一種提高柴油機(jī)scr系統(tǒng)尿素?zé)峤馑庑实姆椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明涉及一種提高柴油機(jī)SCR系統(tǒng)尿素?zé)峤馑庑实姆椒?。具體為：尿素溶液箱中尿素溶液被泵出，Na2CO3溶液箱中Na2CO3溶液被泵出，過濾后分別送到尿素溶液計(jì)量器，電控單元根據(jù)柴油機(jī)工況，控制尿素溶液計(jì)量器計(jì)量出一定量的尿素和Na2CO3的混合溶液，控制Na2CO3添加的濃度為10~30ppm，該混合溶液通過尿素噴嘴進(jìn)入排氣管。尿素在排氣管混合區(qū)遇到高溫，在Na2CO3的輔助作用下，釋放出尿素中80%以上的NH3，與柴油機(jī)排出的NOx充分混合后進(jìn)入SCR選擇性催化還原裝置內(nèi)部，NH3和NOx反應(yīng)生成N2和H2O，排入大氣中。本發(fā)明在尿素溶液中添加少量Na2CO3，大幅提高了尿素?zé)峤庵虚g產(chǎn)物HNCO生成NH3的水解率，有利于尿素快速高效地釋放其中的NH3，使NOx凈化效率曲線顯著往低溫方向擴(kuò)展，NOx凈化效率得以明顯提高，顯著改善了柴油機(jī)尾氣NOx排放的凈化效果。
【專利說明】一種提高柴油機(jī)SCR系統(tǒng)尿素?zé)峤馑庑实姆椒?br>
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于柴油機(jī)尾氣后處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種采用碳酸鈉(Na2CO3)輔助提高柴油機(jī)SCR系統(tǒng)尿素?zé)峤馑庑实姆椒ā?br>
【背景技術(shù)】
[0002]柴油機(jī)以其良好的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，廣泛地應(yīng)用于交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)機(jī)械和工程機(jī)械等領(lǐng)域。但是柴油機(jī)的氮氧化物(NOx)排放較高，對(duì)環(huán)境和人體都有很大的危害，除采用先進(jìn)的機(jī)內(nèi)措施降低NOx排放量以外，必須對(duì)柴油機(jī)排出的NOx采取機(jī)外后處理凈化措施技術(shù)，才能滿足未來更為嚴(yán)格的排放法規(guī)。
[0003]氨氣(NH3)選擇性催化還原技術(shù)SCR(Selective Catalytic Reduct1n)(簡(jiǎn)稱NH3-SCR技術(shù))是柴油機(jī)NOx排放后處理的一種主要技術(shù)路線，可以有效改善柴油機(jī)NOx的排放，并對(duì)柴油含硫量不敏感。該技術(shù)通過在排氣管中噴入一定濃度的尿素(CO(NH2)2)溶液，與尾氣混合后一同進(jìn)入SCR裝置，在催化劑的作用下，由尿素經(jīng)熱解反應(yīng)和水解反應(yīng)后產(chǎn)生的NH3和NOx發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將NOx還原為氮?dú)釴2和水H20。該過程的主要化學(xué)反應(yīng)包括有尿素?zé)峤夥磻?yīng)、尿素水解反應(yīng)、標(biāo)準(zhǔn)SCR反應(yīng)、快速SCR反應(yīng)、慢速SCR反應(yīng)。
[0004]尿素?zé)峤夥磻?yīng):
CO ( NH2) 2 — NH3 + HNCO(I)
尿素水解反應(yīng):
HNCO + 2H20 — NH3 + CO2(2)
標(biāo)準(zhǔn)SCR反應(yīng):
4NH3 + 4N0 + O2 — 4N2 + 6H20(3)
快速SCR反應(yīng):
4NH3 + 2N02 +2N0 — 4N2 + 6H20(4)
慢速SCR反應(yīng):
