專利名稱：一種排氣管余熱方式儲(chǔ)氨供氨的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種排氣管余熱方式儲(chǔ)氨供氨的系統(tǒng)，應(yīng)用于汽車(chē)尾氣的SCR后處理行業(yè)，也適用于燃料電池的FCEV儲(chǔ)能系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，全球面臨能源和環(huán)境的綜合挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)汽車(chē)的排放達(dá)標(biāo)的技術(shù)手段選擇方面，人們?nèi)匀幻媾R不少的難題，例如，如何選擇后處理的技術(shù)方式等方面。SCR (Selective Catalytic Reduction)催化轉(zhuǎn)化還原技術(shù)是傳統(tǒng)的后處理技術(shù)。這種采用液體尿素的傳統(tǒng)的SCR技術(shù)的本質(zhì)是利用尿素在高溫下分解出氨，作為還原劑的氨和發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的NOX在催化劑和溫度的綜合作用下進(jìn)行反應(yīng)，理想工況下生成無(wú) 毒的N2和H2O,從而達(dá)到凈化的目的。傳統(tǒng)的SCR具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如，可以在排氣溫度25(T550°C的范圍內(nèi)具有50 85%的NOX去除效率，并能有效降低PM的排放水平；傳統(tǒng)的SCR能輕松滿足歐4和歐5水平，也具有達(dá)到歐6水平的潛力；目前達(dá)到歐4采用的傳統(tǒng)的SCR技術(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油耗可降低3^6% ;傳統(tǒng)的SCR催化劑不含有貴金屬，比成本相對(duì)較低；傳統(tǒng)的SCR對(duì)車(chē)用燃油的質(zhì)量，特別是硫含量不敏感?；谝陨戏治?，傳統(tǒng)的SCR后處理技術(shù)也比較適合中國(guó)的車(chē)輛狀況和車(chē)用燃油狀況。如果在中國(guó)推廣應(yīng)用傳統(tǒng)的車(chē)載SCR后處理技術(shù)，必須解決好載體、催化劑、尿素還原劑補(bǔ)加供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)、尿素還原劑的劑量、尿素還原劑的霧化噴射、SCR催化劑轉(zhuǎn)換效率、氨泄露量以及系統(tǒng)匹配等至關(guān)重要的技術(shù)難點(diǎn)。機(jī)動(dòng)車(chē)的排放標(biāo)準(zhǔn)的每一次升級(jí)，都對(duì)汽車(chē)行業(yè)產(chǎn)生這樣或那樣的沖擊效應(yīng)。中國(guó)的國(guó)4標(biāo)準(zhǔn)多次推遲實(shí)施的時(shí)間表，不僅僅是燃油標(biāo)準(zhǔn)不同步的唯一原因，也面臨復(fù)雜的社會(huì)配套體系和液體的尿素還原劑社會(huì)化的服務(wù)設(shè)施建設(shè)的問(wèn)題，例如，國(guó)4標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，立即會(huì)對(duì)傳統(tǒng)的SCR系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)所需的ECU (控制單元)和DCU (計(jì)量單元)產(chǎn)生需求，考慮到目前的車(chē)載E⑶等電控系統(tǒng)都是進(jìn)口產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)企業(yè)自主開(kāi)發(fā)的D⑶很難與之進(jìn)行通訊匹配，反之，如果E⑶和D⑶系統(tǒng)100%的采用進(jìn)口品，不僅僅價(jià)格很高，用戶難以接受，而且存在貨源非常緊張的問(wèn)題，還面臨復(fù)雜的售后服務(wù)技術(shù)和成本的問(wèn)題，制約了整個(gè)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。