用于尿素溶液冻结保护的气体引入制造技术

一种选择性催化还原溶液，其具有尿素、水和包含于溶液内的气泡。特别地，所述溶液具有以大于31%（m/m）的材料质量分数的量存在的尿素含量，以及当溶液在约1巴的绝对压力下时以溶液体积的约7%至约9%的量存在于溶液中的气泡。当选择性催化还原溶液被加压到6巴至7.5巴之间的范围时，气泡在溶液（当溶液被加压时）的约1.33%至约1.07%之间的范围内。如果尿素溶液由于冷的温度而开始冻结，则气泡的存在为尿素溶液提供膨胀体积。

Gas introduction for urea solution freezing protection

A selective catalytic reduction solution having urea, water, and bubbles contained in the solution. In particular, the solution is greater than 31% (m/m) urea content existing material mass fraction of the volume, and when the solution in the absolute pressure of about 1 bar down to about 7% of the volume of the solution to about 9% of the amount of bubbles in solution. When the selective catalytic reduction solution is pressurized to a range of 6 bar to 7.5 bar, the bubble is within the range of about 1.33% to about 1.07% of the solution (when the solution is pressurized). If the urea solution begins to freeze due to cold temperatures, the presence of the bubble provides expansion volume for the urea solution.

【技术实现步骤摘要】
用于尿素溶液冻结保护的气体引入
本专利技术涉及一种经冻结保护的选择性催化还原溶液以及与还原剂递送单元相关的用途。
技术介绍
欧洲和北美的近来的法规对车辆施以更严格的废气排放要求。特别地，对用于压缩点火（柴油）发动机以及必须在贫燃和超贫燃条件下操作的直接喷射式发动机的贫燃技术有新的要求。贫燃发动机显示高含量的氮氧化物（NOx）排放，难以在贫燃燃烧的特征性富氧废气环境中进行处理。近来正在开发在这些条件下处理NOx的废气后处理技术。技术之一包括催化剂，所述催化剂促进氨（NH3）与废气氮氧化物（NOx）反应以产生氮（N）和水（H2O）。该技术称为选择性催化还原（SCR）。然而，障碍之一是氨（NH3）难以在汽车环境中以其纯的形式进行处理；因此，已开发出使用通常在32%的尿素（CO(NH2)2）浓度下的液体水性尿素溶液的系统。所述溶液称为AUS-32，其也以其商品名AdBlue®已知。尿素溶液被递送至车辆的热的废气流，并在废气中在发生热解或热分解成氨和异氰酸（HNCO）之后转化为氨。异氰酸随后由于存在于废气中的水而发生水解，并被转化为氨和二氧化碳（CO2）。热解和水解所产生的氨随后与之前所述的氮氧化物发生催化反应。使用尿素溶液的障碍之一在于AUS-32当前的方针含有尿素和水的混合物，这意味着溶液通常在-11℃下发生冻结。这使得SCR技术面临障碍，因为主要担心的是会导致膨胀的溶液的冻结，以及将尿素溶液递送至排气系统的还原剂递送单元（RDU）的堵塞。如果溶液在RDU内冻结，则整个RDU会变得阻塞或有部件（如软管、注射头、罐、泵和其它部件）由于冻结溶液的膨胀而破裂。为了解决冻结问题，已开发了数种不同类型的清洗系统，其中在车辆发动机关闭时清洗RDU的溶液供给线和注射头，使得部件内具有极少（如果有的话）溶液，由此有助于消除由于溶液冻结而导致的损坏或堵塞的可能性。另外还开发了其它，将加热器置于溶液供给罐内，并沿着溶液供给线使用加热带，以确保溶液供给线保持温暖，不使溶液冻结。然而，这些解决方法依赖于给RDU系统部件提供功率，以在发动机关闭情况下的车辆不动时加热部件。如果车辆在寒冷天气下储存长时间，则这种系统会导致车辆电池不希望的耗尽或者需要单独的电源。因此，希望开发更实用的用于SCR系统的冷冻保护，以保护RDU的部件。
技术实现思路
