CN109882269B - 解吸-储氨式固态氨除NOx系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种解吸‑储氨式固态氨除NO_X系统，包括固态氨反应器(1)、储氨器(3)以及催化反应器(5)；所述固态氨反应器(1)的出口经冷凝部入口管路(9)和控压阀(2)连接至储氨器(3)的入口；所述储氨器(3)的出口经控压阀(4)连接至催化反应器(5)的入口；所述储氨器(3)包括冷凝部(31)、蒸发部(32)；所述冷凝部(31)、蒸发部(32)均设置有氨容纳空间。本发明中的储氨器中的冷凝部可起到缓冲作用、蒸发部可起到稳定供氨作用。通过维持储氨器冷凝部的冷凝温度及蒸发部的蒸发温度稳定，并对控压阀进行调节，即可使整个系统的除NOx工作过程稳定可控。

Description

解吸-储氨式固态氨除NOx系统

技术领域

本发明涉及除NO_X系统，具体地，涉及一种解吸-储氨式固态氨除NO_X系统。

背景技术

在全球积极研究降低机车尾气中NOx含量的背景下，除NOx系统得到了越来越广泛的应用。在柴油机NOx净化技术中，现有和已证实的技术方案主要包括氨选择性催化还原技术(NH3-Selective Catalytic Reduction，简称，NH3-SCR)、烃选择性催化还原技术(HC-Selective Catalytic Reduction，HC-SCR)、储存-还原技术 (NOx-Storage/Reduction，NSR)、NOx和PM净化技术和四元催化技术。其中，应用最广泛的脱硝技术是尿素-SCR技术，即NH3-SCR技术。然而，尿素-SCR 技术工艺在实际应用中存在成本高、低温 NOx转化率低、尿素结晶、不完全分解条件下结焦、有效氨含量低等问题(32.5％尿素溶液理论氨含量在18.42％左右)。而固态氨作为一种更安全稳定的储氨源，可以有效克服以上问题。因此，固态氨除NOx技术受到了行业科研工作者和企业们的高度重视。

国内外学者从材料、部件、系统的层面都对固态氨除NOx系统进行过研究。其中，专利文献，申请号为CN201810322656.3，公布号为CN108554376A，公开了一种固态多盐吸附剂以及固态多盐储氨模块，研发的固态多盐吸附剂的吸附解吸性能连续，有助于系统对固态氨储氨模块的温度调控，一定程度上拓展了单一吸附剂的温度适用范围；专利文献，申请号为CN201810236718.9，公布号为 CN108487974A，公开了一种具有温域自适应功能的多温域复合卤化物储氨罐结构，提供了一种具有温域自适应功能的多温域复合卤化物储氨罐结构，以烟气余热驱动解吸氨气为主，避免传统储氨罐电加热、循环流体加热的能源消耗问题，提高余能利用率；专利文献，申请号为CN201710188384.8，公布号为CN107014106A，公开了一种基于多盐复合吸附剂的制冷与除NOx联合循环系统及其应用，通过设置吸附式制冷循环和催化反应器，及其之间连接关系和阀门控制方式，使得吸附式制冷循环和尾气净化均得以实现，且使系统结构更加简单，更加小型化，更便于安装在空间狭小的机车上。

但由于一般的固态氨除NOx系统中，固态氨反应器解吸氨的速率会受固态氨反应器加热模块的温度、固态氨反应器中有效固态氨组分含量的影响，无法达到稳定的解吸速率，使得进入催化反应器中的氨量调控困难。到目前为止，还没有研究提出一种固态氨反应器解吸氨速率可控的解决方案。如果解决这一技术难题，将提高整个除 NOx系统的反应可控性与经济性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种解吸-储氨式固态氨除NOX系统。

