一种汽车尾气收集净化处理装置及方法与流程

本发明涉及一种废气吸收处理装置及方法，特别是涉及一种汽车尾气的净化处理装置及方法。
背景技术：
：汽车作为现代交通工具，它在给人们的生活和生产带来了极大的方便的同时，排放的尾气也造成了环境污染。因此，汽车尾气污染日益成为全球性问题。随着汽车数量越来越多、使用范围越来越广，它对世界环境的负面效应也越来越大，尤其是危害城市环境，引发呼吸系统疾病，造成地表空气臭氧含量过高，加重城市热岛效应，使城市环境转向恶化。汽车尾气中的氮氧化合物在紫外线的作用下发生一系列复杂的光化学反应，导致雾霾，严重影响了人们的生活、身体健康和生产。因此，治理尾气污染日益受到人们重视。汽车尾气主要污染物为碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化硫、含铅化合物、苯并芘及固体颗粒物等，能引起光化学烟雾等。为了控制尾气污染，1983年我国颁布了第一批机动车尾气污染控制排放标准，包括了《汽油车怠速污染排放标准》、《柴油车自由加速烟度排放标准》、《汽车柴油机全负荷烟度排放标准》三个限值标准和《汽油车怠速污染物测量方法》、《柴油车自由加速烟度测量方法》、《汽车柴油机全负荷烟度测量方法》三个测量方法标准。2000年起全国实施GB14961-1999《汽车排放污染物限值及测试方法》（等效于91/441/1EEC标准），同时《压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆排气污染物限值及测试方法》也制订出台。治理汽车尾气主要有三条途径：第一，也是最根本和最终的途径，改变汽车的动力。如开发电动汽车及代用燃料汽车。此途径使汽车根本不产生或只产生很少的污染气体。但是，近来，人们认识到，开发电动汽车只是一种污染物的转移，即从汽车转向发电厂。第二，改善现有的汽车动力装置和燃油质量。采用设计优良的发动机、改善燃烧室结构、采用新材料、提高燃油质量等都能使汽车排气污染减少，但是不能达到“零排放”。第三，也是目前广泛采用的适用于大量在用车和新车的净化技术。采用一些先进的机外净化技术对汽车产生的废气进行净化以减少污染，此途径也不能达到“零污染”。机外净化技术就是在汽车的排气系统中安装各种净化装置，采用物理的、化学的方法减少排气中的污染物。可分为催化器、热反应器和过滤收集器等两类。前者多用于汽油机汽车，后者多用于柴油机汽车。三元催化转化器是目前应用最多的净化装置。当发动机工作时，尾气经排气管进入催化器，其中氮氧化物与尾气中的一氧化碳等还原剂在催化作用下分解成氮气和氧气；而碳氢化合物和一氧化碳分别与废气中残存的氧气及前一反应生成的氧气在催化作用下充分氧化，生成二氧化碳和水蒸气。由于三元催化器中催化剂是蜂窝结构，蜂窝表面涂有催化材料，与废气的接触表面积非常大，所以其净化效率很高。经测试，当发动机的空燃比，也就是空气和燃料的比例，处在接近理论空燃比附近时，三元催化剂可将90％的碳氢化合物和一氧化碳及70％的氮氧化物同时净化掉。因为可以同时净化三种污染物，因此这种催化器被称为三元催化转化器。催化剂可以安装于消声器中组成净化消声器，也可以在消声器后安装净化器。汽车尾气净化的装置和方法不少，但多是采用与三元催化器类似的装置和方法。中国专利CN201610783348.1公开了一种高效催化的汽车尾气净化处理装置，包括壳体以及壳体内依次设置的补气单元、净化主体单元和负离子发生器；CN201610783271.8公开了一种耐用型汽车尾气净化器，包括壳体，在所述壳体内设有弯折盘旋的过滤通道；过滤通道包括处于上方的一次过滤区和处于下方的二次过滤区；所述一次过滤区内填充有活性炭；二次过滤区内填充有分子筛催化剂；CN201610633626.5公开了一种汽车尾气净化装置，它利用氧化铜将汽车尾气中的一氧化碳去除掉，使一氧化氮氧化成二氧化氮，然后尾气通过液体过滤系统将二氧化氮和二氧化硫去除掉，并去除尾气中的悬浮颗粒；CN201610652121.3公开一种机动车尾气净化装置，包括汽车尾气排气管，其特征在于：还包括U型管，U形管包括进气管、弯管及出气管，进气管与汽车尾气排气管相连，进气管内设有挡板，挡板使U形管内部迂回连通，出气管端口开放，U形管内装有汽车尾气处理液。