GR1009478B - Μεθοδος, συσκευη και διαδικασια για την επεξεργασια απαεριων κινητηρων με υψηλη περισσεια οξυγονου - Google Patents

Μεθοδος, συσκευη και διαδικασια για την επεξεργασια απαεριων κινητηρων με υψηλη περισσεια οξυγονου Download PDF

Info

Publication number
GR1009478B
GR1009478B GR20180100044A GR20180100044A GR1009478B GR 1009478 B GR1009478 B GR 1009478B GR 20180100044 A GR20180100044 A GR 20180100044A GR 20180100044 A GR20180100044 A GR 20180100044A GR 1009478 B GR1009478 B GR 1009478B
Authority
GR
Greece
Prior art keywords
stream
oxygen
membrane
exhaust
power generation
Prior art date
Application number
GR20180100044A
Other languages
English (en)
Inventor
Ιακωβος Βασιλειου Γιακουμης
Σταματιος Νιζαρ-Αντωνιου Σουεντιε
Original Assignee
Μονολιθος Καταλυτες & Ανακυκλωση Επε
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Μονολιθος Καταλυτες & Ανακυκλωση Επε filed Critical Μονολιθος Καταλυτες & Ανακυκλωση Επε
Priority to GR20180100044A priority Critical patent/GR1009478B/el
Priority to EP19386007.9A priority patent/EP3542887A1/en
Publication of GR1009478B publication Critical patent/GR1009478B/el

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/228Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion characterised by specific membranes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9445Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC]
    • B01D53/9454Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC] characterised by a specific device
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/38Liquid-membrane separation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/10Supported membranes; Membrane supports
    • B01D69/106Membranes in the pores of a support, e.g. polymerized in the pores or voids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/10Supported membranes; Membrane supports
    • B01D69/108Inorganic support material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/14Dynamic membranes
    • B01D69/141Heterogeneous membranes, e.g. containing dispersed material; Mixed matrix membranes
    • B01D69/142Heterogeneous membranes, e.g. containing dispersed material; Mixed matrix membranes with "carriers"
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/02Inorganic material
    • B01D71/024Oxides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/02Inorganic material
    • B01D71/024Oxides
    • B01D71/0271Perovskites
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/101Three-way catalysts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/10Single element gases other than halogens
    • B01D2257/104Oxygen
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2258/00Sources of waste gases
    • B01D2258/01Engine exhaust gases
    • B01D2258/012Diesel engines and lean burn gasoline engines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2258/00Sources of waste gases
    • B01D2258/02Other waste gases
    • B01D2258/0283Flue gases
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2323/00Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/46Impregnation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

Η υψηλή συγκέντρωση Ο2 στα απαέρια των κινητήρων πτωχού καυσίμου αποτελεί μείζον πρόβλημα αλλά και πρόκληση για την αποτελεσματική επεξεργασία των αέριων ρύπων των εν λόγω κινητήρων. Στην παρούσα αίτηση ευρεσιτεχνίας παρουσιάζεται μια μέθοδος απομάκρυνσης του οξυγόνου από τα απαέρια των κινητήρων πτωχού καυσίμου και μεταβολή της σύστασης του αερίου μείγματος, ούτως ώστε να είναι δυνατή η περαιτέρω επεξεργασία των απαερίων με χρήση καταλυτικών μετατροπέων που χρησιμοποιούνται ευρέως στην επεξεργασία των απαερίων των κινητήρων βενζίνης. Η μέθοδος στηρίζεται στη χρήση ηλεκτροχημικών μεμβρανών αγωγών ανθρακικών ιόντων (CO[2-3]) αξιοποιώντας τη μεγάλη διαφορά στη συγκέντρωση του CΟ2 ανάμεσα στα απαέρια και στην ατμόσφαιρα. Η συνεπαγόμενη διαφορά στο ηλεκτροχημικό δυναμικό των ιόντων CO[2-3] οδηγεί σε διάχυση των τελευταίων από τα απαέρια προς την ατμόσφαιρα και επομένως σε απομάκρυνση του O2 από το αέριο ρεύμα των απαερίων. Μια συσκευή που θα αφαιρεί το O2 από το ρεύμα των απαερίων χρησιμοποιώντας την παραπάνω μέθοδο περιγράφεται, επίσης, στην παρούσα αίτηση ευρεσιτεχνείας. Κατά επέκταση περιγράφεται και η προτεινόμενη διαδικασία χρήσης-λειτουργίας της συσκευής για την απομάκρυνση του O2. Στη διαδικασία περιλαμβάνεται η τοποθέτηση της ανωτέρω συσκευής στο ρεύμα των απαερίων των κινητήρων πτωχού καυσίμου, σε κατάλληλη θερμοκρασία, σε σειρά με το φίλτρο μικροσωματιδίων και τον καταλυτικό μετατροπέα με στόχο την αποτελεσματική επεξεργασία των τοξικών αέριων ρύπων, όπως το CO, το NO και οι υδρογονάνθρακες.

