[发明专利]含有尿素的水溶液的制备方法和设备

说明书

技术领域

在最广泛的方面，本发明涉及一种制备含有尿素的水溶液的方 法，通过氮氧化物与气态氨的还原反应，该水溶液拟用于去除存在于 燃烧废气中的氮氧化物(NOx)。

具体的，本发明涉及前述类型的以氨气和二氧化碳为原料合成制 备尿素的方法。

本发明还涉及实施前述类型的方法的制备含有尿素的水溶液的 设备。

背景技术

众所周知，关于化石燃料的燃烧产生的气体排放物(燃烧气或废 气)的国际法律，以越来越严格的方式，强制大幅减少包含在所述气 体排放物中的污染物，其中特别是氮氧化物(NOx)，因为氮氧化物 (NOx)是所述酸雨的成因。

为此目的，已经开发出不同的处理化石燃烧的气体排放物的方 法，特别的，选择性催化还原氮氧化物(NOx)的方法——更广为人知 地称为SCR法——被广泛应用，它能够去除气体排放物中的大部分 NO和NO₂，将其转化为对环境惰性的化合物，如氮气和水蒸气。

该方法特别适用于大量减少重型汽车，特别是具有柴油或涡轮增 压柴油发动机的重型汽车的气体排放物的氮氧化物。

SCR法是基于以下一系列化学反应，通过需要净化的气流中的氨 气和氧气，与氮氧化物反应，致使去除氮氧化物：

4NO+O₂+4NH₃＝4N₂+6H₂O

6NO₂+8NH₃＝7N₂+12H₂O

NO+NO₂+2NH₃＝2N₂+3H₂O

以上所示的反应是强放热反应，据估计，含有1000ppm NOx 的气流，在转化过程中，其温度平均升高10～11℃。

SCR法的优选的温度区间是180℃～350℃，在低于180℃的温 度下转化不完全，因此不可能保证通常所需的去除率；而在高于350 ℃的温度，气流中的氨气和氧气会发生副反应，如在400℃，主要通 过以下反应，损失约5～10％的氨气。

4NH₃+5O₂＝4NO+6H₂O          (4)

该反应的出现将对抗在高于350℃的温度下的净化过程发生的反 应，不低于最低运行温度200℃的实际需求需要采用合适的催化系统 或不依赖于过程运行的催化剂；最新型的重型汽车，如配备Euro 4或 Euro 5发动机的重型汽车，通常都配备这种催化系统或催化剂。

对于运行SCR法所需的氨气的加入，众所周知都使用水溶液中 的氨气或尿素，其浓度通常为水溶液重量的15-35％。

这种水溶液通过雾化喷嘴注入到需要净化的SCR催化系统(或催 化剂)上游的气流中，催化系统的上游也可以是另一种固定混合装置， 以保证气流所需的紊流，并顺利分散反应物。

特别的，在上述过程中，由于要避免氨气或氨气水溶液的运输或 储存的相关危险，将水溶液中的尿素用作反应物是非常常用的。在这 种情况下，根据以下反应，从尿素的原位分解获得要处理的气流的净 化所需的氨气。

N₂H₄CO+H₂O＝2NH₃+CO₂

分解反应是吸热反应，所需热量由需处理的气流(一般都具有高 于300℃的温度)提供，这也能够将气体的温度降低至以上所示的SCR 法的优选值。

对于获得用于去除氮氧化物的水溶液中的尿素，现有技术首先预 计通过常规尿素设备合成制备熔融状或颗粒状尿素，然后用水稀释尿 素直到所得水溶液获得所需尿素浓度。

采用该方法，由于能够获得高纯度(99％或更高的纯度)的合成 尿素(熔融状或颗粒状)，就可能获得非常纯而且没有游离氨气(由 于难闻的气味和对环境的影响，不希望有氨气)的终产品(水溶液中 的尿素)。