此外，傳統(tǒng)的SCR系統(tǒng)所用的液體尿素還原劑面臨冬季結(jié)冰和保溫解凍的問(wèn)題，這也造成了傳統(tǒng)的SCR系統(tǒng)復(fù)雜和穩(wěn)定性差的原因。因此，如何獲得低成本和高性能的后處理系統(tǒng)是推進(jìn)該領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步的核心內(nèi)容。無(wú)機(jī)鹽對(duì)氨吸附解吸特性可以作為未來(lái)的SCR系統(tǒng)的不錯(cuò)的技術(shù)選擇。工業(yè)級(jí)的一些鹽類，例如，氯化鍶、氯化鈣或氯化鎂等氯化物以及它們的混合物，同氨配合使用的系統(tǒng)，即上述的氯化物和氨的吸附解吸過(guò)程的吸熱和放熱現(xiàn)象，已經(jīng)成熟的應(yīng)用于工業(yè)的大型冷庫(kù)的制冷系統(tǒng)。上述無(wú)水的氯化物和氨進(jìn)行化學(xué)吸附是通用的化學(xué)原理，理論上一個(gè)分子的氯化物可以吸附61個(gè)分子的氨，形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，加熱時(shí)氨脫出，隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)，這些氯化物和氨的吸附解吸模型和化學(xué)原理完全可以應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣凈化的SCR系統(tǒng)。在國(guó)家專利信息網(wǎng)，以儲(chǔ)氨為主題詞檢索，專利號(hào)為CN201120099229. 7的‘一種氣相法烏洛托品尾氣氨回收裝置’、專利號(hào)為CN201020677361. 7的‘用于冷庫(kù)機(jī)房的配氨連接機(jī)構(gòu)’和專利號(hào)為CN201020269811. 9的‘復(fù)合功能型儲(chǔ)氨器’不涉及到本發(fā)明中的特征成分。專利號(hào)為CN200520057558. X的‘一種蒸氨裝置’的專利是一種對(duì)氨氮工業(yè)廢水進(jìn)行氨氮排脫處理的環(huán)保治理裝置，也不涉及到本發(fā)明中的特征成分。同本發(fā)明不相關(guān)。專利號(hào)為CN201010244091. 5的‘用于對(duì)SCR催化劑的工作進(jìn)行檢驗(yàn)的方法和系統(tǒng)’和專利號(hào)為CN200880104697. X的‘SCR排氣后處理系統(tǒng)的運(yùn)行方法及診斷方法’的2個(gè)發(fā)明提供了一種用于選擇性催化還原(SCR)催化轉(zhuǎn)化器和傳統(tǒng)液體尿素分解的氨配給模塊和控制系統(tǒng)，沒(méi)有涉及到本發(fā)明的特征成分。專利號(hào)為CN200910197860. 8的‘一種高效低溫儲(chǔ)氨材料的制備方法’的發(fā)明應(yīng)用于SCR后處理系統(tǒng)，特征是采用氨基硼烷氨絡(luò)合物氨ΒΗ3(ΝΗ3) η (η = Γ3);室溫最大儲(chǔ)氨·量可達(dá)62. 4wt%，但是，考慮到氨基硼烷的價(jià)格昂貴，具有較高的爆炸和燃燒等級(jí)，不適合普通工業(yè)領(lǐng)域的大批量推廣應(yīng)用。專利號(hào)為CN200580026626. 