NL9201586A - Werkwijze voor het verminderen van stikstofoxiden in een verbrandingsinrichting die continue verbranding uitvoert, en een inrichting daarvoor. - Google Patents

Description

Titel: Werkwijze voor het verminderen van stikstofoxiden in een verbrandingsinrichting die continue verbranding uitvoert, en een inrichting daarvoor.

Deze uitvinding heeft betrekking op een werkwijze in een inrichting voor het verminderen van stikstofoxiden, ontladen uit een continue verbrandingsinrichting van een uitwendige verbrandingsmotor, een boiler, etc. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een zuiveringssysteem voor het effectief zuiveren van stikstofoxiden door reductie zonder afbreuk te doen aan de uitstekende brandstofconsumptie-eigenschap van een motor zoals een Sterlingmotor en zonder beïnvloedt te worden door de concentratie van zuurstofgas die eveneens aanwezig is in het inlaatgas.

in het bedrijf van een Sterlingmotor, welke een soort van een uitwendige verbrandingsmotor is, is er een werkwijze waarin een arbeidleverend gas verhit wordt en veroorzaakt wordt te expanderen door verbranding van een brandstof met behulp van een brander die geplaatst is in een verbrandings-kamer. De verhitting van het arbeidleverend gas door verbranding met behulp van een brander gebruikt gewoonlijk de hitte van de verbranding geproduceerd door het binnenste van een verbrandingskamer te voorzien van brandstof en lucht voor verbranding en de brandstof bij hoge temperatuur te verbranden. Het uitlaatgas dat uit deze verbranding resulteert, wordt ontladen in de atmosfeer door een uitlaatafvoer. In dit geval is de brandstof volledig verbrand samen met de verbrandingslucht bij hoge temperatuur, zodat het uitlaatgas geen toxische componenten zal bevatten. Echter, zelfs indien de verbranding uitgevoerd wordt onder omstandigheden waarbij de concentratie van lucht laag is (d.w.z. waarin er een lage overmaatcoëfficiënt is) kan het feit dat het uitlaatgas resulterend van de continue verbranding stikstofoxiden (NOx) zal bevatten, niet vermeden worden, zelfs als de hoeveelheid van niet verbrande componenten HC en CO in het uitlaatgas laag is.

Werkwijze voor het verminderen van stikstofoxiden in uitlaatgas geproduceerd door een continue verbrandings-inrichting omvatten een verfijnde verbrandingsmethode, een methode welke gebruik maakt van een ternaire katalytische omzetter, etc. Echter wanneer een continue verbrandings-inrichting van een Sterlingmotor of dergelijke, beschouwd wordt, is de lucht die toegevoerd wordt aan de verfijnde verbrandingsmethode groot in hoeveelheid en dus zal er een afname in de verbrandingsvlamtemperatuur zijn. Daarnaast is er om de hoeveelheid toegevoerde lucht te doen toenemen, een toename in het vermogen opgenomen door een luchtaanvoer-blaasinrichting, waardoor een afname in de motorefficiëntie wordt bewerkt. Overeenkomstig wordt verbranding gewoonlijk uitgevoerd bij een algemeen overmaatcoëfficiënt, namelijk bij een overmaat coëfficiënt variërend tussen 1,1 en 1,3. Als consequentie resulteert deze verbrandingsmethode niet in een verfijnde verbranding en voldoet het niet aan de omstandigheden voor het verminderen van stikstofoxiden.

