CN104487156A - 用于净化燃烧发动机的排放气体的方法和系统 - Google Patents

用于净化燃烧发动机的排放气体的方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN104487156A
CN104487156A CN201380036438.9A CN201380036438A CN104487156A CN 104487156 A CN104487156 A CN 104487156A CN 201380036438 A CN201380036438 A CN 201380036438A CN 104487156 A CN104487156 A CN 104487156A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ammonia
storage box
catalytic reduction
selective catalytic
solid sorbent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201380036438.9A
Other languages
English (en)
Inventor
弗朗索瓦·道尼尔
多米尼克·马杜
J·J·范夏夫汀根
保罗·乌戴尔斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Plastic Omnium Advanced Innovation and Research SA
Original Assignee
Inergy Automotive Systems Research SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inergy Automotive Systems Research SA filed Critical Inergy Automotive Systems Research SA
Publication of CN104487156A publication Critical patent/CN104487156A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409—Nitrogen oxides
    • B01D53/9431—Processes characterised by a specific device
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/90—Injecting reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409—Nitrogen oxides
    • B01D53/9413—Processes characterised by a specific catalyst
    • B01D53/9418—Processes characterised by a specific catalyst for removing nitrogen oxides by selective catalytic reduction [SCR] using a reducing agent in a lean exhaust gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/003—Storage or handling of ammonia
    • C01C1/006—Storage or handling of ammonia making use of solid ammonia storage materials, e.g. complex ammine salts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/08—Preparation of ammonia from nitrogenous organic substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/08—Preparation of ammonia from nitrogenous organic substances
    • C01C1/086—Preparation of ammonia from nitrogenous organic substances from urea
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F01N3/208—Control of selective catalytic reduction [SCR], e.g. dosing of reducing agent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/20—Reductants
    • B01D2251/206—Ammonium compounds
    • B01D2251/2062—Ammonia
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/20—Reductants
    • B01D2251/206—Ammonium compounds
    • B01D2251/2067—Urea
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/18—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an adsorber or absorber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/22—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a condensation chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/01—Adding substances to exhaust gases the substance being catalytic material in liquid form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/06—Adding substances to exhaust gases the substance being in the gaseous form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/10—Adding substances to exhaust gases the substance being heated, e.g. by heating tank or supply line of the added substance
    • F01N2610/105—Control thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/12—Adding substances to exhaust gases the substance being in solid form, e.g. pellets or powder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/1406—Storage means for substances, e.g. tanks or reservoirs
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

本发明涉及用于净化车辆的内燃烧发动机排放气体的SCR方法，根据该方法，在排放气体中只计量注入氨气，该方法包括从至少一种收附存储氨气的固体吸收基质释放氨气的步骤，和将所释放的氨气计量注入排放气体中的步骤。该方法包括再生固体吸收基质的步骤，该步骤在于：通过在安装在车上的加热器中热分解氨前体来产生用于重新装填的氨气；将用于重新装填的氨气引导至固体吸收基质，该用于重新装填的氨气被存储在固体吸收基质上。

