一种基于氨氢燃料动力系统的污染物排放处理系统技术方案

本发明专利技术涉及汽车行业技术领域，尤其是涉及一种基于氨氢燃料动力系统的污染物排放处理系统。本发明专利技术通过发动机缸内离子电流传感器和缸外多个传感器(第一氮氧化物传感器、第一温度传感器、第一氨气传感器、第二氮氧化物传感器、第二温度传感器以及第二氨气传感器)对污染物

【技术实现步骤摘要】
一种基于氨氢燃料动力系统的污染物排放处理系统


[0001]本专利技术涉及汽车行业
，尤其是涉及一种基于氨氢燃料动力系统的污染物排放处理系统。

技术介绍

[0002]随着近百年来的工业快速发展，人类的生产力水平得到大幅提高，但随之产生的能源问题也受到人们的日益关注，包括对化石燃料穷竭的担忧以及二氧化碳排放所造成的温室效应对环境的负面影响。因此，近年来人们开始致力于开发使用碳中和燃料的技术，即使用可再生能源。氨气(NH3)作为一种无碳燃料，因为其富含氢元素(氢含量17.75％，质量分数)且液态NH3具有较高的能量密度11.5MJ/L，成为了潜在的可替代能源。NH3能够通过哈伯
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博施法(Haber
‑
Bosch)以氢气和氮气为原料进行大规模生产，因此NH3也是世界上生产量最大无机化学品之一，而且NH3还能通过可再生能源生产，如风能、太阳能、海水温差等。由于NH3在室温(25℃)下，只需1MPa压力即可液化，因此其运输存储成本显著低于氢气。由于NH3具有较高的辛烷值(>130)，其可以运用到较高的压缩比的发动机上，故将NH3这一新型碳中和燃料应用到内燃机上具有巨大潜力。
[0003]然而，NH3作为一种燃料面临着诸多挑战。首先是其较弱的反应活性，表现在火焰燃烧速度慢(5～13cm/s)、较窄的可燃区间(15.5～27.0％在空气中的体积比)、以及较高的着火温度(903K)。因此，NH3和其他燃烧促进剂的混合燃烧成为可能，比如NH3和氢气共同作为燃料进行燃烧。由于氨燃料燃烧产生的排气温度比较低，相对于原有的SCR催化还原需要提升低温的特性；二是氨基融合燃料燃烧产生的排放，NO和N2O排放相对要高很多，还存在未燃的NH3，所以与传统SCR的工作特性、温度区间、还原剂的选择性都有很大差异，特别需要开发针对NO、N2O和NH3三效合一的专门后处理系统。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于氨氢燃料动力系统的污染物排放处理系统，以实现该动力系统的低氮氧化物和氨气排放的目的。该系统针对氨气着火困难，氮氧化物排放较大和排气温度低等燃烧和排放特性，采用氨气裂解技术、离子电流检测技术和电加热催化还原技术，以实现低排放低能耗低成本的目标。
[0005]本专利技术从NH3的燃烧和排放特性出发，结合了先进离子电流检测技术，提出并设计了一种针对氨氢燃料混合动力系统的后处理系统，通过缸内离子电流传感系统和缸外多个传感器(第一氮氧化物传感器、第一温度传感器、第一氨气传感器、第二氮氧化物传感器、第二温度传感器以及第二氨气传感器)对污染物
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氮氧化物进行精确计量，通过NH3喷射系统对后处理装置进行精准的化学反应控制，以达到排放污染物高效还原的目的；通过缸内外各传感器对进入氨裂解器的氨气量进行控制，以达到缸内最优燃烧，从源头改善排气中污染物成分；通过EHC模块和ASC模块，在冷启动阶段提高了排气温度，可有效解决氨燃烧冷启动高氨高氮氧化物排放的问题。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术提供一种基于氨氢燃料动力系统的污染物排放处理系统，包括发动机、氨气燃料罐、氨裂解器、电加热催化转化器(EHC)、选择性催化还原装置(SCR)和氨气氧化催化器(ASC)；
[0008]所述发动机设置有进气管和排气管；进气管连接外部空气，沿排气管气流排出的方向依次设置有电加热催化转化器、选择性催化还原装置和氨气氧化催化器；
[0009]所述氨气燃料罐设置有第一出气口和第二出气口，所述第一出气口连接氨裂解器并为其提供氨气，所述第二出气口与电加热催化转化器上游的排气管相连接以为选择性催化还原装置提供作为还原剂的氨气；
[0010]所述氨裂解器用于将氨气燃料罐提供的氨气转化为氨氢混合气(也即氨氢燃料)(反应方程式：2NH3→
N2+3H2，体系中还存在未裂解的氨气)，并与进气管相连接为发动机提供氨氢燃料；
[0011]所述发动机用于将氨氢混合气燃烧，燃烧产生的产物混合气经排气管排出；所述产物混合气为氮气、水和氮氧化物(反应方程式：NH3+H2+O2+N2→
