CN111836950A - 用于还原NOx的选择性催化还原系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种选择性催化还原系统(2)，应用柴油(40、40’)作为还原剂，通过催化剂在柴油发动机(4)中将氮氧化物(NO_x)转化为双原子氮(N₂)和水(H₂O)。选择性催化还原系统(2)包括注油系统(6)、反应器(10)和设置在第一段(14)中的多个选择性催化还原催化剂(S₁、S₂、S₃)。选择性催化还原系统(2)包括至少一个附加段(16、16’)，其包括多个选择性催化还原催化剂(S₁’、S₂’、S₃’)。该至少一个附加段(16)设置成与第一段(14)相距非零距离(D₁、D₂、D₃)。

Description

用于还原NOx的选择性催化还原系统及方法

技术领域

本发明涉及一种用于还原NO_x的选择性催化还原系统。本发明还涉及一种用于还原NO_x的方法。该系统和方法设置为通过使用多功能催化剂，并用油作为还原剂，在四冲程柴油发动机之后或在二冲程柴油发动机上的废气接收器和废气涡轮之间选择性催化还原废气中的NO_x。

背景技术

选择性催化还原系统用于通过催化剂将氮氧化物——通常被称为NO_x——转化成双原子氮N₂和水H₂O。现有技术教导气态还原剂可以选自：无水氨、氨水或尿素，并且可以被添加到烟道气流或废气流中并且被吸附到催化剂上。

商业的选择性催化还原系统应用于柴油发动机中，例如在船舶、柴油机车、燃气轮机、大型公用锅炉、工业锅炉和城市固体废物锅炉中存在的那些柴油发动机，并已被证明能有效还原NO_x。

关于NO_x排放的环保意识日益提高，对NO_x还原设备提出了更高的要求。

众所周知，国际海事组织(IMO)逐渐推行了更加严格的NO_x排放标准。同样，挪威和瑞典等国家的NO_x排放税也提高了对NO_x还原设备的需求。通常是使用以尿素作为反应物的选择性催化还原系统，然后进行废气再循环。

对于汽车工业而言，对NO_x还原设备的要求远远超过对船舶工业的要求，其包括在高达700℃的温度下进行NO_x还原，此时沸石比催化剂粉末的传统材料——通常为V₂O₅/WO₃-TiO₂——更稳定，所以使用沸石基催化剂受到关注。

为了找到一种可以使用柴油代替尿素作为还原剂的方法，已经进行了研究。1990年，M.Iwamoto博士发表了有关使用Cu-ZSM-5(一种Cu交换沸石催化剂)作为催化剂、柴油作为还原剂的信息。(M.Iwamoto博士(M.Iwamoto，NO在铜离子交换沸石催化剂上的分解，脱除一氧化氮的催化技术会议论文集，东京，1990年1月，第17页)发现如果存在氧气，并且测试中使用的烃类为C₂H₄、C₃H₆和C₃H₈，则Cu-ZSM-5(铜离子交换沸石)在还原NO_x方面相当活跃。

在1996年，S.Matsumoto(S.Matsumoto，丰田，用于汽车稀薄燃烧发动机的DeNO_x催化剂；今日催化(Catalysis Today)29(1996)43-45)得出结论，“Cu-ZSM-5的耐久性不足以用于实际使用”，并且介绍了NO_x存储还原催化剂(NSR催化剂)，该催化剂由“贵金属、碱土金属、氧化铝和一些其他金属氧化物”组成。丰田继续开发现在称为DiAir系统的NSR系统(K.Yoshida等人，丰田，NSR和DiAir系统的研发以实现瞬态循环下的清洁排放；国际自动机工程师学会，2014-01-2809)，并在脱硫过程中采用脉冲HC喷射。但是，其他公司仍在继续开发ZSM-5催化剂。

公开了Cu-ZSM-5催化剂具有许多弱点，包括含水且高温下的气体中的活性丧失以及含硫气体中的活性逐渐丧失(S.A.Yashnik等人，薄涂在整料上用于控制柴油发动机排放的Cu-ZSM-5催化剂；可持续发展化学11(2003)309-319)。此外，可能存在半氧化的碳连接粘在催化剂上的问题。

研究发现，将Ce添加到Cu-ZSM-5中会增加湿气的活性，从而防止形成降低活性的CuO。

US20070149385A1公开了一种使用催化剂并使用柴油作为还原剂来减少柴油发动机的NO_x排放的系统。该系统将多功能催化剂应用于柴油的裂化、NO_x的还原，并使用包含铂族金属的催化部分氧化材料将焦炭沉积物转化为氢气和一氧化碳，该铂族金属包括选自铑、铂、铱、钯、锇和钌组成的群组的元素。该系统的一个缺点是，它需要使用昂贵的贵金属。

因此，基于柴油作为还原剂的应用，需要一种改进的选择性催化还原系统和选择性催化还原方法，用于NO_x的还原，其中不需要贵金属。

EP1111212A2描述了一种使用柴油作为还原剂的用于柴油发动机废气的选择性催化NO_x还原系统。该系统包括柴油注射器、选择性催化还原反应器和串联设置的几个选择性催化还原段。每个催化剂段包含几个催化层。但是，相邻段之间的距离非常短。因此，该系统无法为还原NO_x提供最佳解决方案。

EP1893321B1公开了一种NO_x还原系统，该系统具有在废气流中彼此之间间隔距离L的第一催化反应器层和第二催化反应器层。第一催化层和第二催化层可以保持彼此间隔一定距离L。现有技术文件指出，通常，随着停留时间减少，性能增加。根据本发明的发明人的理解，情况恰好相反：随着层之间的停留时间增加，性能增加。但是在一定的停留时间之后才有一点点。

本发明的目的在于，基于柴油作为还原剂的应用，提供一种改进的选择性催化还原系统和选择性催化还原方法，用于NO_x的还原，其中该系统和方法减少或甚至消除了上述现有技术的缺点。

发明内容

本发明的目的可以通过如权利要求1中所限定的系统和如权利要求9中所限定的方法来实现。优选实施例在从属权利要求中限定，在以下说明书中进行说明并且在附图中示出。

该选择性催化还原系统应用柴油作为还原剂，用于通过催化剂将柴油发动机废气中的氮氧化物转化为双原子氮(N₂)和水(H₂O)。该选择性催化还原系统包括：

-注油系统；

-反应器；

-设置在段中的多个选择性催化还原催化剂，该段包括彼此以非零距离设置的多个层。根据本发明，选择层之间的距离以确保在各层之间为废气提供最小平均停留时间，其中用于使气体分子从一层移动到下一层的最小平均停留时间不小于0.025秒，优选不小于0.04秒，最优选不小于0.135秒。

最小平均停留时间是根据恒定温度下均匀流动的假设计算得出的，因此，平均停留时间可以计算为层之间的距离乘以横截面并除以从一层到下一层的体积流量。平均停留时间可以更长但不短于该平均停留时间的预定最小值。

最初假定体积流量Q是横截面乘以气体速度。

(a)Q＝A·v

平均速度v计算为层之间的距离d除以一层与下一层之间的平均停留时间Δt：

(b)

其中d是一层与下一层之间的距离，而Δt是气体粒子在一层与下一层之间的平均 停留时间。

由此得出：

(c)

当通过实验确定所需的最小停留时间后，最小距离可以计算为：

(d)

最小停留时间可以通过观察离开催化还原催化层的气体中的温度曲线来确定，因为在该层之后的空间中发生的一些反应是放热的，因此当温度不再升高时，不再发生任何重要的过程。或者，可以检测在层中的催化过程之后消耗的某些反应物存在或不存在，由此可以确定这些物质的半衰期的持续时间，从而对预定分数的这些反应物，例如85％的这些反应物进行预期反应的持续时间进行估算。还可以查看给定反应器中的最终产物，通过改变各层之间的距离，由此改变平均停留时间，考虑到在通过反应器的气体中的污染物的预定排放量，从而确定何时可以达到最短的停留时间。

与进入下一层的废气的温度相比，进入第一层的废气的温度将升高。因此，本发明提供了一种解决方案，其中反应器下游的温度升高。

实验表明，通过选择由上述时间限定并以上述方式限定的非零距离，提供了非常有效的选择性催化还原系统。

在一个实施例中，用于使气体分子从一层移动到下一层的平均停留时间为至少0.025秒。

在一个实施例中，用于使气体分子从一层移动到下一层的平均停留时间为至少0.04秒。

在一个实施例中，用于使气体分子从一层移动到下一层的平均停留时间为至少0.135秒。

在一个实施例中，反应器中设置有至少三层。通过该层数，容易获得期望的累积裂化率。

在一个实施例中，反应器中设置有至少四层。

在一个实施例中，反应器中设置有至少五层。

在一个实施例中，反应器中设置有至少六层。

如下面更详细说明的，在层之间的距离中发生的反应如下：

此处，是否存在反应物NH₄ ⁺和/或NO₂可以在高温气体中进行确定。

因此，基于柴油作为还原剂的应用，可以提供改进的选择性催化还原系统和选择性催化还原方法，用于NO_x的还原，相比现有技术具有更优性能。

使用柴油作为反应物，消除了对船上存储尿素的储罐的需求，并消除了用于供应尿素的潜在复杂物流。注入的油的成本约为注入的尿素的成本。在四冲程中速柴油发动机上，可以在下游安装的废气锅炉中回收注入油中75％左右的能量，并将其用于生产水、电或热，这意味着实际运营成本可降低至柴油发动机使用的油的2％。

柴油是指构造成用于柴油发动机的液体流体(包含燃油)。因此，术语柴油包括船用柴油，也称为“馏分船用柴油”，其为气油和重燃油的混合物，比中间燃料油具有更少的气油。术语柴油包括所有燃油，含船用燃料。

