Способ и устройство для получения содержащего восстановитель газового потока



Способ и устройство для получения содержащего восстановитель газового потока
Способ и устройство для получения содержащего восстановитель газового потока
Способ и устройство для получения содержащего восстановитель газового потока
Способ и устройство для получения содержащего восстановитель газового потока

 


Владельцы патента RU 2455502:

ЭМИТЕК ГЕЗЕЛЬШАФТ ФЮР ЭМИССИОНСТЕХНОЛОГИ МБХ (DE)

Изобретение относится к способу и устройству получения восстановителя газового потока в системе выпуска отработавших газов. Сущность изобретения: Способ получения содержащего восстановитель газового потока (24) в системе выпуска отработавших газов (ОГ), образующихся при работе двигателя внутреннего сгорания (ДВС), заключающийся в том, что: А) подготавливают по меньшей мере один предшественник (12, 28, 34) восстановителя в виде водного раствора мочевины; Б) по меньшей мере один предшественник (12, 28, 34) восстановителя испаряют с образованием газового потока (13); В) газовый поток (13) по меньшей мере частично нагревают; Г) предшественник (12, 28, 34) восстановителя в газовом потоке (13) по меньшей мере частично превращают в восстановитель и Д) содержащий восстановитель газовый поток (24) добавляют в ОГ (25), образующиеся при работе ДВС, отличающийся тем, что испарение на стадии Б) выполняют при температуре 180° и ниже, нагрев на стадии В) выполняют до температуры в пределах от 250 до 550°С, стадии Б) и В) представляют собой двухстадийный нагрев. Техническим результатом изобретения является снижение потерь энергии и повышенная регулируемость динамической подачи восстановителя. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к способу и устройству для получения содержащего по меньшей мере один восстановитель газового потока в системе выпуска отработавших газов (ОГ), образующихся при работе двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Предлагаемые в изобретении способ и устройство преимущественно могут найти применение в процессах обеспечения восстановителем, используемым для селективного каталитического восстановления (СКВ) оксидов азота в системе выпуска ОГ, образующихся при работе двигателей внутреннего сгорания, например, в автомобилях. Предпочтительным восстановителем при этом является аммиак (NH3), получаемый, например, из мочевины.

Отработавшие газы, образующиеся при работе двигателей внутреннего сгорания, содержат определенные компоненты, выброс которых в окружающую среду во многих странах нежелателен. Поэтому для сокращения выброса в атмосферу таких компонентов ОГ до минимально возможного уровня во многих странах действуют законодательно установленные и обязательные к соблюдению при работе ДВС нормы на предельно допустимые показатели токсичности ОГ. В качестве примера подобных нежелательных компонентов ОГ можно назвать оксиды азота (NOx), выброс которых в атмосферу можно сократить, с одной стороны, путем принятия конструктивных мер, заключающихся, например, во внесении соответствующих изменений во внутреннее устройство ДВС и в оптимизации режимов его работы, а с другой стороны, путем обработки ОГ с целью снижения их токсичности. Одним из возможных способов сокращения относительного содержания оксидов азота в отработавших газах, образующихся при работе двигателей внутреннего сгорания, является селективное каталитическое восстановление оксидов азота, при котором по меньшей мере часть оксидов азота, содержащихся в ОГ, образующихся при работе ДВС, подвергается взаимодействию с избирательно действующим на оксиды азота восстановителем.

Для подачи восстановителя, соответственно обеспечения восстановителем часто используют его предшественник, например, мочевину, из которой по мере необходимости получают восстановитель. При этом существует потребность в максимально динамичном и эффективном обеспечении восстановителем в зависимости от динамики изменения содержания оксидов азота в ОГ, образующихся при работе ДВС.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать способ обеспечения восстановителем, который был бы легко регулируемым и обеспечивал бы эффективное снабжение восстановителем, а также разработать соответствующее устройство для осуществления этого способа.

Указанная задача решается с помощью способа и устройства, заявленных в соответствующих независимых пунктах формулы изобретения. Различные предпочтительные варианты выполнения предлагаемого в изобретении устройства и варианты осуществления предлагаемого в изобретении способа представлены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.

