氨的儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)和相關(guān)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明總體涉及氣體在固體中的儲(chǔ)存。
[0002] 這種類型的儲(chǔ)存通常能夠在比純氣體儲(chǔ)存情況下的儲(chǔ)存壓力小的儲(chǔ)存壓力下儲(chǔ) 存氣體。
[0003] 這種類型的儲(chǔ)存的應(yīng)用是多樣的,并且涉及例如:氫在燃料電池中用于產(chǎn)生電的 用途,或氨通過選擇性催化還原(SCR)還原氮氧化物NOx的應(yīng)用,特別是氨用于還原內(nèi)燃機(jī) (尤其是柴油機(jī))排放的污染物的應(yīng)用。
[0004] 本發(fā)明涉及一種氨的儲(chǔ)存結(jié)構(gòu),該氨的儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)特別用于對(duì)燃料車輛廢氣中的氮 氧化物進(jìn)行選擇性催化還原,該氨的儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)包括至少一種儲(chǔ)存材料,氨可儲(chǔ)存在該至少 一種儲(chǔ)存材料中。本發(fā)明還涉及包括上述結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0005] 現(xiàn)狀:氨通討SCR催化作用還原氮?dú)饣锏膽?yīng)用的實(shí)例
[0006] 減少與運(yùn)輸相關(guān)的污染物排放已經(jīng)是近三十年的發(fā)展目標(biāo)。對(duì)四種受管制的污染 物(C0、HC、NO x、顆粒)的排放限值的嚴(yán)格程度逐漸升高,這已經(jīng)顯著改善了特別是大城市 群中的空氣質(zhì)量。
[0007] 越來越多的使用車輛意味著需要持續(xù)努力來進(jìn)一步減少這些污染物的排放。在引 進(jìn)歐6(Eur 〇6)標(biāo)準(zhǔn)的步驟方面,預(yù)計(jì)在2014年出現(xiàn)相對(duì)于歐洲排放閾值的偏差下降。這 樣的措施目的在于減少局部污染。在本文中,優(yōu)選減少稀混合物中的氮氧化物(NO x),其中 稀混合物即含過量的氧的混合物。
[0008] 另外,在幾年中燃料消耗(與CO2排放直接相關(guān))已經(jīng)成為機(jī)動(dòng)車首要關(guān)注的事 情。因此,已經(jīng)從2012年開始實(shí)施規(guī)定,以限制特定車輛的CO 2排放。已經(jīng)接受的是,這一 限制將在未來的數(shù)十年中逐漸降低。
[0009] 減少局部污染(NOx)和減少燃料消耗(CO2)這兩個(gè)問題特別限定于柴油機(jī),其中在 稀混合物中,柴油機(jī)的燃燒伴隨難以處理的NO x排放。
[0010] 在本文中,SCR后處理技術(shù)("選擇性催化還原")被用于乘用車以及與貨物運(yùn)輸 相關(guān)的車輛。
[0011] SCR系統(tǒng)一般能夠通過選擇性催化還原來減少氮氧化物N0X。
[0012] 可以大量的放為成本使發(fā)動(dòng)機(jī)以最佳狀態(tài)運(yùn)行,這些NOx排放物隨后在排氣 裝置中通過SCR系統(tǒng)進(jìn)行處理,該SCR系統(tǒng)能以相當(dāng)高的效率進(jìn)行NO x還原。
[0013] 為了實(shí)施這樣的SCR技術(shù),需要在車輛上放置用于還原氮氧化物的還原劑。
[0014] 目前,重質(zhì)貨物的車輛所使用的SCR系統(tǒng)使用尿素的水性溶液作為還原劑。被 注入到排氣裝置中的尿素通過廢氣溫度的作用分解成氨(NH 3),并且在特定催化劑上還原 NOx。目前在SCR系列中,系統(tǒng)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)化的尿素的水性溶液是已引用的AUS32 (在歐洲的 商品名是Adblueli )。
[0015] 這種方法受到一些限制。
[0016] 它顯示出有限的冷效率(發(fā)動(dòng)機(jī)還不太熱)。
[0017] 這種狀況出現(xiàn)在幾種情況中,特征是城市巴士的情況。
[0018] 另外,尿素罐具有很大的質(zhì)量和體積,典型地,對(duì)于乘用車是15L至30L,對(duì)于重質(zhì) 貨物的車輛是40L至80L。這樣的容積使得整合至車輛中的復(fù)雜性,而且車輛越小復(fù)雜性 越大。這導(dǎo)致去污成本高,并且過大的質(zhì)量對(duì)車輛的燃料消耗有害,由此產(chǎn)生過量的〇) 2排 放。