本专利技术涉及一种选择性催化还原（SCR）溶液，其具有尿素、水和包含于溶液中的气泡。特别地，所述溶液具有以大于31%（m/m）的材料质量分数的量存在的尿素含量，以及当溶液在约1巴的绝对压力下时以溶液体积的约7%至约9%之间的量存在于溶液中的气泡。当选择性催化还原溶液被加压到6巴至7.5巴之间的范围时，气泡在溶液（当溶液被加压时）的约1.33%至约1.07%之间的范围内。选择性催化还原溶液中存在气泡将有助于防止RDU部件的冻结，因为当溶液被加压时，气泡占据溶液的少量体积，但当车辆关闭时，还原递送单元将被减压，气泡将占据包含于还原递送单元中的溶液的更大体积。如果SCR溶液由于冷的温度而开始冻结，则气泡的存在为尿素溶液提供膨胀体积。因此，RDU的部件以及包括到达RDU的供给线、供给罐和泵在内的其它系统部件均将因SCR溶液本身内的气泡而避免冻结，由此无需清洗或加热RDU系统。根据下文提供的详细描述，本专利技术的另外的应用领域将变得显而易见。应了解尽管详细描述和具体实例表明了本专利技术的优选实施例，但其旨在仅为了说明的目的，而不旨在限制本专利技术的范围。附图说明根据详细描述和附图，将更完全地理解本专利技术，其中：图1为用于车辆排气系统的还原剂递送单元的示意图；图2A为用于连接至车辆排气系统的一部分的还原剂递送单元的注射头和供给软管的部分横截面图；图2B为用于还原剂递送单元的注射头和一部分供给软管的横截面侧面平面图；图3为具有加压溶液的一部分注射头的放大横截面侧视图；图4为具有减压溶液的一部分注射头的放大横截面侧视图；图5为具有发生冻结的减压溶液的一部分注射头和一部分供给软管的放大横截面侧视图；图6为具有泵的溶液供给罐和将气泡引入尿素溶液的方法的示意图；图7为具有泵的溶液供给罐和将气泡引入尿素溶液的替代方法的示意图；以及图8为具有泵的溶液供给罐和将气泡引入尿素溶液的替代方法的示意图。具体实施方式优选实施例的如下描述仅为示例性的，且不以任何方式想要限制本专利技术、本专利技术的应用或用途。在如下实例中，对于给定温度和压力，SCR溶液中的气泡的体积使用理想气体定律计算，理想气体定律具有等式PV=nRT，其中P为压力，V为体积，n为摩尔数，R为气体常数且T为温度。当确定气体加压态与气体减压态之间的气体的体积时，摩尔数和气体常数抵消。使用等式(P1)(V1)/T1=(P2)(V2)/T2完成加压态下的气泡的体积的确定，其中P1为加压SCR溶液的压力。T1是变化的，但最极端的情况为在操作模式下的注射器内部的最大允许流体温度，目前为130C(403K)。P2为减压之后的压力，并且为1巴绝对压力。V2取决于减压之后气泡的所需体积而变化，然而，取决于特定应用，约7%至约10%之间，通常约7%至约9%之间的范围，理想地8%均为有利的体积。T2为SCR溶液的凝固点，在AdBlue®的情况中其为-11C(262K)。使用式V1=(P2)(V2)(T1)/(P1)(T2)完成加压时SCR溶液中的气泡的体积（即V1）的确定。使用如上式，如以下实例所述产生如下样品。实例产生具有尿素、水和气泡作为主要组分的选择性催化还原（SCR）溶液的数个不同的样品。除非另外指出，否则本文所用的单位m/m指材料的质量分数。下表描述了SCR溶液的一般特性，所述SCR溶液包含存在于溶液内并在本文统称为“另外的元素和化合物”的多种不同的元素和化合物。表1-尿素-水溶液特性如上表所示并且也包括于如下样品中，根据本专利技术制得的典型的SCR溶液含有少量的一些另外的元素和化合物，如NH3（0%m/m至0.2%m/m之间）、缩二脲（0%m/m至0.2%m/m之间）、醛（小于或等于约5mg/kg）、不溶物（小于或等于约20mg/kg）、磷酸盐（小于或等于约0.5mg/kg）、钙（小于或等于约0.5mg/kg）、铁（小于或等于约0.5mg/kg）、铜（小于或等于约0.2mg/kg）、锌（小于或等于约0.2mg/kg）、铬（小于或等于约0.2mg/kg）、镍（小于或等于约0.2mg/kg）、铝（小于或等于约0.5mg/kg）、镁（小于或等于约0.5mg/kg）、钠（小于或等于约0.5mg/kg）和钾（小于或等于约0.5mg/kg）。在如下实例中，SCR溶液（也称为液体溶液）通过如下方式制得：首先制备液体溶液，然后将气泡添加至每一个液体溶液样品中以产生经灌注的SCR溶液。气泡如下制得并引入：通过包括空气或二氧化碳的加压气体罐在内的数种来源，使用连接至空气源的泵对溶液充气，其中气泡与移动通过泵的溶液混合，或者通过搅拌，其中搅拌液体溶液，从而使气泡混合至溶液中，结合泵用于加压移动经搅拌的溶液。实例1第一组经灌注的SCR溶液样品通过如下方式制得：混合尿素含量通常大于31%m/m且水小于或等于约69%的液体溶液与构成所述组样品的剩余部分的上述另外的元素和化合物。将气泡或溶解气体引入每一个液体溶液样品中，以产生在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种选择性催化还原溶液，其包含具有尿素、水和气泡的溶液。