Hierdoor was men van mening dat toepassing van een ternaire katalytische omzetter effectief was. In overeenstemming met een werkwijze waarbij gebruik wordt gemaakt van een ternaire katalytische omzetter, worden NOx, CO en HC aanwezig in uitlaatgas, chemisch omgezet in niet toxische verbindingen zoals N2, C02 en H20 door een zuiverende katalysator. Aangezien de chemische omzetting op hetzelfde tijdstip plaatsvindt als oxidatie en reductie, is het nodig dat het uitlaatgas gehandhaafd wordt bij een lage zuurstof-concentratie om de efficiëntie van reductie te verhogen. Daarnaast is de hoeveelheid verandering toegestaan in de zuurstofconcentratie zeer laag. Om deze werkwijze te gebruiken is het derhalve vereist dat de hoeveelheid brandstof en toegevoerde verbrandingslucht geregeld moet worden met grote accuratesse. Of, om het beter te zeggen, zijn de HC en CO componenten in een continue verbranding laag, zelfs in het geval van een laag overmaatcoëfficiënt, en daardoor is toepassing van een ternaire katalytische omzetter niet in het bijzonder vereist. Indien een ternaire katalytische omzetter toegepast wordt, is het nodig dat de temperatuur van het uitlaatgas verhoogd wordt tot 400 - 450°C of hoger. Wanneer uitlaatgas onderworpen wordt aan een hoge temperatuur, kan het voorverhitten van de lucht door het uitlaatgas niet voldoende uitgevoerd worden en daalt de temperatuur van de lucht die toegevoerd wordt aan de verbrandingszone. Dit leidt tot een afname van de motorefficiëntie en is ongewenst. Bovendien is, aangezien het uitlaatgas een hoge temperatuur vertoont, er een afname in de duurzaamheid van de katalysator en een toename in de kosten aangezien dure edelmetalen toegepast moeten worden voor de katalysator.

Overeenkomstig is het een doel van de onderhavige uitvinding te voorzien in een werkwijze in een inrichting voor het afnemen van stikstofoxiden die ontladen worden uit een continue verbrandingsinrichting waarin de voormelde problemen die men in de stand van de techniek tegenkwam, worden opgelost.

Een ander doel van de onderhavige uitvinding is te voorzien in een werkwijze in een inrichting waardoor de stikstofoxiden in uitlaatgas ontladen uit een continue verbrandingsinrichting van een uitwendige motor, een boiler of dergelijke, worden verminderd door zuivering, zonder de efficiëntie van de verbrandingsinrichting te doen afnemen, ongeacht de concentratie van zuurstof die in het uitlaatgas aanwezig is.

Volgens de onderhavige uitvinding worden de voorgaande doelstellingen bereikt door te voorzien in een werkwijze voor het verminderen van stikstofoxiden in een verbrandingsinrichting, die continue verbranding uitvoert, waarin stikstofoxiden in verbrandingsuitlaatgas dat zuurstofgas bevat, geproduceerd door verbranding van een toegevoerde brandstof in een verbrandingsinrichting worden verminderd door doorleiden door een katalytische eenheid, omvattende de stappen van het toevoeren van waterstofgas aan het verbrandingsuitlaatgas dat de katalytische eenheid ingaat, en het katalytisch reduceren van het verbrandingsuitlaatgas, waaraan het waterstofgas is toegevoerd, in een omgeving van een relatief lage temperatuur van minder dan 250°C, waarbij de stikstofoxiden verminderen.

Verder worden volgens de onderhavige uitvinding de voorgaande doelstellingen bereikt door te voorzien in een inrichting voor het verminderen van stikstofoxiden in een verbrandingsinrichting welke continue verbranding uitvoert, omvattende een verbrandingskamer, een eerste toevoereenheid voor het toevoeren aan de verbrandingskamer van brandstof en lucht, een uitlaatdoorgang voor het ontladen van uitlaatgas geproduceerd bij de verbranding in de verbrandingskamer, een katalytische eenheid gerangschikt in de uitlaatdoorgang voor het zuiveren van toxische componenten die in het uitlaatgas dat ontladen wordt aanwezig zijn, en een tweede toevoereenheid voor het toevoeren van waterstofgas aan het uitlaatgas dat de katalytische eenheid binnengaat.

Voorbeelden van inrichtingen die kunnen worden gebruikt als de tweede eenheid voor het toevoeren van waterstof, omvatten een omvormer voor het modificeren van de waterdamp in de brandstof, een inrichting voor het gedeeltelijk oxideren van de brandstof en een elektrolyt!sche inrichting dat gébruik maakt van een protongeleidend membraan.

In een werkwijze voor het verminderen van stikstofoxiden in een verbrandingsinrichting volgens de onderhavige uitvinding wordt het reducerende waterstofgas gemengd met het uitlaatgas dat ingeleid wordt in de katalytische inrichting. Vanwege aanraking met de zuiverende katalytische omzetter in de katalytische inrichting worden de stikstofoxiden gezuiverd door katalytische reductie onder omstandigheden van lage temperatuur, d.w.z. bij temperaturen minder dan 250°C.

