泵輔助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

專利名稱：泵輔助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：
本發明涉及一種泵輔助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、氯化鎂或氯化鈣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BH3(NH3)n(n =廣3);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泵輔助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；發動機冷卻液的余熱進行加熱，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；簡化系統，提高可靠性，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泵輔助余熱方式的活性物儲氨供氨的后處理控制單元，由發動機、防凍液輸送管、電磁閥、耐壓罐、固體儲氨材料、空氣過濾器、加料口、壓力傳感器、備用管閥、耐壓罐溫度傳感器、還原氣體輸送管、電子控制單元、比例閥、尾氣入口溫度傳感器、NOX傳感器、還原劑導管、尾氣進入管、尾氣排出管、SCR后處理器、氣體輸送泵組成，其特征在于電子控制單元通過信號線束連接電磁閥、氣體輸送泵、比例閥，尾氣入口溫度傳感器、NOX傳感器、壓力傳感器、耐壓罐溫度傳感器通過信號線連接電子控制單元的信號輸入端，防凍液輸送管與發動機防凍液系統串聯或并聯，防凍液輸送管穿過耐壓罐內部，防凍液輸送管位于耐壓罐內部的管路呈盤管分布，電磁閥位于防凍液輸送管上，耐壓罐內填充固體儲氨材料，填充量為罐體體積容量的40%，耐壓罐上有空氣過濾器、加料口、壓力傳感器、備用管閥、耐壓罐溫度傳感器，其中空氣過濾器位于耐壓罐的出氣端，耐壓 罐溫度傳感器的感應端插入固體儲氨材料內，壓力傳感器的感應端位于耐壓罐內但不接觸固體儲氨材料，空氣過濾器通過還原氣體輸送管與還原劑導管連接，還原劑導管噴嘴插入尾氣進入管管路內，還原氣體輸送管管路上有比例閥、氣體輸送泵，尾氣進入管連接SCR后處理器進氣端，SCR后處理器出氣端連接尾氣排出管，尾氣入口溫度傳感器、NOX傳感器連接在尾氣進入管上，其感應端位于尾氣進入管管路內。所述的耐壓罐罐體的厚度為4 5_，圓柱形，罐體內部熱噴涂一層尼龍保溫層。所述的固體儲氨材料的制備與填充方法如下按重量份數采用工業的無水氯化鎂58份，膨脹石墨2份，去離子水15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，混合物通過耐壓罐上的加料口填充到耐壓罐內，采用機械震蕩的方法震蕩該耐壓罐體5 lOmin，去除其中的空氣間隙，力口料量致罐體體積容量的40% ;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50C /lOmin，升溫到70°C，加料口敞開排出水蒸汽和酒精蒸汽，70°C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。所述的無水氯化鎂也可以采用其它能形成絡合物的無機鹽替代，可以是氯化鍶、氯化鎳、氯化銅或氯化鈣等能和NH3形成絡合物的氯化物。本發明的積極效果是系統完成一次充氨后，使用時間長，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，一種泵輔助余熱方式的活性物儲氨供氨的后處理控制單元，由發動機I、防凍液輸送管2、電磁閥3、耐壓罐4、固體儲氨材料5、空氣過濾器6、加料口 7、壓力傳感器8、備用管閥9、耐壓罐溫度傳感器10、還原氣體輸送管11、電子控制單元12、比例閥13、尾氣入口溫度傳感器14、NOX傳感器15、還原劑導管16、尾氣進入管17、尾氣排出管18、SCR后處理器19、氣體輸送泵20組成，其特征在于電子控制單元12通過信號線束連接電磁閥3、氣體輸送泵20、比例閥13，尾氣入口溫度傳感器14、NOX傳感器15、壓力傳感器8、耐壓罐溫度傳感器10通過信號線連接電子控制單元12的信號輸入端，防凍液輸送管2與發動機I防凍液系統串聯或并聯，防凍液輸送管2穿過耐壓罐4內部，防凍液輸送管2位于耐壓罐4內部的管路呈盤管分布，電磁閥3位于防凍液輸送管2上，耐壓罐4內填充固體儲氨材料5，填充量為罐體體積容量的40%，耐壓罐4上有空氣過濾器6、加料口 7、壓力傳感器8、備用管閥9、耐壓罐溫度傳感器10，其中空氣過濾器6位于耐壓罐4的出氣端，耐壓罐溫度傳感器10的感應端插入固體儲氨材料5內，壓力傳感器8的感應端位于耐壓罐4內但不接觸固體儲氨材料5，空氣過濾器6通過還原氣體輸送管11與還原劑導管16連接，還原劑導管16噴嘴插入尾氣進入管17管路內，還原氣體輸送管11管路上有比例閥13、氣體輸送泵20，尾氣進入管17連接SCR后處理器19進氣端，SCR后處理器19出氣端連接尾氣排出管18，尾氣入口溫度傳感器14、NOX傳感器 15連接在尾氣進入管17上，其感應端位于尾氣進入管17管路內。