CN102917964A - Nh3储罐的再充灌装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明披露一种涉及储存和递送氨的方法和装置，用于废气流中NOx还原的后处理装置。该装置包括具有装在其中的氨吸收和排出材料的储罐，以及在氨释放到预定水平后用于将氨再充灌材料的再充灌装置。该方法包括：提供具有内部的密封储罐；将预定量的含氨的材料提供到容器内部；将充灌装置定位到密封储罐的内部；从含氨的材料中释放出氨气到后处理装置中，以用于车辆排气系统中NOx的还原；将液体氨引入到再充灌装置中；以及再充灌含有氨的材料以再用于排气系统中。

Description

NH3储罐的再充灌装置和方法
相关申请的交互参照
本申请要求对2010年4月21日提交的美国专利申请系列号61/326,512的优先权益。
技术领域
本发明的装置和方法涉及氨的储存和递送。具体来说，本发明装置和方法涉及储存在储存罐内的吸收和放出氨的材料的再充灌，以使储存罐和储存在其中的氨材料可被再次使用，以释放出气体氨用于汽车中的NOx的有选择的催化剂还原反应。
背景技术
压缩点火发动机提供了燃料经济性的优点，但在正常操作期间却产生了NOx和颗粒。为了达到良好的燃料经济性和减少颗粒和NOx的排放，新的规定和现有的规定不断地向制造商提出了挑战。贫燃的发动机虽然达到了燃料经济性的目的，但这些发动机废气中高浓度的氧气却产生出大量高浓度的NOx。因此，越来越多的系统正在采用减少NOx废气的处理方案。
一种如此的系统是将氨气直接添加到废气流中。直接递送气体形式的氨对于流动控制系统的简化和有效地混合还原剂、氨和废气来说是有利的。直接使用氨还消除了堵塞计量系统的潜在的难点，这些难点是由例如在液基的尿素溶液中的沉淀物或杂质造成的。此外，尿素水溶液在发动机低载荷时不能进行计量，因为排气管温度太低而不能完成尿素向氨（和CO2）的转化。
然而，以加压液体的形式来运输氨，如果容器因事故造成爆炸或阀或管道破裂，则这样的运输会是很危险的。在使用固体储存介质的情形中，由于释放氨所需要的热量很小且室温下的平衡压力（如果选择合适的固体材料）可以远低于1巴，所以，安全性问题就远不是很重要的了。氨可以盘块或球体形式加载到储罐内。通常地，一旦氨被用完，储罐和其内含物就被毁掉和再循环。人们已经作了各种努力来充灌氨；然而，在现有技术中，将气体氨引入到压缩的材料中通常造成非常缓慢的吸收和饱和，经常要花费好几个小时。
本发明再充灌装在储罐或容器内的含氨的材料或使之吸收的装置和方法，可在储罐的全部材料中使氨均匀的分布。本发明的装置和方法使材料比先前的装置和方法能更快、更有效的饱和和再充灌。这样，储罐和其所容之物可被再使用，也许甚至可被使用多次，结果可节约制造和再循环的成本。
发明内容
本文披露了可避免现有技术的装置和方法缺点的装置和方法，同时可提供附加的结构和操作优点。
一般地说，氨储存材料组件包括储罐和装在其中的氨吸收和排出材料。该组件还包括一种装置，在材料一旦释放或排出其氨到废气处理系统中之后，该装置就将液体氨引入到氨吸收/排出材料内，以便再充灌该材料以重复使用。
在一实施例中，有用于储存和再充灌含氨的材料的组件，该组件包括储罐，储罐具有内部和长度、储存在储罐内部的紧凑的含氨的材料，以及定位在储罐内部以及含氨析材料内的再充灌元件。再充灌元件包括沿其长度的多个开口，该再充灌元件也定位成通过含氨的材料。
在揭示的用于排气系统中NOx的还原的、用来再充灌材料的方法中，该方法包括以下步骤：提供具有内部的密封容器；将再充灌装置定位在密封容器内部；将预定量的能够吸收和排出氨的材料提供到容器内部；加热该材料并从材料中释放出氨气到车辆的排气系统内以使NOx还原；将液体氨引入到再充灌装置内；以及用氨气再充灌该材料。
在另一实施例中，充灌材料的步骤包括液体氨传输到再充灌装置，通过再充灌装置的开口进入到材料内，并使该材料带有氨气饱和达到可用的水平。
在还有的另一实施例中，提供一种重复使用能够吸收和排出氨以用于排气流中NOx还原的材料的方法，该方法包括以下步骤：提供具有内部的密封储罐；将预定量的含氨的材料提供到容器内部；将具有多个开口的再充灌装置定位到密封储罐的内部并通过材料；以及将热量施加到含氨的材料，以从该材料中排出氨气达到预定水平并进入到车辆排气系统的后处理装置中；将液体氨引入到再充灌装置中；来自再充灌装置的开口的液体氨填满并进入到该材料中；用液体氨再充灌该材料达到可用的饱和水平；以及再次使用可再充灌的材料。
从以下的描述和附图中，可更容易地理解本发明上述的和其它的方面。
附图说明
图1是含有本发明组件的废气NOx还原（EGNR）系统的示意图；