Indien waterstofgas toegevoegd wordt in een hoeveelheid voldoende om stikstofoxiden te reduceren welke stikstofoxiden aanwezig zijn in het uitlaatgas, kunnen de stikstofoxiden effectief gezuiverd worden onafhankelijk van de concentratie van zuurstof aanwezig in het uitlaatgas. Bovendien, vanwege de insluiting van het waterstofgas, kan de zuivering van het uitlaatgas uitgevoerd worden bij een lage temperatuur in vergelijking met een geval waarin er geen waterstofgas-hoeveelheid aanwezig is. Als consequentie wordt de duurzaamheid van de katalysator verhoogd. Daarnaast kan de katalysator zelf er een zijn die een katalytisch reducerende functie bezit, waardoor de kosten worden verlaagd. Bovendien, aangezien de temperatuur van het uitlaatgas verlaagd wordt, kan de warmte gebruikt worden om de verbrandingslucht overeenkomstig voor te verhitten, waardoor de voorverhittings-efficiëntie toeneemt.

In de inrichting voor het verminderen van stikstofoxiden in een verbrandingsinrichting volgens de onderhavige uitvinding, wordt aan het uitlaatgas dat ontladen wordt als resultaat van continue verbranding, waterstofgas toegevoegd, zodat de stikstofoxiden verwijderd kunnen worden door een katalytische reductiereactie met de zuiverende katalysator. Aangezien de katalytische reductiereactie voortloopt bij een lage temperatuur van minder van 250°C is er geen afname in de efficiëntie van de verbrandingsinrichting. Daarnaast hoeft de hoeveelheid waterstofgas slechts voldoende te zijn om de stikstofoxidehoeveelheid te reduceren, en kan het gas bestaan naast een oxiderend gas zoals zuurstof. Dit betekent dat absoluut zuiver waterstofgas niet behoeft te worden gebruikt. M.a.w. men kan gebruik maken van goedkoop waterstofgas waarin andere gassen eventueel aanwezig kunnen zijn, bijvoorbeeld geëlektrolyseerd gas verkregen door toepassing van een protongeleidend membraan, waterstofgas verkregen door modificatie van brandstofwaterdamp, en waterstofgas verkregen door een gedeeltelijk verbrandingsproces. Bovendien, aangezien zuivering uitgevoerd wordt bij een lage temperatuur van minder dan 250°C, kan de katalysator geplaatst wordt in de uitlaat-doorgang. Daarnaast is temperatuurregulering niet in het bijzonder vereist voor de zuivering van het uitlaatgas.

In overeenstemming met de onderhavige uitvinding kunnen stikstofoxiden die in uitlaatgas ontladen vanwege verbrandingen en continue verbrandingsinrichting van een uitwendige verbrandingsmotor, boiler e.d. aanwezig zijn, gemakkelijk verminderd of geëlimineerd worden bij lage temperaturen van minder dan 250°C, zonder enige invloed van de concentratie van zuurstof in het uitlaatgas, door waterstofgas aan te voeren in een hoeveelheid evenredig met de hoeveelheid stikstofoxiden. Dit maakt het mogelijk de efficiëntie van het systeem te verbeteren door de verbrandingstemperatuur te verhogen, hetgeen niet kon worden gedaan in de conventionele inrichting omdat een toename in stikstofoxiden in dat geval zou resulteren. Bovendien vanwege de loop van het apparaat bij een lage overmaatcoëfficiënt hoeft slechts een geringe hoeveelheid toegevoerd te worden. Dit maakt het mogelijk het vermogen en lawaai van de blaasinrichting te verminderen. Bovendien aangezien een relatief goedkope katalysator, gemaakt van platina of dergelijke gebruikt kan worden in een lage temperatuuromgeving van minder dan 250°C, wordt de duurzaamheid van de katalysator verbeterd.

Voorts is het mogelijk in theorie uitlaatgas te verkrijgen welke vrij is van stikstofoxiden, hetgeen iets is dat niet kon worden bereikt in de stand van de techniek. Dit maakt het op zijn beurt mogelijk om een efficiënt, laag vervuilende Sterlingmotor met een toegenomen thermische efficiëntie te verkrijgen.

Andere eigenschappen en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden uit de volgende beschrijving in combinatie met de aanhangende tekeningen, waarin gelijke referentietekens dezelfde of overeenkomstige delen aanduiden door de figuren heen.

