用于减少NO_x排放物的转化系统的制作方法

专利名称：用于减少NO_x排放物的转化系统的制作方法
用于减少NOx排放物的转化系统背景本发明涉及在使用烃类化石燃料的机车和车辆中用于减少NOx排放物 的转化系统。移动的和固定的燃烧源例如机车、车辆、动力设备等产生的排放物造 成了环境污染。所述排放物的一种具体来源是来自车辆的NOx排放物。环 境立法对车辆的NOx排放量进行了限制。为了符合该立法， 一直在努力降 低NOx的排放量。一种减少排放的方法旨在使得发动机中的燃烧过程期间产生的NOx排 放物的量最小化。该方法一般而言包括重新设计发动机，以使燃料的燃烧 最优化。多年来，该方法已使得NOx减少；然而，该方法昂贵，并且迄今 为止所有努力都未造成NOx排放物的任何充分减少。另一种方法旨在使用氨选择催化反应器，来减少NOx排放物。在该方 法中，使氨或尿素溶液与废气流接触，从而将NOx还原为氮气、水和二氧 化碳(在使用尿素的情况下)。该方法的缺点在于，不得不将有毒化学物质例 如氨或尿素装载在车辆上并为了还原NOx而保持足够的浓度。再一种方法为"贫NOx陷阱"(leanNOxtrap)方法，该方法旨在将金属 催化剂分散到基体例如氧化钡(BaO)、氧化钙(CaO)或碳酸钙(BaC03)上，从 而形成NOx陷阱。例如，当BaO为NOx所饱和而形成硝酸钡Ba(N03)2时， 使用还原剂将Ba(N03)2重新还原为BaO和氮气。从而以这种方式减少进入 大气的NOx排放物。此后重复该循环。该方法要求通常在双床配置中有大 量的NO、陷阱。对于在机车或其它车辆燃烧源上的应用，这种还原NO、的 方法过于昂贵并占用大量空间。因而期待不需要装载有毒化学物质的燃料转化系统，并避免制造昂贵 的还原剂配给底座。这种系统对于减少NOx排放物是有效且廉价的。发明内容本发明披露一种用于减少NOx排放物的系统，该系统包括与燃料转
化器流体连通的燃料箱，其中所述燃料转化器位于燃料箱的下游并且包括 催化剂组分，所述催化剂组分连续地将每分子含9个以上碳原子的重质烃分子有效地转化为每分子含8个以下碳原子的轻质烃分子；选择性催化还 原催化剂反应器，其与所述燃料转化器流体连通并位于该燃料转化器的下 游；以及与所述燃料箱和选择性催化还原催化剂反应器流体连通的发动机，其 中所述发动机位于燃料箱的下游并位于选择性催化还原催化剂反应器的上游。本发明还披露了一种方法，该方法包括在存在催化剂组分(catalyst composition)的情况下，将每分子含9个以上碳原子的重质烃分子转化为每 分子含8个以下碳原子的轻质烃分子；在存在选择性催化还原催化剂的情 况下，使轻质烃分子与发动机的废气流进行反应；以及减少废气流中的NOx 含量。


图1为系统10的一种示范性实施方式的示意图； 图2为旋转燃料转化器的一种示范性实施方式的示意图；和 图3为高温下在燃料转化器中利用柴油处理催化剂组分以及对比催化 剂时，所述催化剂组分以及对比催化剂的性能的图示。
具体实施方式
应当注意的是，如本申请所用，术语"第一"、"第二"等不表示任何 顺序或重要性，只用于使一种要素区分于其它要素，并且术语"一个"、"一 种"不表示量的限制，只表示存在至少一个引用项。另外，本申请所披露 的所有范围都包括端点并可独立组合。另外，在描述本发明实施方案中的组件布局时，采用术语"上游"和 "下游"。这些术语具有它们的一般含义。例如，如本申请所用，"上游，，装 置是指产生流体输出流供给"下游"装置的装置。另外，"下游"装置是接 收"上游，，装置输出的装置。然而，对于本领域技术人员显而易见的是， 在某些结构例如包括循环回路的系统中， 一种装置既可为同一装置的"上 游"也可为其"下游"。
