氨存儲結(jié)構(gòu)及相關(guān)的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體上涉及在通過選擇性催化還原（SCR)還原N0JI氧化物的應(yīng)用中氨氣 的存儲，尤其是在減少由內(nèi)燃機(jī)（特別是柴油發(fā)動機(jī)）排出的污染物的應(yīng)用中氨氣的存儲。
【背景技術(shù)】
[0002] 與交通有關(guān)的污染物的排放是近30年行業(yè)中首要發(fā)展的推動力。對于四種常規(guī) 污染物（C0，HC，N0 x，微粒）排放的嚴(yán)格限制的逐漸增強(qiáng)已經(jīng)使得有可能顯著改善空氣質(zhì)量 (特別是在大城市）。
[0003] 機(jī)動車使用的持續(xù)增加使得需要繼續(xù)努力以進(jìn)一步減少這些污染物的排放。相對 于歐洲排放閾值的容差的降低預(yù)計在2014年進(jìn)入歐6標(biāo)準(zhǔn)生效的范圍內(nèi)。這些措施目的 在于減少局部污染。在所有駕駛條件下具有高效污染控制技術(shù)因此對于交通工業(yè)是主要的 挑戰(zhàn)。在這種背景下，氮氧化物（N0 X)在稀混合氣中（即在包含過多氧的混合氣中）的還 原代表了與一系列復(fù)雜問題相關(guān)的重要挑戰(zhàn)。
[0004] 而且，與co2排放直接相關(guān)的燃料消耗在近幾年內(nèi)已經(jīng)發(fā)展為機(jī)動車行業(yè)的一個 主要關(guān)心的問題。因此，私家車的C0 2排放的規(guī)定從2012年起設(shè)置到歐洲水平上?，F(xiàn)在已 經(jīng)確定這種限制將在未來幾十年期間規(guī)則地降低。C02排放的減少因此對于所有的交通行 業(yè)作為新增長動力而流行。這種雙重問題，局部污染（N0 X)的減少和燃料消耗（C02)的減少 對于柴油發(fā)動機(jī)特別困難，稀混合氣的燃燒伴隨著難于處理的^，的排放。
[0005] 在這種背景下，SCR (選擇性催化還原）后處理技術(shù)既用于私家車輛也用于分配給 貨物運(yùn)輸?shù)能囕v。然后可以將發(fā)動機(jī)位于最佳效率的位置，強(qiáng)的N0 X排放然后在排氣裝置 中通過SCR系統(tǒng)處理，以允許高效還原N0X。
[0006] 為了允許建立這種SCR技術(shù)，有必要在車輛上安裝還原氮氧化物所需的還原劑。 目前由重型車輛使用的系統(tǒng)使用尿素水溶液作為還原劑。尿素注入到排氣裝置中，尿素在 廢氣的溫度的影響下分解為氨（NH 3)并且允許在特定催化劑上還原N0X。對于目前大規(guī)模 生產(chǎn)的SCR系統(tǒng)使用的和標(biāo)準(zhǔn)化的一種尿素水溶液稱為AUS32 (在歐洲商品名為AdWue? )〇
[0007] 然而這種非常有效的方法存在一定數(shù)量的缺點。它在寒冷條件下呈現(xiàn)出有限的效 果，而且這種情況在很多情況下出現(xiàn)，特別是城市公交車。尿素存儲器呈現(xiàn)出相當(dāng)大的質(zhì)量 和體積，通常地對于私家車15至30升，對于重型車輛40至80升。這種體積當(dāng)車輛較小時 帶來集成到車輛的復(fù)雜性更大。結(jié)果是污染控制成本高，以及質(zhì)量過量使得不利于車輛的 燃料消耗和因此不利于二氧化碳的排放。
[0008] 已經(jīng)設(shè)想了各種替代的存儲方法。以在壓力下的氣體存儲氨的選擇在緊密度和操 作安全方面有許多缺點。
[0009] 優(yōu)選的方法包括將氣體吸入放置于存儲容器內(nèi)的材料（例如鹽）中。氨存儲然后 在鹽的內(nèi)部通過形成氨化物類型的化學(xué)配合物而實現(xiàn)。這種類型的存儲和尿素水溶液相比 有很多優(yōu)點。鹽中的存儲允許顯著減少存儲容器的質(zhì)量和體積。由于對于給定的氨的持續(xù) 在車輛上裝載的還原劑質(zhì)量的減少，因此也允許〇)2在量的方面受益。實際上，節(jié)省了提供 給稀釋常規(guī)的或液體SCR結(jié)構(gòu)中的尿素的附加水的量。此外，這種類型的存儲允許在寒冷 條件下實現(xiàn)更高效率的N0X的吸收。這種類型的存儲還提供了制造費(fèi)用的降低，因為氨的 供給和注入系統(tǒng)都能夠得以簡化。
[0010] 為了限制存儲容器的體積，機(jī)動車制造商贊同填充或更換存儲容器，例如在發(fā)動 機(jī)維修期間，在換油時或在燃料罐的填充期間。私家車裝載的氨的量大于6kg，相當(dāng)于16L 的AUS32類型的尿素溶液，這使得有可能對于私家車在車輛的兩次換油的間隔之間提供持 久力。為了用氨供給系統(tǒng)，電子加熱元件或例如使用載熱流體控制從而計量在每個操作條 件下用于處理氮氧化物所需的氨。