Description

Μέθοδος, συσκευή και διαδικασία για την επεξεργασία απαερίων κινητήρων με υψηλή περίσσεια οξυγόνου
Η παρούσα εφεύρεση αναφέρεται σε μια μέθοδο, σύστημα και συσκευή για την απομάκρυνση του οξυγόνου από τα απαέρια κινητήρων πτωχού μίγματος, με στόχο τη δημιουργία συνθηκών σύστασης αερίων κοντά στη στοιχειομετρία, όπου οι συμβατικοί τριοδικοί καταλύτες είναι αποτελεσματικοί για την εκλεκτική αναγωγή των οξειδίων του αζώτου.
Λόγω της υψηλής περίσσειας οξυγόνου στα απαέρια των πετρελαιοκινητήρων, οι συμβατικοί τριοδικοί καταλύτες καθίστανται αναποτελεσματικοί στην εκλεκτική αναγωγή των οξειδίων του αζώτου (ΝΟχ) προς αβλαβές Ν2. Εως σήμερα λύσεις με συστήματα έγχυσης αναγωγικών μέσων, όπως η ουρία/αμμωνία και οι υδρογονάνθρακες/ντίζελ, έχουν παρουσιαστεί για τα πετρελαιοκίνητα οχήματα. Ωστόσο, τα παραπάνω συστήματα επεξεργασίας απαερίων πετρελαιοκινητήρων δεν έχουν βρει την ανάλογη αποδοχή από την αυτοκινητοβιομηχανία λόγω των περιβαλλοντικών και παθολογικών επιπτώσεων της αμμωνίας στην πρώτη περίπτωση και της μεγάλης κατανάλωσης καυσίμου στη δεύτερη. Παρόμοια συστήματα με το περιγραφόμενο έχουν παρουσιαστεί στη βιβλιογραφία για το διαχωρισμό και τη δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) από αέρια ρεύματα [1-5], αποτυγχάνοντας ωστόσο, να περιγράφουν τόσο τη χρήση στην απομάκρυνση του O2, όσο και τη διαδικασία ή τη μέθοδο εφαρμογής στα απαέρια κινητήρων πτωχού καυσίμου όπου επικρατούν συνθήκες περίσσειας O2.
Στην αίτηση ευρεσιτεχνίας με αριθμό δημοσίευσης US2012/0014852Α1 [1] και τίτλο “Membranes and reactors for CO2separation”, ο εφευρέτης περιγράφει ένα σύστημα διαχωρισμού του CO2, με χρήση μια μεμβράνης αποτελούμενης από δυο φάσεις: ένα υπόστρωμα από πορώδες στερεό οξείδιο και ένα ανθρακικό τήγμα που βρίσκεται τοποθετημένο στους πόρους του υποστρώματος. Το σύστημα περιλαμβάνει επίσης ένα αέριο ρεύμα εισόδου αποτελούμενο από Η2και CO2και ένα ρεύμα εισόδου αποτελούμενο από CH4που διαχωρίζονται από την αγώγιμη μεμβράνη. To CO2απομακρύνεται από το αέριο ρεύμα εισόδου όταν αυτό έρθει σε επαφή με τη μεμβράνη, προς σχηματισμό αερίου ρεύματος Η2, ενώ το σχηματιζόμενο ανθρακικό ανιόν αναμορφώνει το CH4προς CO και Η2.
Στην αίτηση ευρεσιτεχνίας με αριθμό δημοσίευσης US201 1/0168572 [2] και τίτλο “Composite mixed carbonate ion and electron conducting membranes and reactant gas assisted chemical reactors for CO2separation and capture”, ο εφευρέτης περιγράφει ένα σύστημα για το διαχωρισμό και τη δέσμευση του CO2. Το σύστημα περιλαμβάνει μια πορώδη μεταλλική μεμβράνη από Νί ή Ag ή συνδυασμούς αυτών που φέρει ανθρακικό τήγμα στους πόρους. Ένα αέριο ρεύμα εισόδου που περιέχει CO2βρίσκεται διαχωρισμένο από αντιδρών αέριο ρεύμα εισόδου μέσω της μεμβράνης. TO CO2απομακρύνεται από το αέριο ρεύμα εισόδου καθώς έρχεται σε επαφή με τη μεμβράνη σχηματίζοντας ένα αέριο ρεύμα εξόδου ελεύθερο από CO2και ένα αντιδρών αέριο ρεύμα εξόδου που περιέχει CO2.
Στην ευρεσιτεχνία με αριθμό δημοσίευσης US7,909,91 1 Β2 [3] και τίτλο “Carbon dioxide permeable membrane”, ο εφευρέτης περιγράφει μια μεμβράνη διαπερατή από το CO2. Η μεμβράνη αποτελείται από ένα πορώδες στερεό οξείδιο αγωγό ιόντων οξυγόνου που φέρει στους πόρους του ανθρακικό τήγμα.
Στην αίτηση ευρεσιτεχνίας με αριθμό δημοσίευσης US 2008/0115667 [4] και τίτλο “Conductive membrane for carbon dioxide separation", ο εφευρέτης περιγράφει μια αγώγιμη μεμβράνη ικανή για εκλεκτικό διαχωρισμό του CO2 από αέριο ρεύμα που περιέχει CO2, μια μέθοδο κατασκευής και μια μέθοδο για το διαχωρισμό του CO2με χρήση της μεμβράνης. Η αγώγιμη μεμβράνη για το διαχωρισμό του CO2περιλαμβάνει ένα ανθρακικό τήγμα που λειτουργεί ως αγωγός ανθρακικών ιόντων, και ένα οξείδιο που λειτουργεί ως ηλεκτρονιακός αγωγός και έχει άπειρη εκλεκτικότητα για το CO2σε θερμοκρασίες άνω των 500°C.
Στην ευρεσιτεχνία με αριθμό δημοσίευσης US5,733,435 [5] και τίτλο “Pressure driven solid electrolyte membrane gas separation method", ο εφευρέτης περιγράφει μια διεργασία απομάκρυνσης οξυγόνου από αέριο ρεύμα προς σχηματισμό αερίου ρεύματος δίχως O2, χρησιμοποιώντας μεμβράνες αγωγούς ιόντων οξυγόνου όπου η φορά της διάχυση του οξυγόνου καθορίζεται από τη διαφορά στη μερική πίεση του O2εκατέρωθεν της μεμβράνης. Ηλεκτρολυτική λειτουργία με επιβολή ρεύματος ή δυναμικού περιγράφεται επίσης για περιπτώσεις διάχυσης αντίθετης στη βαθμίδα συγκέντρωσης O2.
