本发明专利技术涉及利用热能储存材料(320)、例如相变材料中储存的热来加热固体或液体还原材料(902)例如含脲材料以进行NOx选择性催化还原(‘SCR’)的系统和方法。储热可以是来自排放废气的热，例如内燃机的排气(700)。还原材料可以是固体还原材料。其他还原材料包括水溶液，例如含脲和水、基本由脲和水组成、或由脲和水组成的水溶液。在一个方面，所述方法可以包括蒸发脲的水溶液以进行直接脲水解的步骤。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及利用热能储存材料例如相变材料中储存的排气废热，来从固体或液体还原材料例如含脲材料，生成还原气体例如氨以用于NOx选择性催化还原(‘SCR’)的方法。更具体地说，本专利技术涉及蒸发液体还原材料的方法(例如脲的水溶液和直接脲水解)，和加热固体还原材料的方法。_4]
技术介绍
工业中通常一直在积极寻找新的途径来有效捕集和储存废热，使得它可以在更适宜的时间被利用。而且，期望在紧凑的空间中实现蓄能需要开发能够在单位重量和单位体积储藏高能量含量的新材料。突破性技术的潜在应用领域包括运输、太阳能、工业制造方法以及市政和/或商业建筑加热。在运输业中，排气后处理系统，亦称排放控制装置，用来减少污染物排放。这种后处理系统通常在排气从燃烧室排出之后从中除去污染物。它们包括，例如，催化转化器、柴油颗粒过滤器和柴油氧化催化剂。在一些应用中已知，在车辆的排放控制系统中将脲溶液注入车辆的排气流中以帮助减少NOx (即氮的氧化物)，例如氧化氮II (即NO)和/或氧化氮IV(即NO2)。在排放控制系统中，(例如，在排放控制系统的产氨反应器中)，脲溶液被转化成氨(NH3)和C02。氨在SCR反应器中与排气中所含的氮`的氧化物NOx反应，从而将有害的NOx转化成无害的反应产物氮气(即N2)和水(即H2O)。然而在这种应用中利用脲溶液有一些缺点。例如，脲的商业水溶液(例如AdBlue ，32. 5被％脲)具有的水比脲化学计量地水解为NH3和CO2所需要的多几乎7倍。脲溶液的注入通常通过在与排气一起进入SCR反应器之前喷洒到产氨反应器中来执行。脲的商业水溶液(例如满足ISO 2224要求的32. 5被％脲/67. 5被％水溶液，由德国汽车工业协会(German Association of the Automobile Industry)命名为AdBlue ,例如可从Cummins Filtration商购的Fleetguard⑧柴油机排气处理液(DEF),和可从Daimler AG商购的BlueTEC )具有的水比脲化学计量地水解为NH3和CO2所需要的多几乎7倍。如果这种溶液直接注入产氨反应器中，多余的水将导致排气的冷却，因为多余的水消耗热量(例如汽化潜热和显热)。这可以引起温度降低，致使产氨反应器和/或SCR反应器不能有效工作，特别是在喷洒脲溶液时温度相对低(例如约300°C或更低，或约250°C或更低)的情况下。在城市行车条件中排气温度和流速低时和/或车辆停止而它的发动机空转时，通常发生所述低温。发生这种情况时，它可以引起SCR反应器中固体沉积物形成和/或亚适温度。这种冷却效应还可以因需要高度排气再循环(EGR)来保持NOx的低排放量，从而导致较高的燃料消耗，这是因为SCR反应由于SCR反应器中的低温而太缓慢时，EGR是减少NOx排放的唯一手段。另外，为了减少NOx排放，脲需要分解以释放出氨(NH3),使得化学反应可以在SCR反应器中有效进行。蒸发脲溶液中的多余水和分解脲以产生氨的两个过程都是吸热的。使用脲溶液有其他缺点。由于车辆必须携带脲溶液中额外的和不必要的水重量，车辆的燃料效率受到损害。一些可商购的脲溶液在-11°C冻结。当发生这种情况时，将必须采取融化脲溶液的步骤。例如，车辆的排气系统可能在亚最佳、极少或甚至未减少NOx排放下运行，直到发动机室由于燃烧热而变热并融化脲溶液为止。美国专利公布No. 2008/0260597中公开了在车辆的排气后处理系统中使用脲溶液还原NOx的可替代方案，所述专利公布以其全部内容通过引用并入本文。该专利公布公开了压住加热元件的固体还原剂棒作为按需产生用于SCR的氨的手段。虽然这可能解决由脲溶液的额外水所带来的问题，但是在该专利公布中公开的专利技术需要在固体还原剂反应器中的固体还原剂附近生热，以便分解所述还原剂从而产生还原气体。所述生热要求增加了发动机和交流发电机的附加载荷，其进而降低了车辆的燃料效率。尽管使用固体还原剂在一些车辆应用中有益，但是由于例如液体的操作、配料和输送益处，水溶液(含约32. 5被％脲)是提供还原剂的优选手段。需要加热固体还原材料以及液体(例如水溶液)还原材料以有限减少NOx的排放，特别是在排气温度通常低的情况下。因此，需要一种可替代的热源以便保持充分的的排气温度以有效减少N0X。例如，需要向车辆排气系统供热但不向生热的发动机和/或交流发电机增加附加载荷的装置、系统和方法。还需要在低温下(例如约_15°C或更低)有效发挥功能的减少NOx排放的装置、系统、方法和材料。专利技术概沭本专利技术提供 了有效利用含脲材料(例如脲溶液或含脲固体)以减少柴油发动机的氮的氧化物排放，即使是在排气温度和流速低的时候。本专利技术为如下方法步骤之一或任何组合(例如所有步骤)提供了充足的高温(I)水、例如多余水的汽化(例如脲溶液中的水的蒸发)；⑵脲热解为NH3和异氰酸HNCO ;或⑶HNCO水解为NH3和C02。本专利技术通过利用储热、例如由柴油发动机原始产生的储热来提供这种热。