專利名稱：通過完全消除氧化氮防止燃燒過程污染的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種通過完全消除排出的氣體中氧化氮來確保防止燃燒過程污染的方法和裝置。
本發(fā)明可以被應(yīng)用于防止燃燒過程的污染，可應(yīng)用于任何有燃燒過程的地方如內(nèi)燃機(jī)、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)或噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、火力發(fā)電廠、煉鋼廠、火力鑿巖、燃?xì)獍l(fā)生器、水泥和石灰的制造廠、居民區(qū)的熱電站、取暖用的火爐等等。
人們知道排出氣體的組成包括二氧化碳、水蒸氣、氮?dú)?、氮的氧化物及剩余的氧氣。由于空氣過多，人們專用它來工作，在上述廢氣中氮的氧化物要求被收回，因?yàn)樗鼘?duì)周圍環(huán)境，包括臭氧層在內(nèi)很有害；此外，由于在空氣中氮的含量很高(78.0％的體積或75.47％的重量Hutte，P538)，由排出的氣體損失的熱量在31.2％左右。(Hutte，P619)人們同樣知道，例如對(duì)于一個(gè)相同圓柱形容量的內(nèi)燃機(jī)的功率是由被吸入的空氣中氧氣的含量和他的熱力學(xué)條件所限制，對(duì)于熱力學(xué)條件，人們可以不超過燃燒過程所需要燃料的用量，內(nèi)燃機(jī)的構(gòu)造就是建立在這種協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上的。很顯然，在空氣中氧的含量大于21％的體積或23.30％重量的情況下，它的功率將提高，在這種情況下，注入更多數(shù)量的燃料是可能的。
人們還知道，為了保護(hù)周圍環(huán)境，防止內(nèi)燃機(jī)的污染，人們建造了一些催化凈化器，將它們安裝在廢氣排出的線路上，經(jīng)過凈化的排出氣體氮的氧化物的含量被減少了近90％。作為交換，它們也降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率近7％，特別是在排氣管的氣柱內(nèi)產(chǎn)生了反壓力，為了不使由鉑、鈀和銠組成的催化體系中毒，還必須使用無鉛汽油。應(yīng)該提及的是，除了脆性以外，凈化器還有一個(gè)使用期的問題，它不超過70000公里的路程，凈化器還很貴，一臺(tái)凈化器的價(jià)錢相當(dāng)于一輛新汽車價(jià)錢的10％左右。人們還沒有明顯的意識(shí)到由于吸入含有在運(yùn)輸中沒有被保護(hù)的汽車所排出的鉛微粒的空氣也能發(fā)生催化劑中毒的現(xiàn)象。
還需要提及的是，目前世界上供游覽汽車使用的凈化器的產(chǎn)量只穩(wěn)定在每年三萬五千臺(tái)左右，對(duì)于現(xiàn)在正在運(yùn)行的全部車輛就有幾億輛，沒有足夠的具有催化性能的元素資源可提供。
降低排放氣體中氮的氧化物含量的另一種解決辦法是將一部分燃燒過的氣體再循環(huán)，不斷地注入一定量的補(bǔ)充空氣，超壓0.9巴左右，通過渦輪壓氣機(jī)來調(diào)節(jié)。
不該忘記，防止燃燒過程污染的這種行為還沒有在對(duì)防止周圍環(huán)境污染構(gòu)成嚴(yán)重影響的領(lǐng)域內(nèi)實(shí)施，尤其是在熱電廠、地區(qū)熱電站、水泥和石灰制造廠、飛機(jī)、船舶和鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)動(dòng)機(jī)，包括巡邏艦的發(fā)動(dòng)機(jī)在內(nèi)，在煉鋼廠，煤的氣化廠等等。
