CN107524502A - 具备快速启动的固体氨sscr还原剂供给系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有快速启动的固体氨SSCR还原剂供给系统，其特征在于：储氨罐内部填充固体储氨材料，固定隔板套在储氨罐上，储氨罐通过固定隔板固定在装置箱体内部，启动单元固定连接在固定隔板上，装置箱体前端开有尾气进气口，装置箱体后端开有尾气出气口，启动单元一端通过管路与下方储氨罐连接，启动单元另一端的连接氨气输出管，启动单元与储氨罐连接的管路上布置有单向阀，氨气输出管上布置由计量喷射模块。其利用发动机尾气的热量集中以及响应迅速的特点，快速加热，使储氨系统建立正常的压力，利用小型的快速启动容器单元，实现在较短的时间内氨气的快速供给，满足未来的更严格排放标准的要求。

Description

具备快速启动的固体氨SSCR还原剂供给系统
技术领域
本发明涉及一种具有快速启动的固体氨SSCR还原剂供给系统，属于机动车尾气后处理催化净化技术领域，柴油发动机排放污染物控制，尤其是氨为还原剂有效成分的选择性催化还原固态氨还原剂的供给系统技术方面。
背景技术
我国的汽车保有量逐年增长，成为了世界第一的汽车市场。对于柴油发动机车辆而言，颗粒物（PM）和氮氧化物（NOx）是其主要的污染物。目前处理NOx的主要技术路线是选择性催化还原（SCR）技术，SCR技术拥有较为明显的燃油经济性优势，同时技术有很好的延续性，可以持续应用到国六阶段。
现在使用的尿素水溶液还原剂需要经过水解、热解之后产生有效的氨气，然后在催化剂的作用下将氮氧化物转化成氮气和水。尿素水溶液的水解会降低排气温度，同时水解、热解不完全的尿素水溶液容易产生结晶，沉积在排气管路或是尿素喷嘴部位，堵塞排气管路会造成发动机动力的损失，燃油经济性恶化，排放恶化。堵塞喷嘴会使SCR系统无法正常工作。同时尿素水溶液的冰点为-11℃，低温环境下SCR系统无法正常工作。整车的排放控制并未发挥有效的作用。
基于固体储氨材料为还原剂的SCR（简称SSCR）系统是目前的发展方向，为了解决尿素水溶液还原剂存在的问题，直接使用氨气时SCR的理想技术方案。因此开发能够存储和释放氨气的新型还原剂材料是技术热点，许多的汽车厂和研究机构开展了相关的工作。
在专利号为CN 102733913 B（双级余热方式储氨供氨的系统）中公布了一种采用发动机的回流冷却液的余热来加热活性的储氨化合物，释放出氨的后处理系统。专利号为CN 103470347 A（用于产生氨的设备）介绍了一种氨发生设备，其中第一加热装置和第二加热装置分别安装在主存储器和副存储器内部并且独立操作。专利号为US2012/0045379 A1（一种利用真空泵从固体储氨材料中储存和供给氨气的方法），介绍了存储和输送氨的方法，储氨材料的加热方式为内置电加热或外置微波加热或红外加热。专利号为CN104234796 A（尤其用于机动车辆排气系统的具有优化的填充时间的氨存储筒）介绍了一种具有氨气导出通道的内置加热式或外包式加热的氨存储筒。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有快速启动的固体氨SSCR还原剂供给系统，其利用发动机尾气的热量集中以及响应迅速的特点，快速加热，使储氨系统建立正常的压力，利用小型的快速启动容器单元，实现在较短的时间内氨气的快速供给，满足未来的更严格排放标准的要求。
本发明的技术方案是这样实现的：具有快速启动的固体氨SSCR还原剂供给系统，由储氨罐、固体储氨材料、启动单元/气轨、单向阀、固定隔板、计量喷射模块、氨气输出管、装置箱体、尾气进气口、尾气出气口组成，其特征在于：储氨罐内部填充固体储氨材料，固定隔板套在储氨罐上，储氨罐通过固定隔板固定在装置箱体内部，启动单元固定连接在固定隔板上，装置箱体前端开有尾气进气口，装置箱体后端开有尾气出气口，启动单元一端通过管路与下方储氨罐连接，启动单元另一端的连接氨气输出管，启动单元与储氨罐连接的管路上布置有单向阀，氨气输出管上布置由计量喷射模块。
