氨存储结构及相关的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体上涉及在通过选择性催化还原（SCR)还原N0JI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】
[0002] 与交通有关的污染物的排放是近30年行业中首要发展的推动力。对于四种常规 污染物（C0，HC，N0 x，微粒）排放的严格限制的逐渐增强已经使得有可能显著改善空气质量 (特别是在大城市）。
[0003] 机动车使用的持续增加使得需要继续努力以进一步减少这些污染物的排放。相对 于欧洲排放阈值的容差的降低预计在2014年进入欧6标准生效的范围内。这些措施目的 在于减少局部污染。在所有驾驶条件下具有高效污染控制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（N0 X)在稀混合气中（即在包含过多氧的混合气中）的还 原代表了与一系列复杂问题相关的重要挑战。
[0004] 而且，与co2排放直接相关的燃料消耗在近几年内已经发展为机动车行业的一个 主要关心的问题。因此，私家车的C0 2排放的规定从2012年起设置到欧洲水平上。现在已 经确定这种限制将在未来几十年期间规则地降低。C02排放的减少因此对于所有的交通行 业作为新增长动力而流行。这种双重问题，局部污染（N0 X)的减少和燃料消耗（C02)的减少 对于柴油发动机特别困难，稀混合气的燃烧伴随着难于处理的^，的排放。
[0005] 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效率的位置，强的N0 X排放然后在排气装置 中通过SCR系统处理，以允许高效还原N0X。
[0006] 为了允许建立这种SCR技术，有必要在车辆上安装还原氮氧化物所需的还原剂。 目前由重型车辆使用的系统使用尿素水溶液作为还原剂。尿素注入到排气装置中，尿素在 废气的温度的影响下分解为氨（NH 3)并且允许在特定催化剂上还原N0X。对于目前大规模 生产的SCR系统使用的和标准化的一种尿素水溶液称为AUS32 (在欧洲商品名为AdWue? )〇
[0007] 然而这种非常有效的方法存在一定数量的缺点。它在寒冷条件下呈现出有限的效 果，而且这种情况在很多情况下出现，特别是城市公交车。尿素存储器呈现出相当大的质量 和体积，通常地对于私家车15至30升，对于重型车辆40至80升。这种体积当车辆较小时 带来集成到车辆的复杂性更大。结果是污染控制成本高，以及质量过量使得不利于车辆的 燃料消耗和因此不利于二氧化碳的排放。
[0008] 已经设想了各种替代的存储方法。以在压力下的气体存储氨的选择在紧密度和操 作安全方面有许多缺点。
[0009] 优选的方法包括将气体吸入放置于存储容器内的材料（例如盐）中。氨存储然后 在盐的内部通过形成氨化物类型的化学配合物而实现。这种类型的存储和尿素水溶液相比 有很多优点。盐中的存储允许显著减少存储容器的质量和体积。由于对于给定的氨的持续 在车辆上装载的还原剂质量的减少，因此也允许〇)2在量的方面受益。实际上，节省了提供 给稀释常规的或液体SCR结构中的尿素的附加水的量。此外，这种类型的存储允许在寒冷 条件下实现更高效率的N0X的吸收。这种类型的存储还提供了制造费用的降低，因为氨的 供给和注入系统都能够得以简化。
[0010] 为了限制存储容器的体积，机动车制造商赞同填充或更换存储容器，例如在发动 机维修期间，在换油时或在燃料罐的填充期间。私家车装载的氨的量大于6kg，相当于16L 的AUS32类型的尿素溶液，这使得有可能对于私家车在车辆的两次换油的间隔之间提供持 久力。为了用氨供给系统，电子加热元件或例如使用载热流体控制从而计量在每个操作条 件下用于处理氮氧化物所需的氨。
[0011] 一旦存储容器例如管壳是空的，用一个满的容器来替换，例如在车辆维修期间空 的容器在中央填充点重新填充。管壳可以因此受到10到15次填充/排空循环。
[0012] 为了限制用于管理排除存储的氨的平均功率，可以凭借添加剂来补充盐基体，所 述添加剂具有比盐更高的热导率，这使得有可能从加热元件传递热量到存储材料的核心。 这种添加剂通常可以是膨胀的天然石墨。
[0013] 此外，所述添加剂的正确配方具有其它优点。首先，它的存在可以使得有可能方便 在维修期间阶段氨的填充（缩短填充时间）。最后，这种添加剂的存在可以提供关于系统的 持久性的益处，特别地在管壳的连续排空和填充循环期间。
[0014] 实际上，在吸收反应过程中，气态氨通过构成存储材料的固体盐的固定伴随着体 积的增加，氨化合物然后占据的体积比纯盐的体积大得多。吸收后盐的体积比没有氨的盐 的体积更大可高达五至六倍。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。多孔基体的连续膨胀和收缩阶段可 以因此引起局部微动现象，这对孔隙率的均匀性和通常在材料的持久性上产生不利影响。
[0015] 获得存储相（盐）和添加剂的最佳混合物因此是实施系统的一个关键。用于获得 这种混合物的已知技术包括经由甲醇浴获得存储相和添加剂之间的连接物。外推到机动车 大量生产的规模，这种方法已经证明存在复杂和昂贵的投资，这是由于在甲醇这种情况下 中间产物的介入，及许多补充的制造步骤，例如甲醇浴的制备，用于以期望的比例混合这两 种产品的热力学条件的建立，干燥组件和因此获得的基体的处理。
【发明内容】
[0016] 本发明的一个目的是提供制造设计用于存储氨的基体的结构和方法，其包括设计 用于通过吸收的实际存储的材料，这允许操作和更高的效率。
[0017] 为此目的，提供氨存储结构，其特征在于所述结构包括，以交替方式：
[0018] 至少一个氨存储层，及
[0019] 至少一个具有比存储层更高热导率的导热材料层，所述或每个导热材料层设计在 结构内部增加热传递。
[0020] 本发明用以下的特征补充是有利地，以下特征可以采取单独一种或其技术上可能 的组合的任一种：
[0021] 所述或每个氨存储层包括粉状盐，
[0022] 所述或每个导热材料层由先前压缩的粉末构成，
[0023] 至少一个存储层是压缩的或非压缩的刚性薄片，
[0024] 导热层的数量，
[0025] 每个中间层机械地独立于相邻的层或其它层，
[0026] 每个层提供在相邻于其的两层之间完全相互分离。
[0027] 本发明还涉及包括存储容器的车辆的氨存储和排放系统，其特征在于所述存储容 器包括先前描述的存储结构。
[0028] 本发明通过以下的特征补充是有利地，以下特征可以采取单独一种或其技术上可 能的组合的任一种：
[0029] 所述或每个导热材料层相对于所述容器来定尺寸以在所述层和容器壁之间当结 构没有用氨饱和时呈现间隙，以致由于氨存储至少一个存储层的体积的增加在最初填充阶 段通过导热材料层的形状改变来抵消从而占据由间隙产生的自由空间，
[0030] 所述间隙位于容器的侧壁和导热材料层的侧壁之间，
[0031] 所述间隙构成导热材料层的横向直径的2%和30%之间，
[0032] 存储结构以所述或每个导热材料层在最终填充阶段能够经受压缩这样的方式制 造，
[0033] 每层在给定的填充条件下通常在整个容器的横截面延伸，
[0034] 结构沿轴向对称轴呈现出中空，以允许在每个存储层氨的存储和/或排