本发明披露一种在机车、固定式发电机(stationary generator)和车辆中连 续减少NOx排放物的系统。该系统有利地利用得自转化反应器的轻质烃、 氢(H2)和一氧化碳(CO)，来减少NOx排放物。转化反应器将燃料例如柴油转 化为含有少量&和CO(作为副产物存在)的轻质烃。所迷轻质烃与废气流混 合并且在存在烃类选择催化还原(SCR)催化剂床的情况下促进NOx排放物 的减少。从柴油转化炉原位产生的轻质烃加上CO和H2将在选择催化还原 (SCR)催化剂的表面上与废气流中的NOx反应，并将NOx还原为氮气，从而 减少车辆产生的NC^排放物。该系统可有利地装载在使用由烃类化石燃料 产生动力的内燃机的各种车辆中或者装载在不能够利用其它还原剂的独立 装置中。该系统还可有利地装载在使用由烃类化石燃料产生动力的发动机 和涡轮机的各种机车中。在一种实施方案中，烃类化石燃料为液体。特别 是，该系统可有利地用在使用柴油发动机的车辆中。使用柴油发动机和柴 油涡轮机的机车可有利地装载该系统以减少NOx排放物。该系统还可用在 燃烧烃类燃料的固定燃烧源中。现参考图1，用于减少NOx排放物的系统IO的实例包括燃料箱12、燃 料转化器14、 SCR催化剂反应器16和发动机18。燃料箱12在燃料转化器 14和SCR催化剂反应器16的上游。燃料箱12、燃料转化器14和SCR催 化剂反应器16彼此流体连通。燃料转化器14位于燃料箱12和SCR催化剂 反应器16之间并且在SCR催化剂反应器16的上游。发动机18位于燃料箱 12的下游并且与燃料箱12流体连通。发动机位于燃料转化器14和SCR催 化剂反应器16的上游并且与燃料转化器14和SCR催化剂反应器16两者流 体连通。系统10还可使用两个任选分离器一一第一分离器20和第二分离器22。 任选分离器20和22包括蒸馏塔(具有任选真空系统)、填充塔、膜片、冷凝 器、离心分离器等，可用于分离芳族物质和石蜡或分离重质烃和轻质烃。 在一种实施方案中，在分离器20中使芳族物质与烃分离，同时在分离器22 中使重质烃与轻质烃分离。使重质烃再循环到燃料箱12中，使得所述重质 烃可在发动机18中被消耗掉。如图1所示，任选分离器20位于燃料箱12的下游以及燃料转化器14 的上游，并且与燃料箱12和燃料转化器14流体连通。第一分离器20和燃 料箱12之间的反馈回路(feed back loop)用于将重质烃物质再循环到燃料箱 12或发动机18中。第一分离器包括具有任选真空系统的蒸馏塔、膜片、冷 凝器、离心分离器或它们的组合，可用于分离芳族重质烃和链烷轻质烃， 其中使来自第 一分离器的芳族输出物循环回到燃料箱，并将链烷烃供给燃 料转化器。另一任选分离器22也可位于燃料转化器14和SCR催化剂反应器16 之间。第二分离器22位于燃料转化器14的下游以及SCR催化剂反应器16 的上游。第二分离器22与燃料转化器14流体连通并位于SCR催化剂反应 器16的上游。第二分离器22和燃料箱12之间的反馈回路用于将重质烃再 循环到燃料箱12或发动机18中。分离器22旨在提高燃料效率并提高SCR 催化剂的耐久性(robust nature),而分离器20旨在改善燃料转化器的可靠性 并提高燃料效率。如上所述，分离器是任选的。然而，在一种实施方案中， 在该系统中可使用第一分离器20或第二分离器22中的任一个。在另一实 施方案中，在该系统中同时使用第一分离器20和第二分离器22。通常希望 使用第二分离器，因为其成本低且燃料消耗少。另外，第二分离器22通过 向SCR系统提供富含有效还原剂的物流而赋予系统更好的耐久性。在示范性实施方案中，第二分离器22可为单填充塔(simple packed column),例如柱内填充有一些填充物质例如鲍尔环(pall ring)的容器，所述 柱具有盘管或夹套，机车上可取到的约70。C 约99。C的冷却水将在所述盘 管或夹套中流动并使柱温保持在约10(TC 约200°C。在另一实施方案中， 在约卯。C 约150。C下工作的气液分离板(knock-outplate)或冷凝器与受热返 回管线一起可用于使重质烃返回燃料箱12或发动机18。