[0011] 一旦存儲容器例如管殼是空的，用一個滿的容器來替換，例如在車輛維修期間空 的容器在中央填充點重新填充。管殼可以因此受到10到15次填充/排空循環(huán)。
[0012] 為了限制用于管理排除存儲的氨的平均功率，可以憑借添加劑來補(bǔ)充鹽基體，所 述添加劑具有比鹽更高的熱導(dǎo)率，這使得有可能從加熱元件傳遞熱量到存儲材料的核心。 這種添加劑通常可以是膨脹的天然石墨。
[0013] 此外，所述添加劑的正確配方具有其它優(yōu)點。首先，它的存在可以使得有可能方便 在維修期間階段氨的填充（縮短填充時間）。最后，這種添加劑的存在可以提供關(guān)于系統(tǒng)的 持久性的益處，特別地在管殼的連續(xù)排空和填充循環(huán)期間。
[0014] 實際上，在吸收反應(yīng)過程中，氣態(tài)氨通過構(gòu)成存儲材料的固體鹽的固定伴隨著體 積的增加，氨化合物然后占據(jù)的體積比純鹽的體積大得多。吸收后鹽的體積比沒有氨的鹽 的體積更大可高達(dá)五至六倍。鹽的體積的增加不僅由于材料的晶格的膨脹還由于材料的分 裂，因此在氨化物配合物的微晶之間留出自由的空間。多孔基體的連續(xù)膨脹和收縮階段可 以因此引起局部微動現(xiàn)象，這對孔隙率的均勻性和通常在材料的持久性上產(chǎn)生不利影響。
[0015] 獲得存儲相（鹽）和添加劑的最佳混合物因此是實施系統(tǒng)的一個關(guān)鍵。用于獲得 這種混合物的已知技術(shù)包括經(jīng)由甲醇浴獲得存儲相和添加劑之間的連接物。外推到機(jī)動車 大量生產(chǎn)的規(guī)模，這種方法已經(jīng)證明存在復(fù)雜和昂貴的投資，這是由于在甲醇這種情況下 中間產(chǎn)物的介入，及許多補(bǔ)充的制造步驟，例如甲醇浴的制備，用于以期望的比例混合這兩 種產(chǎn)品的熱力學(xué)條件的建立，干燥組件和因此獲得的基體的處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明的一個目的是提供制造設(shè)計用于存儲氨的基體的結(jié)構(gòu)和方法，其包括設(shè)計 用于通過吸收的實際存儲的材料，這允許操作和更高的效率。
[0017] 為此目的，提供氨存儲結(jié)構(gòu)，其特征在于所述結(jié)構(gòu)包括，以交替方式：
[0018] 至少一個氨存儲層，及
[0019] 至少一個具有比存儲層更高熱導(dǎo)率的導(dǎo)熱材料層，所述或每個導(dǎo)熱材料層設(shè)計在 結(jié)構(gòu)內(nèi)部增加熱傳遞。
[0020] 本發(fā)明用以下的特征補(bǔ)充是有利地，以下特征可以采取單獨(dú)一種或其技術(shù)上可能 的組合的任一種：
[0021] 所述或每個氨存儲層包括粉狀鹽，
[0022] 所述或每個導(dǎo)熱材料層由先前壓縮的粉末構(gòu)成，
[0023] 至少一個存儲層是壓縮的或非壓縮的剛性薄片，
[0024] 導(dǎo)熱層的數(shù)量，
[0025] 每個中間層機(jī)械地獨(dú)立于相鄰的層或其它層，
[0026] 每個層提供在相鄰于其的兩層之間完全相互分離。
[0027] 本發(fā)明還涉及包括存儲容器的車輛的氨存儲和排放系統(tǒng)，其特征在于所述存儲容 器包括先前描述的存儲結(jié)構(gòu)。
[0028] 本發(fā)明通過以下的特征補(bǔ)充是有利地，以下特征可以采取單獨(dú)一種或其技術(shù)上可 能的組合的任一種：
[0029] 所述或每個導(dǎo)熱材料層相對于所述容器來定尺寸以在所述層和容器壁之間當(dāng)結(jié) 構(gòu)沒有用氨飽和時呈現(xiàn)間隙，以致由于氨存儲至少一個存儲層的體積的增加在最初填充階 段通過導(dǎo)熱材料層的形狀改變來抵消從而占據(jù)由間隙產(chǎn)生的自由空間，
[0030] 所述間隙位于容器的側(cè)壁和導(dǎo)熱材料層的側(cè)壁之間，
[0031] 所述間隙構(gòu)成導(dǎo)熱材料層的橫向直徑的2%和30%之間，
[0032] 存儲結(jié)構(gòu)以所述或每個導(dǎo)熱材料層在最終填充階段能夠經(jīng)受壓縮這樣的方式制 造，
[0033] 每層在給定的填充條件下通常在整個容器的橫截面延伸，
[0034] 結(jié)構(gòu)沿軸向?qū)ΨQ軸呈現(xiàn)出中空，以允許在每個存儲層氨的存儲和/或排