Description

用于净化燃烧发动机的排放气体的方法和系统
本申请涉及用于通过仅注射氨气来净化燃烧发动机的排放气体的方法和系统，更具体地，其中所述氨气为一个或多个其上通过收附(sorption)而存储有氨气的固体吸收基质所释放的氨气。
有关车辆和卡车排放的法规包括减少向大气中释放氮氧化物NOx。一种已知的实现该目的的方法在于使用选择性催化还原(英文为“Selective Catalytic Reduction”，缩写为SCR)方法，该方法能够通过将还原剂(一般为氨)注入排放管线中来减少氮氧化物。该氨可以通过使用不同的技术来获得。一种已知技术基于固体吸收基质的使用，氨通过收附作用被困在该固体吸收基质上。一般地，固体吸收基质被存储在安装在车上的容器(或存储箱；在下文中称为基质存储容器)中。根据该已知技术，通过加热固体吸收基质来释放氨，所释放的氨随后被注入排放管线中。
该已知技术提供了优秀的性能，这是因为该技术允许将纯净的NH3送到车辆的排放气体中。
但是，该已知技术的主要缺点在于重新装填(即固体吸收基质的再生)过程的复杂性。事实上，实际的重新装填过程包括将基质存储容器连接到外部氨源(一般为高度加压的缸)上。在该过程中，基质存储容器必须从车辆上被拆卸下来，以便装填氨。而且，向固体基质中输送高压氨导致由于生热收附反应而产生大量的热量(可能的量级为数万J/mol NH3)，因此需要作为热沉的冷却单元。高温会损害系统的部件并导致长的再生时间。
鉴于上述缺点，需要改进用于再生固体吸收基质的方法。
本发明的一个目的在于通过提出一种用于净化车辆的内燃烧发动机的排放气体的SCR方法来解决上述问题，根据该方法，在排放气体中仅计量注入氨气，该方法包括从至少一种收附存储氨气的固体吸收基质释放氨气的步骤和在排放气体中计量注入所释放的氨气的步骤。根据本发明的一个方面，该方法包括再生固体吸收基质的步骤，该步骤在于：
通过在安装在车上的加热器中热分解氨前体来产生用于重新装填的氨气；
将用于重新装填的氨气引至固体吸收基质，该用于重新装填的氨气被存储在所述固体吸收基质上。
由此提出了一种原地再生方法。换句话说，固体吸收基质的再生是在车上进行。更准确地说，符合本发明的再生过程基于氨前体的分解。该分解是通过使用安装在车上的加热器来实现的。该分解导致产生用于重新装填的氨气。该用于重新装填的氨气随后被引导(即传送)至固体吸收基质并在该处被存储。根据本发明，没有使用外部氨源，并且固体吸收基质的再生不需要人工拆除步骤。因此，符合本发明的再生方法简单，并且更快更安全。此外，提高了系统的安全性，这是因为存储在固体吸收基质中的氨的量可以是非常有限的。
在一个优选的实施例中，在车上存储预定量的氨前体。例如，在车辆(发动机)工作期间，计算所期望的要被注射到加热器中的氨前体的量。该计算可以根据与已经注射到排放管线中的氨气的量相关的信息来进行。在一个具体的实施例中，该信息可以来自于温度传感器、压强传感器或流量计、或这些传感器的任何组合所提供的数据。在另一具体的实施例中，该信息可以来自于被配置为测量存储在固体吸收基质中的氨浓度的设备所提供的数据。在另一具体的实施例中，该信息可以来自于对氨的消耗估计。
符合本发明的SCR方法旨在在排放气体中仅注入氨气。换句话说，不在排放气体中注入氨前体。
在一个具体的实施例中，氨前体为尿素水溶液。
“尿素溶液”指的是一般为水溶液的任何包含尿素的溶液。本发明在使用具有质量标准的低共熔尿素水溶液(eutectic water/ureasolution)时获得良好的效果：例如，根据ISO 22241标准，对于溶液(商业尿素溶液)，尿素含量(在重量上)为31.8％至33.2％(即在重量上占32.5+/-0.7％)，因此可用的氨量为18.0％至18.8％。供应网在许多国家都有良好的部署，这使得该氨前体特别地具有吸引力。本发明还可以应用于同样呈水溶液形式的、以商品名DenoxiumTM销售的尿素/甲酸铵混合物，其成分之一(Denoxium-30)包含与溶液同等的氨量。后者具有只在-30℃(而不是-11℃)才开始结冰的优点，但其缺点在于与可能的甲酸释放相关的腐蚀问题。本发明还可以适用于甲酸胍(guanidiniumformate)。在低共熔尿素水溶液的情况下，本发明特别地有利，因为加油站普遍都有低共熔尿素水溶液。
