选择性催化还原试剂的质量控制.pdf

本发明涉及一种监测选择性催化还原试剂的质量的方法，尤其是监测NH3产生试剂例如尿素溶液的质量的方法。本发明的方法使得可以确定加热时形成NH3的任何选择性催化还原试剂的等效NH3浓度。随后，为优化NOx还原，可根据测得的等效NH3浓度调节注入试剂的量。

1.  一种用于监测用来还原废气中的NO_x的选择性催化还原试剂的质量的方法，所述方法包括通过进行以下步骤来确定所述选择性催化还原试剂的等效NH₃浓度：
-将已知量的所述选择性催化还原试剂注入室中；
-将所述室中的所述量的所述试剂转化以形成NH₃；和
-利用NH₃传感器测量所述NH₃的量。

2.  如权利要求1所述的方法，其中所述室基本上不含有NO_x。

3.  如权利要求1或2所述的方法，所述方法随后进行清洁所述室的步骤。

4.  如前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法进一步包括下述步骤：利用所述选择性催化还原试剂的等效NH₃浓度来调节注入到废气流中的所述选择性催化还原试剂的量。

5.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述选择性还原试剂注入所述室中是以闪蒸的方式进行的。

6.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述催化还原试剂包括尿素。

7.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中测量形成的NH₃的量的步骤在刚开动发动机时进行，或者在所述发动机运行的同时进行多次。

8.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中将在所述室中形成的NH₃注入所述废气中。

9.  如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述室中的温度高于360℃，优选为高于400℃。

选择性催化还原试剂的质量控制
技术领域
本发明涉及一种监测选择性催化还原试剂的质量的方法，尤其是监测NH₃产生试剂例如尿素溶液的质量的方法。
背景技术
为了生产以燃料为动力的发动机尤其是柴油机，减少对环境的危害，正在开发减少有害排放物的新技术。特别是，柴油机产生大量的NO_x。减少这些排放物的大多数技术都是基于废气的后处理。
一项减少NO_x排放物的有前景的技术是所谓的选择性催化还原(SCR)技术。这种技术的主要途径是在废气中注入氨或尿素，以将NO_x转化为氮气和水。这种转化通常要在催化剂的作用下实现。由于氨水有毒且难以操作，因此优先选择尿素而不是氨水。按照下列反应，尿素可分解为NH₃。

