CN101972621B - 等离子体反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用离子体反应器的NOX去除装置以去除柴油发动机中产生的污染物NOX，该装置在使用吸留催化剂的已有装置中通过吸留催化剂进行的NOX还原过程中供给高温还原环境气体，以有效激活NOX的还原和去除，通过单独的等离子体反应器来供给高温还源环境气体，从而发动机在工作过程中不被干扰，且作为等离子体重整反应特征的即时反应在需要时被用于快速供给气氛气体，以及用于将供给到等离子体反应器的液态燃料与气体彼此有效混合，以大大提高燃料的重整性能。

Description

等离子体反应器
本申请是针对申请日为2006年10月9日、国际申请号为PCT/KR2006/004043、国家申请号为200680037559.5、发明名称为“等离子体反应装置、采用该装置的等离子体反应方法、持久性气体的等离子体反应方法及通过吸留催化剂降低NOx的装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种等离子体反应器以及采用该等离子体反应器来降低NOX的吸留催化剂式装置，更具体地，本发明涉及这样一种等离子体反应器，其用于通过单独的等离子体反应器来供给高温还原环境气体，从而发动机在工作中不被干扰，且在需要时作为等离子体重整反应特征的即时反应被用于快速供给环境气体，以及用于将供给到等离子体反应器的液态燃料与气体彼此有效混合，以大大提高燃料的重整性能。
背景技术
通常，物质的状态分为三种，也就是固态、液态和气态。当向固体施加能量时，固体变为液体，并且当进一步向液体施加能量时，液体变为气体。当向气体施加更高的能量时，产生第四种物质状态-等离子体，其包括具有电极性的电子和离子。实质上，等离子体以空气中的发光、极光和离子层的形式可被观察到。在日常生活中，人工产生的等离子体包含在荧光灯、汞灯和氖灯中。
当具有高动能的气体在超高温度下碰撞时，具有负电荷的电子从原子或分子中分离，由此形成等离子体。等离子体意思是被分成具有负电荷的电子和具有正电荷的离子的气态。等离子体具有显著提高的电荷电离度。等离子体通常包含大致等量的负电荷和正电荷，使得电荷大致等密度地分布。因此，等离子体几乎处于电中性状态。
等离子体分为高温等离子体和低温等离子体。高温等离子体具有像电弧一样的高温。由于离子能量低而电子能量高，因此低温等离子体具有接近室温的温度。通过加电的方法例如施加直流、超高频和电子束产生等离子体，并采用磁场对其进行保持。
等离子体产生技术和等离子体的实际应用根据产生等离子体的压力状态而大大不同。由于等离子体在低压真空状态下稳定产生，因此以这种方式产生的等离子体被用于半导体装置制造过程和新材料合成过程中的化学反应、沉积和侵蚀。在大气压力状态下产生的等离子体被用于处理环境中的有害气体或制造新的物质。
采用等离子体的等离子体反应装置需要具有快速引发反应的可操作性、高耐用性以及反应效率。在等离子体反应时，电极和炉子的形式和用于反应的状态(例如电压和添加剂)是等离子体反应的关键因素。因此，需要提出一种与所需性能相对应的所需构造的等离子体反应装置，并需要提出一种用于优化反应状态的等离子体反应方法。
发明内容
技术问题
本发明提供了一种等离子体反应器，其独立供给高温还原环境气体、不干扰发动机的操作，以及在需要时通过作为等离子体重整反应特性的即时反应快速供给环境气体，本发明还提供了一种用于采用等离子体反应器通过吸留催化剂降低NOx的装置。
本发明还提供了一种等离子体反应器，其通过接收用于向发动机供给燃料的存储装置中的燃料而实现构造的简化，以及通过有效混合被供给到等离子体反应器的液体燃料和气体而显著提高燃料的重整性能，本发明还提供一种采用等离子体反应器通过吸留催化剂降低NOx的装置。
有益效果
如上所述，本发明提供了一种用于采用等离子体反应器通过吸留催化剂降低NOx的装置。
在该等离子体反应器中，通过单独的等离子体反应器来供给高温还原环境气体，从而发动机在工作过程中不被干扰，且作为等离子体重整反应特征的即时反应在需要时被用于快速供给气氛气体。
此外，因为等离子体反应器接收用于向发动机供给燃料的存储装置中的燃料，可以实现简单的装置。
此外，该等离子体反应器将供给到等离子体反应器的液态燃料与气体彼此有效混合，从而大大提高燃料的重整性能。
因而，上述效果实现了本发明的目的，那就是提高被供给的原料重整反应时或有害物质的处理过程中的反应效率并提高最终产物的可靠性以及对环境的有利程度。
附图说明
图1是表示根据本发明的用于降低NOx的装置的示意图。