9的‘存儲(chǔ)和輸送氨的固體材料’的發(fā)明涉及存儲(chǔ)和輸送氨的固體材料。該存儲(chǔ)氨的固體材料包括Ma(NH3)nXz的離子性鹽，把鹽固體料通過(guò)模具直接高壓成型，例如，制成圓柱狀體，然后把很多這種圓柱狀體排列在一起。該專利的最大缺點(diǎn)是圓柱狀體過(guò)于密實(shí)，每次的氨解吸完成后再進(jìn)行氨的飽和吸附需要很長(zhǎng)時(shí)間，例如4飛小時(shí)，效率很低，這對(duì)于汽車(chē)上應(yīng)用的SCR儲(chǔ)氨系統(tǒng)來(lái)講非常的不方便，成為限制其應(yīng)用的原因。專利號(hào)為CN200580009219. 7的‘儲(chǔ)氨裝置在能量生產(chǎn)中的用途’，該發(fā)明涉及一種發(fā)電單元，包含通式為Ma (NH3) nXz的氨吸收與釋放鹽，該專利主要適用于燃料電池系統(tǒng)。在該專利的權(quán)利要求4中提到了特征物質(zhì)為該類鹽或位于多孔載體材料上，并沒(méi)有聲明是何種多孔材料，本專業(yè)技術(shù)人員無(wú)法實(shí)施。專利號(hào)為CN200710156866. I的‘一種氨基絡(luò)合物及其制備方法和用途’的發(fā)明公開(kāi)了一種氨基絡(luò)合物及其制備方法和用途。該氨基絡(luò)合物的成分為MXm(NH3)n，該發(fā)明對(duì)合成氨工藝所用循環(huán)氣中氨的分離。權(quán)利要求僅僅涉及到該氨基金屬絡(luò)合物的制備工藝過(guò)程。專利號(hào)為CN200680005886. 2的‘氨的高密度存儲(chǔ)’的專利包含氨吸收/解吸固體材料的固體氨存儲(chǔ)和輸送材料，所述已被壓實(shí)到密度大于理論骨架密度的50%的存儲(chǔ)和輸送材料提供固體氨存儲(chǔ)材料，該專利所述的金屬鹽固體料也是直接模壓成型，聲明采用了粘結(jié)劑，僅僅聲明了可能是采用了二氧化硅纖維粘結(jié)劑，也并沒(méi)有加量比例，沒(méi)有明確說(shuō)明其它所采用的成分的細(xì)項(xiàng)，本專業(yè)的技術(shù)人員幾乎無(wú)法實(shí)施。上述專利的檢索和分析表明，以活性儲(chǔ)氨化合物來(lái)吸附和解析氨，形成了在車(chē)輛上應(yīng)用的后處理系統(tǒng)還沒(méi)見(jiàn)報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種排氣管余熱方式儲(chǔ)氨供氨的系統(tǒng)，其采用了活性材料、多孔材料以及粘結(jié)劑組成的組合物作為儲(chǔ)氨和放氨的載體；發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的余熱進(jìn)行加熱，依靠控制單元和一組電磁閥或比例閥，實(shí)現(xiàn)氨的劑量輸送并方便的導(dǎo)入SCR后處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)NOX的去除；簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，提高了可靠性，也大幅度的降低成本，消除大規(guī)模工業(yè)推廣應(yīng)用的障礙。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種排氣管余熱方式儲(chǔ)氨供氨的系統(tǒng)，其特征在于外法蘭盤(pán)的法蘭孔的內(nèi)徑和排氣管的外徑相匹配，外法蘭盤(pán)套在排氣管上，耐壓罐內(nèi)壁筒外徑大于排氣管的外徑2(T40mm，耐壓罐內(nèi)壁筒套在排氣管上一側(cè)與外法蘭盤(pán)固定連接，另一側(cè)與另一片外法蘭盤(pán)固定連接，耐壓罐內(nèi)壁筒與排氣管之間間隙為l(T20mm，內(nèi)法蘭盤(pán)套在耐壓罐內(nèi)壁筒上固定連接，耐壓罐外壁筒