Η εκλεκτική καταλυτική απομείωση/αναγωγή των εκπομπών οξειδίων του αζώτου (ΝΟχ) στα απαέρια κινητήρων πτωχού μίγματος (όπως ο κινητήρας πετρελαίου) όπου υπάρχει υψηλή περίσσεια οξυγόνου (O2), παρουσιάζει μεγάλο τεχνολογικό ενδιαφέρον. Οι καταλύτες ευγενών μετάλλων που χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία των απαερίων των κινητήρων βενζίνης παρουσιάζουν υψηλή δρασπκότητα στην παραπάνω αντίδραση, ωστόσο, δηλητηριάζονται από το έντονα προσροφημένο οξυγόνο υπό συνθήκες περίσσειας οξυγόνου. Παρόλο που έχουν διεξαχθεί αρκετές ερευνητικές μελέτες για την ανάπτυξη καταλυτών αναγωγής ΝΟχανθεκτικών σε υψηλή περίσσεια οξυγόνου, έως σήμερα δεν έχουν παρουσιαστεί πρακτικές εφαρμογές. Ως αποτέλεσμα, μεγάλες ποσότητες ΝΟχεκπέμπονται στην ατμόσφαιρα από κινητήρες πτωχού μίγματος, θέτοντας το μέλλον τους σε κίνδυνο.
Πρόσφατα, η χρήση ουρίας/αμμωνίας έχει εισαχθεί στην επεξεργασία απαερίων κινητήρων πετρελαίου, όπου η αμμωνία χρησιμοποιείται ως αναγωγικό μέσο. Αν και τα ΝΟχανάγονται αποτελεσματικά προς άζωτο, εντοπίστηκαν ίχνη εκπομπής αμμωνίας με ιδιαίτερα σημαντικές περιβαλλοντικές και παθολογικές επιπτώσεις, υποδεικνύοντας μετάθεση και όχι επίλυση του προβλήματος. Η επιλογή της έγχυσης καυσίμου πριν από τον καταλυτικό μετατροπέα, προκειμένου να τροποποιηθεί και να ρυθμιστεί ο λόγος αέρακαυσίμου στα επιθυμητά επίπεδα έχει επίσης προταθεί, χωρίς όμως μεγάλη αποδοχή από την αγορά λόγω της προκαλούμενης σημαντικής αύξησης στην κατανάλωση καυσίμου.
Εισαγωγή
Η χρήση συμπαγών σύνθετων ηλεκτροχημικών μεμβρανών, οι οποίες παρουσιάζουν μικτή ιοντική-ηλεκτρονιακή αγωγιμότητα περιγράφεται στην παρούσα εφεύρεση για την απομάκρυνση του οξυγόνου από τα απαέρια των κινητήρων πτωχού καυσίμου. Αυτό θα επιτρέψει την περεταίρω επεξεργασία των απαερίων με χρήση συμβατικών καταλυτικών τριοδικών μετατροπέων που χρησιμοποιούνται για την αποτελεσματική εκλεκτική καταλυτική αναγωγή των ΝΟχστην επεξεργασία απαερίων κινητήρα ανάφλεξης με σπινθήρα.
Η σύνθετη ηλεκτροχημική μεμβράνη
Η σύνθετη ηλεκτροχημική μεμβράνη αποτελείται από τον ηλεκτρολύτη, ένα τετηγμένο ανθρακικό άλας (που ονομάζεται εφεξής Φάση I) για την αγωγή ανθρακικών ιοντικών ειδών, εμποτισμένο εντός των πόρων μιας πορώδους στερεός και άφλεκτης μήτρας (που ονομάζεται εφεξής Φάση II) που χρησιμεύει τόσο για μηχανική στήριξη, όσο και ως ηλεκτρικός αγωγός για την εσωτερική αγωγή των ηλεκτρονίων. Η μεταφορά των ηλεκτρονίων μέσω της Φάσης II της μεμβράνης είναι αναγκαία για να τη διεξαγωγή των ηλεκτροχημικών αντιδράσεων στις δυο πλευρές της μεμβράνης. Σχηματική αναπαράσταση της σύνθετης ηλεκτροχημικής μεμβράνης φαίνεται στο Σχήμα 1 , όπου η Φάσεις I και II αντιστοιχούν στα τμήματα 1 και 2 αντίστοιχα.
Η Φάση 1 1 αποτελείται από ένα ή μίγμα δυο ή περισσοτέρων ανθρακικών αλκαλίων από τα παρακάτω: U2CO3, Na2CO3,K2CO3, Rb2CO3και Cs2CO3σε διάφορες συγκεντρώσεις συμπεριλαμβανομένων και των ευτηκτικών (διμερών, τριμερών, τετραμερών ή πενταμερών) μιγμάτων με θερμοκρασία τήξεως χαμηλότερη των 600°C. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί το ευτηκτικό μίγμα Li2CO3, Na2CO3και K2CO3με αναλογία 4.35/3.15/2.5 αντίστοιχα, το οποίο τήκεται στους ~397°C.
Επιπλέον, ανθρακικά άλατα αλκαλικών γαιών από τα παρακάτω: CaCO3, MgCO3,SrCO3και BaCO3μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πρόσθετα σε ποσοστό 0.01 εώς 10% κατά βάρος για την αύξηση της διαλυτότητας του οξυγόνου στο τήγμα και για τη βελτίωση των ρεολογικών ιδιοτήτων του μίγματος σε υψηλή θερμοκρασία, όπου τα ανθρακικά άλατα βρίσκονται υπό μορφή τήγματος [6],
Η ιοντική αγωγιμότητα της Φάσης 1 1 θα πρέπει να κυμαίνεται μεταξύ 10<3>και 10<4>S/cm στη θερμοκρασιακή περιοχή όπου ελάχιστο είναι η θερμοκρασία τήξης της Φάσης I και μέγιστο οι 800°C.
Η Φάση II 2 αποτελείται από πορώδη, στερεά και άφλεκτα (έως τη θερμοκρασία των 1000°C) υλικά, με πορώδες 30-70% και μέγεθος πόρων από 0.1 pm έως 1mm, που εμφανίζουν ηλεκτρονιακή αγωγιμότητα στην περιοχή 10<-3>-10<7>S/cm, αλλά και χαμηλή αγωγιμότητα ιόντων οξυγόνου (<10<-3>S/cm) στη θερμοκρασιακή περιοχή 300-800°C και υπό ατμοσφαιρικό αέρα.
Για τη Φάση II 2 μπορούν να χρησιμοποιηθούν υλικά που περιέχονται στην παρακάτω λίστα και παρουσιάζουν τις προαναφερθείσες ιδιότητες:
1. Περοβσκίτες της μορφής ΑΒΧ03, με ένα υποκατεστημένο κατιόν, όπως το (La0.80Sr0.20)0.95MnO3-xή το LA0.95(Ni0.60Co0.40)O3 ή το La(Ni0.6Fe0.4)O3 .
2. Μέταλλα, όπως: Al, Ti, Ni, Cu, Zn, Sn, Fe, Si ή άλλο παρόμοιο
3. Κράματα μετάλλων, π.χ. χάλυβας, ορείχαλκος ή άλλα παρόμοια
4. Νανοϋλικά με βάση τον άνθρακα, π.χ. νανοσωλήνες άνθρακα, ίνες άνθρακα, γραφένιο, φουλερένιο ή άλλα παρόμοια
5. Συνδυασμός των προαναφερθέντων υλικών
Το πορώδες του υλικού της Φάσης II 2 μπορεί κυμαίνεται μεταξύ 30 και 70%, εξισορροπώντας μεταξύ μηχανικής στήριξης-ηλεκτρονιακής αγωγιμότητας και ιοντικής αγωγιμότητας CO<2>. Στην επιλογή του πορώδους της Φάσης II 2 λαμβάνεται υπόψη τόσο