此外，使用油作为反应物消除了由于形成硫酸氢铵(NH₄)HSO₄或硫酸铵(NH₄)₂SO₄而堵塞催化剂的风险。

根据本发明的选择性催化还原系统的反应器比具有催化剂的传统尿素-SCR反应器的重量轻约40％。因此，本发明可以减轻反应器的重量。

该过程在大约320℃至大约360℃，例如大约350℃的废气温度下开始，但是由于该过程引起温度升高，因此可以在低至310℃的废气温度下继续工作。

用于反应物注入和蒸发的管道的长度可以短至尿素选择性催化还原系统管道的五分之一，并且可以由普钢制成。

由于根据本发明的反应器中的温度升高，二冲程柴油发动机需要少量提高柴油发动机的燃油消耗率。

根据本发明的选择性催化还原系统设置为在柴油发动机中通过催化剂将氮氧化物(NO_x)转化为双原子氮(N₂)和水(H₂O)。化学过程包括三个综合的催化步骤：

-将注入的油裂化；

-非均相NO_x转化和用于后续反应的自由基的形成；

-催化剂下游的均相NO_x转化。

在裂化过程中，将反应物作为液滴在(这些段的)催化层上游注入废气中，其中至少80％的液滴在到达(第一段的)第一催化层之前已经蒸发。

选择性催化还原系统包括设置成将油均匀地分散到废气中的结构。

蒸发的油在催化层的表面上裂化。然而，一部分蒸发的油可以继续作为未裂化的蒸发油，直到到达下一个催化层为止。在该过程进行期间，反应器内部的温度升高。由于温度升高，只有极少的注入油通过系统。裂化主要发生在催化层的表面上。预计第一层上的裂化最少为40％。因此，优选具有彼此间隔开的多个层。每层的裂化率为40％，预期具有3个或更多个层。

柴油包含相对长链的烃连接。在催化过程中，这些烃连接被裂化为短链烃连接。这些烃连接足够短，以便进入这些段的催化层。因此，NO转化为N₂和H₂O，而自由基(NH4⁺)与NO₂反应，转化为N₂和H₂O。下面显示了可能的(NO_x转化的)化学反应。

进行的NO氧化可表示为：

(1)

(2)

进行的非均相过程可以表示为：

(3)

(4)

层之间发生的均相催化可以表示为：

(5)

在根据本发明的优选实施例中，选择性催化还原系统包括涂覆在蜂窝状或波纹状材料类型的基底上的催化剂粉末。在根据本发明的一个实施例中，基底包括陶瓷材料。在根据本发明的一个优选的实施例中，基底是沸石。在根据本发明的另一实施例中，基底包括金属。在根据本发明的另一实施例中，基底是金属。在根据本发明的另一实施例中，基底包括陶瓷材料。在根据本发明的另一实施例中，基底是陶瓷材料。

通常通过使用粘合剂将催化剂粉末添加至基底。催化剂粉末可以包括n＝5、11的ZSM-n类型和其他类型及其变型。例如ZSM-n型催化剂的铜(Cu)可以换成铁(Fe)或镁(Mg)。在根据本发明的优选实施例中，催化剂粉末设置为至少覆盖基底的涂层。

在一个实施例中，催化剂粉末包括1.5-4wt％的Cu。

在一个实施例中，催化剂粉末包括2.0-3.5wt％的Cu。

测试表明，催化剂粉末包括2.5-3wt％的Cu可能是有利的。在一个优选实施例中，催化剂粉末包括2.7-2.9wt％的Cu，例如2.8wt％的Cu。

在根据本发明的一个实施例中，选择性催化还原系统包括催化剂粉末，其中一种或多种过渡金属和一种或多种稳定金属负载在沸石上。

沸石是硅酸铝可能是有益的。

沸石可包括ZSM-5、ZSM-11、ZSM-12、丝光沸石或镁碱沸石。

过渡金属可以包括Cu、Fe和Mg中的一种或多种。

过渡金属可以进一步包括Ce和Zr中的一种或多种作为稳定金属。

可以首先添加Cu，并且可以在煅烧之后添加Ce和/或Zr，或者可以在同一操作中添加Ce和/或Zr。

可以在同一操作中添加Cu和Ce和/或Zr，然后在低于550℃的温度下煅烧。

可以通过使用粘合剂，将催化剂粉末涂覆在蜂窝状或波纹板状的基底上。基底可以是金属型或陶瓷型。

在根据本发明的优选实施例中，铈(Ce)或锆(Zr)、或者铈(Ce)和锆(Zr)在一道或两道工序中使用，可选地，在添加之间进行煅烧以提供更稳定(效率随着时间变化越高)的方法和用于执行该方法的反应器。粘合剂可包含至多50％的TiO₂。(催化剂浆料中的)Cu含量，合适地可以为约1wt％至4wt％，优选在1.7wt％至3.5wt％的范围内。

在根据本发明的优选实施例中，(浆料中的)Cu含量在2.8wt％至3.1wt％的范围内。涂层的厚度可以在10-200μm的范围内，优选在20-150μm的范围内，例如30-100μm，例如大约50μm。

在催化剂粉末中存在的Ce的范围为1-5wt％，优选为2.2wt％至3.0wt％，例如约2.3wt％可能是有利的。在催化剂粉末中存在的Zr范围为1-3wt％，优选为约1.8wt％，可能是有利的。

碳化沉积物的量可取决于添加辅助金属的顺序。可以首先添加Cu，并且在煅烧之后添加Ce。或者，可以在同一工序中添加Cu和Ce而其间不进行煅烧，从而显著减少碳化沉积物。除了使用铜，还可以使用铁(Fe)或锰(Mg)。

选择性催化还原系统包括可编程逻辑控制器，可能是有利的。

在根据本发明的优选实施例中，通过使用组合的空气-油注射或“开-关脉冲”注射来控制注入的油量。在组合的空气-油注射的情况下，可以根据由可编程逻辑控制器控制的发动机负载来调节气压以改变油量。当以(“开-关”)脉冲方式注入油时，可以通过更改脉冲频率来控制注入的油量。可以根据由可编程逻辑控制器控制的发动机负载来调节频率。可以将柴油注入引导废气进入反应器的管道中。所述管道可以设置在反应器之前，使得在反应器外部进行注射。但是，柴油也可以注射到反应器中，只要在柴油进入反应器内的一个或多个段的层之前，废气能够使注入的柴油蒸发。

通过使用组合的空气-油注射或脉冲注射或其组合，将油以液滴的形式注入，可能是有利的。

可编程逻辑控制器可以设置为根据柴油发动机负载和转速来控制操作。优选地，可编程逻辑控制器可包括集成安全系统，该集成安全系统能够在一个或多个参数(例如压力或温度)不再在预定范围内的情况下使该可编程逻辑控制器生成警报。

将硬连线的安全系统与可编程逻辑控制器并联可能是有利的，以确保在可编程逻辑控制器跳闸的情况下的安全性。

选择性催化还原系统包括注油系统。该注油系统设置和构造成将油注射到反应器中，从而使得能够进行上述的NO氧化过程。可以将油注入到第一催化层(段)的下方，或者注入到第一催化层(段)的下方和两个催化层(段)之间。注油系统可以具有合适数量的一定尺寸的喷嘴。

选择性催化还原系统包括吹灰器可能是有利的，吹灰器设置成在每个段中的第一催化层下方提供空气(例如以固定的时间间隔)，以保持催化剂入口表面清洁。

选择性催化还原系统包括其中可以进行上述NO氧化过程的反应器。反应器设置成容纳这些段以有助于NO氧化过程。

选择性催化还原系统包括在第一段中的分开的层中提供的多个选择性催化还原催化剂，其中选择性催化还原系统包括至少一个附加段，其包括在分开的层中的多个选择性催化还原催化剂，其中至少一个附加段设置在距第一段的非零距离处。

选择性催化还原系统可包括一个、两个或更多个段。

在至少一个段中，通过确保相应地定制体积流量、横截面和层之间的距离的大小，以达到期望的最小停留时间，来维持组成催化还原系统的层之间的距离和特定的最小平均停留时间。

该选择性催化还原系统可以包括三段。

选择性催化还原系统可用于二冲程柴油发动机或四冲程柴油发动机。选择性催化还原系统配置为在船舶用的二冲程柴油发动机或四冲程柴油发动机中安装并使用，可能是有利的。

层之间设置的非零距离在5-500mm的范围内可能是有利的，优选在10-400mm之间，例如20-250mm。由此可以有助于进行所需的化学反应，因为如果体积流量和横截面都在优选范围内，这些距离可以为气体提供所需的最小平均停留时间。非零距离可以进一步取决于一个或多个催化层的厚度以及所应用的一种或多种催化剂。

选择性催化还原系统包括可移动地附接至反应器的多个门可能是有利的。

因此，可以通过门进入这些段来替换或颠倒这些段。

可以将门可旋转地附接到反应器，或滑动地附接或可拆卸地附接到反应器或其上的附接结构。

在至少一些相邻段之间设置板构件可能是有利的。板构件可以改善油的分布，从而提供更均匀的油分布，从而提供更有效的NO_x还原过程。

将板构件设置在第一段和附加段之间可能是有利的。

将板构件设置在所有相邻段之间可能是有利的。

由此可以提供油的均匀分布。

将板构件设置成分散注入反应器内部的油可能是有益的。优选地，板构件可成形为径向地向外引导蒸发的油，以获得最佳的流动路径。

将选择性催化还原催化剂设置成层，各层的厚度在5-200mm的范围内可能是有益的，优选为10-150mm。

在一个实施例中，选择性催化还原催化剂设置成层，各层厚度在40-120mm范围内。

在一个实施例中，选择性催化还原催化剂设置成层，各层厚度在50-100mm范围内。

在一个实施例中，选择性催化还原催化剂设置成层，各层厚度在60-90mm范围内。

反应器包括一个或多个段，每个段包括多个催化层可能是有利的。

选择性催化还原催化剂选自Ce/Cu-ZSM-5或Ce-Zr/Cu-ZSM-5可能是有利的，其中分别在添加Cu之后和在添加Ce和Zr之后对选择性催化还原催化剂进行煅烧。在一个实施例中，选择性催化还原催化剂在煅烧之前先进行干燥。

