[发明专利]一种氢-氨燃料发动机排气后处理系统

说明书

本发明公开了一种氢‑氨燃料发动机排气后处理系统，包括排气催化装置和氨气供给装置，所述排气催化装置用于转化排气中的氨气NH₃和氮氧化物NO_X，所述氨气供给装置用于给排气催化装置内供给氨气NH₃；所述排气催化装置包括依次连接的第一SCR催化器、第一排气管、第二SCR催化器、第二排气管和氨逃逸催化器ASC，所述第一SCR催化器的进口与氢‑氨燃料发动机的排气管出口连接，所述氨气供给装置的末端安装在第一排气管上。能使氢‑氨燃料发动机排气中较高浓度的氨NH₃和氮氧化物NO_X排放降低到近零水平。

技术领域

本发明属于汽车发动机技术领域，具体涉及一种氢-氨燃料发动机排气后处理系统。

背景技术

氢气的点火能量低，稀薄燃烧能力强，燃烧范围宽，火焰传播速度快，是理想的发动机燃料。氢气燃烧后的产物只有水，但氢气发动机工作时会产生一定量的氮氧化物NO_X(主要与过量空气系数相关)。氢气的分子小，密度低，易燃、易爆，不便于储存和运输。氨NH₃(由氢与氮气合成)是无碳燃料，燃烧后的产物主要是水和氮气，无二氧化碳排放。由于氨的最小点火能量高、火焰传播速度慢等物理性质，氨并不适合单独作为燃料在发动机上应用(需要助燃剂)。但氨容易液化，体积能量密度大，不容易发生爆炸，便于储存和运输。这就会出现一种情况，在氢能丰富的甲地(如采用风能、太阳能发电，电解水制氢)，用氢气来生产氨NH₃，再将氨NH₃运输(或者通过管道)到相距较远的乙地，这样就实现了将“氢能”从甲地运到乙地。在整车上，液态氨或者气态氨存储都较为方便(体积能量密度大)，并且安全性较好。在氨燃料发动机上增加一套氢气喷射装置，就构成氢-氨燃料发动机。

氢-氨燃料发动机工作时，氢气喷射装置喷射少量的氢气(例如10％，体积比)，氨气喷射装置喷射较多的氨气(例如90％，体积比)。火花塞点火时，氢气首先燃烧，然后引燃氨气，发动机输出功率。因为氢和氨都是无碳燃料，氢

-氨燃料发动机排气中的二氧化碳排放为零，碳氢化合物HC和一氧化碳CO的排放接近于零，但会有较高的氨NH₃和氮氧化物NO_X排放。

如果发动机的氮氧化物NO_X排放量较高，就需要催化器进行转换。目前，

降低发动机排气中氮氧化物NO_X主要采用三元催化器和选择性还原的SCR催化器(Selective Catalytic Reduction，SCR)，三元催化器主要用于过量空气系数约等于1的发动机(排气中有一定量的一氧化碳CO),SCR催化器主要用于过量空气系数大于1的发动机(排气中的一氧化碳CO很少或者没有，例如柴油机)。在柴油机上使用SCR催化器，需要1个箱体储存尿素

(NH₂)₂CO水溶液(尿素浓度为32.5％)，然后用泵将尿素水溶液泵出，再用喷射器将尿素水溶液喷射在SCR催化器入口前的排气管路内。尿素受热后变成氨气

NH₃和二氧化碳，氨气NH₃和发动机排气混合后一起流入SCR催化器。在SCR催化器中，氮氧化物NO_X与氨气NH₃发生化学反应生成氮气和水，见化学反应式

(1)。

4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O(1)