Предлагаемый в изобретении способ получения содержащего восстановитель газового потока в системе выпуска ОГ, образующихся при работе ДВС, заключается в том, что

A) подготавливают по меньшей мере один предшественник восстановителя в виде водного раствора мочевины,

Б) по меньшей мере один предшественник восстановителя испаряют с образованием газового потока,

B) затем газовый поток по меньшей мере частично нагревают,

Г) предшественник восстановителя в газовом потоке по меньшей мере частично превращают в восстановитель и

Д) содержащий восстановитель газовый поток добавляют в ОГ, образующиеся при работе ДВС.

Предлагаемый в изобретении способ отличается тем, что:

- испарение на стадии Б) выполняют при температуре 180° и ниже;

- нагрев на стадии В) выполняют до температуры в пределах от 250 до 550°С;

- стадии Б) и В) представляют собой двухстадийный нагрев.

Под восстановителем при этом прежде всего подразумевается восстановитель, используемый в процессе селективного каталитического восстановления, которое при осуществлении соответствующего способа следовало бы после стадии Д). Предпочтительным восстановителем является аммиак. Под предшественником восстановителя подразумевается вещество, которое может превращаться в восстановитель в результате химической реакции или от которого может отщепляться восстановитель. Под испарением по меньшей мере одного предшественника восстановителя подразумевается прежде всего полное испарение предшественника восстановителя. Под полным испарением предшественника восстановителя в свою очередь прежде всего подразумевается испарение предшественника восстановителя в количестве более 90%, предпочтительно более 95%, наиболее предпочтительно более 98%.

Подготавливается по меньшей мере один предшественник восстановителя на стадии А) в виде раствора. Предпочтительно при этом подготавливать по меньшей мере один предшественник восстановителя в виде водного раствора мочевины при необходимости с добавлением других предшественников восстановителя или веществ, понижающих температуру замерзания такого раствора.

Под по меньшей мере частичным нагревом газового потока главным образом подразумевается также его многоступенчатый нагрев, при котором газовый поток сначала нагревают до первой температуры, а затем на второй стадии нагревают до второй температуры, которая выше первой температуры.

Преимущество предлагаемого в изобретении способа состоит, например, в образовании восстановителя вне системы выпуска ОГ. Благодаря этому существенно улучшается динамика, поскольку при подаче восстановителя отсутствует всякая зависимость от мгновенного объемного расхода ОГ. Помимо этого предлагаемый в изобретении способ, в чем состоит еще одно его преимущество, обеспечивает собственную подачу восстановителя, поскольку как таковая подача содержащего его газового потока происходит в основном в результате испарения предшественника восстановителя и в результате происходящего при этом изменения объема.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого в изобретении способа процесс превращения предшественника восстановителя в восстановитель на стадии Г) протекает в промежуток времени, начинающийся после стадии Б) и заканчивающийся после стадии Д).

При этом стадию Г) прежде всего можно выполнять по меньшей мере частично одновременно со стадией В), подвергая предшественник восстановителя по меньшей мере частичному термолизу с образованием собственно восстановителя. Альтернативно этому или дополнительно к этому в предпочтительном варианте можно далее подвергать предшественник восстановителя вне системы выпуска ОГ, т.е. еще до стадии Д), по меньшей мере частичному гидролизу до восстановителя. Для этого, в частности, можно предусмотреть катализатор гидролиза, размещенный вне выпускного трубопровода, но проточный для газового потока, содержащего по меньшей мере один предшественник восстановителя. Благодаря последующему нагреву газового потока на стадии В) обеспечиваются исключительно высокая эффективность регулирования и высокая эффективность превращения предшественника восстановителя в процессе гидролиза на катализаторе гидролиза, поскольку на стадии В) газовый поток нагревают преимущественно до температуры, которая не ниже начальной рабочей температуры катализатора гидролиза. Тем самым при этом исключается охлаждение катализатора гидролиза поступающим в него содержащим предшественник восстановителя газовым потоком. Связанное с этим преимущество состоит в возможности отказаться от последующего, возможно дополнительно предусматриваемого обогрева катализатора гидролиза по завершении периода прогрева холодной системы.

В следующем предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа на стадии Г) протекает по меньшей мере один из следующих процессов:

а) по меньшей мере частичный гидролиз предшественника восстановителя,

б) по меньшей мере частичный термолиз предшественника восстановителя.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа испарение предшественника восстановителя на стадии Б) происходит при температуре в пределах от 140 до 170°С.

