选择性催化还原系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术描述了一种紧凑选择性催化还原(SCR)系统，该系统包括系统进口、气体流动系统和多个催化剂簇。所述系统进口构造成利用清洁排气的热量来汽化还原剂的溶液或者还原剂前体的溶液以及将汽化的还原剂与排气气体混合以形成混合气体。气体流动系统构造成将来自系统进口的混合气体提供给多个催化剂簇并且提供来自排气气体的热量，以辅助还原剂/还原剂前体的汽化并且辅助将前体转换成还原剂。多个催化剂簇包括SCR催化剂和ASC催化剂，但是还可以包括过滤器功能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于还原氮氧化物的紧凑选择性催化还原(SCR)系统，其中，热的排气气体流提供了用于将尿素分解成其包括氨的活性组分的热量。描述了一种紧凑系统，该紧凑系统包括系统进口、中央管、气体流动系统和多个催化剂簇。系统进口构造成接收来自发动机的热排气气体、将热排气气体与来自包括还原剂或者还原剂前体的溶液的蒸汽混合并且将还原剂传送到流动系统，在所述流动系统处，还原剂与SCR催化剂反应。清洁的气体留下SCR催化剂，经过系统的一部分，然后离开系统。较之与500千瓦(kW)至4500千瓦(kW)发动机一起使用的现有技术，紧凑系统的构造允许增大将尿素分解成活性还原剂的分解。
技术介绍
在世界范围的多种工业中使用选择性催化还原(SCR)燃料气体中的氮氧化物(NOX)，以符合国内和国际的排放要求。在催化表面上利用还原剂(诸如氨)减少在矿石燃料和再生燃料的燃烧处理中形成的氮氧化物。已经在多种基底(诸如氧化钒、离子交换型沸石等)上使用各种催化剂。能够以不同的制剂预制催化剂，并且催化剂能够以不同形式(诸如挤压或者涂覆的蜂窝、金属基底等)存在。决定选择适当催化剂的主要因素之一是燃料气体的温度。尽管氨优选为还原剂，但是由于气态氨的危险性质使得直接使用氨有问题。因此，通常使用这样的物质，所述物质易于操控并且当注入到热燃料气体中时分解以形成氨。例如，尿素水溶液在高于140℃的温度条件下分解以形成氨和异氰酸(HNCO)，然后异氰酸分解以形成氨和二氧化碳。然而，由尿素水溶液产生氨是一个相对缓慢的过程。如果尿素在热气体流中的滞留时间太短，则这会导致反应器壁上沉淀或者更糟糕地在催化剂上沉淀。因此，长度达到数米的相对长的注入导管位于在当前技术的SCR应用中所使用的实际催化剂的上游处。这些长导管通常是直管，排气流动通过所述直管，并且在直管中通过注入器或者喷枪将还原剂注入到热气流中。上述SCR系统一般应用在大型固定系统上，诸如发电设备。较小的SCR系统已经应用在汽车应用中以及通常低于600kW的发动机中。这些较小的SCR系统因排气量较低并且因此需要引入到系统中还原剂质量流较少而具有不同设计。近年来，已经针对海运、越野和发电领域建立了针对500千瓦至4500千瓦(kW)柴油和汽油发动机的排气法规。目前，在这些型号的发动机中使用的系统由大直径(大约0.6m)的长排放管(直到大约10m)和位于排气气体流中的SCR催化剂构成。尿素水溶液通过喷枪直接注入到排气气体中。尿素随后在整个排气气体流中转换成氨。为了在催化剂截面上实现均匀的氨浓度模式，由静态混合器有意地分布该流。经常，在氨通过一个或者多个混合器然后通过SCR催化剂之前通过喷氨格栅(AIG)将氨直接引入到全部排气流中。因此，能够在具有低温区段的点处产生不均匀流分布，这导致部分分解的尿素沉积或者腐蚀。这些尿素损耗还导致氮氧化物转化活性降低，原因在于沉积的材料不能参与将尿素转换为氨的反应。空间是针对海运、越野以及发电领域应用的一个关键因素，并且空间的使用会影响在这些领域中运转的经济性。