图2是用来储存和再充灌氨吸收/放出材料的组件的分解立体图。
具体实施方式
参照图1和2，图中示出用于储存（特别是以固体形式）和递送氨气的组件和方法，以用来还原废气流中的NOx（EGNR）。本发明的组件（总的以标号10表示）将针对氨的储存和递送尤其是将氨气供应到压缩点火发动机中的情形进行讨论，并还针对一旦释放氨气用于NOx处理后便再充灌含有氨的材料的装置的情形进行讨论。氨气在用于减少NOx的汽车排气系统（未示出）中是有用的。由于汽车的排气系统，包括柴油机的排气系统是众所周知的，所以，不作详细的描述。
如图2所示，用于储存氨吸收/排出材料24的组件10最初包括储罐12。储罐12也称作容器或储存罐，其可具有任何合适的形状，但通常为具有外部12a和内部12b的圆筒形。储罐可以顶部12c和底部12d在两端密封。储罐12可由任何合适材料构造，该种材料应是坚固的以可加载和运输该材料。此外，构造储罐12的材料应可理想地传热，因为用于本装置内含有氨的材料14需要热量来从该材料中排出氨。铝片是用来以公知方式构造储罐12的合适材料。铝具有低的质量密度和良好的热导率。
如图2所示，含有氨或氨吸收/排出材料14可具有盘形，其便于加载到储罐内。应该理解到，尽管示出了盘形的含有氨的材料14，但该材料也可具有任何合适的形式，包括压缩的颗粒或紧密压紧粉末。此外，材料14，特别是呈颗粒形式的材料，可具有分散在全部材料中的金属片或块，其可提高材料的热导率。例如，可将铝覆盖的材料球的加载到储罐内，然后，紧密地压缩，将球压碎后导致材料在储罐内材料/金属片的随机分布。不管用于准备材料和将材料加载到储罐以供使用的技术如何，s重要的是，要在材料形成过程中防止氨的耗散。
用于本组件10的合适材料包括为氨提供固体储存介质的金属-氨络合物盐，并代表着用于氨储存和运输的安全、实用和紧凑的选择。通过将盐加热到10℃至熔点范围内的温度，加热到金属氨络合物盐的温度，例如，30°至70℃的温度，且较佳地为100°至500℃的温度，氨可从金属氨合物盐中释放出。一般地说，用于本装置的金属氨合物盐包括通用公式M(NH3)nXZ，其中，M是能够键联氨的一个或多个金属离子，例如，Li、Mg、Ca、Sr、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn等，n是通常为2-12的配位数，X是一个或多个阴离子，其取决于M的化合价，其中，X的代表实例是F、Cl、Br、I、SO4、MoO4、PO4等。较佳地，氨饱和氯化锶Sr（NH3）Cl2可用来形成本组件10的圆盘14。
为了在汽车排气系统中处理NOx时使用本发明装置组件10的氨，必须对储罐12和所装的含有氨的材料14施加足够的热量，由此，排出氨成为其有用的气体形式。为了帮助释放氨气，含有氨的材料14包括包围该材料的传热层或传热板16。传热层16可与储罐12的内部12b接触，由此，向含有氨的材料产生足够的热量，将氨气释放到排气系统中。替代地，含有氨的材料可放置在铝杯内，然后，将铝杯密封和堆叠在储罐内。
一旦从含有氨的材料14中释放或排出氨气达到预定的水平，目前对于乏氨的或氨已排出的材料，目前的做法是毁掉储罐12和回收该材料。在本发明的再充灌组件10之前，试图再饱和、再充灌或吸收具有氨的材料14是麻烦的过程，经常需要花过长的时间，甚至要好几个小时，来完成材料的再饱和。本组件10包括再充灌装置或元件18，其用于在材料14保留在储罐12内的同时对材料14再充灌。再充灌装置或元件18可呈管子的形式，具有的长度等于储罐12的长度，这样，当该装置安装在储罐内时，它通过乏氨的材料14。应该理解到，尽管再储罐装置被称作“管子”，但不必局限于笔直的形状。再储罐装置可包括任何合适的形状，包括直的形状、螺旋形状、弧形，或在实用上可匹配在储罐内的任何其它形状。
装置或元件18贯穿有多个开口或孔20，它们沿着装置的全长随机地布置。这样，当用氨再充灌氨已排出的材料14时，液体氨就通过管子，通过开口，并充满在材料的全长上。尽管再充灌装置18可安装在储罐内部的任何位置上，但装置18安装在储罐12内的中心位置可使液体在储存罐或储罐12的全长上径向向外且大致均匀地分布。尽管不希望受任何特殊理论的局限，但可以相信，当在使用过程中对材料加热时，释放的氨会在整个材料中留下多个空间或空隙。一旦再充灌后，液体氨会填满由排出的氨而在材料中留下的空隙，由此再充罐全部的材料。因此，将再充灌装置18放置在材料中，不管放置在材料中心处还是根据装置的设计放置在任何合适的地方，都会使液体氨有效地引入到全部的压缩材料14中，较之于通过储罐的一端让液体通过端帽12c、12d内的管嘴（未示出），这可以更有效地进行再充灌。
