專利名稱：將含氧還原劑提供到排放物處理系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明包括涉及排放物處理系統(tǒng)的實(shí)施方案，更具體地講，涉及將還原劑提供到 排放物處理系統(tǒng)，以提高其NOx轉(zhuǎn)化效率。
背景技術(shù)：
目前的排放物控制法規(guī)需要減少柴油機(jī)排氣中的污染物質(zhì)。NOx，主要是NO和NO2, 導(dǎo)致產(chǎn)生煙霧、地平面臭氧生成和酸雨。NO在與柴油機(jī)相關(guān)的高燃燒溫度下大量產(chǎn)生。NO2 主要由柴油機(jī)排氣流中NO的后氧化生成。排氣后處理裝置通過使用還原劑減少NOx。將 還原劑加入到進(jìn)入后處理裝置的排氣，并且在選擇性催化還原(SCR)過程中通過催化劑與 NOx反應(yīng)。典型的還原劑可包括輕烴和含氧化合物(如醇)。提供還原劑的已知方法可包括單獨(dú)提供還原劑和燃料，或者可包括從燃料本身原 位化學(xué)產(chǎn)生還原劑。這些方法一般利用復(fù)雜的子系統(tǒng)，如專用泵、過濾器、儲(chǔ)箱等。另外，這 些系統(tǒng)也需要有用空間和專用材料，因此涉及額外支出。因此，需要供給還原劑以提供更好 的總體經(jīng)濟(jì)性且容易操作的改善的系統(tǒng)和方法。發(fā)明概述本發(fā)明的實(shí)施方案提供了車載型(on-board)分離和使用含氧劑作為還原劑用于 NOx氣體的基于烴的SCR處理的系統(tǒng)和方法。含氧劑為貧油燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中NOx選擇性 催化還原中的活性還原劑。簡(jiǎn)單地講，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明提供了一種將還原劑提供到排放 物處理裝置的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括燃料箱，所述燃料箱適合直接或間接提供第一預(yù)混燃料 流和第二預(yù)混燃料流，各燃料流包含主要燃料成分和含氧還原劑成分；與燃料箱流體連通 的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造成接收第一預(yù)混燃料流并產(chǎn)生排氣流；處理所述排氣流的 排放物處理裝置；構(gòu)造成接收第二預(yù)混燃料流的分離裝置將第二預(yù)混燃料流分離成第一分 流和第二分流，并且將第一分流提供到所述排放物處理裝置，其中第一分流包含比第二分 流更高濃度的含氧還原劑成分。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明提供了一種將還原劑提供到排放物處理裝 置的方法，所述方法包括將第一預(yù)混燃料流提供到發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造成產(chǎn)生排 氣流；將第二預(yù)混燃料流提供到分離裝置，其中第一預(yù)混燃料流和第二預(yù)混燃料流各自包 含含氧還原劑成分和主要燃料成分；使至少一部分第二預(yù)混燃料流通過分離裝置分離成第 一分流和第二分流，其中第一分流包含比第二分流更高濃度的含氧還原劑成分；并且將第 一分流提供到排放物處理裝置以處理排氣流。附圖簡(jiǎn)述

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案用于將還原劑提供到排放物處理裝置的示例 性系統(tǒng)的示意圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案用于將還原劑提供到排放物處理裝置的示 例性系統(tǒng)的示意圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案用于將還原劑提供到排放物處理裝置的示例性系統(tǒng)的示意圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的分離裝置的示意圖。圖5為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的分離裝置的示意圖。圖6為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案用于將還原劑提供到排放物處理裝置的示 例性系統(tǒng)的示意圖。圖7為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案用于將還原劑提供到排放物處理裝置的示 例性系統(tǒng)的示意圖。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案用于將還原劑提供到排放物處理裝置的 方法。發(fā)明詳述圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案用于使來自發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx排放物還原的示例性 系統(tǒng)10的示意圖。系統(tǒng)10包括發(fā)動(dòng)機(jī)12，發(fā)動(dòng)機(jī)12直接用第一預(yù)混燃料流14從燃料箱 16供料。車載型分離裝置18直接用第二預(yù)混燃料流20從燃料箱16供料。