根据本发明，没有在排放气体中注入尿素溶液。没有用于将尿素溶液运送到排放管线的管线(或通道)，也没有用于将尿素溶液注入排放气体中的计量设备。根据本发明，尿素溶液只被运送到加热器，在加热器处，尿素溶液热分解，以产生用于重新装填的氨气。
在一个具体的实施例中，尿素溶液在其热分解之前可以被部分地存储在位于加热器内部的室中。
在另一个具体的实施例中，固体吸收基质被存储在第一存储箱中，而氨前体则被存储在第二存储箱中。有利地，(存储氨前体的)第二存储箱以联通的方式与所述加热器连接，而所述加热器则以联通的方式与(存储固体吸收基质的)第一存储箱连接。在第一实施例中，第一存储箱和第二存储箱可以是不同的存储箱。在第二实施例中，第一存储箱和第二存储箱可以是同一容器的两个不同的室。
要注意的是，对于氨前体、特别是溶液(商业尿素溶液)，有众所周知的重新装填标准和系统。氨前体的存储箱的重新装填是普通的。例如，可以通过使用已有的标准设计喷嘴和/或带有专用接口的瓶子来实现该重新装填。
在一个具体的实施例中，加热器可以位于氨前体的存储箱的下方。在另一具体实施例中，加热器还可以位于氨前体的存储箱的底部。在这些具体的实施例中，一股(即部分)氨前体可以通过重力向加热器传输。
根据本发明，如果氨前体通过热分解产生水，则该水被从氨中分离并收集，并且优选地阻止该水被存储在固体吸收基质上。从氨以及一般性地从可能的其他热分解产物(一般为例如CO2的气体)中分离水可以通过使用冷凝器或一张或多张例如在US专利4758250披露的膜来实现，其中所述膜为聚合物膜。冷凝器可以是专用的冷凝器，该专用的冷凝器包括：拥有特定形状的管，该管的不同部分处于不同温度(如下文示例2所述地)；相变材料或任何其他用于冷却和冷凝气体的装置。可替代地，冷凝器可以是已经存在于车上的设备的一部分，例如车辆空调系统的一部分。
所收集的水可以在排放气体中气化，和/或所收集的水的至少一部分可以被存储，以便例如可用于溶解多余的氨，该多余的氨会过度地使固体吸收基质的存储箱受压(参见下述带有减压阀的实施例)。
使用气体管线来计量氨，该气体管线可以在靠近计量点处包括止回阀。
符合本发明的方法使用两个不同的存储箱：一个用于氨前体，一个用于收附存储氨的固体吸收基质。如专利申请WO 2006/012903所述，金属氨合盐(英语为：metal ammine salt；优选碱土金属氯化物)可以被用作氨的固体存储介质。
为了实施本发明的方法的热学步骤(根据情况，用于重新装填的氨气的产生、固体吸收基质的热解收附)，可以使用电阻加热元件。这些电阻加热元件可以是金属加热丝(线)、柔性加热器(即包括一个或多个附着在膜上或布置在两层膜之间的电阻轨的加热器，其中所述两层膜是两个大致平的支撑件，其材料和厚度使得这两层膜是柔性的)或任何其他类型的、具有适于被插入到SCR系统组件中和/或绕在SCR系统组件周围的形状、大小和柔性的电阻元件。正温度系数(英文为“Positive Temperature Coefficient”，缩写为PTC)元件更特别地适于加热。
在本发明的一个优选的实施例中，至少氨前体在加热器中的热分解是使用发动机(例如液体发动机冷却系统的流体)和/或排放管线(气体)散发的热量来进行的。例如，可以在车辆工作期间、并可能延长至发动机停止之后，通过加热器中的氨前体的一股(即部分)的热分解来形成适量(即用来运行SCR系统所需的量，直至氨前体分解产生足够的氨)的要存储在固体吸收基质上的氨，优选地也根据情况使用发动机和/或排放管线散发的热量来例如蒸发水。由此，在下一次发动机启动时，由于存储在固体吸收基质上的氨的快速解收附，可容易地获得SCR操作所必需的氨气量。
