本發(fā)明屬于化工與環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種一氧化氮發(fā)生裝置及制備方法。更具體地，涉及一種用于化工、環(huán)保等領(lǐng)域測(cè)試設(shè)備的一氧化氮發(fā)生裝置及制備方法。

背景技術(shù)：

一氧化氮（no）是一種有毒性的無色氣體，它是最重要的大氣污染物之一，同時(shí)也是生物體內(nèi)的一種重要的信使分子。在化工、環(huán)保、生物醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，一氧化氮?dú)怏w通常用于反應(yīng)測(cè)試或相關(guān)應(yīng)用。特別是在環(huán)保領(lǐng)域，在測(cè)試脫硝催化劑反應(yīng)性能時(shí)，一氧化氮?dú)怏w用于模擬所需的反應(yīng)煙氣條件。

目前，一氧化氮通常通過氣體鋼瓶提供，或者采用將氨噴入燃燒爐內(nèi)的方法制備。由于鋼瓶裝一氧化氮價(jià)格較高，且充裝壓力通常不超過3.5mpa，每瓶鋼瓶?jī)H能提供約1400l標(biāo)況氣體，在用量較大時(shí)會(huì)大幅提高測(cè)試成本。采用氨燃燒的方法可有效降低成本，但由于燃燒時(shí)氧含量無法精確控制，所生成的一氧化氮量通常不夠穩(wěn)定、難于精確調(diào)節(jié)，選擇性也無法保證。

文獻(xiàn)cn101284656a公開了一種采用氨和空氣催化氧化生成一氧化氮的裝置，設(shè)有擴(kuò)散式混合器，分別與液氨處理單元、空氣處理單元和氨氧化爐連接。液氨處理單元由依次連接的液氨罐、水浴蒸發(fā)器和氣體質(zhì)量計(jì)量控制器a組成；空氣處理單元由依次相連接的空壓機(jī)、布袋除塵器、氣體質(zhì)量計(jì)量控制器b和電加熱器構(gòu)成。氣體質(zhì)量計(jì)量控制器a和電加熱器分別與擴(kuò)散式混合器相連接。在氨氧化爐中氨與空氣組成的混合氣體通過氫氣點(diǎn)火裝置點(diǎn)火后，在820~840℃、鉑銠鈀催化劑作用下發(fā)生燃燒反應(yīng)，生成一氧化氮?dú)怏w。文獻(xiàn)cn201834764u采用氧氣、氮?dú)夂退魵夤苈反媪丝諝夤苈?，用水蒸汽替代了空氣中的部分氮?dú)?，進(jìn)一步提高了所制得的一氧化氮?dú)怏w濃度。但這兩種裝置均為大量工業(yè)生產(chǎn)而設(shè)計(jì)，設(shè)備和流程復(fù)雜，氨氧化爐所需的溫度均在800℃以上，也無法精確調(diào)節(jié)一氧化氮產(chǎn)量，無法用于中小型測(cè)試裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有一氧化氮發(fā)生裝置反應(yīng)溫度高、穩(wěn)定性差、難于精確調(diào)節(jié)、無法用于中小型測(cè)試裝置的不足，本發(fā)明提供了一種新型一氧化氮發(fā)生裝置及制備方法。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、流量調(diào)節(jié)范圍寬、反應(yīng)溫度低，特別適于中小型實(shí)驗(yàn)室測(cè)試裝置使用。

本發(fā)明的一氧化氮發(fā)生裝置以氨氣和壓縮空氣為原料氣，包括裝有催化劑的反應(yīng)管，所述反應(yīng)管入口與氨氣和空氣的流量控制器連接，出口與帶有伴熱的管路相連，所述反應(yīng)管通過外置可自動(dòng)控溫的加熱爐進(jìn)行加熱。

本發(fā)明的一氧化氮發(fā)生裝置所用的加熱爐是電加熱爐或紅外加熱爐。紅外加熱爐具有升溫迅速、加熱均勻、易于控制等優(yōu)點(diǎn)，是優(yōu)選方案。本裝置的反應(yīng)管為不銹鋼或石英材質(zhì)，優(yōu)選石英反應(yīng)管，可耐高溫、不含金屬元素對(duì)反應(yīng)無干擾、可隨時(shí)查看催化劑狀態(tài)。本裝置在常壓下反應(yīng)，反應(yīng)管可通過耐高溫石墨墊片與進(jìn)氣口和出氣口相連。在使用不銹鋼反應(yīng)管時(shí)，應(yīng)采用電加熱爐加熱。反應(yīng)管內(nèi)徑與所需氣體流量和催化劑裝填量有關(guān)，通常在15~60mm之間。

本發(fā)明的一氧化氮發(fā)生裝置使用高效催化劑將氨催化氧化為一氧化氮，具有反應(yīng)溫度低、無氨剩余、一氧化氮選擇性高的特點(diǎn)。所述的催化劑由負(fù)載型催化劑a和可選的催化劑b組成。催化劑a位于反應(yīng)管中部，用于氨的催化氧化反應(yīng)，選擇鐵與鐵的氧化物、氧化鉻、氧化鈷、氧化錳、負(fù)載型鉑、負(fù)載型銠、負(fù)載型鈀中的一種或幾種的混合物。所述鐵和鐵的氧化物為fe、feo、fe2o3、fe3o4中一種或幾種的混合物。所述催化劑a中的負(fù)載型催化劑的活性組分是鉑、銠、鈀之中的一種或幾種，載體選自活性炭、氧化硅、氧化鋁、氧化鈦、分子篩、硅藻土中的一種或幾種的混合物，其中氧化鋁、分子篩、氧化鈦?zhàn)顬槌Ｓ?。催化劑a可為顆粒狀（包括小球、齒球、條形、無定型顆粒）或塊狀（包括蜂窩狀、多孔塊狀）。可選的催化劑b位于反應(yīng)管下部，用于進(jìn)一步提高一氧化氮的選擇性。催化劑b通常為顆粒狀、蜂窩狀、絲狀或塊狀多孔的金屬單質(zhì)，選自鐵、銅、銀、鎳、鋅、鉬、鎢中的一種或幾種的混合物。催化劑通過內(nèi)置固定支架固定于反應(yīng)管內(nèi)部。