η διαφορά πίεσης εκατέρωθεν της μεμβράνης, όσο και η επιθυμητή ιοντική αγωγιμότητα της Φάσης I 1 (10<-3>και 10<4>S/cm), αλλά και η θερμοκρασιακή περιοχή λειτουργίας. Ο εμποτισμός της Φάσης I 1 στο εσωτερικό των πόρων της Φάσης II 2 μπορεί να γίνει με τριχοειδή διάχυση του τήγματος της Φάσης I 1, σε θερμοκρασία ανώτερη του σημείου τήξεως της Φάσης 1 1.
Η σύνθετη ηλεκτροχημική μεμβράνη αποτελούμενη από τα τμήματα 1 και 2 μπορεί να έχει διάφορα σχήματα, όπως φαίνεται το Σχήμα 2. Μπορεί να έχει είτε επίπεδη (Α), είτε οδοντωτή (Β), είτε κυματοειδή (C), είτε αυλοειδή (κυκλικής ή τετραγωνικής διατομής) (D) μορφή, είτε να αποτελεί συνδυασμό των παραπάνω ανάλογα με την εφαρμογή. Το πάχος της σύνθετης μεμβράνης μπορεί να κυμαίνεται από 0.5 εως 10mm. Σε περιπτώσεις όπου υφίστανται θερμοκρασιακές ζώνες λειτουργίας, είναι δυνατή η χρήση μεμβράνης μεταβαλλόμενου πάχους, όπου στις ψυχρές ζώνες το πάχος θα είναι 5-30% μικρότερο.
Για λόγους εξοικονόμησης χώρου και ελαχιστοποίησης ενεργειακών απωλειών, συστοιχίες των παραπάνω μορφών-δομών μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Στο Σχήμα 3 φαίνεται το παράδειγμα της συστοιχίας πολλαπλών αυλοειδών μεμβρανών κυκλικής διατομής. Οι αυλοειδείς μεμβράνες 3 είναι όλες μαζί στα δυο τους άκρα ενσωματωμένες, αεροστεγώς εξωτερικά και με επαφή ροής εσωτερικά, σε κατανεμητή ροής εισόδου 4 του αερίου ρεύματος 6 και σε συγκεντρωτή ροής εξόδου 5 του αερίου ρεύματος 7. Το παραγόμενο μίγμα CO2και O2εκλύεται ελεύθερα στην ατμόσφαιρα.
Το σύστημα της συστοιχίας των πολλαπλών μεμβρανών για την απομάκρυνση του οξυγόνου μπορεί να βρίσκεται εγκιβωτισμένο σε μεταλλικό ή κεραμικό ή άλλο άφλεκτο περίβλημα για την ελαχιστοποίηση των απωλειών θερμότητας.
Σε διαφορετική περίπτωση, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4, το σύστημα της συστοιχίας των πολλαπλών μεμβρανών για την απομάκρυνση του οξυγόνου μπορεί να βρίσκεται ερμητικά κλεισμένο σε μεταλλικό περίβλημα 9 με είσοδο 10 και έξοδο 8, τέτοιο ώστε να είναι δυνατή η διαχείριση του διαχεόμενου μίγματος CO2και O2 ,το οποίο θα εξέρχεται από την έξοδο 8 του μεταλλικού αεροστεγούς περιβλήματος 9.
Δυνατή είναι και η παροχή φέροντος αερίου από την είσοδο 10 για την προσαρμογή της παροχής και της σύστασης του ρεύματος CO2και O2στα επιθυμητά επίπεδα και στην επιθυμητή παροχή.
Σε μια άλλη περίπτωση, τα απαέρια τροφοδοτούνται στην μεμβράνη από το ρεύμα εισόδου 10 και εξέρχεται αυτής από το ρεύμα εξόδου 8, ενώ το παραγόμενο αέριο ρεύμα O2και CO2εξέρχεται της μεμβράνης από το ρεύμα εξόδου 7 με ή χωρίς φέρον άεριο στο ρέυμα εισόδου 6.
Το φέρον αέριο μπορεί να είναι είτε αέρας, είτε καυσαέρια, ενώ μπορεί να είναι στη θερμοκρασιακή περιοχή από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος εώς τους 800°C, και κατα προτίμηση στη θερμοκρασία λειτουργίας της μεμβράνης.
Γ ια την επιτάχυνση της επιφανειακής αντίδρασης των O2και CO2τόσο στην πλευρά των απαερίων όπου σχηματίζονται τα ανθρακικά ιόντα, όσο και στην άλλη πλευρά όπου τα ανθρακικά ιόντα διασπούνται προς σχηματισμό O2και CO2, καταλυτικά σωματίδια μπορούν να χρησιμοποιηθούν, εναποτεθειμένα επί των επιφανειών της Φάσης II 2. Οι καταλύτες αυτοί μπορεί να είναι διεσπαρμένα σωματίδια μετάλλων, κραμμάτων μετάλλων, οξειδίων μετάλλων, καρβιδίων μετάλλων, νιτριδίων μετάλλων ή συνδυασμοί αυτών, με μέσο μέγεθος από 1nm έως 100μm. Τα προαναφερθέντα μετάλλα μπορεί να επιλεγούν από την παρακάτω λίστα: Cu, R, Pd, Rh, Ti, Ru, Ir, Fe, Zn, Sn, Au, Ca, La, Mg, Mn, Co, Cr, V, Gd, Ga, Ge, Ce, Zr, Ag, Mo, Nb, Al, In, Sb, Ba, Sr, Cs, Ru, Na, K, Li, Y και W, τα οξείδιά τους, τα καρβίδια τους και τα νιτρίδια τους.
Συσκευή για απομάκρυνση Ο2 από τα απαέρια κινητήρων πτωχού καυσίμου
Το παραπάνω σύστημα μπορεί να αποτελέσει συσκευή απομάκρυνσης οξυγόνου 14 όταν εγκατασταθεί σε θερμό ρεύμα με ταχύτητες χώρου αντιδραστήρα στο εύρος 10<3>έως 2.10<5>h<-1>ή τμήμα ρεύματος (1-99%), απαερίων κινητήρα πτωχού καυσίμου, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5α και 5β.
Η εγκατάσταση της συσκευής απομάκρυνσης οξυγόνου 14 μπορεί να γίνει επί του μεταλλικού αγωγού των απαερίων 12 του κινητήρα, που έχει ένα ρεύμα εισόδου 11 προερχόμενο από την πολλαπλή εξαγωγής του κινητήρα και ένα ρεύμα εξόδου 13, κατάντη του φίλτρου μικροσωματιδίων άνθρακα 16 και ανάντη του καταλυτικού τριοδικού μετατροπέα 15.
Σε περίπτωση απουσίας του φίλτρου μικροσωματιδίων άνθρακα 16, η εγκατάσταση της συσκευής απομάκρυνσης οξυγόνου 14 μπορεί να γίνει επί του αγωγού των απαερίων 12 του κινητήρα, που έχει ένα ρεύμα εισόδου 11 προερχόμενο από την πολλαπλή εξαγωγής του κινητήρα και ένα ρεύμα εξόδου 13, ανάντη του καταλυτικού τριοδικού μετατροπέα 15.
Η θερμοκρασία των απαερίων στην είσοδο της συσκευής απομάκρυνσης οξυγόνου 14 μπορεί να κυμαίνεται στο εύρος που έχει ως ελάχιστο τη θερμοκρασία τήξεως της Φάσης I και μέγιστο τους 800°C.