所述的耐壓罐4罐體的厚度為r5mm，圓柱形，罐體內部熱噴涂一層尼龍保溫層。所述的固體儲氨材料5的制備與填充方法如下按重量份數采用工業的無水氯化鎂58份，膨脹石墨2份，去離子水15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，混合物通過耐壓罐4上的加料口 7填充到耐壓罐4內，采用機械震蕩的方法震蕩該耐壓罐體5 lOmin，去除其中的空氣間隙，加料量致罐體體積容量的40% ;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，加料口 7敞開排出水蒸汽和酒精蒸汽，70°C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 ；
所述的無水氯化鎂也可以采用其它能形成絡合物的無機鹽替代，可以是氯化鍶、氯化鎳、氯化銅或氯化韓等能和NH3形成絡合物的氯化物；
實施例I
選擇厚度為4mm的SUS304板首先焊接成內徑為300mm，高度為330mm的不銹鋼桶，順序完成冷卻液循環管路以及盤管的焊接，完成底部的焊接，桶的內壁熱噴涂尼龍粉一次，注意加熱盤管不噴涂尼龍；完成上部封蓋的焊接，并在上部封蓋上完成加料口 7、壓力傳感器8、備用管閥9、溫度傳感器10、還原氣體輸送管11和過濾器6，完成了耐壓罐4相關部分的連接；打壓試漏，確保密封和焊接質量滿足要求；
采用工業的無水氯化鎂58份，膨脹石墨2份，去離子水15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換和均勻成為濕態的粉料,混合時間5min,混合物通過耐壓罐4上的加料口 7填充到耐壓罐4內，采用機械震蕩的方法震蕩該耐壓罐體5 lOmin，去除其中的空氣間隙，加料量致罐體體積容量的40% ;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，加料口 7敞開排出水蒸汽和酒精蒸汽，70°C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 ；
通過備用管閥9采用高純工業氨瓶，進行充氨；在自然通風的環境下進行，事先把耐壓罐4放入一個水量足夠大的冷卻水的水槽中，連接氨鋼瓶，通過減壓閥和干燥系統，在0.IMpa的出口壓力范圍內緩緩的進行充氨，充氨時間為3h ;在進行充氨前后稱重4_內附保溫層的耐壓罐，確認充入的氨的凈質量大于8kg;完成充氨后，整個系統的閥門關閉，確保不泄露；
連接相關的電子控制單元12，比例閥13，NOX傳感器15，還原劑導管16，尾氣入口 17，尾氣排出口 18，SCR后處理器19和氣體輸送泵20 ;并與一臺8. 6L的國4發動機試驗臺架相連接，啟動上述系統，按照設定，動機運轉的同時啟動了 20-氣體輸送泵，實現從‘零時間’開始輸送氨氣，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70、2%范圍內；發動機運轉8min后，10-溫度傳感器的溫度大于60°C，20-氣體輸送泵停止工作，此時，依靠系統的余熱來實現供氨，同樣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IOppm的情況下，NOX轉化率維持在63 80%范圍內；
把上述系統裝配到一臺重型柴油卡車的底盤上，氣體輸送泵20立即開始工作，當車輛行駛13min后氣體輸送泵20停止工作，根據車輛正常運行和該機型的NOX排放的MAP圖，設定氨氣的供給量為理論需求量的80%，在15000km時，該系統仍有氨供應，實車測量滿載工況下的NOX結果在44飛6%范圍內，滿足設計要求；
氣體輸送泵20由電子控制單元12控制啟或停，啟動該真空泵，真空度550mabr，在此條件下，此時吸附在活性材料中的氨氣就會自動的解析出來，被輸送到SCR后處理器前端；當10-溫度傳感器的溫度小于60°C時，該泵啟動，大于60°C時停止工作，因為冷卻液的余熱已經可以滿足活性材料的加熱要求；防凍液輸送管2流經內附保溫層的耐壓罐4的防凍液的量由耐壓罐溫度傳感器10反饋到電子控制單元12的信號來控制，當溫度超過90°C關閉氨的解析速度達到最大值，在罐中產生過量的氨無法消耗掉，此時通過電子控制單元的信號來關閉電磁閥3，停止發動機冷卻液的流動，防止熱量的繼續輸入；此外，停車時，SCR后處理器19停止工作，不再需要氨，此時也是通過電子控制單元12的信號來關閉電磁閥3，停止發動機冷卻液的流動，防止熱量的繼續輸入；另外，當耐壓罐4罐體內的壓力超過壓力傳感器8的限壓0. SMpa時，也是通過電子控制單元12的信號來關閉電磁閥3，停止發動機冷卻液的流動，防止熱量的繼續輸入；