Fig. l is een structureel totaaloverzicht voor het beschrijven van de constructie van een inrichting volgens een eerste uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding; fig. 2 is een structureel totaaloverzicht van een tweede uitvoeringsvorm getoond waarin een wat er stof aanvoer in fig. 1 wordt voorzien van een aanvoerregelklep; fig. 3 is een structureel totaaloverzicht dat een derde uitvoeringsvorm van de inrichting laat zien waarin lucht wordt ingeleid voor een gedeeltelijk verbrandingsproces buiten een verbrandingskamer en het waterstofgas geproduceerd door oxidatie dat toegepast wordt als de waterstoftoevoer.

fig. 4 is een vergroot aanzicht dat een gedeelte van de waterstoftoevoer in fig 3 laat zien; fig. 5 is een structureel totaaloverzicht van een voorbeeld waarin een inrichting voor het genereren van waterstoftoevoer voorzien wordt in een verbrandingskamer in fig. 3; fig. 6 is een structureel totaaloverzicht dat een vierde uitvoeringsvorm van een inrichting laat zien waarin de waterstofaanvoer gerealiseerd wordt door elektrolyse in de rangschikking van de verbrandingskamer getoond in fig. 1; en fig. 7 is een lijnoverzicht waarin de verhouding tussen uitlaatgastemperatuur en NOx omzettingsgraad onderzocht wordt onder variërende waterstofconcentratie.

Voorkeursuitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding zullen nu in detail beschreven worden onder verwijzing naar de tekening.

Eerste uitvoeringsvorm

Deze uitvoeringsvorm wordt toegepast bij de verbrandings-inrichting van een Sterlingmotor. De totaalconstructie van de uitvoeringsvorm is als geïllustreerd in fig. 1.

Als getoond in fig. 1 omvat de verbrandingsinrichting van een Sterlingmotor een verbrandingskamer 1, een brandstof-aanvoer 2 voor het aanvoeren naar de verbrandingskamer 1 van brandstof, een luchtaanvoer 3 voor het aanvoeren naar de verbrandingskamer 1 van lucht, een uitlaatdoorgang 4 voor het ontladen van uitlaatgas uit de verbrandingskamer 1, een katalytische eenheid 5 geplaatst in de uitlaatdoorgang 4, en een waterstofgasaanvoer 6 verbonden aan de uitlaatdoorgang 4 door het binnendeel van de verbrandingskamer l.

De verbrandingskamer l heeft de vorm van een cilinder met bodem waarvan de omtrek bedekt is door een adiabatisch wandoppervlak. De bodem van de verbrandingskamer 1 is voorzien van radiaaluitstrekkende verwarmingsbuizen 10 gevuld met een arbeidsleverend gas voor het bedrijven van een Sterlingmotor. Een warmteuitwisselaar 11 waarin lucht voor verbranding voorverhit wordt door de hitte van de verbranding, is in het algemeen in de vorm van een cilinder buiten de verwarmingsbuizen 10 geplaatst. Een ontstekingseenheid 12 omvattende een brandstof-injectiemondstuk 13 en een ontstekingsinrichting (niet getoond) is geplaatst in het centrum van de kroon van de verbrandingskamer aan de andere kant van de verwarmingsbuizen 10. De warmtewisselaar ll staat in communicatie met de verbrandingssectie.

De brandstofaanvoer 2 is zo aangepast dat brandstof wordt toegevoerd aan de brandstof-injectiemondstuk 13 via een klep 20 geregeld door een regelaar 7.

De luchtaanvoer 3 bestaat uit een blaasinrichting 30, welke gekontroleerd wordt door de regelaar 7 en zo is aangepast dat een luchtstroom uit de blaasinrichting 30 de warmtewisselaar ll binnenkomt. De lucht welke in de warmtewisselaar ll is gestroomd, wordt daardoor verhit en gaat vervolgens de ontstekingseenheid 12 binnen. Hier wordt de verwarmde lucht gemengd met een geatomiseerde brandstof geïnjecteerd uit het brandstof-injectiemondstuk 13, vervolgens wordt het mengsel ontstoken en de resulterende vlam wordt in het binnenste van de verbrandingskamer l gericht.