如果需要，燃料 箱16可適合通過離開燃料箱的單一預(yù)混燃料流(未顯示)間接將第一預(yù)混燃料流14提供 到發(fā)動(dòng)機(jī)12，將第二預(yù)混燃料流20提供到分離裝置18，單一預(yù)混燃料流經(jīng)分流，或包含滑 流(slip stream)，以形成第一預(yù)混燃料流和第二預(yù)混燃料流。預(yù)混燃料流14和20各自包 含主要燃料成分(一般包括適用于發(fā)動(dòng)機(jī)12操作的燃料)和適用于如下討論用于NOx還 原的含氧還原劑成分。分離裝置18使含氧還原劑成分從第二預(yù)混燃料流20中的主要燃料 成分分離。燃料箱16可適合將第一預(yù)混燃料流14提供到第一燃料泵22，其中第一燃料泵適 合將第一預(yù)混燃料流泵送到發(fā)動(dòng)機(jī)12。燃料箱16也適合將第二預(yù)混燃料流20提供到第二 燃料泵24。第二燃料泵24將第二預(yù)混燃料流20泵送到分離裝置18。在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間 一部分第一預(yù)混燃料流14在發(fā)動(dòng)機(jī)12中燃燒，從而產(chǎn)生含NOx的排氣排放物。如此產(chǎn)生 的排氣通過排氣流30排出。排氣流30將排氣帶到排放物處理裝置32，在此通過選擇性催 化還原處理排氣流。得到的含減少NOx排放物的經(jīng)處理排氣流38排入大氣中。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法允許用一個(gè)燃料箱26將燃料和還原劑裝在一起，且除了燃 料箱外不再需要用于SCR還原劑的額外儲(chǔ)箱。從執(zhí)行和分配點(diǎn)方面這是有利的。例如，可 將該系統(tǒng)安裝在現(xiàn)有的機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)上。可用各種分離技術(shù)從主要燃料成分分離含氧還原劑成分。例如，分離裝置18可以 為閃蒸、蒸餾和/或膜分離裝置。分離裝置18將第二預(yù)混燃料流20分離成第一分流42和 第二分流44。由于分離裝置18用于從主要燃料成分分離還原劑成分，因此，第一分流42包 含比第二分流44更高濃度的含氧還原劑。第一分流42通過排氣流30提供到排放物處理 裝置32。分離裝置18可將第一分流42提供到第一分流泵50，其中第一分流泵適合將至少 一部分第一分流經(jīng)排氣流30泵送到排放物處理裝置32，如圖1所示。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí) 施方案中(未顯示)，可將一部分第一分流42送回到燃料箱16，或直接送到發(fā)動(dòng)機(jī)12。第一燃料泵22、第二燃料泵24和第一分流泵50可各自為電動(dòng)燃料泵。在本發(fā)明 的另一個(gè)實(shí)施方案中，泵22、24和50可以為燃料注射器。參考圖2，為了使至少一部分離開分離裝置的第一分流42冷凝，可與分離裝置18 流體連通布置冷凝器54。因此，第一分流42中的含氧還原劑可在冷凝器54中冷凝，并作為液體注入排氣流30，或者可冷凝，然后儲(chǔ)存于儲(chǔ)箱58，如圖2所示。第二燃料分流44循環(huán) 回到燃料箱16 (見圖11和2)。含氧還原劑成分從主要燃料成分完全分離雖然是期望的，但 不是必須的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)燃料也可在基于烴的SCR中用作還原劑。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施 方案中(未顯示)，可將一部分第二分流44直接送到發(fā)動(dòng)機(jī)12，并且作為發(fā)動(dòng)機(jī)的主要燃 料燃燒。在系統(tǒng)的又一個(gè)實(shí)施方案中(未顯示)，如果系統(tǒng)10裝配有使用燃料燃燒器以再 生的柴油機(jī)微粒過濾器，則可將第二分流44送到燃料燃燒器。參考圖1和2，分離的含氧劑的量可用位于排放物處理裝置32下游的NOx傳感器 60控制。NOx傳感器60檢測(cè)離開排放物處理裝置32的經(jīng)處理排氣流38中的NOx濃度。 NOx傳感器60將代表經(jīng)處理排氣流38中的NOx濃度的信號(hào)發(fā)送到第二預(yù)混燃料控制器62。 第二預(yù)混燃料控制器62整合加工過的信息，并確定系統(tǒng)參數(shù)是否為合理控制經(jīng)處理排氣 流38的指示，并且可進(jìn)一步確定是否需要將還原劑提供到排放物處理裝置32。因此，第二 預(yù)混燃料控制器62根據(jù)從NOx傳感器60收到的信號(hào)調(diào)節(jié)進(jìn)入分離裝置18的第二預(yù)混燃 料流20的流量。第二燃料泵24與第二預(yù)混燃料控制器62連通，此控制器直接控制和監(jiān)測(cè) 第二燃料泵的操作，以將一部分第二預(yù)混燃料流20注入分離裝置18。參考圖2，NOx傳感器60可供選地用于直接控制進(jìn)入排放物處理裝置32的含氧還 原劑流(即，第一分流42)的量。NOx傳感器60將代表經(jīng)處理排氣流38中的NOx濃度的 信號(hào)發(fā)送到第一分流控制器64。第一分流控制器64根據(jù)此信號(hào)調(diào)節(jié)進(jìn)入排放物處理裝置 32的第一分流42的流量。