亚洲狠狠干,亚洲国产福利精品一区二区,国产八区,激情文学亚洲色图

氨氣發(fā)生器及其用于減少廢氣中的氮氧化物的用途的制作方法與工藝

文檔序號(hào):12201283閱讀:452來源:國知局
氨氣發(fā)生器及其用于減少廢氣中的氮氧化物的用途的制作方法與工藝
氨氣發(fā)生器及其用于減少廢氣中的氮氧化物的用途本發(fā)明涉及用于由氨前體物質(zhì)產(chǎn)生氨的氨氣發(fā)生器,用于制備氨的方法及其在廢氣后處理系統(tǒng)中用于減少廢氣中的氮氧化物的用途。內(nèi)燃機(jī)的廢氣中通常包含不希望排放到環(huán)境中的物質(zhì)。因此,許多國家設(shè)定了必須遵守的關(guān)于排放這些有害物質(zhì)(例如工業(yè)設(shè)備和汽車的廢氣)的限值。這些有害物質(zhì)包括氮氧化物(NOx),如特別是一氧化氮(NO)或二氧化氮(NO2),以及一系列的其它有害物質(zhì)??梢砸远喾N方式和方法減少來自內(nèi)燃機(jī)的廢氣的這些氮氧化物的排放。關(guān)于這一點(diǎn),要強(qiáng)調(diào)通過額外的廢氣后處理措施來還原,其特別是基于選擇性催化還原(selectivecatalyticreduction-SCR)。這些方法的共同點(diǎn)在于將對(duì)氮氧化物選擇性作用的還原劑添加到廢氣中,而因此在相應(yīng)的催化劑(SCR催化劑)的存在下進(jìn)行氮氧化物的轉(zhuǎn)化。這將氮氧化物轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境危害較小的物質(zhì),例如氮?dú)夂退?。目前已?jīng)使用的用于氮氧化物的還原劑為尿素(H2N-CO-NH2),它以尿素水溶液的形式添加到廢氣中。在此,在廢氣流中的尿素可以分解成氨(NH3),例如,通過熱的作用(熱解)和/或通過與水的反應(yīng)(水解)。由此形成的氨為氮氧化物的實(shí)際還原劑。汽車的廢氣后處理系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)一段時(shí)間,并且這也是許多出版物的主題。例如,歐洲專利EP487886B1描述了一種用于選擇性催化在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的含氧廢氣中的NOx還原的方法,其中將尿素及其熱解產(chǎn)物用作還原劑。此外,描述了一種管式蒸發(fā)器形式的用于產(chǎn)生氨的裝置,所述裝置包括噴霧裝置、具有蒸發(fā)器管的蒸發(fā)器和水解催化器。此外,歐洲專利EP1052009B1描述了一種用于在廢氣支流的協(xié)助下在反應(yīng)器中實(shí)施熱水解和計(jì)量添加尿素或尿素溶液的方法和裝置。在該方法中,廢氣支流從SCR催化器上游的排氣管被除去,并被引經(jīng)反應(yīng)器,其中在反應(yīng)器中在水解之后負(fù)載氨的支流同樣地還再次返回至SCR催化器上游的排氣管。此外,歐洲專利EP1338562B1描述了一種利用通過氨催化還原氮氧化物的裝置和方法。在此,在快速熱解條件下,由固體形式的尿素得到氨,以及由異氰酸水解得到氨,并供給至運(yùn)輸工具的廢氣流。另外,歐洲專利申請(qǐng)EP1348840A1描述了一種廢氣凈化系統(tǒng),其可以以20英尺的容器的形式作為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)單元運(yùn)輸。這樣運(yùn)行所述系統(tǒng),使得尿素溶液或氨溶液直接通過噴入裝置噴入到廢氣流中。將廢氣中所包含的氮氧化物在SCR催化器上進(jìn)行還原。此外,歐洲專利EP1338562B1描述了一種利用通過氨催化還原氮氧化物的裝置和方法。在此,在快速熱解條件下,由固體形式的尿素得到氨,以及由異氰酸水解得到氨,并供給至運(yùn)輸工具的廢氣流。另外,歐洲專利申請(qǐng)EP1348840A1描述了一種廢氣凈化系統(tǒng),其可以以20英尺的容器的形式作為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)單元運(yùn)輸。這樣運(yùn)行所述系統(tǒng)使得尿素溶液或氨溶液直接通過噴入裝置噴入到廢氣流中。將廢氣中所包含的氮氧化物在SCR催化器上進(jìn)行還原。另外,德國專利申請(qǐng)DE102006023147A1描述了一種用于產(chǎn)生氨的裝置,所述裝置為廢氣后處理系統(tǒng)的部件。此外,國際申請(qǐng)WO2008/077587A1和WO2008/077588A1描述了一種用于通過胍鎓鹽水溶液選擇性催化還原運(yùn)輸工具的廢氣中的氮氧化物的方法。在該方法中使用由胍鎓鹽水溶液產(chǎn)生氨的反應(yīng)器。廢氣后處理領(lǐng)域的新的開發(fā)是當(dāng)前工作的主題。因此,最近還追求在排氣管以外產(chǎn)生氨的概念。發(fā)生器的實(shí)施和用于運(yùn)行所述發(fā)生器的方法可由國際申請(qǐng)PCT/EP2012/062757、PCT/EP2012/062750和PCT/EP2012/062752獲得。雖然已經(jīng)了解氨氣發(fā)生器一段時(shí)間,但是至今為止所述技術(shù)還沒有在運(yùn)輸工具或任何其它用途中實(shí)施。至今為止,一直追求將氨前體物質(zhì)直接噴入到內(nèi)燃機(jī)的廢氣流中的概念,其中這種氨前體物質(zhì)通過適當(dāng)?shù)拇胧┰谂艢夤苤斜环纸鉃閷?shí)際的還原劑。