[發(fā)明專(zhuān)利]控制廢氣排放并發(fā)電的電化學(xué)催化劑轉(zhuǎn)化器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010232080.5
• 申請(qǐng)日: 2010-07-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102335552A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃大仁
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 國(guó)立清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01D53/86
• 分類(lèi)號(hào): B01D53/86;B01D53/92;B01D53/56;B01D53/62;B01D53/72;H01M8/06
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電化學(xué)催化劑轉(zhuǎn)化器(electrochemical-catalytic?converter)，尤其涉及一種能有效降低廢氣中的氮氧化物、一氧化碳、碳?xì)浠衔锏暮浚枰钥刂茝U氣排放且同時(shí)發(fā)電的電化學(xué)催化劑轉(zhuǎn)化器。

背景技術(shù)

清新與潔凈的空氣是人類(lèi)生活的基本要件之一，呼吸干凈無(wú)污染的空氣能確保人類(lèi)穩(wěn)定健康地生存。科技的卓越提升，雖帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，然而，來(lái)自于交通工具及各式林立工廠的廢氣排放，確也導(dǎo)致空氣遭受污染，而對(duì)人類(lèi)生活的空氣質(zhì)量影響甚巨。其中，重工廠和機(jī)動(dòng)車(chē)輛是眾多污染物質(zhì)的主要來(lái)源。

以機(jī)動(dòng)車(chē)輛為例，雖然機(jī)動(dòng)車(chē)輛排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，但由于車(chē)輛數(shù)量不斷增加，車(chē)輛排放廢氣所帶來(lái)的空氣污染問(wèn)題，仍然與日俱增。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)動(dòng)車(chē)輛引擎的運(yùn)轉(zhuǎn)是將不同形式燃料經(jīng)由汽缸內(nèi)燃而釋放出熱能，并產(chǎn)生傳輸動(dòng)力；但在燃燒過(guò)程中，產(chǎn)生的廢氣通常包含氮氧化物(NO_x)、一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?hydrocarbons，HCs)、粒狀物(particulate?matter，PM)等有害污染物，該等物質(zhì)不僅會(huì)形成光化學(xué)煙霧(photochemical?smog)，更會(huì)破壞臭氧、加劇溫室效應(yīng)的惡化及引致酸雨等，進(jìn)而破壞生態(tài)環(huán)境，危害人體健康。

其中，一氧化碳來(lái)自引擎的不完全燃燒，其與血紅素結(jié)合成一氧化碳血紅素(COHb)的能力為血紅素與氧結(jié)合成氧合血紅素(HbO₂)的300倍，故空氣中一氧化碳濃度過(guò)高時(shí)，將影響血紅素輸送氧氣的功能；氮氧化物則來(lái)自氮?dú)馀c氧氣的化合，主要以一氧化氮(NO)或二氧化氮(NO₂)的形式排出，而與碳?xì)浠衔锝?jīng)紫外線照射后發(fā)生反應(yīng)形成有毒的光化學(xué)煙霧，具有特殊氣味、刺激眼睛、傷害植物，并使大氣能見(jiàn)度降低，且氮氧化物與空氣中的水反應(yīng)形成硝酸及亞硝酸，是酸雨的成分；碳?xì)浠衔镌诘蜐舛葧r(shí)即會(huì)刺激呼吸系統(tǒng)，若濃度提高，則會(huì)對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的運(yùn)作機(jī)能產(chǎn)生影響。

因此，不管我國(guó)或是歐盟、日本、美國(guó)等先進(jìn)國(guó)家，均已訂定益趨嚴(yán)格的廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)(如美規(guī)BIN5以及歐規(guī)EURO?6)，針對(duì)氮氧化物、一氧化碳、碳?xì)浠衔锖土钗锏葟U氣的排放訂定標(biāo)準(zhǔn)，借以控制并減少有害氣體的排放，同時(shí)鼓勵(lì)業(yè)者制造、研發(fā)、引進(jìn)使用最新污染防制技術(shù)的產(chǎn)品。

習(xí)用富氧燃燒(lean?burn)廢氣排放控制技術(shù)中，并無(wú)任何單一裝置或轉(zhuǎn)化器可同時(shí)對(duì)氮氧化物(NO_x)、一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?HCs)和粒狀物進(jìn)行轉(zhuǎn)化。以富氧燃燒機(jī)動(dòng)車(chē)輛排氣系統(tǒng)的催化劑轉(zhuǎn)化器來(lái)說(shuō)，其大多僅針對(duì)一氧化碳與碳?xì)浠衔镞M(jìn)行催化，催化性濾煙器(catalytic?particulate?filter)則捕集與氧化粒狀物，而對(duì)于氮氧化物，則必須依賴其它輔助的裝置或系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)化。例如：現(xiàn)今柴油車(chē)輛的排氣管除安裝氧化催化劑轉(zhuǎn)化器用以催化一氧化碳和碳?xì)浠衔锏难趸猓鄶?shù)需再另行搭配廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(exhaust?gas?recirculation，EGR)等控制氮氧化物的排放，較新者則以加裝選擇性催化還原(selective?catalytic?reduction，SCR)系統(tǒng)來(lái)還原氮氧化物。

選擇性催化還原系統(tǒng)是利用氨氣(NH₃)或尿素(urea，CO(NH₂)₂)水溶液作為反應(yīng)物，尿素水溶液經(jīng)噴嘴注入排氣管中會(huì)與水反應(yīng)形成氨氣，遂再與氮氧化物進(jìn)行反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨(dú)?N₂)和水(H₂O)。然而，具毒性的氨氣除儲(chǔ)藏不易有外漏風(fēng)險(xiǎn)外，其反應(yīng)不完全時(shí)會(huì)造成二次污染；再者，該選擇性催化還原系統(tǒng)的體積龐大，且多數(shù)需搭配精密傳感器輔助控制。

此外，美國(guó)專(zhuān)利第5401372號(hào)的“Electrochemical?catalytic?reduction?cell?for?the?reduction?of?NO_x?in?an?O₂-containing?exhaust?emission”公開(kāi)了一種單獨(dú)去除氮氧化物的裝置，其利用電化學(xué)催化劑還原反應(yīng)，配合五氧化二釩(vanadium?pentaoxide，V₂O₅)催化劑催化輔助氮氧化物轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓辉撗b置須外加電源供應(yīng)，致使該裝置中的一電化學(xué)電池運(yùn)作，如此不僅耗費(fèi)能源且無(wú)法實(shí)現(xiàn)同時(shí)去除廢氣中有害氣體的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容