一种近零碳排放发动机系统及其工作方法

1.本发明创造属于车用发动机及其尾气后处理技术领域，尤其是涉及一种近零碳排放发动机系统及其工作方法。


背景技术：

2.统发动机通常使用汽油、柴油等化石燃料，燃烧过程产生大量二氧化碳(co2)，严重加剧全球气候变暖进程。为实现更少的碳排放和传统化石能源的使用，发展低碳能源技术并减少环境污染已成为我国未来能源发展和整个人类社会发展的必然趋势。
3.目前车用零碳燃料主要为氢(h2)和氨(nh3)。其中氢在存储、运输、安全性等方面都存在很大问题；而氨可以轻松储存在塑料油箱中便于运输，现有的加油站也完全可以满足液氨的加注需求，并且相对于氢，氨还具有能量密度大(是液氢的1.5倍)、安全性高等优势，因此氨作为发动机的零碳燃料具有很大的应用前景。但是由于纯氨燃烧速度慢、燃烧温度低、点火困难等特点，因而需要引燃燃料辅助燃烧，实现氨发动机的稳定运行。常见的引燃燃料有乙炔、二甲醚、汽油、柴油、氢等，其中氢是一种点火能量极低、火焰传播速度快、燃烧温度高的零碳燃料，氨氢掺混燃烧发动机受到广泛关注。目前氨氢掺混发动机的氢气来源主要分为两种：一种是加装储氢容器直接向发动机内输送氢气燃烧；一种是通过将部分氨气在高温及催化剂的共同作用下催化裂解出氢气，再将生成的氢气通入发动机内燃烧。
4.现有的一种氨发动机系统，该系统包括氨供给装置、氨裂解装置、氨加热装置、氨发动机、选择性催化还原装置、尾气检测装置、换热器、控制电路、温度传感器。该系统利用氨氢混合燃烧的尾气余热及加热器对氨裂解装置加热来使氨催化裂解获得氢气，但是在发动机冷启动时，氨催化裂解反应所需热量仅能由加热器提供，不仅消耗较多额外电能，而且需要对氨裂解装置进行较长时间加热才能达到氨实现高效催化裂解的温度，导致汽车发动机冷启动时间过长，无法正常运行。鉴于此，发明一种在冷启动和稳定运行双模式下均能实现高效工作的低碳发动机系统具有重要意义。
5.氨燃料发动机燃烧产生大量no
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污染物，目前在汽车上最广泛应用的脱氮技术是尿素scr技术，但是车用尿素溶液易结晶、生产成本和使用成本均较高，且车用尿素溶液的氨含量非常低(仅为18.42％)，导致尿素溶液消耗量大。另一方面，现有车辆中没有碳捕集装置，关于车载脱碳系统的研究较少，传统的工业烟气二氧化碳处理技术多为大型吸收塔式结构，无法直接在空间有限的车辆上使用。
6.针对目前氨氢发动机冷启动时间长、no
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气体排放高以及尿素scr技术存在的缺点等，本发明提出了一种近零碳排放发动机系统，在解决冷启动慢这一问题的同时，使用吸附式储氨-scr装置和碳捕集装置对双模式下发动机尾气中的no
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和co2分别进行脱除和吸收捕集，可以实现系统近零碳零污染排放的效果。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明创造旨在提出一种近零碳排放发动机系统，以解决氨氢发动机
冷启动时间长、no
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气体排放高以及尿素scr技术存在的缺点问题。
8.为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
9.一种近零碳排放发动机系统，包括液氨罐、柴油罐、双燃料发动机、催化裂解反应器、吸附式固体储氨除nox装置和脱碳装置；