N2+H2O+NOx)；所述NOx指一氧化氮、二氧化氮或一氧化二氮中的一种或几种；
[0012]所述电加热催化转化器用于提升发动机排气(冷启动排气)及氨气燃料罐提供氨气的温度，并对发动机排气及氨气燃料罐提供氨气的温度进行精确控制；所述发动机排气为经排气管排出的产物混合气；
[0013]所述选择性催化还原装置用于氮氧化物的还原(反应方程式：4NH3+4NO+O2→
4N2+6H2O；4NH3+2NO+O2→
3N2+6H2O；8NH3+6NO2→
7N2+12H2)；
[0014]所述氨气氧化催化器用于将氨气氧化催化为氮气和水以防止氨逃逸(反应方程式：4NH3+3O2→
2N2+6H2O)。
[0015]在本专利技术的一个实施方式中，所述氨裂解器设置于电加热催化转化器上游，并套设于排气管外侧以接收发动机排气的热量。
[0016]在本专利技术的一个实施方式中，发动机设置有离子电流传感器；所述发动机的出口处的排气管设置有第一氮氧化物传感器。
[0017]在本专利技术的一个实施方式中，电加热催化转化器的入口设置有第一温度传感器，出口设置有第二温度传感器；
[0018]催化性选择还原装置入口设置有第一氨气传感器；
[0019]所述氨气氧化催化器出口设置有第二氮氧化物传感器和第二氨气传感器。
[0020]在本专利技术的一个实施方式中，所述基于氨氢燃料动力系统的污染排放处理系统设置有控制器。
[0021]在本专利技术的一个实施方式中，所述控制器与离子电流传感器、第一氮氧化物传感器、第一温度传感器、第一氨气传感器、第二氮氧化物传感器、第二温度传感器以及第二氨气传感器相连接。
[0022]在本专利技术的一个实施方式中，所述控制器与氨气燃料罐、氨裂解器、电加热催化转化器和氨气氧化催化器连接。
[0023]在本专利技术的一个实施方式中，所述控制器与氨气燃料罐、氨裂解器、电加热催化转化器和氨气氧化催化器电性连接。
[0024]在本专利技术的一个实施方式中，所述控制器与离子电流传感器电性连接，离子电流传感器及控制器组成了发动机缸内污染物检测(监测发动机缸内燃烧过程)与控制(通过进气管氨氢混合气的输入量进行反馈控制，进而控制燃烧过程以减少污染物的生成)系统；也即离子电流传感器通过监测发动机缸内氨氢混合气的燃烧情况并向控制器反馈，进而控制器控制氨裂解器为发动机提供的氨氢混合气用量；
[0025]所述控制器与第一氮氧化物传感器、第一温度传感器和第二温度传感器电性连接，所述第一氮氧化物传感器监测发动机排气中氮氧化物的浓度，并将该浓度反馈给控制器；所述第一温度传感器和第二温度传感器分别监测电加热催化转化器的进出口温度，并将该温度反馈给控制器，进而控制器控制电解热催本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于氨氢燃料动力系统的污染物排放处理系统，其特征在于，包括发动机、氨气燃料罐、氨裂解器、电加热催化转化器、选择性催化还原装置和氨气氧化催化器；所述发动机设置有进气管和排气管；沿排气管气流排出的方向依次设置有电加热催化转化器、选择性催化还原装置和氨气氧化催化器；所述氨气燃料罐设置有第一出气口和第二出气口，所述第一出气口连接氨裂解器并为其提供氨气，所述第二出气口与电加热催化转化器上游的排气管相连接以为选择性催化还原装置提供作为还原剂的氨气；所述氨裂解器用于将氨氢燃料罐提供的氨气转化为氨氢混合气，并与进气管相连接为发动机提供氨氢混合气；所述发动机用于将氨氢混合气燃烧，燃烧产生的产物混合气经排气管排出；所述产物混合气为氮气、水和氮氧化物；所述电加热催化转化器用于提升发动机排气及氨气燃料罐提供氨气的温度，并对发动机排气及氨气燃料罐提供氨气的温度进行精确控制；所述发动机排气为经排气管排出的产物混合气；所述选择性催化还原装置用于氮氧化物的还原；所述氨气氧化催化器用于将氨气氧化催化为氮气和水以防止氨逃逸。2.根据权利要求1所述的一种基于氨氢燃料动力系统的污染物排放处理系统，其特征在于，所述氨裂解器设置于电加热催化转化器上游，并套设于排气管外侧以接收发动机排气的热量。3.根据权利要求2所述的一种基于氨氢燃料动力系统的污染物排放处理系统，其特征在于，发动机设置有离子电流传感器；所述发动机的出口处的排气管设置有第一氮氧化物传感器。4.根据权利要求3所述的一种基于氨氢燃料动力系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：李理光，邓俊，冀蒙，商权波，董光宇，吴志军，吕宇航，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：