De uitlaatdoorgang 4 opent in een gedeelte van de. zijwand van de verbrandingskamer l in de buurt van de bodem daarvan, teneinde een communicatie van de verbrandingskamer 1 met de buitenkant te bewerken. De katalytische eenheid 5 is geplaatst in de uitlaatdoorgang 4 op een plaats waar het uitlaatgas een vantevoren bepaalde temperatuur zal bereiken. Bij wijze van voorbeeld wordt de katalytische eenheid 5 gevormd door een honingraatdrager waarop een gewone temaire katalysator aangebracht is.

De waterstofaanvoer 6 welke een karakteriserend kenmerk van deze uitvoeringsvorm is, omvat een gedeioniseerde wateraanvoerinrichting 60, een menginrichting 61 voor het mengen van water aangevoerd door de gedeioniseerde wateraanvoerinrichting 60 met een gedeelte van de brandstof aangevoerd naar de brandstof-injectiemondstuk 13, een stoomomvormer 62 die geplaatst is in de verbrandingskamer l op een plaats waar een vantevoren bepaalde temperatuur zal worden bereikt, een warme verschuivingsomvormer 63 en een koude verschuivingsomvormer 64. De plaatsing is zo dat waterstofgas geproduceerd door de koude verschuivingsomvormer 64 aangevoerd wordt naar het binnenste van de uitlaatdoorgang 4. In de waterstofgasaanvoer 6 van deze uitvoeringsvorm wordt ongeveer 80 gew.% van het mengsel van brandstof en water waterstofgas vanwege de verwarming in de verbrandingskamer 1, en dit wordt aangevoerd aan de katalytische eenheid 5 in de uitlaatdoorgang 4.

In de inrichting van de uitvoeringsvorm die op deze wijze geconstrueerd is, wordt LNG brandstof aangevoerd door de brandstofaanvoer 2, geïnjecteerd in de verbrandingskamer l uit het brandstof - inj ectiemondstuk 13. Op hetzelfde moment wordt de blaasinrichting 30 in bedrijf gesteld zodat lucht in de warmtewisselaar 11 wordt geleid. De lucht wordt aangevoerd aan de ontstekingseenheid 12. Hier worden brandstof en lucht gemengd, het mengsel ontstoken en de resulterende vlam geïnjecteerd in de verbrandingskamer 1.

De verwarmingsbuizen 10 in de verbrandingskamer 1 worden verhit door de vlam gericht uit de ontstekingseenheid 12, en de Sterlingmotor wordt in een continue uitvoering gezet. Het uitlaatgas resulterend uit de verbranding wordt gekoeld door het ondergaan van een warmtewisseling met de lucht in de warmtewisselaar 11 en het gekoelde uitlaatgas stroomt in de katalytische eenheid 5 in de uitlaatdoorgang 4.

In de katalytische eenheid 5 wordt het uitlaatgas resulterend van de verbranding in aanraking gebracht met het waterstofgas dat toegevoerd wordt uit waterstofgasaanvoer 6, en daardoor worden de stikstofoxiden chemisch gereduceerd door het waterstofgas. Als resultaat wordt het uitlaatgas ontladen in de atmosfeer in een toestand schoongeveegd van stikstofoxiden.

Experiment

In een experiment waarbij gebruik werd gemaakt van een inrichting hierboven beschreven, werd de hoeveelheid waterstofgas ingeleid in het uitlaatgas van de verbranding gevarieerd en de relatie tussen de temperatuur van het uitlaatgas bij de inlaat van de katalysator en de omzettings-graad van de stikstofoxiden onderzocht. Bovendien was de katalysator toegepast voor de zuivering van het monolytische type dat 2 gram platina per liter katalysator volume droeg, en de katalysator SV waarde, welke gedrukt wordt door de gasstroomsnelheid (ltr./uur) gedeeld door het katalysator-volume (ltr.) bedroeg 50.000 per uur. Daarnaast was de samenstelling van het uitlaatgas geproduceerd door verbranding binnen de verbrandingskamer 1, ongeveer 10% CO2, 79% N2, 4% 02, 100 ppm CO, 7% H20 en 500 ppm NOx in een toestand waarin geen waterstofgas was toegevoerd. De maximale hoeveelheid ontladen stikstofoxiden bedroeg 500 ppm.