10.液氨罐和柴油罐各自通过一管路和双燃料发动机的进气道连通，进气道与外界大气连通，液氨罐的出口通过一管路与催化裂解反应器的反应流道入口连通，催化裂解反应器的反应流道出口与双燃料发动机的进气道连通，双燃料发动机的尾气出口与催化裂解反应器的尾气余热回收入口连通，催化裂解反应期的尾气余热回收出口与吸附式固体储氨除nox装置连通，吸附式固体储氨除nox装置通过净化尾气管路与大气连通，吸附式固体储氨除nox装置与脱碳装置的进口连通，脱碳装置的出口与净化尾气管路连通；
11.在液氨罐出口与催化裂解反应器的反应流道入口之间的管路上设有第一氨流量电控阀，在液氨罐出口与双燃料发动机的进气道连通的管路上设有第二氨流量电控阀，在净化尾气管路上设有第三尾气流量电控阀，在吸附式固体储氨除nox装置与脱碳装置的进口连通的管路上设有第四尾气流量电控阀；
12.所述催化裂解反应器用于与尾气换热并催化氨裂解制氢，吸附式固体储氨除nox装置用于对尾气脱氮，所述脱碳装置用于对尾气脱碳。
13.更进一步的，所述吸附式固体储氨除nox装置包括吸附式储氨罐和scr反应器，催化裂解反应器的尾气余热回收出口通过管道分别与吸附式储氨罐的进气口及scr反应器的进气口连通，吸附式储氨罐的出气口通过管道与scr反应器的进气口连通，scr反应器的出气口分别与净化尾气管路和脱碳装置连通，吸附式储氨罐的氨气出口通过氨气管路与scr反应器的还原剂进口连通；
14.在催化裂解反应器的尾气余热回收出口与吸附式储氨罐的进气口之间的管路上设有第一尾气流量电控阀，在催化裂解反应器的尾气余热回收出口与scr反应器的进气口之间的管路上设有第二尾气流量电控阀，在氨气管路上设有第三氨流量电控阀。
15.更进一步的，所述脱碳装置包括电控喷嘴、储液箱和碳捕集装置，scr反应器的出气口通过喷淋管路分别与储液箱的进液口和碳捕集装置的进气口连通，在喷淋管路上设置电控喷嘴，碳捕集装置的出气口与净化管路连通，在喷淋管路上靠近scr反应器的出气口处设有第四尾气流量电控阀。
16.更进一步的，电控喷嘴设置两个，分别为电控喷嘴一和电控喷嘴二。
17.更进一步的，所述碳捕集装置内设有由一定比例的单乙醇胺(mea)、二甲基氨基乙醇(dmae)、三乙醇胺(tea)和哌嗪(pz)混合的四元混胺溶液。
18.更进一步的，四元混胺溶液中各物质的摩尔比mea:dmae:tea:pz＝4:4:2:1。
19.更进一步的，在柴油罐出口与双燃料发动机的进气道之间的管路上设有柴油流量电控阀。
20.更进一步的，在双燃料发动机的进气道的空气端处设有空气流量电控阀。
21.更进一步的，所述催化裂解反应器还包括电加热器，电加热器位于催化裂解反应流道内部，电加热器对催化裂解反应流道进行辅助加热；在吸附式储氨罐外部包裹有电加热层，电加热层用于预热吸附式储氨罐。
22.本发明创造的另一目的在于提出一种近零碳排放发动机系统的工作方法，具体包
括：
23.当双燃料发动机发动机冷启动时，第二氨流量电控阀、空气流量电控阀、柴油流量电控阀、第一尾气流量电控阀、第二尾气流量电控阀、第三氨流量电控阀、第四尾气流量电控阀打开，第一氨流量电控阀和第三尾气流量电控阀关闭，双燃料发动机燃烧氨、柴油混合燃料；
24.两种燃料在进气道内与空气充分预混后进入双燃料发动机内燃烧，缸内燃烧后的高温尾气进入催化裂解反应器的尾气余热回收部分与催化裂解反应流道充分换热，同时电加热器对催化裂解反应流道进行辅助加热，在高温尾气和电加热器的共同作用下使催化裂解反应流道快速升温；
25.尾气流出催化裂解反应器后进入吸附式固体储氨除nox装置进行尾气脱氮，脱氮后的尾气流经脱碳装置脱碳处理后排入大气；
26.当双燃料发动机稳定运行时，催化裂解反应器的催化裂解反应流道内温度应达到某一温度以上，此时第一氨流量电控阀、第二氨流量电控阀、空气流量电控阀、第一尾气流量电控阀、第二尾气流量电控阀、第三氨流量电控阀和第三尾气流量电控阀打开，柴油流量电控阀和第四尾气流量电控阀关闭，液氨罐中流出的部分氨经第一氨流量电控阀进入催化裂解反应器的催化裂解反应流道中，氨气裂解为氢气和氮气，氢气和氮气流从催化裂解反应器的催化裂解反应流道出口流出并流入发动机进气管道内，与进气管道中的氨气和空气充分预混后进入双燃料发动机内燃烧；双燃料发动机燃烧氨、氢混合燃料；
