用于500至4500KW內燃機的富氧排氣中的氮氧化物還原的緊湊型選擇性催化還原系統的制作方法

本發明涉及還原內燃機例如船用柴油機和燃氣機、機車和(固定式)發電應用的富氧排氣中的氮氧化物(NO_x)的選擇性催化還原(SCR)系統。

背景技術：

在全世界許多行業中使用廢氣中的氮氧化物(NO_x)的選擇性催化還原(SCR)以符合國家和國際排放法規。將在化石和可再生燃料的燃燒過程中形成的氮氧化物用還原劑如氨在催化表面上還原。已將各種催化劑用于各種載體如釩氧化物、離子交換沸石等上。催化劑可以以不同的配方進行制備并且可以以不同的形式如擠出或經涂覆的蜂窩體、金屬基材等存在。確定合適的催化劑的選擇的主要因素之一是廢氣的溫度。雖然氨優選作為還原劑，但由于氣態氨的危險性而直接使用氨是有問題的。因此，通常使用在注入熱廢氣時易于處理和分解以形成氨的物質。例如，尿素水溶液在高于140℃的溫度分解以形成氨和異氰酸(HNCO)，然后其水解以形成氨和二氧化碳。然而，從尿素水溶液生成氨是相對緩慢的過程。如果尿素在熱氣體料流中的停留時間過短，則這可能導致在反應器壁上的沉淀，或更糟的在催化劑上的沉淀。因此，在SCR應用的現有技術中使用的實際催化劑的上游定位數米長的相對長的噴射導管。這些長的導管典型地是直管，排氣流過它們，并且在其中將還原劑借助噴射器或噴管噴入熱氣體料流中。

上述的SCR系統已普遍用于大型、固定式系統，如發電廠。較小的SCR系統已用于汽車應用和通常低于600kW的發動機。由于更低的排氣容積，這些較小的SCR系統具有不同的設計，并且因此需要將更小的質量流量的還原劑引入系統中。近來，已經為海洋、越野和發電部門建立了500至4500千瓦(kW)的柴油機和燃氣機的排放標準。目前，這些尺寸的發動機中使用的系統包括具有大直徑(最大約0.6米)的長排氣管(最大約10米)和位于排氣的流中的SCR反應器。尿素水溶液借助噴管直接噴入排氣中。尿素隨后轉換成整個排氣的流中的氨。為了實現橫跨催化劑橫截面的均勻的氨濃度模式，刻意借助靜態混合器干擾流動。通常，使氨通過氨噴射格柵(AIG)直接引入整個排氣的流中，然后經過一個或多個混合器和之后的SCR催化劑。不均勻的流動分布可以產生具有低溫區域的點，導致部分分解的尿素的沉淀或腐蝕。這些尿素損失也導致NO_x轉化活性的降低，因為沉淀的材料不能參與將尿素轉變成氨的反應。

空間是海洋、越野和發電部門應用中的關鍵因素，并且空間的使用會影響這些部門的運行的經濟性。例如，超級游艇或輪渡可能失去乘坐空間，直接導致收入損失。大型采礦挖掘機和卡車將需要降低它們可以移動或攜帶的載荷，從而導致為了移動相同量的材料而進行額外的挖掘或進行其它行程的需要。在某些交通工具如拖船中，機器室可能不具有安裝現有技術的SCR設備所需的空間。

本文中所描述的緊湊型SCR系統允許在發動機中使用SCR工藝將尿素用于降低排氣中的氮氧化物(NO_x)的水平，所述發動機具有其中排氣后處理系統的空間約束此前已經是使用它們的障礙的尺寸。本文中所描述的緊湊型SCR系統的優點之一在于，該系統除了能夠與上述部門中的新發動機一起使用以外，還允許二級市場系統的安裝，從而使現有發動機也將會能夠降低它們的排放。