可以在恒定的温度下引发氨前体在加热器中的热分解。可替代地，在氨前体溶液的情况下，所述溶液可以首先与处于第一温度(例如在40℃-100℃的范围内)的加热设备接触而被加热，以使得水蒸发，直至氨前体达到固态。加热设备然后被加热到第二温度(例如在50℃-500℃的范围内)，在该第二温度下，固态的氨前体分解，同时产生氨气。当加热固体吸收基质以便释放氨的时候，有可能因为热惯性或加热功率调节有可能出现的故障而在系统内部产生过高的氨压强。为了释放高于给定设定点的压强，优选地通过安全阀门来释放多余的气态氨，该气态氨要么直接回到氨前体存储箱(这在固态的氨前体的情况下为优选实施例)，要么首先溶解在适量的水(例如根据情况来自于氨前体溶液蒸发的水)中，并在达到一定成分时故意进行存储，所述成分涉及可用氨含量与氨前体溶液的相同(在尿素前体溶液的情况下为优选的实施例)。在另一优选的实施例中，所释放的多余的氨可以仅溶解在水中，而由此获得的氨溶液可以在之后被用于氨的热生成和在固体吸收基质上的存储。
本发明还涉及用于实施上述SCR方法的系统，所述系统包括：
第一存储箱，该第一存储箱被安装在车辆上，并存储至少一种收附存储氨的固体吸收基质；
用于将固体吸收基质释放的氨气计量注入排放气体中的装置；
用于将一股氨前体溶液引导到安装在车辆上的加热器并允许该股溶液热分解以生成用于重新装填的氨气的装置；
用于将用于重新装填的氨气引导至存储在第一存储箱中的固体吸收基质的装置。
优选地，固体吸收基质的存储箱包括如上所述的减压阀，或与如上所述的减压阀相连接。
加热器可以是室，该室包含例如电阻加热元件的加热设备，和/或与如上所述的车上的可用热流接触。更一般性地，加热器为温度被控制在预先确定的范围内的室；在该预先确定的范围低于环境温度的情况下，在加热器中还提供冷却装置。换句话说，可以控制加热器，使得室中的温度上升或使得室中的温度降低。
用于将该股氨前体溶液引导至加热器的装置一般包括管道、阀门和可能的泵，但是如果加热器位于氨前体溶液的存储箱的下方，则可以仅通过重力来产生该股溶液。
用于使水与氨分离的装置可以是如上所述的冷凝器和/或膜。
用于将用于重新装填的氨气引导至固体存储吸收基质的存储箱的装置可以是简单的管(道)，而所述用于重新装填的氨气可以与其他气态分解产物(例如CO2)混合。
在一个实施例中，本发明的系统还包括允许释放固体吸收基质存储箱中高于给定设定点的压强的减压阀。优选地，该系统还包括用于将所释放的气体溶解在给定量的水中的装置，和用于将由此获得的溶液送回到氨前体溶液存储箱的装置。
通过所附图1至图3并借助以下示例来非限制性地说明本发明。在这些附图中，相同或相似的设备具有相同的附图标记。
示例1
图1为符合本发明的一个具体实施例的SCR系统的示意图。
如图1所示，在存储箱1中存储氨前体的液体溶液，并在存储箱2中存储固体吸收基质。存储箱1和存储箱2通过联通线9以联通的方式被连接在一起。联通线9包括加热器3和冷凝器4。
图4为符合本发明的一个具体实施例的存储箱2的示意图。如在该示例中所示，存储箱2包括一个单元格20。该单元格20包括两个室21和22，每个室都包含固体吸收基质。这些室可以包含相似或不同类型的固体吸收基质。室21和22被气流通道23分开。从(包含在室21和22中的)固体吸收基质释放的氨气以及(可能地)用于重新装填的氨气(由分解单元产生)可以通过通道23流向冷凝器4。当然，在另一实施例中，单元格20可以包括一个或两个以上的室。
根据本发明的另一具体的实施例，存储箱2可以包括多个串联和/或并联地连接的单元格。
图5为符合本发明的另一具体的实施例的存储箱2的示意图。如在该示例中所示，存储箱2包括三个单元格A、B、C，这三个单元格包含例如具有不同的氨收附特性的固体材料。存储箱2基于两层的单元。第一层包括单元格A和B，而第二层则包括单元格C。例如，单元格A和B填充有氯化镁，而单元格C则填充有氯化钙或氯化钡。一个填充有氯化镁的单元格(例如单元格A)被用于吸收分解单元3(即加热器)产生的氨，而另一之前饱和地充满(来自于分解单元3的)氨的单元格(例如单元格B)则被用于提供氨气，该氨气随后被单元格C吸收。当单元格A氨饱和而单元格B是空的的时候，单元格A和B的角色对调。该双层单元将一种基质材料(例如氯化镁)增强的用于捕获氨的吸收特性和第二种基质材料(例如氯化钙或氯化钡)用于使氨可容易地用于选择性催化还原(即用于净化排放气体)的解收附特性的优点相结合。
