一种LNG发动机尾气处理装置及LNG发动机的制作方法

ga/h-zsm-5。
12.可选的，所述内电极采用与阻挡介质管同轴设置的金属导电杆，相应的，所述阻挡介质管内设有第一支撑块，第一支撑块与内电极的一端固定，内电极的另一端与固定在阻挡介质管内部的第二支撑块固定，第一支撑块和第二支撑块均设有通气孔；
13.进一步的，所述第一支撑块和第二支撑块采用不锈钢材料制成。
14.可选的，所述内电极与反应器电源的电压输出线连接，反应器电源的接地输出线与多个环状外电极圈连接。
15.可选的，所述阻挡介质管采用绝缘材料制成；
16.进一步的，阻挡介质管采用陶瓷管或石英玻璃管。
17.可选的，相邻环状电极圈之间的距离为5mm-15mm。
18.可选的，所述反应器电源采用正弦交流电源或脉冲电源。
19.第二方面，本发明的实施例提供了一种lng发动机，设置有第一方面所述的lng发动机尾气处理装置，阻挡介质管的进气端与lng发动机的排气管连接。
20.本发明的有益效果如下：
21.1.本发明的尾气处理装置，ch4-scr催化剂填充在等离子放电区的外侧，不会影响等离子放电效果，适用于lng发动机的尾气处理，催化反应区域和等离子放电区交替设置，相对于现有的两端式耦合形式，催化反应区紧靠等离子放电区，放电产生的活性物质在转化为稳态中间产物之前便能够进入催化反应区，能够更好的利用等离子放电区产生的热量且更有效的利用放电过程中产生的短寿命活性物质，具有更高的能量利用率，同时，相对于整体式的反应器，将催化剂反应区布置于等离子体放电区域后侧，有利于控制化学反应方向，但是放电所产生的活性物质寿命较短，难以贯穿整个所有的催化剂反应区域，因此本发明尾气处理装置采用多个间隔设置的等离子放电区交替放电来不断产生活性物种，提高活性物种的利用率，同时兼顾后置催化剂有利于提高产物选择性的优点，因此，交替设置的等离子放电区和催化反应区可以同时具有高活性物种利用效率以及高选择性的优点，进而兼具了整体式和分段式两种耦合形式的优点。
22.2.本发明的尾气处理装置，阻挡介质管外周设置有绝缘保温层，起到了保温作用，防止催化反应区内气体与催化剂反应温度降低，同时更有效的利用等离子体放电产生的热量，提高催化效率。
23.3.本发明的尾气处理装置，等离子放电区填充放电增强颗粒，提高等离子体放电过程中活性物质的生成效率。
附图说明
24.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
25.图1是本发明实施例1整体结构示意图；
26.其中，1.进气端，2.接线端子，3.第一支撑块，4.环形电极圈，5.阻挡介质管，6.等离子放电区，7.内电极，8.催化反应区，9.绝缘保温层，10.第二支撑块，11.出气端，12.反应器电压输出线，13.反应器接地输出线，14.反应器电源。
具体实施方式
27.本实施方式中，整段式耦合形式的等离子协同催化反应器是指催化剂涂覆在等离子体反应器壁面或者填充在反应器放电空间，催化剂加入到等离子体电场中时，在催化剂内部的孔隙中会以微放电的形式产生等离子体，这种微放电结构也可以提高等离子体的密度，提高等离子体处理效果。催化剂存在于等离子体放电区域可以更有效的利用放电过程中产生的短寿命活性物质(如激发态物质和自由基等)
28.两段式耦合形式的等离子协同催化反应器是指催化剂置于等离子体反应器放电区域后端，这种耦合方式的等离子体协同催化反应过程可以分为等离子体反应和催化剂表面反应两部分。等离子体放电的产生短寿命活性物质在到达催化剂区域之前就已转化为其他稳态中间产物，催化剂主要促进了等离子体氧化的中间产物的反应过程，可以在提高反应气体污染物脱除效率的同时，减少副产物的产生。
29.有研究表明，整体式等离子体催化反应器可以更有效利用等离子体产生的活性物质，具有更高的能量利用率，但不便于控制活性粒子种类和反应方向；两段式等离子体催化反应可以更好的控制化学反应进行的方向，减少副产物的产生；两种耦合方式各有其优势。
30.实施例1