技術實現要素：

根據一個方面，本發明提供選擇性催化還原(SCR)系統，其包括SCR反應器、輸入流系統和蒸發器模塊，其中

a.SCR反應器包括至少一個SCR催化劑并且與輸入流系統和蒸發器模塊連通，

b.輸入流系統包括用于來自發動機的排氣的一個或多個入口，其中將入口構造成通過位于SCR反應器周圍的至少一個流動管道分布氣體的流，其中通過圍繞SCR反應器的流動管道的排氣的流為蒸發器模塊提供熱，其中將尿素或氨前體引入蒸發器模塊以轉變成胺，然后引入SCR反應器，并且在引入負載氨的氣體料流之后和在經過了多個擋板以提供橫跨SCR反應器的橫截面的大致均勻的氣體速度和濃度分布之后，將每個流動管道中的氣體的流引入SCR反應器，和

c.蒸發器模塊包括用于將尿素或氨前體引入經加熱的預反應器中的裝置，在所述預反應器中將尿素或氨前體至少部分地分解并且隨后進料至排氣料流中，然后將排氣料流引入SCR反應器。

描述了包括SCR反應器、輸入流系統和蒸發器模塊的緊湊型選擇性催化還原系統，其中將經熱處理的排氣的料流用于提供來將尿素分解成其活性組分包括氨。所述系統允許在將還原劑進料至隨后被通入SCR反應器中的SCR催化劑的排氣之前，尿素/氨在蒸發器模塊中的相對長的停留時間。SCR反應器包括至少一個SCR催化劑并且與輸入流系統和蒸發器模塊連通。輸入流系統包括用于來自發動機的排氣進入的一個或多個入口。將入口構造成通過圍繞SCR反應器的流動管道將氣體的流分布到流動料流中。通過SCR反應器周圍的流動管道的排氣的流將另外的熱提供至蒸發器模塊以使引入蒸發器模塊中的尿素溶液或氨前體揮發，所述蒸發器模塊還由凈化的熱排氣的料流加熱。在一些實施方案中，流動管道包含可以控制氣體在系統中的行進時間的一系列擋板。將尿素或氨前體引入蒸發器模塊中的已經通過SCR反應器的氣體的料流中。在那里將揮發的尿素或氨前體與已經通過SCR反應器的熱氣體的料流混合并且使其開始轉變成氨。將包含來自蒸發器模塊的氨的氣體與流動管道中的排氣混合。將合并的氣體混合，然后引入SCR反應器，在此氣體混合物具有橫跨SCR反應器的橫截面的大致均勻的氣體速度和濃度分布。所述系統不使用氨噴射格柵(AIG)，如它在傳統SCR方法中經常使用的那樣。在通過SCR催化劑之后，將經處理的排氣分成從該系統排出的主要流和傳給蒸發器模塊的次要流。

下文描述本發明的許多優選方面。設想相當的組成。

附圖簡述

由以下詳細描述，尤其是連同附圖，將更好地理解本發明，并且其優點將變得更加顯而易見。

圖1是緊湊型SCR系統的實施方案的示意圖，其中輸入流通過兩個流動管道傳送到系統的后部，它在此處圍繞SCR催化劑旋轉并且通過SCR催化劑；經凈化的排氣的一部分與尿素混合，然后在通過催化劑之前引入到排氣料流中。

圖2是緊湊型SCR系統的實施方案的三維示意圖，其中排氣料流在反應器的任一側經過兩個流動管道，然后將經凈化的排氣和尿素的混合物引入經過催化劑之前的排氣。

圖3是流動管道的實施方案的示意圖，其中，通過在經過催化劑之前的平行流動擋板使在氨引入之前的排氣的行進時間增加。

圖4是在緊湊型SCR系統后部的一個成角度流動板的實施方案的示意圖，所述系統允許在催化劑上游的相對均勻的動量分布。

圖5是緊湊型SCR系統的實施方案的側視圖，其中使經凈化的排氣的一部分與尿素混合，然后在經過催化劑之前再次引入排氣中。

圖6是蒸發器模塊的實施方案上視圖的示意圖，其中尿素蒸發器管的長度是圖2中所示的管的長度的大約兩倍。

發明詳述

本發明涉及用于NO_x還原的緊湊型選擇性催化還原系統(SCR)，其中將經熱處理的排氣的料流用于提供來將尿素分解成其活性組分包括氨。描述了包括SCR反應器、輸入流系統和蒸發器模塊的緊湊型系統。SCR反應器包括至少一個SCR催化劑并且與輸入流系統和蒸發器模塊連通。將輸入流系統鄰近SCR反應器的至少四個側面定位并且構造成提供通過催化劑的排氣的大致均勻的流，并向蒸發器模塊提供熱。將蒸發器模塊構造成允許將尿素轉變成氨并且使氨與排氣在SCR反應器中接觸。緊湊型系統的構造允許在還原劑噴入主排氣流中之前將還原劑前體分解成活性還原劑，得到混合所需的更短的距離和與500至4500千瓦(kW)發動機中使用的現有技術系統相比更緊湊的系統。

