CN103201411A - 通过电解尿素而进行的选择性催化还原 - Google Patents

通过电解尿素而进行的选择性催化还原 Download PDF

Info

Publication number
CN103201411A
CN103201411A CN201180048738XA CN201180048738A CN103201411A CN 103201411 A CN103201411 A CN 103201411A CN 201180048738X A CN201180048738X A CN 201180048738XA CN 201180048738 A CN201180048738 A CN 201180048738A CN 103201411 A CN103201411 A CN 103201411A
Authority
CN
China
Prior art keywords
urea
electrolyte composition
anode
alkaline electrolyte
electrolysis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201180048738XA
Other languages
English (en)
Inventor
杰拉尔丁·G·包特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ohio University
Ohio State University
Original Assignee
Ohio State University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US13/077,277 external-priority patent/US8388920B2/en
Application filed by Ohio State University filed Critical Ohio State University
Publication of CN103201411A publication Critical patent/CN103201411A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/27—Ammonia
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/20—Reductants
    • B01D2251/206—Ammonium compounds
    • B01D2251/2067—Urea
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/25—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an ammonia generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/34—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an electrolyser
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/40—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a hydrolysis catalyst
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

提供了一种用于制备适于用作燃烧废气处理系统中的还原剂的氨的方法，所述方法包括在温和条件下尿素的电解水解。氨发生器可操作地连接至所述废气处理系统以便提供一种用于降低废气中氮氧化物（NOx）和/或颗粒物的设备，所述氨发生器电解装置包括电解流动池、碱性电解质组合物以及再循环系统；该电解流动池（1）包括阳极（3）、阴极（4）以及尿素的碱性电解质组合物（6）。

Description

通过电解尿素而进行的选择性催化还原
技术领域
本发明涉及用于处理废气的方法和装置。
背景技术