Το αέριο μίγμα απαερίων στην είσοδο της συσκευής απομάκρυνσης οξυγόνου 14 μπορεί να αποτελείται από O2, CO2, NO, CO, Η2O, μίγμα υδρογονανθράκων (C1-C13) και Ν2. Η συγκέντρωση του O2μπορεί να κυμαίνεται στο εύρος 3-18%, του CO2στο εύρος 5-20%, του NO στο εύρος 0.02-0.2%, του CO στο εύρος 0.2-2%, του Η2O στο εύρος 5-15%, των υδρογονανθράκων στο εύρος 0.1-0.8% C1 και το υπόλοιπο Ν2.
Το παραγόμενο αέριο μίγμα O2και CO28 είναι δυνατό να διοχευτευθεί και να αξιοποιηθεί επί του οχήματος. Σε μια περίπτωση, το παραγόμενο μίγμα O2και CO2λόγω της υψηλής περιεκτικότητας σε O2, είναι δυνατό να αξιοποιηθεί στην πολλαπλή εισόδου του κινητήρα για τη βελτίωση της απόδοσής του.
Επιπλέον, όπως φαίνεται στο Σχήμα 6 η προτεινόμενη συσκευή απομάκρυνσης οξυγόνου 14 είναι δυνατό να συνδυαστεί με σύστημα δυναμικής έγχυσης καυσίμου 17, που θα βρίσκεται τοποθετημένο κατάντη της συσκευής απομάκρυνσης οξυγόνου 14. Το σύστημα δυναμικής έγχυσης καυσίμου 17 θα ανιχνεύει την τρέχουσα συγκέντρωση οξυγόνου στο μίγμα των απαερίων και θα εγχύει την απαιτούμενη ποσότητα καυσίμου με στόχο την περαιτέρω μείωση του λόγου αέρα/καυσίμου σε επίπεδα πλησιέστερα στη στοιχειομετρία.
Διεργασία απομάκρυνσης οξυγόνου από ρεύμα απαερίων
Το O2και το CO2στο ρεύμα των απαερίων συνδυάζονται για να σχηματίσουν ανθρακικά ανιόντα στη μια πλευρά της ηλεκτροχημικής μεμβράνης. Τα ανθρακικά ανιόντα διαχέονται διαμέσου της ηλεκτροχημικής μεμβράνης και φθάνουν στην εξωτερική της πλευρά όπου διασπούνται προς CO2και O2. Η περιγραφόμενη προς τα έξω διάχυση οδηγείται από τη βαθμίδα του χημικού δυναμικού των CO2και O2.
Με βάση ερευνητικές μηχανιστικές μελέτες [7] σχετικά με τη διεργασία σύνθεσης και αγωγής ιόντων ανθρακικών αλάτων, η αναγωγή του οξυγόνου προς Ο<2->πιθανότατα λαμβάνει χώρα μέσω του σχηματισμού ενδιάμεσων ειδών CO<2->, στη διεπιφάνεια Φάσης I (ΦΙ) / Αέρια Φάσης (ΑΦ) (αντίδραση 1), τα οποία στη συνέχεια αποσυντίθεται στη διεπιφάνεια ΦΙ / Φάσης II (ΦΙΙ) κοντά στη διεπιφάνεια με την ΑΦ για το σχηματισμό CO<2->και ιόντων Ο<2->(αντίδραση 2). Τα ιόντα O<2>αντιδρούν με CO2από την ΑΦ για να σχηματίσουν ανιόντα CO<2->στη ΦΙ (αντίδραση 3). Η συνολική αντίδραση (αντίδραση 4) αποκαλύπτει πως η διάχυση O2και CO2αναμένεται να γίνει σε αναλογία 1 .5:1 , δίνοντας έμφαση στη σημασία της προτεινόμενης τεχνολογίας για εφαρμογές διαχωρισμού O2, αντί για διαχωρισμό CO2.
Με βάση τη βιβλιογραφία [7], πιθανό ρυθμορυθμιστικό βήμα αποτελεί η αντίδραση 1 , και
επομένως ο ρυθμός διαπερατότητας είναι ανάλογος του γινομένου (RO2)1⁄2 x In PCO2.
Επιπλέον, κριτήριο για την επιθυμητή «προς τα έξω» διάχυση περιγράφεται από την εξίσωση 5, από όπου φαίνεται πως η περιγραφόμενη εδώ τεχνολογία αξιοποιεί τη μεγάλη διαφορά στη συγκέντρωση του CO2εκατέρωθεν της μεμβράνης για την επίτευξη της ζητούμενης απομάκρυνσης του οξυγόνου. Η εξίσωση 6 αποτελεί μια απλοποιημένη μορφή της εξίσωσης 5 για την περίπτωση όπου στην εξωτερική πλευρά υπάρχει ατμοσφαιρικός αέρας με 21% O2και 400 ppm CO2.
Σύντομη Περιγραφή Σχημάτων
Σχήμα 1: Σχηματική απεικόνιση της πορώδους ηλεκτροχημικής μεμβράνης
Σχήμα 2: Πιθανές γεωμετρίες της ηλεκτροχημικής μεμβράνης για το σχηματισμό συστοιχίας
Σχήμα 3: Συστοιχία μεμβρανών κυλινδρικής γεωμετρίας
Σχήμα 4: Συστοιχία μεμβρανών, εγκιβωτισμένη για διαχείριση του παραγόμενου μίγματος O2και CO2.
Σχήμα 5α: Μια πιθανή διαδικασία για την απωμείωση των ρύπων κινητήρων πετρελαίου με χρήση φίλτρου μικροσωματιδίων 16, συσκευής απομάκρυνσης O214 και τριοδικού καταλυτικού μετατροπέα 15.
Σχήμα 5β: Μια πιθανή διαδικασία για την απωμείωση των ρύπων κινητήρων πετρελαίου με χρήση συσκευής απομάκρυνσης O214 και τριοδικού καταλυτικού μετατροπέα 15.
Βιβλιογραφία
1. Κ. Huang, Membranes and reactors for C02separation, US2012/0014852A1 (2012).
2. K. Huang, Composite mixed-carbonate ion and electron conducting membranes and reactant gas assisted chemical reactors for CO2 separation and capture, US2011/0168572A1 (2011).
3. K. Lackner, A. West, J. Wade, Carbon dioxide permeable membrane, US7909911B2 (2011).
4. S. Lee, S. Woo, J.Yu, D. Seo, K. Hong, I. Han, S. Kim, Conductive membrane for carbon dioxide separation, US2008/0115667A1 (2008).
5. R. Prasad, C. Gottzmann, Pressure driven solid electrolyte membrane gas separation method, US5733435 (1998)
6. S. Frangini, S. Loreti, The role of alkaline-earth additives on the molten carbonate corrosion of 316L stainless steel, Corros Sci 49 (2007) 3969-3987.
7. L. Zhang, J. Tong, Y. Gong, M. Han, S. Wang, Fast electrochemical CO2 transport through a dense metal-carbonate membrane: A new mechanistic insight, J Membr Sci 468 (2014) 373-379.