按照本發(fā)明，通過完全消除排出的氣體中氮的氧化物來防止燃燒過程污染的方法，消除了上述的不利因素。由下列事實(shí)說明不用燃燒所必需的天然空氣，而使用一種取自于排出的燃?xì)馀c通過一種超速離心分離裝置所取得的純氧氣所組成的混合氣體，按照適合于高效燃燒的比例被均勻混合，經(jīng)過這些操作，這種混合氣體包含有從0.0到79.0％體積的燃?xì)夂蛷?1.0％直到100.0％體積的氧氣所形成的混合物，相應(yīng)于所使用燃料的用量，這樣就保證減少近3.8倍需排放的廢氣的體積。因?yàn)槟壳皹?biāo)準(zhǔn)燃燒與組成為79.0％氮?dú)夂?1.0％氧氣的大氣中空氣的燃燒不同，當(dāng)對(duì)一體積氣體燃料的燃燒，以空氣過量系數(shù)為1.05，需要62.5體積空氣，其中氧氣13.125體積，用于化學(xué)計(jì)量氧氣的量為12.5體積，燃燒以后，產(chǎn)生66.375體積的廢氣，其中74.39％的氮，12.05％的二氧化碳和13.56％的水蒸汽，在燃燒相同體積的氣體燃料時(shí)，按照本發(fā)明，用合成空氣僅需要13.125體積的氧氣，兩者間的差值為49.375體積(組成為79.0％)，相當(dāng)于再循環(huán)的燃?xì)?，燃燒以后這種方法僅僅產(chǎn)生17.625體積的廢氣，也就是說僅占其它各種方法(沒有本發(fā)明參與的方法)所排出的廢氣體積的26.55％的比例，或者說減少了73.45％，所有這些額外的好處均來自于這里由排氣管產(chǎn)生的雜音減少，在排氣管里反壓力的降低，從而提高了功率等等。例如，就汽車行業(yè)而言，隨著由排放燃?xì)鉄崃繐p失的減少，熱效率就提高23％左右，同用催化凈化器的方法相比，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率提高了近20.0％，同時(shí)對(duì)于相同氣缸容量發(fā)動(dòng)機(jī)功率也有提高的可能性，就發(fā)動(dòng)機(jī)而言，用這種方法就意味著本發(fā)明提供了與在完全燃燒時(shí)所需氧氣的給予量相平行的燃料增加的可能性。由于氧氣的用量從21.0％向著100％增加，通過改變?cè)傺h(huán)燃?xì)庵g的比例從79.0％直到0.0％，這種比例可以根據(jù)需要而隨意選擇。被排放的廢氣，以空氣過量系數(shù)為1.05，其組成近似為45.39％的二氧化碳，51.06％的水蒸氣和3.55％的氧氣。
按照本發(fā)明通過完全消除排出的氣體中氮的氧化物來防止燃燒過程中污染所設(shè)計(jì)的裝置消除了上述的缺點(diǎn)，用這種裝置，它保證了為實(shí)現(xiàn)合成混合物所需要的純氧，為了應(yīng)用這種方法在有效的條件下和以連續(xù)流動(dòng)的方式將空氣中的氧氣分開，用超速離心法比其它已知的任何方法都方便。
按照本發(fā)明通過完全消除所排出氣體中氮的氧化物來防止燃燒過程污染所設(shè)計(jì)的裝置消除了上述的不足，用這種裝置，它保證了為實(shí)現(xiàn)合成混合物所需要的純氧，為了應(yīng)用這種方法在有效的條件下和以連續(xù)流動(dòng)的方式將空氣中的氧氣分開，用超過離心法比其它已知的任何方法都方便。
按照本發(fā)明以兩個(gè)階段分離的離心裝置是由下列零件所組成被切成幾段的定子一框架，配備有氮?dú)?、氧氣，剩余的空氣排氣孔和空氣的吸入孔，定子一框架被?yán)格地安裝在傳動(dòng)裝置馬達(dá)的定子上，在圖中沒有指出，一部吸入空氣渦輪機(jī)和一個(gè)由空氣分配閥組成的離心分離轉(zhuǎn)動(dòng)體，具有斜截錐形式的表面，在分離的第一階段配備有氧氣排氣孔、有環(huán)狀裂縫的部件保證使氧氣的第二個(gè)相分開，分離器中配備有剩余的空氣排氣孔和空氣導(dǎo)入孔，所有的零件都是嚴(yán)格地被安裝的，隔片裝配以后，安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的整個(gè)裝置借助于轉(zhuǎn)動(dòng)中間軸固定在堅(jiān)硬的支架上。兩個(gè)環(huán)形的裂縫，經(jīng)過加工可以這樣的方式按尺寸被調(diào)整到使分離器能允許或者在氧氣的線路上產(chǎn)生純氧氣，或者在氮?dú)獾木€路上產(chǎn)生純氮?dú)?。用兩種或多種零件裝配成系列，流動(dòng)以后，人們可以獲得兩種具有指定純度的分離氣體。