这有利于返回燃料 箱12或发动机18的重质烃具有均匀的粘度和流动特性。术语"流体连通"包括在系统10中的两点或更多点之间容纳和/或传输 可压缩和/或不可压缩的流体。合适流体的实例为气体、液体、气体和液体 的组合等。压力传感器，热电偶，流动、烃、NOx传感器的使用有助于连通 和控制。在一种实施方案中，在系统中可使用计算机辅助流体的流动。术 语"装载"是指车辆或机车将系统10完全载于其上的能力。各种燃料可储存在燃料箱12中并用于系统10。在一种实施方案中，燃 料为烃类化石燃料。希望烃类化石燃料为液体。合适液体的实例为柴油、 汽油、喷气燃料、logistic fuel(JP-8)、煤油、燃油、生物柴油等，或者包括 前述烃类化石燃料中至少一种的组合。如以下更为详细的讨论，燃料转化 器14将重质烃转化为轻质烃，所述轻质烃随后用于还原废气中的NOx。重质烃为具有9个以上碳原子的烃。在示范性实施方案中，示范性重质烃为 柴油。轻质烃为具有8个以下碳原子的烃。示范性轻质烃为具有约2 约8 个碳原子的烃。轻质烃也可称为链烷烃(para伍nic hydrocarbons)。链烷烃可 以是饱和的或不饱和的。燃料转化器14包括含催化剂组分的固定床反应器。希望催化剂组分能 够在下述条件下工作从反应器入口处的氧化条件变化为反应器出口处的 还原条件。从约20(TC至约卯0。C，催化剂应能够有效地工作并且没有任何 热分解。在存在空气、 一氧化碳、二氧化碳、水、链烷、链烯、环状和直 链化合物、芳烃和含硫化合物的情况下，催化剂应有效地工作。.催化剂组 分应例如通过以下方法产生少量焦炭优先催化碳与水的反应，形成一氧 化碳和氢，从而能够在催化剂表面上仅形成少量碳。催化剂组分应能够抵 抗来自一般毒性物质例如硫和卣素化合物的毒化。另外，示范性催化剂组 分可同时满足前述所有要求。催化剂组分具有双重功能，即，裂化功能和催化部分氧化功能。裂化 功能包括使烃类化石燃料分子(例如柴油)断裂为较短的分子，以提取低沸点 部分例如汽油。示范性裂化功能包括使含9个以上碳原子的重质烃分子断 裂为含8个以下碳原子的轻质烃分子。催化部分氧化功能包括将焦炭或烃氧化为一氧化碳和氢。催化剂组分 通常包括实现催化部分氧化功能的部位(催化部分氧化部位)，这些部位与实 现裂化功能的部位(裂化部位)相邻。在一种实施方案中，装在燃料转化器14中的催化剂组分具有双重功能， 即，用于使重质烃裂化为轻质烃，同时防止催化剂组分被焦炭沉积物毒化。 在例如流化催化裂化(FCC)等过程中，使用传统沸石裂化催化剂时在烃裂化 期间出现的焦炭堆积使催化剂失去活性。双重功能催化剂有利地减慢焦炭 在裂化催化剂表面上的堆积速度，从而使所述双重功能催化剂能够继续保 持对烃进行裂化的活性，对于在相同条件下工作的传统裂化催化剂这通常 是不可能发生的。在催化剂组分中，由于催化部分氧化反应为放热反应，而裂化为吸热 反应，所以在催化部分氧化部位产生的热量推动吸热的裂化反应并推动焦 炭的氧化。在一种实施方案中，催化部分氧化部位用于将焦炭从裂化部位 氧化掉，以保持裂化部位的清洁和活性。使用采用催化剂组分的燃料转化器14的优势在于可仅使用一个固定床 反应器将柴油转化为轻质烃和合成气的混合物。合成气包括氩气和一氧化 碳。这种轻质烃和合成气的混合物可用作还原柴油发动机废气中NOx的还原剂，稍后将对其进行讨论。如有必要，燃料转化器14可使用不止一个固 定床反应器以提高产率。例如，如有必要，催化转化炉可使用约2 约6个 固定床反应器。催化部分氧化部位通常包括实现催化部分氧化功能的贵金属。催化部 分氧化部位包括一种或多种"铂族"金属成分。如本申请所用，术语"柏 族"金属是指使用铂、钯、铑、铱、锇、钌或它们的混合物。示范性铀族 金属成分为铑、铂和任选的铱。催化剂组分通常包括约0.1~约20 wt。/。粕族 金属。