根据本发明提供的一种解吸-储氨式固态氨除NOX系统，包括固态氨反应器、储氨器以及催化反应器；

所述固态氨反应器的出口经冷凝部入口管路和控压阀连接至储氨器的入口；所述储氨器的出口经控压阀连接至催化反应器的入口；

所述储氨器包括冷凝部、蒸发部；

所述冷凝部、蒸发部均设置有氨容纳空间；

所述冷凝部的氨容纳空间和蒸发部的氨容纳空间之间通过连接管路相连通。优选地，所述固态氨反应器包括填充部、加热部；

所述加热部设置在填充部上；

所述填充部的出口经冷凝部入口管路连接至冷凝部的入口。优选地，所述冷凝部的出口经连接管路连接至蒸发部的入口；所述冷凝部的出口处位于冷凝部的氨容纳空间的位置；

所述蒸发部的入口位于蒸发部的氨容纳空间的位置。

优选地，所述蒸发部的出口依次经控压阀入口管路、控压阀以及催化反应器入口管路连接至催化反应器的入口。

优选地，所述填充部的组分包括卤化盐和/或硫化膨胀石墨；

所述卤化盐包括氯化钙、氯化锶以及氯化锰中的任一种或任多种。优选地，所述加热部采用电加热或尾气余温加热。

优选地，所述冷凝部的截面积大于蒸发部的截面积。优选地，所述填充部的组分包括卤化盐和/或膨胀石墨。优选地，包括第一工作模式；

在第一工作模式中：所述冷凝部的冷凝温度及蒸发部的蒸发温度受控于环境温度；通过所述加热部采用电加热使得所述填充部中固态氨发生解吸作用，并产生氨蒸气；氨蒸气从固态氨反应器的出口流出后经冷凝部入口管路和控压阀进入冷凝部，氨蒸气在冷凝部发生冷凝作用，使得冷凝部内液位上升；从蒸发部蒸发出的饱和氨经控压阀后形成氨蒸气进入催化反应器中参与除NOx反应。

优选地，包括第二工作模式；

在第二工作模式中：所述冷凝部的冷凝温度及蒸发部的蒸发温度受控于环境温度；通过所述加热部采用尾气余热加热使得所述填充部中固态氨发生解吸作用，并产生氨蒸气；氨蒸气从固态氨反应器的出口流出后经冷凝部入口管路和控压阀进入冷凝部，氨蒸气在冷凝部发生冷凝作用，使得冷凝部内液位上升；从蒸发部蒸发出的饱和氨经控压阀后形成氨蒸气进入催化反应器中参与除NOx反应。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、由于固态氨反应器填充部解吸氨的速率会随着填充部有效固态氨含量的下降以及加热部温度的变化而变化，直接供给氨蒸气进入催化反应器将使得内部催化反应不稳定。本发明中的储氨器中的冷凝部可起到缓冲作用、蒸发部可起到稳定供氨作用。通过维持储氨器冷凝部的冷凝温度及蒸发部的蒸发温度稳定，并对控压阀进行调节，即可使整个系统的除NOx工作过程稳定可控。

2、本发明最有意义的创新点在于新增加了一个缓冲环节，可以解决已有的固态氨除NOx技术中长期未有效解决的问题，提升了固态氨除NOx系统的应用效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的解吸-储氨式固态氨除NO_X系统的整体结构示意图。

下表为说明书附图中的各个附图标记的含义：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种解吸-储氨式固态氨除NO_X系统，包括固态氨反应器1、储氨器3以及催化反应器5；所述固态氨反应器1的出口经冷凝部入口管路9和控压阀2连接至储氨器3的入口；所述储氨器3的出口经控压阀4连接至催化反应器5的入口；所述储氨器3包括冷凝部31、蒸发部32；所述冷凝部31、蒸发部32均设置有氨容纳空间；所述冷凝部31的氨容纳空间和蒸发部32的氨容纳空间之间通过连接管路8相连通。所述固态氨反应器1包括填充部11、加热部12；所述加热部12设置在填充部11 上；所述填充部11的出口经冷凝部入口管路9和控压阀2连接至冷凝部31的入口。

所述冷凝部31的出口经连接管路8连接至蒸发部32的入口；所述冷凝部31的

出口处位于冷凝部31的氨容纳空间的位置；所述蒸发部32的入口位于蒸发部 32的氨容纳空间的位置。

所述蒸发部32的出口依次经控压阀入口管路7、控压阀4以及催化反应器入口管路6连接至催化反应器5的入口。

所述填充部11的组分包括卤化盐和/或硫化膨胀石墨；所述卤化盐包括氯化钙、氯化锶以及氯化锰中的任一种或任多种。优选地，卤化盐与膨胀硫化石墨按质量比4∶1混合制备而成的复合吸附剂。所述加热部12采用电加热或尾气余温加热。所述冷凝部31 的截面积大于蒸发部32的截面积。

所述填充部11的组分包括卤化盐和/或膨胀石墨。

本发明提供的解吸-储氨式固态氨除NO_X系统，包括第一工作模式；在第一工作模式中：所述冷凝部31的冷凝温度及蒸发部32的蒸发温度受控于环境温度；通过所述加热部12采用电加热使得所述填充部11中固态氨发生解吸作用，并产生氨蒸气；氨蒸气从固态氨反应器1的出口流出后经冷凝部入口管路9和控压阀2进入冷凝部31，氨蒸气在冷凝部 31发生冷凝作用，使得冷凝部31内液位上升；从蒸发部32蒸发出的饱和氨经控压阀4 后形成氨蒸气进入催化反应器5中参与除NO_X反应。

