氨的储存结构和相关系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明总体涉及气体在固体中的储存。
[0002] 这种类型的储存通常在比纯气体储存情况下的储存压力小的储存压力下储存气 体。
[0003] 这种类型的储存的应用是多样的，并且涉及例如：氢在燃料电池中用于产生电的 用途，或氨通过选择性催化还原（SCR)还原氮氧化物NOx的应用，特别是氨用于还原内燃机 (尤其是柴油机）排放的污染物的应用。
[0004] 本发明涉及一种氨储存结构，该氨储存结构特别用于对燃料车辆废气中的氮氧化 物进行选择性催化还原，该氨储存结构包括至少一种储存材料，氨可储存在该至少一种储 存材料中。本发明还涉及包括上述结构的系统。
【背景技术】
[0005] 现状：氨通讨SCR催化作用还原氮氣化物的应用的实例
[0006] 减少与运输相关的污染物排放已经是近三十年的发展目标。对四种受管制的污染 物（C0、HC、N0X、颗粒）的排放限值的严格程度逐渐升高，这已经显著改善了特别是大城市 群中的空气质量。
[0007] 越来越多的使用车辆意味着需要持续努力来进一步减少这些污染物的排放。在引 进欧6(Eur〇6)标准的步骤方面，预计在2014年出现相对于欧洲排放阈值的偏差下降。这 样的措施目的在于减少局部污染。在本文中，优选减少稀混合物中的氮氧化物（N0X)，其中 稀混合物即含过量的氧的混合物。
[0008] 另外，在几年中燃料消耗（与C02排放直接相关）已经成为机动车首要关注的事 情。因此，已经从2012年开始实施规定，以限制载客车辆的C02排放。已经接受的是，这一 限制将在未来的数十年中逐渐降低。
[0009] 减少局部污染（N0X)和减少燃料消耗（C02)这两个问题特别限定于柴油机，其中在 稀混合物中，柴油机的燃烧伴随难以处理的N0X排放。
[0010] 在本文中，SCR后处理技术（"选择性催化还原"）同样用于载客车辆，如与货物运 输相关的车辆。
[0011] SCR系统一般通过选择性催化还原来减少氮氧化物N0X。
[0012] 可以大量的放为成本使发动机以最佳状态运行，这些NOx排放物随后在排气 装置中通过SCR系统进行处理，该SCR系统能以相当高的效率进行N0X还原。
[0013] 为了实施这样的SCR技术，需要在车辆上放置用于还原氮氧化物的还原剂。
[0014] 目前，重质货物的车辆所使用的SCR系统使用尿素的水性溶液作为还原剂。被 注入到排气装置中的尿素通过废气温度的作用分解成氨（NH3)，并且在特定催化剂上还原 N0X。目前在SCR系列中，系统运行标准化的尿素的水性溶液是已引用的AUS32 (在欧洲的 商品名是Adb丨ue')。
[0015] 这种方法受到一些限制。
[0016] 它显示出有限的冷效率（发动机还不太热）。
[0017] 这种状况出现在几种情况中，特征是城市巴士的情况。
[0018] 另外，尿素罐具有很大的质量和体积，典型地，对于载客车辆是15L至30L，对于重 质货物车辆是40L至80L。这样的容积使得整合至车辆中具有复杂性，而且车辆越小复杂性 越大。这导致去污成本高，并且过大的质量对车辆的燃料消耗有害，由此产生过量的〇) 2排 放。
[0019] 因此，已经计划了可选的储存方法来试图克服这些限制。
[0020] 特别在紧凑性和运行安全性方面，由在空罐中的压力下储存气体所构成的选择也 具有缺点。这特别适用于储存氨气。
[0021] 另一方法由在储存材料中储存气体构成，气体被吸附到该储存材料中。
[0022] 这种储存材料（例如盐）被布置在储存箱体中。气体的储存（典型地是氨，这是 要在此开发的实例，但是这种理论适用于其它气体的储存）通过形成氨合物型化学络合物 而在盐中进行。
[0023] 下面的段落将对氨吸附在材料（诸如盐）中的化学过程进行更详细地描述。
[0024] 在储存结构中，粉末状的盐选自碱土金属氯化物，作为储存材料。具体地，粉末状 的盐可选自下面的化合物：SrCl2、MgCl2、BaCl2、CaCl2、NaCl2。
[0025] 氨在上述储存材料中的储存基于如下类型的可逆的固体-气体反应：
[0026]
[0027] 氨与碱土金属氯化物形成配合物，也被称为氨合物。技术人员知晓这一现象。
[0028] 例如，氨与氯化锶的反应是：
[0029]
[0030]
[0031] 类似地，氨与氯化钡的独特反应是：
[0032]
[0033] 氨粘合剂被吸附剂SrCljPBaCl2化学吸附，使得在固体和气体之间发生电子转 移，其中电子转移经由順 3与SrCl2和BaCl2的原子外层之间的化学键来发生。气体进入固 体结构中的渗透通过扩散方法发生在它的整个质量中。该反应是可逆的，吸附是放热的，而 解吸附是吸热的。