来自化石燃料燃烧源的排放对环境造成的影响已经引起人们的关注。例如，利用柴油燃料提供动力的车辆废气中包含化学污染物，诸如氮氧化物（“NOx”）和硫氧化物（“SOx”），以及颗粒物。选择性催化还原（SCR）和选择性非催化还原（SNCR）是用于将氮氧化物（NOx）转变成双原子氮（N2）和水（H2O）的方式。在SCR中，催化剂与气态还原剂组合使用，气态还原剂被添加到烟气流或废气流中且被吸收到催化剂上。在SCNR中，在合适的温度窗口内，将还原剂注入到炉内的烟气中。另外，利用气态还原剂的烟气调质也可以提高静电沉积器去除飞灰的性能。在SCR、SNCR以及飞灰去除系统中，还原剂通常是氨或尿素。
当气体通过催化剂室时，发生NOx的还原反应。在进入催化剂室之前，将氨或诸如尿素的其它还原剂注入并与气体混合。用于使用无水氨或氨水进行选择性催化还原过程的化学反应式为：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O（反应式1）
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O（反应式2）
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O（反应式3）
尿素替代氨作为还原剂的反应是：
4NO+2(NH2)2CO+O2→4N2+4H2O+2CO2（反应式4）
与尿素相比，氨更活泼，更容易均匀地分散到烟气流中，且在更宽的温度范围内是活性的以及更有效的。因此，虽然尿素也是一种有效还原剂，但尿素本身会形成不期望的副产物，诸如一氧化碳（CO）和一氧化二氮（N2O），这两种副产物现在正受到环境管理部门的重点监视。
尿素通常热水解以形成用于废气处理应用的氨。尿素水解形成氨可被分解成两个截然不同的反应。第一反应是温和的放热反应，其中当尿素水解形成氨基甲酸铵时，放出热。第二反应是氨基甲酸铵转化成氨和二氧化碳，该反应是极吸热的，该反应总体决定了尿素转化为氨和二氧化碳的热力学，即总反应是吸热的。因此，尿素水解需要大量的热，且当热停止供给后立刻停止。例如，在有或没有催化剂辅助下，氨的释放发生在约110°C且在约150°C至160°C时变快。
Figure BDA00003021529600021
Figure BDA00003021529600022
过量的水促进水解反应，总反应如下：
(x+1)H2O+(NH2)2CO+热→2NH3+CO2+(x)H2O（反应式7）
然而，在影响有用的产量的反应条件下，水的质量是重要的。例如，在常规的尿素热水解成SCR系统用的氨中，尿素水溶液通过喷嘴被雾化到加热的蒸发室内。这样，在尿素水解成氨的过程中，过量的水也被蒸发，由此留下任何非挥发性物质，诸如矿物质。矿物质和其它非挥发性物质可粘附到设备表面，诸如喷嘴和蒸发室壁且随着时间累积，这可能导致喷嘴堵塞或至蒸发室的传热效率降低。因此，热水解系统中使用的水需要去矿物质化。此外，尿素的热水解方法对尿素的质量也很敏感。例如，尿素中存在的甲醛会以类似于使用去矿物质化水的方式负面影响SCR系统的性能。
鉴于上述内容，即使当与燃烧发动机结合时，尿素的水解也需要外部热源来引发反应，且还对于水解中使用的水的去矿物质化程度以及尿素的质量敏感。因此，需要更有效和/或更安全的方法来产生适于废气处理应用的氨。
发明内容
本发明的前提是实现可以由尿素电解产生氨，以供给废气处理应用，诸如选择性催化还原（SCR）系统、选择性非催化还原（SNCR）系统、和/或烟气调质系统。
根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于将NH3供给至废气处理系统的方法。该方法包括：将尿素供给到电解流动池，其包括入口、出口、具有第一导电部件的阴极、具有第二导电部件的阳极、与所述阳极和所述阴极电相通的碱性电解质组合物、以及可操作地与电解池的入口和出口连接的再循环系统；通过将电压差施加到电解流动池实现尿素的电解水解来产生氨，其中横跨所述阴极和所述阳极施加电压差，其中所述电压差足以实现尿素的电解水解来至少产生NH3；回收至少一部分NH3；将至少一部分NH3转移到废气处理系统；以及再循环碱性电解质组合物的至少一部分。所述碱性电解质组合物具有至少0.01M的氢氧化物浓度或pH值至少为8，且所述再循环系统包含碱性电解质组合物的至少一部分。