Предпочтителен далее тот вариант осуществления предлагаемого в изобретении способа, в котором температура на стадии Б) составляет от 140 до 150°С, предпочтительно ниже 153°С, поскольку, как было установлено, именно при подобных температурах количество отложений нежелательных побочных продуктов сохраняется на сравнительно низком уровне.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа газовый поток на стадии В) нагревают до температуры в пределах от 350 до 450°С, поскольку именно в этом интервале температур было выявлено лишь исключительно малое количество отложений, образовавшихся в используемом для проведения стадии В) конструктивном элементе.

В следующем предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа стадия А) предусматривает подачу водного раствора по меньшей мере одного предшественника восстановителя в первую зону канала, в которой выполняют стадию Б).

Под раствором по меньшей мере одного предшественника восстановителя подразумевается прежде всего водный раствор, предпочтительно раствор мочевины. Подобный раствор выпускается под наименованием "AdBlue". Помимо этого такой раствор может дополнительно содержать добавки, которые, например, понижают температуру его замерзания. На рынке имеется выпускаемый под наименованием "Denoxium" раствор, который наряду с мочевиной содержит также муравьиную кислоту и/или формиат аммония. Для подачи раствора по меньшей мере одного предшественника восстановителя в предпочтительном варианте можно использовать насос, при этом, с одной стороны, возможна подача раствора дозировочным насосом, а с другой стороны, возможно дозирование раствора через соответствующий клапан-дозатор в сочетании с обычным насосом.

Под каналом согласно настоящему изобретению подразумевается прежде всего канал, который выполнен в оболочке или кожухе, охватывающей/охватывающем стержневой нагреватель. Альтернативно этому или дополнительно к этому канал может также представлять собой капилляр, который при необходимости выполнен совместно с электронагревательным элементом и прежде всего навит по спирали. Канал может также, в частности, иметь непрерывно или периодически изменяющееся поперечное сечение.

Под предшественником восстановителя согласно настоящему изобретению подразумевается по меньшей мере одно из следующих веществ или смесь веществ, содержащая по меньшей мере одно из следующих веществ:

а) мочевину ((NH2)2CO),

б) формиат аммония (HCOONH4),

в) карбамат аммония (H2NCOONH4),

г) карбонат аммония ((NН4)2СО3),

д) бикарбонат аммония (NH4HCO3),

е) оксалат аммония ((NH4)2(O2O4)),

ж) гидроксид аммония (NH4OH),

з) циановую кислоту (HOCN),

и) циануровую кислоту (С3Н3N3О3),

к) изоциановую кислоту (HNCO).

Помимо этого под предшественником восстановителя может также подразумеваться производное по меньшей мере одного из вышеуказанных веществ.

Еще одним объектом настоящего изобретения является устройство для получения содержащего восстановитель газового потока в ОГ, образующихся при работе ДВС, имеющее по меньшей мере:

1) подающее средство для подачи по меньшей мере одного предшественника восстановителя в виде водного раствора мочевины в по меньшей мере один канал,

2) минимум одно средство для превращения предшественника восстановителя в газовом потоке в по меньшей мере один восстановитель и

3) минимум один нагреватель,

Предлагаемое в изобретении устройство отличается тем, что:

- канал имеет по меньшей мере одной первую зону для по меньшей мере частичного испарения в ней предшественника восстановителя с образованием газового потока и по меньшей мере одну отдельную от первой зоны вторую зону для по меньшей мере частичного нагрева в ней газового потока,

- нагреватель выполнен с возможностью двухстадийного нагрева первой зоны до первой температуры, составляющей максимум 180°С, и второй зоны до второй температуры, находящейся в пределах от 250 до 550°С.

Вторая температура при этом выше первой температуры. Первая температура предпочтительно составляет от 140 до 170°С, особенно предпочтительно от 140 до 150°С, наиболее предпочтительно менее 153°С. Вторая температура прежде всего от 350 до 450°С.

В предпочтительном варианте канал по меньшей мере на отдельных участках, но прежде всего во второй зоне имеет покрытие, катализирующее гидролиз предшественника восстановителя до восстановителя, например, мочевины до аммиака.

Преимущество предлагаемого в изобретении устройства состоит в исключительно динамичном обеспечении восстановителем в виде содержащего его газового потока, который прежде всего пропускается через предусмотренный при необходимости катализатор гидролиза, который может представлять собой по меньшей мере часть средства для превращения предшественника восстановителя. Покрытие, катализирующее гидролиз предшественника восстановителя до восстановителя, может прежде всего представлять собой покрытие, которое в качестве каталитически активных веществ содержит Al2O3, ТiO2, SiO2 и/или ZrO2.