然而,由于不完全的分解或分解產(chǎn)物在排氣管中的副反應(yīng),總是觀察到沉積物,所述沉積物會(huì)損壞還存在于排氣管中的催化器和過濾器。因此,本發(fā)明的目的在于提供克服了現(xiàn)有技術(shù)的這些缺點(diǎn)的氨氣發(fā)生器以及用于制備氨的方法。尤其是應(yīng)當(dāng)提供氨氣發(fā)生器,其可以設(shè)置于內(nèi)燃機(jī)廢氣設(shè)備的排氣管之外。根據(jù)本發(fā)明可以在廢氣中引入所產(chǎn)生的氨且不引入氨前體化合物。本發(fā)明的目的還在于提供氨氣發(fā)生器,其具有簡(jiǎn)單的構(gòu)造和緊湊的結(jié)構(gòu)并且提供氨前體物質(zhì)到氨氣的高轉(zhuǎn)化率且允許長(zhǎng)時(shí)間使用而不保養(yǎng)。此外,所述氨氣發(fā)生器應(yīng)當(dāng)可普遍使用,其中尤其是還可以使用不同類型的氨前體物質(zhì)。這些目的由根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨氣發(fā)生器以及根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于產(chǎn)生氨的方法實(shí)現(xiàn)。因此,本發(fā)明的主題是用于由氨前體物質(zhì)的溶液產(chǎn)生氨的氨氣發(fā)生器,其包括i)催化器單元,所述催化器單元包含用于將氨前體物質(zhì)分解和/或水解成氨的催化器和在所述催化器上游的混合室,其中所述催化器具有催化器體積V催化器,以及所述混合室具有混合室體積V混合室,ii)噴入裝置,用于將氨前體物質(zhì)的溶液引入所述混合室,和iii)用于所形成的氨氣的出口,其中所述噴入裝置包括噴嘴,所述噴嘴產(chǎn)生具有26至100μm的Sauter直徑D32的液滴。尤其是,所述噴入裝置可以包括噴嘴,所述噴嘴產(chǎn)生具有26至49μm,且非常特別優(yōu)選26至40μm的Sauter直徑D32的液滴。關(guān)于這一點(diǎn)要強(qiáng)調(diào)的是,根據(jù)本發(fā)明的氨氣發(fā)生器是用于由氨前體物質(zhì)產(chǎn)生氨的獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元。例如,這種結(jié)構(gòu)單元可以用于還原工業(yè)廢氣中的氮氧化物或用于來自內(nèi)燃機(jī)(如柴油發(fā)動(dòng)機(jī))的廢氣的廢氣后處理。這種氨氣發(fā)生器可以自主地運(yùn)行,或也可以借助廢氣側(cè)流進(jìn)行操作,然而其中在任何情況下將所形成的氨引入廢氣流,且在隨后的處理步驟中才借助氨進(jìn)行氮氧化物的還原。如果根據(jù)本發(fā)明的氨氣發(fā)生器被用作在內(nèi)燃機(jī)(例如柴油發(fā)動(dòng)機(jī))的廢氣后處理系統(tǒng)中的獨(dú)立部件,則可以因此進(jìn)行在廢氣流中的氮氧化物的還原而本身不在廢氣流中引入用于分解氨前體物質(zhì)的催化器或其它部件。因此,可以將采用根據(jù)本發(fā)明的氨氣發(fā)生器所產(chǎn)生的氨根據(jù)需要引入到廢氣流中。還防止了由于由例如氨前體物質(zhì)或氨前體物質(zhì)的分解產(chǎn)物的沉積物形式的雜質(zhì)導(dǎo)致的SCR催化器使用壽命的可能的縮短。此外,關(guān)于本發(fā)明,包括噴嘴的噴入裝置應(yīng)該被理解為將氨前體物質(zhì)的溶液,優(yōu)選氨前體物質(zhì)的水溶液噴霧、霧化或以另外的方式形成液滴的任何裝置或噴嘴,其中氨前體物質(zhì)的溶液形成為液滴形式,其具有26至100μm的液滴或微滴直徑D32。關(guān)于本發(fā)明,液滴或微滴直徑D32涉及根據(jù)德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN66141的索特(Sauter)直徑。此外,根據(jù)本發(fā)明,催化器單元應(yīng)當(dāng)被理解為這樣的結(jié)構(gòu)單元,其包括用于容納催化劑的殼體,在流動(dòng)方向上在催化器上游的混合室,和至少一種用于將氨前體物質(zhì)分解和/或水解為氨的催化劑,其中所述催化器具有催化器體積V催化器,以及所述混合室具有混合室體積V混合室。在此,所述混合室在流動(dòng)方向上一方面由催化器端面且另一方面由催化器單元的殼體或如果存在的話由孔板限定。任選地,所述催化器單元可以額外包括出口室,其在流動(dòng)方向上在催化器下游且用于輸出形成的氨氣。已發(fā)現(xiàn),不管最優(yōu)的噴入幾何學(xué)(角度和距離),尤其是在與載氣流一起應(yīng)用時(shí)達(dá)到在催化器端面上的非最佳的液滴均勻分布。徹底令人驚訝的是,通過使用噴嘴可以彌補(bǔ)該缺陷,所述噴嘴產(chǎn)生Sauter直徑D32為26至100μm的液滴。通過有目的地選擇噴嘴或噴嘴的有目的的使用(所述噴嘴產(chǎn)生Sauter直徑為26至100μm的液滴),進(jìn)行液滴在幾乎整個(gè)液流截面上的分布并因此進(jìn)行催化器端面的均勻潤濕。由此又避免了堆積并改進(jìn)了轉(zhuǎn)化率。不受理論的限制,可以說液滴具有過小的尺寸而具有低的慣性。由此僅將含液滴的流施加至催化器端面的部分區(qū)域上。由于較大的液滴的較大的慣性,可以提供含液滴的流,所述流潤濕催化器端面的幾乎100%,尤其是還在存在載氣流的情況下。