选择性催化还原催化剂选自Ce/Cu-ZSM-5或Ce-Zr/Cu-ZSM-5可能是有利的，其中同时加入Cu以及Ce和Zr，且在加入Cu以及Ce和Zr后将粉末进行煅烧。

在一个实施例中，加入Cu、Fe或Mg并干燥，然后加入Ce和Zr，将粉末干燥并随后煅烧。

对于这两种类型，都可以将TiO₂添加到粘合剂中，从而将催化剂粉末粘合到基底上。基底由每平方英寸孔数(CPSI)为81-256的波纹钢板或波纹陶瓷板组成。

在根据本发明的一个实施例中，选择性催化还原系统包括氧化催化剂。为了将CO氧化为CO₂以及将氢-碳元素(HC)氧化为CO₂和H₂O，优选地，可以将氧化催化剂设置在选择性催化还原系统之后。

选择性催化还原系统包括沿着反应器的纵轴居中延伸的管状结构可能是有利的。由此可以将油注入反应器的中心部分，以提供油的最佳分布。

优选地，管状结构沿着反应器的下部圆锥部分的纵轴居中延伸。

管状结构延伸穿过第一段并从第一段突出可能是有益的。

管状结构可以形成为管道，例如由金属或陶瓷材料制成。

选择性催化还原系统包括扩散器可能是有利的。由此，扩散器可用于优化进入反应器的蒸发油或注入反应器的油的分布(其中注入的油在反应器内部蒸发)。

将扩散器设置在管状结构的入口部分处可能是有利的。优选地，扩散器可适于并设置成将注入的油朝着第一段扩散并扩散到第一段上。

选择性催化还原系统包括热回收单元可能是有利的。由此，可以回收催化剂中释放的热量。热量可用于产生蒸汽，而蒸汽可用于生产船上使用的饮用水或电力。

在该过程中，反应器上的温度升高。由于反应器后的废气温度升高，能够回收最高75％的反应物能量。

举例来说，2500kW的四冲程柴油发动机在75％负载下、720rpm、废气温度为340℃时，将有约230kW的热量额外用于产生蒸汽，且具有更高的质量(过热度更高)。蒸汽可用于生产饮用水或电力。

在根据本发明的一个实施例中，该系统包括冷却单元，该冷却单元设置为冷却该系统的至少一部分。由此可以将温度保持在预定的温度上限以下。

所注入的油中的热量Q_油可以用以下成分的总和表示：

从反应器到环境的热损失：Q_热损失

用于升高反应器入口温度的热量：Q_{升高入口温度}

用于升高反应器上温度的热量：Q_{反应器上温度}

通过氧化催化剂的热损失：Q_氧化

因此，这可以表示为：

Q_油＝Q_热损失+Q_{升高入口温度}+Q_{反应器上温度}+Q_氧化

为了减少环境的Q_热损失，反应器的横截面可以优选为圆形。因此，在根据本发明的优选实施例中，反应器包括具有圆形横截面的部分。反应器包括圆柱形的部分且其具有圆形横截面可能是有利的。

本发明的方法是一种用于还原氮氧化物(NO_x)的方法，所述方法包括以下步骤：使用选择性催化还原系统，并应用柴油作为还原剂，以在柴油发动机的废气中通过催化剂将氮氧化物(NO_x)转化为双原子氮(N₂)和水(H₂O)，其中该方法包括在反应器中提供柴油的步骤，其中该方法包括以下步骤：通过应用设置在具有多个层的段中的多个选择性催化还原催化剂进行NO_x转化，包括NO氧化、随后的非均相催化过程、随后的均相过程。根据该方法，选择各层之间的距离，以确保在各层之间为废气提供最小平均停留时间，其中，用于使气体分子从一层移动到下一层的最小平均停留时间不小于0.025秒，优选不小于0.04秒，最优选不小于0.135秒。

由此，基于柴油作为还原剂的应用，可以进行用于还原NO_x的改进的选择性催化还原过程，并总是确保反应器的最优功能。

为了使废气流中的用过的柴油始终达到所需的裂化率，优选让废气和柴油流至少经过三层。

该方法包括以下步骤：将注入的油裂化，进行非均相NO_x转化，引起自由基NH₄ ⁺的形成，其中自由基NH₄ ⁺用于进行均相NO_x转化，这可能是有益的。

该方法包括以下步骤：在距第一段非零距离处提供第二段，其中选择非零距离，使得允许自由基NH₄ ⁺在上述化学过程：

中反应，从而增加活性，这可能是有利的。

该方法应用于在四冲程柴油发动机之后或在二冲程柴油发动机上的废气接收器与废气涡轮之间的废气流中的NO_x的选择性催化还原可能是有利的。

该方法可应用于船舶用途的柴油发动机中的NO_x的选择性催化还原。

在一个实施例中，选择性催化还原系统被配置为在产生废气的柴油发动机中应用柴油作为还原剂，通过催化剂将氮氧化物(NO_x)转化为双原子氮(N₂)和水(H₂O)，其中选择性催化还原系统包括：

-注油系统；

-至少在第一段中设有多个选择性催化还原催化剂的反应器，其中设有氧化催化剂以氧化废气中的一种或多种组合物。

因此，可以提高选择性催化还原系统的能量效率。可以实现更高的热产量。额外的热量可用于发电(通过使用由燃气轮机和/或蒸汽轮机驱动的发电机)或用于蒸发海水以蒸馏水(生产饮用水)。

此外，选择性催化还原系统使得可以将废气中包含的所有烃类和颗粒(碳烟)转化为CO₂，从而可以提高热产量。可以获得比通过直接氧化船用柴油所获得的热产量高出多达8％的热产量。因此，可以实现所注入的油的热值的大约100％的热回收。之所以能够实现这一点，是因为注入的油会裂化至80-90％，以获得热值高于柴油的短链烃。选择100％的热回收，可以生产电力或水。因此，本发明能够通过所使用的物质完全回收反应物的成本，而且选择性催化还原过程也不会释放额外的CO₂。

选择性催化还原系统适于通过反应器中设置的入口接收废气。反应器配置成将长链烃打断成较简单的分子，例如轻烃。氧化催化剂被配置为通过以下过程将一氧化氮NO氧化为二氧化氮NO₂：NO+1/2O₂＝NO₂。

优选地，颗粒过滤器被配置成通过NO₂氧化持续地氧化累积的碳烟颗粒。在反应器中进行的裂化过程将导致温度升高至高于NO₂碳烟氧化温度。因此，颗粒过滤器中的燃烧将产生额外的热量。

因此，基于柴油作为还原剂的应用，可以提供改进的选择性催化还原系统和选择性催化还原方法，用于NO_x的还原。

使用柴油作为反应物，消除了对船上用于存储尿素的储罐的需求，并消除了用于供应尿素的可能的复杂物流。注入的油的成本约为注入的尿素的成本。

柴油是指构造成用于柴油发动机的液体流体(包含燃油)。因此，术语柴油包括船用柴油，也称为“馏分船用柴油”，其为气油和重燃油的混合物，比中间燃料油具有更少的气油。术语柴油包括所有燃油，含船用燃料。

此外，使用油作为反应物消除了由于形成硫酸氢铵(NH₄)HSO₄或硫酸铵(NH₄)₂SO₄而堵塞催化剂的风险。

与具有催化剂的常规尿素-SCR反应器相比，根据本发明的选择性催化还原系统的反应器重量轻约40％。因此，本发明可以减轻反应器的重量。

该过程在大约340℃至大约360℃，例如大约350℃的废气温度下开始，但是由于该过程引起温度升高，因此可以在低至320℃的废气温度下继续工作。

用于反应物注入和蒸发的管道的长度可以短至传统的尿素选择性催化还原系统管道的五分之一，并且可以由普钢制成。

根据本发明的选择性催化还原系统设置为在柴油发动机中通过催化剂将氮氧化物(NO_x)转化为双原子氮(N₂)和水(H₂O)。该化学过程包括三个综合的催化步骤：

-将注入的油裂化；

-非均相NO_x转化和用于后续反应的自由基的形成，；

-催化剂下游的均相NO_x转化。

在一个实施例中，在选择性催化还原催化剂之后设置氧化催化剂和颗粒过滤器。

选择性催化还原系统包括流通式柴油氧化催化剂和碳烟颗粒过滤器(也称为碳烟微粒过滤器)可能是有利的。因此，可以提供一种催化剂，该催化剂能够促进多种废气成分被NO₂氧化。经过氧化催化剂后，柴油污染物可被氧化成无害产物(H₂O和CO₂)，因此可使用流通式柴油氧化催化剂进行控制。

颗粒氧化催化剂是具有容纳碳烟颗粒的能力的专用柴油氧化催化剂，其成形为一个装置，该装置被构造成捕获液态碳烟颗粒物质并将其储存一段足以将其催化氧化的时间。该装置通常具有开放的流通通道，即使物质的容纳量达到饱和，也允许废气流动。在称为再生的过程中，被捕集的碳烟颗粒必须通过将其氧化成气态产物从设备中清除。颗粒氧化催化剂的再生通常通过碳烟和上游氧化催化剂中产生的二氧化氮之间的反应来完成。一旦颗粒氧化催化剂在没有再生的情况下被碳烟填充至其最大容量，也不会堵塞。更确切地说，颗粒物转换效率将逐渐降低，从而使得能够经过该结构排放颗粒物。

颗粒过滤器可以使用不同类型的基底，并且被称为流通过滤器、分流过滤器、分流过滤技术、开放式颗粒过滤器、颗粒物过滤催化剂和颗粒物氧化催化剂。

氧化催化剂是壁流式颗粒过滤器可能是有利的，该壁流式颗粒过滤器包括涂覆有催化剂的壁，催化剂被配置为氧化以下至少一种：CO、HC和NO。

在一个优选的实施例中，氧化催化剂是壁流式颗粒过滤器，其包括涂覆有催化剂的壁，催化剂被配置为氧化以下的CO、HC和NO中的任意一种。

壁流式颗粒过滤器可以由诸如堇青石、钛酸铝、莫来石或碳化硅的陶瓷材料制成。壁流式颗粒过滤器可以包括蜂窝结构，该结构在相对的两端交替堵塞的通道。因此，当气体进入通道的开口端时，位于另一端的塞子将迫使气体通过蜂窝状通道的多孔壁并通过相邻通道排出。通道壁的超细多孔结构有助于实现高于85％的收集效率。壁流式过滤器通过拦截和压紧整个多孔壁上的固体颗粒来捕获颗粒物。允许废气通过以保持低压降。