所述的储氨罐的数量为1-2个，固定隔板套在两个上下堆叠的储氨罐上，两个储氨罐通过固定隔板固定在装置箱体内部。
所述的启动单元数量为1-2个，两个启动单元串联或并联并通过固定隔板固定在装置箱体中；启动单元也可以为蛇形盘管缠绕在储氨罐上,启动单元采用10mm-200mm的不锈钢管或铝管。
本发明的积极效果是其使车辆在城市拥堵路况以及在冬季冷启动时能够实现快速释放氨气还原剂，减少了车辆NOx的排放；利用小型的快速启动容器单元（或，称为气轨），实现在较短的时间内氨气的快速供给，满足未来的更严格排放标准的要求。在北方冬季-20℃条件下，车辆冷启动时，系统在5min内即可达到工作压力，为SCR后处理器提供NH3还原剂。
附图说明
图1 为本发明的结构图。
图2 为本发明的实施例2示意图。
图3 为本发明的实施例3示意图。
图4 为本发明的实施例3示意图。
图5 为本发明的实施例4示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：如图1-5所示，具有快速启动的固体氨SSCR还原剂供给系统，由储氨罐1、固体储氨材料2、启动单元/气轨3、单向阀4、固定隔板5、计量喷射模块6、氨气输出管7、装置箱体8、尾气进气口9、尾气出气口10组成，其特征在于：储氨罐1内部填充固体储氨材料2，固定隔板5套在储氨罐1上，储氨罐1通过固定隔板5固定在装置箱体8内部，启动单元3固定连接在固定隔板5上，装置箱体8前端开有尾气进气口9，装置箱体8后端开有尾气出气口10，启动单元3一端通过管路与下方储氨罐1连接，启动单元3另一端的连接氨气输出管7，启动单元3与储氨罐1连接的管路上布置有单向阀4，氨气输出管7上布置由计量喷射模块6。
所述的储氨罐1的数量为1-2个，固定隔板5套在两个上下堆叠的储氨罐1上，两个储氨罐1通过固定隔板5固定在装置箱体8内部。
所述的启动单元3数量为1-2个，两个启动单元3串联或并联并通过固定隔板5固定在装置箱体8中；启动单元3也可以为蛇形盘管缠绕在储氨罐1上,启动单元采用10mm-200mm的不锈钢管或铝管。
实施例1
具备快速启动的固体氨SSCR还原剂供给系统，设置有一个储氨罐1，SCR后处理器所需的氨气还原剂来源于储氨罐1中的固体储氨材料2，储氨罐1和启动容器单元3封闭在一个装置箱体8中，装有固体氨罐的装置箱体8布置在尾气催化器的下游，流经催化器净化后的尾气进入固体氨罐的装置箱体8对储氨罐1和启动单元3加热释放氨气。
对于本发明中涉及的储氨罐1为圆柱形，主储氨罐的直径可以是200mm-600mm/长度可以是200mm-800mm的圆柱体，固定在装置箱体8中，其中填充有以氯化锶、氯化镁、氯化钙、氯化铝等无机盐的固体储氨材料2，用于吸附储存氨气，当被加热时就可以按需求释放氨气给SCR催化剂箱体单元，由于该储氨罐1的容积较大，内部填充的储氨材料被加热充分并建立起来稳定的氨气供应体系可能需要5-20分钟之间。快速启动单元可以选择一个直径10mm-200mm的无缝不锈钢管或高硅铝管进行制备，例如，可以选用50mm-200mm的一段管材，该管材的两端分别与直径为4mm的不锈钢或铝管焊接成为气体氨的进出口管，其中单向阀4的进口端又连接于箱体内的储氨罐1，单向阀4的出口再折回箱体中与启动单元3焊接，即启动单元3的进气管与放置在箱体外侧的单向阀4相连。启动单元3的出口管直接连接于计量喷射模块6上，直接导出氨气并参与SCR催化净化反应。