此外可以發(fā)現(xiàn)的是,Sauter直徑D32為26至100μm的液滴能夠通過載氣流稍微更少地偏轉(zhuǎn),獲得均勻的噴射圖案,特別是在催化器端面的外部區(qū)域(大于直徑80%的區(qū)域),和獲得在催化器上整體均勻的分布。Sauter直徑D32為26至100μm的液滴由于其慣性而保持原始的通過噴嘴預(yù)定的噴射角度直至碰撞在催化器端面上,且因此獲得對(duì)應(yīng)于噴嘴的給定噴射角度的催化器端面的均勻潤濕。同時(shí),通過使用噴嘴(所述噴嘴產(chǎn)生Sauter直徑D32為26至100μm的液滴),可以實(shí)現(xiàn)氨氣發(fā)生器本身的緊湊的結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)單的構(gòu)造。此外,可以完全不可預(yù)料地發(fā)現(xiàn),用于將具有更大的Sauter直徑的液滴霧化(相當(dāng)于形成更小的新的液體表面積)所需的能量需求或者壓力明顯更小。由此產(chǎn)生特別簡(jiǎn)單的發(fā)生器結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案,所述噴入裝置可以包括噴嘴,所述噴嘴產(chǎn)生Sauter直徑D32為26μm,尤其是至少30μm,且特別優(yōu)選32μm的液滴,其中所述液滴同時(shí)或獨(dú)立地具有最高100μm,尤其是最高90μm,特別優(yōu)選最高80μm,特別優(yōu)選最該70μm,非常特別優(yōu)選60μm,且最優(yōu)選49μm,且還更優(yōu)選最高40μm的Sauter直徑D32。因此,根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)為,噴入裝置本身包括噴嘴,所述噴嘴產(chǎn)生具有在限定范圍內(nèi)的微滴直徑D32的微滴。通過使用這樣的噴嘴,可以達(dá)到>97%的氨生成水平AG。此外可以實(shí)現(xiàn)溶液在催化器端面上的特別均勻的分布。在此背景下和在下文中,氨生成水平AG被定義為在氨氣發(fā)生器中產(chǎn)生的NH3的摩爾量相對(duì)于理論上在氨前體物質(zhì)完全水解情況下應(yīng)生成的氨的摩爾量。根據(jù)本發(fā)明,氨生成水平>97%被認(rèn)為是完全轉(zhuǎn)化。根據(jù)本發(fā)明,通過均勻的微滴負(fù)荷避免了在每個(gè)環(huán)狀區(qū)域中超過最大端面負(fù)荷。只有由此才能保證在整個(gè)催化器端面上進(jìn)行幾乎完全的轉(zhuǎn)化且在長(zhǎng)期使用時(shí)不導(dǎo)致催化器端面上的環(huán)狀堆積。因此可以避免額外的維護(hù)。根據(jù)特別優(yōu)選的變型,尤其可以設(shè)計(jì)為噴入裝置本身包括噴嘴,所述噴嘴根據(jù)本發(fā)明是所謂的雙物料噴嘴。在此,雙物料噴嘴被理解為這樣的噴嘴,其使用加壓氣體,通常為空氣,作為用于使液相的表面破裂并因此用于形成微滴的助推劑。此加壓氣體也被稱為霧化空氣。因此,本發(fā)明的主題還有氨氣發(fā)生器,所述氨氣發(fā)生器包括噴入裝置,所述噴入裝置為雙物料噴嘴,在其中將待引入混合室的溶液加載壓縮空氣。優(yōu)選的是Sauter直徑D32為26至100μm的雙物料噴嘴??蛇x的或彼此獨(dú)立地,也可以設(shè)計(jì)為,氨氣發(fā)生器包括噴嘴,其具有將溶液引入混合室的第一數(shù)量的噴孔,所述第一數(shù)量的噴孔被用于將壓縮空氣或載氣引入混合室的第二數(shù)量的噴孔環(huán)狀圍繞??蛇x地也可以設(shè)計(jì)為,氨氣發(fā)生器包括噴嘴,所述噴嘴在無壓縮空氣下運(yùn)行。該所謂的單物料噴嘴或噴射器以機(jī)械液體啟動(dòng)(Flüssigkeitsaufbruch)而沒有另外的空氣流地工作。優(yōu)選的是產(chǎn)生Sauter直徑D32為26至100μm的液滴的單物料噴嘴。在此特別優(yōu)選的是具有多個(gè)開口或孔眼的單物料噴嘴。非常特別優(yōu)選的是超過一個(gè)用于將溶液引入氨氣發(fā)生器中的單物料噴嘴的組合。根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)方案還設(shè)計(jì)為,使得混合室的體積V混合室與催化器的體積V催化器的比率為1.5:1至5:1的比率。令人驚奇地,已經(jīng)發(fā)現(xiàn):如果溶液的微滴已經(jīng)在碰撞到催化器端面上之前部分蒸發(fā),則噴射的氨前體物質(zhì)可以完全分解為氨(轉(zhuǎn)化率>97%)。由此可以確保所述混合室的體積大于所述催化器的體積。由于微滴的部分蒸發(fā),而要向溶液供給足夠的能量以避免由于過大的液滴導(dǎo)致催化器端面的過度冷卻,因此消除了差的分解或副產(chǎn)物形成。此外,通過相應(yīng)的混合室體積V混合室確保了噴射的氨前體物質(zhì)以氣溶膠的形式在輸送氣流中均勻分布在催化器橫截面上,并碰撞到催化器上,并且避免了具有過高濃度的點(diǎn)(其反過來將導(dǎo)致差的轉(zhuǎn)化率)。在此非常特別優(yōu)選設(shè)計(jì)為:混合室體積V混合室與催化器的體積V催化器的比率為2:1至5:1,特別優(yōu)選1:1至5:1,特別優(yōu)選3:1至5:1,并且非常特別優(yōu)選3.5:1至5:1。根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施方案,根據(jù)本發(fā)明的氨氣發(fā)生器還包括至少一個(gè)用于載氣的入口,所述入口尤其產(chǎn)生垂直于催化器端面取向的載氣流。