由于随着时间推移，壁流式颗粒过滤器会被在多孔壁的内表面上形成的一层留存的颗粒填满，因此需要提供一种燃烧或去除累积的颗粒物从而再生过滤器的方法。一种处理累积的颗粒物的合适方法是，当废气温度足够时，用过滤器上的NO₂将颗粒物持续地氧化(“被动氧化”)。如果过滤器温度不够高，则通过注入更多的柴油来提高过滤器温度。通过燃烧掉收集的物质，过滤器被净化或“再生”到其原始状态。再生频率由导致背压增加的碳烟堆积量决定。为了促进碳烟的分解，在过滤器上使用涂层形式的催化剂。

将氧化催化剂设置在选择性催化还原催化剂和颗粒过滤器之间可能是有利的。

优选地，在选择催化还原催化剂和颗粒过滤器的下游设置氧化催化剂。

因此，可以通过氧化催化剂将一氧化氮NO氧化为二氧化氮NO₂，并在颗粒过滤器中使用二氧化氮，以燃烧掉累积的碳烟颗粒。

选择性催化还原系统包括或连接至发电机可能是有利的。因此，可以产生电。

颗粒过滤器包括出口并且选择性催化还原系统包括或连接至连接到涡轮的发电机可能是有益的，其中涡轮与颗粒过滤器的出口流体连通。

在一个实施例中，选择性催化还原系统连接至涡轮或包括涡轮。

通过以使涡轮接收从颗粒过滤器释放的废气的方式设置涡轮，可以使用废气来驱动涡轮。因此，包含在从颗粒过滤器释放的废气中的额外能量将引起涡轮旋转。

在一个优选实施例中，涡轮包括可旋转地安装在涡轮壳体中的涡轮叶轮。热废气将在涡轮之前累积，并在涡轮中转化为动能。因此，涡轮可以被加速到高速。在一个实施例中，废气沿径向方向流入涡轮叶轮的叶片中，然后沿轴向方向流出涡轮叶轮。

颗粒过滤器包括出口，该出口包括或连接到蒸馏设备可能是有利的。

因此，可以将在选择性催化还原系统中产生的热量应用于产生饮用水。

附图说明

根据下文给出的详细描述，将更加全面地理解本发明。附图仅以举例说明的方式给出，因此它们不限制本发明。在附图中：

图1示出了根据本发明的选择性催化还原系统的示意图；

图2A示出了集成在二冲程柴油发动机中的根据本发明的选择性催化还原系统的示意图；

图2B示出了集成在四冲程柴油发动机中的根据本发明的选择性催化还原系统的示意图；

图3A示出了根据本发明的选择性催化还原系统的反应器的示意图；

图3B示出了根据本发明的选择性催化还原系统的反应器的截面示意图，其中反应器包括第一段和设置在距第一段非零距离处的附加段；

图4A示出了根据本发明的选择性催化还原系统的反应器的截面示意图，其中该反应器包括第一段、设置在距第一段非零距离处的第二段和设置在距第二段非零距离处的第三段；

图4B示出了根据本发明的选择性催化还原系统的反应器的第一段和设置在距第一段非零距离处的第二段的一部分的截面示意图；

图5A示出了根据本发明的选择性催化还原系统的歧管的俯视图；

图5B示出了图5A中所示的歧管的截面侧视图；

图5C示出了图5A所示的歧管的侧视图；

图5D示出了图5A所示的歧管的透视图；

图6A示出了随各段之间的停留时间变化的相对活性(两个段相对于一个段)的曲线图；

图6B示出了根据本发明的选择性催化还原系统的反应器的截面示意图，其中反应器包括第一段和设置在距第一段非零距离处的附加段；

图6C示出了根据本发明的反应器的一段的层的透视俯视图；

表1示出了浆料中Cu的百分比，不同层结构的浆料负载量以g/L计量；

图7A示出了表1中所述各层中随Cu含量变化的催化剂活性；

图7B为表示NO_x还原度与Cu含量的函数关系的图。

图8以截面示意图，示出了根据本发明的催化还原系统的反应器的3个稍微不同的实施例；

图9是图8所示的反应器的一部分的放大图；

图10A示出了用于插入反应器中的具有催化剂的盒子的实施例的3D渲染图；

图10B是图10A中看到的盒子的截面图；

图10C是图10A中的反应器的侧视图；

图11是具有3层的反应器段的横截面的3D示意图；

图12示出了反应器中的裂化过程；

图13A示出了根据本发明的选择性催化还原系统的示意性侧视图；

图13B示出了选择性催化还原系统，其中指出了反应器的结构；

图14A示出了根据本发明的构造成进行NO_x还原并产生蒸汽和电力的选择性催化还原系统的示意图；

图14B示出了构造为进行NO_x还原并产生饮用水的选择性催化还原系统的示意图；以及

图15示出了构造成进行NO_x还原并产生蒸汽和电力的选择性催化还原系统的示意图。

具体实施方式

现在为了说明本发明的优选实施例而详细参考附图，图1中示出了本发明的选择性催化还原系统2。

图1是根据本发明的选择性催化还原系统2的侧面示意图。选择性催化还原系统2包括反应器10，该反应器10设有门18、18’、18”’，每个门可进入反应器10内部的一部分。由此，可以更换或掉转反应器10内部的各段。

反应器10包括一个夹在下圆锥形部分20和上圆锥形部分20’之间的圆柱形中心部分。在下圆锥形部分20的远端设有端管22，端管22在其远端处设有法兰58。同样地，在上圆锥部分20’的远端设有端管22’，端管22’在其远端处设有法兰58’。门18、18’、18”可移动地附接(例如可旋转地附接或可拆卸地附接)到反应器10的中心部分。

重要的是要强调，反应器10可以水平和垂直定向。也可以将反应器10设置成倾斜的方向，使得反应器相对于水平和垂直都成角度。

管道26’在其近端设有法兰58，通过将法兰58、58’彼此固定，将管道26’附接到端管22’。类似地，弯管26在其近端设有法兰58，通过将法兰58、58’彼此固定，将弯管26附接到端管22。重要的是要强调，管道结构可以不同。在根据本发明的一个实施例中，管道26可以是直的。

注射单元24延伸穿过管道26的壁，并且设置为将油40注入到管道26中。注射单元24设置为向反应器10的端管22注入油40。因此，注入的油40将进入反应器10，在反应器10中，柴油用作选择性催化还原系统2中的还原剂。

当油(以液体形式)注入到管道26中的废气中时，柴油液滴将蒸发。因此，在根据本发明的优选实施例中，该系统不需要单独的油蒸发单元。

选择性催化还原系统2包括压差传感器32，其通过第一导管34连接到反应器10的第一段，并通过第二导管34’连接到反应器10的第二段。由此，压差传感器32能够测量反应器10在第一段和第二段之间延伸的那部分两端的压差。出于实际原因，压差传感器32通过第一导管34连接到反应器10的下部并且通过第二导管34’连接到反应器10的上部可能是有利的。因此，压差传感器32可以测量反应器10设置有催化剂的中心部分两端的压差。因此，压差传感器32设置为检测压差何时超过预定压力水平(例如1-1000毫巴，例如4-500毫巴，优选地8-100毫巴，例如10-20毫巴)。优选地，选择性催化还原系统2包括警报单元，该警报单元设置成当压差超过预定压力水平时产生警报。

在根据本发明的另一实施例中，使用两个分开的压力传感器来测量反应器10的两个不同位置处的压力。通过比较两个检测到的压力，可以计算两个测量点之间的压力差。因此，差压传感器32可以用两个压力传感器代替。

选择性催化还原系统2包括第一温度传感器28，其设置并配置为检测反应器10的下部(入口)中的温度。选择性催化还原系统2包括第二温度传感器30，其设置并配置为检测反应器10的上部(出口)中的温度。通过比较由第一温度传感器28和第二温度传感器30检测到的温度，可以测量反应器10两端的温度增量。

选择性催化还原系统2包括通过管道54”连接到柴油罐50的泵48。优选地，泵48是配置为产生足够高的压力的泵。泵48与注射单元24流体连通。泵48通过管道54’连接至流量传感器46。控制阀44通过管道54连接到流量传感器46，并且控制阀44通过管道36连接到注射单元24。管道55在管道54’和柴油罐50之间延伸。因此，柴油可以从管道54’返回到柴油罐50。在根据本发明的一个实施例中，选择性催化还原系统2包括并联连接的两个泵48(第一泵和第二泵)。因此，在第一泵发生故障、需要进行维修或更换时，可以使用第二泵，反之亦然。

托盘(用于收集油)可以设置在注射单元24下方。同样，托盘可以设置在泵下方用于收集泄漏的油。优选地，系统2可以包括传感器，该传感器设置并配置为在泄漏足够大的情况下产生警报。

选择性催化还原系统2包括可编程逻辑控制器60。压差传感器32、温度传感器28、30、泵48、流量传感器46和控制阀44通过电缆52、52’、52”连接至可编程逻辑控制器60。但是，可以用无线连接替换此有线连接(通过应用相应的发送器和接收器)。可编程逻辑控制器60接收由压差传感器32、温度传感器28、30、泵48、流量传感器46和控制阀44检测到的测量值(传感器输入)。可编程逻辑控制器60配置为基于压差传感器32、温度传感器28、30和流量传感器46的传感器输入，对泵48和控制阀44进行控制。可编程逻辑控制器60可配置为当检测到的温度之间的差小于超过预定温度水平，或者当检测到的温度之间的差低于预定温度水平时产生警报。