本發明提供了SCR系統，其包括SCR反應器、輸入流系統和蒸發器模塊。存在若干將以優選形式描述的實施方案。將輸入流系統鄰近SCR反應器的至少四個側面定位并且構造成提供通過催化劑的排氣的大致均勻的流和向蒸發器模塊提供另外的熱。將蒸發器模塊構造成允許將尿素轉變成氨并且使氨與排氣在SCR催化劑的上游接觸。所述系統的構造允許系統中的還原劑前體與具有類似尺碼的500至4500千瓦(kW)發動機一起使用的現有技術系統相比的更長的分解時間。

所述系統提供反應物，優選為氨，其可以與排氣中存在的化合物反應以降低氣體中的NO_x水平。在一個實施方案中，反應物形成自將可以形成氨的化合物如尿素轉變成氣相的反應物，將含有反應物的氣體與含有NO_x的排氣合并，然后將合并的氣體經過SCR反應器中的SCR催化劑。為了將尿素轉變成氨，將尿素水溶液噴入熱氣體流中，在此水和尿素二者揮發，并且作為蒸氣存在于熱氣體中。該系統提供了用于控制尿素或氨前體的引入的裝置。用于蒸發尿素溶液的熱的經凈化的氣體由氨和排氣的混合物通過SCR催化劑之后形成的經凈化的氣體獲得。經由熱傳遞到蒸發器模塊的來自經凈化的氣體和來自原始氣體的熱蒸發水和尿素二者并且將尿素轉變成氨。術語“原始”排氣意在描述經過處理之前的排氣。術語“凈化的”排氣意在描述已經在還原劑的存在下通過SCR催化劑的排氣。蒸發器模塊可以包括用于移除離開SCR反應器的一部分凈化的排氣的裝置，用于收集加壓的這部分凈化的排氣的裝置，用于將加壓的凈化的排氣進料至蒸發器管中的裝置和用于噴射尿素或氨前體到蒸發器管中的凈化的排氣中的裝置。凈化的氣體的質量流量和溫度以及尿素或氨前體在熱氣體料流中的停留時間足以實現水的完全蒸發和尿素或氨前體的熱分解。蒸發器模塊可以噴射尿素水溶液。可以將氨引入流動管道和通向反應器的通道二者。

本文中所描述的設備和方法是對尿素有效的，但是可以利用其它NO_x還原性試劑，無論是形成氨的還是其它NO_x還原劑，其能夠在加熱時形成反應物氣體。發生的反應是本領域中公知的。這些反應的概述描述于美國專利號8105560和7264785，通過引用將其整體并入本文。

術語“尿素”意指包括尿素、CO((NH₂)₂)和相當于尿素的試劑，因為它們在加熱時形成氨和HNCO。也可以使用本領域中已知的其它NO_x還原性試劑。在另一個實施方案中，可以使用不形成尿素或HNCO，而是與排氣中存在的化合物反應以降低NO_x的水平的NO_x還原性試劑。

所引入的尿素溶液的體積取決于NO_x質量流量和溶液中的尿素濃度二者。所引入的尿素的量與基于所涉及的反應的化學計量的NO_x濃度、待使用的催化劑和原始排氣的溫度有關。所使用尿素的量與“NSR”有關，其指的是尿素或其它NO_x還原性試劑中的氮的當量與待處理的氣體中的NO_x中的氮的當量的相對值。NSR可以在約0.1至約2范圍內，但優選在0.6至1.2(含)的范圍內。

用于本文中描述的緊湊型SCR系統的SCR催化劑可以選自本領域已知能夠在氨存在下降低氮氧化物濃度的那些。這些包括例如沸石，釩、鎢、鈦、鐵、銅、錳和鉻的氧化物，貴金屬如鉑族金屬鉑、鈀、銠和銥及其混合物。也可以利用本領域常規的和本領域技術人員熟悉的其它SCR催化劑材料，如活性炭、木炭或焦炭。優選的催化劑包括過渡金屬/沸石，例如Cu/ZSM-5或Fe/β；氧化釩基催化劑，如V₂O₅/WO₃/TiO₂；或非沸石過渡金屬催化劑如Fe/WO_x/ZrO₂。