这些方法和装置都从不同角度部分解决了汽车尾气的净化问题，但是都还不是很彻底。因此，急需一种方便实用高效的汽车尾气净化处理装置及方法。技术实现要素：本发明的目的在于针对现有汽车尾气净化处理装置和方法收集、净化处理汽车尾气的不足，提供了一种能高效收集净化处理装置及方法。一种汽车尾气收集净化处理装置，包括尾气收集系统和尾气吸收净化系统；所述尾气收集系统用于收集汽车工作时生产和排出的尾气，尾气收集系统设有尾气收集套管或收集罩、尾气输送管道和尾气吸气风扇；尾气收集套管或收集罩通过输气管与尾气吸气风扇进口联接，尾气吸气风扇出口与所述尾气输送管道联接；所述尾气吸收净化系统用于将尾气收集系统收集的汽车尾气进行吸收、清洗、氧化分解和沉淀分离，尾气吸收净化分离系统设有与尾气收集系统联接的气体释放器、尾气电解吸收池、尾气排放风扇和将净化尾气排出车外的排气管；尾气吸气风扇安装固定在尾气电解吸收池的顶部或侧面，所述气体释放器安装在尾气电解吸收池的底部以上1～10cm处，并浸泡在尾气吸收液中，其进气口与所述尾气输送管道联接；尾气电解吸收池中至少安装有一片惰性阳极和一片阴极，惰性阳极和阴极交错安装在尾气电解吸收池中，阳极与汽车电池的阳极联接，阴极与汽车电池的阴极联接；尾气排放风扇安装在电解尾气吸收池的顶部或侧面，排气管与尾气排放风扇出口联接。所述尾气收集套管是由铝、铜、铁、不锈钢金属或合金、工程塑料加工而成的圆形或椭圆形套管，尾气收集套管或收集罩直接套装在汽车排气管口并用卡箍固定，汽车排气管插入尾气收集套管30～100mm处。所述气体释放器为条状或十字架状，方形或圆形管制造而成，气体释放器上至少设有一排供气体排放的通孔。所述尾气电解吸收池内的阳极是表层涂覆有晶粒为15～55nm的铑、铱、钌、铂、铼贵金属氧化物催化涂层的纳米催化阳极，电极的基板为钛板、其它金属板或塑料板；电极为板状或网状。所述尾气电解吸收池的阳极是表层涂覆有铑、铱、钌、铂、铼贵金属氧化物催化涂层的惰性阳极，电极的基板为钛板、其它金属板或塑料板；电极为板状或网状。所述尾气电解吸收池内的阴极为石墨、钛、铁、铝、锌、铜、铅、镍、钼、铬、合金、有贵金属氧化物涂层的钛电极、纳米催化电极中的一种。安装在尾气电解吸收池内的阴极、阳极交替的分布在电解槽内，相邻电极板的距离为4～10mm；所述电解的电解工作电压为1～50V，相邻两电极间的电压为1～12V，电流密度为5～500mA/cm2。所述尾气电解吸收池内中装有用于尾气吸收、清洗、净化的0.2~2%氯化钠溶液或自来水，液位位于罐体高度的至二分之一至四分之三处。所述尾气电解吸收池由底座、罐体和罐盖构成，罐体和罐盖通过法兰或螺丝联接，罐体是长方体、立方体、球形体、圆柱体或异形体中的一种，体积为5～500L，所述罐体通过底座固定安装在汽车后备箱、车头发动机舱内、车底或车侧。所述尾气电解吸收池罐盖上一侧或侧面设有安装尾气吸气风扇的箱子，尾气电解吸收池罐盖上的另一侧或侧面设有安装尾气排放风扇的箱子；尾气电解吸收池罐盖上或侧面还设有一个添加吸收液的阀门，底部设有一个排放废液的阀门。所述尾气输送管道通过所述尾气电解吸收池罐盖上的尾气管进口插入罐体距底部六分之一至二分之一处并与气体释放器进口联接。所述尾气电解吸收池罐盖上的加水口设有密封盖或阀门。所述尾气电解吸收池的净化尾气排出口安装有所述尾气排放风扇，并通过所述排气管与车外相连通。所述尾气电解吸收池装有消泡网或消泡板，所述消泡网或消泡板安装在罐体高度的四分之三之上。