專利名稱：選擇性還原廢氣中氮氧化物的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用通過分解諸如尿素、尿素的水溶液或NH3的水溶液等化合物而獲得的NH3對一般包含于柴油發(fā)動機排出的廢氣中的NOx進行選擇性還原的方法，在所謂的SCR催化劑上游氣相中用NH3對NOx進行選擇性還原。
作為還原劑的化合物以噴嘴中形成的液體噴霧形式，被噴射到進行NOx催化還原過程通常所要求的溫度為300-400℃的廢氣氣流中。但是在NH3可被用作NOx還原過程的SCR催化劑之前，霧狀液滴必須經(jīng)過蒸發(fā)，且尿素必須分解成NH3、CO2和H2O。液滴的蒸發(fā)和分解大量吸熱，因此液滴的蒸發(fā)和分解(氣化作用)的速度受到熱從熱氣體通過液滴四周的氣霧向液滴表面?zhèn)鬟f的速度所限制。這就是說，液滴氣化的時間t(滯留時間)可通過下述等式進行估算t＝k*d-2(T-Tmin)秒式中，d為液滴的(初始)直徑；T為氣體溫度，Tmin為可在適當速度下分解尿素所需的最低溫度(即大約180℃)，而k則為與氣體速度無關的常數(shù)。
因此，液滴的滯留時間隨液滴大小的變化而穩(wěn)定增加。
另外，噴嘴與SCR催化劑之間使氣流中液滴完全氣化所要求的距離與管道中的氣流速度成比例增加。
據(jù)實驗和計算估計廢氣中尿素濃度為35％的溶液的100μm溶液液滴，在300℃溫度時，滯留時間為1秒左右，也就是說噴嘴與SCR催化劑之間的距離需要20m才能滿足管道中氣流速度為20m/s的液滴的完全氣化。如果噴嘴與SCR催化劑之間的距離只有0.5m(正如柴油車的情況一樣)，液滴直徑則必須降至小于8μm，才能使SCR催化劑上游氣相中的液滴完全氣化。但這是非常困難的。
當整個催化塊中的催化劑均是直道單體的催化塊時，氣流中大部分粒子或液滴通過SCR催化劑時不發(fā)生反應。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，如果使各油滴可與簡便地安裝在噴嘴與SCR催化劑之間的有限距離處(如柴油車)的物體的表面發(fā)生撞擊，則由簡單噴嘴生成的相對較大的還原劑液滴就能夠快速且完全氣化。
該物體的原理于附

圖1中示出。該物體由大量連續(xù)的疊片組構(gòu)成，每一組疊片組由各平行板構(gòu)成，該些平行板使得氣體在不同組板之間的空間中呈“之”字形流動，因而液滴在流向每一次發(fā)生變化時均與板面發(fā)生撞擊。當液滴撞擊時，其表面濺破，由于幾方面的理由各板被氣體加熱的效率高得多，因此液體以氣相比以液滴形式可按高得多的速度被加熱。因此，板加大了液體與氣體之間熱傳導的表面積，并且，氣霧對各滯留板和氣體之間的熱傳遞的限制比對沿氣流被迫移動的液滴的限制高得多。
液滴與疊片板面撞擊的趨勢隨液滴大小的增加，隨板間的空間中氣流速度的增加，按流動方向沿疊片板長從一組疊片板流到另一組疊片板的氣流偏轉(zhuǎn)角度的增加以及各組疊片中板間距離的減小而增加。附圖2所示為經(jīng)計算得出的氣體中直徑分別為20，50和100μm的液滴的流動軌跡，該氣體流過3組按板間距離為10mm設置的各組疊片板，并且氣體偏轉(zhuǎn)90°角從一組疊片板流到另一組疊片板，且在疊片空間氣流速度為8m/s?？梢钥闯觯?00μm的液滴在流經(jīng)第一組疊片時就已發(fā)生碰撞，50μm的液滴在流經(jīng)第三組疊片后發(fā)生碰撞，而20μm的液滴通過全部三組疊片而未發(fā)生碰撞。
當一組板的位置相對另一組相鄰板的位置產(chǎn)生位移致使在氣體流向如圖3所示的下一組疊片時板與板之間的空間被減小一半時，撞擊效率將有所增加。
氣化速度，以及特別是獲得還原劑完全氣化所需的氣體最低溫度，能夠通過將諸如Al、Fe、Ti、Zr、Si、Zn和/或Mg氧化物之類的并用于催化分解的尿素材料涂覆在板表面或至少是板的撞擊部分上而分別升高或降低。
氣體的撞擊和混和可以原則上通過將各板以與現(xiàn)有固定混合器同樣的方式交錯排列而相互結(jié)合。然而，當與氣體混和相互結(jié)合后，因為氣體在固定通道間的迂回撞擊效果將降低，這樣在某一混和效果時即會減小氣體偏轉(zhuǎn)。
氣流通道的結(jié)構(gòu)也可象圖4所示那樣通過疊加波紋垂直于管壁的波紋板材來代替圖1所示的由多層平板構(gòu)成的銳緣通道。在由波紋板之間的空間構(gòu)成的通道中，氣流大體上將以與圖1所示上述排列的各平板間的空間中所形成的銳緣通道同樣的方式偏轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1.在溫度為200-600℃的廢氣中選擇性催化還原NOx的方法，其包括以下步驟(a)通過霧化噴嘴將含有能夠還原NOx的還原劑和/或其前體物的液滴霧噴入管道中；(b)使帶有各液滴的廢氣流過氣體管道中數(shù)組平行板疊片中的各板之間的空間，其中，第一組疊片板相對氣體管道壁成大約45°角安置，第二組疊片板與第一組疊片板成大約90°且與氣體管道壁成45°角安置，第三組疊片板與第一組疊片板平行，這樣迫使氣流以“之”字形的流動方式通過各組疊片板；(c)在通過最后一組疊片板后，使氣體通過一層整體催化劑，以便由帶有與管道壁平行的通道的還原劑對NOx進行還原。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于全部液滴實際上均與各組疊片板中的各板壁相撞擊，液滴直徑大于臨界直徑，以此臨界直徑，每當氣流方向轉(zhuǎn)向而流經(jīng)各組疊片板中的通道時，都造成液滴與上述管道壁進行碰撞。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于液滴直徑大于20μm，由平行板構(gòu)成的疊片板組數(shù)為1-10組，板與板之間的空間中的氣流速度為2-30m/s，板間距離為3-50mm，每塊板的長度為板間距離的1-5倍，相鄰兩組疊片板間的角度為50-140°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于板是金屬物質(zhì)的，優(yōu)選是由耐酸不銹鋼合金構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于板由陶瓷材料，優(yōu)選堇青石構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于板上覆有涂層，暴露于液滴撞擊的表面至少應覆有0.01-1mm的涂層，涂層中至少含有Al，F(xiàn)e，Ti，Zr，Si，Zn或Mg的氧化物中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于還原劑是帶有重量百分比為30-100％的尿素與水的混合溶液。
全文摘要
本發(fā)明涉及在溫度為200—600℃的廢氣中選擇性催化還原NOx的方法,包括步驟(a)通過霧化噴嘴將含能還原NOx的還原劑和/或其前體物的液滴霧噴入管道中;(b)使帶有各液滴的廢氣流過氣體管道中數(shù)組平行板疊片中的各板之間的空間,其中,第一組疊片板相對氣體管道壁成大約45°角,第二組疊片板與第一組疊片板成90°且與氣體管道壁成45°角,第三組疊片板與第一組疊片板平行,這樣迫使氣流以“之”字形的流動方式通過各組疊片板;(c)在通過最后一組疊片板后,使氣體通過一層整體催化劑,以便由帶有與管道壁平行的通道的還原劑對NOx進行還原。
文檔編號B01J21/06GK1198960SQ9810703
公開日1998年11月18日 申請日期1998年3月12日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月13日
發(fā)明者P·肖布耶 申請人:赫多特普索化工設備公司