第一分流泵50與第一分流控制器64連通，并且控制器64直接 控制和監(jiān)測(cè)第一分流泵的操作，以將至少一部分第一分流42通過排氣流30注入排放物處 理裝置32。圖2還顯示儲(chǔ)箱58中的液位開關(guān)的附加控制回路，附加控制回路控制送到分離裝 置18的預(yù)混燃料量。具體地講，儲(chǔ)箱傳感器68檢測(cè)儲(chǔ)箱58中所冷凝第一分流42的體積。 儲(chǔ)箱傳感器68將代表所檢測(cè)第一分流體積的信號(hào)發(fā)送到第二預(yù)混燃料控制器62，此控制 器根據(jù)此信號(hào)調(diào)節(jié)進(jìn)入分離裝置18的第二預(yù)混燃料流20的流量。在圖3所示的一個(gè)供選實(shí)施方案中，結(jié)合與燃料箱16流體連通的燃料轉(zhuǎn)化裝置 72，以將氫和其他烴還原劑提供到排氣流30。燃料轉(zhuǎn)化裝置72適合從第二預(yù)混燃料流20 接收燃料分流(split fuel stream) 74。燃料轉(zhuǎn)化裝置18使至少一部分通過燃料分流74 進(jìn)入裝置的燃料轉(zhuǎn)化成還原劑。可在本發(fā)明的系統(tǒng)和方法中使用本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的 任何燃料轉(zhuǎn)化裝置72，其中所述燃料轉(zhuǎn)化裝置能夠產(chǎn)生有效用于NOx選擇性催化還原的還 原劑。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，燃料轉(zhuǎn)化裝置72為催化部分氧化裝置。如果燃料通過氧 化反應(yīng)轉(zhuǎn)化成還原劑，則將包含氧的供氧流90提供到燃料轉(zhuǎn)化裝置72，以使裝置內(nèi)的燃料 部分氧化。供氧流75可包括來自周圍大氣的空氣、來自發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣滑流(如圖所示)或 任何其他適合的氧源。燃料轉(zhuǎn)化裝置72可產(chǎn)生還原劑，包括但不限于氫和其他烴還原劑， 如柴油燃料、部分裂化柴油燃料、汽油、烯烴、鏈烷烴、異鏈烷烴、烯型酯、含氧劑和芳族化合 物(如萘和石腦油)。氫已顯示有利地與烴用作共還原劑，如但不限于含氧劑、鏈烷烴、鏈烯 烴、炔類(acetylenes)、芳族化合物和萘。控制器76可用于調(diào)節(jié)燃料分流74的流量。NOx傳感器60將代表經(jīng)處理排氣流 38中的NOx濃度的信號(hào)發(fā)送到控制器76?？刂破?6根據(jù)此信號(hào)調(diào)節(jié)進(jìn)入燃料轉(zhuǎn)化裝置72 的燃料分流74的流量。離開燃料轉(zhuǎn)化裝置72的還原劑流78將額外的還原劑直接提供到
7排氣流30。從結(jié)構(gòu)上看，圖1-3所示的控制器62、64和76可分別為常規(guī)微型計(jì)算機(jī)，包括常 規(guī)部件，如微處理器裝置、輸入/輸出端口、只讀存儲(chǔ)器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、讀出顯示器和常 規(guī)數(shù)據(jù)總線。另外，控制器62、64和76可分別包括微控制器或固態(tài)開關(guān)，以與傳感器60和 68連通。在一個(gè)實(shí)施方案中，控制器62、64和76可分別為由用戶編程的電子邏輯控制器。 在另一個(gè)實(shí)施方案中，各控制器62、64和76可包括可通過一個(gè)或多個(gè)模擬輸入端口訪問的 模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，控制器62、64和76可以多種其他方式體現(xiàn)。在一個(gè) 實(shí)施方案中，控制器62、64和76可包括邏輯處理器(未顯示)、閾檢測(cè)電路(未顯示)和報(bào) 警系統(tǒng)(未顯示)。通常邏輯處理器為進(jìn)行計(jì)算工作的處理裝置。它可以為用軟件應(yīng)用程 序或操作系統(tǒng)資源組成的軟件結(jié)構(gòu)。如果分離裝置18通過膜分離操作，此裝置可選自非排他性列舉，包括反滲透膜分 離系統(tǒng)、動(dòng)電分離系統(tǒng)、滲透蒸發(fā)系統(tǒng)、滲透提取系統(tǒng)等。滲透提取包括使具體成分(即，第 二預(yù)混燃料流20中的含氧還原劑成分)溶入膜，那些成分?jǐn)U散通過膜，并且用液體吹掃流 從膜的下游側(cè)去除擴(kuò)散的成分。在滲透蒸發(fā)分離裝置18中，可將第二預(yù)混燃料流20送入分離裝置，由此含氧還原 劑成分通過膜，在膜的滲透物側(cè)蒸發(fā)，同時(shí)主要燃料成分保留在滲余物側(cè)，并作為第二分流 44循環(huán)到燃料箱16。含氧還原劑成分的蒸發(fā)由對(duì)膜的滲余物側(cè)施加的真空驅(qū)使。第一分 流42中的含氧還原劑直接送到排氣流30。或者，使第一分流42中的含氧還原劑在冷凝器 54中冷凝。在送到排氣流30之前將冷凝的第一分流42任選送到儲(chǔ)箱58，如圖2所示。在圖4所示的供選膜分離裝置中，將排氣流30或自排氣流的滑流送過膜的滲透物 側(cè)。這允許含氧還原劑成分從第二預(yù)混燃料流20直接加入排氣流30。