專利名稱：具有分離器的NO_x還原系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種NOx還原系統(tǒng)，并且更特別是涉及一種具有分離器的NOx還原系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
包括柴油發(fā)動機(jī)、汽油發(fā)動機(jī)、天然氣發(fā)動機(jī)的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)和本領(lǐng)域公知的其它發(fā)動機(jī)排放化學(xué)合成物的復(fù)雜混合物?；瘜W(xué)合成物可以由包括氧化氮(NOx)的氣體化合物和包括煙灰的固體顆粒物質(zhì)組成。由于對環(huán)境的愈發(fā)關(guān)注，廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)變得更加嚴(yán)格，并且從發(fā)動機(jī)釋放到大氣的污染物的含量通常根據(jù)發(fā)動機(jī)的類型、發(fā)動機(jī)尺寸和/或發(fā)動機(jī)的等級來管制。釋放到大氣的廢氣中的NOx含量是一種這樣受到管制的污染物。一種減小發(fā)動機(jī)的廢氣流中的NOx含量的方法需要將例如尿素或氨的二次流體引入廢氣。雖然基于這種二次流體的系統(tǒng)能夠減少廢氣流中的N0X，這種二次流體的使用引入了會造成問題的另外挑戰(zhàn)。例如，這種系統(tǒng)需要用于遞送例如尿素的二次流體的供應(yīng)系統(tǒng)，并且需要必要的設(shè)備和 /或基礎(chǔ)設(shè)施來補(bǔ)充流體。另外，例如尿素的二次流體的使用增加了廢氣流中存在的有害的納米尺寸顆粒的數(shù)量。這種顆?？砂蛩徜@(NH4HSO4)、硝酸銨(NH4NO3)、以及諸如三聚氰酸二酰胺、氰尿酰胺、聚合三聚氰胺復(fù)合物和銨的HCNO產(chǎn)品。這些納米尺寸的顆粒非常難以在廢氣排放到大氣之前截留，并且正在進(jìn)行的研究指出這種納米尺寸的顆粒釋放到大氣是不希望的。用于NOx還原的系統(tǒng)的例子在1993年12月觀日授權(quán)給Oshima等人的美國專利 No. 5272871 (‘ 871專利)中披露。丨871專利涉及一種減少來自內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的NOx的方法和設(shè)備。在'871專利中，來自氫發(fā)生器的氫氣被供應(yīng)，以便在設(shè)置在廢氣管線中的催化器的上游位置處混合到包括NOx的廢氣和氧氣中。氫發(fā)生器通過水或水蒸汽的電解產(chǎn)生氫氣。這種電解與經(jīng)過聚合電解質(zhì)薄膜的擴(kuò)散同時進(jìn)行。隨后，催化器啟動氫氣和NOx之間的催化反應(yīng)，形成氮?dú)夂退羝?。NOx接著在不高于350°C的低溫大氣下通過氫氣還原。雖然'871專利的方法可以提供廢氣流中的NOx的還原，但是NO氣體轉(zhuǎn)換成NO2的速度并不最佳。在廢氣不含有足夠量的NOx還原劑時會出現(xiàn)不是最佳的轉(zhuǎn)換。希望的是通過在廢氣流中形成更大量的吐來增加NOx還原速度。這種吐的增加將經(jīng)由氧化促進(jìn)NO氣體轉(zhuǎn)換成N02。另外，'871專利的系統(tǒng)會局限于低溫大氣的狀況。因此，該系統(tǒng)會在發(fā)動機(jī)形成的極端狀況下快速退化。本發(fā)明的廢氣系統(tǒng)針對克服以上提到的一個或多個問題。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，本發(fā)明涉及一種還原高溫發(fā)動機(jī)廢氣流中的NOx的方法，其包括將高溫廢氣流的一部分從發(fā)動機(jī)的廢氣歧管引導(dǎo)到分離器。該方法還包括通過分離器從高溫廢氣流分離蒸汽，并使用被分離的蒸汽的組分來還原高溫廢氣中的N0X。在另一方面，本發(fā)明涉及一種還原發(fā)動機(jī)廢氣流中的NOx的方法，其包括將廢氣流