31.本实施例提供了一种lng发动机尾气处理装置，兼具了整体式和两段式等离子协同催化反应的优点，而且适用于lng发动机的尾气处理，包括阻挡介质管5，阻挡介质管5内部同轴设置有内电极7，阻挡介质管5外部设置有外电极，内电极7和外电极与反应器电源14连接，通电后能够在阻挡介质管5内部产生等离子放电反应，所述阻挡介质管内部设置有催化剂。
32.本技术中，为了克服传统的lng发动机尾气采用ch4催化氧化(moc)与no
x
选择性催化还原(scr)相结合的技术路线所存在的缺陷，利用ch4作为还原剂将nox还原成n2，能够利用一套催化系统同时处理lng发动机废气中的ch4和nox，使lng发动机尾气nox和ch4排放满足相关标准，不需要额外的还原剂加注系统，可以大幅减少lng发动机废气后处理系统成本。
33.为了满足上述工艺路线的要求，所述还原剂采用ch
4-scr催化剂，利用lng发动机废气中的未燃烧ch4作为还原剂，通过ch
4-scr催化剂，利用等离子体协同催化反应器将废气中的nox还原成n2，同时ch4转化为co2和h2o。
34.所述阻挡介质管一端作为进气端1，用于与lng发动机的排气管连接，接受lng发动机排气管排出的尾气，另一端作为排气端11，用于处理后尾气的排出，具体的，阻挡介质管5的进气端端部设置法兰盘，通过法兰盘和螺栓与排气管连接，可以理解的是，阻挡介质管5也可采用插接或其他形式与排气管连接，在此不进行详细叙述。
35.所述阻挡介质管5为圆柱型管，采用绝缘材料制成，尺寸与lng发动机的排气管相匹配，阻挡介质管的外径为20-25mm，壁厚为1-2mm，优选的，所述阻挡介质管5的外径为24mm，壁厚为2mm，
36.进一步的，所述阻挡介质管5采用陶瓷或石英玻璃管制成，具有较好的耐高温性能和耐腐蚀性能，使用寿命长。
37.所述阻挡介质管5内部同轴设置有内电极7，本实施例中，内电极7采用由导电金属材料制成的圆柱形杆，优选的，所述内电极7采用不锈钢材料制成，具有良好的耐腐蚀性和
导电性能。
38.所述内电极7的一端与第一支撑块3的中部位置固定连接，第一支撑块3采用与阻挡介质管5相匹配的圆形块，与阻挡介质管5的内管面固定，实现固定在阻挡介质管5内部。
39.本实施例中，所述第一支撑块3采用耐腐蚀且导电性能良好的不锈钢材料制成。
40.内电极7的另一端与第二支撑块10的中部位置固定连接，第二支撑块10的结构及与阻挡介质管5的连接方式与第一支撑块3的结构和连接方式相同，在此不进行重复叙述。
41.通过第一支撑块3和第二支撑块10，实现了对内电极7的固定。
42.所述第一支撑块3上设置有多个第一通气孔，用于排气管排出的尾气进入阻挡介质管5，所述第二支撑块10上设置有多个第二通气孔，用于阻挡介质管5内的尾气排出。
43.所述外电极采用多个环形电极圈4，环形电极圈4同轴套接固定在阻挡介质管5外部，多个环形电极圈4沿阻挡介质管5的轴线等间隔排布。
44.为了防止阻挡介质管5内气体与催化剂反应温度降低，同时更有效的利用等离子体放电产生的热量，提高催化效率，所述阻挡介质管外周包裹有绝缘保温层9，所述环形电极圈4嵌在绝缘保温层9内，绝缘保温层9的长度使其覆盖整个等离子协同催化反应区。
45.本实施例中，绝缘保温层9采用陶瓷纤维棉材料制成。
46.本实施例中，环形电极圈4和内电极7与反应器电源连14接，由反应器电源14对其进行供电。
47.具体的，所述第一支撑块3对应位置处设置有接线端子2，接线端子2一端穿过绝缘保温层9和阻挡介质管5的管壁并与第一支撑块3接触，接线端子2的另一端通过反应器电压输出线12与反应器电源14连接。
48.每个环形电极圈4均与反应器接地输出线13的一端连接，反应器接地输出线13的另一端穿过绝缘保温层9后与反应器电源14连接。
49.本实施例中，由于间隔设置了多个环形电极圈4，因此多个环形电极圈4与内电极之间形成了多个间隔设置的等离子放电区6，相邻等离子放电区6之间的空间填充ch4-scr催化剂，形成催化反应区8，多个等离子放电区6和催化反应区8共同构成了等离子催化反应区。
50.相邻环形电极圈4之间的距离为5mm-15mm，优选为10mm，使得催化反应区8的尺寸满足反应充分进行的要求。
