專利名稱：排氣管余熱方式的活性物儲氨供氨的后處理控制單元的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種排氣管余熱方式的活性物儲氨供氨的后處理控制單元，應用于汽車尾氣的SCR后處理行業，也適用于燃料電池的FCEV儲能系統。
背景技術：
當前，全球面臨能源和環境的綜合挑戰。在傳統汽車的排放達標的技術手段選擇方面，人們仍然面臨不少的難題，例如，如何選擇后處理的技術方式等方面。SCR (Selective Catalytic Reduction)催化轉化還原技術是傳統的后處理技術。這種采用液體尿素的傳統的SCR技術的本質是利用尿素在高溫下分解出氨，作為還原劑的氨和發動機排氣中的NOX在催化劑和溫度的綜合作用下進行反應，理想工況下生成無毒的N2和H2O,從而達到凈化的目的。傳統的SCR具有很多優點，例如，可以在排氣溫度25(T550°C的范圍內具有50 85%的NOX去除效率，并能有效降低PM的排放水平；傳統的SCR能輕松滿足歐4和歐5水平，也具有達到歐6水平的潛力；目前達到歐4采用的傳統的SCR技術，發動機的燃油耗可降低3^6% ;傳統的SCR催化劑不含有貴金屬，比成本相對較低；傳統的SCR對車用燃油的質量，特別是硫含量不敏感。基于以上分析，傳統的SCR后處理技術也比較適合中國的車輛狀況和車用燃油狀況。如果在中國推廣應用傳統的車載SCR后處理技術，必須解決好載體、催化劑、尿素還原劑補加供應網絡、尿素還原劑的劑量、尿素還原劑的霧化噴射、SCR催化劑轉換效率、氨泄露量以及系統匹配等至關重要的技術難點。機動車的排放標準的每一次升級，都對汽車行業產生這樣或那樣的沖擊效應。中國的國4標準多次推遲實施的時間表，不僅僅是燃油標準不同步的唯一原因，也面臨復雜的社會配套體系和液體的尿素還原劑社會化的服務設施建設的問題，例如，國4標準實施后，立即會對傳統的SCR系統運轉所需的ECU (控制單元)和DCU (計量單元)產生需求，考慮到目前的車載E⑶等電控系統都是進口產品，國內企業自主開發的D⑶很難與之進行通訊匹配，反之，如果E⑶和D⑶系統100%的采用進口品，不僅僅價格很高，用戶難以接受，而且存在貨源非常緊張的問題，還面臨復雜的售后服務技術和成本的問題，制約了整個汽車行業的發展和進步。此外，傳統的SCR系統所用的液體尿素還原劑面臨冬季結冰和保溫解凍的問題，這也造成了傳統的SCR系統復雜和穩定性差的原因。因此，如何獲得低成本和高性能的后處理系統是推進該領域技術進步的核心內容。無機鹽對氨吸附解吸特性可以作為未來的SCR系統的不錯的技術選擇。工業級的一些鹽類，例如，氯化鍶、氯化鈣或氯化鎂等氯化物以及它們的混合物，同氨配合使用的系統，即上述的氯化物和氨的吸附解吸過程的吸熱和放熱現象，已經成熟的應用于工業的大型冷庫的制冷系統。上述無水的氯化物和氨進行化學吸附是通用的化學原理，理論上一個分子的氯化 物可以吸附61個分子的氨，形成穩定的絡合物，加熱時氨脫出，隨著研究的深入，人們發現，這些氯化物和氨的吸附解吸模型和化學原理完全可以應用于機動車尾氣凈化的SCR系統。在國家專利信息網，以儲氨為主題詞檢索，專利號為CN201120099229. 7的‘一種氣相法烏洛托品尾氣氨回收裝置’、專利號為CN201020677361. 7的‘用于冷庫機房的配氨連接機構’和專利號為CN201020269811. 9的‘復合功能型儲氨器’不涉及到本發明中的特征成分。專利號為CN200520057558. X的‘一種蒸氨裝置’的專利是一種對氨氮工業廢水進行氨氮排脫處理的環保治理裝置，也不涉及到本發明中的特征成分。