В одном из предпочтительных вариантов выполнения предлагаемого в изобретении устройства подающее средство имеет средство для подачи раствора по меньшей мере одного предшественника восстановителя в виде водного раствора мочевины.

В следующем предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства средство для превращения предшественника восстановителя по меньшей мере частично находится во второй зоне.

Сказанное означает, в частности, что вторая зона по меньшей мере на отдельных своих участках имеет катализирующее гидролиз покрытие.

В еще одном предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства в нем предусмотрен по меньшей мере один катализатор гидролиза.

Наряду с покрытием, катализирующим гидролиз предшественника восстановителя до восстановителя, например, во второй зоне канала, в другой части также может быть предусмотрено катализирующее гидролиз покрытие или же может быть предусмотрен сотовый элемент с соответствующим покрытием либо с соответственно внедренными каталитически активными центрами. Средство или средства для превращения предшественника восстановителя при этом обычно предусматривают по ходу потока по меньшей мере за первой зоной канала.

В еще одном предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства по меньшей мере одна из следующих зон:

а) первая зона,

б) вторая зона,

имеет обогреваемый канал.

Для такого обогрева канала можно прежде всего использовать резистивный нагрев, непрерывно работающую горелку и/или элемент Пельтье. Предпочтителен при этом вариант с резистивным нагревом, наиболее предпочтительно с саморегулирующимся резистивным нагревом, реализовать который можно, например, с использованием терморезисторов с положительным температурным коэффициентом сопротивления. В этом случае имеются прежде всего по меньшей мере две нагревательные зоны, заданные температуры которых соответствуют первой и второй температурам. Иными словами, заданные температуры выбирают такими, чтобы среда в первой зоне и во второй зоне имела соответствующие первую и вторую температуры.

В следующем предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства первая и вторая зоны представляют собой часть обогреваемого канала.

В этом случае при работе предлагаемого в изобретении устройства в первую зону сначала подается предшественник восстановителя в виде раствора и испаряется в ней. Образовавшийся при этом газ проходит затем через вторую зону канала.

В еще одном предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства канал имеет в своей первой зоне меньшую площадь поперечного сечения, чем во второй своей зоне.

В соответствии с этим во второй своей зоне канал имеет большее проточное поперечное сечение, чем в своей первой зоне. Подобное выполнение канала с увеличенной площадью поперечного сечения во второй зоне позволяет учесть увеличение объема предшественника восстановителя, связанное с его испарением. Соотношение между площадью поперечного сечения второй зоны и площадью поперечного сечения первой зоны должно прежде всего составлять от 1:1 до 3:1. Соотношение между площадью поверхности стенок канала во второй зоне и площадью поверхности стенок канала в первой зоне предпочтительно должно составлять от примерно 0,3 до 0,6, более предпочтительно примерно 0,5. В предпочтительном варианте площадь поверхности стенок канала в первой зоне составляет 0,4 м2, более предпочтительно 0,1 м2 и менее, особенно предпочтительно менее 0,05 м2, наиболее предпочтительно примерно 0,02 м2. Площадь же поверхности стенок канала во второй зоне в предпочтительном варианте составляет 0,2 м2, более предпочтительно 0,05 м2 и менее, особенно предпочтительно менее 0,025 м2, наиболее предпочтительно примерно 0,01 м2. Максимально подводимая в первую зону удельная мощность составляет 50 Вт/см2, предпочтительно 5 Вт/см2. Максимально же подводимая во вторую зону удельная мощность составляет 50 Вт/см2, предпочтительно 15 Вт/см2. Обе зоны предпочтительно выполнять прежде всего с таким расчетом, чтобы соотношение между максимально подводимой в первую зону удельной мощностью и максимально подводимой во вторую зону удельной мощностью составляло примерно 3:1. Подобные значения зарекомендовали себя как наиболее предпочтительные, поскольку при этом подавляется образование нежелательных побочных продуктов, которые при определенных условиях могут привести к закупориванию канала.