可任选地以一种或多种贱金属，特别是元素周期表vm族、IB族、 VB族和VIB族贱金属，辅助铂族金属成分。示范性贱金属为铁、钴、镍、 铜、4凡和4各。裂化部位通常包括沸石。沸石通常具有至少为约12的氧化硅/氧化铝摩 尔比。在一种实施方案中，使用氧化硅/氧化铝摩尔比为约12 约1000的沸 石。在一种实施方案中，使用氧化硅/氧化铝摩尔比为约15 约500的沸石。 合适沸石的实例为RE-Y(稀土取代氧化钇)、USY(超稳氧化钇沸石)、 RE腳USY ZSM-5、 ZSM画ll、 ZSM-12、 ZSM-35、 p沸石、MCM-22、 MCM-36、 MCM-41、 MCM-48等，或者包括前述沸石中至少一种的组合。还预期用于该方法的沸石为结晶硅铝磷酸盐 (silicoaluminophosphate)(SAPO)。合适硅铝磷酸盐的实例包括SAPO-ll、 SAPO-34、 SAPO-31、 SAPO-5、 SAPO-18等，或包括前述硅铝磷酸盐中至 少一种的组合。将铂族催化剂同其它贱金属催化剂 一起洗涂在分子筛表面上，从而形 成催化剂组分。在一种实施方案中，催化部分氧化部位占催化剂组分总重 的约0.1~约5.0重量百分比(wt。/。)。在优选实施方案中，催化部分氧化部位 占催化剂组分总重的约0.3~约1.0wt%。在示范性实施方案中，在运行燃料转化器14的一种方法中，使用气助 喷嘴，以在低压入口处将燃料雾化到燃料转化器14(未示出)中。主要包括重 质烃的燃料经过裂化形成轻质烃。然后使用所述轻质烃还原发动机废气中 排放的NOx。如稍后将要详述的，在存在SCR催化剂的情况下发生轻质烃 对NOx的还原。机车发动机排放的热废气的 一部分可用作雾化燃料的第二气体。空气 也可用作雾化燃料的第二气体。在示范性实施方案中，使废气流的一部分与空气混合形成第二气体，以推动催化部分氧化反应。热发动机废气的量 能够有效地引发(light off)燃料转化器14中的催化部分氧化反应。放热催化 部分氧化反应所释放的热量将推动吸热裂化反应的进行。废气流中存在的 水可有助于减少在催化剂上形成焦炭。在一种实施方案中，为了引发催化部分氧化反应，在供给燃料转化器 的进给气体中，氧气/碳(02/(:)摩尔比为约0.01~约0.5。在另一实施方案中， 进给气体中氧气/碳(02/0摩尔比为约0.05~约0.4。在再一实施方案中，进给气体中氧气/碳(cyc)摩尔比为约0.1~约0.3。进给气体中示范性(02/(:)摩尔比为约0.1。在重质烃转化为轻质烃的过程中，燃料转化器的温度保持在约550°C 约65(TC。在一种实施方案中，在重质烃转化为轻质烃的过程中，燃料转化 器的温度保持在约58CTC 约640°C。示范性温度为约60(TC 约620°C。在 约60(TC 约620°C,将减少源于含硫有机化合物的硫酸盐类沉积物，从而 提高系统10的耐硫性。如果在催化部分氧化过程中焦炭类物质堆积在燃料转化器中的催化剂 组分上，则可以周期性地提高发动机废气(含大量氧气和水)的流速，从而使 焦炭燃烧并蒸发掉，并使混合催化剂重新产生活性。还可周期性地使用单 阀(未示出)，以提高发动机废气和/或空气的流速，从而使焦炭燃烧掉。在一种实施方案中，为了烧掉沉积在催化剂组分上的焦炭，供给柴油 转化炉的进给气体中的CVC摩尔比可在约0.1-约0.95内变化。在一种实施 方案中，为了烧掉沉积在催化剂组分上的焦炭，供给柴油转化炉的进给气 体中的(VC摩尔比可在约0.2~约0.85内变化。供给柴油转化炉的进给气体 中的示范性02/C摩尔比为约0.8。在烧掉沉积在催化剂组分上的焦炭的过程中，燃料转化器的温度保持 在约550。C 约750°C。在一种实施方案中，在烧掉沉积在催化剂组分上的 焦炭的过程中，燃料转化器的温度保持在约60(TC 约720°C。在另一实施 方案中，在烧掉沉积在催化剂組分上的焦炭的过程中，燃料转化器的温度
