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CN114575971B - 利用纯氨气的后处理系统及其方法 - Google Patents

利用纯氨气的后处理系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用纯氨气的后处理系统及其方法，该系统以氨气作为燃料，包括：AOC催化剂，AOC催化剂设置在后处理系统的上游，与排气流体连通；cDPF过滤器，cDPF过滤器与AOC催化剂流体连通，cDPF过滤器位于在AOC催化剂的下游；SCR催化剂，SCR催化剂与cDPF过滤器流体连通，SCR催化剂位于cDPF过滤器的下游；ASC催化剂，ASC催化剂与SCR催化剂流体连通，ASC催化剂位于SCR催化剂的下游；氨气供给系统，氨气供给系统具有第一喷射支路和第二喷射支路，第一喷射支路用于在AOC催化剂的上游供给氨气，第二喷射支路用于在cDPF过滤器与SCR催化剂之间供给氨气。本发明的系统直接采用氨气有效地处理排气中污染物，且系统使用氨作为提升排气温度的燃料和去除NOx的还原剂的双重作用。

Description

利用纯氨气的后处理系统及其方法
技术领域
本发明涉及发动机尾气后处理的技术领域，具体涉及一种利用纯氨气的后处理系统及其方法。
背景技术
目前，尾气处理大多采用选择性催化还原(SCR)的技术路线，将尿素水溶液喷射到尾气的排气中，使用其分解产生的氨气对NOx进行选择性催化还原，生成无害的氮气和水。
现有技术中，公布号为CN 109882271 A的中国发明专利公开了一种利用液氨为SCR还原剂的柴油机尾气排放净化处理系统，它包括基于ALA系统、液氨钢瓶、液位传感器、第三压力传感器、加热装置、氨气截止阀、净化装置、稳压装置、氨气流量调节阀、氨气喷嘴、第一氮氧传感器、第一温度传感器、柴油氧化催化剂-碳颗粒捕获剂、第一压力传感器、催化反应器、再循环装置、预测控制单元、发动机电子控制单元、氨传感器、氨氧化催化箱，预测控制单元与发动机电子控制单元相连，第一氮氧传感器与预测控制单元相连，第一温度传感器与预测控制单元相连，柴油氧化催化剂-碳颗粒捕获剂通过排气管道与发动机相连，第一压力传感器与柴油氧化催化剂-碳颗粒捕获剂相连，第二压力传感器与预测控制单元相连，第二氮氧传感器与预测控制单元相连，第二温度传感器与预测控制单元相连，液氨钢瓶装有液氨，液氨钢瓶与液位传感器相连，液氨钢瓶与第三压力传感器相连，液氨钢瓶与上加热装置相连，液氨钢瓶上的液位传感器和第三压力传感器集成一个检测器，通过液氨钢瓶端部法兰式开口与液氨钢瓶相连，加热装置采用液氨钢瓶端部法兰式开口与液氨钢瓶相连，稳压装置与净化装置相连，氨气流量调节阀与稳压装置相连，空气流量控制阀与柴油氧化催化剂-碳颗粒捕获剂尾部相连，再循环装置与催化反应器相连。上述方法采用液体氨罐，避免了现有主流尿素水溶液系统中尿素水解生产氨复杂的反应；解决了市场中固态氨技术中氨充装缓慢，需要提高温度控制氨气释放的问题。但是上述只采用氨气替换尿素溶液，没有使用氨气作为燃料，来加热尾气，没有主动再生DPF及提升SCR催化器温度等功能。
公布号为CN 108301905 A的中国发明专利公开了一种氨气尿素双喷射系统，包括尿素箱，尿素泵，尿素喷嘴，储氨罐，氨气计量阀，氨气喷嘴，ECU和后处理器；所述尿素泵的进口与所述尿素箱连通，所述尿素泵的出口连接于所述尿素喷嘴，所述尿素喷嘴安装于所述后处理器上，用于向后处理器内喷射尿素液；所述储氨罐通过氨气计量阀与氨气喷嘴连通，所述氨气喷嘴安装于所述后处理器上，用于向后处理器内喷射氨气；ECU与所述尿素喷嘴连接，用于控制所述尿素喷嘴的喷射；而且，所述ECU还与氨气计量阀连接，用于控制氨气计量阀将计量后的氨气由氨气喷嘴喷射到后处理器中。还包括排温传感器，所述排温传感器安装于所述后处理器上，并连接于所述ECU，用于输出当前后处理器中的气体的温度至ECU。上述系统能够解决国六尿素系统低排温、冷启动工况下转化效率低、易出现结晶堵塞的问题，解决国六尿素喷射系统寒区工作时首先需要解冻，无法快速满足排放的问题；也能解决国六SCR转化效率99％难以实现的问题。上述系统后处理既使用氨和尿素两套还原剂喷射系统用于还原NOx，也同样需要匹配燃油喷射系统用于DPF再生，因此，系统需要匹配3套喷射系统，导致系统较复杂，成本较高，增加了系统成本与重量。