Основная идея настоящего изобретения состоит в проведении двухстадийного нагрева предшественника восстановителя, а именно водного раствора мочевины, для чего на первой ступени водный раствор мочевины, соответственно предшественник восстановителя испаряют, а на второй стадии образовавшийся на первой стадии пар подвергают дальнейшему нагреву с возможно уже начавшимся частичным термолизом предшественника восстановителя до восстановителя. Длина участка, соответственно первой зоны или в общем случае длина той зоны, в которой происходит испарение предшественника восстановителя, зависит от количества испаряемого предшественника восстановителя. Чем больше количество испаряемого предшественника восстановителя, тем длинней должна быть та зона, в которой происходит испарение предшественника восстановителя. При наличии только одного единственного канала, разделенного на две зоны, с одной стороны, возможна динамическая регулировка длины первой зоны и длины второй зоны, для чего, например, нагреватели можно выполнить таким образом, чтобы обеспечивалась возможность удлинения, соответственно укорачивания первой зоны и соответственно укорачивания или удлинения второй зоны. Другая возможность заключается в разделении канала на первую и вторую зоны таким образом, чтобы при определенном испаряемом количестве предшественника восстановителя переход от первой зоны к второй располагался точно в той точке, которая соответствует ожидаемой при этом количестве предшественника восстановителя длине зоны испарения. Разделять подобным образом канал на первую и вторую зоны можно в зависимости от испаряемого количества предшественника восстановителя при среднем и/или часто встречающемся уровне нагрузки ДВС или же по завершении режима полной нагрузки. Соответственно во втором случае, т.е. при наличии установленной границы между первой и второй зонами, испарение предшественника восстановителя при определенных условиях не только будет происходить в первой зоне, но и будет продолжаться во второй зоне.

Рассмотренные выше частные особенности предлагаемого в изобретении способа и варианты его осуществления могут относиться также к предлагаемому в изобретении устройству и распространяться на него. И наоборот, все частные особенности предлагаемого в изобретении устройства и варианты его выполнения могут относиться также к предлагаемому в изобретении способу и распространяться на него.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, при этом изобретение не ограничено представленными на этих чертежах вариантами его осуществления и относящимися к ним пояснениями. На прилагаемых к описанию схематичных чертежах, в частности, показано:

на фиг.1 - вид в аксонометрии выполненного по первому варианту предлагаемого в изобретении устройства,

на фиг.2 - выполненное по второму варианту предлагаемое в изобретении устройство,

на фиг.3 - выполненное по третьему варианту предлагаемое в изобретении устройство,

на фиг.4 - выполненное по четвертому варианту предлагаемое в изобретении устройство и

на фиг.5 - участок канала предлагаемого в изобретении устройства.

На фиг.1 схематично показано выполненное по первому варианту предлагаемое в изобретении устройство 1 для получения содержащего восстановитель газового потока. Такое устройство 1 имеет канал 2, выполненный в кожухе 3. В этот кожух 3 заключен стержневой нагреватель 4. Стержневой нагреватель 4 имеет по меньшей мере один первый электронагревательный элемент 5 и один второй электронагревательный элемент 6. Первый электронагревательный элемент 5 предназначен для нагрева первой зоны 7, а второй электронагревательный элемент 6 - для нагрева второй зоны 8. Электронагревательные элементы 5, 6 в предпочтительном варианте представляют собой саморегулирующиеся электронагревательные элементы, например электронагревательные элементы в виде терморезисторов с положительным температурным коэффициентом сопротивления. Помимо этого предусмотрена гильза 9, которая надевается на предлагаемое в изобретении устройство в направлении стрелки 10. Гильза 9 имеет сужение 11, которое у собранного устройства 1 располагается на границе между первой зоной 7 и второй зоной 8. Подобное сужение 11 уменьшает теплообмен между обеими зонами 7, 8 через гильзу 9. Для уменьшения, соответственно ограничения такого теплообмена можно принимать и иные меры.

При работе предлагаемого в изобретении устройства в канал 2 подается предшественник 12 восстановителя, предпочтительно, мочевина, прежде всего в виде ее водного раствора, и полностью испаряется в этом месте, преимущественно в первой зоне 7. Образующийся при этом газовый поток, который содержит по меньшей мере один предшественник восстановителя, проходит далее по каналу 2 и нагревается в нем. Подобный нагрев по меньшей мере частично происходит главным образом во второй зоне 8. Затем газовый поток 13 выходит из канала. В зависимости от конструктивного исполнения устройства 1 и в зависимости от варианта осуществления предлагаемого в изобретении способа газовый поток 13 содержит предшественник восстановителя и/или восстановитель, который образуется прежде всего во второй зоне 8 в результате термолиза. В канале 2 по меньшей мере на отдельных участках первой 7 и второй 8 зон может быть предусмотрено каталитическое покрытие из катализатора гидролиза, т.е. покрытие, катализирующее гидролиз предшественника восстановителя до восстановителя.