8NH3 + 6N02 — 7N2 + 12H20(5)
該系統(tǒng)在工作時(shí)，尿素罐中的尿素溶液被泵出，加壓過濾后送到計(jì)量噴射單元，然后噴入排氣管中，尿素在排氣管遇到高溫。理想情況下:(I)首先，發(fā)生尿素?zé)峤夥磻?yīng)分解成NH3和異氰酸(HNC0)，尿素中50%的NH3被釋放出來；(2)然后，HNCO再經(jīng)過水解反應(yīng)生成NH3和H2O,從而將尿素中100%的NH3全部釋放出來；(3)最后，在SCR催化器內(nèi)部的反應(yīng)區(qū)內(nèi)，NH3和NOx反應(yīng)生成N2和H2O,排入大氣中。一般柴油機(jī)的排氣溫度在300~500°C范圍內(nèi)，正好能滿足NOx還原所需的溫度條件。
[0005]在目前已有的SCR技術(shù)中，尿素?zé)峤獾闹虚g產(chǎn)物HNC0，只有在進(jìn)入SCR催化器內(nèi)部的反應(yīng)區(qū)后，在SCR催化劑的作用下，才能水解成NH3。然后，這部分由HNCO釋放出的NH3,才能與NOx進(jìn)行還原反應(yīng)，從而導(dǎo)致這部分NH3和NOx可以用于化學(xué)反應(yīng)的時(shí)間變短，從而不利于NOx的凈化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是提供一種在尿素溶液添加少量Na2CO3溶液、提高提高柴油機(jī)SCR系統(tǒng)尿素?zé)峤馑庑实姆椒?。為了提高SCR裝置中NH3對(duì)NOx的還原能力，采取該輔助措施，使噴入排氣管的尿素溶液噴霧在進(jìn)入SCR催化器前，大幅提高尿素?zé)峤庵虚g產(chǎn)物HNCO生成NH3的水解率，從而充分釋放其中的NH3,有利于NOx的凈化。
[0007]本發(fā)明提出的提高柴油機(jī)SCR系統(tǒng)尿素?zé)峤馑庑实姆椒ǎ窃谀蛩厝芤禾砑由倭縉a2CO3溶液、提高尿素?zé)峤馑庑实牟裼蜋C(jī)NH3-SCR方法，采用NH3-SCR技術(shù)裝置實(shí)現(xiàn)，所述裝置由尿素溶液箱1、尿素泵2、尿素溶液計(jì)量器3、電控單元4、柴油機(jī)5、排氣管
6、尿素噴嘴7、SCR選擇性催化還原裝置8、Na2C03溶液箱9和溶液泵10組成，其中:尿素溶液箱I通過管道和尿素泵2連接尿素溶液計(jì)量器3，柴油機(jī)5連接電控單元4的輸入端，電控單元4的輸出端連接尿素溶液計(jì)量器3，柴油機(jī)5通過排氣管6連接SCR選擇性催化還原裝置8，Na2CO3溶液箱9通過管道和溶液泵10連接尿素溶液計(jì)量器3，尿素溶液計(jì)量器3通過管道和尿素噴嘴7連接排氣管6 ;具體步驟如下:
尿素溶液箱I中尿素溶液被泵出，在150kPa?300kPa的壓力下過濾后送到尿素溶液計(jì)量器3，同時(shí)，Na2CO3溶液箱9中Na2CO3溶液被泵出，在150kPa?300kPa的壓力下過濾后送到尿素溶液計(jì)量器3，電控單元4根據(jù)柴油機(jī)5工況，控制尿素溶液計(jì)量器3對(duì)尿素和Na2CO3組成的混合溶液進(jìn)行計(jì)量，控制Na2CO3添加的濃度為l(T30ppm，所述混合溶液通過尿素噴嘴7進(jìn)入排氣管6，尿素在排氣管6混合區(qū)遇到高溫，在Na2CO3的輔助作用下，釋放出尿素中80%以上的NH3,與柴油機(jī)5排出的NOx充分混合后進(jìn)入SCR選擇性催化還原裝置8，在SCR選擇性催化還原裝置8內(nèi)，NH3和NOx反應(yīng)生成N2和H2O,排入大氣中；尿素溶液中通過添加Na2CO3,大幅提高了尿素?zé)峤庵虚g產(chǎn)物HNCO生成NH3的水解率，有利于尿素快速高效地釋放其中的NH3。
[0008]本發(fā)明中，所述SCR選擇性催化還原裝置8的催化還原反應(yīng)溫度為200-600°C。
[0009]本發(fā)明的有益效果在于:
本發(fā)明通過碳酸鈉Na2CO3與尿素溶液的混合，降低了尿素?zé)峤庵虚g產(chǎn)物HNCO水解反應(yīng)所需的溫度，有利于HNCO生成NH3，高比例釋放出尿素中的NH3,實(shí)現(xiàn)了良好的尿素?zé)峤馑庑剩M(jìn)而提高了 SCR技術(shù)對(duì)柴油機(jī)尾氣NOx排放的凈化效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的柴油機(jī)NH3-SCR技術(shù)裝置結(jié)構(gòu)圖示。
[0011]圖2為本發(fā)明用于評(píng)價(jià)NOx凈化效率的柴油機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖。
[0012]圖3為本發(fā)明在尿素溶液添加少量Na2CO3溶液、無Na2CO3溶液輔助的NOx凈化效率結(jié)果對(duì)比。
[0013]圖中標(biāo)號(hào):1為尿素溶液箱，2為尿素泵,3為尿素溶液計(jì)量器,4為電控單元,5為柴油機(jī)，6為排氣管，7為尿素噴嘴，8為SCR選擇性催化還原裝置，9為Na2CO3溶液箱，10為溶液泵。

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面通過實(shí)施舉例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0015]實(shí)施例1:尿素溶液添加少量Na2CO3溶液、實(shí)現(xiàn)尿素?zé)峤馑庑实奶嵘?br> 將下列各部件按圖1所示方式連接。如圖1所示該裝置由尿素溶液箱1、尿素泵2、尿素溶液計(jì)量器3、電控單兀4、柴油機(jī)5、排氣管6、尿素噴嘴7、SCR選擇性催化還原裝置8、Na2CO3溶液箱9、溶液泵10和相關(guān)管路組成。
[0016]該NH3-SCR技術(shù)裝置在工作時(shí)，尿素溶液箱I中尿素溶液被泵出，在150kPa^300kPa的壓力下過濾后送到尿素溶液計(jì)量器3，Na2CO3溶液箱9中Na2CO3溶液被泵出，在150kPa~300kPa的壓力下過濾后送到尿素溶液計(jì)量器3，電控單元4根據(jù)柴油機(jī)5工況，控制尿素溶液計(jì)量器3計(jì)量出一定量的尿素和Na2CO3的混合溶液，控制Na2CO3添加的濃度為l(T30ppm，然后通過尿素噴嘴7進(jìn)入排氣管6。尿素在排氣管6混合區(qū)遇到高溫分解成NH3和H2O,與柴油機(jī)排出的NOx充分混合后進(jìn)入SCR選擇性催化還原裝置8，在SCR選擇性催化還原裝置8內(nèi)，NH3和NOx反應(yīng)生成N2和H2O,排入大氣中。在該過程中，尿素溶液與少量Na2CO3 —同進(jìn)入排氣管6，大幅提高尿素?zé)峤庵虚g產(chǎn)物HNCO生成NH3的水解率，使NOx凈化效率曲線顯著往低溫方向擴(kuò)展，NOx凈化效率得以明顯提高。尿素溶液中添加Na2CO3,有利于尿素溶液快速高效釋放其中的NH3。這是因?yàn)镹a2CO3可以有效地提高HNCO生成NH3的水解率，主要是由于添加Na2CO3時(shí)，可以降低HNCO水解反應(yīng)所需的溫度。
[0017]實(shí)施例2:尿素溶液添加少量Na2CO3溶液后、NOx凈化效率的評(píng)測(cè)
使用一臺(tái)電控高壓共軌直噴柴油機(jī)為樣機(jī)，對(duì)該機(jī)采用Na2CO3輔助的NH3-SCR方法來評(píng)定NOx的凈化效率，采用無Na2CO3輔助的NH3-SCR方法作為對(duì)比。將該柴油機(jī)安裝在臺(tái)架上進(jìn)行穩(wěn)態(tài)工況運(yùn)轉(zhuǎn)，以提供可再現(xiàn)和穩(wěn)定的NOx排放?？刂圃摪l(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為2000r/min，負(fù)荷比分別為25%、 50%、75%、100%，以提供一系列的SCR選擇性催化還原裝置8入口溫度(溫度分別為 255°C、318 '372 '451 °G)和NOx濃度(濃度分別為 226ppm、498ppm、856ppm、989ppm)。使用專門的AVL廢氣分析儀測(cè)定柴油機(jī)的NOx排放量。