本发明的SCR系统被设计为在排放气体中只注入氨气(NH3)。因此，本发明的SCR系统简单有效，这是因为只有纯NH3被送到排放气体中。
如图1所示，存储箱2通过注射线10与排放管5连接，该注射线配置成只传输氨气。根据本发明的一个方面，固体吸收基质释放的氨气(NH3)流过注射线10，并被计量注入排放管5中。
根据本发明的另一方面，没有在排放管5中注入液体溶液。如图1所示，没有将存储在存储箱1中的液体溶液运输到排放管5的线(或管道)。液体溶液仅被运输到加热器3，在加热器处，液体溶液热分解，以产生用于存储在存储箱2中的固体吸收基质的用于重新装填的氨气。
存储在存储箱1中的液体溶液优选地为商业上可获得的品牌名称为的32.5％尿素溶液，但其他可溶性氨化合物(例如氨基甲酸铵或甲酸胍(guanidinium formate))也是合适的。溶液的一股(即部分)与加热器3接触，在该加热器处，发生水蒸发和尿素分解。水在冷凝器4中被进一步分离，而剩下的气流(即用于重新装填的氨气)通过存储箱2，在该存储箱处，氨被困在固体吸收基质上。
在一个具体的实施例中，例如当固体吸收基质氨饱和的时候，用于重新装填的氨气的一股(即部分)或全部可以流过注射线10，并可以被计量注入排放管5中。在该具体的实施例中，该股或全部的用于重新装填的氨气可以流过固体吸收基质，即该股或全部的用于重新装填的氨气没有被困在固体吸收基质上。
加热器3的热源可以来自于车辆热的部分，优选地为排放管线的一部分。可替代地，加热器还可以是电的。温度范围为40℃-500℃。如有必要，氨前体溶液可以被喷在加热设备上。至于存储箱2所含的物质，任何具有氨收附特性的材料都是适合的；但是，包含碱土金属氯化物的基质是特别合适的。当存储箱2内部的压强达到预先设定的水平时，多余的二氧化碳要么被困在冷凝的水中，要么被释放到排放管5中。在车辆工作中，氨从存储在存储箱2中的固体上解除收附，并被运输到SCR催化剂上游的排放管线5。冷凝过的水可以在车辆的排放管线中进一步汽化。
示例2
通过所附图2，该示例示出了冷凝器4由成形管制成的情况。存储箱1填充有尿素溶液。水蒸发和尿素分解导致的气流通过冷凝器的入口部分4a。水蒸气在设备的部分4b中冷凝，该部分4b具有低于部分4a的温度。液体水随后在部分4c中被收集，并通过打开阀门6被移除。氨蒸气通过冷凝器的部分4b的出口达到存储箱2。
示例3
在该例中，示例1的氨前体溶液与处于第一温度(例如在40℃-100℃范围内)的加热设备接触而被加热，以使得水蒸发。氨前体达到固态。然后加热设备被加热到第二温度(例如在50℃-500℃范围内)，固态的氨前体分解，同时产生氨气。
示例4
在该示例中，示例1的冷凝器被移除，通过使用加热设备出口处的膜或一系列的膜来实现水/气分离。
示例5
在该例中，存储箱1填充有固态的氨前体，例如呈粉末、颗粒或片状的尿素或氨基甲酸铵。该固体的一股(部分)被引至加热器，在该加热器处产生氨，该氨随后被困在存储箱2中的固体材料中。在该示例中不需要分离器设备(例如水冷凝器)。
示例6
通过图3，在该示例中描述该示例中的存储箱2的压强安全功能。当存储箱2内部的压强高于设定的数值时，压强阀门8打开，氨气通过线7流到存储箱1。氨随后溶解在存储于存储箱1中的溶液中。
在一个优选的实施例(未在图3中示出)中，线7没有将氨直接送回到存储箱1，而是将氨首先传送到室/存储箱中，在该室/存储箱处，氨溶在适量的水中，以达到正确的构成(优选地具有与存储箱1中的溶液相同的可用氨量)，由此获得的尿素溶液随后被送到存储箱1。
这可以例如通过在室中存储给定量的水、通过减去从释压开始时起由压差释放的氨量并通过在达到正确的氨浓度时将溶液送回存储箱来实现。

