用于对燃机排放气体进行净化的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及用于对燃机排放气体进行净化的方法和系统。
【背景技术】
[0002] 关于车辆和卡车排放的法律规定包括要减少向大气中释放氮氧化物NOx。一种已 知的实现该目标的方式在于使用SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原） 方法，该方法能够通过将还原剂(一般为氨)注入排放管线中来还原氮氧化物。该氨可以通 过使用不同的技术来获得。
[0003] -种已知技术基于使用氨前驱物，例如尿素水溶液（氨在水中的重量百分比为 32.5wt%的低共熔溶液）。一般性地，该尿素溶液被存储在安装在车辆上的容器中。尿素溶 液被注入排放管线中，并且从所注射的尿素溶液的高温(热）分解产生气态的氨。在冷启动 的情况下，要求能够在自发动机启动起的预定时长结束时运行SCR系统，该预定时长取决于 环境温度。在冻结条件下一般用加热装置来使冻结的尿素溶液液化。然而，即使这样做，也 需要一定的时间来解冻足够的尿素溶液并注入排放管线中。另一方面，为了避免排放管中 的沉积并确保所要求的化学反应，在排放气体将排放管的温度提高到足够的温度(一般在 180°C至200°C的范围内）之前一定不能将尿素水溶液注入排放管中。
[0004] 鉴于上述缺点，存在对其中氨足够快地可用(尤其在冷启动时）的改进的用于净化 车辆排放气体的方法和系统的需求。
【发明内容】
[0005] 本发明的一个目的在于通过提出一种用于净化车辆内燃机排放气体的SCR方法来 解决上述问题，根据该方法，氨前驱物被存储在安装在车辆上的容器中。根据本发明的一个 方面，该方法包括以下步骤：
[0006] -使氨前驱物的一部分分解为氨水(aqua ammonia);
[0007] -将该氨水存储在安装在车辆上的单元中；
[0008] -将所存储的氨水计量供给到排放气体中。
[0009] 因此，提出生产并存储氨水，并使用该氨水来从排放气体中去除氮氧化物NOx。
[0010] 在本文中，术语"氨水"应被理解为指的是由氨前驱物的分解获得的流动物 (effluents)的混合物。该流动物的混合物可能包含氢氧化铵(其一部分是电离的）、氨前驱 物残余（即氨前驱物的还没有分解的部分）以及其他可能的产物(例如碳酸氢铵）。在一个具 体实施例中，氨前驱物可以是液态的氨前驱物;特别地，氨前驱物可以是溶液。在另一具体 实施例中，氨前驱物可以是固体。
[0011] 在氨前驱物是氨前驱物溶液的具体情况中，使用氨水的优点在于氨水在氨前驱物 溶液不可用(一般因为该溶液冻结)的温度下仍是可用并具有活性的（即随时可被计量供给 到排放气体中）。因此，用于去除NOx的氨的可用性得以改善。例如，Hwt %的氨水溶液的冻 结点是_24°C，并且如果借助浓缩器去除一些水的话该冻结点会更低。
[0012] 在排放管中使用氨水而不使用氨前驱物的做法还由于氨前驱物水解的步骤不再 在排放管中进行这一事实而是有利的。这允许排放管中的设计更为紧凑:免于使用水解催 化剂、缩短了从注入点到SCR催化剂的距离。还可以通过在计量供给到排放管中之前去除部 分水来提高氨水的浓度这一做法来进一步改善反应性。
[0013] 有利地，提出了将氨前驱物自动原地地转化（即分解)为氨水。换句话说，提出将第 一流体类型的还原剂(例如AdBluelD转化为第二流体类型的还原剂。该转化在车辆上发 生。不使用外部氨水源，并且无需人工拆卸操作来对其中存储氨水的单元进行再充装。因 此，根据本发明的氨水的生产和使用是简单且安全的。
[0014] 根据本发明的一个具体实施例，将两种还原剂(氨水和氨前驱物溶液）以交替的方 式（即一次计量供给一种还原剂)计量供给到排放气体中。在一个优选实施例中，氨水的计 量供给在容器中没有可用的氨前驱物溶液(一般因为所述容器是空的，或者因为氨前驱物 溶液冻结，或者因为将储箱连接到排放管的管线太冷从而将氨前驱物引入该管线中会导致 冻结)时进行。在另一实施例中，在最终切换到氨前驱物之前，在发动机启动后首先计量供 给氨水，以使得NOx的还原能够比使用氨前驱物可做到的更早地进行。在另一实施例中，在 发动机停机时将氨水引入将储箱连接到排放管的管线中，以避免当该管线充装有氨前驱物 溶液时该管线的内容物的冻结。当然，针对以上实施例所列举的优点可以组合存在。
[0015] 在另一具体实施例，可将氨水和氨前驱物溶液这两者并行地（即同时地)计量供给 到排放气体中。例如，在包含氨前驱物溶液的容器变空之前并且如果氨水可用的话，那么可 以在计量供给氨前驱物溶液的同时计量供给氨水到排放气体中，以在确保足够地去除NOx 的同时减小对剩余氨前驱物溶液的消耗。
[0016] 在一个具体实施例中，氨水的计量供给在排放气体已经将排放管的温度提高到预 定温度(例如150°C)时开始。
[0017] 如上所述地，可以在发动机启动后首先计量供给氨水。在该具体实施例中，氨水被 用作NOx还原的启动氨源。因此，SCR功能的启动时间被缩短，尤其是在低温条件下，这是因 为已具有足量的可用的氨水溶液（即氨水以液态存储在单元中）或简单地因为氨水能够在 比氨前驱物低的温度下引入排放管中。换句话说，在该具体实施例中，包含氨水的单元可以 被用作启动单元。
[0018] 在另一具体实施例中，包含氨水的单元可以被用作备用单元。
[0019] 有利地，氨前驱物的分解在车辆停车（即发动机关停)后持续进行一段时间。
[0020] 在一个有利实施例中，提出通过使用浓缩装置从氨水中分离出（部分地或完全地） 水来提高氨水的氨浓度。在一个优选实施例中，浓缩装置包括膜。氨的浓度越高，氨水的冻 结点就越低。例如，14wt %的氨水溶液的冻结点约为_24°C，而27wt %的氨水溶液的冻结点 则约为_85°C。使用浓度更高的氨水还由于在排放中蒸发的水要少这一事实而是有利的。并 且，氨的浓度越高，从中能够引入氨水的排放管中的温度就越低。该浓缩装置可以被布置在 包含氨水的单元的下游或被布置在该单元内。从氨水中去除的水可以被用于车辆上的其他 应用（例如作为挡风玻璃清洗器流体)或被排放到排放管中，或简单地被排放到车辆的外 部。
[0021 ]在一个具体实施例中，氨前驱物为氨前驱物溶液，优选地为尿素水溶液。
[0022]术语"尿素溶液"应被理解为指的是任何包含尿素的溶液，该溶液一般为水溶液。 本发明使用低共熔水/尿素溶液获得了良好的结果，对于该低共熔水/尿素溶液存在质量标 准:例如，根据ISO 22241标准，在AdBkie1§溶液(市售尿素溶液)的情况下，尿素含量(在重 量上）介于31.8%至33.2%之间（即32.5+/-0.7wt%)，因此可用的氨的量介于18.0%至 18.8%之间。本发明也可以被应用于尿素/甲酸铵的混合物，该尿素/甲酸铵的混合物也呈 水溶液形式，并以商标名Denoxium m销售，并且其组分之一 (Denoxium-30)包含与AdBlue? 溶液同等量的氨。后者具有仅自_30°C(相对于-11°C)起才冻结的优点，但具有与可能释放 甲酸相关的腐蚀问题的缺点。本发