[其他]还原剂分解和混合系统

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求申请号为61/660,532，申请日为2012年6月15日的美国临时专利申请的权益，在这里通过引用将其包括到本申请中。

技术领域

本实用新型涉及用于内燃机的排气系统，具体地，涉及用于进行还原剂分解以及在废气再处理系统的选择性催化还原(SCR)催化剂中进行还原剂和废气混合的系统。

背景技术

废气再处理系统接收并处理产生自内燃机的废气。典型的废气再处理系统包括任意不同种类的组件，这些组件用于降低废气中有害废气排放物的含量。例如，用于以柴油为动力的内燃机的一些废气再处理系统包括各种组件，例如，柴油机氧化催化剂(DOC)、粒状物质过滤器或柴油机微粒过滤器(DPF)以及选择性催化还原(SCR)催化剂。在一些废气再处理系统中，废气首先通过柴油机氧化催化剂，然后再通过柴油机微粒过滤器，接着通过SCR催化剂。

DOC、DPF以及SCR催化剂组件中的每一种组件用于对通过组件的废气执行一种特定的废气排放物处理操作。通常情况下，通过氧化作用，DOC可降低废气中出现的一氧化碳和碳氢化合物。DPF可对废气中出现的有害柴油机粒状物质和煤烟进行过滤。最后，SCR催化剂可降低废气中出现的氧化氮(NO_x)的含量。

SCR催化剂用于在氨(NH₃)的参与下，将NOx还原为低有害排放物，例如，N2以及H₂0。由于氨不是燃烧过程的天然副产品，因此必须在废气进入SCR催化剂之前将氨导入到废气中。典型情况下，由于考虑到与液氨存储相关的安全因素，氨不会被直接喷射到废气中。因此，传统的系统被设计成将尿素水溶液喷射到废气中，该尿素水溶液在废气中可被分解为氨。典型情况下，SCR系统包括尿素源和与尿素源连接的尿素喷射器或定量给料器，该尿素喷射器或定量给料器设置在SCR催化剂的上游。

通常情况下，尿素水溶液分解为气态氨包括三个阶段。第一阶段，尿素蒸发或尿素与废气混合。第二阶段，废气的温度使得尿素中发生相态变化，将尿素分解为异氰酸(HNCO)和水。第三阶段，在水解作用过程中，在特定的压力和温度密度下，异氰酸与水反应，以分解为氨和二氧化碳(CO₂)。然后，在SCR催化剂的入口面，氨被导入并流经所述SCR催化剂，并在NO_x消除过程中被消耗。通过使用氨氧化催化剂，从SCR系统排出的任何未被消耗的氨可被分解为N₂和其他低害或少害组件。

为了充分地分解为氨，喷射的尿素必须给予足够的时间，以完成前述的三个阶段。一般情况下，完成所述三个阶段以及在进入SCR催化剂之前将尿素分解为氨的时间被称为停留时间。一些现有的废气再处理系统利用固定直线分解长度的长管，该长管在尿素喷射器和SCR催化剂入口面之间延伸。现有系统的固定直线分解长度必须足够长，以提供必需的停留时间。用于尿素分解的长管通常会占用宝贵的空间，占用的这些空间可用于其它汽车零部件，从而会影响到废气再处理系统的设计。然而，与一端入、一端出以及一端入、一侧出的SCR系统关联的更短的分解管则不能提供足够长的停留时间，以恰当地对喷射的尿素进行蒸发。

另外，一些现有的废气再处理系统(特别是利用或需要轴向的或端到端的或端到侧组件的废气再处理系统)不能将尿素/氨和废气进行充分的混合。不充分混合会产生低氨蒸气均匀度指数，从而导致在SCR催化剂或其它SCR系统组件内部产生结晶/聚合、氨局部聚集、穿过SCR催化剂表面时氨的不适当分布、低NO_x转化效率以及其他缺点。

而且，许多具有端到端或端到侧的SCR系统的废气再处理系统在通过SCR催化剂的入口面时不能适当地分布废气。在SCR催化剂中废气的不均匀分布会导致大量的氨溜走，达不到最优的NO_x转化效率。例如，在SCR催化剂入口的低废气流分布指数会导致SCR催化剂表面区域与废气接触的区域较小。SCR催化剂表面区域与废气接触的区域越小，SCR催化剂的NOx的还原效率越低。

实用新型内容

针对现有技术的发展状态，具体地，针对现有技术中目前可用的利用SCR系统的废气再处理系统尚未完全解决的问题及需求，本申请主题被提出。因此，本申请的主题在于提供一还原剂分解和混合系统，以及对应的设备，以克服现有还原剂混合和分解技术和装置中的至少一些下列或其他缺陷。