本实施例中的快速启动单元3的个数为1个，即1个储氨罐1配备1个启动单元3，启动单元3的容积应该在1L-2.5L之间，有别于储氨罐1中的填充的固体储氨材料2，需要加热才能释放出来氨气，而启动单元3中是充满气体氨气，并且进出口自动封闭，即保留上一次停车时留存的气体氨。随着车辆打火启动，经过排气系统传到过来的尾气的温度从室温逐步上升到150℃-250℃左右，启动单元3就会先于储氨罐1被迅速的加热，随着温度升高，启动单元3中的氨气压力也随之升高，其中启动单元3的压力可能是大于、等于、或小于0.1Mpa，几乎等同于停车前那一刻的压力状况，即状态方程恢复到停车前的状态。当启动单元3内部达到规定的压力2.5~3bar，后处理的催化剂载体也同步达到活化温度，启动单元3中的氨气开始喷射，SCR反应开始进行。
发动机启动后，排气温度会逐步升高到200℃以上，尾气进入还原剂供给装置箱体8，同时对快速启动单元3和储氨罐1单元加热，容器内的氨气压力会迅速升高，启动单元体积较小，可以在1~2min时间内建立了工作压力，其中的氨气量可以维持车辆行驶30min以上，此时储氨罐1主单元的温度已经达到规定温度，罐内的压力升高2.5~5bar，能够满足车辆的SCR系统的工作需求，而此时的快速启动单元3的作用就演变成一个‘管路’。当车辆停止时，主储氨罐单元内存在‘蓄热’，导致储氨罐1内的氨气压力较高，此时，可以实现对快速启动单元3的自动补给氨气。
实施例2
具备快速启动的固体氨SSCR还原剂供给系统，设置有两个储氨罐1，SCR后处理器所需的氨气还原剂来源于储氨罐1中的固体储氨材料2，储氨罐1和启动单元3封闭在一个装置箱体8中，装有固体氨罐的装置箱体8布置在尾气催化器的下游，流经催化器净化后的尾气进入固体氨罐的装置箱体8对储氨罐1和启动单元3加热释放氨气。
本发明中涉及储氨罐1为圆柱形，储氨罐1的直径可以是200mm-600mm/长度可以是200mm-800mm的圆柱体，固定在装置箱体8中，其中填充有以氯化锶、氯化镁、氯化钙、氯化铝等无机盐的固体储氨材料2，用于吸附储存氨气，当被加热时就可以按需求释放氨气给SCR催化剂箱体单元。快速启动单元3可以选择一个直径10mm-200mm的无缝不锈钢管或高硅铝管进行制备，例如，可以选用50mm-200mm的一段管材，该管材的两端分别于直径为4mm的不锈钢或铝管焊接成为气体氨的进出口管，其中单向阀4的进口端又连接于箱体内的两个储氨罐1出气管的汇总管，单向阀4的出口再折回装置箱体8中与启动单元3焊接，即启动单元3的进气管与放置在箱体外侧的单向阀4相连。启动单元3的出口管直接连接于计量喷射模块6上，直接导出氨气与排气管，参与SCR催化净化反应。
本实施例中的快速启动单元3的个数为1个，即两个储氨罐1配备1个启动单元3，是启动单元3的容积应该在1L-2.5L之间，有别于储氨罐1中的填充的固体储氨材料2，需要加热才能释放出来氨气，而启动单元3中是充满气体氨气，并且进出口自动封闭，即保留上一次停车时留存的气体氨，假如其体积为1L-2.5L的启动单元3，也就是其中充满1L-2.5L的气体氨，氨气存量的多少，取决于当前储氨罐1的使用里程多少，储氨罐1是新的时，启动单元3氨气存量略微多些，接近续航里程终点的，启动单元3的氨气存量略少，随着车辆打火启动，经过排气系统传到过来的尾气的温度从室温逐步上升到150℃-250℃左右，启动单元3就会先于主储罐被迅速的加热，随着温度升高，启动单元3中的氨气压力也随之升高，其中启动单元3的压力可能是大于、等于、或小于0.1Mpa，几乎等同于停车前那一刻的压力状况，即状态方程恢复到停车前的状态。当启动单元3内部达到规定的压力2.5~3bar时，后处理的催化剂载体也同步达到活化温度，启动单元3的氨气开始喷射，SCR反应开始进行。
发动机启动后，排气温度会逐步升高到200℃以上，尾气进入还原剂供给装置箱体8，同时对快速启动单元3和储氨罐1单元加热，容器内的氨气压力会迅速升高，启动单元3体积较小，可以在1~2min时间内建立了工作压力，其中的氨气量可以维持车辆行驶30min以上，此时两个储氨罐1的温度已经达到规定温度，罐内的压力升高2.5~5bar，能够满足车辆的SCR系统的工作需求，而此时的快速启动单元3的作用就演变成一个‘管路’。当车辆停止时，储氨罐1单元内存在‘蓄热’，导致罐内的氨气压力较高，此时，可以实现对快速启动单元3的自动补给氨气。
