專利名稱：NH₃儲罐的再充灌裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的裝置和方法涉及氨的儲存和遞送。具體來說，本發(fā)明裝置和方法涉及儲存在儲存罐內(nèi)的吸收和放出氨的材料的再充灌，以使儲存罐和儲存在其中的氨材料可被再 次使用，以釋放出氣體氨用于汽車中的NOx的有選擇的催化劑還原反應(yīng)。
背景技術(shù)：
壓縮點火發(fā)動機提供了燃料經(jīng)濟性的優(yōu)點，但在正常操作期間卻產(chǎn)生了 NOx和顆粒。為了達到良好的燃料經(jīng)濟性和減少顆粒和NOx的排放，新的規(guī)定和現(xiàn)有的規(guī)定不斷地向制造商提出了挑戰(zhàn)。貧燃的發(fā)動機雖然達到了燃料經(jīng)濟性的目的，但這些發(fā)動機廢氣中高濃度的氧氣卻產(chǎn)生出大量高濃度的N0X。因此，越來越多的系統(tǒng)正在采用減少NOx廢氣的
處理方案。一種如此的系統(tǒng)是將氨氣直接添加到廢氣流中。直接遞送氣體形式的氨對于流動控制系統(tǒng)的簡化和有效地混合還原劑、氨和廢氣來說是有利的。直接使用氨還消除了堵塞計量系統(tǒng)的潛在的難點，這些難點是由例如在液基的尿素溶液中的沉淀物或雜質(zhì)造成的。此外，尿素水溶液在發(fā)動機低載荷時不能進行計量，因為排氣管溫度太低而不能完成尿素向氨(和CO2)的轉(zhuǎn)化。然而，以加壓液體的形式來運輸氨，如果容器因事故造成爆炸或閥或管道破裂，則這樣的運輸會是很危險的。在使用固體儲存介質(zhì)的情形中，由于釋放氨所需要的熱量很小且室溫下的平衡壓力(如果選擇合適的固體材料)可以遠低于I巴，所以，安全性問題就遠不是很重要的了。氨可以盤塊或球體形式加載到儲罐內(nèi)。通常地，一旦氨被用完，儲罐和其內(nèi)含物就被毀掉和再循環(huán)。人們已經(jīng)作了各種努力來充灌氨；然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，將氣體氨引入到壓縮的材料中通常造成非常緩慢的吸收和飽和，經(jīng)常要花費好幾個小時。本發(fā)明再充灌裝在儲罐或容器內(nèi)的含氨的材料或使之吸收的裝置和方法，可在儲罐的全部材料中使氨均勻的分布。本發(fā)明的裝置和方法使材料比先前的裝置和方法能更快、更有效的飽和和再充灌。這樣，儲罐和其所容之物可被再使用，也許甚至可被使用多次，結(jié)果可節(jié)約制造和再循環(huán)的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本文披露了可避免現(xiàn)有技術(shù)的裝置和方法缺點的裝置和方法，同時可提供附加的結(jié)構(gòu)和操作優(yōu)點。一般地說，氨儲存材料組件包括儲罐和裝在其中的氨吸收和排出材料。該組件還包括一種裝置，在材料一旦釋放或排出其氨到廢氣處理系統(tǒng)中之后，該裝置就將液體氨引入到氨吸收/排出材料內(nèi)，以便再充灌該材料以重復(fù)使用。在一實施例中，有用于儲存和再充灌含氨的材料的組件，該組件包括儲罐，儲罐具有內(nèi)部和長度、儲存在儲罐內(nèi)部的緊湊的含氨的材料，以及定位在儲罐內(nèi)部以及含氨析材料內(nèi)的再充灌元件。再充灌元件包括沿其長度的多個開口，該再充灌元件也定位成通過含氨的材料。在揭示的用于排氣系統(tǒng)中NOx的還原的、用來再充灌材料的方法中，該方法包括以下步驟提供具有內(nèi)部的密封容器；將再充灌裝置定位在密封容器內(nèi)部；將預(yù)定量的能夠吸收和排出氨的材料提供到容器內(nèi)部；加熱該材料并從材料中釋放出氨氣到車輛的排氣系統(tǒng)內(nèi)以使NOx還原；將液體氨引入到再充灌裝置內(nèi)；以及用氨氣再充灌該材料。