在此進(jìn)一步優(yōu)選的可以是,所述氨氣發(fā)生器包括孔板,在所述孔板的中心設(shè)置噴嘴的噴孔。在此,所述孔板進(jìn)一步優(yōu)選具有多個(gè)開口,通過所述開口使引入的載氣流分解為多個(gè)支流。特別優(yōu)選將所述開口這樣成型,使得可以產(chǎn)生多個(gè)平行的載氣支流(平行于催化器單元的流動(dòng)方向)。因此,獨(dú)立于前述類型的氨氣發(fā)生器,本發(fā)明的主題還有用于由氨前體物質(zhì)的溶液產(chǎn)生氨的氨氣發(fā)生器,其包括i)催化器單元,其包含用于將氨前體物質(zhì)分解和/或水解成氨的催化器和在所述催化劑上游的混合室,其中所述催化器具有催化器體積V催化器,以及所述混合室具有混合室體積V混合室,ii)噴入裝置,用于將氨前體物質(zhì)的溶液引入所述混合室,和iii)用于所形成的氨氣的出口,其中所述氨氣發(fā)生器還包括iv)至少一個(gè)用于載氣的入口,其產(chǎn)生垂直于催化器端面取向的載氣流。尤其是,該氨氣發(fā)生器還包括噴入裝置,所述噴入裝置本身包括噴嘴,所述噴嘴產(chǎn)生Sauter直徑D32為26至100μm的液滴。尤其是,所述噴入裝置可以包括噴嘴,所述噴嘴產(chǎn)生Sauter直徑D32為26至49μm,且非常特別優(yōu)選26至40μm的液滴。令人驚訝地證實(shí),在采用垂直于催化器端面引導(dǎo)的載氣流(下文同義的還有“輸送氣流”)的氨氣發(fā)生器的運(yùn)行中,可以防止在混合室范圍內(nèi)的催化器單元壁上的堆積并且可以提供載氣(下文同義的還有輸送氣)和氨前體物質(zhì)的溶液的持久良好的充分混合。如果不使用這樣的垂直于催化器端面引導(dǎo)的載氣流,則可以通過將氨前體物質(zhì)的溶液噴灑到混合室中來進(jìn)行混合室范圍內(nèi)的催化器單元壁的潤濕,并且可能出現(xiàn)不期望的副反應(yīng),例如氨前體物質(zhì)的聚合。該副反應(yīng)導(dǎo)致在混合室范圍內(nèi)的不期望的堆積,由此對(duì)于發(fā)生器的功能而言極其重要的載氣與氨前體物質(zhì)的溶液的充分混合不再可能持久。此外,由于載氣與溶液的不充分混合,在所述催化器中和在所述催化器處本身觀察到另外的堆積。通過垂直于催化器端面引導(dǎo)的載氣流,與微滴一起產(chǎn)生氣霧流使其在水解催化器的方向上軸向引導(dǎo)至水解催化器端面上。該氣霧流使得在催化器處非常良好地轉(zhuǎn)化為氨成為可能。載氣的引入在發(fā)生器的頂部區(qū)域,優(yōu)選在催化器單元中或混合室中的氨前體溶液的噴入裝置的高度進(jìn)行。將載氣,且特別是垂直于催化器端面引導(dǎo)的載氣流優(yōu)選以最高550℃的溫度,優(yōu)選以250至550℃的溫度,還優(yōu)選以250至400℃的溫度,且非常特別優(yōu)選以300至350℃的溫度引入混合室中。然而也可以設(shè)計(jì)為,將載氣,且特別是垂直于催化器端面引導(dǎo)的載氣流以低于250℃,特別是低于200℃,進(jìn)一步優(yōu)選低于150℃,特別優(yōu)選低于100℃,且非常特別優(yōu)選低于80℃的溫度引入混合室中,其中所述溫度同時(shí)應(yīng)當(dāng)為至少10℃,特別是至少20℃,且非常特別優(yōu)選25℃。此外令人驚訝地顯示,通過使用孔板可以將所引入的載氣流分解為多個(gè)支流且由此可以在催化器端面上產(chǎn)生所形成的液滴的特別均勻的分布。當(dāng)噴嘴的噴孔設(shè)置在孔板的中心時(shí),在催化器端面上所形成的液滴的均勻的分布在此尤其可以進(jìn)一步得到改進(jìn)。因此可以采用載氣的多個(gè)支流對(duì)噴入的液滴提供全面的包圍覆蓋。該覆蓋避免了氨前體物質(zhì)或不期望的分解產(chǎn)物由此在催化器單元內(nèi)壁上的堆積。尤其是本發(fā)明提供了一種氨氣發(fā)生器,所述氨氣發(fā)生器由內(nèi)燃機(jī)或工業(yè)設(shè)備的廢氣流自給地運(yùn)轉(zhuǎn),即不借助于來自燃燒氣體的廢氣流或廢氣支流作為載氣運(yùn)轉(zhuǎn)。尤其是在根據(jù)本發(fā)明的氨氣發(fā)生器中在不存在廢氣流的情況下由氨前體物質(zhì)形成氨。因此,根據(jù)另一方面,本發(fā)明的主題還有用于制備氨的方法,尤其是用于從氨前體物質(zhì)的溶液連續(xù)制備氨的方法,其中通過使用本文描述的氨氣發(fā)生器。在所述方法中,將所述溶液這樣引入催化器單元,使得所述溶液以Sauter直徑D32為26至100μm的液滴的形式噴入催化器單元中。特別有選的是這樣的方法,其中將載氣以垂直于催化器端面引導(dǎo)的載氣流的形式,尤其是以平行射束的形式引入催化器單元中。在此,進(jìn)一步可以特別優(yōu)選地設(shè)計(jì)為,將氨前體物質(zhì)的溶液以氣溶膠的形式引入載氣的多個(gè)平行射束中。同時(shí)或與此獨(dú)立地,所述方法可以采用具有最高550℃的溫度的載氣或垂直于催化器端面引導(dǎo)的載氣流進(jìn)行。優(yōu)選地,所述載氣或載氣流具有250至550℃或10至200℃的溫度。令人驚訝地發(fā)現(xiàn),氨氣發(fā)生器也可以采用具有低于氨前體物質(zhì)的分解溫度的溫度的載氣或載氣流運(yùn)行。在此,分解所必需的能量基本上由可加熱的催化器提供。令人驚訝的是,這樣的能量供應(yīng)足以達(dá)到完全轉(zhuǎn)化和>97%的高轉(zhuǎn)化率。因此,本發(fā)明的主題尤其還有一種方法,其中將具有在10至200℃范圍內(nèi)的溫度T(K)的載氣引入混合室(51),其中將溶液以Sauter直徑D32為26至100μm的液滴的形式噴入催化器單元中。