典型地將這些SCR催化劑安置在載體如金屬、陶瓷、沸石上，或擠出為均質整料。也可使用本領域已知的其它載體。優選的是將催化劑涂覆在流通式整料基材、過濾器基材上或呈擠出的形式。最優選將催化劑涂覆在流通式整料基材或呈擠出的形式。優選的是，這些催化劑存在于蜂窩狀流通式載體之中或之上。對于小體積的SCR系統而言，具有相對高的孔密度的SCR催化劑是優選的，例如45至400孔每平方英寸(cpsi)，更優選70至300cpsi，且甚至更優選100到300cpsi。

本發明還可以根據以下陳述的一個或多個來限定：

1.選擇性催化還原(SCR)系統，其包括SCR反應器、輸入流系統和蒸發器模塊，其中

a.SCR反應器包括至少一個SCR催化劑并且與輸入流系統和蒸發器模塊連通，

b.輸入流系統包括用于來自發動機的排氣的一個或多個入口，其中將入口構造成通過位于SCR反應器周圍的至少一個流動管道分布氣體的流，其中通過圍繞SCR反應器的流動管道的排氣的流為蒸發器模塊提供熱，其中將尿素或氨前體引入蒸發器模塊以轉變成胺，然后引入SCR反應器，并且在引入負載氨的氣體料流之后和在經過了多個擋板以提供橫跨SCR反應器的橫截面的大致均勻的氣體速度和濃度分布之后，將每個流動管道中的氣體的流引入SCR反應器，和

c.蒸發器模塊包括用于將尿素或氨前體引入經加熱的預反應器中的裝置，在所述預反應器中將尿素或氨前體至少部分地分解并且隨后進料至排氣料流中，然后將排氣料流引入SCR反應器。

2.根據1所述的系統，其中經加熱的預反應器通過經凈化的排氣的料流加熱。

3.根據1所述的系統，還包括在至少一個流動通道與SCR反應器區段之間的連接通道中傾斜安裝的實心板。

4.根據1所述的系統，其中將系統構造成提供橫跨催化劑的橫截面的大致均勻的氨濃度。

5.根據1所述的系統，其中將氣體的輸入流分入兩個或更多個流動管道。

6.根據5所述的系統，其中每個流動管道中的氣體的流大致相等。

7.根據1所述的系統，其中使源自燃燒器運行條件的壓力和/或溫度波動在兩個輸入管道之間最小化。

8.根據1所述的系統，SCR系統的長度與高度的比例為大約2。

9.根據1所述的系統，其中將至少一個流動管道定位在SCR反應器的第一側上，和將至少一個不同的流動管道定位在SCR反應器的相對側上。

10.根據1所述的系統，其中定位擋板并使其取向以提供催化劑上游的排氣的均勻動量分布和增加添加氨之前的排氣的行進時間。

11.根據1所述的系統，還包括用于控制尿素或氨前體引入的裝置。

12.根據11所述的系統，其中用于控制尿素或氨前體引入的裝置包括NOx傳感器。

13.根據1所述的系統，其中反應器寬度大于或等于反應器高度。

14.根據1所述的系統，其中流動管道為矩形、正方形、圓形或半圓形。

15.根據1所述的系統，其中矩形流動管道具有矩形橫截面并且流動管道的長度約為SCR反應器的長度。

16.根據15所述的系統，其中每個矩形流動管道的寬度和高度相對于每個矩形流動管道的長度分別為約1/8或更小和1/2。

17.根據15所述的系統，其中如果使用水平擋板，則每個矩形流動管道的寬度和高度相對于每個矩形流動管道的長度分別為約1/6或更小和1/6。

18.根據1所述的系統，其中至少一個SCR催化劑為整料形式，所述整料在氣流通過整料的凈方向上具有正方形、矩形或圓形的形狀。

19.根據1所述的系統，其中SCR反應器包括至少一個整料形式的SCR催化劑。

20.根據1所述的系統，其中蒸發器模塊包括用于移除離開SCR反應器的一部分凈化的排氣的裝置，用于收集加壓的這部分凈化的排氣的裝置，用于將加壓的凈化的排氣進料至蒸發器管中的裝置和用于噴射尿素或氨前體至蒸發器管中的凈化的排氣中的裝置。