公布号为CN 111742121 A的中国发明专利公开了一种具有上游SCR催化剂的排气处理系统，上述系统使用燃料来加热，用于处理来自发动机的排气流的系统，此类排气处理系统包含上游SCR催化剂，并且相对于没有这种上游催化剂的比较排气处理系统此类系统可以提供增强的NOx去除和减少的N2O排放量。但是，上述系统存在以下缺陷：(一)后处理系统主要采用尿素作为还原剂，无法解决国六尿素系统低温冷启动工况下转化效率低、易出现结晶堵塞的问题；(二)后处理系统DPF进行主动再生时，需要喷射柴油燃料，因此需要配置柴油燃料喷射系统，增加后处理系统的复杂性及成本；(三)后处理系统采用双SCR载体及双尿素喷射系统，系统构架较复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术的不足，提供一种利用纯氨气的后处理系统及其方法，本发明的系统直接采用氨气有效地处理排气中污染物，且系统使用氨作为提升排气温度的燃料和去除NOx的还原剂的双重作用，可简化后处理系统标定工作，降低后处理系统成本。
为实现上述目的，本发明提供一种利用纯氨气的后处理系统，以氨气作为燃料，所述的后处理系统包括：
AOC催化剂，所述AOC催化剂设置在后处理系统的上游，与排气流体连通；
cDPF过滤器，所述cDPF过滤器与所述AOC催化剂流体连通，所述cDPF过滤器位于在所述AOC催化剂的下游；
SCR催化剂，所述SCR催化剂与所述cDPF过滤器流体连通，所述SCR催化剂位于cDPF过滤器的下游；
ASC催化剂，所述ASC催化剂与所述SCR催化剂流体连通，所述ASC催化剂位于SCR催化剂的下游；
氨气供给系统，所述氨气供给系统具有第一喷射支路和第二喷射支路，所述第一喷射支路用于在AOC催化剂的上游供给氨气，所述第二喷射支路用于在cDPF过滤器与SCR催化剂之间供给氨气。
作为优选实施方式地，本发明利用纯氨气的后处理系统还包括第一喷射装置，所述第一喷射装置设置在第一喷射支路上。
作为优选实施方式地，所述第一喷射装置上设置有用于对氨气流量进行测量的计量器。
作为优选实施方式地，本发明利用纯氨气的后处理系统还包括第二喷射装置，所述第二喷射装置设置在第二喷射支路上。
作为优选实施方式地，所述第二喷射装置上设置有用于对氨气流量进行测量的计量器。
作为优选实施方式地，所述第一喷射支路供给的氨气用于作为提高排气流体温度的燃料，所述第二喷射支路供给的氨气用于作为去除NOx的还原剂。
本发明还提供一种上述的系统进行后处理的方法，所述AOC催化剂通过氧化氨气生成N2和NOx，同时提高排气流体的温度。
作为优选实施方式地，所述cDPF过滤器通过NOx去氧化其上累积的碳层，完成cDPF过滤器的再生。
作为优选实施方式地，所述SCR催化剂通过催化第二喷射支路供给的氨气与排气流体中的NOx反应生成N2和H2O。
作为优选实施方式地，所述ASC催化剂通过催化上游未反应的氨气生成N2和H2O。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
其一，本发明利用纯氨气的系统直接采用氨气有效地处理排气中污染物，且系统使用氨作为提升排气温度的燃料和去除NOx的还原剂的双重作用，可简化后处理系统标定工作，降低后处理系统成本。
其二，本发明利用纯氨气的系统的AOC催化剂通过氧化氨气生成N2和NOx，达到提升排气流体的温度的目的。
其三，本发明利用纯氨气的系统在cDPF上，氨气氧化生成NOx去氧化cDPF上累积的碳层，从而实现cDPF的再生。
其四，本发明利用纯氨气的系统的第二喷射支路供给的氨气与排气流体中的NOx在SCR上反应生成N2和H2O。