進(jìn)一步優(yōu)選地,可以將載氣且尤其是垂直于催化器端面引導(dǎo)的載氣流以低于200℃,進(jìn)一步優(yōu)選低于150℃,特別優(yōu)選低于100℃,且非常特別優(yōu)選低于80℃的溫度引入或噴入混合室中,其中所述溫度同時(shí)應(yīng)當(dāng)為至少10℃,尤其是至少20℃,且非常特別優(yōu)選25℃。在本發(fā)明的背景中,在催化條件下,可以實(shí)現(xiàn)由前體物質(zhì)釋放氨的任何催化劑都可以被用作用于分解和/或水解氨前體物質(zhì)的催化劑。優(yōu)選的催化劑將氨前體物質(zhì)水解成氨和其它無害物質(zhì),如氮?dú)?,二氧化碳和水。因此,所述催化劑?yōu)選是水解催化劑。如果使用氨前體物質(zhì)溶液,例如胍鎓鹽溶液,尤其是甲酸胍溶液或尿素溶液或它們的混合物,則在催化活性的、由氧化物構(gòu)成的非氧化活性涂層的存在下可以發(fā)生形成氨的催化分解,所述氧化物選自二氧化鈦、氧化鋁和二氧化硅,及其混合物,和/或全部或部分金屬交換的水熱穩(wěn)定的沸石,尤其是ZSM5型或BEA型的鐵沸石。在此,尤其是考慮副族元素,并且優(yōu)選鐵或銅作為金屬。優(yōu)選將金屬氧化物,如二氧化鈦、氧化鋁以及二氧化硅施加到金屬載體材料上,如加熱管合金(尤其是鉻鋁鋼)上。、特別優(yōu)選的催化劑為水解催化劑,其尤其包括二氧化鈦、氧化鋁和二氧化硅以及它們的混合物的催化活性涂層?;蛘?,還可以使氨前體物質(zhì)、尤其是甲酸胍溶液和/或剩余的組分的催化分解形成氨和二氧化碳,其中使用氧化物構(gòu)成的催化活性涂層,所述氧化物選自二氧化鈦、氧化鋁和二氧化硅及其混合物,或/和經(jīng)全部或部分地金屬交換的水液穩(wěn)定的沸石,其用金和/或鈀作為氧化活性組分浸漬。具有鈀和/或金作為活性組分的相應(yīng)的催化劑優(yōu)選地具有0.001至2重量%,尤其是0.01至1重量%的貴金屬含量。借助這種類型的氧化催化劑可以在產(chǎn)生氨的過程中在胍鎓鹽的分解、尤其是甲酸鹽分解過程中就避免不希望地形成作為副產(chǎn)物的一氧化碳。優(yōu)選地,將具有0.001至2重量%,尤其是0.01至1重量%的貴金屬含量的具有鈀或/和金作為活性成分的催化涂層用于甲酸胍和任選的其它組分的催化分解。因此,本發(fā)明的主題還有包括水解催化劑的氨氣發(fā)生器,所述水解催化劑具有用金和/或鈀浸漬的催化活性涂層,尤其具有0.001至2重量%的金和/或鈀含量(基于催化涂層計(jì))。更優(yōu)選地,該催化劑具有氧化物構(gòu)成的催化活性涂層,所述氧化物選自二氧化鈦、氧化鋁和二氧化硅以及它們的混合物,或/和用金和/或鈀浸漬的水熱穩(wěn)定的沸石,其中金和/或鈀的含量更優(yōu)選為0.001至2重量%(基于所述催化涂層計(jì))。在本發(fā)明的范圍內(nèi),可以使用水解催化器,所述水解催化器在流動(dòng)方向上由至少兩段組成,其中包含非氧化活性的涂層的第一段和氧化活性涂層的第二段。優(yōu)選地,這種催化器的5至90體積%由非氧化活性涂層組成,以及這種催化器的10至95體積%由氧化活性涂層組成。尤其是,這種催化器的15至80體積%由非氧化活性涂層組成,以及這種催化器的20至85體積%由氧化活性涂層組成。或者,也可以在串聯(lián)排列的兩種催化器(其中包含非氧化活性涂層的第一催化器和包含氧化活性涂層的第二催化器)的存在下進(jìn)行水解。更優(yōu)選地,所述第一水解催化器也可以為加熱的催化器,以及第二水解催化器可以為未加熱的催化器。此外也可以設(shè)計(jì)為,使用由至少兩段組成的水解催化器,其中在流動(dòng)方向排列的第一段呈加熱的催化器形式,以及在流動(dòng)方向排列的第二段呈未加熱的催化器的形式。優(yōu)選地,所述催化器的5至50體積%由第一段組成,以及所述催化器的50至95體積%由第二段組成。因此根據(jù)本發(fā)明特別優(yōu)選的實(shí)施方式設(shè)計(jì)為使得氨氣發(fā)生器包括催化器單元,所述催化器單元具有至少兩部分的,特別優(yōu)選至少三部分的水解催化器,在流動(dòng)方向上的第一部分為加熱的催化器的形式,其優(yōu)選包括直接電阻加熱器和/或加熱套加熱器,而其第二部分為未加熱的催化器的形式,非常特別優(yōu)選在下游具有混合器結(jié)構(gòu)的未加熱的催化器作為第三部分。已經(jīng)發(fā)現(xiàn):為了完全催化轉(zhuǎn)化氨前體物質(zhì),優(yōu)選使用具有至少60cpsi(cpsi:每平方英寸的孔數(shù),在所述催化器的端面上的孔的數(shù)量)的催化劑孔數(shù)且具有已在上文描述的催化器體積的催化器。在此,為了在氨氣發(fā)生器中應(yīng)用,增加的反壓(通過催化器的壓力損失)將催化劑孔數(shù)限制在至多800cpsi。特別優(yōu)選的是那些催化器,尤其是水解催化器,其具有100至600cpsi每平方英寸催化器端面,100至500cpsi每平方英寸催化器端面,且非常特別優(yōu)選100至400cpsi每平方英寸催化器端面的催化器孔數(shù)。至于所述催化器單元的構(gòu)造,在測(cè)試中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)圓柱形結(jié)構(gòu)形式是特別合適的。在此,載氣流可以發(fā)揮其全部作用。其它結(jié)構(gòu)形式是不太合適的,因?yàn)樵诖饲闆r下,會(huì)觀察到過強(qiáng)的渦流。