同本發明不相關。專利號為CN201010244091. 5的‘用于對SCR催化劑的工作進行檢驗的方法和系統’和專利號為CN200880104697. X的‘SCR排氣后處理系統的運行方法及診斷方法’的2個發明提供了一種用于選擇性催化還原(SCR)催化轉化器和傳統液體尿素分解的氨配給模塊和控制系統，沒有涉及到本發明的特征成分。專利號為CN200910197860. 8的‘一種高效低溫儲氨材料的制備方法’的發明應用于SCR后處理系統，特征是采用氨基硼烷氨絡合物氨ΒΗ3(ΝΗ3) η (η = Γ3);室溫最大儲氨 量可達62. 4wt%，但是，考慮到氨基硼烷的價格昂貴，具有較高的爆炸和燃燒等級，不適合普通工業領域的大批量推廣應用。專利號為CN200580026626. 9的‘存儲和輸送氨的固體材料’的發明涉及存儲和輸送氨的固體材料。該存儲氨的固體材料包括Ma(NH3)nXz的離子性鹽，把鹽固體料通過模具直接高壓成型，例如，制成圓柱狀體，然后把很多這種圓柱狀體排列在一起。該專利的最大缺點是圓柱狀體過于密實，每次的氨解吸完成后再進行氨的飽和吸附需要很長時間，例如4飛小時，效率很低，這對于汽車上應用的SCR儲氨系統來講非常的不方便，成為限制其應用的原因。專利號為CN200580009219. 7的‘儲氨裝置在能量生產中的用途’，該發明涉及一種發電單元，包含通式為Ma (NH3) nXz的氨吸收與釋放鹽，該專利主要適用于燃料電池系統。在該專利的權利要求4中提到了特征物質為該類鹽或位于多孔載體材料上，并沒有聲明是何種多孔材料，本專業技術人員無法實施。專利號為CN200710156866. I的‘一種氨基絡合物及其制備方法和用途’的發明公開了一種氨基絡合物及其制備方法和用途。該氨基絡合物的成分為MXm(NH3)n，該發明對合成氨工藝所用循環氣中氨的分離。權利要求僅僅涉及到該氨基金屬絡合物的制備工藝過程。專利號為CN200680005886. 2的‘氨的高密度存儲’的專利包含氨吸收/解吸固體材料的固體氨存儲和輸送材料，所述已被壓實到密度大于理論骨架密度的50%的存儲和輸送材料提供固體氨存儲材料，該專利所述的金屬鹽固體料也是直接模壓成型，聲明采用了粘結劑，僅僅聲明了可能是采用了二氧化硅纖維粘結劑，也并沒有加量比例，沒有明確說明其它所采用的成分的細項，本專業的技術人員幾乎無法實施。上述專利的檢索和分析表明，以活性儲氨化合物來吸附和解析氨，形成了在車輛上應用的后處理系統還沒見報道。
發明內容
本發明的目的在于提供一種排氣管余熱方式的活性物儲氨供氨的后處理控制單元，其采用了活性材料、多孔材料以及粘結劑組成的組合物作為儲氨和放氨的載體；發動機排氣的余熱進行加熱，依靠控制單元和一組電磁閥或比例閥，實現氨的劑量輸送并方便的導入SCR后處理系統，實現對NOX的去除；簡化了系統，提高了可靠性，也大幅度的降低成本，消除大規模工業推廣應用的障礙。本發明的技術方案是這樣實現的一種排氣管余熱方式的活性物儲氨供氨的后處理控制單元，其特征在于外法蘭盤的法蘭孔的內徑和排氣管的外徑相匹配，外法蘭盤套在排氣管上，耐壓罐內壁筒外徑大于排氣管的外徑2(T40mm，耐壓罐內壁筒套在排氣管上一側與外法蘭盤固定連接，另一側與另一片外法蘭盤固定連接，耐壓罐內壁筒與排氣管之間間隙為l(T20mm，內法蘭盤套在耐壓罐內壁筒上固定連接，耐壓罐外壁筒套在內法蘭盤上一側與內法蘭盤固定連接，耐壓罐外壁筒另一側與另一片內法蘭盤固定連接，兩片內法蘭盤與耐壓罐內壁筒、耐壓罐外壁筒形成空腔，空腔內填充固體儲氨材料，耐壓罐溫度傳感器感應端插入固體儲氨材料內連接在耐壓罐外壁筒上，空氣過濾器連接在耐壓罐外壁筒上的出氣口上，耐壓罐外壁筒上有加料口、備用管閥，空氣過濾器通管路連接還原劑導管，空氣過