套在內(nèi)法蘭盤(pán)上一側(cè)與內(nèi)法蘭盤(pán)固定連接，耐壓罐外壁筒另一側(cè)與另一片內(nèi)法蘭盤(pán)固定連接，兩片內(nèi)法蘭盤(pán)與耐壓罐內(nèi)壁筒、耐壓罐外壁筒形成空腔,空腔內(nèi)填充固體儲(chǔ)氨材料,耐壓罐溫度傳感器感應(yīng)端插入固體儲(chǔ)氨材料內(nèi)連接在耐壓罐外壁筒上，空氣過(guò)濾器連接在耐壓罐外壁筒上的出氣口上，耐壓罐外壁筒上有加料口、備用管閥，空氣過(guò)濾器通管路連接還原劑導(dǎo)管，空氣過(guò)濾器與還原劑導(dǎo)管管路之間有精密比例閥，還原劑導(dǎo)管?chē)娮於颂饺脒M(jìn)氣管管內(nèi)，溫度傳感器和NOX傳感器·連接在進(jìn)氣管上，感應(yīng)端探入進(jìn)氣管內(nèi)，進(jìn)氣管溫度傳感器和NOX傳感器、耐壓罐溫度傳感器通過(guò)信號(hào)線連接電子控制單元信號(hào)輸入端，電子控制單元控制端通過(guò)信號(hào)線連接精密比例閥，進(jìn)氣管連接SCR后處理器進(jìn)氣端，SCR后處理器出氣端連接排氣管。本實(shí)用新型的積極效果是系統(tǒng)一次充氨后，可以保證車(chē)輛行駛的里程為2000(T40000km，具有充分的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)性；該技術(shù)在車(chē)載SCR上應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)的意義。

圖I是本實(shí)用新型的附圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明如圖I所示，一種排氣管余熱方式儲(chǔ)氨供氨的系統(tǒng)，其特征在于外法蘭盤(pán)16的法蘭孔的內(nèi)徑和排氣管14的外徑相匹配，外法蘭盤(pán)16套在排氣管14上，耐壓罐內(nèi)壁筒15外徑大于排氣管14的外徑2(T40mm，耐壓罐內(nèi)壁筒15套在排氣管14上一側(cè)與外法蘭盤(pán)16固定連接，另一側(cè)與另一片外法蘭盤(pán)16固定連接，耐壓罐內(nèi)壁筒15與排氣管14之間間隙為l(T20mm，內(nèi)法蘭盤(pán)17套在耐壓罐內(nèi)壁筒15上固定連接，耐壓罐外壁筒2套在內(nèi)法蘭盤(pán)17上一側(cè)與內(nèi)法蘭盤(pán)17固定連接，耐壓罐外壁筒2另一側(cè)與另一片內(nèi)法蘭盤(pán)17固定連接，兩片內(nèi)法蘭盤(pán)17與耐壓罐內(nèi)壁筒15、耐壓罐外壁筒2形成空腔，空腔內(nèi)填充固體儲(chǔ)氨材料5，耐壓罐溫度傳感器7感應(yīng)端插入固體儲(chǔ)氨材料5內(nèi)連接在耐壓罐外壁筒2上，空氣過(guò)濾器6連接在耐壓罐外壁筒2上的出氣口上，耐壓罐外壁筒2上有加料口 3、備用管閥4，空氣過(guò)濾器6通管路連接還原劑導(dǎo)管10，空氣過(guò)濾器6與還原劑導(dǎo)管10管路之間有精密比例閥11，還原劑導(dǎo)管10噴嘴端探入進(jìn)氣管13管內(nèi)，溫度傳感器8和NOX傳感器9連接在進(jìn)氣管13上，感應(yīng)端探入進(jìn)氣管13內(nèi)，進(jìn)氣管溫度傳感器8和NOX傳感器9、耐壓罐溫度傳感器7通過(guò)信號(hào)線連接電子控制單元12信號(hào)輸入端，電子控制單元12控制端通過(guò)信號(hào)線連接精密比例閥11，進(jìn)氣管13連接SCR后處理器I進(jìn)氣端，SCR后處理器I出氣端連接排氣管14。