保持在约62(TC 约710°C。在烧掉沉积在催化剂组分上的焦炭的过程中， 示范性温度为约650。C 约700°C。使用催化剂组分结合增大的废气和/或空气流来烧掉焦炭的优势在于不 需要系统包括两个反应器来实现裂化和再生功能。贵金属例如铑、铱和铂 还是氧化催化剂，它们还将有助于更有效地将焦炭从沸石裂化催化剂上烧 掉。在焦炭氧化的过程中，贵金属促使焦炭氧化为二氧化碳并最小化或完 全避免一氧化碳的形成。在另一实施方案中，在运行燃料转化器14的另一方法中，燃料转化器 14可包括旋转反应器，其中这种反应器的进料口可以第一小角周期性地旋 转。图2为可用作燃料转化器的旋转反应器100的示范性实施方案。旋转 反应器100包括四个反应室102、 104、 106和108,各反应室均包含催化剂 组分。各反应室还包括用于使进给气体能够进入反应室的进料口 110。反应 室和进料口可围绕轴112旋转。可通过计算机使进料口自动旋转。通过旋转反应器的进料口，可使反 应器的一小部分经受高温废气。热废气将包含在反应器这一小部分中的催 化剂组分上沉积的焦炭氧化并除去。从而使催化剂组分的一小部分完全再 生，并可使进料口以第二小角旋转，以使催化剂的其它部分再生。在整个 过程中，可持续旋转，从而不断地将重质烃转化为轻质烃和合成气，而没 有由焦化造成的明显的催化剂钝化。如上所述，合成气包括氲气和一氧化 碳，当使用低温废气时，氢气和一氧化碳均为有效的还原剂。连续运行的 燃料转化器14的使用使得该系统可装载在车辆和机车中。然后允许从燃料转化器14中获得的轻质烃流到SCR催化剂反应器16 中，在所述SCR催化剂反应器16中，所述轻质烃用于还原发动机废气流中 的NOx。在选择性催化还原催化剂上发生NOx的还原。合适选择性催化还 原催化剂的实例为置于合适载体上的二元、三元或四元混合物形式的金属， 例如银、镓、钴、钼、鴒、铟、铋、钒或包括前述金属中至少一种的组合。 如有必要，金属氧化物可用作催化剂。金属氧化物还可用作催化剂载体。 合适金属氧化物载体的实例为氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化铈、碳化硅 或包含前述载体中至少一种的组合。可使用轻质烃按照以下总反应(l)还原废气流中的NOx。NOx + 02 +有机还原剂—N2 + C02 + H20 (1)
废气流通常包括空气、水、CO、 C02、 NOx、 SOx、 H20，并且还可包 括其它杂质。包含在废气流中的水通常为水蒸气形式。另外，在废气流中还可能存在未燃烧或不完全燃烧的燃料。将含小于等于约8个碳原子的轻 质烃分子同CO和H2—起供给到废气流中，从而形成气体混合物，然后使 该气体混合物经过选择性催化还原催化剂。在废气流中可能已存在足够的 氧气来保证N0、还原反应。如果废气流中存在的氧气对于NOx还原反应不 足，那么还可以空气形式将额外的氧气引入到废气流中。在一些实施方案 中，气体混合物包括约1摩尔百分比(mole。/。) 约21 mole。/。氧气。在另夕l、一 些实施方案中，气体混合物包括约I mole %~约15 mole %氧气。NO、还原反应可在一定的温度范围内发生。在一种实施方案中，还原 反应可在约200。C 约60(TC时发生。在另一实施方案中，还原反应可在约 30(TC 约500。C时发生。在另一实施方案中，还原反应可在约350。C 约 45(TC时发生。如果在燃料转化器14中在重质烃转化为轻质烃期间产生合成气，那么 轻质烃和合成气对SCR催化反应器16中的NOx的还原可按照下述反应(2) 在约150。C的低温下发生。NOx + H2 +CO +有机还原剂—N2 + H20 +C02 (2)在一种实施方案中，反应(2)在约10(TC 约50(TC时发生。在另一实施 方案中，反应在约15(TC 约350。C时发生。以上详述的系统IO具有许多优 点，使其可用于柴油机车。