将汽车二氧化碳转化为烃类燃料的车载催化装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及将汽车二氧化碳转化为烃类燃料的车载催化装置和方法。所述装置和方法弥补了常规排放控制技术，进一步降低了机动车排放有害物质。所述装置包括：换热器，其从为机动车提供动力的内燃机的尾气中提取热能；膜分离器，其从尾气中分离出水和二氧化碳；以及催化反应器，其容纳有纳米催化剂。所述催化反应器接收来自膜分离器的水和二氧化碳，容纳有水和二氧化碳的反应以产生烃类燃料，并且该反应由纳米催化剂催化，并且来自换热器的热能促进了该反应。催化反应器容纳在换热器本体内从而有利于热能的转移。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请号为201280052381.7、申请日为2012年10月24日、专利技术名称为“通过使汽车的二氧化碳转化为燃料以降低机动车源排放”的专利申请的分案申请。
本专利技术涉及通过将二氧化碳转化为烃类燃料以降低机动车排放的方法。更具体而言，本专利技术的实施方案利用车载换热器和催化转化器将机动车尾气转化为用于机动车内燃机的烃类燃料。
技术介绍
几十年来，汽车工业已经认识到了机动车排放物对公共健康和环境的危害。同时众所周知的是，减少机动车排放物的常规方法是低效的。通常，可通过提高发动机效率和/或在燃烧后净化排放物从而减少机动车排放物。例如，可使用二次空气喷射、尾气循环和/或催化转化来净化汽车尾气。通常，催化转化器包括用于将有毒排放物转化为无毒物质的金属催化剂(例如，铂、钯、铑)。经转化的有毒排放物可包括一氧化碳、氮氧化物和未燃烃。例如，一氧化碳可被氧化并转化为二氧化碳，其中催化剂促进了这种氧化。催化转化器的应用无法解决与减少机动车排放物相关的所有问题。例如，催化转化器不能减少烃类燃料的燃烧量。此外，催化转化所产生的二氧化碳是造成全球变暖的温室气体。因此，人们希望获得减少机动车排放物的改进方法。优选地，期望存在能将排放物转化为可用燃料的方法。此外，期望获得也能减少二氧化碳排放量的方法。
技术实现思路
在一个实施方案中，降低机动车源排放物的装置包括：换热器，其从内燃机的尾气中提取热能，其中内燃机为机动车提供动力；膜分离器，其从尾气中分离出水和二氧化碳；以及具有纳米催化剂的催化反应器，该催化反应器容纳有水和二氧化碳的反应以产生烃类燃料，该反应由纳米催化剂催化。在一个实施方案中，催化反应器接收来自所述膜分离器的水和二氧化碳，并利用来自换热器的热能以促进水和二氧化碳的反应。在一个实施方案中，所述纳米催化剂为多金属纳米催化剂，其包含钌、锰和镍中的至少一种。在另一个实施方案中，所述纳米催化剂含有约2％至3％的钌、约20％至30％的镍和约15％至20％的锰。在又一个实施方案中，所述纳米催化剂含有约2％的钌、约20％的镍和约15％的锰。在一个实施方案中，所述膜分离器包括：选择性膜层，其为二氧化硅类膜层、碳类膜层或沸石膜层；以及载体层，其为陶瓷载体、金属载体或氧化铝载体。在一个实施方案中，催化反应器被所述换热器围绕，使得热能流向催化反应器中保持有纳米催化剂的部分。在一个实施方案中，催化反应器包括用于保持所述纳米催化剂的复合管(multipletube)，所述复合管提供了更大的表面积以接收来自换热器的热能。在一个实施方案中，所述烃类燃料包含乙醇和丙炔。附图说明参照下面的说明书、权利要求书和附图，本专利技术的这些以及其他特征、方面和优点将会变得更容易理解。但是需要注意的是，附图仅示出了本专利技术的若干实施方案，因此不能认为附图是对本专利技术范围的限制，本专利技术的范围还承认其他等效的实施方案。图1示出了根据本专利技术的一个或多个实施方案的装置。图2示出了根据本专利技术的一个或多个实施方案的流程图。图3示出了根据本专利技术的一个或多个实施方案的装置的例子。图4示出了根据本专利技术的一个或多个实施方案的换热器和催化反应器。图5示出了根据本专利技术的一个或多个实施方案的换热器。专利技术详述虽然将会结合若干实施方案对本专利技术进行说明，但是应当理解的是，并不旨在将本专利技术限于那些实施方案。相反，本专利技术旨在包括涵盖可以包括在由附加的权利要求书所限定的本专利技术的精神和范围内的所有可供选择的方案、变型和等价形式。在一个实施方案中，减少机动车排放物的装置包括：换热器，其用于从内燃机的尾气中提取热能，该内燃机为推动机提供动力；膜分离器，其用于从尾气中分离出水和二氧化碳；以及含有纳米催化剂的催化反应器，该催化反应器中容纳有水和二氧化碳的反应以产生烃类燃料。此外，由换热器提取的热能促进了水和二氧化碳的反应。如图1所示，装置100包括集成的换热器102A和催化反应器102B、催化转化器104、蛇管式换热器106、膜分离器108和排气装置110整体。在一个实施方案中，如下面参照图3所述，将装置100安装在机动车的排放系统中(例如，安装在机动车的底盘上)。在一个实施方案中，换热器102A和催化反应器102B被集成在一起，使得换热器102A中从尾气提取的热能可被用于促进催化反应器102B中的反应。换热器102A接收来自内燃机的尾气。