На фиг.2 предлагаемое в изобретении устройство 1 показано в качестве части устройства для селективного каталитического восстановления оксидов азота в ОГ, образующихся при работе ДВС. Устройство 1 и в этом случае имеет первую зону 7 и вторую зону 8. Для нагрева зон 7, 8 используются не показанные на чертеже нагревательные средства, в частности электронагревательные элементы 5, 6, управляемые соответствующим управляющим средством 14, которое первыми линиями 15 может быть соединено с соответствующим первым электронагревательным элементом 5, расположенным в первой зоне 7, а вторыми линиями 16 - со вторым электронагревательным элементом 6, расположенным во второй зоне 8. Тем самым можно индивидуально регулировать мощность нагрева и управлять ею в первой зоне 7 и во второй зоне 8. Управляющее средство 14 одновременно может служить для подвода напряжения, соответственно для электропитания. При применении саморегулирующихся первого 5 и второго 6 электронагревательных элементов можно отказаться от использования управляющего средства 14, а вместо этого для каждого из электронагревательных элементов 5, 6 можно использовать только систему электропитания, соответственно подвода напряжения.

Помимо этого предусмотрены средства для подачи по меньшей мере одного предшественника восстановителя, которые в рассматриваемом варианте наряду с емкостью 18 для раствора предшественника восстановителя в соответствующем растворителе содержат насос 19. Насос 19 может представлять собой, например, дозировочный насос, которым раствор предшественника восстановителя подается определенными порциями в первую зону. С другой стороны, возможно также выполнение насоса 19 в виде обычного насоса, например в виде мембранного насоса, причем в этом случае в предпочтительном варианте предусмотрен клапан 20, которым регулируется подача раствора предшественника восстановителя в первую зону 7. В предпочтительном варианте клапан 20 можно третьими линиями 21 соединить с управляющим средством 14. По ходу потока за второй зоной 8 расположен катализатор 22 гидролиза. При работе ДВС в катализаторе 22 гидролиза происходит по меньшей мере частичный гидролиз предшественника восстановителя до восстановителя. Тем самым процесс образования восстановителя протекает вне выпускного трубопровода 23. Образовавшийся в устройстве 1 содержащий восстановитель газовый поток 24 подается в выпускной трубопровод 23 и смешивается в нем с потоком 25 ОГ, образующихся при работе ДВС. Затем смесь обоих газовых потоков проходит через катализатор 26 селективного каталитического восстановления (СКВ-катализатор), где происходит взаимодействие содержащихся в потоке 25 ОГ оксидов азота с восстановителем. Из СКВ-катализатора 26 выходит газовый поток со сниженным содержанием в нем NOx.

На фиг.3 схематично показано предлагаемое в изобретении устройство 1, выполненное еще по одному варианту. В этом варианте не предусмотрено испарение раствора предшественника восстановителя, а вместо этого предусмотрено средство 27 для квазинепрерывной подачи по меньшей мере одного предшественника восстановителя в виде твердого вещества 28. При этом в первую зону 7 выдавливается своего рода пруток предшественника 28 восстановителя, соответственно твердого вещества 28, содержащего предшественник восстановителя. Для этого используется, например, соответствующим образом управляемый гидроцилиндр 29. В первой зоне 7, в которой расположен первый электронагревательный элемент 5, происходит расплавление предшественника 28 восстановителя с одновременным, соответственно последующим его испарением. Образующийся при этом пар нагревается затем во второй зоне 8 до более высокой температуры вторым электронагревательным элементом 6. Нагрев до еще более высокой температуры происходит в третьей зоне 31 находящимся в ней третьим электронагревательным элементом 30. После этого поток образовавшейся газовой смеси проходит через катализатор гидролиза. В зависимости от свойств твердого вещества 28, содержащего предшественник восстановителя, может оказаться необходимым обеспечивать еще и наличие определенного количества воды в катализаторе 22 гидролиза. Для этого можно, например, в точке перед катализатором гидролиза подавать поток ОГ с определенным расходом или же одновременно испарять воду, например конденсационную воду. Наличие катализатора 22 гидролиза является необязательным и прежде всего в том случае, когда температуру первой зоны 7, температуру второй зоны 8 и температуру третьей зоны 31 выбирают такими, чтобы происходил в основном полный термолиз предшественника восстановителя до восстановителя.

