[發明專利]用于氮氧化物還原的柴油燃料的連續重整

無效

• 申請號: 200680021565.1
• 申請日: 2006-04-27
• 公開（公告）號: CN101506480A
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發明（設計）人: 趙柄權;K·L·奧爾森
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作公司
• 主分類號: F01N3/00
• 分類號: F01N3/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 溫宏艷;范 赤

技術領域

本發明涉及在柴油機或其它稀燃發動機或發電機的排氣的NO_x的選擇性 催化還原中使用空氣等離子體重整柴油燃料。更具體地，本發明涉及一種用于 NO_x還原的用空氣等離子體連續分餾和重整柴油的方法和裝置。

背景技術

為了提高燃料地經濟性，使柴油機和其它稀燃發動機或發電機在高于化學 計量的空氣與燃料質量比下運行。然而這種稀燃發動機產生了具有相對高含量 的氧氣和氮氧化物(NO_x)的熱廢氣。來自經預熱的柴油機的排氣溫度一般在 200℃至400℃的范圍內，并且具有以下代表性組成(按體積計)：約10-17％ 的氧、3％的二氧化碳、0.1％的一氧化碳、180ppm的烴、235ppm的NO_x，余 量的氮氣和水。由于熱廢氣流中的高氧(O₂)含量，因此難以將通常包含一氧 化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)的這些NO_x氣體還原成氮(N₂)。

文檔號GP-305427、題為用于NO_x還原的柴油燃料重整且轉讓給了本發明 的受讓人的共同未決專利申請公開了一種分餾柴油燃料和重整已分餾蒸氣的方 法，用于稀燃燃燒源的排氣的NO_x(包含NO和NO₂)的選擇性催化還原中。 使用非熱能等離子體反應器產生的空氣等離子體對該已分餾柴油燃料蒸氣進行 重整以獲得相對低分子量的氧化烴。將經過重整的物質添加到排氣中以向NO₂的催化還原提供氧化烴反應物。也向排氣中添加含臭氧的空氣等離子體的獨立 側流用于將NO氧化成NO₂。

本發明提供用于柴油燃料烴的非熱能等離子體重整的裝置和連續操作方 法。

發明內容

柴油不像汽油那么易揮發，包含調制的液態烴混合物，用于噴入柴油機的 氣缸并且由壓縮熱點燃以產生動力。本發明提供連續分餾和重整操作，以從柴 油燃料中獲取相對低分子量的氧化烴，用于在含氧和水的稀燃排氣中參與氮氧 化物，NO_x，的催化還原。顯然，本發明對于處理柴油機的排氣尤其有用。適 當儲存液體燃料以輸送給運行的發動機，并且該儲存和輸送系統通常可使較小 部分燃料轉向發動機排氣的處理。但是，本發明可以用在其它稀燃燃燒源的含 NO_x的排氣的處理中。

柴油燃料被泵送到容器中進行分餾和重整。該容器容納一定體積的液體并 且提供蒸氣空間。液體隨含臭氧的空氣等離子體料流一起噴射。空氣等離子體 的上升氣泡使相對低分子量的烴蒸氣餾分蒸發(汽提)，從液體進入蒸氣空間。 同時，臭氧和其它由等離子體賦能的物質將烴分子重整成醇、醛和烯。流動的 空氣等離子體將烴和氧化烴(OHC)從容器帶入熱廢氣，作為氮氧化物催化還 原的反應物。并且，剩余燃料繼續回到燃料存儲器或回到稀燃發動機。

當柴油燃料被“植入(seed)”微量乙醇后，OHC的生成量就會增加超出 所添加的醇量。種子OHC物質的量保持低于例如醇-烴燃料混合物的可燃性極 限。

在近似直流的非熱能等離子體反應器中，通過引導空氣流(可含再循環排 氣)經過高頻電場來產生空氣等離子體。等離子體中的高能電子將一些氧分子 變成臭氧并且在空氣流中產生其它活化原子、自由基和離子。空氣等離子體在 重整柴油燃料中有非常重要的作用。而且，由于空間局限性，等離子體發生器 的尺寸和效率對車載應用尤為重要。

因此，在優選實施方案中，等離子體發生器是具有定義反應器空間的絕緣 柱形壁的管子。在該反應器空間內，沿管子的軸線布置線性高電壓電極。包括 導電電線(或等效物)的外部接地電極圍繞絕緣柱形壁螺旋纏繞成具有選定螺 距，在每匝電線之間形成軸向離散間隔的有序圖案。向中心電極施加高頻、AC 電壓，在通過反應器的環境空氣中產生等離子體。每匝之間具有離散間隔的螺 旋形接地電極與線性軸向電極的組合，產生有源電場和無源電場的纏繞螺旋區 域。有源電場在空氣中產生高能電子(等離子體)。無源電場區域允許更好地 對空氣成分進行傳質，并且能更有效地形成臭氧、活化離子和自由基。這種直 流式(flow-through)等離子體發生器設計已經冠名為超等離子體反應器，這是 因為它用較低電功率輸入，如，較低W/L/s或較低J/L，促進在流動空氣流中 形成臭氧。