用于处理内燃机排气的设备制造技术

本发明专利技术涉及一种用于处理内燃机排气（２）的设备（１），所述设备包括至少一个用于添加水溶液的添加管道（４）、连接到所述添加管道（４）的水解催化器（５）以及ＳＣＲ催化器（７），其中排气（２）能够穿流所述ＳＣＲ催化器（７），突出之处在于，设置有至少一个杆状加热元件（９），通过所述杆状加热元件能够加热下述构件中的至少一个：ａ）所述添加管道（４）的至少一部分，以及ｂ）所述水解催化器（５）。依据本发明专利技术的设备（１）以紧凑的结构形式形成由杆状元件（９）加热的添加管道（４）以及相应的水解催化器（５），通过该水解催化器使含有尿素的水溶液蒸发然后水解成含氨的气流（２２）。此气流（２２）在ＳＣＲ过程中用作还原剂。紧凑的布置使得即使在非常受限的空间条件下也可以安装。由于排气并不穿流水解催化器（５），水解催化器（５）的体积可明显地减少，因为需要水解的气体物料流量要小得多。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的主题是一种用于处理内燃机排气的设备，其中重要的是特别地通过选择性催化还原(selective catalytic reduction, SCR)(方法)还 原排气中的氮氧化物成分。本专利技术特别是实现了还原剂的制备/供应，该还 原剂选择性地作用于氮氧化物，例如特别为氨。
技术介绍
内燃机排气中含有不希望排放到环境中的物质。例如，在许多国家， 要求内燃机排气中含有的氮氧化物(NOx)只能达到一定的限值。除了发 动机内的措施之外一一借助于所述措施可通过选择内燃机的尽可能合适的 工作点来减少氮氧化物的排放，还采取了后处理方法，借助于所述方法可 进一步降低氮氧化物的排放。进一步减少氮氧化物排放的一种方法是所谓的选择性催化还原(方法)。通过此方法，使用还原剂将氮氧化物选择性还原成分子态的氮(N2)。一种可能的还原剂是氨(NH3)。在这种情形下，氨通常不以氨的形式储 存，而是储存氨前体，氨前体可根据需要被转化为氨。可能的氨前体为例 如尿素((NH2)2CO)、氨基甲酸铵、异氰酸(HCNO)、三聚氰酸等。特 别地，已经证实尿素易于储存。尿素优选地以尿素水溶液的形式储存。尿 素、特别是尿素水溶液对健康无害并易于分配和储存。这种尿素-氢溶液以 "AdBlue"的名称销售。从DE 199 13 462 Al得知一种方法，其中在水解催化器的上游将尿素 水溶液计量供给至内燃机排气的局部气流中。在工作时，通过与水解催化 器相遇而使尿素水解和热解成氨，所述氨在位于下游的SCR催化器/催化转化器中用作还原剂。在该文献中描述的方法的缺点在于水解催化器由 于尿素水溶液的蒸发而冷却。尤其是在需要大量的氨时，至少在水解催化 器的一些区域中的冷却程度可能使得在这些区域中水解反应不再进行或不 再完全地进行。另外，根据这种现有技术，排气穿流水解催化器。因此， 存在相对较大的物料流量，所以水解催化器的尺寸必须设计成相应地较大。 这增加了成本并需要安装空间，正是在现代的汽车中通常不能提供所述空 间。
技术实现思路
基于此本专利技术的目的在于提出一种设备，通过这种设备至少可以减轻 现有技术中的已知缺点。上述目的通过一种具有独立权利要求的特征的设备实现。有利的改进方案是各从属权利要求的主题。本专利技术的用于处理内燃机排气的设备包括至少 一个用于添加水溶液的 添加管道、连接到所述添加管道的水解催化器以及SCR催化器，其中所述 SCR催化器能够由排气穿流。根据本专利技术，设置有至少一个杆状加热元件， 通过所述杆状加热元件能够加热下述构件中的至少一个a) 所述添加管道的至少一部分，以及b) 所述水解催化器。杆状加热元件理解为特别是一种可电加热的元件，其中导热体嵌入到 相应的介质中。特别地，该介质可以是由相应导热体从内侧加热的套管。 优选地，可在套管中设置加热芯(例如陶瓷加热芯)，该加热芯例如包括 内嵌有导热体的陶瓷元件。水解催化器理解为可^^皮穿流的构件，该构件催化还原剂前体生成还原 剂的水解。特别地，水解催化器理解为这样的构件其包括有催化层，通 过该催化覆层可催化由尿素生成氨的水解。特别地，水溶液包括至少一种 在SCR方法中使用的还原剂的还原剂前体。特别地，还原剂前体理解为这 样的物质其能够分离出还原剂或转化为还原剂。优选地，水溶液至少包含尿素。水溶液中可能存在其它的组成物质，依据本专利技术特别是这样的物 质，借助于该物质能够降低水溶液的水点/凝固点。特别地，所述物质是甲 酸和/或曱酸铵。添加管道和水解催化器之间的连接设计成，使得在工作时 完全蒸发的溶液进入水解催化器中。