[0019] 因此,已經(jīng)計(jì)劃了替代的儲(chǔ)存方法來試圖克服這些限制。
[0020] 特別在緊湊性和運(yùn)行安全性方面,由在空罐中的壓力下儲(chǔ)存氣體所構(gòu)成的選擇也 具有缺點(diǎn)。這特別適用于儲(chǔ)存氨氣。
[0021] 另一方法由在儲(chǔ)存材料中儲(chǔ)存氣體構(gòu)成,氣體被吸附到該儲(chǔ)存材料中。
[0022] 這種儲(chǔ)存材料(例如鹽)被布置在儲(chǔ)存箱體中。氣體的儲(chǔ)存(典型地是氨,這是 要在此開發(fā)的實(shí)例,但是這種理論適用于其它氣體的儲(chǔ)存)通過形成氨合物型化學(xué)絡(luò)合物 而在鹽中進(jìn)行。
[0023] 下面的段落將對(duì)氨吸附在材料(諸如鹽)中的化學(xué)過程進(jìn)行更詳細(xì)地描述。
[0024] 在儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)中,粉末狀的鹽選自堿土金屬氯化物,作為儲(chǔ)存材料。具體地,粉末狀 的鹽可選自下面的化合物:SrCl 2、MgCl2、BaCl2、CaCl2、NaCl 2。
[0025] 氨在上述儲(chǔ)存材料中的儲(chǔ)存基于如下類型的可逆的固體-氣體反應(yīng):
[0027] 氨與堿土金屬氯化物形成配合物,也被稱為氨合物。技術(shù)人員知曉這一現(xiàn)象。
[0028] 例如,氨與氯化鍶的反應(yīng)是:
[0030] 類似地,氨與氯化鋇的獨(dú)特反應(yīng)是:
[0032] 氨粘合劑被吸附劑SrCljP BaCl 2化學(xué)吸附,使得在固體和氣體之間發(fā)生電子轉(zhuǎn) 移,其中電子轉(zhuǎn)移經(jīng)由順3與SrCl 2和BaCl 2的原子外層之間的化學(xué)鍵來發(fā)生。氣體進(jìn)入固 體結(jié)構(gòu)中的滲透通過擴(kuò)散方法發(fā)生在它的整個(gè)質(zhì)量中。該反應(yīng)是可逆的,吸附是放熱的,而 解吸附是吸熱的。
[0033] 這種類型的儲(chǔ)存具有優(yōu)點(diǎn)。
[0034] 實(shí)際上,在鹽中的儲(chǔ)存顯著減小了儲(chǔ)存罐的質(zhì)量和體積。
[0035] 還提供了 0)2平衡方面的益處,因?yàn)閷?duì)于給定的氨自主性,要被包埋的還原劑質(zhì)量 減小。相對(duì)于尿素在水性溶液中的儲(chǔ)存,實(shí)際上節(jié)省了用來稀釋傳統(tǒng)SCR配置(被稱為液 體配置)中的尿素的額外量的水。
[0036] 另外,這種類型的儲(chǔ)存使用具有較高效率的冷NOx吸附。
[0037] 這種類型的儲(chǔ)存還能降低制造成本,因?yàn)榭珊?jiǎn)化氨的供應(yīng)系統(tǒng)和注入。
[0038] 本文全篇的重點(diǎn)在于這種類型的儲(chǔ)存。
[0039] 為了限制儲(chǔ)存箱體的體積,汽車制造商例如在維修過程中、在排空時(shí)或在填充燃 料箱的過程中,進(jìn)行儲(chǔ)存箱體的填充或更換。
[0040] 根據(jù)目前持有的假設(shè),埋置在特定車輛上的氨的量為大約6kg,相當(dāng)于16升AUS32 型尿素溶液,這在車輛的兩次排空間隔之間確保了乘用車的自主性。
[0041] 為了能向SCR系統(tǒng)供應(yīng)氨,提供了受控的加熱裝置(例如是電動(dòng)的或經(jīng)由冷卻 液),以便在每一工作條件下以計(jì)量的方式釋放用于處理氮氧化物的氨。
[0042] 在預(yù)計(jì)的工作模式中,一旦儲(chǔ)存箱體(例如筒狀物,這兩個(gè)術(shù)語"箱體"和"筒狀 物"可在本文中使用)為空的,則例如在車輛維修的過程中被替換成充滿的筒狀物,并且將 空的筒狀物送回填充工廠。因此,該筒狀物能進(jìn)行十至十五次排空/填充循環(huán)。根據(jù)制造 商的策略,可調(diào)整儲(chǔ)存箱體的更換頻率及其更換方式。
[0043] 因此,吸附氣體形式的氨的儲(chǔ)存相對(duì)于柴油機(jī)尾氣處理液(Adblue)水性溶液具 有優(yōu)點(diǎn)(在體積、增大的冷效率、混合區(qū)與廢氣的更好的緊湊性……等)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0044] 本發(fā)明的目的是進(jìn)一步改善已知的SCR系統(tǒng)。