濾器與還原劑導管管路之間有精密比例閥，還原劑導管噴嘴端探入進氣管管內，溫度傳感器和NOX傳感器連接在進氣管上，感應端探入進氣管內，進氣管溫度傳感器和NOX傳感器、耐壓罐溫度傳感器通過信號線連接電子控制單元信號輸入端，電子控制單元控制端通過信號線連接精密比例閥，進氣管連接SCR后處理器進氣端，SCR處理器出氣端連接排氣管。所述的固體儲氨材料其制備和填充方法如下采用工業的無水氯化鈣60份，膨脹石墨2份，去離子水13份，工業乙醇10份和工業球粘土 15份，上述材料采用機械的和面機攙和均勻成為濕態的粉料，混合時間5 15min，通過加料口填充到由兩片內法蘭盤與耐壓罐內壁筒、耐壓罐外壁筒形成的空腔罐中，為保證填充空間密實，可采用機械震蕩的方法震蕩該罐體5 lOmin，去除其中的空氣間隙，填充量致空腔罐體積容量的40%即可；整個罐體放入真空烘箱中，常壓下從室溫25°C開始加熱，平均5°C /lOmin，升溫到70°C，加熱干燥時加料口敞開排出水蒸汽和酒精蒸汽；此溫度下保持30min，然后在此溫度下啟動真空泵，逐步抽真空，分三次使真空度達到550mabr,保溫保壓30min。所述的無水氯化鈣也可以采用其它能形成絡合物的無機鹽替代，例如氯化鍶、氯化鎳、氯化銅或氯化鎂能和NH3形成絡合物的氯化物。本發明的積極效果是系統一次充氨后，可以保證車輛行駛的里程為2000(T40000km，具有充分的實用性、經濟性和先進性；該技術在車載SCR上應用具有現實的意義。
圖I是本發明的附圖。
具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明如圖I所示，一種排氣管余熱方式的活性物儲氨供氨的后處理控制單元，其特征在于外法蘭盤16的法蘭孔的內徑和排氣管14的外徑相匹配，外法蘭盤16套在排氣管14上，耐壓罐內壁筒15外徑大于排氣管14的外徑2(T40mm，耐壓罐內壁筒15套在排氣管14上一側與外法蘭盤16固定連接，另一側與另一片外法蘭盤16固定連接，耐壓罐內壁筒15與排氣管14之間間隙為l(T20mm，內法蘭盤17套在耐壓罐內壁筒15上固定連接，耐壓罐外壁筒2套在內法蘭盤17上一側與內法蘭盤17固定連接，耐壓罐外壁筒2另一側與另一片內法蘭盤17固定連接，兩片內法蘭盤17與耐壓罐內壁筒15、耐壓罐外壁筒2形成空腔，空腔內填充固體儲氨材料5，耐壓罐溫度傳感器7感應端插入固體儲氨材料5內連接在耐壓罐外壁筒2上，空氣過濾器6連接在耐壓罐外壁筒2上的出氣口上，耐壓罐外壁筒2上有加料口 3、備用管閥4，空氣過濾器6通管路連接還原劑導管10，空氣過濾器6與還原劑導管10管路之間有精密比例閥11，還原劑導管10噴嘴端探入進氣管13管內，溫度傳感器8和NOX傳感器9連接在進氣管13上，感應端探入進氣管13內，進氣管溫度傳感器8和NOX傳感器9、耐壓罐溫度傳感器7通過信號線連接電子控制單元12信號輸入端，電子控制單元12控制端通過信號線連接精密比例閥11，進氣管13連接SCR后處理器I進氣端，SCR處理器I出氣端連接排氣管14;