27.缸内燃烧后的高温尾气进入催化裂解反应器的尾气余热回收部分与催化裂解反应流道充分换热，尾气流出催化裂解反应器后进入吸附式固体储氨除nox装置进行尾气脱氮，净化后的尾气经净化尾气管路排入大气中。
28.与现有技术相比，本发明创造所述的一种近零碳排放发动机系统的有益效果是：
29.(1)本发明创造所述的一种近零碳排放发动机系统，以两种不同模式运行，发动机在冷启动时利用柴油对氨气助燃实现快速暖机，同时燃烧产生的高温尾气对催化层加热，缩短了催化层温度达到适宜催化温度的时间，减少了电加热器的功率消耗，并对尾气废热加以利用，同时提高了能量利用效率和系统整体效率，且实现了在没有氢气供应时的发动机正常运行。
30.(2)本发明创造所述的一种近零碳排放发动机系统，该系统的尾气后处理系统同时具备脱氮与脱碳的功能，所提出的脱氮装置克服了传统车用尿素scr技术中生产成本和使用成本高、尿素溶液含氨量非常低、易在温度低于-11℃时结晶导致无法热解获得氨气用于脱氮等缺点，本发明利用尾气废热对吸附式储氨罐加热解吸出100％高纯度氨气，并使用多个电控阀门控制输入scr反应器中的氨气流量，大幅减少了脱氮工质的消耗。
31.(3)本发明创造所述的一种近零碳排放发动机系统，该系统所设置的碳捕集装置用于吸收冷启动阶段柴油辅助燃烧时产生的少量co2排放物，所使用的单乙醇胺(mea)、二甲基氨基乙醇(dmae)、三乙醇胺(tea)和哌嗪(pz)混合的四元混胺溶液对二氧化碳捕集率非常高，可以对尾气实现良好的脱碳效果。
附图说明
32.构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创
造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
33.图1为本发明创造实施例所述的一种近零碳排放发动机系统的结构示意图。
34.附图标记说明：
35.1、液氨罐；2、第一氨流量电控阀；3、第二氨流量电控阀；4、空气流量电控阀；5、柴油罐；6、柴油流量电控阀；7、双燃料发动机；8、催化裂解反应器；9、第一尾气流量电控阀；10、第二尾气流量电控阀；11、吸附式储氨罐；12、第三氨流量电控阀；13、scr反应器；14、第三尾气流量电控阀；15、第四尾气流量电控阀；16、电控喷嘴一；17、电控喷嘴二；18、储液箱；19、碳捕集装置。
具体实施方式
36.下面将结合附图对本发明创造的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明创造一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明创造中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明创造保护的范围。
37.在本发明创造的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
38.在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
39.此外，下面所描述的本发明创造不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
40.如图1所示，一种近零碳排放发动机系统，包括液氨罐1、柴油罐5、双燃料发动机7、催化裂解反应器8、吸附式固体储氨除nox装置和脱碳装置；
41.液氨罐1和柴油罐5各自通过一管路和双燃料发动机7的进气道连通，进气道与外界大气连通，液氨罐1的出口通过一管路与催化裂解反应器8的反应流道入口连通，催化裂解反应器8的反应流道出口与双燃料发动机7的进气道连通，双燃料发动机7的尾气出口与催化裂解反应器8的尾气余热回收入口连通，催化裂解反应期的尾气余热回收出口与吸附式固体储氨除nox装置连通，吸附式固体储氨除nox装置通过净化尾气管路与大气连通，吸附式固体储氨除nox装置与脱碳装置的进口连通，脱碳装置的出口与净化尾气管路连通；