本發(fā)明的好處是完全消除排放廢氣中的氮的氧化物；由于排出氣體的體積減少了約3.8倍，由排出廢氣而損失的熱量也減少了23.0％左右，在所排出的氣體中，人們不再發(fā)現(xiàn)有氮?dú)夂退难趸a(chǎn)物，而在大氣的空氣中，它占的比例是79.0％，因此燃燒的熱效率提高了；作為排氣流量減少近3.8倍的后果，在排氣管中所引起的雜音減少了，同時(shí)排氣管的反壓力也明顯地被降低了；與用催化凈化器的方法相比由于排氣管里反壓力的降低，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率提高了近20.0％；對(duì)于相同氣缸容量的發(fā)動(dòng)機(jī)正如人們所希望的那樣具有發(fā)射高功率的可能性，也可以說，本發(fā)明提供了同對(duì)于完全燃燒所需要補(bǔ)給的氧氣相平行的允許增加燃料的可能性，因?yàn)檠鯕獾挠昧繌?1.0％一直增加到100.0％，通過將再循環(huán)燃?xì)庵g的比例從79.0％改為0.0％，由再循環(huán)燃?xì)獾念~外部分熱量的參加也包括在內(nèi)。
下面按照本發(fā)明人們將給出實(shí)施例，與示意圖相聯(lián)系，它表示離心裝置的縱向剖面圖。
按照本發(fā)明，兩階段分離的離心裝置是由下列零部件所組成被切成1、2、3和4四段定子一框架，配備有氮?dú)馀艢饪?a1…i，配備有氧氣排氣孔1b1…i和2a1…i，剩余空氣排氣孔3a1…i和空氣的吸入口4a，定子一框架被嚴(yán)格地安裝在傳動(dòng)裝置馬達(dá)的定子上，在圖中沒有指出，一臺(tái)吸入空氣的渦輪機(jī)5和一臺(tái)由空氣分配閥6組成的離心分離轉(zhuǎn)動(dòng)體，有圓錐臺(tái)形式的表面7，在第二分離段里配備有氧氣排氣孔7a1…i，7b1…i，在第一分離段里圓錐臺(tái)形的表面8配備有氧排氣孔8a1…i，在環(huán)狀裂縫9的零件保證第一分離段的氧氣和在環(huán)狀裂縫10的零件保證第二分離相的氧，在分離器中配備有空氣排氣孔10a1…i和空氣導(dǎo)入孔10b1…i，嚴(yán)格地安裝所有的孔，在安裝隔片11以后，整體部件都用螺母擰緊被固定在旋轉(zhuǎn)軸上。運(yùn)行的裝置通過渦輪機(jī)5吸入大氣中的空氣，通過孔口10b1…i將空氣壓縮，然后通過分散機(jī)6被分散到圓錐臺(tái)的表面8，由于在超離心分離場(chǎng)中比重的差別，在這里發(fā)生氮的氧化物的第一次分離，氧氣呈膜狀沿著第一個(gè)環(huán)形裂縫9移動(dòng)下降到圓錐臺(tái)表面8上保證了這種分離，氮?dú)庋刂b置的出口通過排氣孔7a1…i和1a1…i，氧氣經(jīng)由排氣孔8a1…i通過分離的第二階段，由于面向著第二圓錐臺(tái)表面7旋轉(zhuǎn)中心，在這里擴(kuò)大的氧氣重復(fù)出現(xiàn)，氮?dú)庾詈蠛圹E的分離過程在這個(gè)表面上重復(fù)進(jìn)行，純氧是通過環(huán)形裂縫10這樣的方法被分開的，純氧由孔7b1…i，1b1…i和2a1…i被排出，在裝置的外部被分開，從那里用任何已知方法的熱機(jī)進(jìn)行抽吸、收集氧氣，例如通過“附壁效應(yīng)”類型抽吸，用一臺(tái)不指定的中間微形渦輪機(jī)進(jìn)行均勻混合等等。因此，由二氧化碳和水蒸氣，被排出的廢氣中所占有的這兩種氣體以及由離心裝置加壓輸送的氧氣所形成的合成混合物確保取得高效燃燒而設(shè)想的比例。由第二階段分離的剩余空氣通過排氣孔10a1…i和31…i被排放到大氣中去。為了避免振動(dòng)，旋轉(zhuǎn)軸可以通過轉(zhuǎn)動(dòng)被固定在牢固的支架上，兩個(gè)環(huán)形裂縫9，10，經(jīng)過加工可以按尺寸作如下調(diào)整到使分離器能允許或者在氧的線路上產(chǎn)生純氧氣，或者在氮的線路上產(chǎn)生純氮?dú)?。用兩種或多種零件安裝成系列，流動(dòng)以后人們可以獲得兩種具有指定純度的分離氣體。