在另一實施例中，充灌材料的步驟包括液體氨傳輸?shù)皆俪涔嘌b置，通過再充灌裝置的開口進入到材料內(nèi)，并使該材料帶有氨氣飽和達到可用的水平。在還有的另一實施例中，提供一種重復(fù)使用能夠吸收和排出氨以用于排氣流中·NOx還原的材料的方法，該方法包括以下步驟提供具有內(nèi)部的密封儲罐；將預(yù)定量的含氨的材料提供到容器內(nèi)部；將具有多個開口的再充灌裝置定位到密封儲罐的內(nèi)部并通過材料；以及將熱量施加到含氨的材料，以從該材料中排出氨氣達到預(yù)定水平并進入到車輛排氣系統(tǒng)的后處理裝置中；將液體氨引入到再充灌裝置中；來自再充灌裝置的開口的液體氨填滿并進入到該材料中；用液體氨再充灌該材料達到可用的飽和水平；以及再次使用可再充灌的材料。從以下的描述和附圖中，可更容易地理解本發(fā)明上述的和其它的方面。


圖I是含有本發(fā)明組件的廢氣NOx還原(EGNR)系統(tǒng)的示意圖；圖2是用來儲存和再充灌氨吸收/放出材料的組件的分解立體圖。
具體實施例方式參照圖I和2，圖中示出用于儲存(特別是以固體形式)和遞送氨氣的組件和方法，以用來還原廢氣流中的NOx (EGNR)0本發(fā)明的組件(總的以標號10表示)將針對氨的儲存和遞送尤其是將氨氣供應(yīng)到壓縮點火發(fā)動機中的情形進行討論，并還針對一旦釋放氨氣用于NOx處理后便再充灌含有氨的材料的裝置的情形進行討論。氨氣在用于減少NOx的汽車排氣系統(tǒng)(未示出)中是有用的。由于汽車的排氣系統(tǒng)，包括柴油機的排氣系統(tǒng)是眾所周知的，所以，不作詳細的描述。如圖2所示，用于儲存氨吸收/排出材料24的組件10最初包括儲罐12。儲罐12也稱作容器或儲存罐，其可具有任何合適的形狀，但通常為具有外部12a和內(nèi)部12b的圓筒形。儲罐可以頂部12c和底部12d在兩端密封。儲罐12可由任何合適材料構(gòu)造，該種材料應(yīng)是堅固的以可加載和運輸該材料。此外，構(gòu)造儲罐12的材料應(yīng)可理想地傳熱，因為用于本裝置內(nèi)含有氨的材料14需要熱量來從該材料中排出氨。鋁片是用來以公知方式構(gòu)造儲罐12的合適材料。鋁具有低的質(zhì)量密度和良好的熱導(dǎo)率。如圖2所示，含有氨或氨吸收/排出材料14可具有盤形，其便于加載到儲罐內(nèi)。應(yīng)該理解到，盡管示出了盤形的含有氨的材料14，但該材料也可具有任何合適的形式，包括壓縮的顆?；蚓o密壓緊粉末。此外，材料14，特別是呈顆粒形式的材料，可具有分散在全部材料中的金屬片或塊，其可提高材料的熱導(dǎo)率。例如，可將鋁覆蓋的材料球的加載到儲罐內(nèi)，然后，緊密地壓縮，將球壓碎后導(dǎo)致材料在儲罐內(nèi)材料/金屬片的隨機分布。不管用于準備材料和將材料加載到儲罐以供使用的技術(shù)如何，s重要的是，要在材料形成過程中防止氨的耗散。用于本組件10的合適材料包括為氨提供固體儲存介質(zhì)的金屬-氨絡(luò)合物鹽，并代表著用于氨儲存和運輸?shù)陌踩?、實用和緊湊的選擇。通過將鹽加熱到10°c至熔點范圍內(nèi)的溫度，加熱到金屬氨絡(luò)合物鹽的溫度，例如，30°至70°C的溫度，且較佳地為100°至500°C的溫度，氨可從金屬氨合物鹽中釋放出。一般地說，用于本裝置的金屬氨合物鹽包括通用公式M(NH3)nXz，其中，M是能夠鍵聯(lián)氨的一個或多個金屬離子，例如，Li、Mg、Ca、Sr、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn等，η是通常為2_12的配位數(shù)，X是一個或多個陰離子，其取決于M的化合價，其中，乂的代表實例是？、(1、81'、1、504^004、？04等。較佳地，氨飽和氯化鍶Sr (NH3)Cl2可用來形成本組件10的圓盤14。