Claims (15)

1.一种用于净化车辆的内燃烧发动机排放气体的选择性催化还原方法，根据所述方法，在所述排放气体中仅计量注入氨气，所述方法包括从至少一种收附存储氨气的固体吸收基质释放氨气的步骤，以及将所释放的氨气计量注入所述排放气体中的步骤，其中，所述方法包括再生所述固体吸收基质的步骤，该再生步骤在于：
通过在安装在所述车辆上的加热器(3)中热分解氨前体来产生用于重新装填的氨气；
将所述用于重新装填的氨气引导至所述固体吸收基质，所述用于重新装填的氨气被存储在所述固体吸收基质上。
2.如权利要求1所述的选择性催化还原方法，其中，所述用于重新装填的氨气的一股被计量注入所述排放气体中。
3.如权利要求1和2中任一项所述的选择性催化还原方法，其中，所述固体吸收基质被存储在第一存储箱(2)中，而所述氨前体则被存储在第二存储箱(1)中，并且其中，所述第二存储箱(1)以联通的方式与所述加热器(3)连接，而所述加热器(3)以联通的方式与所述第一存储箱(2)连接。
4.如权利要求1至3中任一项所述的选择性催化还原方法，其中，所述方法包括借助于冷凝器(4)或至少一张膜来使水和所述用于重新装填的氨气分离的步骤。
5.如权利要求1至4中任一项所述的选择性催化还原方法，其中，所述氨前体为通过热分解来释放氨但不释放水的固体化合物。
6.如权利要求5所述的选择性催化还原方法，其中，所述氨前体为固体尿素或氨基甲酸铵或甲酸胍。
7.如权利要求1至4中任一项所述的选择性催化还原方法，其中，所述氨前体为尿素水溶液。
8.如权利要求7所述的选择性催化还原方法，其中，所述氨前体为低共熔尿素水溶液。
9.如上述权利要求中任一项所述的选择性催化还原方法，其中，所述氨前体在所述加热器中的热分解是使用所述发动机和/或排放气体散发的热量来进行的。
10.如上述权利要求中任一项所述的选择性催化还原方法，其中，所述氨前体的热分解是在车辆工作期间在所述加热器中进行的并延长到发动机停止之后。
11.如上述权利要求中任一项所述的选择性催化还原方法，其中，其中存储有所述固体吸收基质的所述第一存储箱与安全阀门连接，所述安全阀门被配置为释放多余的气态氨，以释放高于给定设定点的压强。
12.如权利要求11所述的选择性催化还原方法，其中，所述氨前体为尿素水溶液，并且，通过所述安全阀门释放的多余的气态氨在回到所述氨前体存储箱之前首先被溶解在适量的水中。
13.用于实施如上述权利要求中任一项所述的选择性催化还原方法的系统，所述系统包括：
第一存储箱，所述第一存储箱被安装在车辆上，并且存储至少一种收附存储氨的固体吸收基质；
用于在所述排放气体中计量注入所述固体吸收基质释放的氨气的装置；
用于将氨前体溶液的一股引导至安装在所述车辆上的加热器并允许该股溶液热分解以产生用于重新装填的氨气的装置；
用于将所述用于重新装填的氨气引导到存储在所述第一存储箱中的所述固体吸收基质的装置。
14.如权利要求13所述的系统，所述系统包括安装在所述车辆上的第二存储箱，所述第二存储箱存储所述氨前体溶液。
15.如权利要求13和14中任一项所述的系统，所述系统包括用于使水和氨分离的装置。
CN201380036438.9A 2012-05-09 2013-05-10 用于净化燃烧发动机的排放气体的方法和系统 Pending CN104487156A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20120167220 EP2662128A1 (en) 2012-05-09 2012-05-09 Method and system for purifying the exhaust gases of a combustion engine
EP12167220.8 2012-05-09
EP12199282.0 2012-12-21
EP12199282.0A EP2662549B1 (en) 2012-05-09 2012-12-21 Method and system for purifying the exhaust gases of a combustion engine.
PCT/EP2013/059735 WO2013167738A1 (en) 2012-05-09 2013-05-10 Method and system for purifying the exhaust gases of a combustion engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104487156A true CN104487156A (zh) 2015-04-01