4從發(fā)動機(jī)引導(dǎo)到分離器。該方法還包括通過分離器從廢氣流分離蒸汽和C0，并且使用被分離的CO和蒸汽形成(X)2和H2。在另一方面，本發(fā)明涉及一種還原高溫發(fā)動機(jī)廢氣流中的NOx的方法，其包括使得高溫廢氣流的至少一部分經(jīng)過分離器。該方法還包括使用分離器從高溫廢氣流分離蒸汽， 并且在高溫電解反應(yīng)器內(nèi)使用被分離的蒸汽以便形成壓和02。該方法還包括使用形成的 H2還原高溫廢氣中的NOx。在另一方面，本發(fā)明涉及一種還原發(fā)動機(jī)廢氣流中的NOx的方法，其包括使用分離器從廢氣流分離蒸汽。該方法還包括將被分離的蒸汽與碳?xì)淙剂匣旌弦员阈纬蒆2,并且通過形成的H2還原廢氣中的NOx。在另一方面，本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)，其包括燃燒式發(fā)動機(jī)、發(fā)動機(jī)廢氣歧管和在廢氣流路中定位在發(fā)動機(jī)廢氣歧管的下游的分離器。該分離器能夠從廢氣流路中的廢氣提取蒸汽。該系統(tǒng)還包括能夠接收被提取的蒸汽并產(chǎn)生NOx還原劑的元件。


圖1是包括水煤氣變換反應(yīng)器的示例性公開的NOx還原系統(tǒng)的視圖。圖2是包括高溫電解反應(yīng)器的示例性公開的NOx還原系統(tǒng)的視圖。圖3是包括蒸汽重整反應(yīng)器的示例性公開的NOx還原系統(tǒng)的視圖。圖4是操作圖1的NOx還原系統(tǒng)的示例性公開的方法的流程圖。圖5是操作圖2的NOx還原系統(tǒng)的示例性公開的方法的流程圖。圖6是操作圖3的NOx還原系統(tǒng)的示例性公開的方法的流程圖。
具體實施例方式圖1表示示例性動力系統(tǒng)10。只出于示例目的，動力系統(tǒng)10這里相對于柴油內(nèi)燃發(fā)動機(jī)12來描述?？紤]到發(fā)動機(jī)12可體現(xiàn)為任何其它類型的發(fā)動機(jī)，例如汽油發(fā)動機(jī)、天然氣發(fā)動機(jī)和外燃發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)12可包括至少部分限定多個缸16的發(fā)動機(jī)缸體14。每個缸16可與例如燃料噴射器、發(fā)動機(jī)入口歧管18、發(fā)動機(jī)廢氣歧管20和能夠在每個缸16 內(nèi)運(yùn)動的往復(fù)運(yùn)動活塞組件相關(guān)聯(lián)?？紤]到發(fā)動機(jī)12可包括任意數(shù)量的缸16，并且缸16 可布置成“直列”構(gòu)造、“V形”構(gòu)造或任何其它傳統(tǒng)構(gòu)造。發(fā)動機(jī)12的曲軸22可轉(zhuǎn)動地布置在發(fā)動機(jī)缸體14內(nèi)。動力系統(tǒng)10可用于機(jī)械。該機(jī)械可體現(xiàn)為執(zhí)行與例如采礦、建造、畜牧、運(yùn)輸?shù)漠a(chǎn)業(yè)或本領(lǐng)域公知的任何其它產(chǎn)業(yè)相關(guān)聯(lián)的某些類型的操作的機(jī)動或固定機(jī)械。例如，該機(jī)械可以是例如非公路拖運(yùn)卡車、輪式裝載機(jī)、自動平地機(jī)的運(yùn)土機(jī)械或任何其它適當(dāng)?shù)倪\(yùn)土機(jī)械。該機(jī)械可替代地體現(xiàn)為公路專業(yè)卡車、乘客車輛或任何其它執(zhí)行操作機(jī)械。動力系統(tǒng)10可包括空氣引入系統(tǒng)30?？諝庖胂到y(tǒng)30可與動力系統(tǒng)10相關(guān)聯(lián)， 并可包括調(diào)節(jié)壓縮空氣并通過入口歧管18將壓縮空氣引入缸16的部件。例如空氣引入系統(tǒng)30可包括空氣過濾器32和連接用以抽吸經(jīng)過空氣過濾器32的進(jìn)入空氣的壓縮機(jī)34。 考慮到空氣引入系統(tǒng)30可包括本領(lǐng)域在傳統(tǒng)上公知的不同或附加的部件。壓縮機(jī)34可定位在空氣過濾器32的下游，并且被構(gòu)造成壓縮流入動力系統(tǒng)10的空氣。壓縮機(jī)34可以是本領(lǐng)域公知的任何類型的壓縮機(jī)。動力系統(tǒng)10可任選地包括廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR)(未示出)。EGR系統(tǒng)可如本領(lǐng)域公知那樣用來在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的操作過程中控制不希望的污染氣體和顆粒的排放。動力系統(tǒng)10還可包括具有后處理系統(tǒng)50的廢氣系統(tǒng)40。廢氣系統(tǒng)40可包括定位成經(jīng)由廢氣歧管20接收離開動力系統(tǒng)10的廢氣的渦輪52。渦輪52可通過公共軸連接到空氣引入系統(tǒng)30的壓縮機(jī)34，以便形成渦輪增壓器。