一种汽车尾气收集净化处理方法，包括如下步骤：（1）收集：汽车启动时，同时开启汽车尾气收集净化处理装置，通过安装在排气口的尾气收集套管或收集罩和抽气风扇，将汽车排放的尾气全部收集到尾气收集系统，并通过气体释放器均匀释放于电解尾气吸收池内的吸收液中，尾气中的小颗粒、氮氧化合物、碳氢化合物、一氧化碳、二氧化硫等有害物质被尾气吸收池内的吸收液吸收；（2）吸收：利用汽车尾气收集净化处理装置的尾气收集系统将汽车产生的尾气收集，经过尾气输送管送入尾气电解吸收池系统，通过进气出口处的气体释放器均匀释放出来，尾气中的小颗粒、氮氧化合物、碳氢化合物、一氧化碳、二氧化硫等有害物质被尾气吸收池内的吸收液吸收留在尾气电解吸收罐的吸收液中，使尾气得到净化，净化后的尾气则经净化气体排放风扇和排气管排出车外；（3）氧化分解：尾气电解吸收池中的阳极产生Cl·和O·，Cl·和O·与吸收于吸收液中的氮氧化合物、碳氢化合物、一氧化碳、二氧化硫有害物质反应，生成CO2、H2O、NO3﹣、SO42-，除去有机物、氮氧化合物和二氧化硫；阴极产生“H·”、“OH·”，产生的“H·”和“OH·”与“NO3﹣”反应，生成H2O、N2；SO42-与吸收液中的Pb2+反应生成硫酸钙沉淀；（4）吸收液的更换：汽车尾气收集净化处理装置工作一段时间后，通过废水废渣排放口将罐体中的污水和废渣排放，并通过吸收罐盖顶部的加液口加入新的吸收液或自来水，液位控制在罐体高度的五分之二至五分三处。尾气电解吸收池工作时，发生如下电极反应：1、阳极主要的电极反应是：2Cl﹣-2e→2Cl·→Cl2↑3H2O+2e→O·+2H3O﹢由于H3O﹢的生成，在阳极附近，碱性降低，酸性上升。、阴极阴极采用纯金属钛（或不锈钢板）。在吸收液水的电解中，阴极在净化尾气也起到重要的作用：降低重金属离子等的浓度，水质得到极大地改善，能达到超一类水的标准。在阴极上，主要的电化学反应是：H2O→H·+OH·2H++2e→2H·→H2↑2H3O++2e→2H·+2H2O→H↑+2H2O由于H2的析出，在阴极附近，酸性降低，碱性上升。电极反应产生的自由基活性很强，“O·、OH·”能与吸收到吸收液中的一氧化碳、碳氢化合物反应生成水和二氧化碳；“O·、OH·”与“NO”和“NO2”反应生成水和“NO3﹣”和“H2O”；“H·”与相近的“NO3﹣”反应生成N2和H2O；“O·、OH·”与SO2反应生成“SO42-”，“SO42-”与“Pb2+”反应生成硫酸铅沉淀，从而脱硫脱铅。由于在低电压、大电流的情况下，在电极表面喷射成电子雾，因此，电极反应不仅发生在电极表面上，而是整个电解机的立体空间里。电解去CO、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫和铅的原理：电解过程中，电极反应生成Cl·、O·、OH·、H·等自由基；未及时反应的则生成OCl-。（1）脱CO原理CO+O·—→CO2↑（2）碳氢化合物和苯并芘原理R-H（R＇表示碳氢化合物或苯并芘）+O·—→CO2↑+H2O（3）脱硝态氮原理（主反应2）：NO+O·+3H·—→NO3-+H3O+NO3-+2H·—→NO2-+H2ONO2-+H·—→N2↑+H2O（脱氮氧化合物主反应）（4）脱二氧化硫和脱铅原理SO2+O·+H2O—→SO42+（脱SO2主反应）SO42+＋Pb2+—→PbSO4↓（4）吸收液的更换：汽车尾气收集净化处理装置工作一段时间后，通过废水废渣排放口将罐体中的污水和废渣排放，并通过吸收罐盖顶部的加液口加入新的吸收液或自来水，液位控制在罐体高度的五分之二至五分三处。与现有技术比较，本发明具有以下突出优点：（1）高效本发明可高效的吸收、净化汽车工作时尾气中的碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化硫、含铅化合物、苯并芘及固体颗粒物等有毒有害污染物，有毒有害污染物的除去率达95%以上，大幅度减少了尾气空气污染，消除尾气对城市大气的污染。