實(shí)施例I先把耐壓罐內(nèi)壁筒15的兩端和2個(gè)內(nèi)法蘭盤(pán)17分別焊接在一起，再把耐壓罐外壁筒2的兩端和這兩個(gè)內(nèi)法蘭盤(pán)17焊接在一起，這樣在耐壓罐內(nèi)壁筒15、耐壓罐外壁筒2、內(nèi)法蘭盤(pán)17形成了活性物料儲(chǔ)存空間；加料口 3焊接在耐壓罐外壁筒2上；備用管閥4焊接在耐壓罐外壁筒2上；在耐壓罐外壁筒2連接空氣過(guò)濾器6和溫度傳感器7，還原劑導(dǎo)管10連接空氣過(guò)濾器6，完成耐壓罐體的制作；采用工業(yè)的無(wú)水氯化鈣60份，膨脹石墨2份，去離子水13份，工業(yè)乙醇10份和工業(yè)球粘土 15份，總量配制12kg，物料體積約為12. 8L，上述混合物采用機(jī)械的和面機(jī)攙和均勻成為濕態(tài)的粉料，混合時(shí)間5 15min，通過(guò)加料口 3填充到耐壓罐體中，采用機(jī)械震蕩的方法震蕩該耐壓罐體5 10min ;整個(gè)耐壓罐體放入真空烘箱中，常壓下從室溫25°C開(kāi)始加熱，平均5°C /lOmin，升溫到70°C，注意加熱干燥時(shí)3-加料口是敞開(kāi)的；此溫度下保持 30min,然后在此溫度下啟動(dòng)真空泵，逐步抽真空，分三次使真空度達(dá)到550mabr，保溫保壓30min ;完成耐壓罐體中的物料填充和脫水干燥處理；采用高純工業(yè)氨氣瓶，通過(guò)減壓閥連接到備用管閥4上，事先把不銹鋼的耐壓罐放入一個(gè)水量足夠大的水槽中，在自然通風(fēng)的環(huán)境下，通過(guò)減壓閥和干燥系統(tǒng)，在O. 02、. 2Mpa的出口壓力范圍內(nèi)緩緩的進(jìn)行充氨，通入氨氣2h ;充氨前后的耐壓罐增重6. 5kg，即通入并被吸收6. 5kg的氨氣；完成充氨后，整個(gè)系統(tǒng)的閥門(mén)關(guān)閉，確保不泄露；耐壓罐體上連接精密比例閥11，電子控制單元12通過(guò)信號(hào)線與粳米比例閥11連接；并把該系統(tǒng)連接到體積為24L的SCR后處理器I上，安裝溫度傳感器8和市售的NOX傳感器9 ;把上述系統(tǒng)和元件連接到一臺(tái)8. 6L的國(guó)4發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架相連接，即外法蘭盤(pán)16的法蘭孔套在排氣管14上，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)7min后，系統(tǒng)的溫度顯示78°C，壓力顯示為
O.I, 4Mpa,啟動(dòng)系統(tǒng),設(shè)定氨氣的供給量為理論需求量的90%,開(kāi)始測(cè)試,在6個(gè)工況下測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)的NOX轉(zhuǎn)化率，在氨泄漏量小于15ppm的情況下，NOX轉(zhuǎn)化率維持在52 830%范圍內(nèi)；系統(tǒng)所產(chǎn)生氨氣就首先經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾器6進(jìn)行過(guò)濾，除去粉末狀成分，進(jìn)入還原劑導(dǎo)管10以及精密比例閥11的前段，而精密比例閥11的開(kāi)度大小受電子控制單元12來(lái)控制，來(lái)自安裝在SCR入口前端的溫度傳感器8和NOX傳感器9向電子控制單元12的信號(hào)輸入，決定了電子控制單兀12對(duì)于精密比例閥11信號(hào)輸出的大小和時(shí)間點(diǎn)；還原氣體輸送管10的出口在精密比例閥11之后，由此實(shí)現(xiàn)了量的控制和氨氣的輸送，達(dá)到NOX去除的目的；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的排溫或NOX水平達(dá)到某一水平是，電子控制單元12控制精密比例閥11的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)到SCR后處理器I的輸送氨的量變化，滿足車(chē)輛不同工況下對(duì)NOX脫除的需求。