[0045] 具體地,本發(fā)明不同方面的目的在于提高針對(duì)以下問題中的至少一個(gè)的解決方 案:
[0046] 在一定程度上克服了已知裝置在尋求儲(chǔ)存箱體內(nèi)的最小氣體壓力與釋放儲(chǔ)存的 氨氣所需的最小動(dòng)力(典型地是電源)之間所固有的矛盾;
[0047] 計(jì)量?jī)?chǔ)存在固體基質(zhì)中的氣體水平上的困難。在此方面,如果可能計(jì)量所述筒狀 物隨時(shí)間變化的水平,則將大大有助于計(jì)劃空筒狀物與滿筒狀物的更換;
[0048] 通過所述筒狀物在系統(tǒng)使用壽命過程中的排空過程,在筒狀物中逐漸出現(xiàn)不均一 性。該逐漸排空實(shí)際上將誘導(dǎo)儲(chǔ)存基質(zhì)內(nèi)的逐漸不均一性,結(jié)果使得系統(tǒng)性能在經(jīng)過一段 時(shí)間后發(fā)生變化。這樣或早或晚還會(huì)帶來該基質(zhì)特定特征的變化,從而引發(fā)耐久性問題。
[0049] 為了提供這些解決方案中的至少一個(gè),本發(fā)明提供了一種氨的儲(chǔ)存結(jié)構(gòu),特別用 于選擇性催化還原燃料車輛廢氣中的氮氧化物,所述氨的儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)包括可在其中儲(chǔ)存氨的 至少一種儲(chǔ)存材料,其特征在于,所述氨的儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)不同的儲(chǔ)存部件,每一個(gè) 儲(chǔ)存部件都包含儲(chǔ)存材料,每個(gè)儲(chǔ)存部件與相應(yīng)的加熱元件連接,從而能夠有差異地對(duì)兩 個(gè)儲(chǔ)存部件進(jìn)行加熱,以有差異地釋放所述儲(chǔ)存部件中所容納的氨。
[0050] 這樣的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)如下(但并不局限于此):
[0051] 控制構(gòu)件與每個(gè)加熱元件連接,以獨(dú)立地控制所述加熱元件從而選擇性地升高與 所述加熱元件連接的儲(chǔ)存部件的溫度;
[0052] 與儲(chǔ)存部件連接的所述加熱元件為電阻器,所述電阻器與所述儲(chǔ)存部件接觸,或 者所述電阻器鄰近所述儲(chǔ)存部件放置,以用于加熱所述儲(chǔ)存部件;
[0053] 與不同的儲(chǔ)存部件連接的所述電阻器分別具有不同的電阻值;
[0054] 所述電阻器由單個(gè)電源供電;
[0055] 至少不同的儲(chǔ)存部件的儲(chǔ)存材料具有不同的熱導(dǎo)率;
[0056] 所述結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)不同的儲(chǔ)存部件,每個(gè)儲(chǔ)存部件包含儲(chǔ)存材料,不同的儲(chǔ) 存部件的儲(chǔ)存材料不都是相同的;
[0057] 所述不同的儲(chǔ)存材料具有不同的吸附焓;
[0058] 所述不同的儲(chǔ)存材料具有不同的孔隙率或不同的孔徑分布;
[0059] 所述儲(chǔ)存材料中的至少一部分是粉末形式;
[0060] 所述儲(chǔ)存材料中的至少一部分是剛性元件(d'6l6ments rigides)的形式;
[0061] 所述材料選自堿土金屬氯化物,具體地是鹽SrCl2、MgCl2、BaCl 2、CaCl2S NaCl 2的 形式;
[0062] 所述儲(chǔ)存部件被布置為彼此相鄰,并且設(shè)置有使氨氣能在兩個(gè)相鄰的儲(chǔ)存部件之 間流動(dòng)的構(gòu)件;
[0063] 所述結(jié)構(gòu)包括使氨氣能在兩個(gè)相鄰的儲(chǔ)存部件之間流動(dòng)的構(gòu)件;
[0064] 控制所述使氨氣能在兩個(gè)相鄰儲(chǔ)存部件之間流動(dòng)的構(gòu)件,從而控制氨氣在兩個(gè)相 鄰的儲(chǔ)存部件之間的流動(dòng);
[0065] 所述結(jié)構(gòu)包括用于使氨氣能在兩個(gè)相鄰的儲(chǔ)存部件之間流動(dòng)的被動(dòng)氣體運(yùn)輸裝 置,諸如管道或擴(kuò)散器。
[0066] 本發(fā)明還涉及一種用于車輛的氨儲(chǔ)存和移除系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括儲(chǔ)存箱體,所述 儲(chǔ)存箱體包括根據(jù)上述方面之一的儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)。
[0067]