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
技術領域：
本發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。
本發明可以被應用于防止燃燒過程的污染，可應用于任何有燃燒過程的地方如內燃機、渦輪發動機或噴氣發動機、火力發電廠、煉鋼廠、火力鑿巖、燃氣發生器、水泥和石灰的制造廠、居民區的熱電站、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、氮氣、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，因為它對周圍環境，包括臭氧層在內很有害；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，例如對于一個相同圓柱形容量的內燃機的功率是由被吸入的空氣中氧氣的含量和他的熱力學條件所限制，對于熱力學條件，人們可以不超過燃燒過程所需要燃料的用量，內燃機的構造就是建立在這種協調的基礎上的。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，注入更多數量的燃料是可能的。
人們還知道，為了保護周圍環境，防止內燃機的污染，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，它們也降低了發動機的效率近7％，特別是在排氣管的氣柱內產生了反壓力，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。應該提及的是，除了脆性以外，凈化器還有一個使用期的問題，它不超過70000公里的路程，凈化器還很貴，一臺凈化器的價錢相當于一輛新汽車價錢的10％左右。人們還沒有明顯的意識到由于吸入含有在運輸中沒有被保護的汽車所排出的鉛微粒的空氣也能發生催化劑中毒的現象。
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量只穩定在每年三萬五千臺左右，對于現在正在運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，不斷地注入一定量的補充空氣，超壓0.9巴左右，通過渦輪壓氣機來調節。
不該忘記，防止燃燒過程污染的這種行為還沒有在對防止周圍環境污染構成嚴重影響的領域內實施，尤其是在熱電廠、地區熱電站、水泥和石灰制造廠、飛機、船舶和鐵路運輸的發動機，包括巡邏艦的發動機在內，在煉鋼廠，煤的氣化廠等等。
按照本發明，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氣與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，經過這些操作，這種混合氣體包含有從0.0到79.0％體積的燃氣和從21.0％直到100.0％體積的氧氣所形成的混合物，相應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。因為目前標準燃燒與組成為79.0％氮氣和21.0％氧氣的大氣中空氣的燃燒不同，當對一體積氣體燃料的燃燒，以空氣過量系數為1.05，需要62.5體積空氣，其中氧氣13.125體積，用于化學計量氧氣的量為12.5體積，燃燒以后，產生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，按照本發明，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％)，相當于再循環的燃氣，燃燒以后這種方法僅僅產生17.625體積的廢氣，也就是說僅占其它各種方法(沒有本發明參與的方法)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，就汽車行業而言，隨著由排放燃氣熱量損失的減少，熱效率就提高23％左右，同用催化凈化器的方法相比，發動機的功率提高了近20.0％，同時對于相同氣缸容量發動機功率也有提高的可能性，就發動機而言，用這種方法就意味著本發明提供了與在完全燃燒時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，通過改變再循環燃氣之間的比例從79.0％直到0.0％，這種比例可以根據需要而隨意選擇。被排放的廢氣，以空氣過量系數為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計的裝置消除了上述的缺點，用這種裝置，它保證了為實現合成混合物所需要的純氧，為了應用這種方法在有效的條件下和以連續流動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計的裝置消除了上述的不足，用這種裝置，它保證了為實現合成混合物所需要的純氧，為了應用這種方法在有效的條件下和以連續流動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。
按照本發明以兩個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，配備有氮氣、氧氣，剩余的空氣排氣孔和空氣的吸入孔，定子一框架被嚴格地安裝在傳動裝置馬達的定子上，在圖中沒有指出，一部吸入空氣渦輪機和一個由空氣分配閥組成的離心分離轉動體，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、有環狀裂縫的部件保證使氧氣的第二個相分開，分離器中配備有剩余的空氣排氣孔和空氣導入孔，所有的零件都是嚴格地被安裝的，隔片裝配以后，安裝在轉動軸上的整個裝置借助于轉動中間軸固定在堅硬的支架上。兩個環形的裂縫，經過加工可以這樣的方式按尺寸被調整到使分離器能允許或者在氧氣的線路上產生純氧氣，或者在氮氣的線路上產生純氮氣。用兩種或多種零件裝配成系列，流動以后，人們可以獲得兩種具有指定純度的分離氣體。