Claims (9)

  1. Αξιώσεις
    1 . Μέθοδος για την απομάκρυνση του οξυγόνου από αέριο ρεύμα απαερίων κινητήρα εσωτερικής καύσης τύπου πτωχού καυσίμου, οχήματος, μηχανήματος ή συστήματος ηλεκτροπαραγωγής, χρησιμοποιώντας σύνθετη και συμπαγή ηλεκτροχημική μεμβράνη χαρακτηριζόμενη από το γεγονός ότι αυτή είναι σε επαφή ροής με αέριο ρεύμα απαερίων με συγκέντρωση οξυγόνου από 3 έως 18% κατ’ όγκον και συγκέντρωση CO2 από 2 έως 15% κατ’ όγκον, από το οποίο μέρος των Ο2 και CO2 απομακρύνεται όταν αυτό έρθει σε επαφή με την ηλεκτροχημική μεμβράνη προς σχηματισμό νέου αερίου ρεύματος 8 στην αντίπερα πλευρά της μεμβράνης, το οποίο περιέχει ΟΣ και CO2 σε γραμμομοριακή αναλογία από 0.5/1 έως 2/1 .
  2. 2. Μέθοδος για την απομάκρυνση του οξυγόνου από αέριο ρεύμα απαερίων κινητήρα εσωτερικής καύσης τύπου πτωχού καυσίμου, οχήματος, μηχανήματος ή συστήματος ηλεκτροπαραγωγής, χρησιμοποιώντας σύνθετη και συμπαγή ηλεκτροχημική μεμβράνη σύμφωνα με την αξίωση 1 , όπου η ηλεκτροχημική μεμβράνη απαρτίζεται από μια πρώτη φάση 1 αποτελούμενη από ένα ή μίγμα δύο ή περισσοτέρων ανθρακικών αλκαλίων από τη λίστα: Li2CO3, Na2CO3. K2CO3, Rb2CO3και Cs2CO3, σε αναλογίες όπου η θερμοκρασία τήξεως της πρώτης φάσης 1 παραμένει χαμηλότερη των 600°C, συμπεριλαμβανομένων και των ευτηκτικών μιγμάτων, καθώς επίσης και ένα ή περισσότερα ανθρακικά άλατα αλκαλικών γαιών από τη λίστα: CaCO3, MgCO3,SrCO3και BaCO3σε ποσοστό 0 έως 10% κατά βάρος, όπου η πρώτη φάση 1 βρίσκεται εντός των πόρων μιας δεύτερης φάσης 2, αποτελούμενη είτε από περοβσκίτη της μορφής ΑΒΧO3με ένα υποκατεστημένο κατιόν, όπως για παράδειγμα το (La0.80Sr0.20)0.95MnO3-* ή το La0.95(Ni0.60Co0.40)O3ή το La(Ni0.6Fe0.4)O3ή από μέταλλο από τη λίστα Al, Ti, Νϊ, Cu, Zn, Sn, Fe και Si ή από κράμα των προηγούμενων μετάλλων ή από νανοϋλικό με βάση τον άνθρακα ή από συνδυασμό των παραπάνω, και
    φέρει διεσπαρμένα στην επιφάνεια των δυο πλευρών της δεύτερης φάσης 2 σωματίδια μετάλλων από τη λίστα: Cu, Pt, Pd, Rh, Ti, Ru, Ir, Fe, Zn, Sn, Au, Ca, La, Mg, Mn, Co, Cr, V, Gd, Ga, Ge, Ce, Zr, Ag, Mo, Nb, Al, In, Sb, Ba, Sr, Cs, Ru, IMa, K, Li, Y και W, ή τα κράμματά τους, ή τα οξείδιά τους, ή τα καρβίδιά τους, ή τα νιτρίδιά τους ή συνδυασμούς αυτών, σε ποσοστό που κυμαίνεται από 0 έως 2% κατά βάρος και με μέση διαμέτρο από 1 nm έως 100μm, και
    η μεμβράνη έχει πάχος που κυμαίνεται από 0.5 εως 10mm και από γεωμετρία είτε επίπεδη, είτε οδοντωτή, είτε κυματοειδή, είτε αυλοειδή με κυκλική ή τριγωνική ή τετραγωνική ή άλλη πολυγωνική διατομή, και
    είναι στερεά και άφλεκτη έως τη θερμοκρασία των 1000°C, 30-70% πορώδης, με ηλεκτρονιακή αγωγιμότητα στο εύρος 10<-3>-10<7>S/cm και αγωγιμότητα ιόντων οξυγόνου μικρότερη από 10<-3>S/cm.
  3. 3. Συσκευή απομάκρυνσης οξυγόνου από τα απαέρια κινητήρα εσωτερικής καύσης τύπου πτωχού καυσίμου, οχήματος, μηχανήματος ή συστήματος ηλεκτροπαραγωγής, χαρακτηριζόμενη από το γεγονός ότι αποτελείται από συστοιχία ηλεκτροχημικών μεμβρανών 3, που βρίσκονται σε επαφή ροής με το ρεύμα των απαερίων 6, και ένα ρεύμα εισόδου απαερίων 6, με συγκέντρωση Ο2από 3 έως 18% κατ’ όγκον και συγκέντρωση CO2από 2 έως 15% κατ’ όγκον, μέσω κατανεμητή ροής εισόδου 4, και αέριο ρεύμα εξόδου απαερίων 7, στο οποίο η συγκέντρωση του Ο2είναι ίση με τη στοιχειομετρία και με απόκλιση ±15% που το καθιστά κατάλληλο για τροφοδοσία σε τριοδικό καταλυτικό μετατροπέα για την απομείωση των ρύπων ΝΟχ, CxHyκαι CO, και σχηματιζόμενο αέριο ρεύμα 8 στην αντίπερα πλευρά των μεμβρανών που περιέχει O2και CO2σε γραμμομοριακή αναλογία από 0.5/1 έως 2/1.