進(jìn)入排氣流30的含 氧還原劑成分的量受膜兩側(cè)的壓力差控制，其中在排氣流中需要含氧劑時(shí)第二預(yù)混燃料流 側(cè)20的壓力高于排氣流30側(cè)。膜方法可以為壓力驅(qū)動(dòng)方法，如納濾或真空驅(qū)動(dòng)方法，如滲 透蒸發(fā)。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法利用在滲透蒸發(fā)或滲透提取條件進(jìn)行的選擇性 膜分離。在滲透蒸發(fā)過程中，通過真空泵或惰性氣體流在膜的滲透物側(cè)產(chǎn)生分壓。移動(dòng)通 過膜的液體成分(例如預(yù)混燃料流20中的含氧還原劑成分)通過低壓蒸發(fā)、去除并冷凝。 滲透蒸發(fā)過程依賴滲透物側(cè)的真空或吹掃氣體使?jié)B透物從表面到膜蒸發(fā)或以別的方式去 除。到滲透蒸發(fā)裝置的進(jìn)料為液態(tài)和/或氣態(tài)。在進(jìn)料為氣態(tài)時(shí)，將此過程描述為蒸氣滲 透。布置在分離裝置18中的膜可選自非排他性列舉，包括聚合物、陶瓷、碳和這些的 混合物，并且可以為均勻或不均勻、結(jié)構(gòu)對(duì)稱或不對(duì)稱、固體或液體，可帶有正電荷或負(fù)電 荷，或者可以為中性或雙極性。另外，膜可以任何方便的形式使用，如片、管或中空纖維。平 片薄膜可包裹成螺旋卷繞的模塊元件或打褶的筒，或者可在板框式系統(tǒng)中以單片使用。使 管狀或中空的纖維結(jié)構(gòu)形成束，并且在一端或兩端裝入。螺旋卷繞、板框式或中空纖維結(jié)構(gòu) 形式的多個(gè)分離元件可串聯(lián)或并聯(lián)使用。在一個(gè)實(shí)施方案中，分離裝置18包括具有滲透差別性的膜。在此情況下，差別滲 透性是指含氧還原劑成分通過膜的滲透性實(shí)質(zhì)不同于主要燃料成分的滲透性，并且此差異達(dá)到發(fā)生兩種成分分離的程度。在很多情況下，含氧還原劑成分包括具有比主要成分中存 在的燃料分子實(shí)質(zhì)更小大小的分子的化學(xué)物質(zhì)。因此，通過從在本領(lǐng)域可利用的膜選擇例 如具有足以允許較小成分移動(dòng)通過膜同時(shí)排除較大成分的孔徑的膜，可達(dá)到一些實(shí)施方案 中的差別滲透性。還原劑成分輸送通過一種的這樣膜可通過對(duì)流或單個(gè)分子擴(kuò)散達(dá)到，通 過電場(chǎng)或濃度、壓力或溫度梯度誘導(dǎo)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，膜分離裝置18可以為 超濾膜分離裝置，并且燃料的含氧還原劑成分跨膜輸送驅(qū)動(dòng)力可以為壓差。這些超濾膜分 離裝置18中的膜材料可包括聚合物材料，如聚砜、聚丙烯、尼龍6、聚四氟乙烯(PTFE)、PVC、 丙烯酸類共聚物等。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，可在基于超濾的膜分離系統(tǒng)中使用無 機(jī)材料，如陶瓷、基于碳的膜、氧化鋯等。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，可用選擇性加速輸 送膜從主要燃料成分分離還原劑成分。具有約200的典型高還原劑/燃料選擇性的選擇性 加速輸送膜通?？砂ê宦?lián)聚乙烯醇的AgNO3膜和Ag+交換全氟磺酸膜。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，分離裝置18為如圖5所示的閃蒸分離裝置。在此 實(shí)施方案中，分離裝置18從燃料混合物閃蒸較低沸點(diǎn)的含氧還原劑成分。這可通過用泵 24 (未顯示)將第二預(yù)混燃料流20送入熱交換器80達(dá)到。位于熱交換器80下游的壓力控 制閥82經(jīng)調(diào)節(jié)，以在高于含氧還原劑成分蒸氣壓的某個(gè)壓力開啟(actuated)。閃蒸所需的 能量可由排氣的分流、加熱的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑、電或其組合提供。含氧還原劑成分和主要燃料 成分然后進(jìn)入閃蒸器84，在此分離液態(tài)主要燃料成分和氣態(tài)含氧還原劑成分。閃蒸器傳感 器86檢測(cè)閃蒸器84內(nèi)的壓力，并將代表檢測(cè)壓力的信號(hào)發(fā)送到壓力控制閥82。壓力控制 閥82根據(jù)此信號(hào)控制閃蒸器84內(nèi)的壓力。第二燃料分流44循環(huán)到燃料箱16，第一含氧 劑分流42直接送到排氣流30，或者在冷凝器54中冷凝，任選儲(chǔ)存，然后送到排氣流，如圖2 所示。參考圖6，圖6顯示本發(fā)明的一個(gè)供選實(shí)施方案，其中分離裝置18為旋風(fēng)閃蒸器 (cyclone flasher) 0在此實(shí)施方案中，將第二分流44分成兩種物流44a和44b。第二分流 44a提供到第一預(yù)混燃料流14，第二分流44b提供到燃料轉(zhuǎn)化裝置72。或者，第二分流44a 可提供到燃料箱16。燃料轉(zhuǎn)化裝置72優(yōu)選為催化部分氧化裝置。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣滑流88提供 到進(jìn)入分離裝置18的第一預(yù)混燃料流20。分離裝置18使含氧還原劑成分和輕烴(C8-Cltl) 從主要燃料成分分離。