權(quán)利要求
1.通過全部消除排出氣體中氮的氧化物防止燃燒過程污染的方法，其特征在于在任何燃燒過程中為了使燃料燃燒，不是使用大氣中的空氣，而是使用一種由從排氣管中取得的燃?xì)夂屯ㄟ^超速離心分離從分離裝置中取得的純氧所形成的混合物，按一種適合高效燃燒的比例充分混合均勻，這意味著合成混合物的組成是由從0.00％直到79.0％體積的燃?xì)夂蛷?1.0％直到100.0％的氧所形成，對(duì)應(yīng)于所使用的燃料的用量，由于消除了過程中的氮?dú)?，因此保證已燃燒氣體的體積的排出量減少3.8倍。
2.通過全部消除燃?xì)庵械难趸锓乐谷紵^程污染的裝置，其特征在于它是由下列零件組成一個(gè)被切成(1)(2)(3)和(4)幾段的定子一框架，配備有氮?dú)馀艢饪?1a1…i)，氧氣排氣孔(1b1…i)，剩余空氣排出孔(3a1…i)和空氣吸入孔(4a)，定子—框架嚴(yán)格地被安裝在傳動(dòng)裝置馬達(dá)的定子上，一個(gè)抽入空氣的渦輪機(jī)(5)和一個(gè)由空氣分配閥(6)組成的離心分離轉(zhuǎn)動(dòng)體，具有圓錐臺(tái)形狀的表面(7)，在分離的第二階段，配備有氮?dú)馀艢饪?7a1…i)和氧氣排氣孔(7b1…i)，在分離的第一階段，圓錐臺(tái)表面(8)配備有氧氣排氣孔(8a1…i)，環(huán)形裂縫部件(9)確保氧氣分離的第一階段，而環(huán)形裂縫部件(10)確保氧氣分離的第二階段，配備有空氣排氣孔(10a1…i)和在分離器(10b1…i)中的空氣導(dǎo)入孔，所有零部件都經(jīng)過嚴(yán)格安裝，隔片(11)裝配以后，整體部件都被安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，用螺母擰緊和開動(dòng)超速離心分離加速場(chǎng)。
3.按照權(quán)利要求2的裝置，其特征在于兩個(gè)環(huán)形裂縫(9)，(10)通過建造可以按尺寸加工使得離心分離器能夠在氧氣的線路上制備純氧，在氮?dú)獾木€路上制備純氮。
4.按照權(quán)利要求2和3的裝置，其特征在于將兩個(gè)或者幾個(gè)離心裝置通過組合成系列，流動(dòng)以后，人們能夠獲得兩種具有規(guī)定純度的分開的氣體，不僅僅如此，為了避免旋轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)將旋轉(zhuǎn)軸固定在靠近渦輪機(jī)(5)一端的堅(jiān)硬的支架上。
全文摘要
通過全部消除排出氣體中氮的氧化物防止燃燒過程污染的方法，其特征在于在任何燃燒過程中為了使燃料燃燒，不是使用大氣中的空氣，而是使用一種由從排氣管中取得的燃?xì)夂屯ㄟ^超速離心分離從分離裝置中取得的純氧所形成的混合物，按一種適合高效燃燒的比例充分混合均勻，這意味著合成混合物的組成是由從0.00％直到79.0％體積的燃?xì)夂蛷?1.0％直到100.0％的氧所形成，對(duì)應(yīng)于所使用的燃料的用量，由于消除了過程中的氮?dú)?，因此保證已燃燒氣體的體積的排出量減少3.8倍。
文檔編號(hào)B01D53/24GK1128502SQ95190409
公開日1996年8月7日 申請(qǐng)日期1995年3月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月15日
發(fā)明者T·倫顧 申請(qǐng)人:羅林帕克阿施塔化學(xué)技術(shù)進(jìn)出口公司