В рассматриваемом варианте катализатор 22 гидролиза непосредственно прифланцован под прямым углом к выпускному трубопроводу 23. После попадания в выпускной трубопровод 23 обогащенный восстановителем поток 25 ОГ проходит через СКВ-катализатор 26. Из СКВ-катализатора 26 выходит поток ОГ, содержание оксидов азота в котором ниже, чем в потоке 25 ОГ перед СКВ-катализатором.

На фиг.4 схематично показано предлагаемое в изобретении устройство 1, выполненное еще по одному варианту и являющееся частью устройства для селективного каталитического восстановления оксидов азота в ОГ, образующихся при работе ДВС. В отличие от рассмотренных выше вариантов в данном варианте предусмотрено средство 32 для периодической подачи твердого вещества, содержащего по меньшей мере один предшественник восстановителя. Такое средство 32 имеет емкость 33 с находящимися в ней частицами 34 твердого вещества, содержащего по меньшей мере один предшественник восстановителя, например, с гранулированной мочевиной. Между емкостью 33 и первой зоной 7 расположен дозатор 35, который при работе предлагаемого в изобретении устройства позволяет лишь по одной подавать частицы 34 твердого вещества в первую зону 7. В этом варианте устройство 1 необязательно может иметь еще один подводящий трубопровод 36, по которому можно подавать содержащий влагу газ. Такой газ может использоваться для ускорения процесса гидролиза в катализаторе 22 гидролиза.

На фиг.5 схематично показан участок канала 2. Такой канал 2 имеет первую зону 7 с первым поперечным сечением и вторую зону 8 со вторым поперечным сечением. Площадь поперечного сечения второй зоны 8 при этом больше площади поперечного сечения первой зоны 7. Помимо этого в канале 2 имеются встроенные элементы 37, которые выполняют функцию своего рода отражательных пластин, которые не допускают прохождения никаких капель, наличие которых может быть обусловлено неполным испарением в первой зоне, через вторую зону 8, задерживая их. В общем случае предпочтительно, чтобы газовый поток по меньшей мере однократно изменял свое направление во второй зоне 8 за счет, например, отклоняющих элементов, изменения радиуса канала, встроенных элементов или принятия иных аналогичных мер.

Преимущество предлагаемых в изобретении способа и устройства 1 состоит в возможности получения содержащего восстановитель газового потока 13, расход которого можно регулировать простым путем и согласовывать с динамически изменяющимися условиями, часто характерными прежде всего для систем выпуска ОГ, которыми оснащаются подвижные средства, например автомобили. В качестве наиболее предпочтительного зарекомендовал себя тот вариант осуществления предлагаемого в изобретении способа, в котором температуру в первой зоне 7 поддерживают на уровне примерно 150°С или немного ниже, а температуру во второй зоне 8 поддерживают на уровне более 300°С. Катализатор 22 гидролиза благодаря подаче в него предшественника восстановителя в парообразном виде практически не охлаждается, что и в этом случае положительно сказывается на протекании всего процесса при осуществлении предлагаемого в изобретении способа.

1. Способ получения содержащего восстановитель газового потока (24) в системе выпуска отработавших газов (ОГ), образующихся при работе двигателя внутреннего сгорания (ДВС), заключающийся в том, что
A) подготавливают по меньшей мере один предшественник (12, 28, 34) восстановителя в виде водного раствора мочевины,
Б) по меньшей мере один предшественник (12, 28, 34) восстановителя испаряют с образованием газового потока (13),
B) газовый поток (13) по меньшей мере частично нагревают,
Г) предшественник (12, 28, 34) восстановителя в газовом потоке (13) по меньшей мере частично превращают в восстановитель и
Д) содержащий восстановитель газовый поток (24) добавляют в ОГ (25), образующиеся при работе ДВС,
отличающийся тем, что:
- испарение на стадии Б) выполняют при температуре 180° и ниже,
- нагрев на стадии В) выполняют до температуры от 250 до 550°С;
- стадии Б) и В) представляют собой двухстадийный нагрев.