為了在汽車排氣系統(tǒng)中處理NOx時使用本發(fā)明裝置組件10的氨，必須對儲罐12和所裝的含有氨的材料14施加足夠的熱量，由此，排出氨成為其有用的氣體形式。為了幫助釋放氨氣，含有氨的材料14包括包圍該材料的傳熱層或傳熱板16。傳熱層16可與儲罐12的內(nèi)部12b接觸，由此，向含有氨的材料產(chǎn)生足夠的熱量，將氨氣釋放到排氣系統(tǒng)中。替代地，含有氨的材料可放置在鋁杯內(nèi)，然后，將鋁杯密封和堆疊在儲罐內(nèi)。一旦從含有氨的材料14中釋放或排出氨氣達到預(yù)定的水平，目前對于乏氨的或氨已排出的材料，目前的做法是毀掉儲罐12和回收該材料。在本發(fā)明的再充灌組件10之前，試圖再飽和、再充灌或吸收具有氨的材料14是麻煩的過程，經(jīng)常需要花過長的時間，甚至要好幾個小時，來完成材料的再飽和。本組件10包括再充灌裝置或元件18，其用于在材料14保留在儲罐12內(nèi)的同時對材料14再充灌。再充灌裝置或元件18可呈管子的形式，具有的長度等于儲罐12的長度，這樣，當該裝置安裝在儲罐內(nèi)時，它通過乏氨的材料14。應(yīng)該理解到，盡管再儲罐裝置被稱作“管子”，但不必局限于筆直的形狀。再儲罐裝置可包括任何合適的形狀，包括直的形狀、螺旋形狀、弧形，或在實用上可匹配在儲罐內(nèi)的任何其它形狀。裝置或元件18貫穿有多個開口或孔20，它們沿著裝置的全長隨機地布置。這樣，當用氨再充灌氨已排出的材料14時，液體氨就通過管子，通過開口，并充滿在材料的全長上。盡管再充灌裝置18可安裝在儲罐內(nèi)部的任何位置上，但裝置18安裝在儲罐12內(nèi)的中心位置可使液體在儲存罐或儲罐12的全長上徑向向外且大致均勻地分布。盡管不希望受任何特殊理論的局限，但可以相信，當在使用過程中對材料加熱時，釋放的氨會在整個材料中留下多個空間或空隙。一旦再充灌后，液體氨會填滿由排出的氨而在材料中留下的空隙，由此再充罐全部的材料。因此，將再充灌裝置18放置在材料中，不管放置在材料中心處還是根據(jù)裝置的設(shè)計放置在任何合適的地方，都會使液體氨有效地引入到全部的壓縮材料14中，較之于通過儲罐的一端讓液體通過端帽12c、12d內(nèi)的管嘴(未示出)，這可以更有效地進行再充灌。本發(fā)明方法對充灌裝有含氨或氨吸收/排出材料14的儲罐12提供有效的手段，以釋放出氨氣用于后處理裝置(圖I)中，還原車輛排氣系統(tǒng)中的N0X。鞋子本發(fā)明方法中，提供具有內(nèi)部12b的密封儲罐12。使用公知的壓緊或加載方法，將諸如合適鹽那樣預(yù)定量的含有氨的材料14，以合適的形式加載到儲罐12的內(nèi)部。沿著其長度具有多個開口 20的再充灌裝置18定位在密封儲罐12的內(nèi)部。為了在材料一旦排出氨之后對材料14提供有效的再充灌，再充灌裝置18也定位通過含有氨的材料。該方法還包括以下步驟將從含有氨的材料14中釋放出的達到預(yù)定水平的氨氣，釋放到車輛(未示出)的排氣系統(tǒng)的后處理裝置(圖1)，其用來還原排氣流中的Ν0χΟ在氨氣從含有氨的材料14中釋放或排出到要求水平之后，該方法包括用氨再充灌該材料或使該材料吸收氨，以使它可再次用于廢氣處理系統(tǒng)中，不必移去儲罐或其材料。再充灌方法包括將液體氨引入再充灌裝置內(nèi)，這可在灌裝站或加油站內(nèi)進行，或可在車輛定期維護保養(yǎng)期間進行。液體氨進入再充灌裝置18，通過裝置內(nèi)多個開口或孔20，并充滿到材 料內(nèi)。再充灌到可用水平的材料14可被再次用于后處理裝置和系統(tǒng)中。該方法提供再使用含有氨的材料和其儲罐的成本有效的手段。
權(quán)利要求
1.一種用于儲存和再充灌氨以用于排氣系統(tǒng)中NOx處理的組件，該組件包括 具有內(nèi)部空間的儲te； 儲存在儲罐的內(nèi)部空間內(nèi)的緊湊的氨吸收/排出材料；以及 定位在儲罐的內(nèi)部空間以及氨吸收/排出材料內(nèi)的再充灌元件。
2.如權(quán)利要求I所述的組件，其特征在于，儲罐是圓筒形的。
3.
