[发明专利]产生氨基甲酸铵并且还原氮氧化物

说明书

一种用于还原废气流诸如运载工具废气流中的氮氧化物的方法，以及用于实施该方法的设备。该方法包括提供包括尿素水溶液的第一组合物，包括氨基甲酸铵的第二组合物和包括氮氧化物的废气流。还提供了用于产生氨基甲酸铵的方法。当废气流具有的温度低于阈值温度时，可以将第二组合物引入至废气流(10)中，并且当废气流具有的温度等于或高于阈值温度时，可以将第一组合物引入至废气流中。

本发明涉及用于产生氨基甲酸铵和用于还原废气流中氮氧化物(NOx)的方法，以及实施该方法的设备。

在欧洲制造用于销售的运载工具发动机必须遵守欧盟委员会制定的一套严格的排放目标，这些目标涵盖了一系列可能的污染物。氮氧化物(NO和NO₂，统称为NOx)是一种这样的排放物。运输领域是欧盟(EU)NOx排放的最大贡献，占2013年总排放量的46％。因此，NOx的排放限值正在降低，并且越来越难以满足。许多其他司法管辖区也存在类似的立法，诸如中国、印度和日本。

选择性催化还原(SCR)系统可应用于降低NOx排放。SCR系统已经在发电设施中使用了一段时间并且使用氨作为还原剂，在催化剂的存在下氨与NOx反应并产生氮和水。EP0524953B1(Fuel Tech)描述了一种电站锅炉，其中，将第一处理剂(尿素或氨)引入第一流出温度区(例如982℃至1149℃)的流出物中并且然后将第二处理剂(氨基甲酸铵)引入不同温度区(例如704至982℃)的流出物中。

SCR在运载工具中的使用是一种较新的发展并且应用氨前体代替氨，这是因为氨不适于补给并且携带起来可能不安全。

US2001/0053342描述了一种设备，其中，通过加热容器中的固体存储介质来获得气态氨。存储介质通过物理和/或化学吸收结合氨。容器较大(例如10升)以便于储存足够的氨以持续运载工具维护之间的时间段。

在运载工具方面，行业广泛采用由32.5％尿素和67.5％去离子水组成的氨前体。该尿素水溶液以ISO 22241标准化为AUS32(尿素水溶液)。它通常称为或柴油机废气燃料(DEF)。

直接喷射入热废气流中，其中，由于温度升高，它会分解产生氨。然而，废气流中350℃的温度对于完全分解是理想的。因此，在温度不足以完全支持分解成氨的情况下，可能存在运行时间。必须停止SCR运行，因为尿素可以产生形成沉积物的替代分解产物。这些沉积物会在排气系统内积聚，增加背压并导致发动机故障。此外，由于含水量高，容易结冰。

US2016/153335A1(Toyota)描述了一种内燃机的废气净化设备，其包括SCR NOx催化剂，以及储存尿素水溶液的罐、水解催化剂和加热器。加热水解催化剂并使尿素通过催化剂水解并进入排气通道。

本发明试图克服目前还原废气流中氮氧化物的方法的一个或多个缺点。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于还原废气流中氮氧化物(NOx)的方法，该方法包括：

提供在其中具有第一组合物的第一储存器，所述第一组合物包括尿素水溶液；

沿流动路径转移第一组合物的一部分，流动路径与第二储存器连通；

加热第一组合物的该部分以产生包括氨、二氧化碳和水的混合物，加热是在流动路径或第二储存器中进行的；

冷却混合物以产生第二组合物，冷却是在流动路径或第二储存器中进行的，并且第二组合物包括氨基甲酸铵水溶液；以及

将第二组合物从第二储存器引入至包括氮氧化物的废气流中。

氨基甲酸铵在加热时分解形成氨，并且所得的氨还原废气流中的NOx。氨基甲酸铵非常快速地并且在低温下分解形成氨。这在实施例中被证实。

因此，氨基甲酸铵不会形成沉积物。此外，本发明还允许更好地控制氨输送。快速分解时间缩短了喷射命令和氨输送之间的延迟。这允许控制系统能够处理快速的NOx瞬变(即低于1秒)。