在耐壓罐4罐體上部的氨出口方向安裝了空氣過濾器6，確保罐體內的無機粉料不會進入管路系統而堵塞精密器件；罐體在加入活性材料后擰緊加料口 7 ;壓力傳感器8也是一個自動的限壓閥，確保過壓系統的自動泄壓；在罐體上完成安裝備用管閥9，溫度傳感器10以及通過空氣過濾器6連接的還原氣體輸送管11 ；
活性氣體的通入和吸附的完成是通過備用管閥9進行的；可以采用高純工業氨瓶，在自然通風的環境下，考慮到氨的吸附是放熱過程，把系統的熱量及時的移出是保證氨快速吸附的關鍵，因此，事先把內附保溫層不銹鋼的耐壓罐4放入一個水量足夠大的水槽中，連接氨鋼瓶，通過減壓閥和干燥系統，在0. 02、. 2Mpa的出口壓力范圍內緩緩的進行充氨，充氨時間為2 3h ;在進行充氨前后稱重內附保溫層的耐壓罐4，確認充入的氨的凈質量在預定范圍內；完成充氨后，整個系統的閥門關閉，確保不泄露；
耐壓罐4在車上的安裝位置是和SCR后處理器19在車輛的一側，以便減少管路的長度，減少系統響應的時間，增加系統響應靈敏度；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控制比例閥13的開度，實現氨到SCR后處理器19的輸送變化，滿 足車輛不同工況下對NOX脫除的需求。
權利要求
1.一種泵輔助余熱方式的活性物儲氨供氨的后處理控制單元，由發動機、防凍液輸送管、電磁閥、耐壓罐、固體儲氨材料、空氣過濾器、加料口、壓力傳感器、備用管閥、耐壓罐溫度傳感器、還原氣體輸送管、電子控制單元、比例閥、尾氣入口溫度傳感器、NOX傳感器、還原劑導管、尾氣進入管、尾氣排出管、SCR后處理器、氣體輸送泵組成，其特征在于電子控制單元通過信號線束連接電磁閥、氣體輸送泵、比例閥，尾氣入口溫度傳感器、NOX傳感器、壓力傳感器、耐壓罐溫度傳感器通過信號線連接電子控制單元的信號輸入端，防凍液輸送管與發動機防凍液系統串聯或并聯，防凍液輸送管穿過耐壓罐內部，防凍液輸送管位于耐壓罐內部的管路呈盤管分布，電磁閥位于防凍液輸送管上，耐壓罐內填充固體儲氨材料，填充量為罐體體積容量的40%，耐壓罐上有空氣過濾器、加料口、壓力傳感器、備用管閥、耐壓罐溫度傳感器，其中空氣過濾器位于耐壓罐的出氣端，耐壓罐溫度傳感器的感應端插入固體儲氨材料內，壓力傳感器的感應端位于耐壓罐內但不接觸固體儲氨材料，空氣過濾器通過還原氣體輸送管與還原劑導管連接，還原劑導管噴嘴插入尾氣進入管管路內，還原氣體輸送管管路上有比例閥、氣體輸送泵，尾氣進入管連接SCR后處理器進氣端，SCR后處理器出、氣端連接尾氣排出管，尾氣入口溫度傳感器、NOX傳感器連接在尾氣進入管上，其感應端位于尾氣進入管管路內。
2.根據權利要求I所述的一種泵輔助余熱方式的活性物儲氨供氨的后處理控制單元，其特征在于所述的耐壓罐罐體的厚度為Γ5πιπι，圓柱形，罐體內部熱噴涂一層尼龍保溫層。
3.根據權利要求I所述的一種泵輔助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的制備與填充方法如下采用工業的無水氯化鎂58份，膨脹石墨2份，去離子水15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，混合物通過耐壓罐上的加料口填充到耐壓罐內，采用機械震蕩的方法震蕩該耐壓罐體5 lOmin，去除其中的空氣間隙，加料量致罐體體積容量的40% ;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 /IOmin，升溫到70°C，加料口敞開排出水蒸汽和酒精蒸汽，70°C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。
4.根據權利要求2所述的固體儲氨材料，其特征在于所述的無水氯化鎂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、氯化銅或氯化鈣能和NH3形成絡合物的氯化物。
全文摘要
本發明涉及一種泵輔助余熱方式的活性物儲氨供氨的后處理控制單元，其特征在于電子控制單元通過信號線束連接電磁閥、氣體輸送泵、比例閥，尾氣入口溫度傳感器、NOX傳感器、壓力傳感器、耐壓罐溫度傳感器通過信號線連接電子控制單元的信號輸入端，防凍液輸送管穿過耐壓罐內部，耐壓罐內填充固體儲氨材料，空氣過濾器位于耐壓罐的出氣端，耐壓罐溫度傳感器的感應端插入固體儲氨材料內，壓力傳感器的感應端位于耐壓罐內但不接觸固體儲氨材料，空氣過濾器通過還原氣體輸送管與還原劑導管連接，還原劑導管噴嘴插入尾氣進入管管路內，SCR后處理器出氣端連接尾氣排出管，尾氣入口溫度傳感器、NOX傳感器連接在尾氣進入管上，其感應端位于尾氣進入管管路內；該系統具備靈活的特點，不僅能滿足車輛低溫冷啟動時排放控制目標，價廉，可靠性高，使用方便；用于SCR國4以上系統，也可以應用于FCEV系統，滿足未來汽車工業的應用需求。
文檔編號F01N9/00GK102733912SQ201210220179
公開日2012年10月17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