其五，发明利用纯氨气的系统中上游未反应的氨气在ASC上反应生成N2和H2O，实现净化处理。
附图说明
图1为本发明的利用纯氨气的后处理系统的结构示意图；
图中，1-AOC催化剂、2-cDPF过滤器、3-SCR催化剂、4-ASC催化剂、5-氨气供给系统、5.1-第一喷射支路、5.2-第二喷射支路、6-第一喷射装置、7-第二喷射装置。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面将结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所述实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本实施例的一种利用纯氨气的后处理系统，以纯氨气作为燃料，的后处理系统包括：AOC催化剂1，AOC催化剂1设置在后处理系统的上游，与排气流体连通；cDPF过滤器2，cDPF过滤器2与AOC催化剂1流体连通，cDPF过滤器2位于在AOC催化剂1的下游；SCR催化剂3，SCR催化剂与cDPF过滤器2流体连通，SCR催化剂3位于cDPF过滤器2的下游；ASC催化剂4，ASC催化剂4与SCR催化剂3流体连通，ASC催化剂4位于SCR催化剂3的下游；氨气供给系统5，氨气供给系统5具有第一喷射支路5.1和第二喷射支路5.2，第一喷射支路5.1用于在AOC催化剂1的上游供给氨气，第二喷射支路5.2用于在cDPF过滤器2与SCR催化剂3之间供给氨气。第一喷射支路5.1供给的氨气用于作为提高排气流体温度的燃料，第二喷射支路5.2供给的氨气用于作为去除NOx的还原剂。
上述技术方案中，本发明的利用纯氨气的后处理系统还包括第一喷射装置6和第二喷射装置7，第一喷射装置6设置在第一喷射支路5.1上。第一喷射装置6上设置有用于对氨气流量进行测量的计量器。第二喷射装置7设置在第二喷射支路5.2上。第二喷射装置7上设置有用于对氨气流量进行测量的计量器。
本发明的上述系统进行后处理的方法，AOC催化剂1通过氧化氨气生成N2和NOx，同时提高排气流体的温度。cDPF过滤器2通过NOx去氧化其上累积的碳层，完成cDPF过滤器2的再生。SCR催化剂3通过催化第二喷射支路5.2供给的氨气与排气流体中的NOx反应生成N2和H2O。ASC催化剂4通过催化上游未反应的氨气生成N2和H2O。
本发明直接采用氨气有效地处理排气中污染物，且系统使用氨气作为提升排气温度的燃料和去除NOx的还原剂的双重作用，并且相对于没有使用氨气的排气处理系统，可简化后处理系统标定工作，降低后处理系统成本。
在此，需要说明的是，上述技术方案的描述是示例性的，本说明书可以以不同形式来体现，并且不应被解释为限于本文阐述的技术方案。相反，提供这些说明将使得本发明公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本说明书所公开的范围。此外，本发明的技术方案仅由权利要求的范围限定。
用于描述本说明书和权利要求的各方面公开的形状、尺寸、比率、角度和数字仅仅是示例，因此，本说明书和权利要求的不限于所示出的细节。在以下描述中，当相关的已知功能或配置的详细描述被确定为不必要地模糊本说明书和权利要求的重点时，将省略详细描述。
在使用本说明书中描述的“包括”、“具有”和“包含”的情况下，除非使用否则还可以具有另一部分或其他部分，所用的术语通常可以是单数但也可以表示复数形式。
应该指出，尽管在本说明书可能出现并使用术语“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”等来描述各种不同的组件，但是这些成分和部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个成分和部分和另一个成分和部分。例如，在不脱离本说明书的范围的情况下，第一部件可以被称为第二部件，并且类似地，第二部件可以被称为第一部件，顶部和底部的部件在一定情况下，也可以彼此对调或转换；一端和另一端的部件可以彼此性能相同或者不同。