供氧流75，可以為所示的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣滑流，提供到進(jìn)入燃料轉(zhuǎn)化裝置 72的第一分流44b。燃料轉(zhuǎn)化裝置72將額外的還原劑(如氫和其他烴還原劑)提供到排 放物處理裝置32。具體地講，離開燃料轉(zhuǎn)化裝置72的還原劑流78將額外的還原劑提供到 第一分流42。或者，還原劑流78可構(gòu)造成通過排氣流30將額外的還原劑提供到排放物處 理裝置32。在如圖7所示的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，分離裝置18為鼓泡填料塔，發(fā)動(dòng) 機(jī)排氣滑流88直接提供到分離裝置18。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，排放物處理裝置32可包括后處理裝置，其中發(fā)動(dòng)機(jī) 排氣流30中的NOx通過在催化劑存在下與活性含氧還原劑反應(yīng)產(chǎn)生N2連續(xù)去除。在本發(fā) 明的一個(gè)實(shí)施方案中，催化劑可包括使一部分進(jìn)入的NO轉(zhuǎn)化成NO2的氧化催化劑。在本發(fā) 明的另一個(gè)實(shí)施方案中，催化劑可為能夠在富氧環(huán)境還原NOx的貧NOx催化劑。可在額外 的還原劑存在下進(jìn)一步提高還原催化劑的效率。此額外的還原劑通?？砂N化合物。如 本文所述，可與燃料一起布置一些烴還原劑。本發(fā)明的實(shí)施方案中使用的燃料包括適用于操作發(fā)動(dòng)機(jī)12的任何燃料，如汽油。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，燃料可以為標(biāo)準(zhǔn)柴油燃料。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，燃 料可以為可再生燃料。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，可再生燃料為綠色柴油燃料。在本發(fā) 明的另一個(gè)實(shí)施方案中，可再生燃料可以為生物柴油，這種柴油由脂肪酸甲酯組成，并且可 由植物油、動(dòng)物脂肪或廢油脂制成。生物柴油通常作為與常規(guī)柴油的混合物使用。在本發(fā) 明的另一個(gè)實(shí)施方案中，也可將乙醇混入柴油燃料。乙醇/柴油、乙醇/生物柴油和乙醇/ 汽油燃料混合物容易在市場(chǎng)上得到，因此不需要另外的基礎(chǔ)設(shè)施將還原劑與燃料混合(如 果需要)ο在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，可用費(fèi)-托柴油作為可再生燃料，這種燃料時(shí)常 由生物質(zhì)制成。費(fèi)-托或氣-液(GTL)燃料通常由費(fèi)-托法制造，這種方法用含CO和H2的 氣體的合成混合物制造液體柴油燃料。通常的費(fèi)-托燃料可包含很低的硫和芳族化合物含 量和很高的十六烷值。費(fèi)-托柴油燃料通常減少使用此燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)和交通工具的控制廢 氣排放。另外，這些燃料的低硫含量使得可能使用高級(jí)排放控制裝置。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，可使含氧還原劑與燃料在燃料箱16中混合，由此燃料箱 遞送包含主要燃料成分和含氧還原劑成分的預(yù)混燃料流。含氧還原劑為在其分子中含一個(gè) 或多個(gè)氧原子的烴。適合的含氧還原劑可包括醇、醛、酮、醚、酯或其組合。醇可包括甲醇、 乙醇、異丙醇等。優(yōu)選含氧還原劑為乙醇。醇在暴露于柴油機(jī)排氣的溫度特性時(shí)不形成顆 粒物質(zhì)，也不形成沉積物。另外，醇，如甲醇或乙醇或異丙醇，充分可溶于柴油燃料，使得能 夠通過發(fā)動(dòng)機(jī)燃料本身將所需量的還原劑輸送到排放物處理系統(tǒng)。預(yù)混燃料中還原劑的濃 度通?？蔀榭?cè)剂现亓康募s0. 5%重量至約20%重量。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，可用烴還原劑幫助產(chǎn)生含氧烴，即含氧還原劑，如以 下反應(yīng)式(1)所示。烴(HC)+O2 = > 含氧 HC (1)NOx+ 含氧 HC+02 = > N2+C02+H20 (2)烴還原劑可包括丙烯、乙烷、柴油燃料或任何其他適合的烴，含氧烴可包括甲醇、 乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、甲醛、乙醛、丙醛、丁醛、丙烯醛、丙酮、2-丁酮和3-戊烯-2-酮 及其任何組合。雖然貧NOx還原反應(yīng)為包含很多步驟的復(fù)雜過程，但可如下概括貧NOx催 化劑的一個(gè)反應(yīng)機(jī)制?？墒垢粺N還原劑轉(zhuǎn)化成活化的含氧烴，含氧烴可與NOx化合物作用 成有機(jī)含氮化合物，有機(jī)含氮化合物隨后還原成N2。通過這些或其他機(jī)制，將NOx物質(zhì)最終 還原成N2。本發(fā)明的原理不限于任何具體類型的發(fā)動(dòng)機(jī)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā) 明的其他實(shí)施方案可適合很多燃燒產(chǎn)生動(dòng)力的交通工具。