图2A示出了集成在二冲程柴油发动机4中的根据本发明的选择性催化还原系统2的示意图。二冲程柴油发动机4包括具有活塞70的汽缸66。设有压缩机80，以将压缩空气输送到与汽缸66流体连通的扫气接收器76。

废气经由连接至废气接收器78的管道离开汽缸66。废气接收器78连接至废气涡轮(膨胀器)82。废气接收器78同时连接到废气涡轮82的入口和出口。设有控制阀68”’，以控制气体接收器78至废气涡轮82的入口之间连接的管道的流量。设有控制阀68，以调节离开气体接收器78的管道流量。

选择性催化还原系统2包括油泵48、注油器6和反应器10。该泵48设置成将加压的油输送到注油器6。注油器6设置并配置为将加压的油注射到反应器10中。设有鼓风机72，以将(压缩)空气吹到反应器10中。在根据本发明的优选实施例中，鼓风机72配置为以预定的方式，优选以固定的时间间隔，在催化剂的每个段的第一催化层下方吹送空气，来保持催化剂入口表面清洁。

反应器10设置在废气接收器78的出口与废气涡轮82之间。注油系统6设置在废气接收器78与反应器10之间。

选择性催化还原系统2包括设置在废气接收器78和注油系统6之间的控制阀68’。

在根据本发明的一个实施例中，鼓风机72可以是集成在选择性催化还原系统2中的一部分。

在根据本发明的另一实施例中，鼓风机72可以是单独的单元，而不是集成在选择性催化还原系统2中的一部分。

在反应器10的出口之后设置有控制阀68”。控制阀68’配置为调节来自反应器10的流量。

扫气接收器76连接至废气涡轮82。扫气接收器76和废气涡轮82之间设置有控制阀74。控制阀74可以是任意合适的类型和尺寸。

选择性催化还原系统2包括控制单元62，其配置为控制选择性催化还原系统2的多个单元。在根据本发明的一个实施例中，选择性催化还原系统2包括设置为对泵48、控制阀68、68’、68”、68”’中的至少一个和制动电阻器74进行控制的控制单元62。在根据本发明的优选实施例中，选择性催化还原系统2包括配置为对泵48、控制阀68、68’、68”、68”’以及制动电阻器74和注油系统6进行控制的控制单元62。

选择性催化还原系统2可以包括多个传感器(例如如图1中所示)和警报单元，该警报单元配置为当由一个或多个传感器检测到的一个或多个参数超过预定水平或小于预定水平时产生警报。

如图2A所示，选择性催化还原系统2配置用于在二冲程柴油发动机2(例如用于船舶用途)上的废气接收器78和废气涡轮82之间选择性催化还原NO_x。

图2B示出了集成在四冲程柴油发动机4中的根据本发明的选择性催化还原系统2的示意图。四冲程柴油发动机4由具有活塞70的汽缸66表示。设有压缩机80，以将压缩空气输送至与汽缸66流体连通的空气冷却器30中。

废气经由连接至废气接收器78的管道离开汽缸66。废气接收器78连接至废气涡轮82。

反应器10设置在废气涡轮82之后。选择性催化还原系统2包括注油器6和反应器10。柴油罐50与注油器6流体连通。因此，罐50配置为将油输送至注油器6。废气涡轮82连接至注油器6，该注油器6设置并配置为将加压的油注入反应器10中。设有鼓风机72，以将(压缩)空气吹到反应器10。在根据本发明的优选实施例中，鼓风机72配置为以预定方式，优选以固定的时间间隔，在催化剂的每个段的第一催化层下方吹送空气，以保持催化剂入口表面清洁。

在根据本发明的一个实施例中，鼓风机72可以是集成在选择性催化还原系统2中的一部分。

在根据本发明的另一实施例中，鼓风机72可以是单独的单元，而不是集成在选择性催化还原系统2中的一部分。

选择性催化还原系统2包括配置为控制选择性催化还原系统2的多个单元的控制单元62。在根据本发明的一个实施例中，选择性催化还原系统2包括配置为控制注油系统6以及选择性催化还原系统2的一个或多个结构的控制单元62。

选择性催化还原系统2可包括一个或多个控制阀(未示出)，并且控制单元62可配置为控制这些控制阀中的一个或多个。在根据本发明的一个实施例中，控制单元62配置为从一个或多个传感器接收一个或多个信号，并且基于所接收的信号来调节一个或多个器件。控制单元62可配置为基于温度检测和/或压差检测来控制一个或多个阀和/或注油系统6。

选择性催化还原系统2可以包括多个传感器(例如如图1中所示)和警报单元，该警报单元配置为当由一个或多个传感器检测到的一个或多个参数超过预定水平或小于预定水平时产生警报。

图3A示出了根据本发明的选择性催化还原系统的反应器10的示意图。反应器10包括圆柱形中心部分，该圆柱形中心部分具有设置在中心部分下端(相对于由箭头指示的流动方向)的第一门18和设置在中心部分上端(相对于由箭头指示的流动方向)的第二门18。门18、18’配置为可以打开或移除以便进入反应器10的内部。这使得能够容易地更换设置在反应器10内部的层(见图3B)。

中心部分夹在下圆锥形部分20和上圆锥形部分20’之间。在下圆锥形部分20的远端处设置有端管22，在端管22的远端处设有法兰58’。同样地，在上圆锥形部分20’的远端处设置有端管22’，在端管22’的远端处设有法兰58’。

在弯管26的近端设有法兰58，通过将相邻的法兰58、58’彼此附接，将弯管26附接至端管22。管道26可以具有另一种结构。管道26可以例如是直的。

压力罐31配置为输送加压空气，其通过第一导管和第二导管连接至反应器10。阀33设置在压力罐31与反应器10之间的第一导管中，而另一阀33设置在压力罐31与反应器10之间的第二导管中。

反应器10设置有第一支撑腿90、第二支撑腿90’和第三支撑腿(未示出)。反应器10可以应用在选择性催化还原系统中，该选择性催化还原系统包括配置为控制一个或多个注油器和/或一个或多个控制阀(未示出)的控制单元。控制单元可以配置为从包括压差传感器32在内的一个或多个传感器中接收信息。

图3B示出了根据本发明的选择性催化还原系统的反应器10的截面示意图。反应器10基本上对应于图3A所示的反应器。反应器10包括圆柱形中心部分，该圆柱形中心部分夹在下圆锥形部分20和上圆锥形部分20’之间。在下圆锥形部分20的远端设有端管22，在端管22远端设有法兰58’。同样地，在上圆锥形部分20’的远端设有端管22’，在端管22’远端设有法兰58’。

圆柱形中心部分的内部设有第一段14和附加段16，附加段16设置在距第一段14非零距离D₃处。在第一段14和附加段16之间设置有板构件。板构件84配置为将注入到反应器10内部的油分散。

每个段14、16分别包括多个层S₁、S₂、S₃和S₁’、S₂’、S₃’。相邻层S₁、S₂、S₃、S₁’、S₂’、S₃’之间的距离以及第一段14和附加段16之间的距离D₃为生成的自由基NH₄ ⁺通过在前面提到的均相催化步骤：(5)

中的反应提供了产生效果的时间。

因此，通过在相邻层S₁、S₂、S₃、S₁’、S₂’、S₃’之间以及在第一段14和附加段16之间设置非零距离，可以增加反应器10的效果和效率。选择相邻层S₁、S₂、S₃、S₁’、S₂’、S₃’之间的距离以及第一段14和附加段16之间的距离D₃，使得能够实现自由基NH₄ ⁺的最大效果。距离D₃在5-1000mm之间，优选地在50-500mm的范围内，例如100-400mm。

在下圆锥形部分20中设置有扩散器88。该扩散器配置为将注入的油40朝向第一段14的第一层S₁混合并扩散到第一段14的第一层S₁上。

待处理的废气通过设置在第一端92中的入口进入反应器10，经过第一段14、第二段16，并通过设置在第二端94中的出口离开反应器10。废气携带气态形式的注入油40。气态油40首先通过扩散器88向外引导。封闭结构134、134’、134”在每一层S₁、S₂、S₃的延长部分上径向延伸。因此，封闭结构134、134’、134”迫使蒸发的柴油40(轴向地)穿过设置在层S₁、S₂、S₃中的通道。

第一段14包括由空隙隔开、彼此叠置的三个层S₁、S₂、S₃。同样地，第二段16包括彼此叠置的三个层S₁’、S₂’、S₃’，其中在相邻的层S₁’、S₂’、S₃’之间设有一定距离。

第一段14的层S₁、S₂、S₃和第二段16的层S₁’、S₂’、S₃’可以形成Ce/Cu-ZSM-5型催化剂或Ce-Zr/Cu-ZSM-5型催化剂。

当使用Ce/Cu-ZSM-5型催化剂时，优选地，催化剂可以分别在添加Cu之后以及添加Ce和Zr之后进行煅烧。

当使用Ce-Zr/Cu-ZSM-5型催化剂时，优选地，可同时添加Cu以及Ce和Zr，并且优选地，粉末可以在添加Cu以及Ce和Zr之后进行煅烧。

对于这两种类型，都可以将TiO₂添加到粘合剂中，从而将催化剂粉末粘合到基底上。基底可以由波纹钢板或波纹陶瓷板组成，其CPSI(每平方英寸的孔数)在81-256的范围内。

第一段14的层S₁、S₂、S₃和第二段16的层S₁’、S₂’、S₃’可以具有基本相同的厚度。每层的厚度可以是5-500mm，优选地是10-250mm，例如40-150mm，例如75mm。

在根据本发明的优选实施例中，层S₁的厚度为5-500mm，优选地为10-250mm，例如40-150mm，例如75mm。在根据本发明的优选实施例中，层S₂的厚度为5-500mm，优选地为10-250mm，例如40-150mm，例如75mm。在根据本发明的优选实施例中，层S₃的厚度为5-500mm，优选地为10-250mm，例如40-150mm，例如75mm。