隨著離開動力系統(tǒng)10的熱廢氣運(yùn)動經(jīng)過渦輪52，并作用在渦輪52上，即貼靠葉片(未示出)膨脹，渦輪52可轉(zhuǎn)動并驅(qū)動壓縮機(jī)34，從而加壓進(jìn)入空氣?？紤]到一個以上的渦輪52可包含在廢氣系統(tǒng)40內(nèi)，并且以并聯(lián)或串聯(lián)的關(guān)系布置。三個不同的示例性后處理系統(tǒng)50、150、250分別在圖1_3中披露。后處理系統(tǒng)50 可包括在廢氣離開渦輪52時沿著廢氣系統(tǒng)40調(diào)節(jié)和引導(dǎo)廢氣的部件。如圖1所示，例如后處理系統(tǒng)50可包括直接氧化催化器(DOC) 54、柴油顆粒過濾器(DPF) 56和NOx還原捕集器(NRT)58。DOC 54可定位成接收離開渦輪52的廢氣。DOC 54可將廢氣流中的污染物轉(zhuǎn)換成更加環(huán)保的組分。例如，DOC M可采用例如過渡金屬催化劑的催化劑，以便經(jīng)由氧化減少廢氣流中的顆粒物質(zhì)。DPF 56可定位在DOC M的下游并與其流體連通。DPF 56可包括本領(lǐng)域公知的任何類型的過濾器，例如泡沫堇青石、燒結(jié)金屬、陶瓷和碳化硅過濾器。DPF 56的至少一部分可以蜂窩、網(wǎng)眼和/或其他適當(dāng)構(gòu)造配置，以便在廢氣流經(jīng)過DPF 56時過濾或截留廢氣流中的顆粒物質(zhì)。DPF 56可包含催化材料，催化材料例如包括鋁、鉬、銠、鋇、鈰和/或堿金屬、 堿土金屬、稀土金屬、或其組合。這些催化材料可以用來幫助DPF 56被動再生，由此廢氣溫度升高到足以燒盡被過濾和截留的煙灰的程度。NRT 58可設(shè)置在DPF 56的下游，以便將廢氣流中的NOx污染物轉(zhuǎn)換成更加環(huán)保的組分。NRT 58可例如是選擇性催化還原捕集器(SCR)，其中還原劑用來將NOx轉(zhuǎn)換成更加環(huán)保的組分。替代地，NRT 58可例如是稀NOx捕集器(LNT)，其中含有沸石的載體涂層用來將NOxR換成更環(huán)保的組分。應(yīng)該理解到DOC 54、DPF 56、和NRT58在后處理系統(tǒng)50內(nèi)的位置可以適當(dāng)?shù)刂匦屡渲?，而不偏離本發(fā)明的范圍。后處理系統(tǒng)50還可包括被構(gòu)造成從廢氣流中分離例如CO和蒸汽的某些元素的分離器60。分離器60可以例如是薄膜、多孔元件或以蜂窩、網(wǎng)眼和/或其他適當(dāng)構(gòu)造配置的管狀裝置，以便從廢氣提取所選組分。分離器60可靠近廢氣歧管20定位，并且在一些情況下，可以由能夠經(jīng)受與這種定位相關(guān)聯(lián)的溫度的材料制成。例如，分離器60可以是陶瓷、金屬或能夠經(jīng)受例如高達(dá)400-800°C、特別是500-600°C的高溫的任何其他公知的材料。在本公開的剩余部分中，出于示例目的，分離器60將被描述成薄膜。這種描述不認(rèn)為有限制含義。如圖1所示，薄膜60可定位在廢氣歧管20的下游和渦輪52的上游。薄膜60的孔口 (未示出)的尺寸設(shè)置成從廢氣提取蒸汽和CO。例如，薄膜60的孔口的尺寸可設(shè)置成具有允許至少63. 41cm3/g-mol的擴(kuò)散容積的直徑。這種孔口尺寸可以足夠大，以在限制較大廢氣分子通過的同時使得蒸汽和CO分子通過。經(jīng)過薄膜60提取可以通過離開廢氣歧管20 的廢氣壓力驅(qū)動。替代地，薄膜60可定位在渦輪52的下游。在這種位置上，希望的是包括泵(未示出)來驅(qū)動經(jīng)過薄膜60的提取。后處理系統(tǒng)50還可包括定位成接收通過薄膜60從廢氣提取的蒸汽和CO的水煤氣變換反應(yīng)器(WGSR) 70。提取的蒸汽和CO可以例如通過離開廢氣歧管20的廢氣的壓力引導(dǎo)到WGSR 70。WGSR 70可以包括例如實體銅封裝件。替代地，WGSR 70可包括例如具有基于銅的涂層的封裝件。銅或基于銅的涂層用作催化劑，激發(fā)或有助于封裝件內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。 WGSR 70采用被提取的蒸汽和CO來產(chǎn)生形成CO2和H2的化學(xué)反應(yīng)。這些組分可接著被引導(dǎo)到NRT 58，以便在廢氣系統(tǒng)40內(nèi)用作NOx還原劑。替代地，如圖2所示，廢氣系統(tǒng)40可包括渦輪152和后處理系統(tǒng)150。類似于后處理系統(tǒng)50，后處理系統(tǒng)150可包括直接氧化催化器(DOC) 154、柴油顆粒過濾器(DPF) 156、 NOx還原捕集器(NRT) 158和薄膜160。