一种分段式固体尿素分解制氨装置制造方法及图纸

本发明专利技术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。该装置由氨气反应罐、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和异氰酸水解催化装置组成；氨气反应罐的前端设置有尿素进料口，后端设置有氨气输出口，在尿素进料口的旁边设置有水蒸气输送导管；尿素热解催化装置由涂覆有玻璃涂层SiO2-Al2O3及担载尿素热解催化剂Pt、Ag或Pd的多层金属丝网载体构成；异氰酸水解催化装置由涂覆异氰酸水解催化剂SiO2-Al2O3的金属蜂窝载体构成。本发明专利技术使用尿素热解催化剂和异氰酸水解催化剂，对尿素制氨的每一阶段都进行催化，降低反应温度，加速反应的进行，节省能量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
机动车尾气排放污染物中的NOx占全球NOx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NOx发生如下氧化还原反应4NH3+4N0+02 = 4N2+6H20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(I)尿素的热解反应，温度高于152°C H2N-CO-NH2 (s) = = NH3 (g) +HNCO (g)(2)异氰酸的水解反应HNC0+H20 = = 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NOx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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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HNC0+H20 =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，本专利技术创造正符合此要求。本专利技术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 I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te内部。 如图I所示，氨气反应罐2为不锈钢材料制作而成；熔融装置0内部通过电加热控制温度在130 150°C之间，粉末状或粒状的尿素通过熔融装置0加热至熔融状，由尿素进料口 I喷射进氨气反应罐2中的尿素热解催化装置3内；尿素热解催化装置3由涂覆有玻璃涂层及担载尿素热解催化剂(Pt、Ag或Pd)的多层金属丝网载体构成，玻璃涂层及尿素热解催化剂(Pt、Ag或Pd)的质量和为金属丝网载体质量的I 5%;在玻璃涂层及尿素热解催化剂中，Pt的质量百分含量为0. I 0. 5 %、Ag的质量百分含量为I 5 %或Pd的质量百分含量为0. I 0. 5%，其余为SiO2和Al2O3组成的玻璃涂层，玻璃涂层中SiO2质量百分含量为60 80% ;尿素热解催化装置3通过环绕设置于氨气反应罐内侧的第一加热装置4进行加热，第一加热装置4为电磁加热线圈，电磁加热线圈采用漆包线制成，单层平铺；匝数为40 60之间，每根漆包线的直径2 6mm。第一加热装置4由电子调节与控制单元E⑶通过指令传导线401进行控制，E⑶可以选用EDC7-6DL2，并且可以根据实际车型情况选用不同型号的E⑶。只有E⑶下达指令时，加热装置4才会开始加热。第一温度传感器5 (可以使用数字温度传感器，光纤温度传感器等)实时监测尿素热解催化装置3内部的温度，当装置中温度低于尿素热解温度(152°C )时，温度传感器通过指令传导线501传送信号至ECU，ECU就会立刻通过指令传导线401将反馈信号传送至第一加热装置4，使第一加热装置4开始加热。当装置中温度高于预先设定的极限值时，ECU通过指令传导线401控制加热装置停止加热。整个系统通过ECU和第一温度传感器5以及第一加热装置4之间的相互协调作用可以使尿素热解催化装置3内的温度维持在尿素热解温度范围内(152 400°C )。异氰酸水解催化装置6由涂覆异氰酸水解催化剂(SiO2-Al2O3)的金属蜂窝载体构成，异氰酸水解催化剂(SiO2-Al2O3)的质量为金属蜂窝载体质量的I 5%,异氰酸水解催化剂由SiO2和Al2O3组成，其中SiO2的质量百分含量为50% 60% ;异氰酸水解催化装置6内部同样设置有环绕于氨气反应罐内侧的第二加热装置7 (同样采用电磁加热线圈加热)和第二温度传感器8，都通过ECU进行控制和调节，当异氰酸水解催化装置6内的温度低于300°C时，第二温度传感器8就会将信号通过指令传导线801传送至E⑶，E⑶就会通过指令传导线701将信号反馈给第二加热装置7开启电加热程序进行加热，当第二温度传感器8测得水解装置6内部温度高于预先设定的温度值时，通过信号传送ECU就会发送指令使第二加热装置7停止加热。整个系统通过ECU和第二温度传感器8以及第二加热装置7之间的相互协调作用可以使异氰酸水解催化装置6内的温度维持在异氰酸水解温度范围内(300 500。。)。图中9为水蒸汽输送导管，输送进氨气反应罐内部的水蒸汽通过尿素热解催化装置3，与尿素热解生成的含有异氰酸的混合气体混合后进入异氰酸水解催化装置6，水蒸汽与异氰酸在异氰酸水解催化装置6内通过异氰酸水解催化剂的催化作用反应生成氨气和二氧化碳。通入氨气反应罐内的水蒸汽的量与尿素进料口进入的尿素量的摩尔比为I I.5 : I。尿素热解催化装置内的金属丝网以及异氰酸水解催化装置内金属蜂窝载体选用的金属载体均为北京北冶功能材料有限公司出售的耐高温(700 900°C )的Ni-Cr-Fe合金材料，其中Ni质量含量35 %，Cr质量含量20 %，Fe质量含量45 %，金属丝网孔径密度为300目，金属蜂窝载体孔径密度为300目。金属丝网以及金属蜂窝载体的直径与反应装置相匹配，金属蜂窝载体长度为5 15厘米。尿素热解催化剂选用Pt、Ag或P本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩炜，李骏，韩旭，张贺，张克金，周亮，张苡铭，韩建，曹雅彬，王磊，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：