[發明專利]氨氣存儲單元及相關的結構和系統

有效

• 申請號: 201380042165.9
• 申請日: 2013-08-09
• 公開（公告）號: CN104583551B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: J-B·德芒東;M·F·萊維
• 申請（專利權）人: 阿奎斯&阿奎斯股份有限公司
• 主分類號: F01N3/20
• 分類號: F01N3/20;F01N13/16
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司11314
• 代理人: 程偉,周玉梅

技術領域

本發明總體上涉及在通過選擇性催化還原(SCR)還原NO_x氮氧化物的應用中氨氣的存儲，尤其是在減少由內燃機(特別是柴油發動機)排出的污染物的應用中氨氣的存儲。

背景技術

與交通有關的污染物的排放是行業中30年以來發動機發展的首要問題。對于四種常規污染物(CO,HC,NO_x,微粒)排放的嚴格限制的逐漸增強已經顯著改善了尤其在大城市的空氣質量。

機動車使用的持續增加需要繼續努力進一步減少更多這些污染物的排放。在對歐洲排放閾值容差的減少預計在2014年進入歐6標準的效果步驟框架內。這些步驟目的在于減少局部污染。在所有駕駛條件下具有高效去污染技術因此對于交通工業是主要的挑戰。在這種背景下，氮氧化物(NO_x)在貧油混合氣中(即在包含過多氧的混合氣中)的還原代表了與復雜問題相關的重要挑戰。

而且，燃料消耗和CO₂的排放直接相關，在近幾年內已經發展為機動車的一個主要關心的問題。因此，私家車的CO₂排放的規定從2012年起設置到歐洲水平上。現在已經要求，這種限制將在未來幾十年期間規則地降低。CO₂排放的減少因此對于所有的交通行業如新發動機增長一樣被強制。

這種雙重問題，局部污染(NO_x)的減少和燃料消耗(CO₂)的減少，對于柴油發動機特別困難，因為貧油混合氣的燃燒伴隨著NO_x的排放，這是難于處理的。

在這種背景下，SCR(選擇性催化還原)后處理技術既用于私家車輛也用于分配給貨物運輸的車輛。然后可以將發動機位于最佳收益率的操作，強NO_x排放然后在排氣系統中用所述SCR系統來處理，所述SCR系統允許高效還原NO_x。

為了允許實踐這種SCR技術，有必要在車輛上安裝還原氮氧化物所需的還原劑。優選由重型卡車保留的系統使用尿素水溶液作為還原劑。尿素注入到排氣管中，尿素通過排氣管氣體的溫度的作用分解為氨氣(NH₃)并且允許在特定催化劑上還原NO_x。對于操作目前SCR系列系統保留和標準化的尿素水溶液參考AUS32(在歐洲商品名為)。

然而這種高效方法遭受某些缺點。其限制了寒冷條件下的效率，而且這種情況在很多時候發生，尤其是城市中的公交車。尿素存儲器具有大的質量和體積，通常地對于私家車從15至30升，對于重型卡車從40至80升。這種尺寸引起集成到車輛中的復雜性，因為所有更重要的是車輛小。這樣做的結果是高的去污染的成本，以及質量過量使得不利于車輛的燃料消耗和因此二氧化碳的排放。

已經設想了各種替代的存儲方法。以加壓的氣體的形式存儲氨氣的選擇在壓縮率和操作安全方面有許多缺點。

優選的方法包括位于存儲容器內的材料內部的氣體的吸收，例如鹽。氨氣存儲然后在鹽的內部通過形成氨化物類型的化學配合物而實現。這種存儲類型和尿素水溶液類型相比有很多優點。在鹽中存儲允許顯著減少存儲容器的質量和體積。由于對于給定的自治的氨氣在車輛上裝載的還原劑的質量減少，因此也提供了CO₂的平衡方面的好處。確實，節省了提供給稀釋傳統結構中所謂的液體SCR的尿素的附加水的量。而且，這種存儲類型提供了在寒冷情況下高效吸收NO_x的可能性。這種類型的存儲還確保降低了制造費用，因為用于提供和注入氨氣的系統可以是簡單的。

為了限制存儲容器的尺寸，機動車制造商更喜歡填充或替換存儲容器，例如在發動機維修期間，在容器空時或在燃料容器填充期間。裝載在私家車上氨氣的量大約6千克相當于AUS32類型的尿素溶液的16升，這提供了保證車量在兩次換油期間私家車自治的可能性。為了允許用氨氣提供系統，提供了電子加熱部件或者例如通過傳熱流體來控制旨在用氨氣處理氮氧化物的各種條件下的用量。

一旦存儲容器例如容器是空的，用一個滿的容器來替換，例如車輛維修期間空的容易送回填充中心。容器可以因此受到10到15次空/填充循環。

確實，在吸收反應期間，通過構成存儲材料固體鹽氨氣的固定伴隨著體積的增加，然后氨化物占據的體積比純鹽的體積大。吸收后鹽的體積可以比沒有氨氣時鹽的體積大四到五倍。鹽的體積的增加不僅由于材料的晶格的膨脹還由于材料的分裂因此在氨化物配合物的微晶之間留出自由的空間。因此多孔基體的膨脹，壓縮的連續階段可以局部引起燒結現象，該現象對孔隙率的均勻性和通常材料的耐久性產生不利影響。

發明內容