4.如權(quán)利要求I所述的組件，其特征在于，氨吸收/排出材料包括金屬氨合物鹽。
5.如權(quán)利要求I所述的組件，其特征在于，氨吸收/排出材料包括散布有吸熱金屬的金屬氨合物鹽。
6.如權(quán)利要求4所述的組件，其特征在于，金屬氨合物鹽包括氯化鍶。
7.如權(quán)利要求I所述的組件，其特征在于，氨吸收/排出材料是可再充灌的。
8.如權(quán)利要求I所述的組件，其特征在于，再充灌元件中心地位于儲罐內(nèi)部空間內(nèi)。
9.如權(quán)利要求I所述的組件，其特征在于，再充灌元件是管子。
10.如權(quán)利要求I所述的組件，其特征在于，再充灌元件是螺旋形。
11.如權(quán)利要求I所述的組件，其特征在于，再充灌元件具有的長度等于儲罐的長度。
12.如權(quán)利要求I所述的組件，其特征在于，再充灌元件是包括多個沿著其長度的開□。
13.一種用來再充灌含氨的材料的方法，該方法包括以下步驟 提供具有內(nèi)部的密封儲罐； 將預(yù)定量的能夠吸收和排出氨的材料提供到儲罐內(nèi)部； 將再充灌裝置定位在密封儲罐的內(nèi)部并通過所述材料； 加熱所述材料； 從所述材料中釋放出氨氣到后處理裝置內(nèi)，以用于還原車輛廢氣流中的NOx ； 使來自所述材料的氨氣從原始的飽和水平下降到預(yù)定的水平； 將液體氨引入到再充灌裝置內(nèi)；以及 用氨再充灌該材料。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，該方法還包括再使用帶有再充灌材料的儲罐，以還原廢氣流中的N0X。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，再充灌裝置包括多個沿著其長度的開口。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，定位再充灌裝置的步驟包括將再充灌裝直中心定位在儲te內(nèi)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，定位再充灌裝置的步驟還包括讓該裝置中心地通過所述材料。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，再充灌材料的步驟包括通過再充灌裝置引入液體氨。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，再充灌步驟還包括用液體氨將材料充滿到可再使用的水平。
20.一種重復(fù)使用能夠吸收和排出氨以用于排氣流中NOx還原的材料的方法，該方法包括以下步驟 提供具有內(nèi)部的密封儲罐；將預(yù)定量的含氨的材料提供到儲罐內(nèi)部； 將再充灌元件定位到密封儲罐的內(nèi)部以及通過含氨的材料，所述再充灌元件沿著其長度具有多個開口； 將熱量施加到含氨的材料并從所述材料中排出氨氣達到預(yù)定水平并進入到后處理裝置中； 將液體氨引入到再充灌元件中； 來自再充灌元件的開口的液體氨填滿到所述材料中； 用液體氨再充灌含氨的材料達到可用的飽和水平；以及 在后處理裝置中再使用可再充灌的含氨的材料。
全文摘要
本發(fā)明披露一種涉及儲存和遞送氨的方法和裝置，用于廢氣流中NOx還原的后處理裝置。該裝置包括具有裝在其中的氨吸收和排出材料的儲罐，以及在氨釋放到預(yù)定水平后用于將氨再充灌材料的再充灌裝置。該方法包括提供具有內(nèi)部的密封儲罐；將預(yù)定量的含氨的材料提供到容器內(nèi)部；將充灌裝置定位到密封儲罐的內(nèi)部；從含氨的材料中釋放出氨氣到后處理裝置中，以用于車輛排氣系統(tǒng)中NOx的還原；將液體氨引入到再充灌裝置中；以及再充灌含有氨的材料以再用于排氣系統(tǒng)中。
文檔編號B65D81/26GK102917964SQ201180019869
公開日2013年2月6日 申請日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月21日
發(fā)明者G·D·博伊德, R·A·梅拉, B·D·奧多姆 申請人:萬國引擎知識產(chǎn)權(quán)有限責任公司