[发明专利]甲酸胍水溶液用于选择性催化还原车辆废气中的氮氧化物的用途

说明书

技术领域

本发明涉及甲酸胍水溶液用于选择性催化还原车辆废气中的氮氧 化物的用途，其中从该相应的甲酸胍溶液中通过蒸发和催化分解产生 氨，且所述氨作为还原剂用于随后的选择性催化还原氮氧化物。

背景技术

根据现有技术，氨(NH₃)在选择性催化还原车辆废气中的氮氧化 物时用作还原剂，其在特殊的SCR-催化剂上游或在整合于消声器中的 一组可平行穿流过的SCR-催化剂模块上游被引入到燃烧装置和内燃 发动机的排气管中，尤其是车辆的内燃发动机的排气管中，并在SCR- 催化剂中引发在废气中所含有的氮氧化物的还原。SCR的意思是氮氧 化物(NO_x)在氧存在下的选择性催化还原。

为了产生氨，尤其是在车辆中，迄今为止已知有各种液态和固态 的氨前体物质，这些物质在下文中详述。

在多用途车辆(Nutzfahrzeugen)中，已有使用水性、低共熔的 尿素在水中的溶液(AdBlue^TM)作为氨前体物质，该溶液具有32.5重 量％的尿素含量，-11℃的冻点和0.2kg/kg的氨形成潜力。为了在 低至-30℃，即低至在抗冻质量下柴油燃料的冷滤 点(CFPP，运行温度的下限)的温度下运行SCR-装置，需要相对昂贵 且易于出运行故障的、用于在冬季寒冷气候下的AdBlue-使用和 AdBlue-供料的储罐、管道和阀门的附加加热装置。

对于催化还原NO_x所需的氨在尿素热分解中形成。为此涉及到以 下反应：尿素在加热下不蒸发，而是根据方程式[1]基本上分解成异氰 酸(HNCO)和氨(NH₃)。

(H₂N₂)CO→HNCO+NH₃  [1]

异氰酸可容易地聚合成非挥发性物质，如氰尿酸。在这种情况下， 可能在阀门上、在喷嘴上和在排气管中产生造成运行故障的沉积物。

使异氰酸(HNCO)在水(H₂O)的存在下根据方程式[2]水解生成 氨(NH₃)和二氧化碳(CO₂)。

HNCO+H₂O→NH₂+CO₂  [2]

反应[2]在气相下非常缓慢地进行。相反，该反应在金属氧化物催 化剂和/或沸石催化剂上非常快地进行，在由于其WO₃-含量而呈强酸性 的金属氧化物催化剂，如基于由氧化钒、氧化钨和氧化钛构成的混合 氧化物的SCR-催化剂上则较慢一些进行。

在与机动车相关的尿素-SCR-催化体系的已知应用中，通常在将发 动机废气的热函充分用于根据反应[1]的尿素分解的情况下利用发动 机废气。原则上反应[1]可在SCR-催化剂上游即已进行，而必须将反 应[2]催化加速。原则上反应[1]和[2]也可在SCR-催化剂上进行，由 此降低其SCR-活性。

对于处于寒冷气候的国家来说有利的是，能够使用更防冻的氨前 体物质。通过向尿素在水中的溶液中添加甲酸铵可以使冻点显著降低。 由此使附加加热成为多余并在制备费用和供料成本方面获得巨大的节 约。26.2％的甲酸铵和20.1％的尿素在水中的溶液具有-30℃的冻点， 并以商品名Denoxium-30可商购获得，且可有利地在寒冷的季节中代 替AdBlue^TM(SAE technical papers 2005-01-1856)。

通过向尿素在水中的溶液中添加甲酸铵，可在35％的甲酸铵和30 ％的尿素在水中的溶液中，将氨形成潜力从0.2kg/kg提高到0.3 kg/kg。由此，使具有氨前体物质填充的车辆的作用距离(Reichweite) 提高了二分之一，并且在轿车的情况下一般实现了检查间隔之间的持 久填充的可能性。这些措施的缺点是使所述溶液的冻点升高到-11至 -15℃的范围内(Denoxium January 2005，www.kemira.com)