CN111420539A - 一种基于气体水合物法净化汽车尾气系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于气体水合物法净化汽车尾气的系统及净化方法，属于汽车尾气净化处理设备技术领域。该系统包括壳体及壳体内设置的初级吸附装置、一氧化碳氧化装置、分级水合反应装置，初级吸附装置、一氧化碳氧化装置、分级水合反应装置通过管道依次连接。本发明利用气体水合物法通过分级水合反应装置实现高效、低成本净化汽车尾气，形成的水合物可以集中处理和重复利用。
Description
技术领域
本发明属于汽车尾气净化处理设备技术领域，特别涉及一种基于气体水合物法净化汽车尾气的系统及净化方法。
背景技术
汽车尾气是汽车使用时产生的废气，尾气在直接危害人体健康的同时，还会对人类生活的环境产生深远影响。科学分析表明，汽车尾气中含有的污染物有固体悬浮微粒、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、硫氧化合物等。尾气中的二氧化硫具有强烈的刺激气味，达到一定浓度时容易导致“酸雨”的发生，造成土壤和水源酸化，影响农作物和森林的生长。
汽车尾气除了是大型城市PM2.5的主要来源之一外，还是很多城市大气污染的罪魁祸首之一，光化学烟雾就是其主要影响之一。随着近年来我国经济的快速发展，国内出现了一大批大型城市和若干赶超世界水平的超大型城市，在城市大型化的发展过程中必然伴随着机动车保有量的激增，从而对大气环境带来巨大的压力，2013年初北京地区持续多日的雾霾天气就是强有力的证明。进行汽车尾气治理，虽然技术上已不存在多少问题，但涉及面大、成本投入较高，相关主体特别是车主会造成一定的经济压力。
气体水合物是由水和气体分子在低温高压的条件下形成的络合物。根据现有的研究成果可知，不同气体形成水合物时所需的温压条件不同，二氧化碳在2MPa，4℃条件下就可以形成水合物，硫化氢、二氧化硫的形成条件更低，如果要使反应更快，可以使用一些促进水合物形成的促进剂。
目前的汽车尾气净化器的工作原理是让尾气通过担载有贵金属催化剂的蜂窝状载体时利用高温氧化还原反应将尾气中未充分燃烧的氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物降解成无毒无害的氮气、二氧化碳和水。然而，仍不能完全将污染气体转化成无害气体，因此有必要进一步研究提高汽车尾气的转化效率，减轻对大气的污染。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足或缺陷，目的之一是提供一种基于气体水合物法净化汽车尾气系统，本发明另一目的是提供一种基于气体水合物法净化汽车尾气的方法。
本发明为了实现上述目的采用的技术方案是：
一种基于气体水合物法净化汽车尾气系统，包括壳体及壳体内设置的初级吸附装置、一氧化碳氧化装置、分级水合反应装置，初级吸附装置、一氧化碳氧化装置、分级水合反应装置通过管道依次连接。
所述初级吸附装置用于吸附尾气中的固体颗粒和高分子有机物质，一氧化碳氧化装置用于高温尾气中的一氧化碳和水反应形成二氧化碳和氢气，氢气可直接排入大气，分级水合反应装置中预先添加有水和促进剂，用于尾气中二氧化碳、甲醛、二氧化硫与水发生水合反应形成固态的气体水合物保存于反应器中，其它无害气体排入大气。
进一步，所述一氧化碳氧化装置、分级水合反应装置之间的尾气输送管道还连接有第一冷却装置、第一增压装置。
第一冷却装置对管道内的高温尾气进行降温，第一增压装置对管道内的高温尾气加压，通过降温加压能够促进分级水合反应装置中水合反应的效率。
进一步，所述一氧化碳氧化装置和第一冷却装置之间的尾气输送管道还连接有氢气收集装置，氢气收集装置对一氧化碳氧化装置产生的氢气进行收集吸纳或分离收集后排入大气。
进一步，所述分级水合反应装置包括第一反应釜、第二反应釜、第三反应釜，第一反应釜、第二反应釜、第三反应釜通过尾气输送管道依次连接。
第一反应釜、第二反应釜、第三反应釜中均预先加装有水合促进剂，对二氧化碳、甲醛、二氧化硫进行逐级多次的水合反应吸收，水合反应形成固态的气体水合物保存于相应反应釜中。
进一步，第一冷却装置与第一增压装置之间、第一反应釜与第二反应釜之间、第二反应釜与第三反应釜之间、第三反应釜之后的尾气输送管道上均设有单向阀。
进一步，所述第二反应釜通过管道连接有第二冷却装置。
第二冷却装置进一步对尾气进行降温，促进尾气中二氧化碳、甲醛、二氧化硫与水进行水合反应。
进一步，所述第三反应釜通过管道连接有第二增压装置。