2. Способ по п.1, при осуществлении которого процесс превращения предшественника восстановителя в восстановитель на стадии Г) протекает в промежуток времени, начинающийся после стадии Б) и заканчивающийся после стадии Д).

3. Способ по п.1 или 2, при осуществлении которого на стадии Г) протекает по меньшей мере один из следующих процессов:
а) по меньшей мере частичный гидролиз предшественника восстановителя,
б) по меньшей мере частичный термолиз предшественника восстановителя.

4. Способ по п.1 или 2, при осуществлении которого испарение предшественника восстановителя на стадии Б) происходит при температуре от 140 до 170°С.

5. Способ по п.1 или 2, при осуществлении которого газовый поток на стадии В) нагревают до температуры от 350 до 450°С.

6. Способ по п.1 или 2, при осуществлении которого стадия А) предусматривает подачу водного раствора (12) по меньшей мере одного предшественника восстановителя в первую зону (7) канала (2), в которой выполняют стадию Б).

7. Устройство (1) для получения содержащего восстановитель газового потока (24) в отработавших газах, образующихся при работе двигателя внутреннего сгорания, имеющее по меньшей мере
1) подающее средство (19, 27, 29) для подачи по меньшей мере одного предшественника восстановителя в виде водного раствора мочевины в по меньшей мере один канал (2),
2) минимум одно средство (22) для превращения предшественника восстановителя в газовом потоке в по меньшей мере один восстановитель и
3) минимум один нагреватель (4),
отличающееся тем, что:
- канал имеет по меньшей мере одну первую зону (7) для по меньшей мере частичного испарения в ней предшественника восстановителя с образованием газового потока (13) и по меньшей мере одну отдельную от первой зоны вторую зону (8) для по меньшей мере частичного нагрева в ней газового потока (13),
- нагреватель (4) выполнен с возможностью двухстадийного нагрева первой зоны до первой температуры, составляющей максимум 180°С, и второй зоны до второй температуры, находящейся в пределах 250-550°С.

8. Устройство (1) по п.7, в котором подающее средство имеет средство (19) для подачи раствора по меньшей мере одного предшественника восстановителя в виде водного раствора мочевины.

9. Устройство (1) по п.7 или 8, в котором средство для превращения предшественника восстановителя по меньшей мере частично находится во второй зоне (8).

10. Устройство (1) по п.7 или 8, в котором предусмотрен по меньшей мере один катализатор (22) гидролиза.

11. Устройство (1) по п.7 или 8, в котором по меньшей мере одна из следующих зон:
а) первая зона (7),
б) вторая зона (8),
имеет обогреваемый канал (2).

12. Устройство по п.11, в котором канал (2) имеет в своей первой зоне (7) меньшую площадь поперечного сечения, чем во второй своей зоне (8).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для очистки отработавших газов. .

Изобретение относится к средам нейтрализации токсических составляющих отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, например дизельных. .

Изобретение относится к фильтрующим материалам для выхлопных газов. .

Изобретение относится к цементирующему заполнителю швов, предназначенному для скрепления нескольких фильтрующих элементов фильтрующего узла. .

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности дизельным. .

Изобретение относится к средствам нейтрализации токсических составляющих отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к способу детектирования собранного количества вещества в виде твердых частиц и устройству детектирования собранного количества. .

Изобретение относится к устройству оценки количества накопления Твердых Частиц (ТЧ) в Дизельном Фильтре Твердых Частиц (ДФТЧ). .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к устройствам снижения токсичности отработавших газов дизелей

Изобретение относится к системе впрыска раствора катализатора окисления в поток топлива выхлопных газов, к системе избирательного впрыска раствора катализатора окисления с учетом температуры выхлопа

Изобретение относится к очистке выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, а также дизельных и бензиновых двигателей автотранспортной техники

Изобретение относится к системе для обработки отработавших газов (ОГ) установленного на транспортном средстве двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к устройству и способу для регенерации фильтра твердых частиц, расположенного в линии отработанного газа двигателя внутреннего сгорания, с по меньшей мере одним расположенным выше по потоку, чем фильтр твердых частиц, катализатором окисления NO для окисления NO, в частности до NO2

Изобретение относится к устройству и способу для регенерации фильтра твердых частиц, расположенного в линии отработанного газа двигателя внутреннего сгорания, с по меньшей мере одним расположенным выше по потоку, чем фильтр твердых частиц, катализатором окисления NO для окисления NO, в частности до NO2
Наверх