本发明提供的解吸-储氨式固态氨除NO_X系统，包括第二工作模式；在第二工作模式中：所述冷凝部31的冷凝温度及蒸发部32的蒸发温度受控于环境温度；通过所述加热部12采用尾气余热加热使得所述填充部11中固态氨发生解吸作用，并产生氨蒸气；氨蒸气从固态氨反应器1的出口流出后经冷凝部入口管路9和控压阀2进入冷凝部31，氨蒸气在冷凝部31发生冷凝作用，使得冷凝部31内液位上升；从蒸发部32蒸发出的饱和氨经控压阀4后形成氨蒸气进入催化反应器5中参与除NO_x反应。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、

“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，本发明使用的序数形容词“第一”、“第二”及“第三”等用来描述共同的对象，仅表示指代相同对象的不同实例，而并不是要暗示这样描述的对象必须采用给定的顺序，无论是时间地、空间地、排序地或任何其它方式。

如图1所示，本发明提供了一种解吸-储氨式固态氨除NO_X系统，优选的为应用在尾气处理中的一种解吸-储氨式固态氨除NO_X系统，包括固态氨反应器1；所述固态氨反应器包括填充部11；所述填充部11的组分包括各种卤化盐和/或硫化膨胀石墨；所述卤化盐和/或硫化膨胀石墨的组分为本发明的其中一个优选方案；本发明中的填充部11的组分还可以包括卤化盐和/或膨胀石墨等，也均在本发明的保护范围内；本发明之所以优选以硫化膨胀石墨作为卤化盐的基质来制备吸附剂，是因为硫化膨胀石墨相对于膨胀石墨的导热和传质性能更好；所述固态氨反应器1具有加热部12；所述加热部12可采用电加热或尾气余热加热，均在本发明的保护范围内；所述解吸-冷凝储氨式固态氨除NO_X系统，还包括所述解吸-储氨式固态氨除NO_X系统，还包括储氨器3；所述储氨器3包括冷凝部31、蒸发部32；所述冷凝部31的进口通过冷凝部入口管路9和控压阀2与固态氨反应器1相连；所述冷凝部31 的出口与所述蒸发部32的进口相连；所述冷凝部31和蒸发部32的温度直接受控于环境温度；所述解吸-储氨式固态氨除NO_X系统，还包括控压阀4；所述控压阀4的进口与所述储氨器的蒸发部32的出口通过控压阀入口管路7相连；所述解吸-储氨式固态氨除NO_X系统，还包括催化反应器5；所述催化反应器5的进口与所述控压阀4的出口通过催化反应器入口管路6相连；

本发明提供的解吸-储氨式固态氨除NO_X系统，还包括第一工作模式；在第一工作模式中，储氨器冷凝部31的冷凝温度及蒸发部32的蒸发温度受控于环境温度；固态氨反应器的加热部12采用电加热的工作模式，使得固态氨反应器1的填充部11中固态氨发生解吸作用，过热的氨蒸气从固态氨反应器1的出口流出后通过冷凝部入口管路9和控压阀2进入储氨器的冷凝部31，在冷凝部31发生冷凝作用，使得冷凝部31内液位上升。但由于所设计的冷凝部31具有较大截面积，因此，冷凝部31的液位变化上升/波动是平稳的，发挥缓冲作用，具有较小截面积的蒸发部32液位变化也是平稳的。从蒸发部32蒸发出的饱和氨经过控压阀4后变成过热氨蒸气进入催化反应器5中参与除NOx反应；蒸发部32蒸发作用所损耗的氨将由冷凝部31持续供给，确保蒸发部31液位的稳定可控，进而确保蒸发速率的稳定可控；

本发明提供的解吸-储氨式固态氨除NO_x系统，还包括第二工作模式；在第二工作模式中，储氨器冷凝部31的冷凝温度及蒸发部32的蒸发温度受控于环境温度；固态氨反应器的加热部12采用尾气余热加热的工作模式，使得固态氨反应器的填充部11中固态氨发生解吸作用，过热的氨蒸气从固态氨反应器1的出口流出后通过冷凝部入口管路9和控压阀 2进入储氨器的冷凝部31，在冷凝部31发生冷凝作用，使得冷凝部31内液位上升。但由于所设计的冷凝部31具有较大截面积，因此冷凝部31的液位变化上升/波动是平稳的，发挥缓冲作用，具有较小截面积的蒸发部32液位变化也是平稳的。从蒸发部32蒸发出的饱和氨经过控压阀4后变成过热氨蒸气进入催化反应器5中参与除NOx反应；蒸发部 32蒸发作用所损耗的氨将由冷凝部31持续供给，确保蒸发部31液位的稳定可控，进而确保蒸发速率的稳定可控；蒸发部液位的稳定可控意味着即使在尾气波动情况下固态氨反应器的填充部解吸作用剧烈波动，蒸发部依然可以提供稳定的蒸发速率。