图2是在根据本发明实施方式的用于降低NOx的装置中的等离子体反应器的剖视图。
图3是在根据本发明实施方式的等离子体反应器中流体流动的剖视图。
具体实施方式
现在将参照示出本发明优选实施方式的附图对本发明进行更详尽和清楚的描述。
图1是表示根据本发明的用于降低NOx的装置的示意图；图2是根据本发明实施方式的用于降低NOx的装置中的等离子体反应器的剖视图，图3是根据本发明实施方式的等离子体反应器中流体流动的剖视图。
用于降低NOx的装置使从使用存储装置中供给的烃类燃料的发动机中释放的废气移动到吸留催化剂；将废气中的NOx吸收到吸留催化剂内，随后还原所去除的NOx。用于降低NOx的装置包括等离子体反应器，其与废气从发动机移动到吸留催化剂所经过的通路相连并通过等离子体反应将从存储装置部分供给的烃类燃料重整成为来自等离子体反应器的高温还原环境气体。
用于降低NOx的装置包括主体、电极、以及液态燃料喷射单元。主体包括炉子和基底。炉子包括排料开口和中空部分。排料开口形成在炉子的一侧。中空部分包括在构成炉子厚度的壁框架上形成的吸热通路，该吸热通路使从气体流入开口流入的气体移动并吸热。基底构成炉子的底部并包括混合室。混合室通过在炉子上形成的流入孔可操作地与吸热通路和炉子的内部相连。电极与炉子的内壁间隔开，固定在基底上并在炉子中突出，以形成用于在炉子中进行等离子体反应的放电电压。电极包括可操作地与混合室相连的吸热室。液态燃料流入吸热室内。液态燃料喷射单元固定在主体上并将液态燃料供给到电极的吸热室内。
将参照优选实施方式更清楚地描述具有上述特征的用于降低NOx的装置。
将参照附图详细描述根据本发明优选实施方式的用于降低NOx的装置。
如图1到3所示，根据本发明的用于降低NOx的装置200使从发动机220释放的废气移动到吸留催化剂230并去除废气中的NOx，所述发动机220采用从作为存储烃类燃料的存储装置的燃料箱210供给的烃类燃料。
吸留催化剂230被称为贫NOx收集(LNT)催化剂。当所移动的废气中的NOx得到吸收时，吸留催化剂230还原所去除的NOx。由于吸留催化剂230的详细组分和作用众所周知，因此不对其进行描述。
用于降低NOx的装置200包括等离子体反应器50。当通过吸留催化剂230还原NOx时，等离子体反应器50喷射被供给到吸留催化剂230的高温还原环境气体。等离子体反应器50与燃料箱210相连。等离子体反应器50作为将从燃料箱210部分供给到等离子体反应器50的烃类燃料通过等离子体反应重整成为高温还原环境气体的重整装置。
在等离子体反应器50中，排料开口62可以向着吸留催化剂230安装，使得通过等离子体反应重整的还原环境气体从等离子体反应器50中排出并被喷射到吸留催化剂230。等离子体反应器50的排料开口62可以简单可操作地与供废气移动经过的移动管240相连，如图所示。
以下将描述用于从烃类燃料中产生高温还原环境气体的等离子体反应器的特征构造。
被用作根据本发明用于降低NOx的装置200中的重整装置的等离子体反应器50基本上包括主体60、电极70和液态燃料喷射单元。
主体60包括炉子61和基底65。
炉子61包括中空部分并大致为圆柱形。排料开口62形成在炉子51的一侧并在等离子体反应之后排出反应物。气体流入开口63形成在炉子61上并使气体可以流入炉子61内。吸热通路64形成在构成炉子61厚度的壁框架内并使从气体流入开口63流入的气体可以沿圆周方向移动并吸收热量。吸热通路64沿炉子61的圆周方向大致被形成为线圈形。
基底65构成炉子61的底部。在基底65中形成预定容积的混合室67。混合室67可操作地与形成在炉子61壁框架上的吸热通路64相连并同时通过在炉子61上形成的流入孔68可操作地与炉子61的内部相连。优选地，流入孔68可以被形成为与炉子61内壁的法向倾斜成预定角度，也就是处于旋涡结构。
炉子61和基底65可以一体形成或者可以单独形成以相互连接。基底65需要包括绝缘体(未示出)例如陶瓷以防止电流施加在下文进行描述的电极70的下部与炉子61之间。
电极70在炉子61中产生等离子体反应所需的放电电压。为此，电极70与炉子61的内壁间隔成预定距离并固定在基底65上以在炉子61中突出。电极大体上为圆锥形。吸热室75形成在电极中。吸热室75可操作地与混合室67相连。从液态燃料喷射单元中供给的液态燃料流入并暂时保留在吸热室75中。
液态燃料喷射单元与燃料箱210相连并将存储在燃料箱210中的液态燃料供给到电极70的吸热室75内。液态燃料喷射单元固定在主体60上。液态燃料喷射装置80或喷射器(未示出)可以被用作液态燃料喷射单元。液态燃料喷射装置80通过从燃料箱210供给的气体与液态燃料一起形成的移动力将液态燃料喷射到吸热室75内。喷射器(未示出)直接将液态燃料喷射到电极70的吸热室75内。