21.根據20所述的系統，其中用于移除離開SCR反應器的一部分凈化的氣體和用于收集加壓的這部分凈化的排氣的裝置是熱空氣壓縮機或利用來自發動機的機械能的裝置。

22.根據20所述的系統，其中凈化的氣體的質量流量和溫度以及尿素或氨前體在熱氣體料流中的停留時間足以實現水的全部蒸發和尿素或氨前體的熱分解。

23.根據20所述的系統，其中蒸發管中的氣體速度約為10米/秒。

24.根據20所述的系統，其中所移除的凈化的氣體的質量流量小于總排氣質量流量的約10％。

25.根據20所述的系統，其中蒸發器管的長度與反應器的長度大致相同。

26.根據20所述的系統，其中將蒸發器管定位在至少一個流動管道中。

27.根據20所述的系統，還包括用于將凈化的氣體分成約一半的裝置和以補償的方式將凈化的氣體進料至蒸發器管中以在蒸發器管中產生漩渦流的裝置。

28.根據20所述的系統，其中噴射尿素水溶液。

29.根據20所述的系統，其中然后將氨引入流動管道/反應器通道兩者。

30.根據20所述的系統，其中，以均勻的方式使用位于流動管道與反應器之間的每個通道中間的裝置提供負載氨的凈化的氣體到排氣流中的分布，其中裝置/管包含開口，從而使得橫跨每個通道上的矩形流動通道出現大致相同的流動。

31.減少來自發動機的排氣中所形成的氮氧化物的量的方法，所述方法包括使來自發動機的排氣通過根據1所述的SCR系統。

圖1是SCR系統的一個實施方案的示意圖，其中將來自發動機的排氣在輸入流系統中分成兩股流。在另一實施方案中，可以將來自發動機的排氣在輸入流系統中保持單股流。在其它實施方案中，將來自發動機的排氣在輸入流系統中分成三股或更多股流。輸入流系統中的流的股數取決于若干因素，包括可供SCR系統使用的空間和排氣的溫度和質量流量。在一個實施方案中，緊湊型SCR系統從產生約500kW與約1000kW(1MW)之間，或約1000kW(1MW)至約2000kW(2MW)、或約2000kW(2MW)至約4500kW(4.5MW)的發動機接收排氣。發動機排氣通過入口1流入SCR系統中，對于具有單個氣缸組的發動機，所述入口1可以是單入口法蘭，對于多氣缸例如兩氣缸組發動機(V型發動機，在V型的每組有渦輪增壓器)，所述入口1可以是兩個或更多個入口。典型地并且對于優選的流動模式，會使用進入系統的圓形入口如管/法蘭，但是也可以使用其它形狀如正方形、矩形、三角形或橢圓形。在通過入口1進入系統之后，將氣流分配至圍繞反應器區段3的一個或多個優選兩個流動管道，如圖1的示例性實施方案中以附圖標記11和12所示。流動管道可以具有矩形、正方形、圓形或半圓形截面。在一個實施方案中，該系統包括兩個流動管道，所述流動管道具有矩形截面，其中每個流動管道的高度是該流動管道的長度的約1/2，參見圖2。通過使用更大的截面積可以實現增加的燃料效率，所述更大的截面積可以采用一個以上具有恒定管道截面的流動管道來實現，這導致更低的壓力損失(壓頭損失)。當使用兩個或更多個入口時，平衡氣缸組之間的溫度、壓力等的波動。在一個實施方案中，流動管道具有矩形截面，流動管道的長度約為SCDR反應器的長度。每個流動管道的寬度和高度相對于每個矩形流動管道的長度可以分別為約1/8或更小和1/2。

在一個實施方案中，存在多個流動管道，并且每個管道中的氣流大致相等。“大致相等”指的是例如在具有兩個流動管道的系統中，質量流速從約50∶50變化到約65∶35，優選為從約50∶50變化到約60∶40，并且更優選為從約50∶50變化到約55∶45。應當調整多個流動管道的質量流量的比例，以提供氨或其它還原劑橫跨SCR反應器中的催化劑的截面上的均勻濃度。在具有多個排氣流的實施方案中，該系統平衡到SCR反應器區段3的入口31中的這些流之間的差異，如壓力和溫度。附圖示出了流動管道圍繞SCR反應器的側面定位的實施方案。在其它實施方案中，流動管道可以在反應器的上方或下方。在其它實施方案中，流動管道可以圍繞一個或多個側面定位以及在SCR反應器的上方/或下方。