本發(fā)明的一氧化氮發(fā)生裝置設(shè)有氨氣、空氣兩條進(jìn)氣管線，進(jìn)氣管線經(jīng)過閥門和流量控制器與反應(yīng)管連接。氨氣由鋼瓶提供，在進(jìn)入反應(yīng)管之前的位置應(yīng)安裝火焰保護(hù)器?？諝饪捎蓧嚎s機(jī)提供，壓縮機(jī)出口需要安裝除水裝置。

氨氣與一氧化氮均為有毒氣體，因此本裝置應(yīng)安裝于設(shè)有獨(dú)立通風(fēng)設(shè)施的區(qū)域。在條件允許時(shí)，本裝置還應(yīng)設(shè)置壓力傳感器和氣體傳感器，并與進(jìn)氣裝置、加熱器聯(lián)鎖控制，在反應(yīng)壓力過高、一氧化氮或氨氣泄露時(shí)自動(dòng)停止進(jìn)氣與加熱，保障操作人員安全。

空氣與氨氣的比例會(huì)影響氨的轉(zhuǎn)化率與一氧化氮的選擇性，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)通常選擇比氨完全轉(zhuǎn)化所需的空氣量稍高的比例，通常為5:1~15:1，優(yōu)選8:1~12:1。在確定空氣與氨氣比例時(shí)，必須考慮氨的爆炸極限。

本發(fā)明采用高效催化劑用于氨的催化氧化反應(yīng)，與兩種氣體直接燃燒相比，反應(yīng)溫度大幅降低，通常在350~600℃即可使氨100%轉(zhuǎn)化。所需的反應(yīng)溫度與催化劑a種類和氣體流量有關(guān)，催化劑a為氧化物催化劑時(shí)，反應(yīng)溫度通常為400~800℃，更優(yōu)選450~600℃；催化劑a為負(fù)載型催化劑時(shí)，反應(yīng)溫度通常為300~600℃，更優(yōu)選350~500℃。以上所述溫度為催化劑床層溫度，而非加熱器溫度。

本發(fā)明裝置的出口管路設(shè)有伴熱，用于防止一氧化氮在輸送過程中進(jìn)一步氧化。出口管路伴熱溫度為150~300℃，優(yōu)選180~200℃。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一氧化氮發(fā)生裝置及制備方法具有以下顯著有點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制作和使用；

（2）采用高效催化劑，反應(yīng)溫度低，一氧化氮選擇性高；

（3）產(chǎn)生的一氧化氮流量范圍寬，且可精細(xì)調(diào)節(jié)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一氧化氮發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是如圖1所示一氧化氮發(fā)生裝置的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-閥門；2-流量控制器；3-閥門；4-流量控制器；5-反應(yīng)管入口；6-反應(yīng)管；7-催化劑a；8加熱爐；9-催化劑b；10-反應(yīng)管出口；11-出氣管路。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1~9為本發(fā)明的部分實(shí)施方式舉例，反應(yīng)器內(nèi)徑為25mm，催化劑a裝填量為30ml（負(fù)載型催化劑）或50ml（氧化物），可選催化劑b裝填量為40ml。所有實(shí)施例的空氣與氨氣流量比為10:1，氨氣流量在5~200l/h之間穩(wěn)定調(diào)節(jié)，氨氣流量穩(wěn)定后產(chǎn)物中一氧化氮含量隨之保持穩(wěn)定。

對(duì)比例1將氨氣直接噴入鍋爐燃燒器中，產(chǎn)生的no混于鍋爐煙氣中排出。

對(duì)比例2采用符合文獻(xiàn)cn101284656a描述的氨氧化爐，內(nèi)置鉑銠鈀三元平織網(wǎng)用于氨的催化燃燒，反應(yīng)開始時(shí)需要使用氫氣點(diǎn)火。在氨氣流量低于50l/h時(shí)出口一氧化氮濃度無法保持穩(wěn)定。

nh3轉(zhuǎn)化率和no選擇性的計(jì)算方法為：

nh3轉(zhuǎn)化率=（入口nh3濃度–出口nh3濃度）/入口nh3濃度*100%

no選擇性=出口no濃度/出口nox濃度*100%

下表給出了實(shí)施例和對(duì)比例的反應(yīng)條件和反應(yīng)結(jié)果。

由上表結(jié)果可以看出，采用本發(fā)明的一氧化氮發(fā)生裝置與對(duì)比例1和2制備一氧化氮?dú)怏w相比，反應(yīng)溫度明顯降低，有更好的選擇性，尤其是在采用石英反應(yīng)管、紅外反應(yīng)爐加熱、催化劑由a和b兩種組成的條件下，反應(yīng)結(jié)果最優(yōu)。