根据本发明的另一个实施方式，提供了一种适于燃烧发动机的废气处理系统。废气处理系统包括选择性催化还原系统、选择性非催化还原系统或烟气调质系统的至少一个；以及氨发生器。氨发生器包括流动电解池，其具有入口、至少一个出口、具有第一导电部件的阴极、具有第二导电部件的阳极、与所述阳极和所述阴极电相通的碱性电解质组合物，其中所述碱性电解质组合物具有至少0.01M的氢氧化物浓度或pH值至少为8，以及可操作地与电解池的入口和至少一个出口连接的再循环系统。源自氨发生器的至少一个出口进一步与选择性催化还原系统、选择性非催化还原系统或烟气调质系统中的至少一个相通。
附图说明
根据下面的详细描述和附图，将进一步理解本发明，附图中：
并入并构成本说明书一部分的附图示出本发明的实施方式，并与上面给出的本发明的一般性描述以及下面给出的详细描述一起用来描述本发明。
图1是由尿素生成氨的方法的示意性表示；
图2是连接至燃烧废气的简化的电解池的示意图；
图3是用于净化来自燃烧发动机废气的方法的示意图；
图4是在恒压（1.4伏）下，电化学池的电流密度随时间变化的曲线图；
图5是在恒压（1.33伏）下，电化学池的电流密度随时间变化的曲线图；
图6是根据本发明实施方式的电解氨发电机系统的示意性描述；
图7是根据本发明实施方式的电解流动池的分解视图；
图8是根据本发明另一个实施方式的电解氨发电机系统的示意性描述；以及
图9是根据本发明又一实施方式的电解氨发电机系统的示意性描述。
具体实施方式
电解引起的尿素水解促进了燃烧废气的处理，且本文对此进行了描述。有利地是，可以调节电解池条件以另外产生氢气（其可被注入以提高燃料效率），以向电解池提供热或向电解池提供电。
现在参照图1，可在电解装置中使尿素经受电解引起的水解。电解装置可包括池或多个池，每一个池包括阳极和阴极。电解池可以以分批模式、连续模式、半连续模式且以再循环操作，以使氨按照需要地且受控地注入到诸如燃烧废气的工艺气体流中。在阳极（池的工作电极）处，尿素水解成氨。下面的反应式8中提供了总的水解反应。
(NH2)2CO+H2O→NH3↑+CO2↑（反应式8）
更具体地参照图2，代表单批次型布置的简化的电解池1包括罐2，其可由轻型铁、钢、
Figure BDA00003021529600041
或者不受碱性电解质组合物侵蚀的其它材料制成。包括两个电极，即阳极3和阴极4的电极组件被悬垂在罐2所容纳的碱性电解质组合物6中。任选地，隔板5可被设置在阳极和阴极之间。在这种单批次型布置中，如下文所述，碱性电解质组合物6包括有效量的尿素。阳极3和阴极4被电连接至电压源7，其提供了用于电解碱性电解质组合物6中所包含的尿素的电能。在批次型布置中，碱性电解质组合物可以被搅拌以促进质量传递。本领域的技术人员将易于理解，上述池可易于改装成连续的流动池结构，半连续的和碱性电解质组合物的再循环，如下面详细论述的那样。
电极包括导体或载体，载体可涂覆有一种或多种导电的活性组分。示例性的导体包括但不限于：金属，诸如镍、铂；合金，诸如碳钢或不锈钢；或能够导电的其它材料，诸如碳或石墨。示例性的电极载体材料可选自于许多已知的载体，诸如像箔、网状物、海绵和珠。载体材料可包括但不限于镍箔、钛箔、石墨、碳纤维、碳纸、玻璃碳、碳纳米纤维以及碳纳米管。除了列出的这些具体的载体材料之外，本领域技术人员将意识到其它合适的载体。
因此，该阴极可包括对碱性电解质组合物惰性的导体。另外，阴极还可包括载体材料，其对碱性电解质组合物惰性的且涂覆有一种或多种导电的活性组分。例如，阴极的导电组分可包括碳、钴、铜、铱、铁、镍、钯、铂、铑、钌、或其混合物或合金。示例性的导电组分包括碳钢和不锈钢。
阳极可包括对碱性电解质组合物惰性的导体。此外，阳极还可包括载体材料，其对碱性电解质组合物惰性的且涂覆有一种或多种导电的活性组分。根据本发明的实施方式，在阳极的导电组分处发生尿素的水解反应。因此，阳极处的导体和/或导电组分是对于尿素的电解水解有活性的一种或多种金属。活性金属可包括钴、铜、铱、铁、铂、镍、铑、钌、或其混合物或其合金，且尤其是镍。活性金属可以呈氧化形式，如羟基氧化镍。
阳极的结构不限定于任何特定的形状或形式。例如，活性金属可形成为箔、线、网、珠或涂覆到载体上。
示例性的工作电极包括电沉积到碳载体（诸如碳纤维、碳纸、玻璃碳、碳纳米纤维或碳纳米管）上的镍、形成为珠的镍或悬浮在镍网中。