【技术特征摘要】
2015.11.13 US 14/9405281.一种选择性催化还原溶液，其包含具有尿素、水和气泡的溶液。2.根据权利要求1所述的选择性催化还原溶液，其中所述溶液具有选自由以下组成的群组中的一个的尿素含量：大于31%(m/m)的材料质量分数，在约31%(m/m)的材料质量分数至约34%(m/m)的材料质量分数之间的范围，和约32.5%(m/m)的材料质量分数。3.根据权利要求1所述的选择性催化还原溶液，其中在约1巴绝对压力下所述气泡以选自由以下组成的群组中的一个的量存在于所述溶液中：大于溶液体积的约7%，在溶液体积的约7%至约9%之间，和溶液体积的约8%。4.根据权利要求1所述的选择性催化还原溶液，其中当所述溶液在约262K的温度下被加压到至少约3巴的压力时，所述气泡以溶液的至少约2.67%的量存在于所述溶液中。5.根据权利要求1所述的选择性催化还原溶液，其中当所述溶液在约262K的温度下被加压到小于或等于约10巴的压力时，所述气泡以大于溶液的约0.80%的量存在于所述溶液中。6.根据权利要求1所述的选择性催化还原溶液，其中当加压时，所述气泡的量为选自由以下组成的群组中的一个：大于溶液体积的约2.67%，在溶液体积的约2.67%至约0.80%之间，在溶液体积的约1.33%至约1.07%之间，和大于溶液体积的约0.80%。7.一种具有冷冻防护选择性催化还原溶液的还原剂递送单元，其包括：具有选择性催化还原部分的排气系统，在所述选择性催化还原部分中，含有尿素、水和气泡的溶液的薄雾与来自所述排气系统的废气混合；连接至所述选择性催化还原部分用于引入所述薄雾的注射头；和连接至所述注射头的选择性加压溶液供给线，所述加压溶液供给线含有尿素、水和气泡的所述溶液，其中所述溶液以加压态和减压态存在于所述选择性加压溶液供给线中，其中当所述溶液为所述加压态时，所述气泡更小并具有更小的体积，当所述溶液为所述减压态时，溶解的气泡更大并具有更大的体积，由此在所述溶液经减压时产生冻结空气空间。8.根据权利要求7所述的还原剂递送单元，其还包括连接至所述供给线的泄压阀，通过解除在所述溶液供给线中所述溶液的所述加压态而使溶液在所述加压态与所述减压态之间转换。9.根据权利要求7所述的还原剂递送单元，其中所述溶液在进入所述供给线时通过压力源加压，其中所述压力源为选自由以下组成的群组中的一种：具有连接到位于供给罐中所述溶液上方的顶部空间中的气体的抽气线的泵、来自车辆中车载加压空气源的空气供应线、压缩气体筒、与加压泵组合的存在于所述供给罐中的充气源，或它们的组合。10.根据权利要求7所述的还原剂递送单元，其中所述溶液具有选自由以下组成的群组中的一个的尿素含量：大于31%(m/m)的材料质量分数，在约31%(m/m)的材料质量分数至约34%(m/m)的材料质量分数之间的范围，和约32.5%(m/m)的材料质量分数。11.根据权利要求7所述的选择性催化还原溶液，其中在约1巴绝对压力下所述气泡以选自由以下组成的群组中的一个的量存在于所述溶液中：大于溶液体积的约7%，在溶液体积的约7%至约9%之间，和溶液体积的约8%。12.根据权利要求7所述的选择性催化还...

【专利技术属性】
技术研发人员：KA肖，
申请(专利权)人：大陆汽车系统公司，
类型：发明
国别省市：美国,US