De hoeveelheid waterstofgas werd gevarieerd teneinde waarden van 0, 270, 540, 810 en 1080 ppm aan te nemen in termen van de concentratie waterstofgas ten opzichte van zijn mengsel met het uitlaatgas, en de NOx omzettingsgraad werd gemeten bij elk van de bovengenoemde waarden. De resultaten staan vermeld in de lijngrafiek van fig. 7, waarin de temperatuur van het uitlaatgas bij de inlaat van de katalysator uitgezet is langs de horizontale as en de snelheid van omzetting van stikstofoxiden uitgezet is langs de vertikale as.

De grafiek toont aan dat wanneer de waterstofconcentratie . ligt bij de hoge waarde van 1080 ppm, een hoge NOx omzettings-graad van ongeveer 90% verkregen wordt zelfs in een laag trajekt van inlaatgastemperaturen van 100 tot 170°C. Wanneer de inlaat temperatuur de 200°C te boven gaat, is er een scherpe afname in de snelheid van NOx conversie. De reden hiervoor is dat een oxidatiereactie optreedt vanwege eveneens aanwezig zuurstof dat geactiveerd wordt bij temperaturen boven 200°C.

De aanvoerhoeveelheid waterstof ten opzichte van stikstofoxiden bij een waterstofconcentratie van 1080 ppm is ongeveer 5.

In een geval waar het waterstofgas en de brandstof aangevoerd worden bij deze aanvoerverhouding (5) van waterstof ten opzichte van stikstofoxiden, welke binnen de in het bijzonder gewenste bereik valt, zal de brandstof toegevoerd aan de waterstofaanvoer 6 een stroomsnelheid in de orde van 0,65 ltr/min. bezitten. Dit is ongeveer 0,3 % van een brandstofstroomsnelheid van 173 ltr/min., in een geval waarin de brandstof LNG is en het vermogen van de verbrander van een Sterlingmotor 120 kw is. Derhalve zal men het waarderen dat de brandstof toegevoerd aan het aan de waterstofgasaanvoer 6 zeer weinig effekt heeft op de totale omzet van de brandstof-consumptie.

Anders dan een interne motor met zuiger, is de structuur van een Sterlingmotor zo dat er absoluut geen menging van smeermiddel met uitlaatgas optreedt. Dit betekent dat de katalysator niet blootgesteld wordt aan SO2 geproduceerd door verbranding van zwavel of fosfor, meer in het bijzonder zwavel, dat in smeermiddelen zit, en derhalve zal de katalystor geen verslechtering ondergaan vanwege de toxische effekt en van SO2. Bovendien kan de zuiver ingskatalysator geplaatst worden op een positie van een vantevoren beschreven gastemperatuur op het meest stroomafwaartsgelegen punt in het uitlaatsysteem, zodat het gebruikt kan worden op een plaats waar de temperatuur varieert van ongeveer 170 tot 100°C. Derhalve is er absoluut geen gevaar voor thermische verslechtering aangezien de katalysator gebruikt kan worden bij een temperatuur ver onder de limiet van de thermische resistentie van de katalysator.

Overeenkomstig kan in een inrichting zoals een Sterlingmotor welke fundamenteel gebaseerd is op een continue verbrandingsinrichting, zoals in deze uitvoeringsvorm, een extreem lange levensduur bereikt worden door de mogelijkheden van de katalysator tot een maximale graad te gébruiken.

Tweede uitvoeringsvorm

Deze uitvoeringsvorm is gelijk aan de eerste uitvoeringsvorm behalve dat de waterstofgasaanvoer 6 geplaatst is als geïllustreerd in fig. 2. In het bijzonder wordt in deze uitvoeringsvorm een klep 63 geplaatst tussen de gedeïoniseerde wateraanvoerinrichting 60 en de menginrichting 61, en een brandstofaanvoerpijp gericht naar de menginrichting 61 voorzien is van een klep 64. De plaatsing is zo, dat de twee kleppen 63, 64 geregeld worden door de regelaar 7.

Opdat de hoeveelheid toegevoerde brandstof en water zal beantwoorden aan een maximale hoeveelheid uit laat van stikstofoxiden, worden de stroomsnelheden van water en brandstof in de inrichting volgens deze uitvoeringsvorm geregeld door regelaar 7 om de hoeveelheid waterstof aangevoerd waterstofgas in te stellen, zoals in de eerste uitvoeringsvorm kan een geschikte hoeveelheid waterstofgas aangevoerd worden om het uitlaatgas van stikstofoxiden te zuiveren.