42.在液氨罐1出口与催化裂解反应器8的反应流道入口之间的管路上设有第一氨流量电控阀2，在液氨罐1出口与双燃料发动机7的进气道连通的管路上设有第二氨流量电控阀3，在净化尾气管路上设有第三尾气流量电控阀14，在吸附式固体储氨除nox装置与脱碳装置的进口连通的管路上设有第四尾气流量电控阀15；
43.所述催化裂解反应器8用于与尾气换热并催化氨裂解制氢，吸附式固体储氨除nox装置用于对尾气脱氮，所述脱碳装置用于对尾气脱碳。
44.所述吸附式固体储氨除nox装置包括吸附式储氨罐11和scr反应器13，催化裂解反应器8的尾气余热回收出口通过管道分别与吸附式储氨罐11的进气口及scr反应器13的进气口连通，吸附式储氨罐11的出气口通过管道与scr反应器13的进气口连通，scr反应器13的出气口分别与净化尾气管路和脱碳装置连通，吸附式储氨罐11的氨气出口通过氨气管路与scr反应器13的还原剂进口连通；
45.在催化裂解反应器8的尾气余热回收出口与吸附式储氨罐11的进气口之间的管路上设有第一尾气流量电控阀9，在催化裂解反应器8的尾气余热回收出口与scr反应器13的进气口之间的管路上设有第二尾气流量电控阀10，在氨气管路上设有第三氨流量电控阀12。
46.吸附式储氨罐11及scr反应器13分别用以完成氨气储存与脱附，选择性催化还原反应除nox等工作。该吸附式储氨罐除nox系统工作温度范围宽泛，在50℃-100℃的低温区间也能有较高的nox转化率。吸附式储氨罐11外部包裹有电加热层，装置由电加热和废气驱动，在车辆启动之前，系统会被电预热，以便向scr反应器13中迅速注入氨气。吸附式储氨罐11以在特定环境下利用吸附材料吸附并储存流入罐内的氨。在氨气脱附及除nox流程中，催化裂解反应器8换热后的尾气将经由第一尾气流量电控阀9通入吸附式储氨罐11中，第一尾气流量电控阀9通过控制进入吸附式储氨罐11中的尾气流量来控制吸附式储氨罐11的内部温度，第二尾气流量电控阀10用于确保尾气流量正常及排气安全，吸附式储氨罐11受热后压力增大至脱附压力时将释放氨气，氨气通入scr反应器13与nox发生化学反应对尾气脱氮，第三氨流量电控阀12用于控制进入scr反应器13的氨气流量。
47.所述脱碳装置包括电控喷嘴、储液箱18和碳捕集装置，scr反应器13的出气口通过喷淋管路分别与储液箱18的进液口和碳捕集装置的进气口连通，在喷淋管路上设置电控喷嘴，碳捕集装置的出气口与净化管路连通，在喷淋管路上靠近scr反应器13的出气口处设有第四尾气流量电控阀15。电控喷嘴设置两个，分别为电控喷嘴一16和电控喷嘴二17。
48.电控喷嘴一16和电控喷嘴二17通过向管道内喷淋液态水对从scr反应器13中流出的尾气降温，使尾气温度降至65℃以下，电控喷嘴喷出的液态水被尾气吹至储液箱18中进行收集,碳捕集装置19内主要包括一定比例单乙醇胺(mea)、二甲基氨基乙醇(dmae)、三乙醇胺(tea)和哌嗪(pz)混合的四元混胺溶液，该溶液的摩尔比可以包括单乙醇胺(mea):二甲基氨基乙醇(dmae):三乙醇胺(tea):哌嗪(pz)＝(1-9):(1-9):(1-9):(1-9)混合而成；具体的，其较优配比可以是按照摩尔比mea:dmae:tea:pz＝4:4:2:1混合而成，也可以根据实际情况调整相应配比。
49.比起传统的氨水溶液、单乙醇胺溶液，其在co2吸收性能、温度适应性方面具有更好的表现。mea属于伯胺，吸收速率快，但再生能量高；dmae吸收性能好，但吸收速率较慢，二者构成混合胺溶液吸附二氧化碳比单胺溶剂在解吸速率、能耗等方面更优越；为了解决汽车尾气瞬时排气速率快，排气初温高的特点，进一步加入tea和pz增强吸收速率，同时由于pz特殊的环状结构，具有较高的耐热性和抗氧化性，提高了溶液整体的温度适应性，使得四元混合胺溶液更适用于本系统中汽车尾气的碳捕集。此外，该溶液在co2浓度较低时仍具有极高的co2吸收率，由于该系统仅在冷启动时使用柴油和氨掺混燃烧，柴油占比较低，生成
