[发明专利]降低来自柴油机的排放物的方法

说明书

发明领域

本发明涉及在柴油机中使用生物柴油燃料与选择性催化还原体系组合来降低来自燃烧过程的NOx、颗粒物和CO₂排放物。

发明背景

目前的排放控制规章要求降低柴油机排气中污染物种类。这些污染物包括一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物、颗粒物(particulate)或颗粒物质(particulate matter)和氮氧化物(NOx)。此外，还日益要求降低CO₂排放。通过内燃机的最优化操作、燃料和燃料添加剂的预处理、以及将排气转化为无害气体的后处理加工和过滤实现降低发动机运转过程中产生的污染物化学物类的量。氧化和还原过程二者以及催化氧化和还原过程用于改进排气化学性质。通常通过为柴油机配备安装在排气流中的颗粒捕集器来降低颗粒物，颗粒捕集器捕集或以另外的方式收集来自排气的颗粒物，以防止它们被排放至大气中。已提出使用催化氧化剂来降低来自柴油机的颗粒物、气态碳氢化合物和一氧化碳的排放。这些装置不捕集颗粒物，但是主要用于氧化颗粒物，同时还氧化未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳，以降低这些物质的排放。

NOx，主要为NO和NO₂，引起烟雾、地平面臭氧形成和酸雨。在伴随柴油机的高燃烧温度下产生大量NO。NO₂主要通过在柴油排气流中的NO的后氧化而形成。降低NOx的方法包括，例如，延迟发动机正时、排气再循环或注射还原剂；但是，在NOx与颗粒物之间通常存在折衷。例如，排气再循环和发动机正时改变可降低燃烧温度从而降低NOx形成，但是也影响燃烧。当由于较低的温度而降低NO₂时，颗粒排放物往往增加，且有利于低NOx排放的条件通常有利于产生增加含量的CO和碳氢化合物(HC)。排气后处理装置通过使用还原剂而降低NOx，还原剂加入进入后处理装置的排气且在选择性催化还原(SCR)过程中经催化剂与NOx反应。在选择性催化还原过程中，通过经选择性催化剂与NH₃(或尿素作为NH₃的来源)反应，将NOx还原为N₂。SCR对于降低NOx是有效的，只要排气温度在催化剂的活性温度范围内即可，活性温度通常超过300℃。

如上所述，在颗粒物与氮氧化物之间存在折衷，也就是说，当改变燃烧条件以有利于低氮氧化物排放时，颗粒物增加。例如，当试图通过改变发动机正时和/或再循环排气来降低NOx时，通常颗粒物增加。颗粒捕集器不直接增加NOx，但是与增加一氧化碳的产生有关。此外，即使使用捕集，未燃烧的碳氢化合物仍是问题。通过改变燃烧来实现更完全的氧化，可降低由不完全燃烧而引起的污染物，但是在这些条件下通常增加NOx。

已提出使用各种燃烧方法、燃料处理和添加剂、后燃烧排气处理、捕集器和排气过滤系统来降低一种或多种所提到的污染物或解决与柴油排气相关的问题。但是，在合理的时间内实现NOx较低排放和总CO₂排放物降低且同时控制颗粒物仍存在技术上的困难。

发明概述

本发明的实施方案提供了在由柴油燃料提供燃料的内燃机(包括贫燃发动机)中改进排放物控制的方法和装置。本发明的实施方案提供了使用生物柴油或生物柴油共混物燃料为柴油机提供燃料且产生具有降低的颗粒物和生命周期(lifecycle)CO₂排放物的排气流。本发明的实施方案还提供了由生物柴油或生物柴油共混物柴油燃料产生还原剂，以及使用这些还原剂将NOx催化还原为N₂。

简单地说，根据本发明的一个实施方案，提供了一种排放物减少的操作柴油机的方法，所述方法包括在柴油机中燃烧第一生物柴油共混物燃料，导致产生包含NOx的柴油排气；将所述柴油排气与第二生物柴油共混物燃料混合；将第二生物柴油共混物燃料水解，以形成还原剂；且将所述包含NOx的柴油排气通过NOx-还原催化剂，以通过与所述还原剂的选择性催化还原反应来还原NOx。

根据本发明的另一实施方案，提供了一种排放物减少的操作柴油机的方法，所述方法包括在柴油机中燃烧第一生物柴油共混物燃料，导致产生包含NOx的柴油排气；在燃料处理器中转化第二生物柴油共混物燃料，从而形成还原剂；将所述柴油排气与所述还原剂混合；将包含NOx的柴油排气通过NOx-还原催化剂，以通过与所述还原剂的选择性催化还原反应来还原NOx。

附图概述

本专利的申请文件包含至少一幅彩色附图。含有彩色附图的该专利的复制品将根据请求并支付必要的费用后由专利商标局提供。