在一個實施方案中，每個流動管道11，12安裝有擋板21(參見圖2)以增大料流中的氣流的局部速度。這導致流動變得更湍動并改進排氣與蒸發的尿素或其它還原劑的混合。在一些實施方案中，擋板可以增加引入氨之前的排氣的行進時間。擋板的尺寸和位置取決于多個因素，如發動機產生的排氣的體積、其溫度等。蒸發器管可以定位在至少一個流動管道中。在每個流動管道11，12的端部，可以定位穿孔板22以平衡氣流。板的尺寸和位置，孔的數量、尺寸和位置可以根據多個因素變化，如發動機產生的排氣的體積、容許的背壓、溫度等。負載氨的凈化的氣體到排氣流的分配可以以均勻的方式使用位于流動管道與反應器之間的每個通道中間的裝置提供，其中裝置/管包含開口，從而使得橫跨每個通道的矩形流動通道出現大致相同的流動。在另一實施方案中，特別是當發動機容許更高的背壓時，排氣流在流動管道中的停留時間可以通過將其引導向后、向前且再次向后而進一步增加，如圖3所示。通常，排氣流行進時間的增加對控制待借助下文解釋的NOx傳感器和電子控制單元和蒸發器模塊計量添加的還原劑的量是必要的。此外，該實施方案中較高的氣體速度由于較高的湍流水平改進了原始排氣與氨的混合。如果使用水平擋板并且流動管道具有矩形形狀，則每個流動管道的寬度和高度相對于每個矩形流動管道的長度可以分別為約1/6或更小和1/6。

將每個流動管道11，12的流動方向轉動90度并指向成角度的流動板23，該流動板傾斜地位于兩個流動管道11，12之間的連接通道31中以實現催化劑上游的均勻的動量分布。圖4示出了該成角度的流動板23的一個實施方案的示意圖，其顯示通過緊湊型SCR系統的后部的剖面。圖4示出了圖1中所示的連接通道31的橫截面。在連接通道31中(參見圖1和4)，排氣與包含還原劑的熱氣體混合，如下文所描述。成角度的板的位置和取向提供了橫跨SCR反應器3的橫截面的基本上均勻的氣體的流。橫跨SCR反應器中的催化劑的均勻的排氣流導致催化劑的平衡利用并且提供最大的NOx轉化率。SCR反應器可以具有大于或等于反應器高度的高度。

SCR催化劑塊料位于SCR反應器區段3的中央。這些催化劑塊料沒有在圖1和2中示出。SCR催化劑塊料可以具有許多垂直于氣流方向的截面形狀中的任一種，包括正方形、矩形、六邊形和圓形，其中為了更好地利用截面面積，優選的是正方形或矩形。在一個實施方案中，SCR催化劑塊料是正方形的并且具有約150×150mm²的截面。

然后，排氣從連接通道31通過反應器3中的SCR催化劑塊料(未示出)，在此NOx與還原劑在催化劑表面上以選擇性催化還原反應的方式反應，從而降低排氣中的NOx的量。為了使SCR反應有效降低NOx水平，包括氣化的尿素的燃燒氣體的溫度應當為至少約100℃，典型地在約180℃與約600℃之間，優選高于至少約250℃。SCR反應器中使用的催化劑的組成、形式尤其是體積可以基于SCR反應器中的氣體的溫度和質量流量以及NOx負載量和其它排氣組分如碳氫化合物、硫等來選擇，以提供催化還原氮氧化物為氮的選擇性還原。