本发明方法对充灌装有含氨或氨吸收/排出材料14的储罐12提供有效的手段，以释放出氨气用于后处理装置（图1）中，还原车辆排气系统中的NOx。鞋子本发明方法中，提供具有内部12b的密封储罐12。使用公知的压紧或加载方法，将诸如合适盐那样预定量的含有氨的材料14，以合适的形式加载到储罐12的内部。沿着其长度具有多个开口20的再充灌装置18定位在密封储罐12的内部。
为了在材料一旦排出氨之后对材料14提供有效的再充灌，再充灌装置18也定位通过含有氨的材料。该方法还包括以下步骤：将从含有氨的材料14中释放出的达到预定水平的氨气，释放到车辆（未示出）的排气系统的后处理装置（图1），其用来还原排气流中的NOx。在氨气从含有氨的材料14中释放或排出到要求水平之后，该方法包括用氨再充灌该材料或使该材料吸收氨，以使它可再次用于废气处理系统中，不必移去储罐或其材料。再充灌方法包括将液体氨引入再充灌装置内，这可在灌装站或加油站内进行，或可在车辆定期维护保养期间进行。液体氨进入再充灌装置18，通过装置内多个开口或孔20，并充满到材料内。再充灌到可用水平的材料14可被再次用于后处理装置和系统中。该方法提供再使用含有氨的材料和其储罐的成本有效的手段。

Claims (19)

1.一种用于储存和再充灌氨以用于排气系统中NOx处理的组件，该组件包括：
具有内部空间的储罐；
储存在储罐的内部空间内的紧凑的氨吸收/排出材料；以及
定位在储罐的内部空间以及氨吸收/排出材料内的再充灌元件。
2.如权利要求1所述的组件，其特征在于，储罐是圆筒形的。
4.如权利要求1所述的组件，其特征在于，氨吸收/排出材料包括金属氨合物盐。
5.如权利要求1所述的组件，其特征在于，氨吸收/排出材料包括散布有吸热金属的金属氨合物盐。
6.如权利要求4所述的组件，其特征在于，金属氨合物盐包括氯化锶。
7.如权利要求1所述的组件，其特征在于，氨吸收/排出材料是可再充灌的。
8.如权利要求1所述的组件，其特征在于，再充灌元件中心地位于储罐内部空间内。
9.如权利要求1所述的组件，其特征在于，再充灌元件是管子。
10.如权利要求1所述的组件，其特征在于，再充灌元件是螺旋形。
11.如权利要求1所述的组件，其特征在于，再充灌元件具有的长度等于储罐的长度。
12.如权利要求1所述的组件，其特征在于，再充灌元件是包括多个沿着其长度的开口。
13.一种用来再充灌含氨的材料的方法，该方法包括以下步骤：
提供具有内部的密封储罐；
将预定量的能够吸收和排出氨的材料提供到储罐内部；
将再充灌装置定位在密封储罐的内部并通过所述材料；
加热所述材料；
从所述材料中释放出氨气到后处理装置内，以用于还原车辆废气流中的NOx；
使来自所述材料的氨气从原始的饱和水平下降到预定的水平；
将液体氨引入到再充灌装置内；以及
用氨再充灌该材料。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，该方法还包括再使用带有再充灌材料的储罐，以还原废气流中的NOx。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，再充灌装置包括多个沿着其长度的开口。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，定位再充灌装置的步骤包括将再充灌装置中心定位在储罐内。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，定位再充灌装置的步骤还包括让该装置中心地通过所述材料。
18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，再充灌材料的步骤包括通过再充灌装置引入液体氨。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，再充灌步骤还包括用液体氨将材料充满到可再使用的水平。
20.一种重复使用能够吸收和排出氨以用于排气流中NOx还原的材料的方法，该方法包括以下步骤：
提供具有内部的密封储罐；
将预定量的含氨的材料提供到储罐内部；
将再充灌元件定位到密封储罐的内部以及通过含氨的材料，所述再充灌元件沿着其长度具有多个开口；
将热量施加到含氨的材料并从所述材料中排出氨气达到预定水平并进入到后处理装置中；
将液体氨引入到再充灌元件中；
来自再充灌元件的开口的液体氨填满到所述材料中；
用液体氨再充灌含氨的材料达到可用的饱和水平；以及
在后处理装置中再使用可再充灌的含氨的材料。
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