因此,本發(fā)明的主題還有氨氣發(fā)生器,其包括構(gòu)造為圓柱形形式的催化器單元。此外,已經(jīng)證明特別有利的是氨氣發(fā)生器包括催化器單元,所述催化器單元本身具有至少一個(gè)絕熱層,特別是由微孔隔熱材料制成的絕熱層。此外可以設(shè)計(jì)為所述氨氣發(fā)生器還包括用于計(jì)量添加氨前體物質(zhì)溶液的計(jì)量單元,其設(shè)置在所述噴入裝置的上游。由此通過這種計(jì)量單元可以精確調(diào)節(jié)待產(chǎn)生的氨。如果例如記錄到在發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣中氮氧化物輸出增加,則可以通過有針對(duì)性地控制用噴入裝置噴入的前體物質(zhì)的量來釋放限定量的氨。根據(jù)本發(fā)明,氨前體物質(zhì)被理解為可以轉(zhuǎn)變?yōu)槿芤呵铱梢越柚锢砗?或化學(xué)過程解離或以其他形式釋放氨的化學(xué)物質(zhì)。作為氨前體化合物,根據(jù)本發(fā)明尤其可以使用尿素、尿素衍生物、胍、雙胍和這些化合物的鹽和氨的鹽。尤其是根據(jù)本發(fā)明可以使用尿素和胍或其鹽。尤其可以使用由胍與有機(jī)或無機(jī)酸形成的鹽。在此,通式(I)的胍鎓鹽應(yīng)被認(rèn)為是特別優(yōu)選的,其中,R=H、NH2或C1-C12烷基,=乙酸根、碳酸根、氰酸根,甲酸根,氫氧根、甲氧根(Methylat)或草酸根。特別優(yōu)選的是甲酸胍。在本發(fā)明的范圍內(nèi),這些胍鎓鹽可以以單獨(dú)的物質(zhì)或以兩種或更多種的不同的胍鎓鹽的混合物的形式使用。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式,根據(jù)本發(fā)明使用的胍鎓鹽與尿素和/或氨和/或銨鹽組合。然而或者,在根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施方案,還可以使用尿素水溶液。胍鎓鹽與尿素以及氨或銨鹽的混合比可在寬范圍內(nèi)變化。然而,已經(jīng)證實(shí)特別有利的是:胍鎓鹽和尿素的混合物具有5至60重量%胍鎓鹽含量和5至40重量%的尿素含量,尤其是5至35重量%的尿素含量。此外,應(yīng)考慮具有5至60重量%的胍鎓鹽含量和5至40重量%的氨或銨鹽含量的胍鎓鹽和氨或銨鹽的混合物是優(yōu)選的。然而可替代地也可以使用尿素溶液,尤其是尿素水溶液。在此,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)尤其是通式(II)的化合物作為銨鹽特別有利。其中,R=H、NH2或C1-C12烷基,=乙酸根、碳酸根、氰酸根,甲酸根,氫氧根,甲氧根或草酸根。根據(jù)本發(fā)明所使用的氨前體物質(zhì),尤其是胍鎓鹽,以及任選由尿素或銨鹽組成的其它組分以溶液的形式使用,其中尤其是優(yōu)選將水和/或C1-C4醇用作溶劑。在此,水和/或醇溶液具有5至85重量%,尤其是30至80重量%的優(yōu)選固含量。在此令人驚訝地發(fā)現(xiàn):根據(jù)本發(fā)明,可以特別良好地使用濃度為20至60重量%的甲酸胍水溶液和濃度為25至40重量%的尿素水溶液,以及甲酸胍和尿素溶液的水性混合物,其中甲酸胍和尿素以濃度為5至60重量%的甲酸胍和濃度為5至40重量%的尿素包含在所述混合物中。在此,氨前體物質(zhì),尤其是胍鎓鹽的水溶液,胍鎓鹽或胍鎓鹽與尿素組合在水中的混合物具有0.2至0.5kg氨/升溶液的優(yōu)選的氨生成潛力,尤其是0.25至0.35kg氨/升溶液的氨生成潛力。由于其緊湊的結(jié)構(gòu)形式,在本文描述的氨氣發(fā)生器特別適合于在工業(yè)設(shè)備、內(nèi)燃機(jī)(例如,柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和汽油發(fā)動(dòng)機(jī))和氣體發(fā)動(dòng)機(jī)中使用。因此,本發(fā)明還包括根據(jù)所描述的類型的氨氣發(fā)生器的用途,以及所述方法用于還原來自工業(yè)設(shè)備、來自內(nèi)燃機(jī)(例如,柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和汽油發(fā)動(dòng)機(jī))和來自氣體發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣中的氮氧化物的用途。此外,本發(fā)明因此還包括廢氣后處理系統(tǒng),所述廢氣后處理系統(tǒng)包括本文描述的類型的氨氣發(fā)生器。尤其是本發(fā)明還包括廢氣后處理系統(tǒng),所述廢氣后處理系統(tǒng)還包括文丘里混合器,其中,所形成的氨氣的出口和文丘里混合器通過管道連接,尤其是直接連接。非常特別優(yōu)選地,本發(fā)明還包括廢氣后處理系統(tǒng),所述廢氣后處理系統(tǒng)還包括文丘里混合器,其中所形成的氨氣的出口與文丘里混合器通過管道連接,尤其是直接連接,且所述文丘里混合器是運(yùn)輸工具排氣管的部件,其中所述文丘里混合器在廢氣的流動(dòng)方向上設(shè)置于SCR催化器的上游。特別令人驚訝地發(fā)現(xiàn),通過使用于氨氣的氨氣發(fā)生器的出口與汽車排氣管中的文丘里混合器之間直接連接,可形成壓降,由于所述壓降可以引入所產(chǎn)生的氨而沒有另外的輔助手段引入排氣管。在此重要的是,將氨氣直接引入文丘里混合器。因此,同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)待還原廢氣和氨氣的足夠高的湍流。