一种利用液氨为SCR还原剂的柴油机尾气排放净化处理系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种利用液氨为SCR还原剂的柴油机尾气排放净化处理系统，液氨钢瓶装有液氨，液氨钢瓶与液位传感器相连，液氨钢瓶与第三压力传感器相连，液氨钢瓶与其上加热装置相连，液氨钢瓶上的液位传感器和第三压力传感器集成一个检测器，通过液氨钢瓶端部法兰式开口与液氨钢瓶相连，加热装置采用液氨钢瓶端部法兰式开口与液氨钢瓶相连，稳压装置与净化装置相连，氨气流量调节阀与稳压装置相连，空气流量控制阀与柴油氧化催化剂‑碳颗粒捕获剂尾部相连，再循环装置与催化反应器相连。结构简单，使用方便，解决了尿素系统水解产氨反应复杂，实际耗氨量难以控制的问题；解决了固态氨技术中氨充装缓慢，氨释放受温度控制，市场配套难的问题。

A purification and treatment system of diesel engine exhaust gas using liquid ammonia as SCR reducing agent

The utility model discloses a diesel engine tail gas purification treatment system using liquid ammonia as SCR reducing agent. The liquid ammonia steel bottle is provided with liquid ammonia, the liquid ammonia steel bottle is connected with the liquid level sensor, the liquid ammonia steel bottle is connected with the third pressure sensor, the liquid ammonia steel bottle is connected with the upper heating device, the liquid level sensor and the third pressure sensor on the liquid ammonia steel bottle are integrated with a detector, and the liquid ammonia steel bottle is connected with the upper heating device through the liquid ammonia The flange opening at the end of the cylinder is connected with the liquid ammonia cylinder, the heating device is connected with the liquid ammonia cylinder by the flange opening at the end of the liquid ammonia cylinder, the pressure stabilizing device is connected with the purification device, the ammonia flow regulating valve is connected with the pressure stabilizing device, the air flow control valve is connected with the tail of the diesel oxidation catalyst \u2011 carbon particle capturing agent, and the recycling device is connected with the catalytic reactor. It is simple in structure and convenient in use, which solves the problems of complex hydrolysis and ammonia production in urea system and difficult to control the actual ammonia consumption. It also solves the problems of slow ammonia filling, temperature control of ammonia release and difficult market matching in solid ammonia technology.

【技术实现步骤摘要】
一种利用液氨为SCR还原剂的柴油机尾气排放净化处理系统