的co2浓度也较低，使用该碳捕集装置可以有效实现脱碳效果。
50.在柴油罐5出口与双燃料发动机7的进气道之间的管路上设有柴油流量电控阀6，柴油流量电控阀6用于控制柴油罐5内的柴油的供给量或是否供给。在双燃料发动机7的进气道的空气端处设有空气流量电控阀4，空气流量电控阀4用于控制空气的供给量。
51.所述催化裂解反应器8还包括电加热器，电加热器位于催化裂解反应流道内部，电加热器对催化裂解反应流道进行辅助加热；氨裂解催化剂分布于催化裂解反应器8的催化裂解反应流道中，电加热器紧贴催化裂解反应流道布置，尾气余热回收部分将与尾气的换热量输送至催化裂解反应流道外部，尾气余热回收部分和电加热器共同为催化裂解反应流道提供热量。在吸附式储氨罐11外部包裹有电加热层，电加热层用于预热吸附式储氨罐11。
52.本技术的液氨罐1用于提供氨，柴油罐5用于提供柴油，催化裂解反应器8用于与尾气换热并催化氨裂解制氢、吸附式储氨罐11用于对scr反应器补氨，scr反应器13用于对尾气脱氮，电控喷嘴一16和电控喷嘴二17用于对尾气降温，储液箱18用于收集电控喷嘴喷出的液态水，碳捕集装置19用于吸收尾气中少量co2。
53.本技术的基于催化裂解制氢与双模式掺混燃烧的近零碳排放发动机及尾气后处理系统中的双燃料发动机可以在冷启动和稳定运行两种工况下，分别燃用氨、柴油混合气和氨、氢混合气，实现汽车在发动机冷启动时的正常运行并缩短暖机时间，其中氢气通过将进气中的部分氨催化裂解获得。该系统同时还设有尾气后处理装置，利用尾气余热驱动吸附式储氨罐，通过热化学吸附/解吸技术获得高纯氨用于在scr反应器中脱除尾气中的nox污染物。在稳定运行模式下，经scr排出的尾气可直接排放至大气；在冷启动模式下，尾气流经碳捕集通路，经过水工质喷雾降温并吸收过剩nh3后流入碳捕集装置进行脱碳过程，最终实现系统近零碳零污染排放的效果。
54.一种近零碳排放发动机系统的工作方法，具体包括：
55.当双燃料发动机7发动机冷启动时，第二氨流量电控阀3、空气流量电控阀4、柴油流量电控阀6、第一尾气流量电控阀9、第二尾气流量电控阀10、第三氨流量电控阀12、第四尾气流量电控阀15打开，第一氨流量电控阀2和第三尾气流量电控阀14关闭，双燃料发动机7燃烧氨、柴油混合燃料；
56.两种燃料在进气道内与空气充分预混后进入双燃料发动机7内燃烧，缸内燃烧后的高温尾气进入催化裂解反应器8的尾气余热回收部分与催化裂解反应流道充分换热，同时电加热器对催化裂解反应流道进行辅助加热，在高温尾气和电加热器的共同作用下使催化裂解反应流道快速升温；
57.吸附式储氨罐11已提前由表面电加热层加热，吸附式储氨罐11受热后压力增大至脱附压力并释放一定量的氨气，第一尾气流量电控阀9通过调节进入吸附式储氨罐11的尾气流量实现对吸附式储氨罐11中温度和压力的控制,第三氨流量电控阀12调节进入scr反应器13中的氨气流量，以减少氨气消耗；尾气流出催化裂解反应器8后部分流入吸附式储氨罐11中对其加热，此时吸附式储氨罐11由尾气热量驱动；氨气进入scr反应器13中，流经第一尾气流量电控阀9和第二尾气流量电控阀10的尾气在吸附式储氨罐11的出口处汇合，并流入scr反应器13中与吸附式储氨罐11脱附的氨气发生化学反应，实现对尾气脱氮；
58.脱氮后的尾气自scr反应器13流出后流经第四尾气流量电控阀15，电控喷嘴喷淋的液态水将尾气温度降低，将尾气温度降至65℃以下，经过降温后的尾气进入碳捕集装置
中进行脱碳处理，自碳捕集装置流出的尾气排入大气；