图2和3表示被用作液态燃料喷射单元的液态燃料喷射装置80。
也就是说，液态燃料喷射装置80包括可操作地与燃料箱210相连并供给液态燃料的液态燃料供给管81以及独立于液态燃料供给管81可操作地与外部气体供给源相连并供给气体的气体供给管82，由此使液态燃料和气体可以同时流入。喷射液态燃料和气体的一侧面向电极的吸热室75。
以下将描述根据本发明的用于降低NOx的装置的操作实例。
发动机220操作过程中产生的废气通过移动管240移动到吸留催化剂230。移动管240可操作地与等离子体反应器50的排料开口62的侧面相连，使得从等离子体反应器50中产生的高温还原环境气体移动到吸留催化剂230并加速NOx在吸留催化剂230中的还原作用。
将详细描述等离子体反应器50的作用。等离子体反应器50接收通过液态燃料喷射装置80从燃料箱210中供给的烃类燃料并同时使包含O2的气体通过气体流入开口63流入，所述O2作为被供给的液态燃料(烃类燃料)重整反应时所需的氧化剂。当温度充分升高并得到活化时，空气通过吸热通路64移动到混合室67内。当通过液态燃料喷射装置80移动到电极70的吸热室75内的液态燃料吸收吸热室75中的热量并得到气化和活化时，液态燃料移动到混合室67内以与混合室67中的空气混合并随后通过流入孔68流入炉子61内。
根据以上所述，应该指出在被供给的空气和液态燃料在混合室67中充分混合之后，它们流入炉子61内。此外，由于直接从吸热室75中喷射液态燃料并且防止液态燃料与电极70的外表面直接接触，因此防止出现液态燃料的受潮和焦化现象。此外，由于吸收吸热室75中热量的液态燃料立即与混合室67中的空气混合，因此基本上防止了液态燃料在移动过程中被液化。
由于流入孔68和电极70的特征结构，通过流入孔68供给到炉子内的液态燃料和空气的混合燃料以与容积相比相对较高的效率进行等离子体反应。也就是说，根据本发明，由于电极70具有圆锥形并且流入孔68被形成旋涡结构，因此通过流入孔68流入炉子内的混合燃料沿电极70的圆周方向连续进行等离子体反应。
在如上所述的等离子体反应器50中，通过对首先供给的液态燃料和作为氧化剂的空气进行重整而产生的还原环境气体可以是烃(HC)、一氧化碳(CO)或氢气(H2)。在供给环境气体的状态下，将NOx还原为氮气(N2)。
此外，当作为根据本发明的用于降低NOx的装置的示意图在图1中示出的等离子体反应器50采用参照本发明实施方式描述的等离子体反应装置50的构造时，可以获得与本发明实施方式相同的效果。
尽管已经参照本发明的示例性实施方式具体示出和描述了本发明，但本领域普通技术人员将会认识到在不脱离由以下权利要求限定的本发明精神和范围的前提下可以在形式和细节上对其做出多种改变。

Claims (4)

1.一种等离子体反应器，包括：
主体(60)，其包括中空炉子(61)和构成炉子(61)底部的基底(65)，
其中排料开口(62)形成在炉子(61)的一侧，
吸热通路形成在构成炉子(61)厚度的壁框架内并使从气体流入开口(63)流入的气体移动并吸收热量，以及
形成在基底(65)内的混合室(67)，其可操作地与吸热通路(64)相连并同时通过在炉子(61)上形成的流入孔(68)与炉子(61)的内部相连；
电极(70)，其与炉子(61)的内壁间隔开、固定在基底(65)上并在炉子(61)中突出，以产生炉子(61)内等离子体反应所需的放电电压，
其中在电极(70)内形成可操作地与混合室(67)相连的吸热室(75)，并使液态燃料流入吸热室(75)内；以及
固定在主体(60)上并向电极(70)的吸热室(75)供给液态燃料的液态燃料喷射单元。
2.如权利要求1所述的等离子体反应器，其特征在于，所述电极(70)为圆锥形，并且流入孔(68)被形成为与炉子(61)的内壁的法向倾斜成预定角度，使得通过混合室(67)中的气体和液态燃料混合物得到的混合燃料沿电极(70)的外圆周表面形成旋转流动，以流入炉子(61)内并前进。
3.如权利要求1所述的等离子体反应器，其特征在于，所述液态燃料喷射单元是通过被供给的气体与液态燃料一起产生的移动力将液态燃料喷入吸热室(75)内的液态燃料喷射装置(80)。
4.如权利要求1所述的等离子体反应器，其特征在于，所述液态燃料喷射单元是直接将液态燃料喷入电极(70)的吸热室(75)内的喷射器。
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