在根据本发明的优选实施例中，层S₁’、S₂’和S₃’的厚度为5-500mm，优选地为10-250mm，例如40-150mm，例如75mm。

在根据本发明的优选实施例中，层S₁、S₂、S₃具有相同的类型和尺寸。

在根据本发明的另一实施例中，层S₁、S₂、S₃具有不同的类型和/或厚度。

板构件84设置在第一段14和第二段16之间。管状结构86形成为居中设置的管，沿着反应器10的下圆锥形部分20的纵轴延伸。将蒸发的油40’引入到这两个段14、16之间的空隙中。管状结构86的远端设置在距板构件84的距离h处。板构件84配置和设置成将蒸发的柴油40’径向地引向反应器10的周缘，由此将蒸发的柴油40’引向第二段16的第一层S₁’。

根据本发明的选择性催化还原系统可以包括附加的氧化催化剂反应器(未示出)，该氧化催化剂反应器设置为将CO氧化为CO₂，并将HC氧化为CO₂和H₂O。优选地，附加的氧化催化剂反应器可以设置在反应器10之后。

在第一段14中的第一催化层S₁(设置为最靠近反应器10的入口92)和第二段16中的第一催化层S₁’之下，可以以固定的时间间隔吹送空气，以保持催化剂入口表面清洁。这可以借助于鼓风机完成(如图2A和图2B所示)。

段14、16的催化剂确保了三个综合的催化过程，包括：

-油的裂化；

-非均相NO_x转化和用于后续反应的自由基的形成；

-催化剂下游的均相NO_x转化。

第一段14上的温度升高。在图3B中示出了该温度增量ΔT₁。同样地，第二段16上的温度升高。在图3B中也示出了该温度增量ΔT₂。

在根据本发明的一个优选实施例中，选择性催化还原系统包括设置在反应器10之后的废热回收系统。由此，废热回收系统可以回收在反应器10的催化剂中释放的热量。

回收的热量可用于产生蒸汽，蒸汽用于生产饮用水或电力(如果将选择性催化还原系统应用于船用柴油发动机中废气中NO_x的选择性催化还原，则饮用水或电力可在船上使用)。

图4A示出了根据本发明的选择性催化还原系统的反应器10的截面示意图。选择性催化还原系统包括反应器10，该反应器10设有第一段14、第二段16和第三段16’，第二段设为与第一段14相距非零距离D₁，第三段16’设为与第二段16相距非零距离D₂。反应器10基本上对应于图3A和图3B所示的反应器。反应器10包括圆柱形中心部分，该中心部分夹在下圆锥形部分20和上圆锥形部分20’之间。在下圆锥形部分20的远端设有端管22，在端管22的远端设有法兰58’。同样地，在上圆锥形部分20’的远端设有端管22’，在端管22’的远端设有法兰58’。

但是，在圆柱形中心部分的内部，设有第一段14和附加段16，附加段16设置在距第一段14非零距离D₁处。在附加(第二)段16和第三段16’之间的非零距离D₂中设有第二板构件84’。板构件84、84’配置为将注入到反应器10内部的油40’分散。

第一段14和附加段16之间的距离D₁以及相邻层S₁、S₂、S₃、S₁’、S₂’、S₃’之间的距离为生成的自由基NH₄ ⁺通过其与二氧化氮(NO₂)形成双原子氮气(N₂)和水(H₂O)的反应提供了产生效果的时间。同样地，附加段16和第三段16’之间的距离D₂以及相邻层S₁”、S₂”、S₃”之间的距离为生成的自由基NH₄ ⁺通过与二氧化氮(NO₂)的上述反应提供了产生效果的时间。

通过在相邻段14、16、16'之间以及相邻层S₁、S₂、S₃、S₁’、S₂’、S₃’、S₁”、S₂”、S₃”之间设置非零距离D₁、D₂，可以提高反应器10的效果和效率。优选地，可以选择所述距离，使得能够实现自由基NH₄ ⁺的最大效果。距离D₁、D₂可以在5-1000mm之间，优选地在50-500mm的范围内，例如100-400mm。在根据本发明的一个优选实施例中，距离D₁、D₂相等。相邻层S₁、S₂、S₃、S₁’、S₂’、S₃’、S₁”、S₂”、S₃”之间的距离可以在5-1000mm之间，优选地在25-500mm的范围内，例如50-400毫米。

管状结构86沿着反应器10的下圆锥形部分20的纵轴居中延伸。管状结构86延伸穿过第一段14并从第一段14伸出。扩散器88设置在管状结构86的入口部分。扩散器88适于并设置成将注入的油朝着第一段14的第一层C₁混合并扩散到其上。

来自安装有选择性催化还原系统的发动机的废气通过设置在第一端92中的入口进入反应器10，经过第一段14、第二段16、第三段16’，并通过设置在第二端94上的出口离开反应器10。

第一段14包括设置为彼此叠置的三个层S₁、S₂、S₃，其中，相邻的层在轴向上彼此间隔开。第二段16包括设置为彼此叠置并且彼此间隔开的多个层S₁’、S₂’、S₃’。第三段16’包括彼此隔开的多个层S₁”、S₂”、S₃”。

这些段14、16、16’可以是与参照图3B所说明的段相同的类型。这些段14、16、16’可以具有与参照图3B所说明的段相同的几何形状(包括厚度)。

所有段14、16、16’的温度均升高。在图4A中示出了每个段14、16、16′上的温度增量ΔT₃、ΔT₄、ΔT₅。

在根据本发明的一个实施例中，选择性催化还原系统包括设置在反应器10之后的废热回收系统(未示出)。由此，废热回收系统可以回收反应器10的催化剂中释放的热量。因此，回收的热量可用于产生蒸汽，蒸汽用于生产饮用水或电力(如果将选择性催化还原系统应用于船用柴油发动机的废气中的NO_x的选择性催化还原，则饮用水或电力可在船上使用)。

图4B示出了第一层S₁和第二层S₂的一部分的特写示意图，该第二层S₂设置在与第一层S₁相距非零距离处。相邻层S₁、S₂可以是根据本发明的选择性催化还原系统的反应器的相邻段的同一段的层。每个层S₁、S₂包括设有延伸穿过层S₁、S₂的多个通道112、112’的结构。每个层S₁、S₂包括基底108、108’，附着在基底上作为涂层的催化剂粉末109、109’至少部分地覆盖基底108、108’，优选为完全覆盖基底108、108’。

裂化过程代表了反应器内部的第一步。用作反应物的柴油在第一层S₁的催化层上游(沿箭头指示的方向)以小液滴的形式注入废气中。优选地，按照使至少80％的油滴在到达第一催化层S₁之前被蒸发的方式执行油的注入。选择性催化还原系统配置为将油均匀地分散到废气中。

蒸发的油在催化层S₁的表面上裂化。因此，裂化的油110将存在于基底108、108’的远端部分上。一部分油可以未裂化地流向第一催化层S₁和第二催化层S₂的通道112、112’。由于温度升高(如参考图4A所述)，只有极少的注入的油经过系统。

当选择性催化还原系统用于船用发动机时，柴油包含相对长链的碳氢(HC)连接。在催化过程中，这些连接会断裂成短链HC连接。因此，短链HC连接将足够短，以进入催化层并将NO转化为N₂和H₂O，并进一步产生自由基(NH₄ ⁺)。(NO_x转化的)化学反应如下所示。

进行的NO氧化可表示为：

(1)

(2)

进行的非均相催化可以表示为：

(3)

(4)

进行的均相催化可以表示为：

(5)

图5A示出了根据本发明的选择性催化还原系统的歧管100的俯视图。图5B示出了图5A中所示的歧管100的截面侧视图。图5C示出了图5A所示的歧管100的侧视图，并且图5D示出了图5A所示的歧管100的透视图。

歧管100包括圆柱形管状主体部分，该圆柱形管状主体部分在歧管100的入口端设有第一法兰102，并且在歧管100上相对的出口端设有第二法兰104。法兰102、104设置为附接到设有匹配法兰的相邻管道(未示出)上。

歧管100包括沿着歧管100的周缘均匀分布的四个连接管道96、96’、96”、96”’。连接管道96、96’、96”、96”’相对于圆柱形管状主体部分的纵轴成一定角度。

每个连接管道96、96’、96”、96”’在其远端设有法兰98。每个连接管道96、96’、96”、96”’内延伸贯穿有喷嘴106。喷嘴106设置和构造成将油注射到歧管100的上部中心部分。

图6A示出了两个曲线图，每个曲线图示出了对于上述等式(5)所指的均相NO_x还原过程，相对活性118(两个截面相对于一个截面)随着各段之间的停留时间116(以秒计量)的变化而变化。

图6A示出了NO_x还原活性118如何随两层之间的距离(以气体粒子从一段移动到另一段的时间116表示)而变化的两个实例。当一层放置在距相邻层非常小的距离处时，活性118的增加微不足道，而当距离增加时，活性增加。然而，活性118取决于催化剂的规格(构成该段的层)。

最上面的曲线图包括点122，表示当应用两个不同类型的层时的活性。该活性是相对于仅包含单层的反应器中的参考活性来测得的。

最下面的曲线图包括点120，表示当催化层厚度低时的活性。该活性是相对于仅包含一个段的反应器中的活性来测得的。

可以看出，与催化层厚度较大的情况相比，该相对活性118非常低。这两个曲线图都随停留时间116而增加。因此，通过引入彼此以非零距离设置的两个段，可以提高根据本发明的选择性催化还原系统的效率。

但是，最下面的曲线图说明了当催化层很薄时，多层的效果最小。因此，优选催化层超过预定的最小层厚度。预定的最小催化层厚度可以取决于Cu、Fe或Mg的相对含量。

图6B示出了根据本发明的选择性催化还原系统的反应器10的截面示意图，其中反应器10包括第一段14和附加段16，该附加段16与第一段14设置为相距非零距离D₃。反应器10基本上对应于图3B所示的部分。然而，该反应器10不包括管状结构。

图6C示出了根据本发明的反应器的一段的层S₁的俯视透视图。层S₁设有多个纵向延伸通道112。通道112具有矩形的横截面，优选地为正方形的横截面，优选地，具有相同的大小。每个通道112至少部分地覆盖有催化剂涂层。在一个优选的实施例中(未示出)，应用了波纹板。在该实施例中，通道不是矩形的。