[0018]使用圖2所示的實(shí)驗(yàn)配置，對(duì)采用Na2CO3輔助和無Na2CO3輔助的效果進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括專門測(cè)量柴油機(jī)NOx排放量的AVL廢氣分析儀以及兩個(gè)專用采樣管道，分別布置在SCR選擇性催化還原裝置8的前后。
[0019]圖3即為采用采用Na2CO3輔助和無Na2CO3輔助的測(cè)試結(jié)果對(duì)比。橫坐標(biāo)為發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷比，縱坐標(biāo)為NOx凈化效率。由圖3可以看出，采用Na2CO3輔助后，SCR選擇性催化還原裝置8對(duì)NOx的凈化效率有明顯提高，平均提高比例為20.8%。
[0020]因此，本發(fā)明的SCR選擇性催化還原裝置8，通過在尿素溶液添加少量Na2CO3溶液，大幅提高了尿素釋放NH3的熱解水解效率，顯著改善了柴油機(jī)NOx排放的凈化效果。
【權(quán)利要求】
1.一種提高柴油機(jī)SCR系統(tǒng)尿素?zé)峤馑庑实姆椒?，其特征在于是在尿素溶液添加少量Na2CO3溶液、提高尿素?zé)峤馑庑实牟裼蜋C(jī)NH3-SCR方法，采用NH3-SCR技術(shù)裝置實(shí)現(xiàn)，所述裝置由尿素溶液箱(1)、尿素泵(2)、尿素溶液計(jì)量器(3)、電控單元(4)、柴油機(jī)(5)、排氣管(6)、尿素噴嘴(7)、SCR選擇性催化還原裝置⑶、Na2CO3溶液箱(9)和溶液泵(10)組成，其中:尿素溶液箱(1)通過管道和尿素泵(2)連接尿素溶液計(jì)量器(3)，柴油機(jī)(5)連接電控單元(4)的輸入端，電控單元(4)的輸出端連接尿素溶液計(jì)量器(3)，柴油機(jī)(5)通過排氣管(6)連接SCR選擇性催化還原裝置(8) ,Na2CO3溶液箱(9)通過管道和溶液泵(10)連接尿素溶液計(jì)量器(3)，尿素溶液計(jì)量器(3)通過管道和尿素噴嘴(7)連接排氣管(6);具體步驟如下: 尿素溶液箱(1)中尿素溶液被泵出，在150kPa~300kPa的壓力下過濾后送到尿素溶液計(jì)量器(3)，同時(shí)，Na2CO3溶液箱(9)中Na2CO3溶液被泵出，在150kPa~300kPa的壓力下過濾后送到尿素溶液計(jì)量器(3)，電控單元(4)根據(jù)柴油機(jī)(5)工況，控制尿素溶液計(jì)量器(3)對(duì)尿素和Na2CO3組成的混合溶液進(jìn)行計(jì)量，控制Na2CO3添加的濃度為l(T30ppm，所述混合溶液通過尿素噴嘴(7)進(jìn)入排氣管(6)，尿素在排氣管(6)混合區(qū)遇到高溫，在Na2CO3的輔助作用下，釋放出尿素中80%以上的NH3，與柴油機(jī)(5)排出的NOx充分混合后進(jìn)入SCR選擇性催化還原裝置⑶，在SCR選擇性催化還原裝置⑶內(nèi)，NH3和NOx反應(yīng)生成N2和H2O,排入大氣中；尿素溶液中通過添加Na2CO3，大幅提高了尿素?zé)峤庵虚g產(chǎn)物HNCO生成NH3的水解率，有利于尿素快速高效地釋放其 中的nh3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述SCR選擇性催化還原裝置(8)的催化還原反應(yīng)溫度為200-600°C。
【文檔編號(hào)】F01N3/20GK104074577SQ201410285899
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】譚丕強(qiáng), 胡志遠(yuǎn), 樓狄明 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)