[发明专利]一种分段式固体尿素分解制氨装置

说明书

技术领域

本发明属于柴油机尾气净化领域，具体涉及一种分段式固体尿素分解制氨装置，该装置可应用于机动车尾气处理。

技术背景

机动车尾气排放污染物中的NO_X占全球NO_X污染总量的20％，为了消除这些污染，满足日益严格的尾气排放标准，柴油车尾气后处理技术成为目前人们亟需发展的技术。目前，氨选择催化还原技术(SCR脱硝技术)被认为是最有效的去除机动车尾气中NO_X的技术。SCR脱硝技术是在富氧的条件下，在催化剂的作用下，利用NH₃作为还原剂，与尾气中的NO_X发生如下氧化还原反应：

4NH₃+4NO+O₂＝4N₂+6H₂O

常见的氨气制备系统所使用的原料为液氨和氨水，是以氨的液态和水合物的形式存在，只要加热即可通过蒸发或者分解过程获得氨气，但是由于氨气有毒，不易储存，在运输过程中一旦泄露就会造成重大的安全事故。

近年来，人们逐渐开发液态尿素选择催化还原技术，使用尿素溶液作为SCR反应的还原剂，希望通过如下两个反应来制备氨气直接应用在SCR反应中：

(1)尿素的热解反应，温度高于152℃：

H₂N-CO-NH₂(s)＝＝NH₃(g)+HNCO(g)

(2)异氰酸的水解反应：

HNCO+H₂O＝＝NH₃(g)+CO₂(g)

但是尿素水溶液在低温的情况下，容易结冰，不易储存；并且在尿素水溶液热解过程中，为使尿素中的水蒸发，会消耗大部分能量。同时尿素会在分解过程中形成沉积物，沉积在SCR催化器表面，容易使催化剂失活。Catalysis B：Environmental70(2007)91-99中的研究内容表明异氰酸水解催化剂在遇到尾气中的NO_X时催化剂表面会沉积硝酸盐，导致水解催化剂失活。

固体尿素选择催化还原技术(SSCR)利用固体尿素产生氨气，进入SCR催化器还原NOx，既继承了液态SCR技术的诸多优点，又解决了液态SCR的一系列问题，因此SSCR技术具有巨大的开发价值和市场应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于机动车尾气脱硝SSCR系统中的分段式固体尿素分解制氨装置及方法。

本发明所述的装置是一种可以适合于柴油车尾气后处理技术中的尿素制氨装置，采用化学催化的方法，在水的作用下将尿素分解成二氧化碳和氨气。本发明利用尿素热解催化剂(Pt、Ag或Pd)加速尿素的热解过程，将尿素快速热解成含有氨气和异氰酸的混合气体：H₂N-CO-NH₂(s)＝NH₃(g)+HNCO(g)；生成的异氰酸气体在异氰酸水解催化剂(固体酸催化剂SiO₂-Al₂O₃)的催化下，与水蒸汽反应生成氨气和二氧化碳：HNCO+H₂O＝NH₃(g)+CO₂(g)。

随着经济的发展，国民汽车保有量持续增高，尾气排放量日益增加，去除尾气中的氮氧化物成为尾气后处理技术的主要要求，本发明创造正符合此要求。

本发明所述的分段式尿素分解制氨装置由氨气反应罐2、按气流方向依次设置于氨气反应罐内的尿素热解催化装置3和异氰酸水解催化装置6组成；氨气反应罐2是内径为5～15厘米、厚度为4～8毫米、长度为10～20厘米的不锈钢罐，氨气反应罐2的前端设置有尿素进料口1，后端设置有氨气输出口10，在尿素进料口1的旁边设置有水蒸汽输送导管9(水蒸汽来自于汽车尾气)；在尿素热解催化装置3对应位置的氨气反应罐2的内侧设置有第一电加热装置4和第一温度传感器5；在异氰酸水解催化装置对应位置的氨气反应罐2的内侧设置有第二电加热装置7和第二温度传感器8；金属丝网与金属蜂窝载体焊接固定在反应罐内部。