实施例3
具备快速启动的固体氨SSCR还原剂供给系统，设置有一个储氨罐1，SCR后处理器所需的氨气还原剂来源于储氨罐1中的固体储氨材料2，储氨罐1和启动单元3封闭在一个装置箱体8中，装有固体氨罐的装置箱体8布置在尾气催化器的下游，流经催化器净化后的尾气进入固体氨罐的装置箱体8对储氨罐1和启动单元3加热释放氨气。
对于本实施例中涉及储氨罐1为圆柱形，储氨罐1的直径可以是200mm-600mm/长度可以是200mm-800mm的圆柱体，固定在装置箱体8中，其中填充有以氯化锶、氯化镁、氯化钙、氯化铝等无机盐的固体储氨材料2，用于吸附储存氨气，当被加热时就可以按需求释放氨气给SCR催化剂箱体单元，由于该储氨罐1的容积较大，内部填充的储氨材料被加热充分并建立起来稳定的氨气供应体系可能需要5-20分钟之间，这对于车辆稳定行驶工况下的供氨没有问题，但是对于满足城市工况的WHTC/WHSC快速供氨要求，又略显不足。本实施例中的快速启动单元3的个数为2个，即一个储氨罐1配备2个启动单元3，这2个启动单元3在装置箱体8中的位置关系是采用4mm的不锈钢或铝管进行串联，如图3所示，或并联，如图4所示，均可。串/并联后的两个启动单元3的两端分别与直径为4mm的不锈钢或铝管焊接成为气体氨的进出口管，其中单向阀4的进口端又连接于箱体内的储氨罐1，单向阀4的出口再折回装置箱体8中与启动单元3焊接，即启动单元3的进气管与放置在箱体外侧的单向阀4相连。启动单元3的出口管直接连接于计量喷射模块6上，直接导出氨气与排气管，参与SCR催化净化反应。
本发明中的快速启动单元/气轨的个数为2个，每个启动单元3的容积应该在1L-2.5L之间，有别于储氨罐1中的填充的固体储氨材料2，需要加热才能释放出来氨气，而启动单元3中是充满气体氨气，并且进出口自动封闭，即保留上一次停车时留存的气体氨，假如其体积为1L-2.5L的启动单元3，也就是其中充满1L-2.5L的气体氨，氨气存量的多少，取决于当前储氨罐1的使用里程多少，储氨罐1是新的时，启动单元3氨气存量略微多些，接近续航里程终点的，启动单元3的氨气存量略少，随着车辆打火启动，经过排气系统传到过来的尾气的温度从室温逐步上升到150℃-250℃左右，启动单元3就会先于储氨罐1被迅速的加热，随着温度升高，启动单元3中的氨气压力也随之升高，其中启动单元3的压力可能是大于、等于、或小于0.1Mpa，几乎等同于停车前那一刻的压力状况，即状态方程恢复到停车前的状态。当启动单元3内部达到规定的压力2.5~3bar，后处理的催化剂载体也同步达到活化温度，启动单元3的氨气开始喷射，SCR反应开始进行。
发动机启动后，排气温度会逐步升高到200℃以上，尾气进入还原剂供给箱体，同时对快速启动容器单元/气轨和主储氨罐单元加热，容器内的氨气压力会迅速升高，启动单元体积较小，可以在1~2min时间内建立了工作压力，其中的氨气量可以维持车辆行驶30min以上，此时储氨罐主单元的温度已经达到规定温度，罐内的压力升高2.5~5bar，能够满足车辆的SCR系统的工作需求，而此时的快速启动单元/气轨的作用就演变成一个‘管路’。当车辆停止时，主储氨罐单元内存在‘蓄热’，导致罐内的氨气压力较高，此时，可以实现对快速启动容器单元/气轨的自动补给氨气。
实施例4
具备快速启动的固体氨SSCR还原剂供给系统，设置有一个储氨罐1，SCR后处理器所需的氨气还原剂来源于储氨罐1中的固体储氨材料2，储氨罐1和启动单元3封闭在一个装置箱体8中，装有固体氨罐的装置箱体8布置在尾气催化器的下游，流经催化器净化后的尾气进入固体氨罐的装置箱体8对储氨罐1和启动单元3加热释放氨气。
