[发明专利]氨气存储单元及相关的结构和系统

说明书

技术领域

本发明总体上涉及在通过选择性催化还原(SCR)还原NO_x氮氧化物的应用中氨气的存储，尤其是在减少由内燃机(特别是柴油发动机)排出的污染物的应用中氨气的存储。

背景技术

与交通有关的污染物的排放是行业中30年以来发动机发展的首要问题。对于四种常规污染物(CO,HC,NO_x,微粒)排放的严格限制的逐渐增强已经显著改善了尤其在大城市的空气质量。

机动车使用的持续增加需要继续努力进一步减少更多这些污染物的排放。在对欧洲排放阈值容差的减少预计在2014年进入欧6标准的效果步骤框架内。这些步骤目的在于减少局部污染。在所有驾驶条件下具有高效去污染技术因此对于交通工业是主要的挑战。在这种背景下，氮氧化物(NO_x)在贫油混合气中(即在包含过多氧的混合气中)的还原代表了与复杂问题相关的重要挑战。

而且，燃料消耗和CO₂的排放直接相关，在近几年内已经发展为机动车的一个主要关心的问题。因此，私家车的CO₂排放的规定从2012年起设置到欧洲水平上。现在已经要求，这种限制将在未来几十年期间规则地降低。CO₂排放的减少因此对于所有的交通行业如新发动机增长一样被强制。

这种双重问题，局部污染(NO_x)的减少和燃料消耗(CO₂)的减少，对于柴油发动机特别困难，因为贫油混合气的燃烧伴随着NO_x的排放，这是难于处理的。

在这种背景下，SCR(选择性催化还原)后处理技术既用于私家车辆也用于分配给货物运输的车辆。然后可以将发动机位于最佳收益率的操作，强NO_x排放然后在排气系统中用所述SCR系统来处理，所述SCR系统允许高效还原NO_x。

为了允许实践这种SCR技术，有必要在车辆上安装还原氮氧化物所需的还原剂。优选由重型卡车保留的系统使用尿素水溶液作为还原剂。尿素注入到排气管中，尿素通过排气管气体的温度的作用分解为氨气(NH₃)并且允许在特定催化剂上还原NO_x。对于操作目前SCR系列系统保留和标准化的尿素水溶液参考AUS32(在欧洲商品名为)。

然而这种高效方法遭受某些缺点。其限制了寒冷条件下的效率，而且这种情况在很多时候发生，尤其是城市中的公交车。尿素存储器具有大的质量和体积，通常地对于私家车从15至30升，对于重型卡车从40至80升。这种尺寸引起集成到车辆中的复杂性，因为所有更重要的是车辆小。这样做的结果是高的去污染的成本，以及质量过量使得不利于车辆的燃料消耗和因此二氧化碳的排放。

已经设想了各种替代的存储方法。以加压的气体的形式存储氨气的选择在压缩率和操作安全方面有许多缺点。

优选的方法包括位于存储容器内的材料内部的气体的吸收，例如盐。氨气存储然后在盐的内部通过形成氨化物类型的化学配合物而实现。这种存储类型和尿素水溶液类型相比有很多优点。在盐中存储允许显著减少存储容器的质量和体积。由于对于给定的自治的氨气在车辆上装载的还原剂的质量减少，因此也提供了CO₂的平衡方面的好处。确实，节省了提供给稀释传统结构中所谓的液体SCR的尿素的附加水的量。而且，这种存储类型提供了在寒冷情况下高效吸收NO_x的可能性。这种类型的存储还确保降低了制造费用，因为用于提供和注入氨气的系统可以是简单的。

为了限制存储容器的尺寸，机动车制造商更喜欢填充或替换存储容器，例如在发动机维修期间，在容器空时或在燃料容器填充期间。装载在私家车上氨气的量大约6千克相当于AUS32类型的尿素溶液的16升，这提供了保证车量在两次换油期间私家车自治的可能性。为了允许用氨气提供系统，提供了电子加热部件或者例如通过传热流体来控制旨在用氨气处理氮氧化物的各种条件下的用量。

一旦存储容器例如容器是空的，用一个满的容器来替换，例如车辆维修期间空的容易送回填充中心。容器可以因此受到10到15次空/填充循环。

确实，在吸收反应期间，通过构成存储材料固体盐氨气的固定伴随着体积的增加，然后氨化物占据的体积比纯盐的体积大。吸收后盐的体积可以比没有氨气时盐的体积大四到五倍。盐的体积的增加不仅由于材料的晶格的膨胀还由于材料的分裂因此在氨化物配合物的微晶之间留出自由的空间。因此多孔基体的膨胀，压缩的连续阶段可以局部引起烧结现象，该现象对孔隙率的均匀性和通常材料的耐久性产生不利影响。

发明内容