本技术属于柴油机尾气排放净化处理，更具体一种利用液氨为SCR还原剂的柴油机尾气排放净化处理系统，其适用于化石燃料燃烧产生氮氧化物的处理，特别是以柴油为主的化石燃料。尤其是使用液氨作为汽车尾气处理的还原剂的供给系统的技术方面。
技术介绍
中国公路运输量占全部运输量70％以上，柴油车因其在动力性、经济性以及可靠性方面比汽油车更具有明显的优势，从而承担着绝大多数的货运。然而柴油车氮氧化物的排放以及PM排放占所有机车排放的70％以上，随着《重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》的颁布，排放标准越来越严格，特别是氮氧化物的排放从国五阶段180mg/km提升到国6a的60mg/km直至国6b35mg/km。因此为了降低氮氧化物的排放，有必要采用氨类物质作为还原剂，选择性还原氮氧化物(SCR)，从而得到清洁的氮气和水。目前柴油车采用BASFAdBlue技术，即使用32.5％的尿素溶液作为氨类物质，用于选择性催化还原汽车尾气排放的氮氧化物。基本原理是利用纯尿素和去离子水配制成浓度为32.5％的尿素水溶液，储存于尿素箱中，其经过尿素泵(例如，博世2.2尿素泵0445042024尿素泵)进入压力空腔，受压尿素溶液在尿素控制器(DCU)的作用下从尿素碰嘴中喷出、雾化，其经水解、热解之后产生氨气，氨气在催化剂的作用下将氮氧化物转化成氮气和水，具体化学反应方程式如下：主反应：(NH2)2CO(水溶液)→(NH2)2CO(熔化态)+xH2O(I)；(NH2)2CO→NH3+HNCO(II)；HNCO+H2O→NH3+CO2(III)；副反应：尿素在高温时不稳定，193℃发生尿素水溶液的脱水反应(I)；250℃会分解成氨(NH3)和异氰酸(HNCO)(II)；400℃异氰酸(HNCO)与水反应生成氨(NH3)和二氧化碳(CO2)(III)。当排气温度低于300℃时，尿素溶液的分解率<20％，绝大部分尿素溶液是进入SCR催化箱后才进一步分解成氨气。与此同时，在150-160℃时，易发生副反应(IV)生成缩二脲。由此可见尿素水溶液在水解产氨过程中反应复杂，难以精确控制；再者水解过程会降低排气温度，造成催化反应率下降从而使得尾气排放难以达标；同时水解、热解不完全的尿素水溶液容易产生缩二脲结晶，沉积在排气管路或是尿素喷嘴部位，堵塞排气管路从而造成发动机动力的损失，燃油经济性恶化，排放恶化；尿素水溶液的冰点为-11℃，低温环境下SCR系统无法正常工作，整车的排放控制并未发挥有效的作用。车尿素的品质直接影响着尾气处理性能，低品质的尿素水溶液存在重金属(Fe2+、Ca2+、Cu2+等)及其他化学成分(K+)，其会与催化剂发生化学反应，特别是会和催化剂中氧进行结合，从而导致催化剂(V2O5/WO3-TiO2)的催化位点的破坏，以至于降低尾气转化效果，更甚者会使得尾气处理系统失效。目前尿素水溶液还原剂系统已经使用十年以上，还原剂尿素的结晶堵塞管道，从而导致整个系统失效的现象普遍存在。尿素高温分解氨反应复杂，导致尿素的分解释放氨气的速率与汽车尾气排放的氮氧化物的速率难以匹配，从而导致汽车尾气排放达不到排放标准。尿素高温分解氨反应复杂，尿素的分解释放氨气的速率与汽车尾气排放的氮氧化物的速率难以匹配，以至于目前为了达到国六标准，采用喷射过量的尿素来处理尾气，该方法无疑增加用户的使用成本。32.5％车尿素每千克可利用氨为18.4％，其含氨量低导致续航里程短。为了克服尿素系统在水解产氨过程中反应复杂，难以精确控制；水解过程造成排气温度降低，使得催化反应率降低；水解、热解不完全产生缩二脲结晶堵塞排气管路、尿素喷嘴；尿素水溶液的冰点高，低温环境下SCR系统无法正常工作的缺陷，丹麦Amminex公司开发利用碱土金属氯化物(SrCl2·(NH3)8)来固定氨气作为还原剂的固态氨技术(SSCR)。化学反应方程式如下：相比于尿素系统(BASFAdBlue)，固态氨技术(SSCR)中每千克可利用氨为46.175％，其续航里程提升2.5倍。固态氨技术(SSCR)解决了尿素系统(BASFAdBlue)水解产氨反应复杂带来的诸多问题。但其存在氯化锶(SrCl2)吸附NH3至饱和的时间很长，SrCl2·(NH3)8脱附氨受温度控制；市场配套难等诸问题。
技术实现思路
本技术的目的是在于提供了一种利用液氨为SCR还原剂的柴油机尾气排放净化处理系统(ALA)，结构简单，使用方便，解决了尿素系统(BASFAdBlue)水解产氨反应复杂，实际耗氨量难以控制的问题；解决了固态氨技术(SSCR)中氨充装缓慢，氨释放受温度控制，市场配套难的问题。该处理系统(ALA)能精确控制喷氨量，其结构简单，耐用性高，使用寿命长，用户使用成本低。为了实现上述的目的，本技术采用以下技术措施：其技术构思：本技术采用液氨作为柴油车SCR后处理系统的还原剂。选择性催化还原(SCR)技术的实质是NH3+NOx＝N2+H2O。氨的沸点为-33摄氏度，氨的凝固点为-78摄氏度。液氨在汽车工作状况下，既不存在类似于尿素系统需分解制备的问题；也不存在尿素系统低温结晶而导致无法使用的问题；更不存在在尿素系统中因尿素在短时间内分解产氨难以精细确定，而无法和汽车尾气排气匹配的问题；也不存在固态氨系统中氨释放受温度限制的问题，以及碱土金属氯化物吸脱附氨受时间限制的问题。