  4. 4. Συσκευή απομάκρυνσης οξυγόνου από τα απαέρια κινητήρα εσωτερικής καύσης τύπου πτωχού καυσίμου, οχήματος, μηχανήματος ή συστήματος ηλεκτροπαραγωγής σύμφωνα με την αξίωση 3, όπου η συστοιχία μεμβρανών βρίσκεται εγκιβωτισμένη εντός μεταλλικού ή κεραμικού ή άλλου παρόμοιου πυρίμαχου περιβλήματος με είσοδο 10 και έξοδο 8, όπου στην είσοδο 10 παρέχεται φέρον αέριο που είναι είτε αέρας, είτε τμήμα των απαερίων, είτε και τα δύο μαζί, ενώ η έξοδος 8 είναι σε επαφή ροής με τον αεραγωγό εισαγωγής ή την πολλαπλή εισαγωγής του κινητήρα.
  5. 5. Διαδικασία για την απομάκρυνση οξυγόνου από αέριο ρεύμα απαερίων κινητήρα εσωτερικής καύσης τύπου πτωχού καυσίμου οχήματος, μηχανήματος ή συστήματος ηλεκτροπαραγωγής σύμφωνα με την οποία συσκευή απομάκρυνσης οξυγόνου 14 είναι σε επαφής ροής με ρεύμα απαερίων εισόδου 11, από το οποίο το O2και το CO2απομακρύνονται όταν έρθουν σε επαφή με τη συσκευή απομάκρυνσης οξυγόνου 14 προς σχηματισμό νέου αερίου ρεύματος 8 που περιέχει O2και CO2σε γραμμομοριακή αναλογία από 0.5/1 έως 2/1 , και
    βρίσκεται σε επαφή ροής κατάντη με τριοδικό καταλυτικό μετατροπέα 15 για την αναγωγή των οξειδίων του αζώτου (ΝΟχ), την οξείδωση του CO και την οξείδωση των υδρογονανθράκων που περιέχονται στο αέριο μίγμα εντός του αγωγού των απαερίων 12 του κινητήρα και με ρεύμα απαερίων εξόδου 13.
  6. 6. Διαδικασία για την απομάκρυνση οξυγόνου από αέριο ρεύμα απαερίων κινητήρα εσωτερικής καύσης τύπου πτωχού καυσίμου οχήματος, μηχανήματος ή συστήματος ηλεκτροπαραγωγής σύμφωνα με την αξίωση 5, το οποίο διαθέτει επιπλέον φίλτρο μικροσωματιδίων άνθρακα 16, εγκατεστημένο στον αγωγό απαερίων 12 με επαφή ροής ανάντη της συσκευής απομάκρυνσης οξυγόνου 14 και ρεύμα εισόδου απαερίων 11, και το οποίο είναι δυνατόν να συνδυάζει και καταλύτη οξείδωσης με το φίλτρο μικροσωματιδίων άνθρακα 16.
  7. 7. Διαδικασία για την απομάκρυνση οξυγόνου από αέριο ρεύμα απαερίων κινητήρα εσωτερικής καύσης τύπου πτωχού καυσίμου οχήματος, μηχανήματος ή συστήματος ηλεκτροπαραγωγής σύμφωνα με την αξίωση 5 ή 6, όπου επιπλέον διαθέτει σύστημα έγχυσης καυσίμου ή άλλου μίγματος οργανικού αναγωγικού μίγματος 17 εγκατεστημένο κατάντη της συσκευής απομάκρυνσης οξυγόνου 14 και ανάντη του τριοδικού καταλυτικού μετατροπέα 15.
  8. 8. Διαδικασία για την απομείωση των ρύπων CO, ΝΟxκαι CxHyαπό τα απαέρια κινητήρα πτωχού καυσίμου, οχήματος, μηχανήματος ή συστήματος ηλεκτροπαραγωγής, κατά την οποία το αέριο ρεύμα των απαερίων διέρχεται από τη συσκευή απομάκρυνσης οξυγόνου 14, η οποία είναι εγκατεστημένη με επαφή ροής ανάντη του τριοδικού καταλυτικού μετατροπέα 15.
  9. 9. Διαδικασία για την απομείωση των ρύπων CO, ΝΟχκαι CxHyαπό τα απαέρια κινητήρα πτωχού καυσίμου, οχήματος, μηχανήματος ή συστήματος ηλεκτροπαραγωγής σύμφωνα με την αξίωση 8, όπου στο αέριο ρεύμα των απαερίων προστίθεται καύσιμο ή άλλο οργανικό αναγωγικό μίγμα κατάντη της συσκευής απομάκρυνσης οξυγόνου 14 και ανάντη του τριοδικού καταλυτικού μετατροπέα 15.
GR20180100044A 2018-02-09 2018-02-09 Μεθοδος, συσκευη και διαδικασια για την επεξεργασια απαεριων κινητηρων με υψηλη περισσεια οξυγονου GR1009478B (el)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GR20180100044A GR1009478B (el) 2018-02-09 2018-02-09 Μεθοδος, συσκευη και διαδικασια για την επεξεργασια απαεριων κινητηρων με υψηλη περισσεια οξυγονου
EP19386007.9A EP3542887A1 (en) 2018-02-09 2019-02-07 Device and process for the treatment of engine flue gases with high oxygen excess