认为有利于电解引起的尿素水解的一种电极是在不同的4平方厘米的金属基质（镍箔、镍网、钛箔和钛网）上的活性羟基氧化镍改性的镍电极（NOMN），金属基质被使用瓦特浴电镀有10±0.1毫克的Ni。具体来说，通过浸没在33°C下的含有硫酸镍、醋酸钠和氢氧化钠的溶液中来活化镀镍的电极。不锈钢被用作辅助电极。镀镍的电极可被用作阳极和阴极，通过手动极化，以6.25A/m2在4个1分钟循环以及两个2分钟循环转换。最后，电极在相同的电流下保持作为阳极并保持在那里持续两个小时。与M/Ni相比，活化的电极产生较高的电流密度，其中M表示金属基质。
隔板5将阳极和阴极隔开。隔板应该由化学性上耐碱性电解质组合物的材料构建。许多聚合物适于构建隔板，诸如
Figure BDA00003021529600061
和聚丙烯。对于简单的分批型布置不需要隔板，但隔板对于连续流动的电化学池或燃料池来说可能是有利的。隔板可包括如离子交换膜、固体电解质或电解凝胶。隔板对于气体或液体可以是可渗透的、可半渗透的或不可渗透的。
根据本发明，所述电解质组合物是碱性的，且具有至少0.01M的氢氧根离子浓度或至少8的pH。根据一个示例，碱性电解质组合物具有至少0.01M的氢氧化物浓度以及至少8的pH。因此，碱性电解质组合物可包括足够量的任何合适的氢氧化物盐、碳酸盐或碳酸氢盐以便提供具有至少0.01M的氢氧根离子浓度和/或pH至少为8的电解质组合物。可以使用碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物的盐，诸如氢氧化锂、氢氧化铷、氢氧化铯、氢氧化钡、氢氧化锶、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化镁、氢氧化钙、及其混合物。具体地，碱性电解质组合物包括氢氧化钾。有利地是，如反应式1中所示的CO2气体的螯合作用可通过CO2与氢氧化物反应以形成碳酸盐来实现，碳酸盐可保留在碱性电解质组合物中。类似地，碱金属碳酸盐或碳酸氢盐或碱土金属碳酸盐或碳酸氢盐也是合适的电解质。
氢氧化物、碳酸盐或碳酸氢盐的浓度可以根据本发明的实施方式发生变化。例如，根据一个实施方式，氢氧化物、碳酸盐或碳酸氢盐的浓度可以是约0.01M至约8M。在另一个示例中，约2M至约8M以及约4M至约8M的氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钾、氢氧化钠、碳酸钠或碳酸氢钠的浓度是特别有效的。
碱性电解质组合物可包括凝胶，诸如固体聚合物电解质。合适的凝胶包括但不限于，含有聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺和类似的聚合物和共聚物的那些凝胶。
可以使用任何合适的方法来制备电解凝胶。一种方法包括形成聚合物，然后将氢氧化物、碳酸盐或碳酸氢盐电解质注入到聚合物中以形成聚合物的混合物。在另一种方法中，可以在氢氧化物、碳酸盐或碳酸氢盐电解质存在下来聚合单体。
根据一个实施方式，电极可通过包含有效浓度的氢氧化物、碳酸盐或碳酸氢根离子的电解质凝胶隔开。阳极与作为原料的尿素溶液接触。然后使得阴极与合适的水溶液（诸如像水或氢氧化物、碳酸盐或碳酸氢盐溶液）接触。
可选择地，凝胶电解质是不固定的而是可以流经电解池。根据另一实施方式，尿素可以被容纳在该凝胶内或包含尿素的水溶液可在凝胶电解质内流动。
在图2中所示的池中，电解质组合物6包含尿素，尿素可从微量变化到高达约饱和溶液，该饱和溶液在标准温度和压力下为约12M。有利地是，对尿素的具体来源和纯度没有特别的限制。
此外，对于形成尿素水溶液来说，制备水溶液时使用的水的具体来源和纯度并不特别限制或并不是关键的。这种优势的一个原因在于根据本发明的实施方式，含有尿素的整个水溶液并不挥发，从而留下微量的矿物质和其它非挥发性材料。相反，大部分的水以液体形式保留，这基本上使微量矿物质保留在溶液中。另外，在电解池内的至少一部分尿素电解水解之后，可以再循环从电化学池排放的水溶液或碱性电解质组合物。
电源7可以是任何可用的源，诸如电池、燃料电池、来自电网的电，和可再生能源，诸如太阳能电池或风力涡轮机发电机。当电解池与机动车上的SCR系统耦合时，电源可来自交流发电机。为了达到所需的效率，需要足以引发尿素的电解水解的电压。但优选地是电压不会高到大量电解水。通常，电解尿素或电解水解尿素所需的最小电压为约0.85伏。在标准条件下由铂电极电解水所需的电压大于1.7伏，但电解和/或电解引起的水解的速率取决于其它因素，诸如温度和离子强度/电导率。基于上述情况，施加到电解池以便电解水解尿素的电压范围可从约0.85伏至小于约1.7伏。电压范围可从是约1.2伏到约1.6伏。通常，电解池将在以这些范围内的恒电压进行操作。
此外，可以通过改变电解池不同区域内的电压来控制从尿素产生氨和/或氢的速率。例如，在填充床型电解池中，可沿着催化剂床调节填充床内阳极催化剂材料的电压以便控制氨产生速率和/或氨注入到SCR或SNCR设备内的速率。因此，催化剂床中的不同区域可具有不同的电势以控制氨产生速率。例如，填充床柱构型可包括多个阳极，其中每一个阳极与另一个阳极电绝缘且其上能够具有单独受控的电压，诸如在图6中所示的那样。对于给定的氨最大产量来说，可以极化全部阳极。然而，当期望较低量的氨时，则并不极化所有阳极。
电流强度或电流密度也可能会影响电解池的性能。纯水具有差的导电性，并且正因为如此，纯水中的电解很慢且基本上是由于水的自电离才发生。一般来说，通过添加电解质（诸如盐、酸或碱）来增加电解速率。因此，在碱性电解质组合物中存在增加的氢氧根离子、碳酸根离子或碳酸氢根离子及其各自的抗衡离子增强电流的导通性。本文所述电解池的电流密度范围在约1毫安/平方厘米至大约500毫安/平方厘米的范围内。在一些实施方式中，电流密度范围可以是约50毫安/平方厘米至约400毫安/平方厘米。电流密度范围可以是约200毫安/平方厘米至约300毫安/平方厘米。总之，只需要提供产生活性形式的包含阳极的活性金属的足够量的电流，以导致尿素水解。通常情况下，电解池将在这些范围内的恒电流或恒电流密度下进行操作。
也可以使用电流控制由尿素的电解水解产生氨，因此可以控制将氨注入到废气处理系统内的速率。例如，可能需要给定的电流以在阳极的所有区域内产生活性金属的活性形式以使氨的产生最大。当氨的需求量降低时，可降低所施加的电流。
电解池可在变化的压力和温度范围内操作。操作压力可约为大气压或环境压力，除了反应容器中的物理限值以外没有压力上限值。如果需要的话，可以改变电解池的操作压力以便控制将氨被注入到废气中的速率。操作温度范围可以是大约0°C至约100°C。可接受的操作温度范围可以是约40°C至约80°C。更具体地，约60°C至约70°C的操作温度范围是特别有用的。
可用任何可利用的源来控制电解池内的温度。例如，电解池还可包括可操作地连接至电解池的加热器装置，和/或可操作地连接至电解池的再循环系统，其中再循环系统包含碱性电解质组合物的至少一部分。示例性的加热装置包括环绕电解池的加热套，可通过外部源（诸如蒸汽、热水、或其它受热流体）从加热套供热。其它可能的加热源可包括但不限于电加热器或燃烧气体。可选择地或另外，再循环系统还可包括用于在电解池外部的位置处升高碱性电解质组合物的温度的加热装置。所需的加热源会依赖于系统的可用性和/或与兼容性。例如，电加热可能是提供热量以获得在机动车的SCR系统中使用电解池所需的操作温度的最方便的方式，特别是在冷启动期间和在极端气候条件期间。因此，电解池可具有独立于发动机温度的温度控制。
本领域技术人员将易于理解，上述电解池可易于改装成连续的流动池结构、半连续和碱性电解质组合物的再循环。例如，图6中示出一个示例性系统，其基于连续方式用于连续产生足够量的氨，以充分满足燃煤电厂的需求。从尿素存储容器10，尿素颗粒经由旋转进料阀12供应到混合罐14，在混合罐14中，尿素颗粒与来自水供给16的水混合以便形成尿素溶液。混合罐14包括排放管线18，其将尿素溶液供给到尿素溶液供给泵20，以便通过尿素电解质罐入口22将尿素溶液转移到尿素电解质罐24。尿素溶液再循环管线26允许连续操作尿素溶液供给泵20。根据本实施方式，尿素电解质组合物通过将来自混合罐14中的尿素溶液与包括碱金属或碱土金属的氢氧化物、碳酸盐或碳酸氢盐或其组合的碱性电解质组合物相混合来形成。尿素电解质罐24包括排放管线28，其将尿素电解质溶液供给到尿素电解质溶液供给泵30以便通过电解池入口32将尿素电解质溶液转移到电解池34。尿素电解质溶液再循环管线36允许连续操作尿素电解质溶液供给泵30，并还可参与控制电解池34内的尿素电解质溶液的体积或高度。电解池34包括加热套38，其具有入口管线40和出口管线42，用于使得加热流体通过其再循环。