第二增压装置进一步对尾气进行加压，促进尾气中二氧化碳、甲醛、二氧化硫与水进行水合反应。
进一步，所述第一反应釜、第二反应釜、第三反应釜中均设有搅拌装置。
搅拌装置对水进行搅拌，加速气体与水之间发生水合反应生成气体水合物。
进一步，所述第三反应釜后的尾气输送管道上设有气体检测装置。
气体检测装置用于检测分级水合反应装置排出的无害气体的废气值，当废气值上升时，表明需要更换水合反应装置。
本发明还提供了一种基于气体水合物法净化汽车尾气方法，利用上述的基于气体水合物法净化汽车尾气系统进行汽车尾气净化处理后再排放汽车尾气。
在本发明的一些实施例中，所述第一反应釜、第二反应釜、第三反应釜中加入同样的复配促进剂，每个反应釜均能够对二氧化碳、甲醛、二氧化硫进行水合反应，使第一反应釜、第二反应釜、第三反应釜中均吸收多种混合气体得到多种气体水合物。
在本发明的另一些实施例中，所述第一反应釜、第二反应釜、第三反应釜中加入不同的单一促进剂，单一促进剂针对二氧化碳、甲醛、二氧化硫中的一种进行专一性的促进与水的水合反应，使第一反应釜、第二反应釜、第三反应釜中吸收不同种类的气体。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益技术效果是：利用气体水合物法通过分级水合反应装置实现高效、低成本净化汽车尾气，形成的水合物可以集中处理和重复利用。
附图说明
图1为本发明的结构原理示意图；
图中标记：1-壳体，2-初级吸附装置，3-一氧化碳氧化装置，4-氢气收集装置，5-第一冷却装置，6-第一增压装置，7-分级水合反应装置，8-第一反应釜，9-第二反应釜，10-第三反应釜，11-第二冷却装置，12-第二增压装置，13-搅拌装置，14-气体检测装置。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
请参阅附图1所示，本发明提供的一种基于气体水合物法净化汽车尾气系统，包括壳体1及壳体1内设置的初级吸附装置2、一氧化碳氧化装置3、分级水合反应装置7，初级吸附装置2、一氧化碳氧化装置3、分级水合反应装置7通过管道依次连接；初级吸附装置2用于吸附尾气中的固体颗粒和高分子有机物质，一氧化碳氧化装置3用于高温尾气中的一氧化碳和水反应形成二氧化碳和氢气，氢气可直接排入大气，分级水合反应装置7中预先添加有水和促进剂，用于尾气中二氧化碳、甲醛、二氧化硫与水发生水合反应形成固态的气体水合物保存于反应器中，其它无害气体排入大气。
所述一氧化碳氧化装置3、分级水合反应装置7之间的尾气输送管道还连接有第一冷却装置5、第一增压装置6，第一冷却装置5对管道内的高温尾气进行降温，第一增压装置6对管道内的高温尾气加压，通过降温加压能够促进分级水合反应装置7中水合反应的效率。
所述一氧化碳氧化装置3和第一冷却装置5之间的尾气输送管道还连接有氢气收集装置4，氢气收集装置4对一氧化碳氧化装置3产生的氢气进行收集吸纳或分离收集后排入大气。
所述分级水合反应装置7包括第一反应釜8、第二反应釜9、第三反应釜10，第一反应釜8、第二反应釜9、第三反应釜10通过尾气输送管道依次连接，第一反应釜8、第二反应釜9、第三反应釜10中均预先加装有水合促进剂，对二氧化碳、甲醛、二氧化硫进行逐级多次的水合反应吸收，水合反应形成固态的气体水合物保存于相应反应釜中。
所述第一冷却装置5与第一增压装置6之间、第一反应釜8与第二反应釜9之间、第二反应釜9与第三反应釜10之间、第三反应釜10之后的尾气输送管道上均设有单向阀。
所述第二反应釜9通过管道连接有第二冷却装置11，第二冷却装置11进一步对尾气进行降温，促进尾气中二氧化碳、甲醛、二氧化硫与水进行水合反应；所述第三反应釜10通过管道连接有第二增压装置12，第二增压装置12进一步对尾气进行加压，促进尾气中二氧化碳、甲醛、二氧化硫与水进行水合反应；所述第一反应釜8、第二反应釜9、第三反应釜10中均设有搅拌装置13，搅拌装置13对水进行搅拌，加速气体与水之间发生水合反应生成气体水合物。
所述第三反应釜10后的尾气输送管道上还设有气体检测装置14，用于检测分级水合反应装置7排出的无害气体的废气值，当废气值上升时，表明需要更换水合反应装置。