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GR20180100044A GR1009478B (el) 2018-02-09 2018-02-09 Μεθοδος, συσκευη και διαδικασια για την επεξεργασια απαεριων κινητηρων με υψηλη περισσεια οξυγονου

Publications (1)

Publication Number Publication Date
GR1009478B true GR1009478B (el) 2019-03-08

Family

ID=64901595

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
GR20180100044A GR1009478B (el) 2018-02-09 2018-02-09 Μεθοδος, συσκευη και διαδικασια για την επεξεργασια απαεριων κινητηρων με υψηλη περισσεια οξυγονου

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP3542887A1 (el)
GR (1) GR1009478B (el)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080115667A1 (en) * 2006-11-21 2008-05-22 Korea Institute Of Energy Research Conductive membrane for carbon dioxide separation
US20110179778A1 (en) * 2010-01-27 2011-07-28 Gm Global Technology Operations, Inc. Method and apparatus for exhaust gas aftertreatment from an internal combustion engine

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR9601078A (pt) 1995-05-18 1998-01-06 Praxair Technology Inc Processo para a remoção de oxigênio a partir de uma corrente de alimentação para a obtenção de uma corrente de produto empobrecida em oxigênio
US7909911B2 (en) 2007-10-18 2011-03-22 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Carbon dioxide permeable membrane
US8845784B2 (en) 2010-01-12 2014-09-30 University Of South Carolina Composite mixed carbonate ion and electron conducting membranes and reactant gas assisted chemical reactors for CO2 separation and capture
US8506677B2 (en) 2010-07-13 2013-08-13 University Of South Carolina Membranes and reactors for CO2 separation

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080115667A1 (en) * 2006-11-21 2008-05-22 Korea Institute Of Energy Research Conductive membrane for carbon dioxide separation
US20110179778A1 (en) * 2010-01-27 2011-07-28 Gm Global Technology Operations, Inc. Method and apparatus for exhaust gas aftertreatment from an internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
EP3542887A1 (en) 2019-09-25
EP3542887A8 (en) 2020-01-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6185129B2 (ja) 燃料への搭載型二酸化炭素変換による移動汚染源からの排出低減
Monte et al. On the role of oxygen storage in three-way catalysis
Jiang et al. Hydrogen Production by Water Dissociation in Surface‐Modified BaCoxFeyZr1− x− yO3− δ Hollow‐Fiber Membrane Reactor with Improved Oxygen Permeation
Abdullah et al. Hydrogen gas sensing performance of GaN nanowires-based sensor at low operating temperature
Leistner et al. Detailed kinetic analysis of soot oxidation by NO2, NO, and NO+ O2
Kwak et al. NO x uptake mechanism on Pt/BaO/Al 2 O 3 catalysts
WO2007087218A2 (en) Catalyst for co oxidation comprising dispersed gold atoms
JP6670761B2 (ja) 気体混合物を製造するための装置、触媒の使用方法、気体混合物を製造する方法及びアンモニアを選択的に除去するための方法
US5670444A (en) Exhaust gas cleaner and method for cleaning same
Kalam et al. Development and test of a new catalytic converter for natural gas fuelled engine
Ambardekar et al. Plasma sprayed CuO coatings for gas sensing and catalytic conversion applications
Tomura et al. Catalytic activity for dissociative oxygen adsorption of Co-based oxides at high temperature evaluated by a modified pulse isotopic exchange technique
JP2009022929A (ja) 亜酸化窒素の分解触媒、それを備える亜酸化窒素の分解装置およびそれを用いる亜酸化窒素の分解方法
Tu et al. SO 2-tolerant and H 2 O-promoting Pt/C catalysts for efficient NO removal via fixed-bed H 2-SCR
US9364791B1 (en) Carbon dioxide decomposition
GR1009478B (el) Μεθοδος, συσκευη και διαδικασια για την επεξεργασια απαεριων κινητηρων με υψηλη περισσεια οξυγονου
WO2008066274A1 (en) Potassium oxide-incorporated alumina catalysts with enganced storage capacities of nitrogen oxide and a producing method therefor
JP5057018B2 (ja) 電気化学セル方式ガスセンサー
JP6540104B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2007239616A (ja) 排ガスの浄化装置及び排ガスの浄化方法,浄化触媒
JP6565019B2 (ja) 触媒の製造方法、触媒、および触媒の使用
JP3948170B2 (ja) 排ガス浄化用電気化学触媒
Kuhn et al. Selective Reduction of Oxygen on Non‐Noble Metal Copper Nanocatalysts
JP4201319B2 (ja) 電気化学セル型化学反応システム
Ayoub et al. A study of no conversion into No2 and N2O over Co3O4 catalyst

Legal Events

Date Code Title Description
PG Patent granted

Effective date: 20190509