特别地，依据本专利技术的设备包括形成于排气管道中从而可由排气穿流的SCR催化器，而添加管道与水解催化器形成在排气管道的外侧不由排气 穿流。因此能够制造出这样的水解催化器，该水解催化器的体积与可由排 气穿流的传统水解催化器相比明显减小。传统水解催化器的体积至少为 500ml以及更大，而依据本专利技术，水解催化器的体积可小于100ml。特别地，依据本专利技术的设备这样工作使添加管道可被加热成，使得 在其中进行水溶液的蒸发。在此，这样的构型是优选的其中水溶液完全 蒸发，即蒸发水溶液的至少90 Gewichts-% (重量百分比)、优选是至少 95Gewichts-%、特别优选地是至少98 Gewichts-% 。在此，加热基本上通 过杆状加热元件实现。本专利技术的设备可有利地用于处理固定和/或移动式内 燃机的排气，特别是用于处理机动车辆(例如特别是汽车、客车、载重车 辆、两轮机动车和/或所谓的全地形越野车)、船只和/或飞行器的排气。依据本专利技术设备的一种有利的实施方式，添加管道内侧的平均表面粗 糙度为8至12微米。平均表面粗糙度也表示成Rz。这里确定表面的测量点到参考线或参考 面的距离。在长度相等的五个单独测量迹线上进行此测量。对于所述单独 测量迹线中的每个，统计最大值与最小值之差。平均表面粗糙度为例如这 五个单独测量的平均值。发现8至12微米的平均表面粗糙度是特别有利的，因为其致使溶液与 添加管道壁之间的良好接触、从而致使良好的蒸发效率。依椐本专利技术设备的另一种有利的实施方式，添加管道由导热性大于 200W/ (mK)(瓦特每米开尔文)的材料形成。此导热性是有利的，因为其有利于依据本专利技术的设备的紧凑结构以及 溶液的动态/强烈(dynamische)的、迅速蒸发。6依据本专利技术设备的另 一种有利的实施方式，添加管道由包括铝的材料 形成。发现铝是特别有利的，因为形成于表面上的氧化铝促进由还原剂前体 (特别是尿素)生成还原剂(特别是氨)的水解，而无需设置额外的催化 活性覆层。这提高了还原剂前体转化为还原剂的效率，并允许减小相应的 水解催化器。依据本专利技术设备的另 一种有利的实施方式，下述构件中的至少 一个设计成围绕所述杆状加热元件a) 添加管道的至少一部分，以及b) 水解催化器。在此，特别地，添加管道可设计成围绕所述杆状加热元件。优选一种 实施方式，其中添加管道构造成基本呈螺旋状，螺旋的对称轴线与杆状加 热元件的纵向轴线同轴地形成。水解催化器可设计成围绕杆状加热元件的 蜂窝体的形式，优选地由内、外套管界定的环形蜂窝体的形式，水解催化 器也可以包括直接地加工在加热元件中和/或加工在围绕加热元件的套管 中的通道。本专利技术设备的此构型允许根据本专利技术的设备的结构非常紧凑，从而， 即使在仅有非常小的安装空间的情形下一一例如特别是对于机动车辆，也 可以实现水溶液的有效蒸发，同时实现本专利技术设备的非常紧凑的结构。依据本专利技术设备的另一种有利的实施方式，添加管道包括至少一个通 道，该通道至少部分地由加热元件的套管形成。在此，特别地，套管理解成一种套筒，其形成在杆状加热元件的电导 热体的外侧。套管可由金属材料、陶瓷材料、玻璃状材料或类似材料制成， 所述材料能够承受优选400。C以及更高、特别优选600°C以及更高的温度。依据本专利技术设备的另 一种有利的实施方式，所述至少一个通道形成于 套管中。特别地，这意^^未着在套管中加工出通道，例如通过研磨制造方法和/ 或在制造相应的套管时直接地(进行加工)例如通过相应的挤压。7依据本专利技术设备的另 一种有利的实施方式，所述至少 一个通道在内侧 由加热元件的套管界定，而在外侧由与加热元件同轴地形成的套筒界定。特别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理内燃机排气（２）的设备（１），所述设备包括至少一个用于添加水溶液的添加管道（４）、连接到所述添加管道（４）的水解催化器（５）以及ＳＣＲ催化器（７），其中所述ＳＣＲ催化器（７）能够由排气（２）穿流，其特征在于，设置有至少一个杆状加热元件（９），通过所述杆状加热元件能够加热下述构件中的至少一个：　ａ）所述添加管道（４）的至少一部分，以及　ｂ）所述水解催化器（５）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R布吕科，M布鲁格尔，T黑里希，P希尔特，U克列宁，
申请(专利权)人：排放技术有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]