[发明专利]用于选择性催化还原来自内燃机的废气的装置的混合器和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于来自内燃机的废气的选择性催化还原法的装置的混合器。本发明尤其涉及用于均匀分布被引入废气流中的还原剂的混合器。

背景技术

内燃机(例如柴油机或汽油机)的燃料燃烧期间，会产生不期望的副产品，尤其是氮氧化物(NO_x)。为了保持空气清洁，需要降低废气中NO_x的含量。用于其的已知的一个方法是所谓的选择性催化还原法(缩写为 SCR)。这是一种用于降低特别是来自发动机的废气中的氮氧化物的技术。在SCR这，化学反应发生在催化剂(SCR催化剂)中。金属氧化物混合物 (例如，氧化钛、五氧化二钒和氧化钨)或沸石(H型沸石)或金属氧化物与沸石的混合物适于用作SCR的催化剂。

由于催化反应发生，所以需要氨(NH3)，其必须以合适的形式被供给至废气中。反应产物是水(H₂O)和氮气(N₂)。SCR催化剂中的化学反应是选择性的，也就是说，优选降低氮氧化物(NO，NO₂)，同时还极大地抑制不期望的副反应(例如二氧化硫至三氧化硫的氧化反应)。

由于氨处于以气态出现在内燃机中的占主导的物理状态下，所以其优选地以尿素水溶液(以名字AdBlue被已知)的形式间接地被供给至选择性催化还原的位置。与气态氨不同，尿素水溶液可以简单地被一起输送至车辆中的附加罐装。当使用用于供给还原剂的尿素水溶液时，其利用如下事实：在散热的水解反应中，尿素可以以几个步骤被分解为氨(和二氧化碳)。为了这样的分解反应以最佳方式发生，需要足够高的温度(优选高于200℃，更优选的为至少大约350℃)。水解步骤还优选地被催化支持。

诸如欧洲专利申请EP 2 325 452 A1记载了关于SCR和通过作为AdBlue 的水溶液供给的尿素的分解来获取氨的进一步的细节。

为了使催化反应以最佳方式发生，必须使尿素水溶液和在催化剂入口处由该溶液形成的氨尽可能均匀地分布在废气流中以及催化剂表面上。这导致了NO_x反应的高效率。该分布较强地受排气系统的设计和几何结构的影响。为了改进分布(为了实现氮氧化物和催化剂入口处的氨的最接近化学计算的均匀分布)，一般使用额外的混合气来增强废气和SCR催化剂中供给的还原剂的混合物的处理和分布。

已知的废气和混合器系统的缺点在于，根据所使用的几何结构，固体尿素或不期望的中间体(例如，三聚氰酸、三聚氰胺或其它固体沉积物) 在尿素的热分解中沉积。特别是在发动机运行的开始阶段(在启动发动机之后)，只要废气温度仍然较低，因为AdBlue的水成分蒸发并且残留物保留在叶片上，所以尿素沉积在混合器的混合器元件(叶片)上的情况就会发生。干尿素的熔点为132℃。废气的温度越低，不期望的固体沉积物就形成得越多。废气的温度还由于冷的AdBlue的喷射而额外地降低。需要避免这样的沉积。此外，SCR反应本事需要非常高的废气温度。柴油发动机的废气温度在起动和惰走运行期间是如此地低，导致SCR催化中的NO_x转换不能发生。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的混合器，用于对来自内燃机的废气进行催化还原的装置，其克服了上述缺点，并且尤其本别避免了沉积物的形成以及使得运行期间已存在的沉积物减少。本发明还试图提供一种用于废气的催化还原的装置。

为了实现上述目的，本发明定义了具有以下特征的混合器：用于选择性催化还原来自内燃机的废气的装置10的混合器，该混合器用于在催化剂入口处将引入废气流1中的还原剂3均匀分布在废气流1中，其中，所述混合器包括混合器元件21的结构，废气1和还原剂的混合物流过该混合器元件的结构，其特征在于，由于所述混合器元件21的电阻，所述混合器元件适于使用流过它们的电流直接电加热。此外，用于废气的选择性催化还原的装置包括根据本发明的混合器。

根据本发明，提供一种用于来自内燃机废气选择性催化还原的装置的混合器，该混合器用于在废气流中均匀分布在催化剂入口处被引入废气流中的还原剂。混合器包括混合器元件的结构，废气和还原剂的混合物流动通过该混合器元件的结构。由于该混合器元件的电阻，其适于使用流过它们的电流进行直接电加热。