随着尾气通过换热器102A，从尾气中提取热能，使得尾气在进入催化转化器104之前冷却下来。换热器102A能够(1)从发动机中回收废热并将其用于催化反应器102B，以及(2)使尾气在进入装置100的其它部分之前被冷却。例如，膜分离器108可以包括这样的膜，该膜在相对高压和低于离开内燃机时的尾气温度的温度下工作。在一些实施方案中，催化反应器102B包括催化体系、光催化体系、电催化体系或是它们适宜的组合。此外，催化反应器102B可以包括固定流化床和催化膜。催化剂可以为担载型纳米结构催化剂，其包括氧化铝、二氧化硅和粘土作为载体，以及如下所述的活性单金属、双金属和三金属材料作为活性成分。在一个实施方案中，催化反应器102B中包括将CO2和H2O转化为烃类燃料的反应。例如，所述反应可以为产生醇的通用反应，例如：nCO2+(n+1)H2O→CnH2n+1OH+(3n/2)O2，其中n＝1、2、3、4、5、6等(例如，当n＝1时，那么产物为CH3OH(甲醇)，当n＝2时，那么产物为C2H5OH(乙醇)等)。在另一个例子中，所述反应的目标是产生烷烃，例如：2nH2O+nCO2→CnH2n+2+2nO2，其中n＝1、2、3、4、5、6等。在又一个实施方案中，如下述反应所示，该反应可以随着氧气的释放而产生甲烷(CH4)或混合产物：●在673K和大气压力下产生乙醇、丙炔和氧气的催化剂促进的反应—5CO2+5H2O→C2H5OH+H3C-C≡CH+7O2●产生甲醇、乙醇、氧气和丙炔的催化剂促进的反应—6CO2+7H2O→CH3OH+C2H5OH+17/2O2+H3C-C≡CH在该例子中，可以设计催化剂和反应温度以将某些产物(例如，乙醇)的产量最大化。此外，催化反应器102B所用的纳米催化剂可为包含钌、锰和/或镍的金属纳米催化剂。具体而言，金属纳米催化剂含有约2％至3％的钌、约20％至30％的镍和约15％至20％的锰(例<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车载催化装置，所述装置包括：换热器，其能够从内燃机的尾气中提取热能，所述内燃机为机动车提供动力；膜分离器，其能够从所述尾气中分离出水和二氧化碳；以及催化反应器，其容纳在所述换热器本体内，所述催化反应器能够：接收来自所述膜分离器的水和二氧化碳；容纳所述水和所述二氧化碳的反应以产生烃类燃料，该反应由纳米催化剂催化；并且使用来自所述换热器的热能来促进所述水和所述二氧化碳的反应。

【技术特征摘要】
2011.10.24 US 61/550,6991.一种车载催化装置，所述装置包括：
换热器，其能够从内燃机的尾气中提取热能，所述内燃机为机
动车提供动力；
膜分离器，其能够从所述尾气中分离出水和二氧化碳；以及
催化反应器，其容纳在所述换热器本体内，所述催化反应器能
够：
接收来自所述膜分离器的水和二氧化碳；
容纳所述水和所述二氧化碳的反应以产生烃类燃料，该反应
由纳米催化剂催化；并且
使用来自所述换热器的热能来促进所述水和所述二氧化碳的
反应。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述纳米催化剂为包含由
钌、锰和镍组成的组中的至少一种金属的多金属纳米催化剂。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述纳米催化剂含有2％
至3％的钌、20％至30％的镍和15％至20％的锰。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述纳米催化剂含有2％
的钌、20％的镍和15％的锰。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述膜分离器包括：
选择性膜层，选自由二氧化硅类膜层、碳类膜层和沸石膜层组
成的组；以及
载体层，其选自由陶瓷载体、金属载体和氧化铝载体组成的组。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述催化反应器被所述换

\t热器围绕，使得所述热能流向所述催化反应器中容纳有所述纳米催化
剂的部分。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述催化反应器包括用于
容纳所述纳米催化剂的复合管，该复合管提供了更大的表面积以接收
来自所述换热器的所述热能。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述烃类燃料包含乙醇和
丙炔。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述反应为5CO2+5H2O
→C2H5OH+H3...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈桑·伊姆兰，穆阿赛德·萨利姆·穆萨德·阿勒加米·阿勒加姆迪，阿代什·哈拉利，让皮埃尔·R·巴拉盖，阿基尔·贾迈勒，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA