用于還原廢氣中的氮氧化物產(chǎn)生氨的氨氣發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于由氨前體物質(zhì)產(chǎn)生氨的氨氣發(fā)生器，以及涉及其用于還原廢氣中的氮氧化物的用途，所述廢氣特別地，來(lái)自工業(yè)設(shè)施、來(lái)自內(nèi)燃機(jī)、來(lái)自氣體發(fā)動(dòng)機(jī)、來(lái)自柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或來(lái)自汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。
【專利說(shuō)明】用于還原廢氣中的氮氧化物產(chǎn)生氨的氨氣發(fā)生器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于由氨前體物質(zhì)產(chǎn)生氨的氨氣發(fā)生器，和其在廢氣后處理系統(tǒng)中用于還原廢氣中的氮氧化物的用途。
【背景技術(shù)】
[0002]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(guó)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)施和汽車的廢氣)的限制。這些有害物質(zhì)包含氮氧化物(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)。
[0003]可以以多種方式減少來(lái)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(lái)還原，其特別是基于選擇性催化還原(SCR)。這些方法的共同點(diǎn)是將對(duì)氮氧化物選擇性作用的還原劑加入到廢氣中，而因此在相應(yīng)的催化劑(SCR催化劑)的存在下使氮氧化物轉(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?br> [0004]目前已經(jīng)使用的用于氮氧化物的一種還原劑為尿素(H2N-CO-NH2),它以尿素水溶液的形式加入到廢氣中。在此，在廢氣流中的尿素可以分解成氨(NH3)，例如，通過熱(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。
[0005]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公開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，其中尿素及其熱解產(chǎn)物被用作還原劑。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，并且所述裝置包括一個(gè)噴霧裝置、具有蒸發(fā)器管的蒸發(fā)器，和水解催化器。
[0006]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，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。
[0007]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，以及水解條件下由異氰酸得到氨，并供給至運(yùn)輸工具的廢氣流。
[0008]另外，歐洲專利申請(qǐng)EP1348840A1公開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。
[0009]另外，德國(guó)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。
[0010]此外，在國(guó)際申請(qǐng)W02008/077587A1和W02008/077588A1描述了一種用于通過胍
鎗鹽水溶液選擇性催化還原運(yùn)輸工具廢氣中的氮氧化物的方法。在該方法中使用由胍鎗鹽水溶液產(chǎn)生氨的反應(yīng)器。
[0011]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，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)物在排氣管中的二次反應(yīng)，總是觀察到沉積物，其會(huì)損壞還存在于排氣管中的催化器和過濾器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種克服了現(xiàn)有技術(shù)的這些缺點(diǎn)的氨氣發(fā)生器。本發(fā)明的另一目的是提供一種氨氣發(fā)生器，其具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，提供了氨的前體物質(zhì)至氨氣的高轉(zhuǎn)化率，并允許無(wú)需維護(hù)地長(zhǎng)期使用。另外，應(yīng)該可以使用通用的氨氣發(fā)生器，其中特別是也可以使用不同類型的氨前體物質(zhì)。
[0013]這些目的是由根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨氣發(fā)生器實(shí)現(xiàn)的。
[0014]因此，根據(jù)第一實(shí)施方式，本發(fā)明的主題是由氨前體物質(zhì)產(chǎn)生氨的氨氣發(fā)生器，其包括催化器單元，其中所述催化器單元還包括用于使氨前體物質(zhì)分解和/或水解為氨的催化器和催化器上游的混合室，以及催化器具有催化器體積以及混合室具有混合室體積^@4。另外，氨氣發(fā)生器包括用于將氨的前體物質(zhì)溶液引入到混合室的噴入裝置和形成的氨氣的出口，其中所述噴入裝置還包括具有10°至90°的理論噴霧角度α的噴嘴，以及噴嘴開口距催化器端面的距離為15至2000mm。
[0015]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(lái)自內(nèi)燃機(jī)(如柴油發(fā)動(dòng)機(jī))中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，或也可以借助側(cè)廢氣流進(jìn)行操作，然而其中在任何情況下，氮氧化物只有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)的獨(dú)立部件，因此，可以進(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，可以將使用根據(jù)本發(fā)明的氨氣發(fā)生器產(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降低。
[0016]因此，根據(jù)本發(fā)明，氨前體物質(zhì)沒有供給至廢氣流，其中后來(lái)由氨前體物質(zhì)原位地形成氨，并且在廢氣流中起到還原劑的作用。可替代地，根據(jù)本發(fā)明，之前在獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元，即在根據(jù)本發(fā)明的氨氣發(fā)生器中形成的氨被供給至所述廢氣流中。因此，根據(jù)本發(fā)明，氨特別是首先在作為獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元的氨氣發(fā)生器中由氨前體物質(zhì)產(chǎn)生。這種氨，而不是氨前體物質(zhì)，隨后被引入廢氣流中，特別是從而實(shí)現(xiàn)還原其中的氮氧化物。
[0017]將在根據(jù)本發(fā)明的氨氣發(fā)生器中形成的氨優(yōu)選在內(nèi)燃機(jī)下游的位置，并且特別地在氧化催化器下游的位置供給至廢氣中。將在根據(jù)本發(fā)明中的氨氣發(fā)生器中產(chǎn)生的氨特別是在SCR催化器之前供給至廢氣流中。
[0018]在此，對(duì)于本發(fā)明關(guān)鍵的是噴入裝置和水解催化器在氨氣發(fā)生器內(nèi)部的排列和幾何結(jié)構(gòu)，所述噴入裝置還包括具有10°至90°的理論噴霧角度α的噴嘴，以及噴嘴開口距催化器端面的距離為15至2000mm。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，理論噴霧角度α (在下文中也被稱為噴霧角度α)應(yīng)被理解為在一個(gè)或多個(gè)噴嘴開口的出口處在25°C下在待噴霧的溶液上0.1至10巴的操作壓力以及任選地0.5至10巴的操作范圍的噴霧空氣(雙物料噴嘴)的情況下設(shè)定的噴霧角度，而不存在載氣或噴霧溶液的任何其它影響。
[0020]令人驚奇地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn):只有包括具有10°至90°的理論噴霧角度α的噴嘴的氨氣發(fā)生器才可能實(shí)現(xiàn)具有超過95%的氨氣生成水平AG的氨前體物質(zhì)的可接受的轉(zhuǎn)化率，同時(shí)從噴嘴開口至催化器的端面的距離必須為15至2000mm。大于或小于要設(shè)定的距離和/或使用具有其它的理論噴霧角度的噴嘴，僅在單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生了總量不足的氨和/或氨前體物質(zhì)至氨的轉(zhuǎn)化不完全和/或促進(jìn)在發(fā)生器的內(nèi)壁或催化器端面上的由自前體物質(zhì)和/或分解產(chǎn)物或反應(yīng)產(chǎn)物所形成的沉積。在此背景下和在下文中，氨生成水平AG被定義為在所述方法中生成的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>95%被認(rèn)為是完全轉(zhuǎn)化。令人驚奇的是，使得該觀察不依賴于所使用的溶液。
[0021]所述催化器的端面直徑優(yōu)選為至少30mm，特別地至少50mm，進(jìn)一步優(yōu)選為至少100mm,以及最多1000mm,進(jìn)一步更優(yōu)選最多800mm,進(jìn)一步更優(yōu)選最多500mm。
[0022]例如，如果使用具有大于90°的噴霧角度α的噴嘴，以及所述距離小于15mm，例如，催化器端面的直徑為30mm的情況下，所述催化器單元的內(nèi)壁被噴入的溶液過度潤(rùn)濕，使得未轉(zhuǎn)化的氨前體物質(zhì)和/或分解產(chǎn)物或反應(yīng)產(chǎn)物形成沉積，并且在混合室的內(nèi)部觀察到實(shí)際的增長(zhǎng)。相反，如果使用具有小于10°的噴霧角度α的噴嘴，以及所述距離超過2000mm，例如，催化器端面的直徑為1000mm的情況下，催化器端面的過小的表面被噴入的溶液潤(rùn)濕，使得在催化器的端面壁的表面上形成較大的液滴，并且記錄到單位面積的端面氨前體物質(zhì)的濃度過高，并觀察到催化器端面的增長(zhǎng)。此外，在這兩種極端情況下，僅記錄到小于95%的氨生成水平。
[0023]理想的情況下，換句話說(shuō)，為了達(dá)到高于95%的氨前體物質(zhì)至氨的轉(zhuǎn)化率并避免前體物質(zhì)與催化器單元的內(nèi)壁接觸，在計(jì)量添加過程中必須符合根據(jù)本發(fā)明的獨(dú)特的決定性的條件。如果在水解催化器之前，所述前體物質(zhì)還潤(rùn)濕催化器單元的內(nèi)壁，不充分的催化分解會(huì)導(dǎo)致不希望的副反應(yīng)，因而導(dǎo)致在這些位置出現(xiàn)有問題的沉積。因此，必要的是以這樣的方式噴入，使得對(duì)于給定的催化器端面，發(fā)生在催化器端面上的噴霧錐直徑為催化器直徑的至多98%。與此相反，噴霧錐直徑必須為催化器端面直徑的至少80%，從而避免在給定的面積上的濃度過高，從而防止由前體物質(zhì)造成過度端面負(fù)荷。催化器端面的過度負(fù)荷導(dǎo)致與催化劑接觸不充分，以及導(dǎo)致由于液體蒸發(fā)引起的過度冷卻，而因此同樣導(dǎo)致不完全的轉(zhuǎn)化，以及與沉積相關(guān)的不希望的副反應(yīng)。因此，根據(jù)本發(fā)明，存在噴嘴的噴霧角度α和所述噴嘴開口與給定催化器端面的距離的必須遵守的組合。
[0024]因此，根據(jù)另一方面，本發(fā)明的主題為用于使用氨氣發(fā)生器由氨前體物質(zhì)的溶液產(chǎn)生氨的方法，其中，噴霧錐直徑為使用的催化器的直徑的至多98 %，優(yōu)選至多95%，特別地至多93%，以及至少80%，優(yōu)選至少83%，特別地至少95%。其中噴霧錐直徑為使用的催化器直徑的至多95 %，以及至少80 %，以及還特別優(yōu)選至多95 %，并且至少85%的這種方法是特別優(yōu)選的。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的噴霧錐為可以借助具有限定的噴霧角度α的一個(gè)噴嘴或多個(gè)噴嘴產(chǎn)生的待噴霧的溶液的錐，其中所述噴霧錐直徑為小液滴碰撞在催化器端面上所得到的直徑。這是由在25°C下在被噴霧的溶液上的0.1至10巴的液體壓力，以及任選地在0.5至10巴的操作范圍內(nèi)的霧化空氣(雙物料噴嘴)設(shè)定。在使用根據(jù)本發(fā)明任選的載氣的情況下，所述噴霧錐直徑是在25°c下在待噴霧溶液上0.1至10巴的液體壓力，以及任選地在使用載氣的情況下在0.5至10巴的操作范圍的霧化空氣(雙物料噴嘴)設(shè)定。
[0026]在此背景下，關(guān)于本發(fā)明，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、霧化或另外形成液滴的任何裝置，其中氨前體物質(zhì)的溶液形成為液滴形式，其特別地具有小于25 μ m的液滴直徑d32。關(guān)于本發(fā)明，小液滴直徑d32涉及根據(jù)德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN66141的索特(Sauter)直徑。
[0027]因此，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，其提供了一種噴入裝置，反過來(lái)，所述噴入裝置包括產(chǎn)生具有小于25 μ m的小液滴直徑d32的小液滴的噴嘴。在此背景下，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選進(jìn)一步設(shè)置為所述噴嘴產(chǎn)生具有小于20 μ m且還特別優(yōu)選小于15 μ m的小液滴直徑d32的小液滴。同時(shí)或獨(dú)立地，進(jìn)一步優(yōu)選噴嘴產(chǎn)生具有大于0.1 μ m，特別地大于I μ m的小液滴直徑d32的小液滴。當(dāng)使用這種類型的噴嘴時(shí)，也可以達(dá)到>95%的氨生成水平(見上文)。此外，可以實(shí)現(xiàn)溶液在催化器端面上的特別均勻地分布。
[0028]然而，可替代地，還可以設(shè)置所述噴入裝置包括所謂的閃蒸器。
[0029]令人驚奇地，已進(jìn)一步顯示:在具有產(chǎn)生10 -1OOgANH3的NH3效率的氨氣發(fā)生器的情況下，具有30至80mm的催化器直徑D彳的催化器和具有20°至60°的理論噴霧角度α的噴嘴是最合適的。這些值使得可以實(shí)現(xiàn)氨前體物質(zhì)溶液的噴霧而催化器單元的內(nèi)壁不會(huì)被潤(rùn)濕，并且均勻地提供用于反應(yīng)成氨的催化器端面，并且不會(huì)產(chǎn)生不希望的副產(chǎn)物和沉積。用這些參數(shù)確保在由此規(guī)定的50ml至1000ml的催化器體積內(nèi)保持50001/h至300001/h范圍的空速。測(cè)量已經(jīng)顯示:在這些空速范圍內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)氨前體物質(zhì)，特別是胍鎗鹽例如甲酸胍至氨的完全分解(轉(zhuǎn)化率>95% )。
[0030]因此，本發(fā)明的另一主題是一種氨氣發(fā)生器，其包括噴入裝置，所述噴入裝置包括具有20°至90°，特別地20°至60°，并且還特別優(yōu)選30°至60°C的噴霧角度α的噴嘴，其中催化器的直徑Dis為30至80mm。在此背景下，進(jìn)一步優(yōu)選，噴嘴開口至催化器端面的距離為15至200mm，特別地，50至200mm，還特別優(yōu)選50至150mm。在此背景下，進(jìn)一步優(yōu)選，所述催化器的長(zhǎng)度L為30mm至2000mm,特別優(yōu)選70mm至1000mm,并且還特別優(yōu)選70mm 至 700mm。
[0031]反之，如果規(guī)定產(chǎn)生100 - 1000g/h NH3的NH3效率，則發(fā)現(xiàn)，具有80至450mm的催化器直的催化器是必須，優(yōu)選與具有20°至60°的理論噴霧角度α的噴嘴相結(jié)合。在此背景下，還確保沒有小液滴碰撞在催化器單元的周圍內(nèi)壁上，和小液滴達(dá)到充分分布在催化器端面上，因此可以實(shí)現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化(>95%)而沒有副產(chǎn)物和沉積。同樣地，用所得的I至100升的催化器總體積，保持50001/h至300001/h的空速。因?yàn)樵谶@些空速范圍內(nèi)可以定量實(shí)現(xiàn)氨前體物質(zhì)，特別是胍鎗鹽，例如甲酸胍鹽至氨完全分解(轉(zhuǎn)化率>95% )。
[0032]因此，本發(fā)明的另一主題是一種氨氣發(fā)生器，其包括噴入裝置，所述噴入裝置包括具有20°至90°，特別地20°至60°，并且還特別優(yōu)選30°至60°C的噴霧角度α，其中催化器的直徑Dis為80至450mm。在此背景下，進(jìn)一步優(yōu)選地，噴嘴開口至催化器的端面的距離為15至500mm,特別地,50至500mm,還特別優(yōu)選100至400mm。在此背景下,進(jìn)一步優(yōu)選，所述催化器的長(zhǎng)度L為30mm至2000mm,特別優(yōu)選70mm至1000mm,并且還特別優(yōu)選70mm至 700mm。[0033]在產(chǎn)生1000 - 50000g/h NH3的NH3效率的情況下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，必須具有450至1000mm的催化器直徑1^^^的催化器，優(yōu)選與具有20°至60°的理論噴霧角度α的噴嘴相結(jié)合。這種催化器尺寸表明:在所述催化器前噴霧使得沒有小液滴碰撞在催化器單元的周圍內(nèi)壁上，和小液滴達(dá)到充分分布在催化器端面上，因此可以實(shí)現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化(>95% )而沒有副產(chǎn)物和沉積。同樣，用所得的100~1000升的催化器總體積，保持50001/h~300001/h的空速，因?yàn)樵谶@些空速范圍內(nèi)可以定量實(shí)現(xiàn)氨前體物質(zhì)(特別是胍鎗鹽，如甲酸胍)至氨的完全分解(轉(zhuǎn)化率>95% )。
[0034]因此，本發(fā)明的另一主題是一種氨氣發(fā)生器，其包括噴入裝置，所述噴入裝置包括具有20°至90°，特別地30°~90°，并且還特別優(yōu)選20°至60°C的噴霧角度α的噴嘴，其中催化器的直徑450至1000mm。在此背景下，進(jìn)一步優(yōu)選，噴嘴開口至催化器端面的距離為15至1500mm，特別地，50至1000mm，還特別優(yōu)選300至1000mm。在此背景下，進(jìn)一步優(yōu)選，所述催化器的長(zhǎng)度L為30mm至2000mm,特別優(yōu)選70mm至1000mm,并且還特別優(yōu)選70mm至700_。
[0035]還特別優(yōu)選，包括催化器單元的氨氣發(fā)生器，其中，所述催化器的催化器直徑Disifc器與催化器長(zhǎng)度的比率為1:1至1: 5，特別地1:2至1: 4，并且還特別優(yōu)選1:3。催化器直徑D催_(dá)優(yōu)選為20至2000mm，特別地30至1000mm，并且還更優(yōu)選30至100mm。然而，也可以設(shè)置為使得所述直徑D催化器為30至80mm，80至450mm或450至1000mm。
[0036]關(guān)于本發(fā)明，特別地關(guān)于氨氣發(fā)生器的特定布置，進(jìn)一步設(shè)置為所述噴嘴開口到催化器端面的距離可以為特別地15至1500mm，并且特別優(yōu)選15至1000mm，并且還特別優(yōu)選15至800 mm。然而，獨(dú)立地或同時(shí)地，還可以設(shè)置為，所述噴嘴開口至催化器的端面的距離為至少30mm,更優(yōu)選至少40mm,特別優(yōu)選至少50mm,特別優(yōu)選至少60mm,特別優(yōu)選至少100mm,并且還特別優(yōu)選至少300mm,并且進(jìn)一步獨(dú)立地或同時(shí)地至多1500mm,特別是至多1000mm,特別是至多800mm,特別是至多500mm,特別是至多400mm,特別優(yōu)選至多200mm,且還特別是至多150mm。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)形式，還設(shè)置為使得混合室的體積^@3|與催化器的體積ViS.的比率為1.5:1至5:1。令人驚奇地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn):如果溶液的小液滴已經(jīng)在碰撞到催化器端面上之前部分蒸發(fā)，則噴霧的氨前體物質(zhì)可以完全分解為氨(轉(zhuǎn)化率>95%)。由此可以確保所述混合室的體積大于所述催化器的體積。由于小液滴的部分蒸發(fā)，而要向溶液供給足夠的能量以防止由于過大的液滴導(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)的混合室體積確保噴霧的氨前體物質(zhì)作為在載氣流中的氣溶膠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(lái)將導(dǎo)致差的轉(zhuǎn)化率。在該背景下，還特別優(yōu)選設(shè)置為:混合室體積與催化器的體積Vmk的比率為2.5:1至5:1，特別優(yōu)選3:1至5:1，并且還特別優(yōu)選3.5:1至5:1。
[0038]催化器的體積V催化器優(yōu)選為50ml至10001?；旌鲜业捏w積合室優(yōu)選至少IOml,優(yōu)選至少50ml,更優(yōu)選至少100ml,更優(yōu)選至少200ml,更優(yōu)選至少1000ml,更優(yōu)選至少2000ml，并且更優(yōu)選至少5000ml。同時(shí)或獨(dú)立地，混合室的體積優(yōu)選為至多2.51，更優(yōu)選至多101，更優(yōu)選至多801，更優(yōu)選至多5001，更優(yōu)選至多12001，并且更優(yōu)選至多20001。
[0039]本發(fā)明的一個(gè)必要的部件是噴入裝置，其包括至少一個(gè)用于將氨前體物質(zhì)的溶液引入到混合室中的噴嘴。根據(jù)本發(fā)明，所述噴嘴可優(yōu)選為所謂的單物料噴嘴或雙物料噴嘴。然而，可替代地，還可以設(shè)置為以噴嘴形式的所述噴入裝置包括所謂的閃蒸器。在閃蒸器中，將以熱形式的能量額外地提供至液體中使得部分地設(shè)定為超臨界狀態(tài)，并且在節(jié)流位置之后在膨脹的情況下在噴嘴中存在突然或快速的相變。然而，特別優(yōu)選雙物料噴嘴。
[0040]根據(jù)特別優(yōu)選的變體，可以特別設(shè)置為所述噴入裝置包括所謂的雙物料噴嘴。在此背景下，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小液滴的助推劑。此加壓氣體也被稱為霧化空氣。這種類型的噴嘴可以實(shí)現(xiàn)氨前體物質(zhì)特別精細(xì)地分布，小液滴直徑d32小于25 μ m，特別地小于20 μ m0
[0041]在此背景下，助推劑，特別是霧化空氣，優(yōu)選與氨前體物質(zhì)的溶液通過相同的噴嘴開口被引入混合室中。
[0042]獨(dú)立地或同時(shí)地，所述噴入裝置還可以包括至少兩個(gè)噴嘴，其特別地可以同時(shí)或彼此分開地開關(guān)，以將氨前體物質(zhì)引入至混合室中。
[0043]根據(jù)氨氣發(fā)生器的改進(jìn)形式，設(shè)置為:噴嘴，特別地雙物料噴嘴，其具有至少10°，特別地至少20°，特別地至少25°，特別優(yōu)選至少30°，特別優(yōu)選至少35°，特別優(yōu)選至少40°，并且還特別優(yōu)選至少45°的噴霧角度α。同時(shí)地或獨(dú)立地，進(jìn)一步優(yōu)選這樣的噴嘴，所述噴嘴具有至多90°，特別地至多80°，特別地至多75°，特別地至多70°，特別優(yōu)選至多65°，特別優(yōu)選至多60°，特別優(yōu)選至多55°，并且還特別優(yōu)選至多50°的理論噴霧角度α。如前所述，通過有目的地使用具有限定的噴霧角度α的噴嘴，可以實(shí)現(xiàn)待噴霧的溶液的均勻分布，而沒有在壁上或催化器端面上發(fā)生沉積。
[0044]作為進(jìn)一步的措施，為了使催化器單元的內(nèi)壁不被氨前體物質(zhì)的溶液潤(rùn)濕，可以根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步開發(fā)設(shè)置:所述氨發(fā)生器包括另外的用于載氣的入口，所述入口關(guān)于噴入到混合室中的溶液產(chǎn)生切向載氣流?；蛘?，還可以設(shè)置為:在噴嘴的周圍設(shè)置至少一個(gè)載氣入口，其構(gòu)造為使得載氣在引入至混合室中的溶液周圍形成外殼。以這種方式，將噴霧的溶液用載氣構(gòu)成的外殼包封，使得觀察到內(nèi)壁不被潤(rùn)濕。
[0045]因此，在另一實(shí)施方式中`，本發(fā)明涉及包括至少一個(gè)載氣入口的氨氣發(fā)生器。所述入口優(yōu)選位于混合室中，并且特別是獨(dú)立的或與噴嘴開口分離，通過所述噴嘴開口引入氨前體物質(zhì)的溶液。因此，載氣可獨(dú)立于氨前體物質(zhì)的溶液地引入。所述入口優(yōu)選地產(chǎn)生關(guān)于噴入到混合室中的溶液的切向或平行的載氣流。對(duì)于平行的載氣流，用于載氣的一個(gè)或多個(gè)入口開口優(yōu)選排列在壁上，其中，用于引入氨前體物質(zhì)的溶液的噴入裝置也位于所述壁上。
[0046]載氣，以及特別地，切向或平行的載氣流，在至多550°C的溫度下，優(yōu)選在250至5500C的溫度下，更優(yōu)選在250~400°C的溫度下，還特別優(yōu)選在300至350°C的溫度下被引入到混合室中。
[0047]令人驚奇地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn):通過切向載氣流，可以進(jìn)一步抑制在混合室的區(qū)域中在催化器單元的壁上的沉積，并且可以提供載氣和氨前體物質(zhì)溶液的持久良好混合。因此，幾乎完全抑制潤(rùn)濕在混合室的區(qū)域中的催化器單元的壁。通過切向載氣流產(chǎn)生具有小液滴的以水解催化器至水解催化器端面的方向軸向地引導(dǎo)的渦流混沌流(Wirbelschleierstrdmung )。這種渦流混沌流可實(shí)現(xiàn)在所述催化器上非常良好地轉(zhuǎn)化為氨。在所述發(fā)生器的頭部區(qū)域在氨前體溶液至催化器單元或至混合室中的噴霧裝置的高度進(jìn)行載氣的切向供給。在此背景下，將氣流盡可能淺地(flach)以這樣的方式引向混合室的壁，使得在催化器單元中指向下游的渦流調(diào)節(jié)為催化器端面的方向。
[0048]如果使用的噴嘴包括第一數(shù)量的用于將氨前體物質(zhì)的溶液引入到催化器單元中的噴嘴開口，則產(chǎn)生類似的效果，所述噴嘴開口被第二數(shù)量的用于將載氣或霧化空氣引入至催化器單元中的噴嘴開口包圍。
[0049]特別地，本發(fā)明提供了氨氣發(fā)生器，其獨(dú)立于廢氣流地運(yùn)行，換言之，在沒有來(lái)自燃燒氣體的廢氣流作為載氣的幫助下獨(dú)立地運(yùn)行。特別地，在根據(jù)本發(fā)明的氨氣發(fā)生器中，在沒有廢氣流的存在下，由氨前體物質(zhì)形成氨氣。相反地，優(yōu)選所形成的氨氣僅在進(jìn)一步的步驟中作為還原劑供給至廢氣流。
[0050]然而，還可以設(shè)置為支流被用作載氣，其應(yīng)被脫除了氮氧化物。在此背景下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn):根據(jù)本發(fā)明的氨氣發(fā)生器應(yīng)該使用至多20%，特別地至多15%，特別地10%，并且還特別優(yōu)選至多5%比例的支流操作。還可以設(shè)置為使用包含至少0.1%的總廢氣的支流作為載氣并更優(yōu)選小于4%，且還特別優(yōu)選小于2%的總廢氣。此外，根據(jù)本發(fā)明的氨氣發(fā)生器可以具有至少一個(gè)絕熱層。
[0051]廢氣的支流視為從主氣流中分出的并且作為運(yùn)輸氣流或載氣流被引導(dǎo)通過發(fā)生器的以重量百分比形式的百分比比例。
[0052]原則上，根據(jù)本發(fā)明，任何氣體可以被用作載氣流。由于載氣流應(yīng)該優(yōu)選具有250°C至550°C的溫度，為了良好的能量效率，優(yōu)選使用已經(jīng)被加熱的氣體，例如增壓空氣或部分的廢氣流。然而，還可以將任何載氣加熱至希望的溫度。
[0053]可以進(jìn)一步設(shè)置為:所述氨氣發(fā)生器還包括用于計(jì)量添加氨前體溶液的計(jì)量單元，其在所述噴入裝置的上游。以這種方式，通過這種計(jì)量單元可以精確控制產(chǎn)生的氨。如果例如在發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣中記錄到氮氧化物輸出增加，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(lái)釋放限定量的氨。
[0054]根據(jù)本發(fā)明，氨前體物質(zhì)被理解為是可以在溶液中輸送且可以借助物理和/或化學(xué)過程解離或以其他形式釋放氨的化學(xué)物質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明，特別地，尿素、尿素衍生物、胍、雙胍和這些化合物的鹽和氨的鹽可被用作氨前體化合物。根據(jù)本發(fā)明，特別地，可以使用尿素和胍或其鹽。特別地，可以使用由胍與有機(jī)或無(wú)機(jī)酸形成的鹽。在此背景下，通式(I )的胍鎗鹽應(yīng)被認(rèn)為是特別優(yōu)選的，
[0055]
【權(quán)利要求】
1.用于由氨前體物質(zhì)的溶液產(chǎn)生氨的氨氣發(fā)生器(100),其包括: -催化器單元(70)，其包括用于將氨前體物質(zhì)分解和/或水解為氨的催化器(60)和所述催化器(60)上游的混合室(51)，其中所述催化器(60)具有催化器體積Visis，以及混合室(51)具有混合室體積^^^# -用于將所述氨前體物質(zhì)的溶液引入混合室(51)的噴入裝置(40)， -形成的氨氣的出口(80)， 其特征在于 所述噴入裝置(40)包括具有10°至90°的理論噴霧角度α的噴嘴(41)，并且所述噴嘴開口(42)與所述催化器(60)的端面(61)的距離為15至2000mm。
2.根據(jù)至少一個(gè)前述權(quán)利要求所述的氨氣發(fā)生器(100)，其特征在于，所述噴入裝置(40)包括具有20°至60°的噴霧角度α的噴嘴(41)，以及所述催化器的直徑D彳為30至 80_。
3.根據(jù)至少一個(gè)前述權(quán)利要求所述的氨氣發(fā)生器(100)，其特征在于，所述噴入裝置(40)包括具有20°至60°的噴霧角度α的噴嘴(41)，以及所述催化器的直徑D彳為80至 450mm。
4.根據(jù)至少一個(gè)前述權(quán)利要求所述的氨氣發(fā)生器(100)，其特征在于，所述噴入裝置(40)包括具有20°至60°的噴霧角度α的噴嘴(41)，以及所述催化器的直徑450至 1000mm。
5.根據(jù)至少一個(gè)前述權(quán)利要求所述的氨氣發(fā)生器(100)，其特征在于，所述混合室的體積與所述催化器體積^^^的比率為1.5:1至5:1。
6.根據(jù)至少一個(gè)前述權(quán)利要求所述的氨氣發(fā)生器(100)，其特征在于，所述噴入裝置(40)包括至少兩個(gè)噴嘴，其可同時(shí)或彼此分開地開關(guān)，以將氨前體物質(zhì)的溶液引入到混合室中。
7.根據(jù)至少一個(gè)前述權(quán)利要求所述的氨氣發(fā)生器(100)，其特征在于，所述氨氣發(fā)生器(100)包括關(guān)于噴入到混合室(51)中的溶液產(chǎn)生切向載氣流的載氣的其它入口(56)。
8.根據(jù)至少一個(gè)前述權(quán)利要求所述的氨氣發(fā)生器(100)，其特征在于，所述噴嘴(41)為雙物料噴霧，以及所述催化器(60)為水解催化器。
9.根據(jù)至少一個(gè)前述權(quán)利要求所述的氨氣發(fā)生器(100)，其特征在于，所述噴嘴(41)具有用于將溶液引入至催化器單元(70)的第一數(shù)量的噴嘴開口，其被用于將載氣引入至催化器單元(70)的第二數(shù)量的噴嘴開口環(huán)狀包圍。
10.根據(jù)至少一個(gè)前述權(quán)利要求所述的氨氣發(fā)生器(100)，其特征在于，所述氨氣發(fā)生器(100)進(jìn)一步包括用于計(jì)量添加氨前體物質(zhì)溶液的計(jì)量添加單元(30)，其位于噴入裝置(40)的上游。
11.根據(jù)至少一個(gè)前述權(quán)利要求所述的氨氣發(fā)生器(100)，其特征在于，所述催化器(60)為具有至少60cpsi至至多SOOcpsi的催化劑孔數(shù)的水解催化器。
12.根據(jù)至少一個(gè)前述權(quán)利要求所述的氨氣發(fā)生器(100)，其特征在于，所述催化器(60)具有使用金和/或鈀浸潰的催化活性涂層。
13.根據(jù)至少一個(gè)前述權(quán)利要求所述的氨氣發(fā)生器(100)，其特征在于，催化器單元(70)包括水解催化器(62，63),其被分為兩部分,在流動(dòng)方向上的第一部分為加熱的催化器(62)的形式，以及第二部分為未加熱的催化器(63,64)的形式。
14.根據(jù)至少一個(gè)前述權(quán)利要求所述的氨氣發(fā)生器(100)，其特征在于，所述氨氣發(fā)生器包括至少一個(gè)絕熱層(53)。
15.根據(jù)至少一個(gè)前述權(quán)利要求所述的氨氣發(fā)生器(100)用于還原來(lái)自工業(yè)設(shè)施、來(lái)自內(nèi)燃機(jī)、來(lái)自氣體發(fā)動(dòng)機(jī)、 來(lái)自柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或來(lái)自汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣中的氮氧化物的用途。
【文檔編號(hào)】C01C1/08GK103748039SQ201280037667
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月1日
【發(fā)明者】C·格哈特, T·扎特爾梅爾, P·托謝夫 申請(qǐng)人:澳澤化學(xué)股份公司