應(yīng)該理解到DOC 154,DPF 156和NRT 158在后處理系統(tǒng)150中的位置可以適當(dāng)?shù)刂匦屡渲?，而不偏離本發(fā)明的范圍。如圖2所示，薄膜160可定位在廢氣歧管20的下游和渦輪152的上游。薄膜160 可包括孔口(未示出)，孔口的尺寸設(shè)置成從廢氣提取蒸汽。因此，薄膜160的孔口的尺寸設(shè)置成具有允許至少23. 25cm3/g-mol的擴(kuò)散容積的直徑。這種孔口尺寸可以足夠大，以在限制較大廢氣分子通過的同時使得蒸汽分子通過。經(jīng)過薄膜160提取可以通過離開廢氣歧管20的廢氣壓力驅(qū)動。替代地，薄膜160可定位在渦輪152的下游。在這種位置上，希望的是包括泵(未示出)來驅(qū)動經(jīng)過薄膜160的提取。如圖2所示，后處理系統(tǒng)150還另外包括定位成接收被提取的蒸汽并使其電解成 H2和A的高溫電解反應(yīng)器(HTER) 180。被提取的蒸汽可例如通過離開廢氣歧管20的廢氣的壓力引導(dǎo)到HTER 180。HTER 180可以包括具有基于貴金屬的催化劑的封裝件，以有助于被提取的蒸汽的電解。為了供應(yīng)所需電能以便執(zhí)行這種電解，后處理系統(tǒng)150還可包括發(fā)電機(jī)182和電池184。發(fā)電機(jī)182定位成將來自發(fā)動機(jī)12的曲軸22的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。 產(chǎn)生的電能可被供應(yīng)到電池184，并類似地經(jīng)由適當(dāng)?shù)碾娺B接裝置供應(yīng)到HTER 180。電池 184可以是任何適當(dāng)?shù)碾姵兀ǖ痪窒抻跈C(jī)械的任何機(jī)載電池。后處理系統(tǒng)150還可包括定位成接收電解的H2和&的第二分離元件(分離器186)。分離器186可以例如是以蜂窩、網(wǎng)眼和/或其他適當(dāng)構(gòu)造配置的薄膜或管狀裝置，使得分離器186將從HTER 180接收的H2和&分離。這些組分可接著被引導(dǎo)到廢氣系統(tǒng)40的多種元件，以便用作NOx還原劑。 例如，H2可以經(jīng)由第一路徑引導(dǎo)到NRT 158，并且O2可經(jīng)由第二路徑引導(dǎo)到DOC 154。替代地，如圖3所示，廢氣系統(tǒng)40可包括渦輪252和后處理系統(tǒng)250。類似于后處理系統(tǒng)50和150，后處理系統(tǒng)250可包括直接氧化催化器(DOC) 254、柴油顆粒過濾器 (DPF) 256、N0X還原捕集器(NRT) 258和薄膜洸0。應(yīng)該理解到DOC 254,DPF 256和NRT 258 在后處理系統(tǒng)250中的位置可以適當(dāng)?shù)刂匦屡渲茫黄x本發(fā)明的范圍。如圖3所示，薄膜260可定位在廢氣歧管20的下游和渦輪252的上游。薄膜260 可包括孔口(未示出)，孔口的尺寸設(shè)置成從廢氣提取蒸汽。因此，薄膜160的孔口的尺寸設(shè)置成具有允許至少23. 25cm3/g-mol的擴(kuò)散容積的直徑。這種孔口尺寸可以足夠大，以在限制較大廢氣分子通過的同時使得蒸汽分子通過。經(jīng)過薄膜260提取可以通過離開廢氣歧管20的廢氣壓力驅(qū)動。替代地，薄膜260可定位在渦輪252的下游。在這種位置上，希望的是包括泵(未示出)來驅(qū)動經(jīng)過薄膜沈0的提取。如圖3所示，后處理系統(tǒng)250可另外包括定位成從薄膜260接收提取的蒸汽的蒸汽重整反應(yīng)器(SRR09O。后處理系統(tǒng)250還可包括能夠?qū)⑻細(xì)淙剂蠂娚涞絊RR 290內(nèi)以有助于SRR 290內(nèi)的反應(yīng)以便形成H2和CO的噴射器四2。被提取的蒸汽可例如通過離開廢氣歧管20的廢氣的壓力被引導(dǎo)到SRR 2900 SRR 290可包括具有基于銠、鉬或鎳的催化劑的封裝件，以有助于H2和CO的形成。這些組分在廢氣系統(tǒng)40內(nèi)用作NOx還原劑。碳?xì)淙剂峡衫鐝娜剂显?94供應(yīng)。燃料源294可以是通過發(fā)動機(jī)12使用的相同燃料源。SRR 290內(nèi)形成的H2和CO可以例如被引導(dǎo)到NRT 258，以便用于還原廢氣中的N0X。圖4-6是分別表示操作圖1-3的后處理系統(tǒng)50、150、250的多種方法的流程圖。圖 4-6將在下面更加詳細(xì)說明。工業(yè)實用性本發(fā)明的NOx還原系統(tǒng)可以設(shè)置在包括產(chǎn)生廢氣流的例如發(fā)動機(jī)的動力源的任何機(jī)械或動力系統(tǒng)中。