已經通過SCR催化劑的排氣被定義為已經凈化的或被視為凈化的排氣。然后使凈化的排氣通過排氣法蘭4離開緊湊型SCR系統，參見圖1和2。一部分凈化的排氣從經凈化的排氣流的主要部分分離，如圖1所示。從經凈化的排氣流的主要部分分離的凈化的排氣的量取決于各種因素，包括排氣的溫度、流速和NOx負載量。基于通過入口法蘭1進入的原始排氣的總量計，經分離的這部分凈化的排氣可以在約1至30％，優選約5至15％，更優選約7至10％的范圍。在一個實施方案中，一部分凈化的排氣在位于排氣法蘭下游的管中分離。在另一實施方案中，一部分凈化的排氣在位于排氣法蘭4上游的管中分離。圖5示出了尿素蒸發器模塊的優選實施方案。移除的這部分經凈化的排氣通過連接(優選管51)傳送到尿素蒸發器模塊中的噴頭53。在一個實施方案中，將連接到管51的熱空氣壓縮機52用于傳送經凈化的排氣到尿素蒸發器模塊中的噴頭53。冷的新鮮空氣的額外輸入由于氣體密度增大而可以降低熱空氣壓縮機的能量需求。在另一實施方案中，借助渦輪增壓器或熱空氣壓縮機與渦輪增壓器的組合，可以將從例如緊湊型SCR系統上游或下游的排氣料流提供的機械能用于壓縮和傳送經凈化的熱氣體到噴頭53。在另一實施方案中，可以使用利用機械能的裝置，例如發動機軸。

將到噴頭53的經凈化的排氣流分成多股子流。圖5示出了將經凈化的氣體的流分成兩股子流(511，512)。將每股子流進料至蒸發器模塊的尿素蒸發器管5中的噴頭53。在一個優選實施方案中，將所述子流圍繞噴頭53引入并且切向補償以引起尿素蒸發器管5中的熱氣體的湍流。圖2和5中所示的分配管5的長度約為緊湊型SCR反應器系統的長度。在其它實施方案中，分配管的長度約是SCR反應器的大致長度的分數，優選為大于1。圖6示出了蒸發器模塊的一個實施方案的示意圖，其中尿素蒸發器管的長度約為SCR系統的長度的兩倍。

蒸發器管5中的熱的凈化的氣體的流可以具有2至20米/秒，優選約10米/秒的速度，以獲得約100毫秒的停留時間。本領域普通技術人員將認識到，氣體在蒸發器管5中的停留時間和溫度二者都是確保溶液的揮發和尿素到氨的轉化的重要因素。基于這些因素，可以調整蒸氣的停留時間以提供燃燒器運行條件和轉化率要求所特有的尿素到氨的所需轉化。移除的凈化的氣體的質量流量相比于總排氣質量流可以為小于約10％。將尿素水溶液泵入噴頭53中的噴嘴56并且從噴嘴56作為液滴釋放到尿素蒸發器管5中。將尿素水溶液維持在適合于儲存和處理的濃度，而沒有沉淀或其它問題。水溶液中的尿素的濃度可以在約5至55％，優選約15至約45％，更優選約30至約40％的范圍內。在尿素蒸發器管5內部，使水和尿素蒸發，并將尿素分解成氨。將水/尿素/氨在蒸發器管中的停留時間設定為約50至200毫秒，優選為約100毫秒。將負載氨的氣體進料至氨分配管54和55，參見圖2。分配管中的溫度應當維持在至少約150℃，優選為至少200℃的溫度。優選的溫度范圍為約300℃至約450℃。使用凈化的氣體提供了在尿素蒸發器管5和氨分配管54、55中控制和/或調節具有氨或其它還原劑的氣體速度的手段，使尿素分解產物與原始排氣組分如碳氫化合物、硫等的副反應最小化，并且因此提供了對含水尿素蒸發/分解時間的控制，并且因此提供了以最低的可能的氨泄漏實現最高的可能的NOx還原的可能性。

氨分配管包括用于合并負載氨的氣體與來自流動管道11，12的排氣料流以形成氨-排氣料流的裝置。在一個實施方案中，用于合并負載氨的氣體與排氣料流的裝置包括多個出口，其在可以將來自流動管道11和12的氣體的流與負載氨的氣體合并的區域中沿著氨分配管54和55的至少一部分間隔開。在一個優選實施方案中，每個氨分配管54和55包含多個取向的孔或開口，使得管54中的開口朝向管55，管55中的開口朝向管54。這些開口的數量、尺寸、位置和取向可以根據排氣的流速和緊湊型SCR系統的構造而變化。涉及所述開口，以使得大致相同的質量流量出現在流的任一側，這是蒸發器管5的壓力損失的函數。使用由熱空氣壓縮機或渦輪增壓器等提供的輕微過壓允許控制包含反應物的熱氣體的流。在其中僅存在一個流動管道的實施方案中，一個氨分配管是足夠的。然后使經良好分配的氨-排氣料流流入SCR反應器區段3中，在此使其通過SCR催化劑并且轉變成經凈化的排氣。在一個優選實施方案中，緊湊型SCR系統不使用如傳統SCR工藝中通常使用的或需要的氨噴射格柵(AIG)。在一個實施方案中，新鮮空氣吹風機位于尿素噴射點之前或之后，以提供足夠的壓力來將側線料流引入主料流中。