優(yōu)選如此設(shè)置在根據(jù)本發(fā)明的氨發(fā)生器中的噴入裝置和水解催化器:所述噴入裝置包括噴嘴,所述噴嘴具有10°至90°的理論噴霧角度α,噴孔至催化器端面的距離為15至2000mm。進(jìn)一步優(yōu)選如此引入氨前體物質(zhì)的溶液,使得催化器的端面負(fù)荷為0.2至15g/(h·cm2),優(yōu)選至少1.0且還更優(yōu)選至少3.0g/(h·cm2)。在下文中,通過附圖和相關(guān)的實(shí)施例更詳細(xì)地闡述本發(fā)明,其中:圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的氨氣發(fā)生器的軸向示意性截面圖;圖2顯示了運(yùn)輸工具中的廢氣設(shè)備的示意性結(jié)構(gòu);圖3顯示了在載氣流供給的區(qū)域中混合室的徑向截面圖(俯視圖)。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一氨氣發(fā)生器(100)。所述發(fā)生器(100)為圓柱形形式,并且包括:噴入裝置(40)、催化器單元(70)和用于所形成的氨氣的出口(80)。所述催化器單元(70)由多部分的水解催化器(60)、混合室(51)和出口室(55)組成。所述混合室在縱向(流動(dòng)方向)通過具有多個(gè)開口的孔板(48)來限定。在運(yùn)行狀態(tài)下,來自存儲(chǔ)容器(20)的氨前體溶液(B)通過計(jì)量泵(30)與噴霧空氣流(A)一起通過具有噴孔(42)的雙物料噴嘴(41),以限定的噴霧角度噴霧至氨氣發(fā)生器(100)的混合室(51)中,并且以細(xì)微滴分布。另外將載氣流(C)通過入口(56)引入混合室(51)中。將該載氣流(C)引導(dǎo)至孔板(48)上,在所述孔板中心設(shè)置噴嘴(41)的噴孔(42)。噴孔(42)處于孔板的水平。通過具有多個(gè)開口(49)的孔板(48),使載氣流平行于催化器單元的流動(dòng)方向生成載氣的多個(gè)支流,由此產(chǎn)生具有所噴入的氨前體物質(zhì)溶液的微滴的氣霧流,其軸向地以水解催化器(60)的方向輸送至水解催化器端面(61)。所述催化器(60)被配置為使得第一段(62)為具有水解涂層的可電加熱的金屬載體。接著為同樣具有水解涂層的未加熱的金屬載體催化器(63),和具有配置為混合結(jié)構(gòu)以改善徑向分布的水解涂層的未加熱的催化器(64)。所產(chǎn)生的氨氣(D)與熱載氣流一起經(jīng)由具有出口(80)和閥(81)的出口室(55)一起離開發(fā)生器(100)。所述發(fā)生器可以通過環(huán)繞催化器單元的殼體(54)的夾套加熱器(52)額外地加熱。除了噴入裝置(40)所在的頭部區(qū)域之外,以微孔隔熱材料構(gòu)成的絕熱件(53)包圍氨氣發(fā)生器(100)。圖2示出了對(duì)內(nèi)燃機(jī)(10)的廢氣后處理的示意性的物料流。在此,來自內(nèi)燃機(jī)(10)的廢氣通過加載單元(11)輸入并且在用于內(nèi)燃機(jī)的逆流進(jìn)氣(E)中被壓縮。廢氣(F)被引導(dǎo)經(jīng)過氧化催化器(12),從而達(dá)到相比于NO的更高的NO2濃度??梢栽陬w粒過濾器(13)之前和之后供給來自氨氣發(fā)生器(100)的含氨的氣流(D),并混合。在此,可以使用靜態(tài)混合器形式的額外的氣體混合器(14),或者例如文丘里混合器。也可以設(shè)計(jì)為,將含氨氣流(D)在另外的氣體混合器(14)水平處或在另外的氣體混合器(14)中或在另外的氣體混合器(14)之后引入排氣管中。然而在每種情況下,將含氨氣流(D)在SCR催化器(15)之前引入排氣管中。在SCR催化器(15)上借助還原劑NH3進(jìn)行NOx的還原(SCR=選擇性催化還原)。在此,可以采用單獨(dú)的載氣或者還采用廢氣支流運(yùn)行氨氣發(fā)生器。圖3顯示了在載氣流供給區(qū)域中混合室(51)的詳細(xì)視圖。在混合室(51)的區(qū)域中,所述催化器單元的外殼(54)被微孔隔熱材料的絕熱件(53)包圍。在氨氣發(fā)生器的頭部區(qū)域或在混合室(51)的頭部區(qū)域進(jìn)行載氣(C)的供給。在此,這樣設(shè)置載氣流(C)的入口(56),使得入口(56)在催化器的流動(dòng)方向上設(shè)置在孔板(48)之后。在噴嘴(41)的噴孔(42)的水平設(shè)置具有多個(gè)孔(49)的孔板(48)。該孔板產(chǎn)生多個(gè)載氣支流,所述載氣支流又在發(fā)生器中在催化器的方向調(diào)節(jié)向下的氣霧流。實(shí)施例具體實(shí)施例1:結(jié)構(gòu)基本對(duì)應(yīng)于在圖1中示出的氨氣發(fā)生器。氨氣發(fā)生器被配置為50-2000g/hNH3的計(jì)量添加量,并為圓柱形管式反應(yīng)器的形式。在頭部區(qū)域居中設(shè)置了Albonair公司的雙物料噴嘴(DosiersystemAlbonair),其噴霧角度α為20°。在選擇的運(yùn)行范圍內(nèi)的Sauter直徑為D32=37μm?;旌鲜业拈L(zhǎng)度為大約250mm。圍繞噴孔定位具有90mm直徑的在整個(gè)截面上具有圍繞中心設(shè)置的噴嘴的30mm開孔的孔板。將噴孔定位于孔板的水平??装宓目兹繛?mm且均勻地分布在截面上。在另外的實(shí)施方案的情況下,所述孔從內(nèi)(3mm)向外(8mm)擴(kuò)大。