例如，超级游艇或者渡船可能损失乘客空间，这直接导致损失收入。大型矿用挖掘机和卡车将需要减小它们能够移动或者承载的负荷，结果是需要实施额外的挖掘或者进行额外的行程以移动相同数量的材料。在某些交通工具(诸如拖船)中，机房不具有安装当前技术SCR设备所需的空间。在此描述的紧凑SCR系统允许在发动机中使用SCR处理来降低排气气体中的氮氧化物(NOX)水平时使用尿素，所述发动机的规格使得排气后处理系统空间限制曾经制约它们的使用。在此描述的紧凑SCR系统的优势之一在于：所述系统除了能够与上述领域中的新型发动机一起使用之外，还允许安装后处理系统，使得现有发动机也能够降低它们的排放。
技术实现思路
描述了一种紧凑选择性催化还原(SCR)系统，该系统包括系统进口、中央管、气体流动系统和多个催化剂簇。该系统进口包括入口和初始混合区域，其中，所述入口构造成接收来自发动机的排气气体并且与初始混合区域流体连通。初始混合区域包括多个引入器件，所述多个引入器件用于将还原剂或者还原剂前体引入到初始混合区域中的排气气体中。初始混合区域与中央管流体连通。初始混合区域包括与气体流动系统热连通的至少一个表面。中央管围绕通过系统的对称轴线定位并且与系统进口和气体流动系统中的气体导流件都流体连通。气体流动系统包括：(i)气体导流件；(ii)多条通道；和(iii)出口区域，所述出口区域包括出口圆锥体和与所述出口圆锥体流体连通的出口。设置有两种主要的排气流动系统构造。在一种构造中，离开气体导流件的气体进入催化剂簇，然后改变方向，通过多条通道到达出口区域。在另一种构造中，离开气体导流件的气体进入毗邻外壳定位的多条通道，然后改变方向，通过多个催化剂簇，然后到达出口区域。下文描述了本专利技术的多个优选方面。设想了等效组成。附图说明尤其当参照附图时，从以下详细描述将更好地理解本专利技术并且本专利技术的优势将变得更加显而易见。图1示出了紧凑SCR系统的示例中的总体气体流；图2是紧凑SCR系统的示例的分解图，其示出了系统的部件；图3是紧凑SCR系统的示例的截面图，其示出了部件的位置和通过SCR系统的气体流；图4是示例性紧凑SCR系统的侧视图；图5是在图4中示出的紧凑SCR系统的截面B-B、C-C和D-D；图6是示出了组装示例性SCR系统中的一些部件的视图；图7示出了另一个紧凑SCR系统的示例中的总体气体流；图8是紧凑SCR系统的示例性入口的分解图，其示出了入口的部件；图9是示例性紧凑SCR系统的侧视图，其示出了入口的壁的位置。具体实施方式本专利技术提供了一种SCR系统，其包括系统进口、中央管、气体流动系统和多个催化剂簇。将描述若干示例，所述若干示例中的一些为优选形式。在本专利技术的一个方面中，选择性催化还原(SCR)系统包括系统进口、中央管、气体流动系统和多个催化剂簇；其中：a.系统进口包括入口和初始混合区域，所述入口构造成接收来自发动机的排气气体并且与混合区域流体连通，所述混合区域包括多个引入器件，所述多个引入器件用于将还原剂或者还原剂前体引入到混合区域中的排气气体中，所述混合区域与中央管流体连通，所述混合区域包括与气体流动系统热连通的至少一个表面；b.中央管，所述中央管与系统进口和气体流动系统流体连通；c.气体流动系统包括:(i)气体导流件；(ii)多条通道；和(iii)出口区域，所述出口区域包括出口圆锥体和与所述出口圆锥体流体连通的出口，所述气体导流件与中央管流体和以下元件任意一种连通：i.多个催化剂簇，其中，所述多个催化剂簇与多条通道流体连通，所述多条通道与出口区域连通；或者ii.多条通道，所述多条通道与所述多个催化剂簇流体连通，其中，所述个催化剂簇与出口区域流体连通；和d.