在一個實施方案中，緊湊型SCR系統還包括用于進入SCR反應器以替換催化劑的裝置。在一個優選實施方案中，所述裝置是位于反應器的頂部或側面的門。

在一個實施方案中，緊湊型SCR系統還包括一個或多個NOx傳感器和/或氨(NH₃)傳感器。所述NOx和/或NH₃傳感器連接至控制傳送到蒸發器模塊且隨后傳送到排氣中的尿素和凈化的氣體的量的單元。在一個實施方案中，NOx傳感器位于流動管道上的排氣入口處。在另一實施方案中，可以將位于SCR催化劑下游的NOx或NH₃傳感器用于閉環控制。在另一實施方案中，下游NOx傳感器位于從熱空氣壓縮機進料至蒸發器管的凈化的氣體的流中。在又另一實施方案中，所述系統還包括在流動管道上游的入口中的NOx傳感器。在還一實施方案中，所述系統提供了在系統中的在引入凈化的氣體/氨混合物之前的原始排氣行進時間，從而可以確保例如在負載改變的情況下的及時噴射，即，電子控制單元具有足夠的時間來計算和提供待計量添加的尿素的必要的量(即，(NOx傳感器時間+電子處理時間+尿素在管5中的停留時間)＝(排氣從NOx傳感器到氨分配管所需要的時間))。

在一個優選實施方案中，緊湊型SCR系統包括一個或多個入口法蘭，以傳送來自具有500至4500kW功率的單氣缸組或雙氣缸組(例如V型氣缸)發動機的排氣。在一個優選實施方案中，法蘭是圓形的。

在一個優選實施方案中，所述系統具有定位在反應器的每個側面上的兩個流動管道(如圖1中所示)，與反應器長度大致相同的蒸發器管，具有液壓優化的孔以實現通過兩個管的相似流的兩個氨分配管和成角度的流動板(如圖4中所示)，其中排氣料流沿著所述板流動(與以其它方式成角度圍繞的流動板相反，即從左上到右下，在此流動管道引出進入反應器區段3)。這些實施方案中使用的催化劑的孔密度可以取決于若干因素，包括所使用的燃料的性質和燃料中的雜質水平而大范圍地變化。

在一個實施方案中，SCR系統還包括在每個流動管道中在尿素輸入的上游的氧化催化劑，以減少可能降低SCR活性的碳氫化合物。氧化催化劑還可以氧化CO、芳族化合物等。

根據另外的方面，本發明提供了減少來自發動機的排氣中所形成的氮氧化物的量的方法，包括將來自發動機排氣通過包括SCR反應器、輸入流系統和蒸發器模塊的SCR系統，其中：

a.SCR反應器包括至少一個SCR催化劑并且與輸入流系統和蒸發器模塊連通，

b.輸入流系統包括用于來自發動機的排氣的一個或多個入口，其中將入口構造成通過位于SCR反應器周圍的至少一個流動管道分布氣體的流，其中通過在SCR周圍的流動管道的排氣的流為蒸發器模塊提供熱，其中將尿素或氨前體引入蒸發器模塊以轉變成胺，然后引入SCR反應器，并且在引入負載氨的氣體料流之后和在經過了多個擋板以提供橫跨SCR反應器的橫截面的大致均勻的氣體速度和濃度分布之后，將每個流動管道中的氣體的流引入SCR反應器，和

c.蒸發器模塊包括用于將尿素或氨前體引入所述模塊的經加熱部分的裝置，在其中將尿素或氨前體至少部分地分解并且隨后進料至排氣料流中，然后將排氣料流引入SCR反應器。

上面的描述意在使本領域技術人員實踐本發明。并不意在詳述所有對本領域技術人員在閱讀了說明書之后將變得顯而易見的可能的改型和變型。然而意在使所有這樣的改型和變型包括在在上述描述中所見并且由以下權利要求以其它方式限定的本發明的范圍以內。