在一种实施方案中，催化剂组分有利地显示出 裂化功能以及催化部分氧化功能。由此降低了对系统具有两个带多个热阀 的反应器的要求(其在裂化和再生模式之间交替转换)从而降低了成本。另外，使用单空气阀周期性地提高发动机废气和/或空气的流速而将焦 炭烧掉也降低了对系统具有两个或多个反应器的要求。气助喷嘴的使用有 助于重质烃例如柴油在低压下雾化。在一种实施方案中，在进入燃料转化 器14之前，燃料压力小于等于约8 bar (8.15kg/cm2),空气压力小于等于约 6.5 bar (6.62 kg/cm2)。在一种实施方案中，在进入燃料转化器14之前，燃 料压力小于等于约6kg/cm2,空气压力小于等于约4.5 kg/cm2。在另一实施 方案中，在进入燃料转化器14之前，燃料压力小于等于约4.5 kg/cm2,空 气压力小于等于约3.5kg/cm2。另外，使用可旋转的燃料转化器14(即起到旋转反应器的作用)能够使
整个催化剂床再生，从而能够连续运行。由此可产生有效的装载效用，同 时降低运行和维护成本。系统IO有利地使用来自废气流的热废气，来引发催化剂组分的催化部 分氧化功能。由此能够使系统IO与废气系统一体化，从而提高燃料转化器 14的效率。使用热废气有利地促进合成气的产生，所述合成气可在较低温度下用于降低NOx浓度。另外，合成气中所包含的氢气使焦炭的形成减少到最小。希望促进燃料转化催化剂和N0X SCR催化剂的深度再生，这可通过使 强烈的再生过程与发动机输出和随后的废气生成相连而实现。在发动机的 工作循环之内，存在热量最多而NOx最少的工作负载。由此在最小限度的 使用额外能量对催化剂进行再生的过程中形成优势。下述示范性而非限制性的实施例示例了 一部分本申请所述各种催化剂 组分实施方案的组成和制造方法。下述示范性而非限制性的实施例示例了 本申请所述促进减少N(X排放物的系统的使用方法。实施例进行该实施例，以证明表现出裂化功能和催化部分氧化功能的几种催 化剂组分的效果。通过将部分氧化元素(铑)洗涂到沸石的表面上，对沸石进 行改进。作为裂化催化剂的沸石为FCC型催化剂。洗涂基于催化剂总重(沸 石的重量和铑的重量)为5wt。/。的铑。将催化剂添加到固定床反应器中。此外，对仅由不含铑的裂化催化剂(部分氧化催化剂)组成的对比催化剂 进行测试。将所述催化剂装在固定床反应器中。向催化剂供给柴油以确定 性能。在具有空气共同进料和没有空气共同进料的情况下，对各催化剂进 行测试。柴油与空气共同进料形成的组合具有0.04 约0.1的氧/碳摩尔比。 在4小时的运行实例中(图3所示)，在第一个30分钟内(每次间隔约6分钟) 将氧/碳(CVC)摩尔比从约0.04提高到约0.11。由此防止催化剂的温度升高 到约650。C,从而在催化剂组分上产生过多的初始焦炭。30分钟后，将〇2/C 摩尔比保持在0.11。结果如图3所示。图3为于高温在燃料转化器中催化剂组分以及对比 催化剂经受柴油时，所述催化剂组分性能以及对比催化剂性能的图示。如 图3所示，将空气共同进料同柴油一起供给催化剂组分或者对比催化剂。
在图3所示的一种测试中，在对催化剂组分进行测试的过程中，没有使用空气共同进料。由图3可知，当于约60(TC 约635。C向装有催化剂组分的 固定床反应器仅供给柴油(无空气共同进料)时，立即发生催化裂化并且在不 到1分钟内所述固定床的温度急剧下降至55(TC。这种结果是烃裂化的吸热的水平。认为这是低温以及所形成的焦炭对活性部位的阻塞所造成的。当使用空气共同进料和柴油对仅由裂化催化剂组成的对比催化剂进行 测试时，温度的下降不像没有使用空气共同进料时那样急剧。然而，温度 的下降表明在仅使用裂化催化剂的情况下在空气共同进料量少时不能够维 持反应。在使用包括裂化催化剂和部分氧化催化剂的催化剂组分的情况下使用 空气共同进料时，如图3所示温度的下降明显减少。