51.所述ch
4-scr催化剂为现有的ch4-scr脱硝催化剂，采用现有的双金属分子筛类催化剂即可，例如cr-in/h-zsm-5或ru-in/h-ssz-13或ce-ga/h-zsm-5，本实施例中，采用2％cr-2％in/h-zsm-5，其中2％代表质量百分比，可以理解的是，催化剂可单独采用上述催化剂中的一种，也可以采用两种或更多种按照设定配比混合，本领域技术人员根据实际需要设置即可。
52.由于ch
4-scr催化剂填充在相邻两个等离子放电区6之间的空间，因此在阻挡介质管5内形成了交替设置的等离子放电区6和催化反应区8。
53.本实施例中，ch
4-scr催化剂未采用现有的整段耦合式协同催化反应器的设置方式，未将ch
4-scr催化剂填充在等离子放电区6内，这是因为ch
4-scr催化剂为热催化剂，将其填充子在放电区域时，等离子体放电过程中的交变电场和高能电子碰撞催化剂表面活性位都会对催化剂活性产生不良影响，因此ch
4-scr催化剂不宜设置在等离子放电区，并不会起
到传统整体式等离子协同催化反应器中将催化剂放置于等离子放电区所起到的效果，相反会产生不良效果，相对于传统的整体式耦合的等离子协同催化反应器，本实施例的催化剂的设置方式满足了lng发动机的使用需求，能够应用于lng发动机的尾气处理。
54.另外，传统的整体式耦合的等离子协同催化反应器中，催化剂填充于等离子体放电区虽然可以更有效的利用放电过程中产生的短寿命活性物质，但是化学反应的方向不易控制，产物选择性较低，因此将催化反应区8设置在等离子放电区6外侧，有利于依靠催化剂控制化学反应方向，有利于控制最终产物的选择性，减少副产物的生成。
55.lng发动机的尾气处理并不适用整段式的等离子协同催化技术，因此只能采用二段式的等离子协同催化技术，即将催化反应器设置在等离子放电区后侧，但是放电所产生的活性物质寿命较短，难以贯穿整个所有的催化剂反应区域，因此本实施例的尾气处理装置采用多个间隔设置的等离子放电区6交替放电来不断产生活性物种，提高活性物种的利用率，同时兼顾后置催化剂有利于提高产物选择性的优点。
56.而且催化反应区8紧靠等离子放电区6，放电产生的活性物质在转化为稳态中间产物之前便能够进入催化反应区8，能够更好的利用等离子放电区产生的热量且更有效的利用放电过程中产生的短寿命活性物质，具有更高的能量利用率。
57.因此，交替设置的等离子放电区6和催化反应区8可以同时具有高活性物种利用效率以及高选择性的优点，进而兼具了整体式和分段式两种耦合形式的优点。
58.所述等离子放电区6内填充有放电增强颗粒，所述放电增强颗粒的介电常数为10-1000，用于增强放电，提高等离子体放电过程中活性物质的生成效率。
59.本实施例中，所述放电增强颗粒采用现有材料即可，例如氧化铝陶瓷颗粒或钛酸钡陶瓷颗粒等，本领域技术人员可根据实际需要进行选择。
60.本实施例中，催化反应区和等离子放电区之间设有分隔网，以防止放电增强颗粒与ch4-scr催化剂产生混合，分隔网采用耐高温绝缘材料制成，例如采用陶瓷材料制成，其中等离子催化反应区端部也设有分隔网，分隔网采用耐高温绝缘材料制成，例如采用陶瓷材料制成，等离子催化反应区端部的分隔网与阻挡介质管和/或内电极固定以对等离子催化反应区端部的放电增强颗粒或ch4-scr催化剂。
61.在另外一种实施方式中，等离子反应区的两个端部塞紧石英棉以对放电增强颗粒或ch4-scr催化剂进行支撑。
62.所述反应器电源14采用正弦交流电源或脉冲电源，本领域技术人员可根据实际需要进行选择。
63.本实施例中的反应器电源采用正弦交流电源，电源频率变化范围为5-25khz，电源输出电压范围为0-25kv。
64.本实施例的尾气处理装置的工作原理为：
65.含有ch4和nox的发动机尾气进入阻挡介质管，尾气经过等离子放电区6进行活化，然后进入催化反应区8，利用lng发动机废气中的未燃烧ch4作为还原剂，通过ch
4-scr催化剂，利用等离子体协同催化反应器将废气中的nox还原成n2，同时ch4转化为co2和h2o。经过多个交替设置的等离子放电区6和催化反应区8，依次交替进行上述过程。