HNCO+H₂O→NH₃+CO₂
然后来自废气的NO_x被NH₃还原，从而形成对环境无害的N₂和H₂O。NO_x的这种还原可在氧气的存在下进行。假定发生下述反应。
6NO+4NH₃→5N₂+6H₂O
4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O
6NO₂+8NH₃→7N₂+12H₂O
2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O
NO+NO₂+2NH₃→2N₂+3H₂O
反应(2)为一般条件下的主要反应，而反应(5)为更优选的反应。通过使用柴油机氧化催化剂，可得到反应(5)所需的额外的NO₂。
这些反应式中，应该控制好注入尿素的量。如果注入尿素的量太少，则NO_x没有全部转化，使得废气中包含NO_x。另一方面，注入的尿素过量会导致有害NH₃的形成和排放。
现有技术中已有控制注入的选择性催化还原试剂的量的尝试。例如，US-A-5968464，US-A-6679051，US-A-2003/0033799，US-A-5540047和Moos等(Sensors and Actuators B 2002，83，181-189)公开了SCR体系，其中将选择性催化还原试剂注入到催化剂下游的废气流中，并且测量催化剂上游的废气流中的NH₃量，以对转化预定量NO_x所需的NH₃量进行闭环控制而不会有大量的NH₃排出。
SCR体系中采用的标准选择性催化还原试剂是，其为32.5重量％的尿素水溶液。然而，其它具有不同尿素浓度的选择性催化还原试剂也是已知的。而且，已开发了凝固点低于所具有的凝固点(-11℃)的选择性催化还原试剂。例如Denoxium^TM包含尿素和甲酸铵的混和物，从而将凝固点降至-30℃。由于所有这些不同的选择性催化还原试剂均具有不同的等效NH₃浓度，因此为了优化催化剂的NO_x还原，它们在废气中需要不同的剂量。
本发明人进一步相信是他们首先认识到虽然在废气流中注入还原性试剂可能对环境具有有益作用，这可能是通过立法加强采用还原试剂注入体系的使用的好理由，但实际上这样的体系可被削弱甚至完全无效。这种滥用并非完全是假设，因为发动机的用户通常不得不在将还原试剂的储存保持在一个恰当的水平方面进行花费而没有任何直接利益。例如，滥用也可涉及稀释尿素溶液或用水代替尿素溶液，这样尿素浓度显著降低甚至变成零。这很难通过视觉检测发现。如果SCR被成功地强制执行，则具备监测选择性催化还原试剂质量的可靠体系是重要的。
WO-A-00/75643公开了一种为了优化NO_x转化而调节注入尿素的量的方法。该方法基于荧光标记的选择性催化还原试剂，通过上述方法可以确定等效NH₃浓度。这种方法的不利之处包括必须在预处理中将荧光示踪物应用于选择性催化还原试剂，并且所提到的有机荧光示踪物对高温敏感。
发明内容
本发明的目的是提供一种监测选择性催化还原试剂的质量的方法，该方法至少部分克服了上述缺点和不足。
依照本发明，通过监测选择性催化还原试剂的质量可达到这个目的。因此，本发明的第一方面涉及一种监测选择性催化还原试剂的质量的方法，包括通过进行以下步骤确定选择性催化还原试剂的等效NH₃浓度：
-将已知量的选择性催化还原试剂注入室中；
-将所述室中的所述量的试剂转化以形成NH₃；和
-利用NH₃传感器测量NH₃的量。
本发明的方法使得可以确定通过高温分解和/或水解形成NH₃的任意选择性催化还原试剂的等效NH₃浓度。随后，为了优化NO_x还原，可根据测得的等效NH₃浓度调节注入试剂的量。
有利的是，选择性催化还原试剂不需要进行预处理，而是可以直接施加至槽中。
优选地，选择性催化还原试剂包括尿素。
具体实施方式
根据本发明，将少量选择性催化还原试剂注入小型处理室中。优选的是，所述处理室基本不含NO_x，因为NO_x的存在会干扰选择性催化还原试剂的等效NH₃浓度的确定。有利的是固定试剂的量，以使每批处理过程中均有同样量的试剂在室中发生转化。这是可行的，例如通过从充满选择性催化还原试剂的容器中压出固定体积。将该体积直接压入处理室中。
图1-3示例性地图示了将固定量试剂注入到处理室中的适合结构。在图1的实施方式中，这通过用在充满试剂的气缸中移动的活塞而实现。
通过提供一种在将充有选择性催化还原试剂的容器与处理室连接的封闭壳中具有凹槽的圆形体，可以将固定量的选择性催化还原试剂注入处理室中。该实施方式示于图2和3中。当凹槽转向容器时，凹槽充有固定量的试剂。如果随后将圆形体转向，使得凹槽朝向处理室，则固定量的选择性催化还原试剂被释放到处理室中。
当然，为了将固定体积的选择性催化还原试剂注入到处理室中，也可设计出其他体系。注入到室中的试剂的量可变化，并且取决于如处理室尺寸、NH₃传感器的检测范围、运输工具的类型(如重型(卡车)、中型(货车)或轻型(轿车))等因素。该发明也可用于非道路用发动机，如推土机、挖掘机、发电机等。对于轻型发动机，室的尺寸优选小于1cm³，特别是0.01cm³～0.5cm³。对于重型发动机，该尺寸可以大至1dm³，例如0.1dm³～0.5dm³。
注入量的下限也由NH₃传感器的灵敏度确定。
表1以实例的方式列出了不同的处理室的体积和NH₃传感器的常规检测限。可以根据本发明使用这些尺寸和浓度。试剂溶液的所需体积(i.c.32.5重量％的AdBlue水溶液)和相应的液滴直径也列于表中。
表1