Family

ID=48407534

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380036438.9A Pending CN104487156A (zh) 2012-05-09 2013-05-10 用于净化燃烧发动机的排放气体的方法和系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9393523B2 (zh)
EP (2) EP2662128A1 (zh)
CN (1) CN104487156A (zh)
WO (1) WO2013167738A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108119208A (zh) * 2016-11-30 2018-06-05 上海汽车集团股份有限公司 车辆尾气处理系统

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2784282B1 (en) * 2013-03-29 2017-11-01 Inergy Automotive Systems Research (Société Anonyme) A tank for selective catalytic reduction purification of the exhaust gases of a combustion engine of a vehicle
EP2846011A1 (en) * 2013-09-04 2015-03-11 Inergy Automotive Systems Research (Société Anonyme) Method and system for purifying the exhaust gases of a combustion engine
CN108525468A (zh) * 2018-04-24 2018-09-14 成都玉龙化工有限公司 一种放空气回收系统
US10767532B2 (en) * 2018-06-13 2020-09-08 Deere & Company Exhaust gas treatment system and method having improved low temperature performance
US10718245B2 (en) 2018-06-13 2020-07-21 Deere & Company Exhaust gas treatment system and method having improved low temperature performance
US20230160080A1 (en) * 2021-11-23 2023-05-25 Halliburton Energy Services, Inc. Methods of forming aqueous urea utilizing carbon dioxide captured from exhaust gas at wellsite

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060117741A1 (en) * 2002-11-06 2006-06-08 Thorsten Mayer Method for after treatment of exhaust gases, and exhaust gas after treatment array
CN101018597A (zh) * 2004-07-14 2007-08-15 伊顿公司 用于减少废气排放的混合催化剂体系
WO2010105833A1 (en) * 2009-03-18 2010-09-23 Amminex A/S Improved method for storing and delivering ammonia from solid storage materials using a vacuum pump
US20110138780A1 (en) * 2009-11-12 2011-06-16 IFP Energies Nouvelles Method of treating pollutants contained in exhaust gases, notably of an internal-combustion engine, and system using same
JP2011226434A (ja) * 2010-04-22 2011-11-10 Isuzu Motors Ltd Ｓｃｒ装置へのアンモニア供給システム