所述的固體儲氨材料其制備和填充方法如下采用工業的無水氯化鈣60份，膨脹石墨2份，去離子水13份，工業乙醇10份和工業球粘土 15份，上述材料采用機械的和面機攙和均勻成為濕態的粉料，混合時間5 15min，通過加料口 3填充到由兩片內法蘭盤17與耐壓罐內壁筒15、耐壓罐外壁筒2形成的空腔罐中，為保證填充空間密實，可采用機械震蕩的方法震蕩該罐體5 lOmin，去除其中的空氣間隙，填充量致空腔罐體積容量的40%即可；整個罐體放入真空烘箱中，常壓下從室溫25°C開始加熱，平均5°C /lOmin，升溫到70°C，加熱干燥時加料口 3敞開排出水蒸汽和酒精蒸汽；此溫度下保持30min，然后在此溫度下啟動真空泵，逐步抽真空，分三次使真空度達到550mabr,保溫保壓30min ；
所述的無水氯化鈣也可以采用其它能形成絡合物的無機鹽替代，例如氯化鍶、氯化鎳、氯化銅或氯化鎂能和NH3形成絡合物的氯化物。
實施例I
先把耐壓罐內壁筒15的兩端和2個內法蘭盤17分別焊接在一起，再把耐壓罐外壁筒2的兩端和這兩個內法蘭盤17焊接在一起，這樣在耐壓罐內壁筒15、耐壓罐外壁筒2、內法蘭盤17形成了活性物料儲存空間；加料口 3焊接在耐壓罐外壁筒2上；備用管閥4焊接在耐壓罐外壁筒2上；在耐壓罐外壁筒2連接空氣過濾器6和溫度傳感器7，還原劑導管10連接空氣過濾器6，完成耐壓罐體的制作；
采用工業的無水氯化鈣60份，膨脹石墨2份，去離子水13份，工業乙醇10份和工業球粘土 15份，總量配制12kg，物料體積約為12. 8L,上述混合物采用機械的和面機攙和均勻成為濕態的粉料，混合時間5 15min，通過加料口 3填充到耐壓罐體中，采用機械震蕩的方法震蕩該耐壓罐體5 10min ;整個耐壓罐體放入真空烘箱中，常壓下從室溫25°C開始加熱，平均5°C /lOmin，升溫到70°C，注意加熱干燥時3-加料口是敞開的；此溫度下保持30min，然后在此溫度下啟動真空泵，逐步抽真空，分三次使真空度達到550mabr,保溫保壓30min ;完成耐壓罐體中的物料填充和脫水干燥處理；
采用高純工業氨氣瓶，通過減壓閥連接到備用管閥4上，事先把不銹鋼的耐壓罐放入一個水量足夠大的水槽中，在自然通風的環境下，通過減壓閥和干燥系統，在O. 02、. 2Mpa的出口壓力范圍內緩緩的進行充氨，通入氨氣2h;充氨前后的耐壓罐增重6. 5kg，即通入并被吸收6. 5kg的氨氣；完成充氨后，整個系統的閥門關閉，確保不泄露；
耐壓罐體上連接精密比例閥11，電子控制單元12通過信號線與粳米比例閥11連接；并把該系統連接到體積為24L的SCR后處理器I上，安裝溫度傳感器8和市售的NOX傳感器9 ;把上述系統和元件連接到一臺8. 6L的國4發動機試驗臺架相連接，即外法蘭盤16的法蘭孔套在排氣管14上，發動機運轉7min后，系統的溫度顯示78°C，壓力顯示為O. I, 4Mpa，啟動系統，設定氨氣的供給量為理論需求量的90%，開始測試，在6個工況下測試發動機的NOX轉化率，在氨泄漏量小于15ppm的情況下，NOX轉化率維持在52 830%范圍內；
系統所產生氨氣就首先經過空氣過濾器6進行過濾，除去粉末狀成分，進入還原劑導管10以及精密比例閥11的前段，而精密比例閥11的開度大小受電子控制單元12來控制，來自安裝在SCR入口前端的溫度傳感器8和NOX傳感器9向電子控制單元12的信號輸入，決定了電子控制單元12對于精密比例閥11信號輸出的大小和時間點；還原氣體輸送管10 的出口在精密比例閥11之后，由此實現了量的控制和氨氣的輸送，達到NOX去除的目的；當發動機的排溫或NOX水平達到某一水平是，電子控制單元12控制精密比例閥11的開度，實現到SCR后處理器I的輸送氨的量變化，滿足車輛不同工況下對NOX脫除的需求。
權利要求