66.相比于nh3-scr结合甲烷催化氧化(moc)，只用一套催化系统，不需要额外的还原剂加注系统，可以大幅减少lng发动机废气后处理系统成本。
67.本实施例的尾气处理装置，等离子放电区6和催化反应区8均集成在阻挡介质管5内部，其外部结构与整体式耦合的等离子催化协同反应器相近，与传统的两段式耦合的等离子催化协同反应器相比，与lng发动机配合更加方便，对外围结构的改进更少，极大的节省了改进成本。
68.而且通过交替式的等离子放电区6和催化反应区8的设置，能够有效利用等离子体产生的活性物质，同时可以控制化学反应进行的方向，减少副产物的产生，兼具了整体式和两端式两种耦合方式的优点，其排出的尾气中nox和ch4均满足相关标准要求。
69.实施例2
70.本实施例提供了一种lng发动机，设置有实施例1所述的lng发动机尾气处理装置，lng发动机的排气管与阻挡介质管的进气端连接。
71.lng发动机的其他结构采用现有结构即可，在此不进行详细叙述。
72.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种lng发动机尾气处理装置，包括阻挡介质管，阻挡介质管内设有内电极，外部设有外电极，内电极和外电极与反应器电源连接，其特征在于，所述外电极包括多个套在阻挡介质管外周且沿阻挡介质管轴线方向设置环状外电极圈，环状外电极圈与内电极之间形成等离子放电区，相邻等离子放电区之间填充ch4-scr催化剂以形成交替设置的等离子放电区和催化反应区。2.如权利要求1所述的一种lng发动机尾气处理装置，其特征在于，所述等离子放电区内部填充有放电增强颗粒；进一步的，放电增强颗粒的介电常数为10-1000。3.如权利要求1所述的一种lng发动机尾气处理装置，其特征在于，所述阻挡介质管外周包裹有绝缘保温层，环状电极圈嵌在绝缘保温层外周；进一步的，所述绝缘保温层采用陶瓷纤维棉材料制成。4.如权利要求1所述的一种lng发动机尾气处理装置，其特征在于，所述ch4-scr催化剂采用cr-in/h-zsm-5和/或ru-in/h-ssz-13和/或ce-ga/h-zsm-5。5.如权利要求1所述的一种lng发动机尾气处理装置，其特征在于，所述内电极采用与阻挡介质管同轴设置的金属导电杆，相应的，所述阻挡介质管内设有第一支撑块，第一支撑块与内电极的一端固定，内电极的另一端与固定在阻挡介质管内部的第二支撑块固定，第一支撑块和第二支撑块均设有通气孔；进一步的，所述第一支撑块和第二支撑块采用不锈钢材料制成。6.如权利要求1所述的一种lng发动机尾气处理装置，其特征在于，所述内电极与反应器电源的电压输出线连接，反应器电源的接地输出线与多个环状外电极圈连接。7.如权利要求1所述的一种lng发动机尾气处理装置，其特征在于，所述阻挡介质管采用绝缘材料制成；进一步的，阻挡介质管采用陶瓷管或石英玻璃管。8.如权利要求1所述的一种lng发动机尾气处理装置，其特征在于，相邻环状电极圈之间的距离为5mm-15mm。9.如权利要求1所述的一种lng发动机尾气处理装置，其特征在于，所述反应器电源采用正弦交流电源或脉冲电源。10.一种lng发动机，其特征在于，设置有权利要求1-9任一项所述的lng发动机尾气处理装置，阻挡介质管的进气端与lng发动机的排气管连接。

技术总结
本发明涉及一种LNG发动机尾气处理装置及LNG发动机，包括阻挡介质管，阻挡介质管内设有内电极，外部设有外电极，内电极和外电极与反应器电源连接，所述外电极包括多个套在阻挡介质管外周且沿阻挡介质管轴线方向设置环状外电极圈，环状外电极圈与内电极之间形成等离子放电区，相邻等离子放电区之间填充CH4-SCR催化剂以形成交替设置的等离子放电区和催化反应区，采用本发明的尾气处理装置减少了处理成本，且能量利用率高，最终产物的选择性好。最终产物的选择性好。最终产物的选择性好。


技术研发人员：蒋顺豪 宋杰 田书广
受保护的技术使用者：潍柴动力股份有限公司
技术研发日：2023.03.10
技术公布日：2023/6/7