通過在噴嘴出口之前的孔板產(chǎn)生了0.2至2mbar的低的背壓,且因此產(chǎn)生輸送氣流的均勻的軸向流動(dòng)和因此尤其在邊緣區(qū)域促成作為遮蔽物圍繞壁區(qū)域保護(hù)的流(氣霧流)。由此避免了由于過強(qiáng)的湍流而使微滴滑向所述壁,從而導(dǎo)致堆積并且總氨生產(chǎn)水平從通常的97%降至低于90%。將包括金屬孔板的混合室的整個(gè)范圍用水解催化劑(催化活性TiO2,銳鈦礦,大約100g/l的載體涂層,Interkat公司)涂覆,以避免可能落在表面上的噴射的溶液的不期望的副反應(yīng)。已顯示,通過微滴在催化器端面上的均勻分布,不存在不期望的催化器表面的點(diǎn)狀過量負(fù)荷。在該情況下,將整個(gè)表面用于使溶液轉(zhuǎn)化為氨而沒有副產(chǎn)物。由此可以不產(chǎn)生堆積,如以在以大于100小時(shí)的運(yùn)行時(shí)間測(cè)試時(shí)所示那樣。如果沒有顯示堆積,則氨前體溶液的完全轉(zhuǎn)化耗盡,在這種情況下不再需要與堆積相關(guān)的維護(hù)。在此已顯示,對(duì)于這樣的構(gòu)造,作為氨前體溶液,既可以使用濃度為20%至60%的甲酸胍水溶液,也可以使用濃度為25%至40%的尿素水溶液,以及甲酸胍與尿素的含水混合物。由于還存在的微滴,在催化器端面處發(fā)生大約120-150℃的冷卻。出于該原因,這樣設(shè)置反應(yīng)器,使得采用熱的載氣流供給的熱量、一體化的可加熱的水解催化器和另外的能量供給引入如此多的能量,從而對(duì)于計(jì)量的量的溶液而言不發(fā)生低于約280℃的冷卻。除了噴射的溶液以外,同樣在氨氣發(fā)生器的頭部范圍這樣引入約1-5kg/h的熱的載氣流,使得其以氣霧流的形式圍繞催化器單元的內(nèi)壁并以層狀引導(dǎo)通過混合室。由此另外避免了噴射的微滴與內(nèi)壁接觸。載氣流在渦輪機(jī)之前分流并通過節(jié)流閥裝置供給至氨發(fā)生器。由于在渦輪機(jī)之前的較高的壓力,克服了經(jīng)過反應(yīng)器去往在SCR催化器上游的混合點(diǎn)10mbar的所必需的壓力差并因此使載氣流通過反應(yīng)器運(yùn)動(dòng)。廢氣支流的溫度取決于運(yùn)行狀態(tài)為介于250℃和550℃之間。與在催化器中和在催化器之后在催化器端面上設(shè)置的溫度傳感器(K型)結(jié)合進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。反應(yīng)器的所有外表面用絕熱件包圍。為了更佳的熱消散,僅其中噴入溶液的頭部區(qū)域未被隔離。在混合室之后用法蘭連接具有90mm直徑和300cpsi的可加熱的金屬載體催化器(EmitecEmicat,最大功率900W)。所述催化器為水解催化器的形式,涂布有催化活性TiO2(銳鈦礦,大約100g/l的載體涂層,Interkat公司),并這樣調(diào)節(jié),使得在催化器端面的溫度為介于280和400℃之間。在此,僅供給足以補(bǔ)償微滴由于蒸發(fā)導(dǎo)致的冷卻那么多的能量。為了達(dá)到高達(dá)至少70001/h的空速,下游連接400cpsi的另外水解催化器,產(chǎn)生大約900ml的總催化器體積。在熱的水解催化器處產(chǎn)生的氨在底部區(qū)域自由地、從反應(yīng)器末端的出口開口中心流出。在此,出口區(qū)域優(yōu)選成型為圓錐形,以防止在邊緣形成渦流以及因此堆積可能的殘留物。將來自氨氣發(fā)生器的氣體混合物優(yōu)選在>80℃的溫度下供給至SCR催化器之前的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣流,以避免碳酸銨沉積,以及通過靜態(tài)混合器在該廢氣流中均勻地分布。作為用于所有金屬部件的材料,使用1.4301(V2A,DINX5CrNi18-10)或者1.4401(V4A,DINX2CrNiMo17-12-2),1.4767,或者其它廢氣催化器典型的Fe-Cr-Al合金。具體實(shí)施例2:在具體實(shí)施例2中,如此配置氨發(fā)生器,用具有相當(dāng)?shù)膰婌F圖案的單物料噴嘴(噴射器,HiliteGen2LiquidOnly)替代雙物料噴嘴。在此,達(dá)到完全霧化而沒有額外的壓縮空氣。在該實(shí)施方案的情況下,Sauter直徑為D32=29μm。相應(yīng)地,在該實(shí)施方案的情況下不再需要壓縮空氣或額外的空氣泵用于霧化的運(yùn)行。具體實(shí)施例3:在具體實(shí)施例3中,如此運(yùn)行氨發(fā)生器,使得環(huán)境空氣作為載氣流經(jīng)由氨發(fā)生器吸入。所述發(fā)生器對(duì)應(yīng)于實(shí)施例1中的實(shí)施方案。作為載氣流,使用冷的環(huán)境空氣替代熱的廢氣支流。所述環(huán)境空氣的溫度為介于10℃和25℃之間。經(jīng)過反應(yīng)器直至廢氣流中的混合點(diǎn)的壓力差借助廢氣流中的文丘里噴嘴克服。在廢氣流中,在SCR催化器上游如此安裝文丘里氣體混合器,使得相應(yīng)的負(fù)壓將環(huán)境空氣作為載氣流吸入并通過反應(yīng)器并與富含氨的氣體混入廢氣流。在此,來自反應(yīng)器的含氨氣體的混合點(diǎn)居中位于廢氣流中集成的文丘里噴嘴中的最窄截面中。通過文丘里噴嘴收縮中的多個(gè)的孔吸入來自反應(yīng)器的氣體并徑向均勻分布地供給至廢氣流。
當(dāng)前第1頁1 2 3 
網(wǎng)友詢問留言 已有0條留言
  • 還沒有人留言評(píng)論。精彩留言會(huì)獲得點(diǎn)贊!
1