術(shù)是通過(guò)氧化反應(yīng)，使一氧化氮和碳?xì)浠衔镅趸蔁o(wú)害物；P0C微粒氧化催化器是一種針對(duì)柴油機(jī)排放污染物中顆粒成分設(shè)計(jì)的后處理裝置；DPF顆粒捕捉器能夠減少柴油發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的煙灰。上述技術(shù)均是在凈化1-2種污染物時(shí)有效，要達(dá)到全面凈化，需要3種以上技術(shù)配合使用，這就加大了發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和生產(chǎn)成本。
[0012]解決汽車尾氣污染問(wèn)題，必須采取綜合治理措施，通過(guò)適當(dāng)方法實(shí)現(xiàn)汽車尾氣凈化裝置的多效性，達(dá)到污染物低排放。
[0013]有發(fā)明人采用溶液噴霧或浸入的方法來(lái)去除汽車尾氣中的有害物質(zhì)，如CN203248228U，其凈化裝置由空調(diào)水收集箱、蓄水泵、堿液儲(chǔ)液箱、噴淋泵和凈化器組成，堿液是由霧化噴頭噴出，其凈化原理是用堿來(lái)中和尾氣中的酸性物質(zhì)，并也能除去尾氣中的煙塵顆粒，該方法存在的主要問(wèn)題是由霧化噴頭噴出的堿液易被尾氣空氣流帶走，堿液損失量較大。CN2926524Y是將汽車尾氣浸入到含有表面活性劑和堿的水溶液中，凈化器是一個(gè)含有冷卻水夾套的容器，利用堿中和酸性物質(zhì)，固體顆粒物因水分子的附著而聚沉下來(lái)，但是該