此外，在构成部件时，尽管没有其明确的描述，但可以理解必然包括一定的误差区域。在描述位置关系时，例如，当位置顺序被描述为“在...上”、“在...上方”、“在...下方”和“下一个”时，除非使用“恰好”或“直接”这样的词汇或术语，此外则可以包括它们之间不接触或者接触的情形。如果提到第一元件位于第二元件“上”，则并不意味着在图中第一元件必须位于第二元件的上方。所述部件的上部和下部会根据观察的角度和定向的改变而改变。因此，在附图中或在实际构造中，如果涉及了第一元件位于第二元件“上”的情况可以包括第一元件位于第二元件“下方”的情况以及第一元件位于第二元件“上方”的情况。在描述时间关系时，除非使用“恰好”或“直接”，否则在描述“之后”、“后续”、“随后”和“之前”时，可以包括步骤之间并不连续的情况。
本发明的各种实施方案的特征可以部分地或全部地彼此组合或者拼接，并且可以如本领域技术人员可以充分理解的以各种不同地构造来执行。本发明的实施方案可以彼此独立地执行，或者可以通过相互依赖的关系一起执行。
以上，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，其余未详细说明的为现有技术。

Claims (9)

1.一种利用纯氨气的后处理系统，其特征在于：以氨气作为燃料，所述的后处理系统包括：
AOC催化剂(1)，所述AOC催化剂(1)设置在后处理系统的上游，与排气流体连通；
cDPF过滤器(2)，所述cDPF过滤器(2)与所述AOC催化剂(1)流体连通，所述cDPF过滤器(2)位于在所述AOC催化剂(1)的下游；
SCR催化剂(3)，所述SCR催化剂与所述cDPF过滤器(2)流体连通，所述SCR催化剂(3)位于cDPF过滤器(2)的下游；
ASC催化剂(4)，所述ASC催化剂(4)与所述SCR催化剂(3)流体连通，所述ASC催化剂(4)位于SCR催化剂(3)的下游；
氨气供给系统(5)，所述氨气供给系统(5)具有第一喷射支路(5.1)和第二喷射支路(5.2)，所述第一喷射支路(5.1)用于在AOC催化剂(1)的上游供给氨气，所述第二喷射支路(5.2)用于在cDPF过滤器(2)与SCR催化剂(3)之间供给氨气；
所述AOC催化剂(1)通过氧化氨气生成N2和NOx，同时提高排气流体的温度；所述cDPF过滤器(2)通过NOx去氧化其上累积的碳层，完成cDPF过滤器(2)的再生。
2.根据权利要求1所述的利用纯氨气的后处理系统，其特征在于：还包括第一喷射装置(6)，所述第一喷射装置(6)设置在第一喷射支路(5.1)上。
3.根据权利要求2所述的利用纯氨气的后处理系统，其特征在于：所述第一喷射装置(6)上设置有用于对氨气流量进行测量的计量器。
4.根据权利要求1或2或3所述的利用纯氨气的后处理系统，其特征在于：还包括第二喷射装置(7)，所述第二喷射装置(7)设置在第二喷射支路(5.2)上。
5.根据权利要求4所述的利用纯氨气的后处理系统，其特征在于：所述第二喷射装置(7)上设置有用于对氨气流量进行测量的计量器。
6.根据权利要求1或2或3所述的利用纯氨气的后处理系统，其特征在于：所述第一喷射支路(5.1)供给的氨气用于作为提高排气流体温度的燃料，所述第二喷射支路(5.2)供给的氨气用于作为去除NOx的还原剂。
7.一种利用权利要求1～6任一项所述的系统进行后处理的方法。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述SCR催化剂(3)通过催化第二喷射支路(5.2)供给的氨气与排气流体中的NOx反应生成N2和H2O。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述ASC催化剂(4)通过催化上游未反应的氨气生成N2和H2O。
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