层S₁的高度H可以在20-300的范围内，例如40-150mm范围内，例如60-120mm。

表1示出了浆料中的Cu百分比、以g/L为单位测量的称为1A-1B的第一层结构、称为1Bb第二层结构和称为1B-1C的第三层结构的浆料负载量。在第一层结构1A-1B中，两个段的层设置在彼此顶部。在第二层结构1Bb中，两个段的层之间没有空隙，而第三层结构1B-1C是相邻层之间有空隙。

图7A示出了催化剂活性126(以ppm为单位测量的NO_x还原)随表1中所述的层中Cu含量的变化而变化。图7A示出了NO_x还原随着层数124的变化而变化。以空心正方形表示设置在预定参照条件下的层1B。以实心圆表示第一层结构1A-1B，以空心圆表示第二层结构1Bb，而以空心三角形表示第三层结构1B-1C。

图7A说明具有1.7％的Cu含量的第一层结构1A-2B中的层可以彼此叠置。然而，这提供了相对较低的活性126。铜含量增加，活性16也增加，但是，如前述的等式(4)和(5)所说明的，还增加了自由基的生成量，其必须在催化剂之后而不是在催化剂内进入均相还原过程。

在图7A中，第二层结构1Bb中的层在两个相邻段中彼此叠置。图7A显示在相对较高的Cu含量(2.9％)下，在每个段的第一层的顶部上添加附加层没有效果。

1B型和1C型放置在一个段中，并且两者之间有空隙。可以观察到，由于催化剂之后的均相催化过程，活性增加了。

图7B是示出NO_x还原度与Cu含量的函数关系的图。可以看出，对于大约2.8％的Cu含量，具有最高的NO_x还原度。因此，在一个优选的实施例中，催化剂粉末包含2.7-2.9wt％的Cu，例如2.8wt％的Cu。

图8公开了3种不同的反应器10，其中最左边的反应器包括五个段14、16、16’、16”和16”’，以距离D₁、D₂、D₄和D₄分隔开。在图8的中心描绘的反应器有4个段，图中最右侧的反应器有3段。在图8所示的反应器的每个段中，有5个间隔开的层S₁、S₂、S₃、S₄、S₅(见图9)。在其他方面，图8所示的反应器类似于图3B和图4A中所示的反应器。

在图9中，提供了附带距离D1的段16的放大图。公开了层S₁-S₅，并且还示出了层之间的距离d₁-d₄。如图所示，距离D₁明显大于层S₁-S₅的厚度L₁-L₅中的每一个。这对应于前面提到的距离关系。在各层之间示出的距离d₁-d₄可以近似于各个层的厚度L₁-L₅。

在图9所示的实施例中，箭头w表示扩散器88可以进行的移动，以使其更接近或进一步远离反应器10中的第一段14。通过正确地调节该距离，可以缩短或减少油40的注射与油和第一段的第一层之间的接触所需要的时间。

图10A、10B和10C示出了一个实施例，其中层E₁和E₂的形状与前述实施例中的不同。层E₁和E₂中的每一个基本上都由与前文所提及的层S₁-S₅、S₁’-S₅’、S₁”-S₅”相同的材料制成，并且还构造有贯穿整个厚度从一侧到相对侧的贯穿开槽。然而，如图10A所示，层E₁、E₂中每一个都由方形块组成，它们组装成2×2的平坦的上层E₁和2×2的下层E₂。上层E₁和下层E₂组装在近似立方体形的盒子140中。图10B示出了立方体形的盒子沿图10C中的线A-A的截面图。

在图10C和图10B中提供了适用于特定催化还原系统的盒子的测量值的实例。如在图10B中可以看到的那样，在层E₁和E₂之间设有150的距离，而每个层的厚度为75。近似立方体的盒子的高度为302，沿每一侧边的测量值为307。提供的测量值以毫米给出；但也可以以英寸给出，或根据该立方盒的用途以其他缩放比例缩放。盒140特别适用于预见到定期更换盒子的系统，并且特别适用于经常将盒子从库存处运送到使用地点的系统。

在图11的3D视图中公开的反应器的段的一部分的横截面中，流量Q由箭头Wq示出。最初假定体积流量Q是横截面乘以气体速度。这是各层之间的合理假设。单个层的厚度标记为D。各层之间的距离标记为d。在气体通过期间，通过层之间间隔d的体积流量之间具有以下关系：

(1)Q＝A·v

此处，A是气体流经的横截面积，其垂直于气体流向。平均速度v计算为层之间的距离d除以一层与下一层之间的平均停留时间Δt：

(2)

其中d是一层与下一层之间的距离，而Δt是气体粒子在一层与下一层之间的平均停留时间。在此假设，在整个反应器的横截面上的气流是均匀的，并且在气体通过距离d过程中温度没有明显变化。这在现实生活中可能并不完全正确，可能需要对温度升高进行微量的补偿，因此可能需要增加气体体积流量。

从上面可以得出：

(3)

当实验确定所需的最小停留时间后，最小距离可计算为：

(4)

实验表明，通过选择由上述时间限定并以上述方式限定的非零距离，提供了非常有效的选择性催化还原系统。

在实例1中，d选择为40mm，面积A为0.78m²，Q为921Nm³/h，则停留时间为0.04秒。

在实例2中，距离d为110mm，在与实例1相同的面积A和流量Q下，其停留时间为0.135秒。

在图12中，示出了反应器内的一系列层。在每层上方，有表明将在每层中新增的裂化柴油的分数。如果每一层都使气体中剩余未裂化油的分数G裂化，则以下方程式将给出总裂化量：

(5)G_总＝G+G(1-G)+G(1-(G(1-G)))+……

如果需要最小规模的裂化度，并且已知每一层中的裂化分数，则这将需要特定数量的N层。一旦已知各个层的性质，就可以轻易确定N。

已经确定的是，对于如上所述的层，最少的三层将获得期望的裂化。在一个实施例中，反应器包括四层或更多层。在一个优选的实施例中，反应器包括五层或更多层。在一个优选的实施例中，反应器包括六层或更多层。

图13A是根据本发明的选择性催化还原系统2的反应器10的示意性侧视图。图13B示出了选择性催化还原系统2的反应器10，其中示出了反应器10的结构。

该选择性催化还原系统2包括反应器10、氧化催化剂136和颗粒过滤器138。反应器10在其远端设有开口，其中氧化催化剂136设置在反应器10的近端。颗粒过滤器138设置在氧化催化剂136的远端，且在氧化催化剂136上方。

该选择性催化还原系统2构造成通过反应器10中的开口接收废气。反应器10构造成将长链烃分解成较简单的分子，例如轻烃。在反应器10中进行的反应将在下面进一步详细描述。

氧化催化剂136被配置为通过如下所示的过程将一氧化氮NO氧化为二氧化氮NO₂：

NO+1/2O₂＝NO₂

壁流式颗粒过滤器通常可去除85-100％的碳烟。在一个优选的实施例中，颗粒过滤器138被设计成将累积的颗粒燃烧掉。这可以通过将颗粒过滤器138加热到碳烟燃烧温度来实现。在反应器10中进行的NO_x还原过程使温度升高到所需水平。因此，颗粒过滤器138中的燃烧过程将导致产生额外的热量。

因此，与现有技术的选择性催化还原系统相比，该选择性催化还原系统2能够产生更多的热量。可以通过使用涡轮(见图14A)将热量应用于产生电能和/或通过使用蒸馏设备来产生饮用水(见图14B)。

反应器10可以将长链烃分解成较简单的分子，例如轻烃。因此，可以增加热产量。

废气从反应器10的底部进入。柴油被注入反应器10。由于反应器10内部的高温，油被蒸发。蒸发的油主要由长链烃组成。这些长链烃裂化为短链烃。未裂化的油蒸汽继续到达反应器10的较高部分。短链烃用于NO_x转化。裂化发生在催化剂的外部，并且短链烃渗入催化剂，并且可以发生NO_x转化。

测试表明，引入氧化催化剂和颗粒过滤器可以实现所注入柴油中的较低热值的高达100％范围内的热回收。如果选择性催化还原系统2安装在船上，可以将热量回收并在船上使用。因此，反应物没有额外的成本，也没有产生额外的CO₂。

在选择性催化还原系统2中进行的NO_x转化过程包括几个步骤，包括：

裂化

(1)

NO氧化

(2)

(3)

非均相催化

(4)

(5)

均相过程：

(6)

当将柴油注入到温度至少为350℃的废气中时，柴油将至少部分被蒸发。第一步将柴油裂化为乙烯和丙烯以及其他由反应式(1)所定义的连接。反应式(4)和(5)说明乙烯和丙烯被氧化，并且形成N₂、CO和CO₂。这意味着会产生热量。

由于短链HC连接的热值比长链HC连接的热值大(请参见下面的表A)。裂化连接的热值可以使用反应式(1)计算：

(7)

(8)

(使用氧化催化剂136和颗粒过滤器138)

(9)

(使用氧化催化剂136)

表A

	柴油	丙烯	乙烯	氢	碳
						热值[MJ/kg]	42.8	45.7	47.7	120	29.5

从方程式(8)可以看出，热值(当应用氧化催化剂136和颗粒过滤器138时)增加到46.3MJ/kg，大于柴油的热值(42.8MJ/kg)。从方程式(9)可以看出，热值(当应用氧化催化剂136时)增加到44.2MJ/kg，大于柴油的热值(42.8MJ/kg)。因此，通过引入氧化催化剂136和颗粒过滤器138，可以增加热产量。裂化过程是必不可少的，并且是实现增加热产量的必需过程。

图14A示出了根据本发明的构造成进行NO_x还原并产生蒸汽和电力的选择性催化还原系统2的示意图。该选择性催化还原系统2包括图5B所示的系统的特征(这些是虚线框内的特征)。锅炉188连接到反应器10并从反应器10接收废气190。锅炉188通过废气出口释放废气190，并通过蒸汽出口释放蒸汽210，蒸汽出口连接到蒸汽涡轮230，该蒸汽涡轮230驱动发电机144，该发电机144被设置和构造成产生电力(电)。