本发明还提供了一种上述的解吸-储氨式固态氨除NO_x系统的控制方法，包括利用储氨器和控压阀对进入催化反应器中的氨蒸气量进行控制的步骤。

为了便于对本发明技术方案的进一步理解，下面将以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。固态氨反应器1的填充部11内含200g有效固态氨，在尾气余热的加热作用下解吸氨气，如不外接储氨器解吸速率将在0.02g/s到0.1g/s之间波动。外接储氨器2，冷凝部21截面面积的当量直径为10cm，蒸发部22截面面积的当量直径为2cm。冷凝部21和蒸发部22温度都受控于环境温度，假设环境温度为25℃，冷凝部21温度比环境温度高5℃，对应压力为1.17MPa，蒸发部22 温度比环境温度低5℃，对应压力为0.86MPa。在控压阀3关闭的情况下，蒸发部22液位上升的速率将在0.002mm/s到0.01mm/s的范围内，当固态氨反应器1的填充部11 的氨量只剩30％时，蒸发部22的液位最多上升15mm，在稳定蒸发温度的条件下对蒸发速率几乎没有影响。当开启控压阀3后，阀后背压调节为0.42MPa，由压差驱动完成稳定蒸发作用。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种解吸-储氨式固态氨除NO_X系统，其特征在于，包括固态氨反应器(1)、储氨器(3)以及催化反应器(5)；

所述固态氨反应器(1)的出口经冷凝部入口管路(9)和控压阀(2)连接至储氨器(3)的入口；

所述储氨器(3)的出口经控压阀(4)连接至催化反应器(5)的入口；所

述储氨器(3)包括冷凝部(31)、蒸发部(32)；

所述冷凝部(31)、蒸发部(32)均设置有氨容纳空间；

所述冷凝部(31)的氨容纳空间和蒸发部(32)的氨容纳空间之间通过连接管路(8)相连通；

所述固态氨反应器(1)包括填充部(11)、加热部(12)；

所述加热部(12)设置在填充部(11)上；

所述填充部(11)的出口经冷凝部入口管路(9)和控压阀(2)连接至冷凝部(31)的入口；

所述冷凝部(31)的出口经连接管路连接至蒸发部(32)的入口；

所述冷凝部(31)的出口处位于冷凝部(31)的氨容纳空间的位置；

所述蒸发部(32)的入口位于蒸发部(32)的氨容纳空间的位置。

2.根据权利要求1所述的解吸-储氨式固态氨除NO_X系统，其特征在于，所述蒸发部(32)的出口依次经控压阀入口管路(7)、控压阀(4)以及催化反应器入口管路(6)连接至催化反应器(5)的入口。

3.根据权利要求1所述的解吸-储氨式固态氨除NO_X系统，其特征在于，所述填充部(11)的组分包括卤化盐和/或硫化膨胀石墨；

所述卤化盐包括氯化钙、氯化锶以及氯化锰中的任一种或任多种。

4.根据权利要求1所述的解吸-储氨式固态氨除NO_X系统，其特征在于，所述加热部(12)采用电加热或尾气余温加热。

5.根据权利要求1所述的解吸-储氨式固态氨除NO_X系统，其特征在于，所述冷凝部(31)的截面积大于蒸发部(32)的截面积。

6.根据权利要求1所述的解吸-储氨式固态氨除NO_X系统，其特征在于，所述填充部(11)的组分包括卤化盐和/或膨胀石墨。

7.根据权利要求4所述的解吸-储氨式固态氨除NO_X系统，其特征在于，包括第一工作模式；

在第一工作模式中：所述冷凝部(31)的冷凝温度及蒸发部(32)的蒸发温度受控于环境温度；通过所述加热部(12)采用电加热使得所述填充部(11)中固态氨发生解吸作用，并产生氨蒸气；氨蒸气从固态氨反应器(1)的出口流出后经冷凝部入口管路(9)和控压阀(2)进入冷凝部(31)，氨蒸气在冷凝部(31)发生冷凝作用，使得冷凝部(31)内液位上升；从蒸发部(32)蒸发出的饱和氨经控压阀(4)后形成氨蒸气进入催化反应器(5)中参与除NO_x反应。

8.根据权利要求4所述的解吸-储氨式固态氨除NO_X系统，其特征在于，包括第二工作模式；

在第二工作模式中：所述冷凝部(31)的冷凝温度及蒸发部(32)的蒸发温度受控于环境温度；通过所述加热部(12)采用尾气余热加热使得所述填充部(11)中固态氨发生解吸作用，并产生氨蒸气；氨蒸气从固态氨反应器(1)的出口流出后经冷凝部入口管路(9)和控压阀(2)进入冷凝部(31)，氨蒸气在冷凝部(31)发生冷凝作用，使得冷凝部(31)内液位上升；从蒸发部(32)蒸发出的饱和氨经控压阀(4)后形成氨蒸气进入催化反应器(5)中参与除NO_x反应。

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