例如，用于鐵路機(jī)車、用于在公 路上行駛的交通工具(如卡車、城市交通工具、城市公共汽車、小汽車和其他客車)或用于 輪船可安裝有此類型還原劑供應(yīng)系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)也可以為液體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)(liquid fueled engine)、壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)、汽油機(jī)及其任何組合。汽油機(jī)可包括貧油燃燒汽油機(jī)。貧 油燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)為產(chǎn)生富氧排氣的發(fā)動(dòng)機(jī)，富氧排氣定義為具有比還原性化合物總摩爾比更 高摩爾比的氧的排氣，還原性化合物如一氧化碳、氫、烴和含氧烴。此類貧油燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)系 統(tǒng)的實(shí)例可包括柴油機(jī)、一些天然氣或替代燃料發(fā)動(dòng)機(jī)、液體或氣體燃料渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和各 種貧油燃燒汽油機(jī)系統(tǒng)。圖8顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案用于將還原劑提供到排放物處理裝置的示例性方法的示意圖。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明的方法可代表一個(gè)或多個(gè)處理策略， 如事件驅(qū)動(dòng)、中斷驅(qū)動(dòng)、多任務(wù)、多路線等。因此，可以所示次序、平行或在一些情況下省略 進(jìn)行本文說明的不同步驟或操作。同樣，處理次序?qū)τ谶_(dá)到本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)不是 必需的，所述次序只是為了容易說明和描述而提供。雖然未明確說明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員 應(yīng)認(rèn)識(shí)到，可根據(jù)使用的具體策略重復(fù)進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)所示步驟或操作。
為此，在方框102開始，將包含含氧還原劑成分和主要燃料成分的第一預(yù)混燃料 流14提供到發(fā)動(dòng)機(jī)12，其中發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造成產(chǎn)生排氣流。將包含含氧還原劑成分和燃料成分 的第二預(yù)混燃料流20提供到分離裝置18，如方框104所示。參考方框106，通過使燃料流 20通過分離裝置18，使至少一部分第二預(yù)混燃料流20分離成第一分流42和第二分流44， 其中第一分流包含比第二分流更高濃度的含氧還原劑成分。如方框108所示，第一分流提 供到排放物處理裝置，以幫助處理排放物。 本文提到的所有專利、專利申請(qǐng)和其他參考文獻(xiàn)均全文通過弓I用結(jié)合到本文中。本文公開的所有范圍均包含端點(diǎn)在內(nèi)，并且這些端點(diǎn)可相互組合。應(yīng)注意到，本文所用術(shù)語“第一”、“第二”等不表示任何次序、量或重要性，而是用 于區(qū)分一個(gè)要素與另一個(gè)要素。與量相關(guān)使用的修飾詞“約”和“近似”包含所述值在內(nèi)， 并且具有由上下文指定的意義(例如，包括與具體量的測(cè)定相關(guān)的誤差度)。在描述本發(fā) 明中(尤其在以下權(quán)利要求)中單數(shù)形式的術(shù)語及類似討論對(duì)象旨在解釋為包括單數(shù)和復(fù) 數(shù)，除非本文另外指明或本文清楚地否認(rèn)。雖然已只關(guān)于有限一些實(shí)施方案詳細(xì)描述了本發(fā)明，但應(yīng)很容易地理解，本發(fā)明 不限于這些公開的實(shí)施方案。相反，可修改本發(fā)明，以加入任何一些變化、變動(dòng)、取代或至今 未描述但與本發(fā)明的精神和范圍相適合的等價(jià)方案。另外，雖然已描述本發(fā)明的不同實(shí)施 方案，但應(yīng)理解，本發(fā)明的方面可只包括所述實(shí)施方案中的某些。因此，不應(yīng)將本發(fā)明視為 受前述說明限制，本發(fā)明只受附加權(quán)利要求的范圍限制。
權(quán)利要求
一種將還原劑提供到排放物處理裝置的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括燃料箱，所述燃料箱適合直接或間接提供第一預(yù)混燃料流和第二預(yù)混燃料流，各燃料流包含主要燃料成分和含氧還原劑成分；與燃料箱流體連通的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造成接收第一預(yù)混燃料流并產(chǎn)生排氣流；處理所述排氣流的排放物處理裝置；構(gòu)造成接收第二預(yù)混燃料流的分離裝置，所述分離裝置還構(gòu)造成將第二預(yù)混燃料流分離成第一分流和第二分流，并且將第一分流提供到所述排放物處理裝置，其中第一分流包含比第二分流更高濃度的還原劑成分。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括第一燃料泵，第一燃料泵適合將第一預(yù)混燃料流從燃料箱泵送到發(fā)動(dòng)機(jī)。