（2）全效本发明不仅可以除去尾气中的碳氢化合物和苯并芘等有机物，也可以去除氮氧化合物、一氧化碳、二氧化硫等无机污染物，同时，还可同时去除含铅化合物及固体颗粒物等有毒有害污染物，是一种比三元催化净化更全效的尾气净化方法和设备。更换的污水则和生活污水一起进入污水处理厂处理，卫生环保。（3）投资小、实施方便采用本发明提供汽车尾气净化处理装置及方法可直接在现有汽车排气管上进行加装改造，不需要对汽车结构作任何改变，投资小，实施方便。附图说明图1为本发明汽车尾气净化处理装置的结构示意图。图2为本发明汽车尾气净化处理装置的俯视图。图3为本发明的工艺流程图。具体实施方式下面参照图说明本发明的具体实施方式。一种汽车尾气净化处理装置，参照图1和图2，包括尾气收集系统和和尾气吸收净化系统；所述尾气收集系统用于收集汽车工作时生产和排出的尾气；尾气收集系统设有尾气收集套管（或收集罩）1-1、尾气输送管道1-2和尾气吸气风扇1-4，尾气收集套管（或收集罩）1-1通过输气管1-2与尾气吸气风扇进口1-3联接，尾气吸气风扇出口1-5与输送管道1-6联接，尾气抽气风扇1-4安装固定在尾气电解吸收池（罐）2-1的顶部或侧面；气体释放器1-7安装在尾气电解吸收池（罐）2-1的内，距离池（罐）底2～10cm并浸泡在尾气清洗液中；所述尾气吸收净化系统用于将尾气收集系统收集的汽车尾气进行吸收、清洗、氧化分解和分离；尾气吸收净化分离系统包括气体释放器1-7、尾气电解吸收池（罐）2-1、尾气排放风扇2-6和将净化尾气排出车外的排气管2-4；所述气体释放器1-7安装在尾气电解吸收池（罐）2-1的底部以上1～10cm处，并浸泡在尾气吸收液中，其进气口与所述尾气输送管道1-6联接；尾气电解吸收池（罐）2-1顶部或侧面设有尾气排放口2-2，上述尾气吸气风扇1-4安装固定在尾气排放口2-2处，尾气电解吸收池（罐）2-1中至少安装有一片惰性阳极2-9和一片阴极2-10，惰性阳极2-9和阴极2-10交错安装在尾气电解吸收池（罐）2-1中，阳极2-9与汽车电池的阳极联接，阴极2-10与汽车电池的阴极联接；尾气电解吸收池内中装有用于尾气吸收、清洗、净化的0.2~2%氯化钠溶液或自来水，液位位于罐体高度的至二分之一至四分之三处。尾气排放风扇2-6安装在电解尾气吸收池的顶部或侧面，排气管2-4的进口与尾气排放风扇2-6出口联接。尾气电解吸收罐2-1的顶部还有吸收液加料口2-5；尾气电解吸收罐2-1的底部还有废液排放口2-8；尾气电解吸收罐2-1通过紧固螺丝2-7固定在车上。上述尾气收集套管1-1是由铝、铜、铁、不锈钢金属或合金、工程塑料加工而成的圆形或椭圆形套管，尾气收集套管（或收集罩）1-1直接套装在汽车排气管口并用卡箍固定，汽车排气管插入尾气收集套管30～100mm处。气体释放器1-7为条状或十字架状，方形或圆形管制造而成，气体释放器1-7上至少设有一排供气体排放的通孔。上述阳极2-9是表层涂覆有晶粒为15～55nm的铑、铱、钌、铂、铼等贵金属氧化物催化涂层的纳米催化阳极或惰性阳极，电极的基板为钛板、其它金属板或塑料板；电极为板状或网状。阴极2-10为石墨、钛、铁、铝、锌、铜、铅、镍、钼、铬、合金贵金属氧化物涂层的钛电极、纳米催化电极中的一种。安装在尾气电解吸收池内的阴极2-10、阳极2-9交替的分布在电解槽内，相邻电极板的距离为4～10mm；所述电解的电解工作电压为1～50V，相邻两电极间的电压为1～12V，电流密度为5～500mA/cm2。尾气电解吸收池（罐）2-1由底座、罐体和罐盖构成，罐体和罐盖通过法兰或螺丝联接，罐体是长方体、立方体、球形体、圆柱体或异形体中的一种，体积为5～500L，所述罐体通过底座固定安装在汽车后备箱、车头发动机舱内、车底或车侧。