因此，可通过与柴油一起辅助进给空气供给催化剂组分，明显提高反 应活性程度。这些结果还说明可有利地使用裂化催化剂与部分氧化催化剂 的组合将重质烃裂化为轻质烃，同时防止催化剂组分被焦炭沉积物毒化。 从而，通过使用催化剂组分，减少了使用传统沸石裂化催化剂对烃进行裂 化时产生的焦炭堆积。双重功能催化剂有利地减緩了焦炭在裂化催化剂表 面上的堆积速度，从而使该催化剂能够继续保持对烃进行裂化的活性，对 于在相同情况下使用的传统裂化催化剂这通常是不可能发生的。不受限于理论，铑引发极少部分烃给料(即柴油)的部分氧化，这刚好足 够提供维持吸热催化裂化所需要的能量。如图3所示，反应自身维持几小 时。以大大低于没有空气共同进料的传统催化裂化的速度形成焦炭。因而， 在进行催化剂再生之前催化活性可有利地保持几小时。在一种实施方案中，催化剂组分可有利地连续使用大于或等于约50小 时。在另一实施方案中，催化剂组分可有利地连续使用大于或等于约100 小时。在再一实施方案中，催化剂组分可有利地连续使用大于或等于约500 小时。在再一实施方案中，催化剂组分可有利地连续使用大于或等于约1000 小时。尽管参考示范性实施方案对本发明进行了描述，但本发明技术人员应 当理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可进行各种改变并可由等价 物代替本发明的要素。另外，在不脱离本发明本质范围的情况下，可进行
多种改进以使具体情况或物质适应于本发明的教导。因此，本发明不受限 于作为实现本发明的最佳模式所披露的具体实施方案。
权利要求
1.一种用于减少NOx排放物的系统，其包括与燃料转化器流体连通的燃料箱，其中所述燃料转化器位于所述燃料箱的下游，并且其中所述燃料转化器包含催化剂组分，所述催化剂组分有效地将每分子含9个以上碳原子的重质烃分子连续转化为每分子含8个以下碳原子的轻质烃分子；与所述燃料转化器流体连通并位于所述燃料转化器下游的选择性催化还原催化剂反应器；和与所述燃料箱和所述选择性催化还原催化剂反应器流体连通的发动机，其中所述发动机位于所述燃料箱的下游以及所述选择性催化还原催化剂反应器的上游。
2. 权利要求l的系统，其中所述发动机为内燃机、涡轮机、燃烧液体 燃料的动力设备。
3. 权利要求l的系统，其中将来自所述发动机的废气供给所述选择性 催化还原催化剂反应器。
4. 权利要求l的系统，其中将来自所述发动机的废气供给所述燃料转化器。
5. 权利要求l的系统，该系统还包括位于所述燃料箱下游以及所述燃 料转化器上游的第一分离器。
6. 权利要求5的系统，其中所述第一分离器包括膜片，所述膜片使芳 族经与链烷烃分离，并且其中使分离出来的芳族烃再循环回到燃料箱，同 时将分离出来的链烷烃供给燃料转化器。
7. 权利要求l的系统，该系统还包括位于所述燃料转化器下游以及所 述选择性催化还原催化剂反应器上游的第二分离器。
8. 权利要求7的系统，其中所述第二分离器包括具有任选真空系统的 蒸馏塔、膜片、冷凝器或它们的组合，用于分离重质烃和轻质烃，并且其 中使来自所述第二分离器的重质烃再循环回到所述燃料箱或发动机，同时 将轻质烃供给所述选择性催化还原催化剂反应器。
9. 权利要求7的系统，其中所述第二分离器包括单填充塔。
10. 权利要求1的系统，该系统还包括第一分离器和第二分离器，其 中所述第 一分离器包括用于进行分离的膜片以及所述第二分离器包括用于 进行分离的冷凝器。
11. 权利要求1的系统，其中所述催化剂组分包括实现裂化功能的部 位和实现催化部分氧化功能的部位，其中裂化功能使得能够将重质烃分子 转化为轻质烃分子，以及其中催化部分氧化功能使得能够氧化烃类化石燃 料和沉积在所述催化剂组分上的焦炭。
12. 权利要求1的系统，其中所述催化剂组分包括设置在分子筛上的 柏族金属。
13. 权利要求12的系统，其中所述铂族金属包括铂、钇、铑、铱、锇、钌或它们的混合物。
