[发明专利]用于确定容器中的固体氨存储材料的饱和度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及作为氨消耗过程中的氨的来源的固体氨存储材料的应用。通过加热，利用与固体的受控制的热脱附（thermal desorption），使得可从可再充的固体存储材料得到氨。具体而言，本发明涉及通过启动期间的过程来确定存储材料的近似的饱和程度（saturation level）的方法。这实现了类似于液体容器的填充程度的功能。

背景技术

氨是在许多应用中广泛使用的化学品。一种特定的应用是作为选择性催化还原（SCR）来自燃烧过程的废气中的NOx的还原剂。

对于大多数应用，特别是在汽车工业应用中，氨以加压液体的形式存储在容器中太危险。尿素安全的，但是对于移动输送氨来说是间接并且不切实际的方法，因为它要求通过涉及喷射、蒸发、热分解和水解的过程（(NH₂)₂CO+H₂O→2NH₃+CO₂）来将尿素转换成氨，这在低发动机负载或寒冷天气的驾驶条件下是难以实现的。

涉及分子氨在固体中的吸附或吸收的存储方法可以规避无水液氨（anhydrous liquid ammonia）的安全性隐患，并消除分解液体还原剂所存在的问题。

金属氨络物盐（ammine salt）是氨吸收和脱附材料，这些材料可以用作氨的固体存储介质（参见，例如WO 2006/012903A2），而固体存储介质，如上文所提及的，又可以被用作选择性催化还原中的还原剂来减少NO_x排放量。

对于用作汽车的NO_x还原的氨源，对该功能的需求紧密地关系到排放立法和实际行车条件下的动态操作。氨存储和提供系统（下面缩写为ASDS）必须能够在发动机启动之后不久提供氨，以取得根据例如欧洲和US行驶工况（driving cycle）的车辆认证（vehicle certification）。

WO 2008/077652A2公开了通过使系统具有两个主要功能来快速从固体存储材料获得氨的方法和设备：通过例如电能加热的小的操作部件，以及被用作执行小部件的机载再饱和的源的较大的氨存储部件。该方法和设备可以具有至少两种类型的配置：

-如果较小部件中的材料对于氨吸收比大部件中的材料具有更大的粘结强度，那么较小部件可以在操作之后被动地从大容器中吸收氨—即使较大的部件没有被加热。

-如果两个容器中的材料相同，那么较大的容器配备有用于加热的装置，提供了从主容器达到合适的脱附压力（desorption pressure）以再饱和较小部件的机会。

优化这样的系统所要做的是能够确定何时执行较小存储部件的再饱和—或更直接地，与容器中的液面传感器具有相同类型的功能的方法。弄清（较小的）存储部件要求（从较大的部件）再饱和的一种方式是它何时是空的。吸收氨的材料通常在温度和脱附压力之间具有明确的关系，以及如果在某一温度无法形成所需的脱附压力，那么存储材料中的氨已耗尽——正如如果部件不包含任何水，则在汽锅中不能产生蒸气压力一样。

WO 2009/156204A1公开了一种类似于WO 2008/077652A2的系统，但是添加了通过使用存储部件的压力测量值和温度来将小存储部件确定为空的特征。然而，不清楚这样的方法实际上是否令人满意地起作用。

因此，需要一种使装载有能够吸收和脱附氨的材料的容器中的氨的饱和度能被确定或估计的新方法。优选地，此方法应该不会在系统中引入新的成本高的设备。

发明内容

本发明涉及一种用于确定被用作氨消耗过程（例如，利用内燃过程选择性还原车辆中的NO_X）的氨源的固体氨存储部件中的饱和程度的方法。利用加热存储部件，通过热脱附从存储材料中获得氨。可以在每一冷启动阶段，例如当在不使用某一时间段之后对存储部件进行加热时的开头0.1-10分钟，确定饱和度S（S=0是空，而S=1或S=100%是满）。确定S的方法涉及：

-建立部件的初始温度T_INIT的知识。此温度可以简单地是在使用存储部件的应用（车辆）中的别处测量到的周围环境的温度，如果该部件处于不工作模式达某一时间段，例如，30分钟或更多。

-开始对部件加热，并开始记录有效加热时间的持续时间（例如，以加热的秒数来度量）。可另选地，如果加热器在恒定电压供电（诸如PTC加热元件）时没有恒定功率输出，则可以通过累积的能量（例如，能量输入Q的焦耳或瓦特小时）来计算有效加热时间。