59.当双燃料发动机7稳定运行时，催化裂解反应器8的催化裂解反应流道内温度应达到450℃以上，此时第一氨流量电控阀2、第二氨流量电控阀3、空气流量电控阀4、第一尾气流量电控阀9、第二尾气流量电控阀10、第三氨流量电控阀12和第三尾气流量电控阀14打开，柴油流量电控阀6和第四尾气流量电控阀15关闭，液氨罐1中流出的部分氨经第一氨流量电控阀2进入催化裂解反应器8的催化裂解反应流道中，氨气在钌基催化剂和高温环境的共同作用下裂解为氢气和氮气，形成一富氢气流，该富氢气流从催化裂解反应器8的催化裂解反应流道出口流出并流入发动机进气管道内，与进气管道中的氨气和空气充分预混后进入双燃料发动机7内燃烧；双燃料发动机7燃烧氨、氢混合燃料；
60.缸内燃烧后的高温尾气进入催化裂解反应器8的尾气余热回收部分与催化裂解反应流道充分换热，同时电加热器对催化层进行辅助加热，保证催化裂解反应流道温度始终保持在450℃以上；尾气流出催化裂解反应器8后部分流入吸附式储氨罐11中对其加热，流经第一尾气流量电控阀9和第二尾气流量电控阀10的尾气在吸附式储氨罐11的出口处汇合，并流入scr反应器13中与吸附式储氨罐11脱附的氨气发生化学反应，实现对尾气脱氮，由于氨氢掺混燃烧产物不含二氧化碳，因此从scr反应器13流出的尾气经第三尾气流量电控阀14后直接排出。
61.以上公开的本发明创造实施例只是用于帮助阐述本发明创造。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明创造仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明创造的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明创造。

技术特征：
1.一种近零碳排放发动机系统，其特征在于：包括液氨罐(1)、柴油罐(5)、双燃料发动机(7)、催化裂解反应器(8)、吸附式固体储氨除nox装置和脱碳装置；液氨罐(1)和柴油罐(5)各自通过一管路和双燃料发动机(7)的进气道连通，进气道与外界大气连通，液氨罐(1)的出口通过一管路与催化裂解反应器(8)的反应流道入口连通，催化裂解反应器(8)的反应流道出口与双燃料发动机(7)的进气道连通，双燃料发动机(7)的尾气出口与催化裂解反应器(8)的尾气余热回收入口连通，催化裂解反应期的尾气余热回收出口与吸附式固体储氨除nox装置连通，吸附式固体储氨除nox装置通过净化尾气管路与大气连通，吸附式固体储氨除nox装置与脱碳装置的进口连通，脱碳装置的出口与净化尾气管路连通；在液氨罐(1)出口与催化裂解反应器(8)的反应流道入口之间的管路上设有第一氨流量电控阀(2)，在液氨罐(1)出口与双燃料发动机(7)的进气道连通的管路上设有第二氨流量电控阀(3)，在净化尾气管路上设有第三尾气流量电控阀(14)，在吸附式固体储氨除nox装置与脱碳装置的进口连通的管路上设有第四尾气流量电控阀(15)；所述催化裂解反应器(8)用于与尾气换热并催化氨裂解制氢，吸附式固体储氨除nox装置用于对尾气脱氮，所述脱碳装置用于对尾气脱碳。2.根据权利要求1所述的一种近零碳排放发动机系统，其特征在于：所述吸附式固体储氨除nox装置包括吸附式储氨罐(11)和scr反应器(13)，催化裂解反应器(8)的尾气余热回收出口通过管道分别与吸附式储氨罐(11)的进气口及scr反应器(13)的进气口连通，吸附式储氨罐(11)的出气口通过管道与scr反应器(13)的进气口连通，scr反应器(13)的出气口分别与净化尾气管路和脱碳装置连通，吸附式储氨罐(11)的氨气出口通过氨气管路与scr反应器(13)的还原剂进口连通；在催化裂解反应器(8)的尾气余热回收出口与吸附式储氨罐(11)的进气口之间的管路上设有第一尾气流量电控阀(9)，在催化裂解反应器(8)的尾气余热回收出口与scr反应器(13)的进气口之间的管路上设有第二尾气流量电控阀(10)，在氨气管路上设有第三氨流量电控阀(12)。3.