每个催化剂簇均包括SCR催化剂。用于将还原剂或者还原剂前体引入到混合区域中的排气气体中的引入器件可以是注入器或者喷嘴。系统进口还可包括至少一个其它喷嘴，所述至少一个其它喷嘴构造成控制由至少一个气溶胶形成装置形成的液滴模式的形状。SCR催化剂可以呈整体式过滤器或者微粒过滤器的形式，并且沿着气体流动通过整体式过滤器的净流方向呈现正方形、矩形或者圆形形状。催化剂簇还可以包括氨泄漏催化剂。SCR系统还可以够包括微粒过滤器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种选择性催化还原(SCR)系统，所述系统包括系统进口、中央管、气体流动系统和多个催化剂簇，其中：a.所述系统进口包括入口和初始的混合区域，所述入口构造成接收来自发动机的排气气体并且与所述混合区域流体连通，所述混合区域包括多个引入器件，所述多个引入器件用于将还原剂或者还原剂前体引入到所述混合区域中的排气气体内，所述混合区域与中央管流体连通，所述混合区域包括与所述气体流动系统热连通的至少一个表面；b.所述中央管与所述系统进口和所述气体流动系统流体连通；c.所述气体流动系统包括：(i)气体导流件；(ii)多条通道；和(iii)出口区域，所述出口区域包括出口圆锥体和与所述出口圆锥体流体连通的出口，所述气体导流件与所述中央管和以下元件中的任意一种进行流体连通：i.多个催化剂簇，其中，所述多个催化剂簇与多条通道流体连通，所述多条通道与所述出口区域流体连通；和ii.与多个催化剂簇流体连通的多条通道，其中，所述多个催化剂簇与所述出口区域流体连通；和d.每个催化剂簇包括SCR催化剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.11 US 61/951,211;2014.04.01 US 61/973,3291.一种选择性催化还原(SCR)系统，所述系统包括系统进口、中央管、气体流动系统和多个催化剂簇，其中：a.所述系统进口包括入口和初始的混合区域，所述入口构造成接收来自发动机的排气气体并且与所述混合区域流体连通，所述混合区域包括多个引入器件，所述多个引入器件用于将还原剂或者还原剂前体引入到所述混合区域中的排气气体内，所述混合区域与中央管流体连通，所述混合区域包括与所述气体流动系统热连通的至少一个表面；b.所述中央管与所述系统进口和所述气体流动系统流体连通；c.所述气体流动系统包括：(i)气体导流件；(ii)多条通道；和(iii)出口区域，所述出口区域包括出口圆锥体和与所述出口圆锥体流体连通的出口，所述气体导流件与所述中央管和以下元件中的任意一种进行流体连通：i.多个催化剂簇，其中，所述多个催化剂簇与多条通道流体连通，所述多条通道与所述出口区域流体连通；和ii.与多个催化剂簇流体连通的多条通道，其中，所述多个催化剂簇与所述出口区域流体连通；和d.每个催化剂簇包括SCR催化剂。2.根据权利要求1所述的系统，其中，用于将还原剂或者还原剂前体引入到所述混合区域中的排气气体内的引入器件是注入器或者喷嘴。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述系统进口还包括至少一个其它喷嘴，所述至少一个其它喷嘴构造成控制由至少一个气溶胶形成装置形成的液滴模式的形状。4.根据权利要求1、2或3所述的系统，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：I·皮卢里，D·雷彻尔特，
申请(专利权)人：庄信万丰催化剂德国有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE