[發明專利]一種船用低壓雙燃料發動機控制甲烷逃逸的后處理系統

在審

• 申請號: 202011172665.2
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112282908A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 周松;史瑞克;郭浩
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: F01N13/00
• 分類號: F01N13/00;F01N3/28;F01N3/20;F01N9/00;F02D9/04;F02D9/08;F02B37/18
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本發明的目的在于提供一種船用低壓雙燃料發動機控制甲烷逃逸的后處理系統，包括混合非熱等離子催化系統，船用低壓雙燃料發動機排氣管連接廢氣接收器，廢氣接收器的出口分別連接渦輪增壓器和渦輪旁通管，渦輪增壓器的出口分別連通混合非熱等離子催化反應器旁通管和混合反應器入口管，混合非熱等離子催化系統的排氣入口連接混合反應器入口管，排氣出口連接混合反應器出口管，混合非熱等離子催化反應器旁通管和混合反應器出口管匯合后連通大氣。本發明可在較低的廢氣溫度下氧化甲烷和其他污染物，考慮到船舶運行的經濟性，其獨特的設計降低了總能耗，并減少了所需的安裝空間。該系統減少了船舶的整體溫室氣體排放量。

技術領域

本發明涉及的是一種廢氣處理系統，具體地說是船用雙燃料發動機廢氣處理系統。

背景技術

由于環保排放的要求，稀薄燃燒的低壓雙燃料發動機在航運界變得越來越重要。由于奧托循環稀薄燃燒條件，SOx排放為零，顆粒物含量低(接近于零)且NOx排放量低，因此不需要額外的廢氣后處理系統即可滿足IMO Tier III NOx排放限制要求。

盡管低壓雙燃料發動機有許多優點，但通常要解決的主要問題是逃逸甲烷。甲烷以未燃燒的碳氫化合物逃逸出燃燒室，并通過排氣管排放到大氣中。發動機逃逸甲烷引發的溫室效應比二氧化碳更嚴重，因為當甲烷泄漏到空氣中時，它吸收了太陽的熱量并使氣候變暖。研究表明，在過去的20年中，甲烷的排放量是二氧化碳的86倍，在過去100年中的排放量是二氧化碳的28倍。小規模的逃逸甲烷也會引起潛在的破壞。因此，如果不控制逃逸甲烷，使用天然氣作為燃料的優勢將降低。

發動機制造商正在積極地研究減少逃逸甲烷的技術。逃逸甲烷降低了發動機的燃燒效率，因此環保部門大力鼓勵發動機制造商降低逃逸甲烷。這項研究面臨的挑戰強調了控制和調節逃逸甲烷的重要性，以確保液化天然氣(LNG)作為船用燃料可以有效降低溫室氣體排放。

IMO還沒有明確定義甲烷的排放法規，只在現有的溫室氣體措施中針對二氧化碳排放。但是，IMO在2020年提出了減少逃逸甲烷和減少揮發性有機化合物排放的具體建議，因此逃逸甲烷已列入未來議程。隨著時間的推移，這可能會導致發動機制造商面臨相關排放法規限制，這將迫使他們減少雙燃料發動機的甲烷排放。

使用后處理技術來控制逃逸甲烷是一個很大的挑戰，因為甲烷需要高于600℃的高溫才能破壞C-H鍵和氧化，通常發動機中排氣溫度低于400℃。催化氧化劑可能是解決方案，但仍存在與催化劑降解和低排氣溫度下甲烷轉化率有關的未解決問題。

從現有發明來看，控制逃逸甲烷的主要后處理技術有：

在專利“一種船用雙燃料/天然氣發動機逃逸甲烷處理方法及裝置”(CN108798842A)中，發明人設計了一種方法和設備，該方法和設備使用內置式等離子體發生器和催化氧化器相結合來處理船用雙燃料發動機的甲烷排放。等離子發生器位于催化氧化劑之前，這需要更多的能量消耗才能處理廢氣中的甲烷和其他污染物，尤其是在發動機處于低負荷時。此外，由于碳分解問題，高壓電極應定期更換，因為該電極與高能電子和反應物直接相連，這需要對反應器進行定期維護。此外，該系統中的催化劑不能提高甲烷的去除效率，因為它位于等離子體放電區之外，因此其主要工作是將一氧化碳氧化為二氧化碳。因此，與等離子內催化劑體系相比，該體系的整體性能較弱并且需要更多空間。

在專利“一種船舶雙燃料/天然氣發動機逃逸甲烷的處理系統”(CN107654276A)中。發明人設計了一種催化氧化系統來處理來自船用雙燃料天然氣發動機的逃逸甲烷。催化氧化器與加力燃燒器相連，以將廢氣預熱至高于600℃的溫度，該溫度適合于甲烷的氧化。但是，該系統需要很大的空間來安裝加力燃燒室及其油泵。此外，該系統消耗更多的能量來加熱廢氣，這在經濟上不好，因為它增加了生產成本和維護成本。

發明內容

本發明的目的在于提供可在較低的廢氣溫度下氧化甲烷和其他污染物的一種船用低壓雙燃料發動機控制甲烷逃逸的后處理系統。