根据权利要求2所述的一种近零碳排放发动机系统，其特征在于：所述脱碳装置包括电控喷嘴、储液箱(18)和碳捕集装置，scr反应器(13)的出气口通过喷淋管路分别与储液箱(18)的进液口和碳捕集装置的进气口连通，在喷淋管路上设置电控喷嘴，碳捕集装置的出气口与净化管路连通，在喷淋管路上靠近scr反应器(13)的出气口处设有第四尾气流量电控阀(15)。4.根据权利要求3所述的一种近零碳排放发动机系统，其特征在于：电控喷嘴设置两个，分别为电控喷嘴一(16)和电控喷嘴二(17)。5.根据权利要求3所述的一种近零碳排放发动机系统，其特征在于：所述碳捕集装置内设有由一定比例的mea、dmae、tea和pz混合的四元混胺溶液。6.根据权利要求5所述的一种近零碳排放发动机系统，其特征在于：四元混胺溶液中各物质的摩尔比mea:dmae:tea:pz＝4:4:2:1。7.根据权利要求1所述的一种近零碳排放发动机系统，其特征在于：在柴油罐(5)出口与双燃料发动机(7)的进气道之间的管路上设有柴油流量电控阀(6)。8.根据权利要求1所述的一种近零碳排放发动机系统，其特征在于：在双燃料发动机
(7)的进气道的空气端处设有空气流量电控阀(4)。9.根据权利要求2所述的一种近零碳排放发动机系统，其特征在于：所述催化裂解反应器(8)还包括电加热器，电加热器位于催化裂解反应流道内部，电加热器对催化裂解反应流道进行辅助加热；在吸附式储氨罐(11)外部包裹有电加热层，电加热层用于预热吸附式储氨罐(11)。10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种近零碳排放发动机系统的工作方法，其特征在于：具体包括：当双燃料发动机(7)发动机冷启动时，第二氨流量电控阀(3)、空气流量电控阀(4)、柴油流量电控阀(6)、第一尾气流量电控阀(9)、第二尾气流量电控阀(10)、第三氨流量电控阀(12)、第四尾气流量电控阀(15)打开，第一氨流量电控阀(2)和第三尾气流量电控阀(14)关闭，双燃料发动机(7)燃烧氨、柴油混合燃料；两种燃料在进气道内与空气充分预混后进入双燃料发动机(7)内燃烧，缸内燃烧后的高温尾气进入催化裂解反应器(8)的尾气余热回收部分与催化裂解反应流道充分换热，同时电加热器对催化裂解反应流道进行辅助加热，在高温尾气和电加热器的共同作用下使催化裂解反应流道快速升温；尾气流出催化裂解反应器(8)后进入吸附式固体储氨除nox装置进行尾气脱氮，脱氮后的尾气流经脱碳装置脱碳处理后排入大气；当双燃料发动机稳定运行时，催化裂解反应器(8)的催化裂解反应流道内温度应达到某一温度以上，此时第一氨流量电控阀(2)、第二氨流量电控阀(3)、空气流量电控阀(4)、第一尾气流量电控阀(9)、第二尾气流量电控阀(10)、第三氨流量电控阀(12)和第三尾气流量电控阀(14)打开，柴油流量电控阀(6)和第四尾气流量电控阀(15)关闭，液氨罐(1)中流出的部分氨经第一氨流量电控阀(2)进入催化裂解反应器(8)的催化裂解反应流道中，氨气裂解为氢气和氮气，氢气和氮气流从催化裂解反应器(8)的催化裂解反应流道出口流出并流入发动机进气管道内，与进气管道中的氨气和空气充分预混后进入双燃料发动机(7)内燃烧；双燃料发动机(7)燃烧氨、氢混合燃料；缸内燃烧后的高温尾气进入催化裂解反应器(8)的尾气余热回收部分与催化裂解反应流道充分换热，尾气流出催化裂解反应器(8)后进入吸附式固体储氨除nox装置进行尾气脱氮，净化后的尾气经净化尾气管路排入大气中。

技术总结
本发明提供了一种近零碳排放发动机系统及其工作方法，属于车用发动机及尾气后处理领域。解决了氨氢发动机冷启动时间长、NO


技术研发人员：王紫璇 刘洋 张乐临 秦江 冯宇 王佳韵 李博
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（深圳）
技术研发日：2022.11.08
技术公布日：2023/5/13