本发明的基于气体水合物法净化汽车尾气系统净化尾气的原理是：首先将汽车尾气引入初级过滤装置，用以吸附尾气中的固体颗粒和高分子有机物质，剩余的高温尾气中的一氧化碳在一氧化碳氧化装置3中和水反应会形成二氧化碳和氢气，氢气可直接排出，二氧化碳与甲醛、二氧化硫由于水合物反应所需的温度和促进剂不同，所以它们将在分级水合反应装置7中和水发生水合反应，形成固态的气体水合物保存于分级水合反应装置7中。气体进入分级水合反应装置7中，分级水合反应装置7中有一定量的水在一定的温度和压力条件下会和汽车尾气中的二氧化碳、甲醛、二氧化硫形成水合物，在排气口处设置了一个气体检测装置14，当检测到废气值上升时，表明需要更换分级水合反应装置7。换下的旧分级水合反应装置7可以集中进行回收，将其中的水合物分解回收这些气体以供其它工业使用。
第一反应釜8、第二反应釜9、第三反应釜10可以实现不同气体的水合反应及不同温度、不同压力条件下的水合反应，实现吸收汽车尾气中的有害气体进而得以净化。
气体水合物是由水和气体分子在低温高压的条件下形成的络合物。根据现有的研究成果可知，不同气体形成水合物时所需的温压条件不同，二氧化碳在2MPa，4℃条件下就可以形成水合物，硫化氢、二氧化硫的形成条件更低。因此，只要该装置能够达到二氧化碳水合物形成的温压条件，其他的气体也能够形成水合物。根据研究所知，1m3的水合物可以释放出164m3的气体，水形成水合物之后的体积膨胀率为20％。也就是大约0.8m3的水可以容纳164m3的气体。所以说，用很少的水就可以吸收大量的气体。而气体水合物反应的物质就是水和气体即可，如果要使反应更快，可以使用一些促进水合物形成的促进剂。整体来讲气体水合物反应所需的材料简单，没有任何危害，对环境不会造成二次污染，形成的气体水合物在罐体中可以集中回收，进行分项处理，可以很彻底的净化汽车尾气。
实施例2
在实施例1的基础上，本发明还提供了一种基于气体水合物法净化汽车尾气方法，利用上述的基于气体水合物法净化汽车尾气系统进行汽车尾气净化处理后再排放汽车尾气。
所述第一反应釜8、第二反应釜9、第三反应釜10中加入同样的复配促进剂，每个反应釜均能够对二氧化碳、甲醛、二氧化硫进行水合反应，使第一反应釜8、第二反应釜9、第三反应釜10中均吸收多种混合气体得到多种气体水合物。
实施例3
与实施例3不同的是，本实施例中，所述第一反应釜8、第二反应釜9、第三反应釜10中加入不同的单一促进剂，单一促进剂针对二氧化碳、甲醛、二氧化硫中的一种进行专一性的促进与水的水合反应，使第一反应釜8、第二反应釜9、第三反应釜10中吸收不同种类的气体。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于气体水合物法净化汽车尾气系统，包括壳体及壳体内设置的初级吸附装置，其特征在于，壳体内还设置有一氧化碳氧化装置、分级水合反应装置，初级吸附装置、一氧化碳氧化装置、分级水合反应装置通过管道依次连接；所述一氧化碳氧化装置、分级水合反应装置之间的尾气输送管道还连接有第一冷却装置、第一增压装置；所述分级水合反应装置包括第一反应釜、第二反应釜、第三反应釜，第一反应釜、第二反应釜、第三反应釜通过尾气输送管道依次连接。
2.根据权利要求1所述的基于气体水合物法净化汽车尾气系统，其特征在于：所述一氧化碳氧化装置和第一冷却装置之间的尾气输送管道还连接有氢气收集装置。
3.根据权利要求1所述的基于气体水合物法净化汽车尾气系统，其特征在于：第一冷却装置与第一增压装置之间、第一反应釜与第二反应釜之间、第二反应釜与第三反应釜之间、第三反应釜之后的尾气输送管道上均设有单向阀。
4.根据权利要求1所述的基于气体水合物法净化汽车尾气系统，其特征在于：所述第二反应釜通过管道连接有第二冷却装置。
5.根据权利要求1所述的基于气体水合物法净化汽车尾气系统，其特征在于：所述第三反应釜通过管道连接有第二增压装置。
6.根据权利要求1所述的基于气体水合物法净化汽车尾气系统，其特征在于：第一反应釜、第二反应釜、第三反应釜中均设有搅拌装置。
7.根据权利要求1所述的基于气体水合物法净化汽车尾气系统，其特征在于：所述第三反应釜后的尾气输送管道上设有气体检测装置。
8.一种基于气体水合物法净化汽车尾气方法，其特征在于利用权利要求1的基于气体水合物法净化汽车尾气系统对汽车尾气净化处理后再排放。
9.一种基于气体水合物法净化汽车尾气方法，其特征在于：第一反应釜、第二反应釜、第三反应釜中加入同样的复配促进剂，每个反应釜均能够对二氧化碳、甲醛、二氧化硫进行水合反应。
10.一种基于气体水合物法净化汽车尾气方法，其特征在于：第一反应釜、第二反应釜、第三反应釜中加入不同的单一促进剂，单一促进剂针对二氧化碳、甲醛、二氧化硫中的一种进行专一性的促进与水的水合反应。
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