例如，所述储热可以是已经捕集并储存的排气废热。所述储热储存在包含热能储存材料的储热装置(即热能储存(“TES”)装置)中。所述热能储存材料可以是相变材料。优选地，所述热能储存材料包封在金属容器、例如金属囊中。用于本专利技术的储热装置、储热系统、材料和方法可以包括出版的美国专利申请公布号20090211726和20090250189中所教导的特征之一或任何组合，这两个专利申请均以其全文通过引用并入本文。所述储热装置与产氨反应器热连通，使得热可以从储热装置转移到产氨反应器(例如，当排气温度太低而不能有效产氨时、或者当排气温度太低而不能有效减少SCR反应器中的氮的氧化物时)。储热装置与产氨反应器之间的热传递可以利用单相传热流体(“HTF”)或两相HTF提供。传热流体可以采用液相、汽相或二者。传热流体可以机械泵送或自泵送。例如，热传递可以使用包含液相和汽相的自泵送传热流体，例如美国临时专利申请No. 61/245，767 (Soukhojak等于2009年9月25日提交)中所描述的，所述专利申请的内容以其全文通过引用并入本文。可以利用本专利技术的装置、系统和方法至少部分使用储热(例如捕集并储存的排气废热)来加热产氨反应器中液体含脲材料，以有效产生氨以用于与SCR反应器中的NOx反应。例如，液体含脲材料可以包含多余的水，并可以使用储热装置中捕集和储存的废热来提高多余水的温度，以汽化所述多余水，或二者。可以利用本专利技术的装置、系统和方法至少部分使用储热(例如储热装置中捕集并储存的排气废热)来加热固体或液体还原材料，以有效产生氨以用于与SCR反应器中的NOx反应。所述装置、系统和方法可以用于产生NOx的任何排气，例如内燃机(例如用于汽车应用的内燃机)。使用储热装置，可以得到如下一个或多个优点减少和/或消除对使用电加热器产生的热来加热固体或液体还原材料的需要；当发动机空转和或低速运转时，增加减少NOx排放的效率；减少固体或液体还原材料的重量和/或体积；或通过消除对排气(例如排放气体)进入燃烧室再循环的需要而提高发动机的效率。在发动机运转期间的一个或多个前述时间内所测量的，与在SCR反应器中与排气进行反应之前不使用储热来加热固体或液体还原材本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.19 US 61/375,077;2010.08.19 US 61/375,080;1.一种系统，所述系统包括 1.容器，其用于容纳固体或液体还原材料供料，其中所述容器具有一个或多个出口以便所述还原材料可以从所述容器中移出； i1.产气反应器，其用于将至少一些固体或液体还原材料转化成氨和二氧化碳，其中所述产气反应器与所述容器的所述一个或多个出口处于流体连通；和 ii1.储热装置，其与所述产气反应器和/或所述容器的所述一个或多个出口区域处于热连通，其中所述储热装置包含足量的一种或多种热能储存材料，以便所述储热装置能够将所述产气反应器的至少固体表面和/或所述容器的至少一个或多个出口加热到足以产生氨和/或二氧化碳的温度。2.权利要求1的系统，其中所述储热装置与所述产气反应器和/或所述容器的所述一个或多个出口区域之间的热连通包括能够循环传热流体的一个或多个路径，以便能够从储热装置除去热并传递到所述产气反应器和/或所述容器的所述一个或多个出口区域。3.权利要求1或2的系统，其中所述系统包括将来自内燃机排气的热能输送到储热装置的一个或多个路径，所述路径包括下列之一或任何组合 i)在排气和储热装置之间热连通的热管； ii)在排气和储热装置之间热连通的回路，其中所述回路能够流动传热流体；或 iii)通过储热装置的至少一部分排气流。4.权利要求1至3任一项的系统，其中所述热能储存材料具有约150°C或更高的液相线温度；所述储热装置包含足量的热能储存材料，以便所述装置能够将产气反应器的至少固体表面和/或所述容器的至少一个或多个出口加热到约200°C或更高的温度。5.权利要求1至4任一项的系统，其中所述固体或液体还原材料是液体，并且所述产气反应器包括喷洒器，其用于将所述固体或液体还原材料喷洒到产气反应器中。6.权利要求1至5任一项的系统，其中所述固体或液体还原材料是固体，并且所述储热装置与所述容器的所述一个或多个出口处于热连通，以便所述固体或液体还原材料在进入产气反应器之前能够被加热到200°C或更高的温度。7.权利要求1至6任一项的系统，其中所述产气反应器包括热交换器，其用于将热从传热流体传递到所述产气反应器的固体表面。8.权利要求1至7任一项的系统，其中所述产气反应器包括用于接收部分排气的排气入口，以便所述部分排气能够用作载气，其中安置所述排气入口，使得在接触固体或液体还原材料之前，所述载气通过具有大于约200°C的温度的所述产气反应器的固体表面，以便所述载气能够加热并传送还原材料和/或得自其的反应产物。9.一种方法，其包括利用储存的废热将车辆的产氨反应器的固体表面温度保持在超过200 °C的步骤。10.权利要求9的方法，其中保持所述固体表面温度的所...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·N·索克霍雅克，D·H·班克，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，
类型：
国别省市：
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