本發(fā)明的NOx還原系統(tǒng)可相對于廢氣流中的NO增加NO2的含量，由此減少排放到大氣的有害于環(huán)境的污染物的含量?，F(xiàn)在將描述廢氣后處理系統(tǒng)50、150、250 的操作。大氣空氣經(jīng)由空氣過濾器32被抽吸到空氣引入系統(tǒng)30，并且可被引導(dǎo)經(jīng)過壓縮機(jī)34，其中空氣在進(jìn)入發(fā)動機(jī)12的燃燒室之前被加壓到預(yù)定程度。燃料可以在進(jìn)入發(fā)動機(jī) 12的燃燒室之前或之后與加壓空氣混合。燃料和空氣的混合物可通過發(fā)動機(jī)12點(diǎn)燃，以便產(chǎn)生機(jī)械功和含有氣體化合物的廢氣流。廢氣流可以是含有固體顆粒物質(zhì)和例如碳、硫和 NOx的污染物的流體。廢氣流可從發(fā)動機(jī)12沿著廢氣系統(tǒng)40引導(dǎo)到渦輪52、152、252，其中熱廢氣的膨脹可造成渦輪52、152、252轉(zhuǎn)動，由此轉(zhuǎn)動相連接的壓縮機(jī)34，造成壓縮機(jī)34 壓縮進(jìn)入空氣。離開渦輪52、152、252的廢氣可沿著廢氣系統(tǒng)40流過后處理系統(tǒng)50、150、 250。隨著廢氣經(jīng)過后處理系統(tǒng)50、150、250，廢氣可進(jìn)行一系列減小廢氣中NOx的含量的化學(xué)反應(yīng)，使其最終釋放到大氣。圖1-3所示的示例性后處理系統(tǒng)50、150、250中的替代示例性路徑將在下面更加完整說明。圖4是用于操作圖1的后處理系統(tǒng)50的示例性公開的方法的流程圖。在離開廢氣歧管20 (步驟99)之后，廢氣的一部分被引導(dǎo)經(jīng)過薄膜60。薄膜60可以被構(gòu)造成從廢氣流提取至少一些蒸汽和CO(步驟100)。這種構(gòu)造可以通過適當(dāng)設(shè)置薄膜60的孔口的分子直徑尺寸從而在限制較大尺寸的廢氣分子經(jīng)過的同時使得具有相同或較小的分子直徑的某些廢氣分子經(jīng)過來實現(xiàn)。被提取的蒸汽和CO接著被引導(dǎo)到WGSR 70，其中被提取的蒸汽和CO反應(yīng)以便形成 0)2和吐(步驟110)，例如根據(jù)以下化學(xué)反應(yīng)，通過WGSR 70的銅或基于銅的涂層促進(jìn)或激發(fā)CCHH2O — C02+H2 (1)這種反應(yīng)是略微放熱的GlJ/mol)，并且可將附加熱量供應(yīng)到NRT 58。這種附加熱量可改善NRT 58中NOx還原的效率。因此，設(shè)想到WGSR 70可以靠近廢氣歧管20定位。 這種配置將使得WGSR 70利用離開廢氣歧管20的相對高溫的廢氣以便在較快的反應(yīng)速度下形成足夠的H2。WGSR 70中形成的H2可以用作還原劑，并且可被引導(dǎo)到NRT 58，其中H2 的存在將有助于將沿著廢氣系統(tǒng)40流動的廢氣中的NOx污染物轉(zhuǎn)換成更加環(huán)保的組分。例如，H2可與NOx反應(yīng)，以便形成蒸汽和N2。WGSR 70中形成的H2和(X)2可通過離開廢氣歧管 20的廢氣的壓力引導(dǎo)。替代地，可以使用泵或其他適當(dāng)裝置將這些組分引導(dǎo)經(jīng)過廢氣系統(tǒng) 40。離開廢氣歧管20的廢氣的一部分可被引導(dǎo)經(jīng)過薄膜60。沒有引導(dǎo)經(jīng)過薄膜60的廢氣可經(jīng)過渦輪52，并且驅(qū)動壓縮機(jī)34 (步驟115)。離開渦輪52的廢氣可到達(dá)包括DOC 54的后處理系統(tǒng)50，其中廢氣流中的污染物的至少一部分(包括但不局限于顆粒物質(zhì))可被氧化成更加環(huán)保的組分(步驟120)。在離開DOC 54之后，廢氣可經(jīng)過DPF 56，其中廢氣中剩余的顆粒物質(zhì)的至少一部分可被截留在DPF 56內(nèi)(步驟130)。離開DPF 56的廢氣接著可流到NRT 58，其中NOx的還原可通過將廢氣流中的NOx污染物轉(zhuǎn)換成更加環(huán)保的組分來實現(xiàn)(步驟140)。廢氣中例如NOx的元素可與從WGSR 70引導(dǎo)到NRT 58的CO2和H2反應(yīng)。替代地或另外，例如無水氨、水合氨或尿素的還原劑可在NRT 58中與NOx反應(yīng)，從而形成更加環(huán)保的組分；或者含有沸石的載體涂層可在NRT 58內(nèi)與NOx反應(yīng)，從而形成更加環(huán)保的組分。廢氣元素可在形成的CO2和H2存在或不存在的情況下與還原劑和/或載體涂層反應(yīng)。