图14B示出了构造成进行NO_x还原并产生饮用水的选择性催化还原系统2的示意图。该选择性催化还原系统2包括图2B所示的系统的特征(这些是虚线框内的特征)。锅炉188连接到反应器10并从反应器10接收废气190。锅炉188通过废气出口释放废气190，并通过蒸汽出口释放蒸汽210，该蒸汽出口连接到蒸馏装置150，蒸馏装置150被设置和构造成通过给水入口174蒸馏给水(例如海水)并通过饮用水出口172输送饮用水。

图15示出了被构造为进行NO_x还原并产生蒸汽和电力的选择性催化还原系统2的示意图。该选择性催化还原系统2包括图2A所示的系统的特征(这些是虚线框内的特征)。锅炉188连接至废气涡轮(膨胀机)82。锅炉188通过废气出口释放废气190，并将蒸汽210输送至蒸汽涡轮，该蒸汽涡轮设置并构造成驱动发电机144，该发电机144构造成产生电力(电)。发电机144还连接到燃气涡轮，燃气涡轮与气体接收器78和反应器10流体连通。

标号列表

2 选择性催化还原系统

4 柴油发动机

6 注油系统

10 反应器

11、11’、11” 选择性催化还原催化剂

12、12’、12” 选择性催化还原催化剂

14 第一段

16、16’ 附加段

18、18’、18” 门

20、20' 圆锥形部分

22、22’ 端管

24 注射单元

26、26’ 管道

28 温度传感器

30 温度传感器

31 压力罐

32 压差传感器

33、33’ 阀

34、34’ 导管

36 管道

38 电缆

40 油

42 电缆

44 控制阀

46 流量传感器

48 泵

50 柴油罐

52、52’、52” 电缆

54、54’、54” 管道

55 管道

56 电缆

58、58’ 法兰

60 可编程逻辑控制器(PLC)

62 控制单元

64 空气冷却器

66 汽缸

68、68’、68”、68”’ 阀

70 活塞

72 鼓风机

74 控制阀

76 吹扫空气接收器

78 废气接收器

80 压缩机

82 废气涡轮(膨胀器)

84、84’ 板构件

86 管状结构

88 扩散器

90、90’ 支撑腿

92 第一端

94 第二端

96、96’、96”、96”’ 连接管道

98 法兰

100 歧管

102 法兰

104 法兰

106 喷嘴

108、108 基底

109、109’ 催化剂

110 裂化柴油

112、112’ 通道

114 曲线图

116 催化层之间的停留时间

118 相对活性(两层相对于一层)

120 点

122 点

124 层数

126 活性(NO_x还原[ppm])

134、134’、134” 封闭结构

136 氧化催化剂

138 颗粒过滤器

140 立方盒

144 发电机

150 蒸馏装置

172 饮用水出口

174 给水(海水)入口

188 锅炉

190 废气

210 蒸汽

230 蒸汽涡轮

232 燃气涡轮

D₁、D₂、D₃ 距离

d₁、d₂、d₃、d₄ 距离

ΔT₁、ΔT₂、ΔT₃ 温度增量

ΔT₄、ΔT₅ 温度增量

S₁、S₂、S₃、S₄、S₅ 选择性催化还原催化层

S₁’、S₂’、S₃’、S₄’、S₅’ 选择性催化还原催化层

S₁”、S₂”、S₃” 选择性催化还原催化层

S₄”、S₅”、E₁、E₂ 选择性催化还原催化层

L₁、L₂、L₃、L₄、L₅ 厚度

h 距离

H 高度

W 箭头

W_Q 箭头

N 层数

Claims (24)

1.一种选择性催化还原系统(2)，应用柴油(40、40’)作为还原剂，通过催化剂在柴油发动机(4)中将柴油发动机废气中的氮氧化物(NO_x)转化为双原子氮(N₂)和水(H₂O)，其中所述选择性催化还原系统(2)包括：

-注油系统(6)；

-反应器(10)；

-多个选择性催化还原催化剂(109、109’)，所述多个选择性催化还原催化剂(109、109’)设置在段(14、16、16’、16”、16”’)中，所述段(14、16、16’、16”、16”’)包括彼此以非零距离设置的多个层(S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、E₁、E₂、S₁’、S₂’、S₃’、S₄’、S₅’、S₁”、S₂”、S₃”、S₄”、S₅”)，其特征在于，选择层(S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₁’、S₂’、S₃’、S₄’、S₅’、S₁”、S₂”、S₃”、S₄”、S₅”、E₁、E₂)之间的距离(d₁、d₂、d₃、d₄)以确保提供废气在各层之间的最小平均停留时间，其中用于使气体分子从一层(S_n)移动到下一层(S_n+1)的最小平均停留时间不小于0.025秒，优选不小于0.04秒，最优选不小于0.135秒。

2.根据前述权利要求1所述的选择性催化还原系统(2)，其特征在于，在反应器(10)中设置至少三层。

3.根据前述权利要求1或2中任一项所述的选择性催化还原系统(2)，其特征在于，在至少一些相邻段(14、16、16’、16”、16”’)之间设置有板构件(84、84’)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的选择性催化还原系统(2)，其特征在于，所述选择性催化还原催化剂(109、109’)设置在层(S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₁’、S₂’、S₃’、S₄’、S₅’、S₁”、S₂”、S₃”、S₄”、S₅”、E₁、E₂)中，每一层的厚度均在40-120mm范围内，优选在50-100mm的范围内，例如60-90mm。

5.根据前述权利要求中任一项所述的选择性催化还原系统(2)，其特征在于，所述选择性催化还原催化剂(109、109)选自以下：Ce/Cu-ZSM-5、Ce-Zr/Cu-ZSM-5、Ce/Fe-ZSM-5或Ce-Zr/Fe-ZSM-5、Ce/Mg-ZSM-5或Ce-Zr/Mg-ZSM-5。

6.根据前述权利要求中任一项所述的选择性催化还原系统(2)，其特征在于，所述选择性催化还原系统(2)包括沿着反应器(10)的纵轴居中延伸的管状结构(86)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的选择性催化还原系统(2)，其特征在于，所述选择性催化还原系统(2)包括扩散器(88)。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的选择性催化还原系统(2)，其特征在于，所述选择性催化还原系统(2)包括热回收单元。

9.一种用于还原柴油发动机废气中的氮氧化物(NO_x)的方法，所述方法包括使用选择性催化还原系统(2)，应用柴油(40、40’)作为还原剂，通过催化剂在柴油发动机(4)中将氮氧化物(NO_x)转化成双原子氮(N₂)和水(H₂O)的步骤，其中所述方法包括在反应器(10)中提供蒸发的柴油(40、40’)的步骤，其中通过应用设置在具有多个层(S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、E₁、E₂、S₁’、S₂’、S₃’、S₄’、S₅’、S₁”、S₂”、S₃”、S₄”、S₅”)的段(14、16、16’、16”、16”’)中的多个选择性催化还原催化剂(109、109’)将NO_x进行转化，其包括NO氧化、随后的非均相催化过程、随后的均相催化过程，其特征在于，选择层(S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、E₁、E₂、S₁’、S₂’、S₃’、S₄’、S₅’、S₁”、S₂”、S₃”、S₄”、S₅”)之间的距离(d₁、d₂、d₃、d₄)以确保提供废气在各层之间的最小平均停留时间，其中用于使气体分子从一层(S_n；E₁)移动到下一层(S_n+1；E₂)的最小平均停留时间不小于0.025秒，优选不小于0.04秒，最优选不小于0.135秒。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在反应器(10)中设置至少三层。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：裂化至少一部分蒸发的柴油，进行非均相NO_x转化，以形成自由基NH₄ ⁺，其中，自由基NH₄ ⁺用于进行均相NO_x转化。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将至少一个附加段(16、16’、16”、16”’)设置为与第一段(14)相距非零距离(D₁、D₂、D₃、D₄)。

13.根据前述权利要求9-12中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法应用在四冲程柴油发动机(4)之后或两冲程柴油发动机(4)上的废气接收器(78)和废气涡轮(82)之间的废气流中的NO_x的选择性催化还原。

14.根据权利要求1至8中任一项所述的选择性催化还原系统(2)，其特征在于，氧化催化剂(136)设置成氧化废气(190)中的一种或多种组分。

15.根据权利要求14所述的选择性催化还原系统(2)，其特征在于，所述选择性催化还原系统(2)包括流通式柴油氧化催化剂和碳烟颗粒过滤器。

16.根据权利要求14所述的选择性催化还原系统(2)，其特征在于，所述氧化催化剂(136)是壁流式颗粒过滤器，其包括涂覆有催化剂的壁，所述催化剂被配置为至少用于氧化CO或HC。

17.根据权利要求14所述的选择性催化还原系统(2)，其特征在于，所述氧化催化剂(136)设置在所述选择性催化还原催化剂(109、109’)和颗粒过滤器(138)的下游。

18.根据权利要求15-18中任一项所述的选择性催化还原系统(2)，其特征在于，所述选择性催化还原系统(2)包括或连接至发电机(144)。

19.根据权利要求9-13中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括应用氧化催化剂(136)的步骤，所述氧化催化剂(136)被设置为氧化所述废气(190)中的一种或多种组分。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法包括应用壁流式颗粒过滤器的步骤，所述壁流式颗粒过滤器包括涂覆有催化剂的壁，所述催化剂配置为至少用于氧化CO或HC。

21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法包括应用流通式柴油氧化催化剂和颗粒过滤器的步骤。

22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法包括应用设置在所述选择性催化还原催化剂(109、109’)和颗粒过滤器(138)之间的氧化催化剂(136)的步骤。

23.根据前述权利要求19-22中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括应用连接至涡轮(230、232)的发电机(144)以产生电能的步骤。

24.根据前述权利要求19-23中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括应用蒸馏装置(150)以产生蒸馏水的步骤，其中所述蒸馏装置(150)连接至选择性催化还原系统(2)。

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