1.一種排氣管余熱方式的活性物儲氨供氨的后處理控制單元，其特征在于外法蘭盤的法蘭孔的內徑和排氣管的外徑相匹配，外法蘭盤套在排氣管上，耐壓罐內壁筒外徑大于排氣管的外徑2(T40mm，耐壓罐內壁筒套在排氣管上一側與外法蘭盤固定連接，另一側與另一片外法蘭盤固定連接，耐壓罐內壁筒與排氣管之間間隙為l(T20mm，內法蘭盤套在耐壓罐內壁筒上固定連接，耐壓罐外壁筒套在內法蘭盤上一側與內法蘭盤固定連接，耐壓罐外壁筒另一側與另一片內法蘭盤固定連接，兩片內法蘭盤與耐壓罐內壁筒、耐壓罐外壁筒形成空腔，空腔內填充固體儲氨材料，耐壓罐溫度傳感器感應端插入固體儲氨材料內連接在耐壓罐外壁筒上，空氣過濾器連接在耐壓罐外壁筒上的出氣口上，耐壓罐外壁筒上有加料口、備用管閥，空氣過濾器通管路連接還原劑導管，空氣過濾器與還原劑導管管路之間有精密比例閥，還原劑導管噴嘴端探入進氣管管內，溫度傳感器和NOX傳感器連接在進氣管上，感應端探入進氣管內，進氣管溫度傳感器和NOX傳感器、耐壓罐溫度傳感器通過信號線連接電子控制單元信號輸入端，電子控制單元控制端通過信號線連接精密比例閥，進氣管連接SCR后處理器進氣端，SCR處理器出氣端連接排氣管。
2.根據權利要求I中所述的一種排氣管余熱方式的活性物儲氨供氨的后處理控制單元，其特征在于所述的固體儲氨材料其制備和填充方法如下采用工業的無水氯化鈣60份，膨脹石墨2份，去離子水13份，工業乙醇10份和工業球粘土 15份，上述材料采用機械的和面機攙和均勻成為濕態的粉料，混合時間5 15min，通過加料口填充到由兩片內法蘭盤與耐壓罐內壁筒、耐壓罐外壁筒形成的空腔罐中，為保證填充空間密實，可采用機械震蕩的方法震蕩該罐體5 lOmin，去除其中的空氣間隙，填充量致空腔罐體積容量的40%即可；整個罐體放入真空烘箱中，常壓下從室溫25°C開始加熱，平均5°C /lOmin，升溫到70°C，加熱干燥時加料口敞開排出水蒸汽和酒精蒸汽；此溫度下保持30min，然后在此溫度下啟動真空泵，逐步抽真空，分三次使真空度達到550mabr,保溫保壓30min。
3.根據權利要求2中所述的固體儲氨材料，其特征在于所述的無水氯化鈣也可以采用其它能形成絡合物的無機鹽替代，例如氯化鍶、氯化鎳、氯化銅或氯化鎂能和NH3形成絡合物的氯化物。
全文摘要
本發明涉及一種排氣管余熱方式的活性物儲氨供氨的后處理控制單元，其特征在于外法蘭盤套在排氣管上，耐壓罐內壁筒套在排氣管上一側與外法蘭盤固定連接，另一側與另一片外法蘭盤固定連接，內法蘭盤套在耐壓罐內壁筒上固定連接，兩片內法蘭盤與耐壓罐內壁筒、耐壓罐外壁筒形成空腔，空腔內填充固體儲氨材料，耐壓罐溫度傳感器感應端插入固體儲氨材料內連接在耐壓罐外壁筒上，還原劑導管噴嘴端探入進氣管管內，溫度傳感器和NOX傳感器連接在進氣管上，感應端探入進氣管內，進氣管溫度傳感器和NOX傳感器、耐壓罐溫度傳感器通過信號線連接電子控制單元信號輸入端，電子控制單元控制端通過信號線連接精密比例閥，依靠控制單元和一組電磁閥或比例閥，實現氨的劑量輸送并方便的導入SCR后處理系統，實現對NOX的去除；簡化了系統，提高了可靠性，也大幅度的降低成本，消除大規模工業推廣應用的障礙。
文檔編號F01N3/10GK102720572SQ201210220148
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月29日 優先權日2012年6月29日
發明者姜濤, 安宇鵬, 崔龍, 張克金, 王金興, 榮常如, 陳慧明 申請人:中國第一汽車股份有限公司