14. 权利要求12的系统，其中所述催化剂组分包括约0.1~约20重量 百分比铂族金属。
15. 权利要求12的系统，其中所述铂族金属还包括元素周期表第VIII 族、第IB族、第VB族或第VIB族中的一种或多种贱金属。
16. 权利要求l的系统，其中所述催化剂组分包括沸石裂化催化剂。
17. 权利要求16的系统，其中所述沸石裂化催化剂包括铝磷酸盐、硅 铝磷酸盐、或包括前述沸石中至少一种的组合。
18. 权利要求16的系统，其中所述沸石裂化催化剂包括稀土取代氧化 钇、超稳氧化钇沸石、稀土超稳取代氧化钇、卩沸石、ZSM-5、 ZSM-ll、 ZSM-12、 ZSM-35、 MCM-22、 MCM-36、 MCM-41、 MCM-48、或包括前述 沸石中至少一种的组合。
19. 权利要求l的系统，其中所述燃料箱包括柴油、煤油、生物柴油、 汽油、喷气燃料、logistic fuel和燃料油。
20. 权利要求1的系统，其中在重质烃分子转化为轻质烃分子的过程 中使所述燃料转化器进行旋转。
21. 使用权利要求1的系统的制品。
22. 使用权利要求1的系统的车辆或固定发电机。
23. 装载有权利要求1的系统的机车。
24. —种方法，该方法包^^:在存在催化剂组分的情况下，将每分子含9个以上碳原子的重质烃分 子转化为每分子含8个以下碳原子的轻质烃分子；其中所述催化剂组分包 括实现裂化功能的部位和实现催化部分氧化功能的部位，其中所述裂化功 能使得能够将重质烃分子转化为轻质烃分子，以及其中所述催化部分氧化 功能使得能够氧化烃类化石燃料和沉积在所述催化剂组分上的焦炭；在存在选择性催化还原催化剂的情况下，使所述轻质烃分子与发动机废气流反应；以及减少所述废气流中的NOx含量。
25. 权利要求24的方法，其中在存在第二气体的情况下发生重质烃分 子向轻质烃分子的转化，所述第二气体包括来自发动机废气流的热气体和/ 或空气。
26. 权利要求25的方法，其中在燃料转化器中发生所述转化，并且其 中所述燃料转化器中氧/碳比为约0.05 约0.95。
27. 权利要求25的方法，其中在重质烃向轻质烃转化的过程中转化发 生在约550。C 约650°C。
28. 权利要求24的方法，其中重质烃分子进一步充分转化为轻质烃分 子和合成气，并且所述合成气包括氢气和一氧化碳。
29. 权利要求24的方法，该方法还包括对沉积在所述催化剂组分上的 焦炭进行氧化。'
30. 权利要求24的方法，该方法还包括分离芳族烃和链烷烃。
31. 权利要求30的方法，该方法还包括使所述芳族烃再循环到所述燃 料箱。
32. 权利要求30的方法，该方法还包括向燃料转化器供给所述链烷烃。
33. 权利要求28的方法，该方法还包括分离轻质烃分子和重质烃分子。
34. 权利要求33的方法，该方法还包括向选择性催化还原催化剂供给 所述轻质烃分子。
35. 采用权利要求24的方法的机车。
全文摘要
本发明披露一种用于减少NO_x排放物的系统，该系统包括与燃料转化器流体连通的燃料箱，其中所述燃料转化器位于所述燃料箱的下游，并且其中所述燃料转化器包含催化剂组合物，所述催化剂组合物有效地将每分子含9个以上碳原子的重质烃分子连续转化为每分子含8个以下碳原子的轻质烃分子；与所述燃料转化器流体连通并且位于该燃料转化器下游的选择性催化还原催化剂反应器；以及与所述燃料箱和选择性催化还原催化剂反应器流体连通的发动机，其中所述发动机位于所述燃料箱的下游以及所述选择性催化还原催化剂反应器的上游。
文档编号F01N3/20GK101213356SQ200680024025
公开日2008年7月2日 申请日期2006年6月22日 优先权日2005年6月30日
发明者乔纳森·L·马尔, 科 刘, 哈里什·R·阿查亚, 弗拉迪米尔·扎曼斯基, 特里萨·G·罗恰, 罗伊·J·普赖默斯, 阿诺尔多·弗赖德曼 申请人:通用电气公司