[0034] 这种类型的储存具有优点。
[0035] 实际上，在盐中的储存显著减小了储存罐的质量和体积。
[0036] 还提供了 0)2平衡方面的益处，因为对于给定的氨自主性，要被包埋的还原剂质量 减小。相对于尿素在水性溶液中的储存，实际上节省了用来稀释传统SCR配置（被称为液 体配置）中的尿素的额外量的水。
[0037] 另外，这种类型的储存使用具有较高效率的冷N0X吸附。
[0038] 这种类型的储存还能降低制造成本，因为可简化氨的供应系统和注入。
[0039] 本文全篇的重点在于这种类型的储存。
[0040] 为了限制储存箱体的体积，汽车制造商例如在维修过程中、在排空时或在填充燃 料箱的过程中，进行储存箱体的填充或更换。
[0041] 根据目前持有的假设，埋置在载客车辆上的氨的量为大约6kg，相当于16升AUS32 型尿素溶液，这在车辆的两次排空间隔之间确保了载客车辆的自主性。
[0042] 为了能向SCR系统供应氨，提供了受控的加热装置（例如是电动的或经由冷却 液），以便在每一工作条件下以计量的方式释放用于处理氮氧化物的氨。
[0043] 在预计的工作模式中，一旦储存箱体（例如筒状物，这两个术语"箱体"和"筒状 物"可在本文中使用）为空的，则例如在车辆维修的过程中被替换成充满的筒状物，并且将 空的筒状物送回填充工厂。因此，该筒状物能进行十至十五次排空/填充循环。根据制造 商的策略，可调整储存箱体的更换频率及其更换方式。
[0044] 因此，吸附气体形式的氨的储存相对于柴油机尾气处理液（Adblue)水性溶液具 有优点（在体积、增大的冷效率、混合区与废气的更好的紧凑性……等）。
【发明内容】
[0045] 本发明的目的是进一步改善已知的SCR系统。
[0046] 具体地，本发明不同方面的目的在于提高针对以下问题中的至少一个的解决方 案：
[0047] 在一定程度上克服了已知装置在寻求储存箱体内的最小气体压力与释放储存的 氨气所需的最小动力（典型地是电源）之间所固有的矛盾；
[0048] 计量储存在固体基质中的气体水平上的困难。在此方面，如果可能计量所述筒状 物随时间变化的水平，则将大大有助于计划空筒状物与满筒状物的更换；
[0049] 通过所述筒状物在系统使用寿命过程中的排空过程，在筒状物中逐渐出现不均一 性。该逐渐排空实际上将诱导储存基质内的逐渐不均一性，结果使得系统性能在经过一段 时间后发生变化。这样或早或晚还会带来该基质特定特征的变化，从而引发耐久性问题。
[0050] 为了提供这些解决方案中的至少一个，本发明提供了一种氨储存结构，特别用于 选择性催化还原燃料车辆废气中的氮氧化物，所述氨储存结构包括可在其中储存氨的至少 一种储存材料，其特征在于，所述氨储存结构包括至少两个分离的储存部件，每一个储存部 件都包含储存材料，不同储存部件的储存材料不都是相同的。
[0051] 这样的结构的优点如下（但并不局限于此）：
[0052] 所述不同的储存材料具有不同的吸附焓；
[0053] 所述不同的储存材料具有不同的孔隙率或不同的孔径分布；
[0054] 所述不同的储存材料具有不同的热导率；
[0055] 所述储存材料中的至少一部分是粉末形式；
[0056] 所述储存材料中的至少一部分是刚性元件（d'6l6mentsrigides)的形式；
[0057] 所述材料选自碱土金属氯化物，具体地是盐SrCl2、MgCl2、BaCl2、CaCl2SNaCl2的 形式；
[0058] 所述储存部件被布置为彼此相邻，并且设置有使氨气能在两个相邻的储存部件之 间流动的构件；
[0059] 所述结构包括使氨气能在两个相邻的储存部件之间流动的构件；
[0060] 控制所述使氨气能在两个相邻储存部件之间流动的构件，以控制氨气在两个相邻 的储存部件之间的流动；
[0061] 所述使氨气能在两个相邻的储存部件之间流动的构件是受控的阻断构件（moyens cTobturationcommandes)；
[0062] 为了使氨气能在两个相邻储存部件之间流动，所述结构包括诸如管道或扩散器的 气体运输装置；
[0063] 为了使氨气能在两个相邻储存部件之间流动，所述结构包括设置有孔的中间元 件，或它的孔隙率使氨气能扩散；
[0064] 至少一个储存部件包含加热元件；
[0065] 所述加热元件是电阻器。
[0066] 本发明还涉及一种车辆的氨储存或移除系统，所述系统包括储存箱体，所述储存 箱体包括根据上述方面之一的储存结构。
[0067] 本发明还涉及一种用于控制