權(quán)利要求1 . 一種排氣管余熱方式儲(chǔ)氨供氨的系統(tǒng)，其特征在于外法蘭盤(pán)的法蘭孔的內(nèi)徑和排氣管的外徑相匹配，外法蘭盤(pán)套在排氣管上，耐壓罐內(nèi)壁筒外徑大于排氣管的外徑2(T40mm，耐壓罐內(nèi)壁筒套在排氣管上一側(cè)與外法蘭盤(pán)固定連接，另一側(cè)與另一片外法蘭盤(pán)固定連接，耐壓罐內(nèi)壁筒與排氣管之間間隙為l(T20mm，內(nèi)法蘭盤(pán)套在耐壓罐內(nèi)壁筒上固定連接，耐壓罐外壁筒套在內(nèi)法蘭盤(pán)上一側(cè)與內(nèi)法蘭盤(pán)固定連接，耐壓罐外壁筒另一側(cè)與另一片內(nèi)法蘭盤(pán)固定連接，兩片內(nèi)法蘭盤(pán)與耐壓罐內(nèi)壁筒、耐壓罐外壁筒形成空腔，空腔內(nèi)填充固體儲(chǔ)氨材料，耐壓罐溫度傳感器感應(yīng)端插入固體儲(chǔ)氨材料內(nèi)連接在耐壓罐外壁筒上，空氣過(guò)濾器連接在耐壓罐外壁筒上的出氣口上，耐壓罐外壁筒上有加料口、備用管閥，空氣過(guò)濾器通管路連接還原劑導(dǎo)管，空氣過(guò)濾器與還原劑導(dǎo)管管路之間有精密比例閥，還原劑導(dǎo)管?chē)娮於颂饺脒M(jìn)氣管管內(nèi)，溫度傳感器和NOX傳感器連接在進(jìn)氣管上，感應(yīng)端探入進(jìn)氣管內(nèi)，進(jìn)氣管溫度傳感器和NOX傳感器、耐壓罐溫度傳感器通過(guò)信號(hào)線連接電子控制單元信號(hào)輸入端，電子控制單元控制端通過(guò)信號(hào)線連接精密比例閥，進(jìn)氣管連接SCR后處理器進(jìn)氣端，SCR后處理器出氣端連接排氣管。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種排氣管余熱方式儲(chǔ)氨供氨的系統(tǒng)，其特征在于外法蘭盤(pán)套在排氣管上，耐壓罐內(nèi)壁筒套在排氣管上一側(cè)與外法蘭盤(pán)固定連接，另一側(cè)與另一片外法蘭盤(pán)固定連接，內(nèi)法蘭盤(pán)套在耐壓罐內(nèi)壁筒上固定連接，耐壓罐外壁筒套在內(nèi)法蘭盤(pán)上一側(cè)與內(nèi)法蘭盤(pán)固定連接，耐壓罐外壁筒另一側(cè)與另一片內(nèi)法蘭盤(pán)固定連接，兩片內(nèi)法蘭盤(pán)與耐壓罐內(nèi)壁筒、耐壓罐外壁筒形成空腔，空腔內(nèi)填充固體儲(chǔ)氨材料，耐壓罐溫度傳感器感應(yīng)端插入固體儲(chǔ)氨材料內(nèi)連接在耐壓罐外壁筒上，電子控制單元控制端通過(guò)信號(hào)線連接精密比例閥，進(jìn)氣管連接SCR后處理器進(jìn)氣端，SCR后處理器出氣端連接排氣管；發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的余熱進(jìn)行加熱，依靠控制單元和一組電磁閥或比例閥，實(shí)現(xiàn)氨的劑量輸送并方便的導(dǎo)入SCR后處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)NOX的去除；簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，提高了可靠性，也大幅度的降低成本，消除大規(guī)模工業(yè)推廣應(yīng)用的障礙。
文檔編號(hào)F01N3/28GK202673413SQ20122031048
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者張克金, 崔龍, 陳慧明, 王金興, 榮常如, 姜濤, 安宇鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)第一汽車(chē)股份有限公司