3.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括第一分流泵，第一分流泵適合將至少一部分第一分流泵送到排放物處理裝置。
4.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述燃料箱適合接收第二分流。
5.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括接收代表離開排放物處理裝置的經(jīng)處理排氣流中NOx濃度的信號(hào)的第二預(yù)混燃料控 制器，所述控制器根據(jù)接收的信號(hào)調(diào)節(jié)進(jìn)入分離裝置的第二預(yù)混燃料流的流量。
6.權(quán)利要求5的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括位于排放物處理裝置下游并與第二預(yù)混燃料控制器連通的NOx傳感器，所述傳感器檢 測(cè)經(jīng)處理排放物流中NOx的濃度，并將代表檢測(cè)濃度的信號(hào)發(fā)送到第二預(yù)混燃料控制器。
7.權(quán)利要求5的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括第二燃料泵，第二燃料泵與第二預(yù)混燃料控制器連通，以將第二預(yù)混燃料流泵送到分罔裝直ο
8.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括冷凝器，所述冷凝器與分離裝置流體連通布置，用于使至少一部分離開分離裝置的第 一分流冷凝。
9.權(quán)利要求8的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括接收代表離開排放物處理裝置的經(jīng)處理排氣流中NOx濃度的信號(hào)的第一分流控制器， 所述控制器根據(jù)信號(hào)調(diào)節(jié)進(jìn)入排放物處理裝置的第一分流的流量。
10.權(quán)利要求9的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括位于排放物處理裝置下游并與第一分流控制器連通的NOx傳感器，所述傳感器檢測(cè)經(jīng) 處理排放物流中NOx的濃度，并將代表檢測(cè)濃度的信號(hào)發(fā)送到第二預(yù)混燃料控制器。
11.權(quán)利要求9的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括第一分流泵，第一分流泵與第一分流控制器連通，以將至少一部分第一分流泵送到排 氣流。
12.權(quán)利要求8的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括儲(chǔ)箱，所述儲(chǔ)箱與冷凝器裝置流體連通布置，以儲(chǔ)存離開冷凝器裝置的第一分流。
13.權(quán)利要求12的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括接收代表儲(chǔ)箱中第一分流體積的信號(hào)的第二預(yù)混燃料控制器，所述控制器根據(jù)接收的2信號(hào)調(diào)節(jié)進(jìn)入分離裝置的第二預(yù)混燃料流的流量。
14.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括與第二預(yù)混燃料控制器連通的儲(chǔ)箱傳感器，所述傳感器檢測(cè)儲(chǔ)箱中第一分流的體積， 并將代表檢測(cè)體積的信號(hào)發(fā)送到第二預(yù)混燃料控制器。
15.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括第二燃料泵，第二燃料泵與第二預(yù)混燃料控制器連通，以將至少一部分第二預(yù)混燃料 流泵送到分離裝置。
16.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括 與燃料箱流體連通的燃料轉(zhuǎn)化裝置，所述燃料轉(zhuǎn)化裝置構(gòu)造成接收至少一部分第二預(yù) 混燃料流，并將額外的還原劑提供到排氣流。
17.權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中所述額外的還原劑包括氫、烴或其組合。
18.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述排放物處理裝置為選擇性催化還原處理裝置。
19.權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中所述分離裝置為膜、蒸餾或閃蒸分離裝置。
20.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述含氧還原劑成分包括醇、醛或酮或其組合。