一种典型的流动池设计是填充床型的电解流动池，其使得沿着催化剂床改变填充床内阳极催化剂材料的电压和/或电流来，以便控制氨转化率。图6中示出填充床型的流动池，其中V1-V6代表电解池34的可变电压容量，其中未示出填充的阳极催化剂床的电绝缘区域之间的绝缘材料。此构型还适于基于覆盖催化剂床的尿素电解质溶液的高度或容积来控制水解的尿素量。换言之，改变与尿素溶液接触的阳极催化剂床的总面积的面积百分比将改变氨的产生速率。因此，增加覆盖可利用的催化剂床的尿素电解质溶液的量将增加氨的产生速率。
在操作过程中，尿素电解质溶液流过电解池34，从而接触电极。因此，由尿素电解水解而生成的氨通过氨排放管线44被供给到废气处理系统。根据电解池的操作条件，也可以产生氢且通过氢气排放管线46供给到辅助系统。在消耗至少一部分尿素后，尿素电解质溶液通过尿素电解质返回管线48而返回到尿素电解质罐24。
根据本实施方式的一方面，在被返回到尿素电解质罐24之前，碱性电解质组合物被浓缩到期望的水平。在一个示例中，尿素电解质返回管线48将电解池34的排放液传送到蒸发器50，其中过量的水经由水排出管线52去除，以获得所期望的浓度。有利的是，任何非水解的尿素主要保留在溶液中，因此也在溶液中被浓缩。然后浓缩的电解质溶液通过浓缩的电解质排放管线54被传送到尿素电解质罐24。通过改变各种参数（诸如温度和压力）可以控制过量水的去除速率。因此，取决于蒸发器的相对操作压力，蒸发器50的操作温度范围可从约120°C至约90°C。例如，蒸发器50可在约110°C和接近大气压或低于大气压力下操作。适于蒸发器50的热源对于任何来源没有特别的限制。
其它流动池设计也适于本实施方式。如图7中所示，流动池60可包括带套的容纳容器62，其具有管状阴极64、管状阳极66和容器盖68。带套的容纳容器62可由任何合适的方法进行热控制。带套的容器62还包括入口70。当存在时，管状隔板72将管状阴极64和管状阳极66隔开，这允许分离来自管状阴极64和管状阳极66的流出物。因此，每一个电极室可具有其自己的排放口，从而容器盖68构建成容纳阴极连接器管件74和阳极连接器管件76。例如，阴极连接器管件74可以是中空的且包括导体，以便提供从管状阴极64附近的排放流路和电连接。类似地，阳极连接器管件76可以是中空的且包括导体，以便提供从管状阳极66附近的排放流路和电连接。
根据图8中所示的另一实施方式，作为供应尿素颗粒的一种替代，其需要在电解引起的尿素水解之前被溶解，尿素可作为预先溶解的浓缩水溶液供给到电解流动池90。许多传统的SCR系统使用柴油机排放流体（DEF）处理柴油机废气，例如该柴油机排放流体可以是溶解于去离子水中的约32%（重量百分比）的尿素。根据本发明原理的废气处理系统可包括氨发生器80，其还包括DEF罐82。泵20经由入口管线84和排放管线85将来自DEF罐82的DEF传送到三通进料阀86，其将DEF与所需部分的碱性电解质组合物混合来在其中获得目标尿素浓度。如果DEF罐82保持在例如约20psig的压力下，系统将不需要泵20。这可能允许更紧凑的系统以用于运输应用。有利的是，经由碱性电解质组合物再循环供给管线87来供给碱性电解质组合物。尿素电解质溶液通过电解池入口88被转移到电解池90。因此，由尿素的电解水解而生成的氨通过氨排放管线92通过阀93被供给到废气处理系统。根据电解池的操作条件，也可以产生氢且通过氢气排放管线94通过阀95被供给到辅助系统。此外，在至少部分尿素的电解引发的水解之后，电解池的排放液通过泵20引导到蒸发器96，其中通过水排放线路98除去水而将所述碱性电解质组合物浓缩。碱性电解质组合物可浓缩到接近于对于给定的一种或多种碱性电解质的饱和点，其使得溶液的凝固点升高。
如图9中所示，在又一实施方式中，氨发生器110可包括电解池130，其具有在尿素盒（cartridge）120内的固体尿素供应。在经由入口128被添加到电解池130之前，尿素可经由供应管线122从筒120被传送且在旋转的混合阀12内与水混合。在该实施方式中，在没有物理损失的情况下，随着时间的推移水只需要从供水罐124经由水供给管线126被引入到系统中以补偿尿素水解（见反应式8）期间所消耗掉的水。例如，水可以定期的时间间隔和/或基于一个或多个操作参数来引入。水可以定期的时间间隔直接添加到电解池130内，以降低其与电解质混合物的冰点。可分别经由排放管线132、136和阀133、137输送的氨和/或氢可如上所述用于处理燃烧废气。根据另一方面，尿素盒120可包含于电解池130内。根据另一方面，所述电解质可包含于电解池内，并且可以凝胶形式来保存。虽然未示出，但是电解质可以在电解池130内再循环，以便于改进与尿素盒120的混合。