本发明中涉及储氨罐1为圆柱形，储氨罐1的直径可以是200mm-600mm/长度可以是200mm-800mm的圆柱体，固定在装置箱体8中，其中填充有以氯化锶、氯化镁、氯化钙、氯化铝等无机盐的固体储氨材料2，用于吸附储存氨气，当被加热时就可以按需求释放氨气给SCR催化剂箱体单元。快速启动单元/气轨可以采用10mm-20mm的不锈钢管或铝管，制备成蛇形盘管，围绕在主储罐的管柱外侧，总体容积为1L~2L，该管材的两端分别与直径为4mm的不锈钢或铝管焊接成为气体氨的进出口管，其中单向阀4的进口端又连接于箱体内的两个储氨罐1出气管的汇总管，单向阀4的出口再折回装置箱体8中与启动单元3焊接，即启动单元3的进气管与放置在箱体外侧的单向阀4相连。启动单元3的出口管直接连接于计量喷射模块6上，直接导出氨气与排气管，参与SCR催化净化反应。
本实施例中的快速启动单元3的个数为1个，即两个储氨罐1配备1个启动单元3，是启动单元3的容积应该在1L-2.5L之间，有别于储氨罐1中的填充的固体储氨材料2，需要加热才能释放出来氨气，而启动单元3中是充满气体氨气，并且进出口自动封闭，即保留上一次停车时留存的气体氨，假如其体积为1L-2.5L的启动单元3，也就是其中充满1L-2.5L的气体氨，氨气存量的多少，取决于当前储氨罐1的使用里程多少，储氨罐1是新的时，启动单元3氨气存量略微多些，接近续航里程终点的，启动单元3的氨气存量略少，随着车辆打火启动，经过排气系统传到过来的尾气的温度从室温逐步上升到150℃-250℃左右，启动单元3就会先于主储罐被迅速的加热，随着温度升高，启动单元3中的氨气压力也随之升高，其中启动单元3的压力可能是大于、等于、或小于0.1Mpa，几乎等同于停车前那一刻的压力状况，即状态方程恢复到停车前的状态。当启动单元3内部达到规定的压力2.5~3bar时，后处理的催化剂载体也同步达到活化温度，启动单元3的氨气开始喷射，SCR反应开始进行。
发动机启动后，排气温度会逐步升高到200℃以上，尾气进入还原剂供给装置箱体8，同时对快速启动单元3和储氨罐1单元加热，容器内的氨气压力会迅速升高，启动单元3体积较小，可以在1~2min时间内建立了工作压力，其中的氨气量可以维持车辆行驶30min以上，此时两个储氨罐1的温度已经达到规定温度，罐内的压力升高2.5~5bar，能够满足车辆的SCR系统的工作需求，而此时的快速启动单元3的作用就演变成一个‘管路’。当车辆停止时，储氨罐1单元内存在‘蓄热’，导致罐内的氨气压力较高，此时，可以实现对快速启动单元3的自动补给氨气。

Claims (3)

1.具有快速启动的固体氨SSCR还原剂供给系统，由储氨罐、固体储氨材料、启动单元/气轨、单向阀、固定隔板、计量喷射模块、氨气输出管、装置箱体、尾气进气口、尾气出气口组成，其特征在于：储氨罐内部填充固体储氨材料，固定隔板套在储氨罐上，储氨罐通过固定隔板固定在装置箱体内部，启动单元固定连接在固定隔板上，装置箱体前端开有尾气进气口，装置箱体后端开有尾气出气口，启动单元一端通过管路与下方储氨罐连接，启动单元另一端的连接氨气输出管，启动单元与储氨罐连接的管路上布置有单向阀，氨气输出管上布置由计量喷射模块。
2.根据权利要求1中所述的具有快速启动的固体氨SSCR还原剂供给系统，其特征在于所述的储氨罐的数量为1-2个，固定隔板套在两个上下堆叠的储氨罐上，两个储氨罐通过固定隔板固定在装置箱体内部。
3.根据权利要求1中所述的具有快速启动的固体氨SSCR还原剂供给系统，其特征在于所述的启动单元数量为1-2个，两个启动单元串联或并联并通过固定隔板固定在装置箱体中；启动单元也可以为蛇形盘管缠绕在储氨罐上,启动单元采用10mm-200mm的不锈钢管或铝管。
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