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4758250A (en) 1987-06-01 1988-07-19 Air Products And Chemicals, Inc. Ammonia separation using ion exchange polymeric membranes and sorbents
US6361754B1 (en) * 1997-03-27 2002-03-26 Clean Diesel Technologies, Inc. Reducing no emissions from an engine by on-demand generation of ammonia for selective catalytic reduction
US20090280047A1 (en) 2004-08-03 2009-11-12 Claus Hviid Christensen Solid ammonia storage and delivery material
FR2879238B1 (fr) 2004-12-14 2010-02-19 Inergy Automotive Systems Res Procede et systeme de stockage et d'injection d'un additif dans des gaz d'echappement d'un moteur
US8015801B2 (en) * 2006-09-18 2011-09-13 Ford Global Technologies, Llc Management of a plurality of reductants for selective catalytic reduction
DE102006061370A1 (de) * 2006-12-22 2008-06-26 Amminex A/S Verfahren und Vorrichtung zur Ammoniakspeicherung und -zufuhr unter Verwendung von in-situ-Wiedersättigung einer Zufuhreinheit
US7954311B2 (en) * 2007-03-15 2011-06-07 Ford Global Technologies, Llc Ammonia vapor management system and method
DE102009047338A1 (de) * 2009-12-01 2011-06-09 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Reduktionsmittelbereitstellung für einen Kraftfahrzeugkatalysator
DE102009047433A1 (de) * 2009-12-03 2011-06-09 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Befüllung von Speicherbehältern für eine NOx-Reduktion mit Speichersubstanzen
DE102009060288A1 (de) * 2009-12-23 2011-06-30 Volkswagen AG, 38440 Verfahren zum Betreiben eines Ammoniakspeichersystems eines SCR-Katalysatorsystems sowie Ammoniakspeichersystem
EP2361883A1 (en) * 2010-02-25 2011-08-31 Amminex A/S Method for determining the degree of saturation of solid ammonia storage materials in containers
FR2957630A1 (fr) * 2010-03-19 2011-09-23 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif d'injection dans une ligne d'echappement d'un agent reducteur gazeux
CN102917964A (zh) * 2010-04-21 2013-02-06 万国引擎知识产权有限责任公司 Nh3储罐的再充灌装置和方法
EP2388058A1 (en) * 2010-05-19 2011-11-23 Amminex A/S Method and device for re-saturation of ammonia storage material in containers
WO2013082078A1 (en) * 2011-12-02 2013-06-06 Cummins Inc. Solid storage media charging with ammonia for use in selective catalytic reduction

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060117741A1 (en) * 2002-11-06 2006-06-08 Thorsten Mayer Method for after treatment of exhaust gases, and exhaust gas after treatment array
CN101018597A (zh) * 2004-07-14 2007-08-15 伊顿公司 用于减少废气排放的混合催化剂体系
WO2010105833A1 (en) * 2009-03-18 2010-09-23 Amminex A/S Improved method for storing and delivering ammonia from solid storage materials using a vacuum pump
US20110138780A1 (en) * 2009-11-12 2011-06-16 IFP Energies Nouvelles Method of treating pollutants contained in exhaust gases, notably of an internal-combustion engine, and system using same
JP2011226434A (ja) * 2010-04-22 2011-11-10 Isuzu Motors Ltd Ｓｃｒ装置へのアンモニア供給システム

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108119208A (zh) * 2016-11-30 2018-06-05 上海汽车集团股份有限公司 车辆尾气处理系统
CN108119208B (zh) * 2016-11-30 2020-09-29 上海汽车集团股份有限公司 车辆尾气处理系统

Also Published As

Publication number Publication date
EP2662549B1 (en) 2016-07-13
US9393523B2 (en) 2016-07-19
EP2662128A1 (en) 2013-11-13
WO2013167738A1 (en) 2013-11-14
US20150118132A1 (en) 2015-04-30
EP2662549A1 (en) 2013-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104487156A (zh) 用于净化燃烧发动机的排放气体的方法和系统
US6387336B2 (en) Method and device for selective catalytic NOx reduction
US8551219B2 (en) Method for storing and delivering ammonia from solid storage materials using a vacuum pump
US10695719B2 (en) Producing ammonium carbamate and reducing nitrogen oxides
US9021790B2 (en) Recharge device and method for NH3 cartridge
JP6385422B2 (ja) 自動車の燃焼機関の排気ガスの選択的接触還元浄化のためのタンク
JP2013520386A (ja) 容器内の固体アンモニア貯蔵材料の飽和度を判定する方法
JP2017530285A (ja) 車両において使用するためのアンモニア前駆体発生システム
CN105246829B (zh) 氨的储存结构和相关系统
Johannessen et al. Ammonia storage and delivery systems for automotive NOx aftertreatment
EP2746548B1 (en) Method and system for purifying the exhaust gases of a combustion engine.
CN107355284B (zh) 发动机余热加热方式的固体氨氨气自动补给系统
US8549849B2 (en) Insulated main NH3 cartridge system with separate start-up unit
CN105377762B (zh) 氨的储存结构和相关系统
WO2013165430A1 (en) Ammonia flow modulator to prevent moisture build-up

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
AD01 Patent right deemed abandoned

Effective date of abandoning: 20171003

AD01 Patent right deemed abandoned