在經(jīng)過后處理系統(tǒng)50之后，處理的廢氣可以被釋放到周圍大氣(步驟145)。圖5是用于操作圖2的后處理系統(tǒng)150的替代的示例性公開的方法的流程圖。在離開廢氣歧管20 (步驟199)之后，廢氣的一部分可被引導(dǎo)經(jīng)過薄膜160。薄膜160可被構(gòu)造成從廢氣流提取至少一些蒸汽(步驟200)。這種構(gòu)造可以通過適當(dāng)設(shè)置薄膜160的孔口的分子直徑尺寸從而在限制較大的廢氣分子經(jīng)過的同時使得具有相同或較小的分子直徑的某些廢氣分子經(jīng)過來實現(xiàn)。被提取的蒸汽接著被引導(dǎo)到HTER 180，其中根據(jù)以下化學(xué)反應(yīng)方程式，被提取的蒸汽被電解以便形成H2和O2 (步驟210)2H20 — 2H2+02 (2)HTER 180可靠近廢氣歧管20定位。這種配置將允許HTER 180利用廢氣流中的廢能，使得后處理系統(tǒng)150的效率增加。電解需要電流的引入。這種電流可通過發(fā)電機(jī)182和電池184供應(yīng)。如上所述，發(fā)電機(jī)182可定位成將來自發(fā)動機(jī)12的曲軸22的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。產(chǎn)生的電能可供應(yīng)到電池184，并且類似地經(jīng)由適當(dāng)電連接裝置供應(yīng)到HTER 180。 電池184可以是任何適當(dāng)?shù)碾姵?，包括但不局限于機(jī)械的任何機(jī)載電池。電解的吐和02可被弓I導(dǎo)到分離器186，并通過分離器186分離。HTER 180中形成的H2可以被引導(dǎo)到NRT 158，其中H2的存在將有助于將沿著廢氣系統(tǒng)40流動的廢氣中的NOx污染物轉(zhuǎn)換成更加環(huán)保的組分。例如，H2可與NOx反應(yīng)以便形成蒸汽和N2。類似地，HTER180中形成的O2可被引導(dǎo)到DOC 154，以有助于沿著廢氣系統(tǒng)40 流動的廢氣中的顆粒物質(zhì)氧化。HTER 180中形成的H2和O2可通過離開廢氣歧管20的廢氣的壓力分別被引導(dǎo)到NRT 158和DOC 154。替代地，可以使用泵或其他適當(dāng)裝置，將這些組分引導(dǎo)經(jīng)過廢氣系統(tǒng)40。離開廢氣歧管20的廢氣的一部分可被引導(dǎo)經(jīng)過薄膜160。沒有引導(dǎo)經(jīng)過薄膜160 的廢氣可經(jīng)過渦輪152，并且驅(qū)動壓縮機(jī)34 (步驟215)。離開渦輪152的廢氣可到達(dá)包括 DOC 154的后處理系統(tǒng)150，其中廢氣流中的污染物的至少一部分(包括但不局限于顆粒物質(zhì))可被氧化成更加環(huán)保的組分(步驟220)。在離開DOC 154之后，廢氣可經(jīng)過DPF 156， 其中廢氣中剩余的顆粒物質(zhì)的至少一部分可被截留在DPF 156內(nèi)(步驟230)。離開DPF 156的廢氣接著可流到NRT 158，其中NOx的還原可通過將廢氣流中的NOx污染物轉(zhuǎn)換成更加環(huán)保的組分來實現(xiàn)(步驟240)。廢氣中例如NOx的元素可與從HTER180引導(dǎo)到NRT 158 的H2反應(yīng)。替代地或另外，例如無水氨、水合氨或尿素的還原劑可在NRT 158中與NOx反應(yīng)， 從而形成更加環(huán)保的組分；或者含有沸石的載體涂層可在NRT 158內(nèi)與NOxK應(yīng)，從而形成更加環(huán)保的組分。廢氣元素可在形成的H2存在或不存在的情況下與還原劑和/或載體涂層反應(yīng)。在經(jīng)過后處理系統(tǒng)150之后，處理的廢氣可以被釋放到周圍大氣(步驟245)。圖6是用于操作圖3的后處理系統(tǒng)250的替代的示例性公開的方法的流程圖。在離開廢氣歧管20 (步驟299)之后，廢氣的一部分可被引導(dǎo)經(jīng)過薄膜260。薄膜260可被構(gòu)造成從廢氣流提取至少一些蒸汽(步驟300)。這種構(gòu)造可以通過適當(dāng)設(shè)置薄膜260的孔口的分子直徑尺寸從而在限制較大的廢氣分子經(jīng)過的同時使得具有相同或較小的分子直徑的某些廢氣分子經(jīng)過來實現(xiàn)。被提取的蒸汽接著被引導(dǎo)到SRR 290，其中根據(jù)以下吸熱化學(xué)反應(yīng)方程式，被提取的蒸汽與被噴射的碳?xì)淙剂匣旌?步驟310)1. 5n H2CHCnH2n — 0. 5nC02+0. 