21.權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中所述含氧還原劑成分為乙醇。
22.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述預(yù)混燃料包括柴油燃料、生物柴油燃料、綠色柴油燃 料或費(fèi)_托燃料或其任何組合。
23.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)為液體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)、壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)或汽油機(jī)或 其任何組合。
24.權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其中所述汽油機(jī)為貧油燃燒汽油機(jī)。
25.—種將還原劑提供到排放物處理裝置的方法，所述方法包括將第一預(yù)混燃料流提供到發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造成產(chǎn)生排氣流；將第二預(yù)混燃料流提供到分離裝置，其中第一預(yù)混燃料流和第二預(yù)混燃料流各自包含 含氧還原劑成分和燃料成分；使至少一部分第二預(yù)混燃料流通過分離裝置分離成第一分流和第二分流，其中第一分 流包含比第二分流更高濃度的含氧還原劑成分；并且將第一分流提供到排放物處理裝置以處理排氣流。
26.權(quán)利要求25的方法，其中第一預(yù)混燃料流和第二預(yù)混燃料流直接或間接由燃料箱 提供，并且所述方法進(jìn)一步包括將第二分流提供到燃料箱。
27.權(quán)利要求25的方法，所述方法進(jìn)一步包括傳感離開排放物處理裝置的經(jīng)處理排氣流中NOx的濃度；并且根據(jù)傳感信號(hào)調(diào)節(jié)進(jìn)入分離裝置的第二預(yù)混燃料流的流量。
28.權(quán)利要求25的方法，所述方法進(jìn)一步包括傳感離開排放物處理裝置的經(jīng)處理排氣流中NOx的濃度；并且根據(jù)傳感信號(hào)調(diào)節(jié)進(jìn)入排放物處理裝置的第一分流的流量。
29.權(quán)利要求25的方法，所述方法進(jìn)一步包括使至少一部分離開分離裝置的第一分流冷凝。
30.權(quán)利要求29的方法，所述方法進(jìn)一步包括將至少一部分冷凝的第一分流儲(chǔ)存在儲(chǔ)箱中。
31.權(quán)利要求30的方法，所述方法進(jìn)一步包括 傳感儲(chǔ)箱中第一分流的體積；并且根據(jù)傳感信號(hào)調(diào)節(jié)進(jìn)入分離裝置的第二預(yù)混燃料流的流量。
32.權(quán)利要求25的方法，所述方法進(jìn)一步包括使至少一部分第二預(yù)混燃料流轉(zhuǎn)化成額外的還原劑；并且 將額外的還原劑提供到排氣流。
33.權(quán)利要求25的方法，其中所述排氣流通過選擇性催化還原處理。
34.權(quán)利要求25的方法，其中至少一部分第二預(yù)混燃料流通過膜、蒸餾或閃蒸分離或 其組合分離。
35.權(quán)利要求25的方法，其中所述含氧還原劑成分包括醇、醛或酮或其組合。
36.權(quán)利要求35的方法，其中所述含氧還原劑成分為乙醇。
37.權(quán)利要求25的方法，其中所述預(yù)混燃料包括柴油燃料、生物柴油燃料、綠色柴油燃 料、費(fèi)-托燃料及其任何組合。
38.權(quán)利要求25的方法，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)為液體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)、壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)、汽油機(jī)及 其任何組合。
39.權(quán)利要求25的方法，其中所述汽油機(jī)為貧油燃燒汽油機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種將還原劑提供到排放物處理裝置(32)的方法，所述方法包括將第一預(yù)混燃料流(14)提供到發(fā)動(dòng)機(jī)(12)，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造成產(chǎn)生排氣流(30)。將第二預(yù)混燃料流(20)提供到分離裝置(18)，其中第一預(yù)混燃料流和第二預(yù)混燃料流(14，20)各自包含含氧還原劑成分和主要燃料成分。使至少一部分第二預(yù)混燃料流通過分離裝置分離成第一分流(42)和第二分流(44)，其中第一分流包含比第二分流更高濃度的含氧還原劑成分，并且將第一分流提供到排放物處理裝置以處理排氣流。本發(fā)明進(jìn)一步提供進(jìn)行所述方法的系統(tǒng)。
文檔編號(hào)F01N3/20GK101910575SQ200880124700
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月9日
發(fā)明者B·H·溫克勒, D·漢庫, F·維特塞, N·西爾維, 劉科, 王 華 申請(qǐng)人:通用電氣公司