[发明专利]控制废气排放并发电的电化学催化剂转化器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学催化剂转化器(electrochemical-catalytic converter)，尤其涉及一种能有效降低废气中的氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物的含量，借以控制废气排放且同时发电的电化学催化剂转化器。

背景技术

清新与洁净的空气是人类生活的基本要件之一，呼吸干净无污染的空气能确保人类稳定健康地生存。科技的卓越提升，虽带动经济的迅速发展，然而，来自于交通工具及各式林立工厂的废气排放，确也导致空气遭受污染，而对人类生活的空气质量影响甚巨。其中，重工厂和机动车辆是众多污染物质的主要来源。

以机动车辆为例，虽然机动车辆排放标准不断提高，但由于车辆数量不断增加，车辆排放废气所带来的空气污染问题，仍然与日俱增。一般来说，机动车辆引擎的运转是将不同形式燃料经由汽缸内燃而释放出热能，并产生传输动力；但在燃烧过程中，产生的废气通常包含氮氧化物(NO_x)、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(hydrocarbons，HCs)、粒状物(particulate matter，PM)等有害污染物，该等物质不仅会形成光化学烟雾(photochemical smog)，更会破坏臭氧、加剧温室效应的恶化及引致酸雨等，进而破坏生态环境，危害人体健康。

其中，一氧化碳来自引擎的不完全燃烧，其与血红素结合成一氧化碳血红素(COHb)的能力为血红素与氧结合成氧合血红素(HbO₂)的300倍，故空气中一氧化碳浓度过高时，将影响血红素输送氧气的功能；氮氧化物则来自氮气与氧气的化合，主要以一氧化氮(NO)或二氧化氮(NO₂)的形式排出，而与碳氢化合物经紫外线照射后发生反应形成有毒的光化学烟雾，具有特殊气味、刺激眼睛、伤害植物，并使大气能见度降低，且氮氧化物与空气中的水反应形成硝酸及亚硝酸，是酸雨的成分；碳氢化合物在低浓度时即会刺激呼吸系统，若浓度提高，则会对中枢神经系统的运作机能产生影响。

因此，不管我国或是欧盟、日本、美国等先进国家，均已订定益趋严格的废气排放标准(如美规BIN5以及欧规EURO 6)，针对氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物和粒状物等废气的排放订定标准，借以控制并减少有害气体的排放，同时鼓励业者制造、研发、引进使用最新污染防制技术的产品。

习用富氧燃烧(lean burn)废气排放控制技术中，并无任何单一装置或转化器可同时对氮氧化物(NO_x)、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HCs)和粒状物进行转化。以富氧燃烧机动车辆排气系统的催化剂转化器来说，其大多仅针对一氧化碳与碳氢化合物进行催化，催化性滤烟器(catalytic particulate filter)则捕集与氧化粒状物，而对于氮氧化物，则必须依赖其它辅助的装置或系统对其进行转化。例如：现今柴油车辆的排气管除安装氧化催化剂转化器用以催化一氧化碳和碳氢化合物的氧化外，多数需再另行搭配废气再循环系统(exhaust gas recirculation，EGR)等控制氮氧化物的排放，较新者则以加装选择性催化还原(selective catalytic reduction，SCR)系统来还原氮氧化物。

选择性催化还原系统是利用氨气(NH₃)或尿素(urea，CO(NH₂)₂)水溶液作为反应物，尿素水溶液经喷嘴注入排气管中会与水反应形成氨气，遂再与氮氧化物进行反应，使其转变为氮气(N₂)和水(H₂O)。然而，具毒性的氨气除储藏不易有外漏风险外，其反应不完全时会造成二次污染；再者，该选择性催化还原系统的体积庞大，且多数需搭配精密传感器辅助控制。

此外，美国专利第5401372号的“Electrochemical catalytic reduction cell for the reduction of NO_x in an O₂-containing exhaust emission”公开了一种单独去除氮氧化物的装置，其利用电化学催化剂还原反应，配合五氧化二钒(vanadium pentaoxide，V₂O₅)催化剂催化辅助氮氧化物转化为氮气；该装置须外加电源供应，致使该装置中的一电化学电池运作，如此不仅耗费能源且无法实现同时去除废气中有害气体的目标。

发明内容