5nC0+l. 5nH2 (3)這種反應(yīng)所需的基于碳?xì)涞娜剂峡梢越?jīng)由噴射器292噴射。同樣，所需的基于碳?xì)涞娜剂峡蓮陌l(fā)動機(jī)12所使用的相同燃料源供應(yīng)，由此消除附加基礎(chǔ)設(shè)施的需要。替代地，可以設(shè)置獨(dú)立的燃料源。吸熱化學(xué)反應(yīng)需要預(yù)先加熱。因此，設(shè)想到SRR 290可靠近廢氣歧管20定位。這種配置將允許SRR 290利用廢氣流中的廢能，使得后處理系統(tǒng)250的效率增加。另外，由于吸熱反應(yīng)吸收熱量，將SRR 290靠近廢物歧管20放置可降低離開廢氣歧管20的廢氣的溫度。這種溫度降低可增加廢氣歧管20以及其他下游部件的耐用性。SRR 290中形成的CO和H2可被引導(dǎo)到NRT 258，其中CO和H2的存在將有助于將沿著廢氣系統(tǒng)40流動的廢氣中的NOx污染物轉(zhuǎn)換成更加環(huán)保的組分。例如，H2可與NOx反應(yīng)以便形成蒸汽和N2。SRR 290中形成的CO和H2可通過離開廢氣歧管20的廢氣的壓力引導(dǎo)。替代地，可以使用泵或其他適當(dāng)裝置，將這些組分引導(dǎo)經(jīng)過廢氣系統(tǒng)40。離開廢氣歧管20的廢氣的一部分可被引導(dǎo)經(jīng)過薄膜260。沒有引導(dǎo)經(jīng)過薄膜260 的廢氣可經(jīng)過渦輪252，并且驅(qū)動壓縮機(jī)34 (步驟315)。離開渦輪252的廢氣可到達(dá)包括 DOC 254的后處理系統(tǒng)250，其中廢氣流中的污染物的至少一部分(包括但不局限于顆粒物質(zhì))可被氧化成更加環(huán)保的組分(步驟320)。在離開DOC 254之后，廢氣可經(jīng)過DPF 256， 其中廢氣中剩余的顆粒物質(zhì)的至少一部分可被截留在DPF 256內(nèi)(步驟330)。離開DPF 256的廢氣接著可流到NRT 258，其中NOx的還原可通過將廢氣流中的NOx污染物轉(zhuǎn)換成更加環(huán)保的組分來實現(xiàn)(步驟340)。廢氣中例如NOx的元素可與從SRR 290引導(dǎo)到NRT 258 的H2和CO反應(yīng)。替代地或另外，例如無水氨、水合氨或尿素的還原劑可在NRT 158中與NOx 反應(yīng)，從而形成更加環(huán)保的組分；或者含有沸石的載體涂層可在NRT 258內(nèi)與NOx反應(yīng)，從而形成更加環(huán)保的組分。廢氣元素可在形成的H2和CO存在或不存在的情況下與還原劑和 /或載體涂層反應(yīng)。在經(jīng)過后處理系統(tǒng)250之后，處理的廢氣可以被釋放到周圍大氣(步驟 350)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解到可以對本發(fā)明的NOx還原系統(tǒng)進(jìn)行多種改型和變型而不偏離本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將從說明書的考量和這里披露的系統(tǒng)的實踐中明白其他的實施方式。所打算的是說明書和例子只作為示例性考慮，本發(fā)明的真實范圍通過所附權(quán)利要求及其等同物來指明。
權(quán)利要求
1.一種還原高溫發(fā)動機(jī)廢氣流中的NOx的方法，包括 將高溫廢氣流的一部分從發(fā)動機(jī)的廢氣歧管引導(dǎo)到分離器； 通過所述分離器從高溫廢氣流分離蒸汽；以及使用被分離的蒸汽的組分來還原高溫廢氣中的N0X。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所述被分離的蒸汽引導(dǎo)到水煤氣變換反應(yīng)器、蒸汽重整反應(yīng)器或高溫電解反應(yīng)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括 使用所述分離器從高溫廢氣流分離CO ；將所述被分離的蒸汽引導(dǎo)到所述水煤氣變換反應(yīng)器；以及使用被分離的CO和所述水煤氣變換反應(yīng)器中的蒸汽形成(X)2和H2。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括將所述被分離的蒸汽引導(dǎo)到所述高溫電解反應(yīng)器；以及電解所述被分離的蒸汽，以便形成吐和02。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括 將所述被分離的蒸汽引導(dǎo)到所述蒸汽重整反應(yīng)器； 將碳?xì)淙剂蠂娚涞剿稣羝卣磻?yīng)器中；以及在所述蒸汽重整反應(yīng)器內(nèi)形成吐和CO。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過所述分離器從所述高溫廢氣流分離蒸汽包括通過薄膜從所述廢氣流分離蒸汽。
7.—種還原發(fā)動機(jī)廢氣流中的NOx的方法，包括 將廢氣流從發(fā)動機(jī)引導(dǎo)到分離元件；通過所述分離元件從所述廢氣流分離蒸汽和CO ；以及使用被分離的CO和蒸汽形成(X)2和H2。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中形成(X)2和吐包括在水煤氣變換反應(yīng)器內(nèi)形成CO2 和H20
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括通過將形成的H2引導(dǎo)到NOx還原捕集器來還原廢氣流中的N0X。
10.一種還原發(fā)動機(jī)廢氣流中的NOx的方法，包括 使得廢氣流的至少大部分經(jīng)過分離器；通過所述分離器從廢氣流分離蒸汽； 在高溫電解反應(yīng)器內(nèi)使用被分離的蒸汽形成H2和A ；以及通過形成的H2還原廢氣中的NOx。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括通過所述高溫電解反應(yīng)器內(nèi)形成的A減少廢氣中的顆粒物質(zhì)。
12.—種還原發(fā)動機(jī)廢氣流中的NOx的方法，包括 通過分離器從廢氣流分離蒸汽；將被分離的蒸汽與碳?xì)淙剂匣旌希员阈纬蒆2 ；以及通過形成的H2還原廢氣中的NOx。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括在蒸汽重整反應(yīng)器內(nèi)除了吐之外形成CO ；其中還原廢氣流中的NOx包括將形成的CO和H2引導(dǎo)到NOx還原捕集器。
14.一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)系統(tǒng)，包括燃燒式發(fā)動機(jī)；發(fā)動機(jī)廢氣歧管；分離器，其在廢氣流路中定位在所述發(fā)動機(jī)廢氣歧管的下游，所述分離器能夠從所述廢氣流路中的廢氣提取蒸汽；以及能夠接收被提取的蒸汽并形成NOx還原劑的元件。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述元件是水煤氣變換反應(yīng)器、蒸汽重整反應(yīng)器或高溫電解反應(yīng)器。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述分離器還能夠從廢氣流提取CO；并且所述元件是能夠使得蒸汽和CO反應(yīng)以便形成NOx還原劑的水煤氣變換反應(yīng)器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述NOx還原劑是H2。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述元件包括能夠使得被提取的蒸汽電解的高溫電解反應(yīng)器。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述元件包括能夠形成包括吐和CO的NOx還原劑的蒸汽重整反應(yīng)器；以及還包括能夠?qū)⒒谔細(xì)涞娜剂蠂娚涞剿稣羝卣磻?yīng)器中的燃料噴射器。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述分離器包括具有孔口的薄膜，所述孔口的尺寸設(shè)置成從廢氣提取蒸汽。
全文摘要
公開一種用于燃燒式發(fā)動機(jī)廢氣且具有分離器的NOx還原系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具有廢氣歧管的燃燒式發(fā)動機(jī)。分離器定位在廢氣系統(tǒng)中的發(fā)動機(jī)廢氣歧管的下游。分離器被構(gòu)造成從廢氣系統(tǒng)的廢氣提取蒸汽，并且元件被構(gòu)造成接收提取的蒸汽并形成NOx還原劑，NOx還原劑用來在廢氣釋放到大氣之前減小廢氣中NOx的含量。
文檔編號B01D53/74GK102300623SQ200980155699
公開日2011年12月28日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
發(fā)明者J·J·德里斯科爾, J·P·杰克遜, M·S·邦德, 劉雅楓 申請人:卡特彼勒公司