Indien de stikstofoxiden en waterstofgas samen perfekt gemengd worden in equivalente hoeveelheden, zal in theorie de stikstofoxiden volledig gezuiverd worden door chemische reductie. Aangezien een deel van de brandstof toegepast wordt in de produktie van waterstofgas kan er enige bezorgdheid zijn dat dit de motorefficiëntie zal verminderen. Echter testberekeningen met behulp van een 20 kw klasse motor tonen aan dat de verhouding van de brandstof die toegepast wordt voor waterstofgasproduktie tot de brandstof toegepast voor de verbranding, een maximum heeft van 1%, en dat daardoor het effekt van de afname van de efficiëntie van de motor verwaarloosbaar is.

Bovendien kan het voorverwarmen van de lucht voor verbranding voldoende uitgevoerd worden om het mogelijk te maken hoge verbrandingstemperaturen te gebruiken, terwijl de hoeveelheid van wamteterugwinning wordt vergroot. Dit draagt bij aan een verbeterde motorefficiëntie.

Derde uitvoeringsvorm

Als getoond in fig. 3 is hier de waterstofaanvoer 6 aangepast om waterstof te produceren door een gedeeltelijk verbrandingsproces. In andere aspekten is de rangschikking hetzelfde als bovenstaand. Verder is de plaatsing van de verbrandingskamer l, brandstof aanvoer 2, luchtaanvoer 3, katalytische eenheid 5 en regelaar 7 dezelfde als in fig. 1.

De karakteriserende kenmerken van deze uitvoeringsvorm is dat de werkwijze voor het produceren van het waterstofgas niet afhangt van de stoomomzettermethode, maar in plaats daarvan gebruik maakt van een gas verkregen door het gedeeltelijk verbrandingsproces buiten de verbrandingskamer l en dit gas gebruikt als de waterstofgasaanvoer 6. Meer specifiek wordt gebruik gemaakt van een insnoering 22 om een gedeelte van de brandstof te reguleren in termen van een aangevoerde hoeveelheid en gebruik te maken van een insnoering 31, gedeelte van de lucht te reguleren in termen van toegevoerde hoeveelheid. De lucht en brandstof die aldus worden gereguleerd gaan een waterstofgenererende inrichting 65 binnen, waar de brandstof gedeeltelijk geoxideerd wordt. De noodzakelijke hoeveelheid waterstofgas welke resulteert, wordt aangeleverd aan de uitlaatdoorgang 4.

Bovendien als getoond in fig. 4 kan de noodzakelijke hoeveelheid waterstofgas overeenkomstig toegevoerd worden aan de uitlaatdoorgang 4 door regulatie van de hoeveelheid aanvoer van een deel van de brandstof en lucht met behulp van een brandstofregelklep 20' en een luchtregelklep 31' in plaats van de insnoeringen 22 en 31 hierboven genoemd.

Verder als getoond in fig. 5 kan de noodzakelijke hoeveelheid waterstofgas op gelijke wijze aangevoerd worden aan de uitlaatdoorgang 4 door de waterstofgenererende inrichting 65 te plaatsen binnen de verbrandingskamer 1 en de hitte van het verbrande uitlaatgas te gebruiken.

Vierde uitvoeringsvorm

In deze uitvoeringsvorm getoond in fig. 6 wordt de waterstofaanvoer 6 gerealiseerd door het genereren van waterstofgas met behulp van een waterstofgasgenererende inrichting 66, welke gebaseerd is op de elektrolyse van water met gebruikmaking van een protonengeleidend membraan. De noodzakelijke hoeveelheid van het resulterende waterstofgas kan toegevoerd worden uit de inrichting 66 aan het verbrande uitlaatgas in de uitlaatdoorgang 4. Afhankelijk van het bijzondere geval, kan de noodzakelijke hoeveelheid waterstofgas direkt uit een waterstofgastank aangevoerd worden.

in alle uitvoeringsvormen kan een mondstuk met een hoeveelheid perforaties of een enkele opening geplaatst worden in het binnenste van de uitlaatdoorgang 4 en verbonden worden aan de waterstofgasaanvoerleiding 6. Een smoorplaat kan geplaatst worden tussen het mondstuk en de katalytische eenheid 5 om een uniforme stroomwaterstofgas te maken en de menging van het waterstofgas en het uitlaatgas te vergroten.

In de fig. l en 2 is het mogelijk de stoomomvormer 62 en de omzetters 63, 64 in de warmtewisselaar ll te plaatsen.

Het moge duidelijk zijn dat wijd verschillende uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding kunnen worden gemaakt zonder van de geest en de bescherming daarvan af te wijken, en moet men begrijpen dat de uitvinding niet beperkt is tot de specifieke uitvoeringsvormen daarvan, behalve voor zover gedefinieerd in de volgende conclusies.

Claims (6)

1. werkwijze voor het verminderen van stikstofoxiden in een verbrandingsinrichting welke continue verbranding uitvoert, waarin stikstofoxiden in verbrandingsuitlaatgas, welke zuurstofgas bevat, geproduceerd door verbranding van een aangevoerde brandstof in de verbrandingsinrichting, worden verminderd door een katalytische eenheid te worden gevoerd, omvattende de stappen: aanvoeren van waterstofgas aan het verbrandingsuitlaatgas dat de katalytische eenheid binnengaat; en katalytisch reduceren van het verbrandingsuitlaatgas, waaraan waterstofgas is toegevoerd, in de katalytische eenheid in een omgeving van een relatief lage temperatuur van minder dan 250°C, waarbij de stikstofoxiden worden verminderd.

2. Werkwijze volgens conclusie l, waarin genoemde verbrandingsinrichting een Sterlingmotor is.

3. Inrichting voor het verminderen van stikstofoxiden in een verbrandingsinrichting welke continue verbranding uitvoert, omvattende: een verbrandingskamer: een eerste aanvoereenheid voor het aanvoeren naar genoemde verbrandingskamer van brandstof en lucht; een uitlaatdoorgang voor het ontladen van uitlaatgas geproduceerd door de verbranding in genoemde verbrandingskamer; een katalytische eenheid geplaatst in genoemde uitlaatdoorgang voor het zuiveren van toxische componten die in het uitlaatgas dat ontladen wordt aanwezig zijn; en een tweede aanvoereenheid voor het aanvoeren van waterstofgas aan genoemd uitlaatgas welke genoemd katalytische eenheid binnengaat.

4. Inrichting volgens conclusie 3, waarin de tweede aanvoereenheid omvat: een gedeïoniseerde wateraanvoereenheid voor het aanvoeren van gedexoniseerd water; een menginrichting voor het mengen van het gedeïoniseerde water uit genoemd gedeïoniseerde wateraanvoereenheid met een gedeelte van de brandstof uit genoemde eerste aanvoereenheid; een stoomomvormer, welke voorzien wordt van het mengsel van gedeïoniseerd water en brandstof uit genoemde mengeenheid, geplaatst in genoemde verbrandingskamer op een plaats waar een vantevoren bepaalde temperatuur zal worden bereikt; en hete- en koude- verschuivingsomzetters verbonden aan genoemd waterdampmodif icerende eenheid voor het produceren van een waterstofgas dat toegevoerd wordt aan het uitlaatgas in genoemde uitlaatdoorgang.

5. Inrichting volgens conclusie 3, waarin genoemde tweede aanvoereenheid omvat: een waterstofgenererende inrichting voor het genereren van waterstofgas; een eerste regeleenheid voor het aanvoeren naar de waterstofgenererende eenheid van een gereguleerde stroom van een deel van de brandstof uit de eerste aanvoereenheid; en een tweede regeleenheid voor het aanvoeren naar de waterstofgenererende eenheid van een gereguleerde stroom van een deel van de lucht uit de eerste aanvoereenheid; waarbij waterstofgenererende eenheid voor een gedeeltelijk brandingsproces, waarbij waterstofgas gegenereerd wordt, welke vervolgens wordt aangevoerd g.an het uitlaatgas in genoemde uitlaatdoorgang.

6. Inrichting volgens conclusie 3, waarbij de tweede aanvoereenheid een waterstofgenererende eenheid voor het genereren van waterstofgas door elektrolyse van water omvat gebruikmakend van een protongeleidend membraan, waarbij waterstof toegevoerd wordt aan het uitlaatgas in genoemde uitlaatdoorgang.