鉴于下面的示例，将进一步理解本发明。
示例1
组装两个封闭的池（1000毫升）。每个池填充有200毫升的7M的KOH和0.33M的尿素溶液，并在120rpm下搅拌。向池B（由Arbin Industries MSTAT供应）施加电压（1.4V），该池B使用Rh-Ni阳极（10平方厘米的Ni箔上有0.15毫克/平方厘米的Rh）和作为阴极的铂箔（10平方厘米）。通过液体取样口取出样品且通过提取10毫升，并用蒸馏水稀释1:100来定期地分析氨浓度。向烧瓶中添加50毫升试样量的这种分析物，边搅拌边添加1毫升的pH调节溶液，并使用离子选择电极分析溶液。两个小时的恒电压操作后，池A和池B分别容纳浓度为3600ppm和4700ppm的氨水（表1）。操作3小时后，池A增加至3800ppm，而池B增加至6450ppm，这使得具有外加电势的池具有高41%的尿素至氨的转化率。在前两小时期间，池B平均约为25毫安/平方厘米，在第三小时这降低至接近8毫安/平方厘米（图4）。这些结果表明在尿素转化成氨时，较低的电流密度更有效。
表1.经由电解样品的尿素水解
Figure BDA00003021529600121
操作3小时后，向池B施加1.4V产生高41%的转化率，这表明尿素到氨的反应实际上是因电解而得到增强。以低电压下进行电解促进尿素到氨的转化的动力学过程。
示例2
组装两个封闭的池（1000毫升），具有Rh－Ni阳极（每个8平方厘米；池A：0.05毫克/平方厘米，池B：0.15毫克/平方厘米）和铂箔阴极（15平方厘米），填充有7M的KOH和0.33M的尿素，并加热到70°C。包括液体取样口以便在整个实验期间通过ISE异地监测氨水浓度。向两个池A和池B（由Arbin IndustriesMSTAT供给）施加电压（1.33V），且在120rpm下搅拌。与上述示例1相比，选择较低的电压原因在于假设需要较低的电压（将提供较低的电流密度）来实现NiOOH催化反应成氨。
取出样品，且通过提取10毫升，并用蒸馏水稀释1:100来定期地分析氨浓度。向具有搅拌器和ISE电极以及1毫升的pH调节溶液的烧瓶中添加50毫升试样量的此分析物，如实验1中所述。两个小时的恒电压操作后，池A和池B分别容纳4890和6470ppm的氨水浓度（表2）。操作第3小时后，这些浓度未增加。每个池的前两个小时的平均电流分别对池A是1.5毫安/平方厘米和对池B是2.0毫安/平方厘米（图5）。假设在第一试样阶段后，尿素转化成氨表面上停止可能是由于2小时后电流密度下降到约1毫安/平方厘米，这可能低于实现反应所需的水平。观察到两个池的铂阴极上形成黑色的沉淀物。大多数由外加电势实现的转化可能发生在平均电流为2-3毫安/平方厘米的前1小时内。此外，从液体取样口的泄漏可以解释转化没有增加。
表2：经由电解样品的尿素水解
Figure BDA00003021529600131
基于这些结果，电流密度对尿素转化为氨的影响和催化剂负载量的影响，池B表现出比池A高的转化率，这可能是因为池B具有更高铑负载量的阳极且在稍微较高的平均电流密度下操作。再次，这些结果表明，以低电压电解在能够促进尿素到氨转化的动力学过程。
例如，对于柴油机卡车的应用而言，每小时向6.25安培电流和1.33伏池电压的SCR单元提供0.5千克的氨将对应8.31瓦的功率。消耗掉的热能将为1980千焦。此外，在这些条件下，可以生成约0.23克/小时的氢，其等同于约33千焦耳的热能，且氢气可被注入到柴油机卡车的燃烧发动机内，以使得二氧化碳的排放物最少，并提高燃料效率。
在另一示例中，对于500兆瓦的燃煤电厂而言，每小时向2500安培电流和1.33伏池电压的SCR单元提供200千克的氨将对应3.325千瓦的功率。消耗掉的热能将为792,000千焦。此外，在这些条件下，可以生成约93.3克/小时的氢，其等同于约13,228千焦的热能。
示例3