本發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，人們不再發現有氮氣和它的氧化產物，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，發動機的功率提高了近20.0％；對于相同氣缸容量的發動機正如人們所希望的那樣具有發射高功率的可能性，也可以說，本發明提供了同對于完全燃燒所需要補給的氧氣相平行的允許增加燃料的可能性，因為氧氣的用量從21.0％一直增加到100.0％，通過將再循環燃氣之間的比例從79.0％改為0.0％，由再循環燃氣的額外部分熱量的參加也包括在內。
下面按照本發明人們將給出實施例，與示意圖相聯系，它表示離心裝置的縱向剖面圖。
按照本發明，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，配備有氮氣排氣孔1a1…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，定子一框架被嚴格地安裝在傳動裝置馬達的定子上，在圖中沒有指出，一臺吸入空氣的渦輪機5和一臺由空氣分配閥6組成的離心分離轉動體，有圓錐臺形式的表面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形的表面8配備有氧排氣孔8a1…i，在環狀裂縫9的零件保證第一分離段的氧氣和在環狀裂縫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和空氣導入孔10b1…i，嚴格地安裝所有的孔，在安裝隔片11以后，整體部件都用螺母擰緊被固定在旋轉軸上。運行的裝置通過渦輪機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6被分散到圓錐臺的表面8，由于在超離心分離場中比重的差別，在這里發生氮的氧化物的第一次分離，氧氣呈膜狀沿著第一個環形裂縫9移動下降到圓錐臺表面8上保證了這種分離，氮氣沿著裝置的出口通過排氣孔7a1…i和1a1…i，氧氣經由排氣孔8a1…i通過分離的第二階段，由于面向著第二圓錐臺表面7旋轉中心，在這里擴大的氧氣重復出現，氮氣最后痕跡的分離過程在這個表面上重復進行，純氧是通過環形裂縫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進行抽吸、收集氧氣，例如通過“附壁效應”類型抽吸，用一臺不指定的中間微形渦輪機進行均勻混合等等。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，旋轉軸可以通過轉動被固定在牢固的支架上，兩個環形裂縫9，10，經過加工可以按尺寸作如下調整到使分離器能允許或者在氧的線路上產生純氧氣，或者在氮的線路上產生純氮氣。用兩種或多種零件安裝成系列，流動以后人們可以獲得兩種具有指定純度的分離氣體。
權利要求
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氣和通過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％體積的燃氣和從21.0％直到100.0％的氧所形成，對應于所使用的燃料的用量，由于消除了過程中的氮氣，因此保證已燃燒氣體的體積的排出量減少3.8倍。
2.通過全部消除燃氣中氮的氧化物防止燃燒過程污染的裝置，其特征在于它是由下列零件組成一個被切成(1)(2)(3)和(4)幾段的定子一框架，配備有氮氣排氣孔(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—框架嚴格地被安裝在傳動裝置馬達的定子上，一個抽入空氣的渦輪機(5)和一個由空氣分配閥(6)組成的離心分離轉動體，具有圓錐臺形狀的表面(7)，在分離的第二階段，配備有氮氣排氣孔(7a1…i)和氧氣排氣孔(7b1…i)，在分離的第一階段，圓錐臺表面(8)配備有氧氣排氣孔(8a1…i)，環形裂縫部件(9)確保氧氣分離的第一階段，而環形裂縫部件(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)中的空氣導入孔，所有零部件都經過嚴格安裝，隔片(11)裝配以后，整體部件都被安裝在旋轉軸上，用螺母擰緊和開動超速離心分離加速場。
3.按照權利要求2的裝置，其特征在于兩個環形裂縫(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，在氮氣的線路上制備純氮。
4.按照權利要求2和3的裝置，其特征在于將兩個或者幾個離心裝置通過組合成系列，流動以后，人們能夠獲得兩種具有規定純度的分開的氣體，不僅僅如此，為了避免旋轉軸的振動，通過轉動將旋轉軸固定在靠近渦輪機(5)一端的堅硬的支架上。
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氣和通過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％體積的燃氣和從21.0％直到100.0％的氧所形成，對應于所使用的燃料的用量，由于消除了過程中的氮氣，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B01D53/24GK1128502SQ95190409
公開日1996年8月7日 申請日期1995年3月14日 優先權日1994年3月15日
發明者T·倫顧 申請人:羅林帕克阿施塔化學技術進出口公司