[发明专利]用于氮氧化物还原的柴油燃料的连续重整

说明书

技术领域

本发明涉及在柴油机或其它稀燃发动机或发电机的排气的NO_x的选择性 催化还原中使用空气等离子体重整柴油燃料。更具体地，本发明涉及一种用于 NO_x还原的用空气等离子体连续分馏和重整柴油的方法和装置。

背景技术

为了提高燃料地经济性，使柴油机和其它稀燃发动机或发电机在高于化学 计量的空气与燃料质量比下运行。然而这种稀燃发动机产生了具有相对高含量 的氧气和氮氧化物(NO_x)的热废气。来自经预热的柴油机的排气温度一般在 200℃至400℃的范围内，并且具有以下代表性组成(按体积计)：约10-17％ 的氧、3％的二氧化碳、0.1％的一氧化碳、180ppm的烃、235ppm的NO_x，余 量的氮气和水。由于热废气流中的高氧(O₂)含量，因此难以将通常包含一氧 化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)的这些NO_x气体还原成氮(N₂)。

文档号GP-305427、题为用于NO_x还原的柴油燃料重整且转让给了本发明 的受让人的共同未决专利申请公开了一种分馏柴油燃料和重整已分馏蒸气的方 法，用于稀燃燃烧源的排气的NO_x(包含NO和NO₂)的选择性催化还原中。 使用非热能等离子体反应器产生的空气等离子体对该已分馏柴油燃料蒸气进行 重整以获得相对低分子量的氧化烃。将经过重整的物质添加到排气中以向NO₂的催化还原提供氧化烃反应物。也向排气中添加含臭氧的空气等离子体的独立 侧流用于将NO氧化成NO₂。

本发明提供用于柴油燃料烃的非热能等离子体重整的装置和连续操作方 法。

发明内容

柴油不像汽油那么易挥发，包含调制的液态烃混合物，用于喷入柴油机的 气缸并且由压缩热点燃以产生动力。本发明提供连续分馏和重整操作，以从柴 油燃料中获取相对低分子量的氧化烃，用于在含氧和水的稀燃排气中参与氮氧 化物，NO_x，的催化还原。显然，本发明对于处理柴油机的排气尤其有用。适 当储存液体燃料以输送给运行的发动机，并且该储存和输送系统通常可使较小 部分燃料转向发动机排气的处理。但是，本发明可以用在其它稀燃燃烧源的含 NO_x的排气的处理中。

柴油燃料被泵送到容器中进行分馏和重整。该容器容纳一定体积的液体并 且提供蒸气空间。液体随含臭氧的空气等离子体料流一起喷射。空气等离子体 的上升气泡使相对低分子量的烃蒸气馏分蒸发(汽提)，从液体进入蒸气空间。 同时，臭氧和其它由等离子体赋能的物质将烃分子重整成醇、醛和烯。流动的 空气等离子体将烃和氧化烃(OHC)从容器带入热废气，作为氮氧化物催化还 原的反应物。并且，剩余燃料继续回到燃料存储器或回到稀燃发动机。

当柴油燃料被“植入(seed)”微量乙醇后，OHC的生成量就会增加超出 所添加的醇量。种子OHC物质的量保持低于例如醇-烃燃料混合物的可燃性极 限。

在近似直流的非热能等离子体反应器中，通过引导空气流(可含再循环排 气)经过高频电场来产生空气等离子体。等离子体中的高能电子将一些氧分子 变成臭氧并且在空气流中产生其它活化原子、自由基和离子。空气等离子体在 重整柴油燃料中有非常重要的作用。而且，由于空间局限性，等离子体发生器 的尺寸和效率对车载应用尤为重要。

因此，在优选实施方案中，等离子体发生器是具有定义反应器空间的绝缘 柱形壁的管子。在该反应器空间内，沿管子的轴线布置线性高电压电极。包括 导电电线(或等效物)的外部接地电极围绕绝缘柱形壁螺旋缠绕成具有选定螺 距，在每匝电线之间形成轴向离散间隔的有序图案。向中心电极施加高频、AC 电压，在通过反应器的环境空气中产生等离子体。每匝之间具有离散间隔的螺 旋形接地电极与线性轴向电极的组合，产生有源电场和无源电场的缠绕螺旋区 域。有源电场在空气中产生高能电子(等离子体)。无源电场区域允许更好地 对空气成分进行传质，并且能更有效地形成臭氧、活化离子和自由基。这种直 流式(flow-through)等离子体发生器设计已经冠名为超等离子体反应器，这是 因为它用较低电功率输入，如，较低W/L/s或较低J/L，促进在流动空气流中 形成臭氧。