因而使用液氨更加方便，直接释放氨气其精确控制调节更加可靠。液氨是商业化化工原料，相比于车尿素在生产过程中需制备超纯水而言，其已经具备99％高纯度的特性，因而无需进行后续处理便可直接用于柴油车SCR后处理系统。液氨是商业化化工原料，可直接作为选择性催化还原技术的还原剂，无须进行固态氨(SSCR)技术吸脱附循环补给，可直接使用，可精确调控与汽车尾气排气量保持一致。液氨在化工领域大规模的应用，其已具备完善的市场配套体系。本申请目的是提供一种长续航里程，模块相对简单的液氨作为SCR还原剂的系统。相比于尿素-SCR系统取消了尿素泵、尿素喷嘴等高故障率零部件，及其外部热解设备。直接使用液氨，避免生产车尿素产生的能耗，使得能源利用更加优化，响应国家节能减排的政策。使得汽车行驶里程更长，使用和维护成本更低。对于尿素而言，按照国五牵引车尿素消耗信息，1000km加入24升的32.5％的尿素水溶液(尿素消耗量按照耗油量400L的6％进行计算)，使用SSCR系统，假定全部使用八氨合氯化锶，同样质量下续航里程为2500km，而同样质量的液氨续航里程为5435km。由此可见相同质量下，液氨的续航里程是尿素系统的5倍多，是固态氨系统的2倍多。更甚者，以尿素价格3元/L,液氨价格3.6元/L进行计算，10000km的里程下，尿素使用费为720元，液氨使用费为280元，液氨使用费仅为尿素使用费的三分之一。一种利用液氨为SCR(选择性催化还原反应)还原剂的柴油机尾气排放净化处理系统，其基于先进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用液氨为SCR还原剂的柴油机尾气排放净化处理系统，它包括基于ALA系统、液氨钢瓶(1)、液位传感器(17)、第三压力传感器(16)、加热装置(18)、氨气截止阀(2)、净化装置(3)、稳压装置(4)、氨气流量调节阀(5)、氨气喷嘴(6)、第一氮氧传感器(9)、第一温度传感器(8)、柴油氧化催化剂-碳颗粒捕获剂(21)、第一压力传感器(11)、催化反应器(7)、再循环装置(12)、预测控制单元(20)、发动机电子控制单元(19)、氨传感器(22)、氨氧化催化箱(23)，预测控制单元(20)与发动机电子控制单元(19)相连，第一氮氧传感器(9)与预测控制单元(20)相连，第一温度传感器(8)与预测控制单元(20)相连，柴油氧化催化剂-碳颗粒捕获剂(21)通过排气管道与发动机相连，第一压力传感器(11)与柴油氧化催化剂-碳颗粒捕获剂(21)相连，第二压力传感器(15)与预测控制单元(20)相连，第二氮氧传感器(13)与预测控制单元(20)相连，第二温度传感器(14)与预测控制单元(20)相连，其特征在于：液氨钢瓶(1)装有液氨，液氨钢瓶(1)与液位传感器(17)相连，液氨钢瓶(1)与第三压力传感器(16)相连，液氨钢瓶(1)与上加热装置(18)相连，液氨钢瓶(1)上的液位传感器(17)和第三压力传感器(16)集成一个检测器，通过液氨钢瓶(1)端部法兰式开口与液氨钢瓶(1)相连，加热装置(18)采用液氨钢瓶(1)端部法兰式开口与液氨钢瓶(1)相连，稳压装置(4)与净化装置(3)相连，氨气流量调节阀(5)与稳压装置(4)相连，空气流量控制阀(10)与柴油氧化催化剂-碳颗粒捕获剂(21)尾部相连，再循环装置(12)与催化反应器(7)相连。/n...

【技术特征摘要】
1.一种利用液氨为SCR还原剂的柴油机尾气排放净化处理系统，它包括基于ALA系统、液氨钢瓶(1)、液位传感器(17)、第三压力传感器(16)、加热装置(18)、氨气截止阀(2)、净化装置(3)、稳压装置(4)、氨气流量调节阀(5)、氨气喷嘴(6)、第一氮氧传感器(9)、第一温度传感器(8)、柴油氧化催化剂-碳颗粒捕获剂(21)、第一压力传感器(11)、催化反应器(7)、再循环装置(12)、预测控制单元(20)、发动机电子控制单元(19)、氨传感器(22)、氨氧化催化箱(23)，预测控制单元(20)与发动机电子控制单元(19)相连，第一氮氧传感器(9)与预测控制单元(20)相连，第一温度传感器(8)与预测控制单元(20)相连，柴油氧化催化剂-碳颗粒捕获剂(21)通过排气管道与发动机相连，第一压力传感器(11)与柴油氧化催化剂-碳颗粒捕获剂(21)相连，第二压力传感器(15)与预测控制单元(20)相连，第二氮氧传感器(13)与预测控制单元(20)相连，第二温度传感器(14)与预测控制单元(20)相连，其特征在于：液氨钢瓶(1)装有液氨，液氨钢瓶(1)与液位传感器(17)相连，液氨钢瓶(1)与第三压力传感器(16)相连，液氨钢瓶(1)与上...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡杨，谢国清，
申请(专利权)人：清远集美技术有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44