尾气电解吸收池罐盖上一侧或侧面设有安装尾气吸气风扇的箱子，尾气电解吸收池罐盖上的另一侧或侧面设有安装尾气排放风扇的箱子；尾气电解吸收池罐盖上或侧面还设有一个添加吸收液的阀门，底部设有一个排放废液的阀门。所述尾气输送管道通过所述尾气电解吸收池罐盖上的尾气管进口插入罐体距底部六分之一至二分之一处并与气体释放器进口联接。所述尾气电解吸收池罐盖上的加水口设有密封盖或阀门。所述尾气电解吸收池装有消泡网或消泡板，所述消泡网或消泡板安装在罐体高度的四分之三之上。以下结合图3给出一种汽车尾气收集处理的方法的具体实施例：实施例1某小型汽车（汽油）尾气收集处理方法所述的汽车尾气经过如下收集处理步骤：（1）收集：在汽车启动的同时开启汽车尾气收集处理装置，利用汽车尾气收集处理装置的尾气收集系统将汽车工作产生的尾气收集，经过软管输送管道1-2和吸气扇1-4送入尾气电解吸收池（罐）2-1，通过尾气输送管道1-6出口处的气体释放器1-7均匀释放出来；（2）吸收：经过尾气电解吸收净化系统吸收、水洗尾气，尾气中颗粒物污染物转移至水中，尾气中的CO、CH、NOX、SO2等污染物溶解在尾气电解吸收池（罐）2-1的吸收液中，使尾气得到净化，净化后的气体则通过气体排放风扇2-6和排气管2-4排出车外；（3）氧化分解：电解尾气吸收池（罐）中的阳极产生Cl·和O·，Cl·和O·与吸收于吸收液中的氮氧化合物、碳氢化合物、一氧化碳、二氧化硫等有害物质等反应，生成CO2、H2O、NO3﹣、SO42-，除去有机物、氮氧化合物和二氧化硫；阴极产生“H·”、“OH·”，产生的“H·”和“OH·”与“NO3﹣”反应，生成H2O、N2；SO42-与吸收液中的Ca2+反应生成硫酸钙沉淀；经过以上处理后，小型汽车尾气的主要有害成分经测定如表1所示。表1汽车尾气的有害成分净化前后指标序号有害成分单位处理前测定值处理后测定值去除率％备注1COg/km3.460.18094.82CHg/km2.790.01599.53NOXg/km0.2850.00199.64SO2g/km0.037未检出100５CH+NOXg/km0.7410.02396.9６固体颗粒物g/km0.016未检出100实施例2某大型汽车（柴油）的尾气收集处理方法所述的大型汽车尾气经过如下收集处理步骤：（1）收集：在汽车启动的同时开启汽车尾气收集处理装置，利用汽车尾气收集处理装置的尾气收集系统将汽车工作产生的尾气收集，经过软管输送管道1-2和1-6送入尾气电解吸收池（罐）2-1，通过尾气输送管道1-6出口处的气体释放器1-7均匀释放出来；（2）吸收：经过尾气电解吸收净化系统吸收、水洗尾气，尾气中颗粒物污染物转移至水中，尾气中的CO、CH、NOX、SO2等污染物溶解在尾气电解吸收池（罐）2-1的吸收液中，使尾气得到净化，净化后的气体则通过气体排放风扇2-6和排气管2-4排出车外；（3）氧化分解：电解尾气吸收池（罐）2-1中的阳极2-9产生Cl·和O·，Cl·和O·与吸收于吸收液中的氮氧化合物、碳氢化合物、一氧化碳、二氧化硫等有害物质等反应，生成CO2、H2O、NO3﹣、SO42-，除去有机物、氮氧化合物和二氧化硫；阴极2-10产生“H·”、“OH·”，产生的“H·”和“OH·”与“NO3﹣”反应，生成H2O、N2；SO42-与吸收液中的Ca2+反应生成硫酸钙沉淀；经过以上处理后，大型汽车尾气的主要有害成分经测定如表2所示。表2大型汽车尾气的有害成分净化前后指标序号有害成分单位处理前测定值处理后测定值去除率％备注1COg/km5.690.32694.32CHg/km4.960.08798.23NOXg/km0.390.02394.14SO2g/km0.1870.00298.9５CH+NOXg/km5.110.17596.6６固体颗粒物g/km0.530.01397.5上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。当前第1页1 2 3