尿素的电解水解：包含7M KOH/0.33M尿素溶液的池在大气压力下经受电解引起的水解。向2x2.5平方厘米的沉积有Ni的碳纸阳极和5x5平方厘米的铂箔阴极施加1.4伏的池电压。在这些条件下，由尿素转化成氨和二氧化碳来检测氨的存在。随着氢氧化物盐的浓度增加和温度上升，有利于水解途径。例如，在0M、1M、5M和7M KOH中包含的尿素样品在50°C下经过89小时分别产生0.7%、4.2%、27.4%和36.7%的水解。7M KOH的尿素样品在70°C下经过24小时提供超过95%的水解。
示例4
尿素的流动池水解：在将阳极和阴极隔开的夹层型尿素电解池内，聚丙烯膜用作隔板。阳极被构建成5平方厘米的碳纸载体，其上是电沉积的Ni。阴极被构建成5平方厘米的碳纸载体，其上是电沉积的铂。电极浸没在70°C下的5M的KOH/0.33M的尿素中。施加1.33伏的池电压且从阳极析出氨。应该注意到从阴极产生少量的氢气。使用具有导热率检测器（TCD）、Haysep柱和分子筛柱的MG2SRI8610C的气相色谱仪分析各自的气体。在阴极处观察到纯氢气，而在阳极处观察到呈气相形式的氨、氮气和少量的氢气。认为隔板阳极侧的氢是由通过聚丙烯膜的氢产生。使用Orion氨选择性电极（ISE）进一步检测到呈液相形式的氨。没有检测到呈气相形式的碳物质。假设已经产生的任何二氧化碳都被快速转化成碳酸钾。
示例5
尿素的电解：包含5M KOH/0.33M尿素溶液的池在25℃和大气压力下经受电解。向2x2.5平方厘米的沉积有Ni的碳纸阳极和5x5平方厘米的铂箔阴极施加1.4伏的池电压。通过气相色谱法确定在该电解池的阳极侧尿素电解产生氮气，而在阴极侧产生氢气。使用Orion氨选择性电极（ISE）检测到电解溶液中的氨，假设氨源自尿素的电解引起的水解。没有检测对呈气相形式的碳物质。假设已经产生的二氧化碳通过与碱性电解质组合物中的氢氧化钾反应都被快速转化成碳酸钾。
因此，在阳极侧，尿素可被氧化成氮气和二氧化碳。在阴极，辅助电极，可产生氢气，如下面的反应所示：
(NH2)2CO+H2O→N2↑+CO2↑+3H2↑（总电解反应）
因此，除了尿素电解引起的水解来供给所需氨还原剂至废气处理系统之外，在适当条件下，尿素的上述电解可提供氢气，氢气可被注入到连接于废气处理系统的燃烧室，如图3中所示。因此，向燃烧室添加氢气可以有利于提高燃料的燃烧效率，以及减少不期望的副产物排放。
示例6
根据图6所示的实施方式的模型系统被设计有电解池，其具有825升的总体积，且660升的阳极床提供1247平方米的活性金属表面。从分批型构型中获得的实验数据推测，计算出前述系统的操作传质参数。此外，对本发明的电解水解方法（EU2A）和常用的化学水解进行比较。如下面的表4中所示，电解尿素成氨（EU2A）的水解方法提供主要包括氨（例如，64摩尔%）的氨流。表3和表4分别示出了所计算的参数和比较数据。
表3：所计算的操作参数
Figure BDA00003021529600151
Figure BDA00003021529600161
表4：方法的比较
Figure BDA00003021529600162
**在具有50%效率的燃料电池中重复使用氢气
示例7
根据图8中所示的实施方式的模型系统来对具有2升体积的电解池进行计算。对本发明的电解水解方法（EU2A）和在柴油机卡车上使用的常用的DEF-SCR系统（其基于化学水解）进行比较。如下面的表5中所示，电解尿素成氨（EU2A）的水解方法与DEF-SCR化学水解系统相比，提供实际上更大体积效率和重量效率的氨源。
表5：方法的比较。
Figure BDA00003021529600163
Figure BDA00003021529600171
*在这些计算中不包括管、阀门和配件
示例8
根据图9中所示的实施方式的模型系统对具有2升体积的电解池进行计算。对本发明的使用固体尿素的电解水解方法（EU2A）和常用的DEF-SCR系统进行比较。如下面的表6中所示，电解尿素成氨的水解方法（EU2A）与化学水解系统相比提供实际上更大体积效率的氨源。
表6：方法的比较
Figure BDA00003021529600172
*在这些计算中不包括管、阀门和配件。
电解池中通常遇到的一个问题是其中一个或两个电极的缓慢去活化。在一些情形中，去活化可以归因于氧化膜附着到阳极上和/或污垢附着到阴极表面上。该去活化过程劣化了池的电解效率。例如，当发生此去活化时，在一些情形中，对恒定的外加电压而言，电流密度减小，从而降低电氧化的速率。可选择地，有时可以通过增加施加电压来维持电流密度。在任何一种情形中，浪费能量且降低了池的总效率。
从操作角度来看，通过逆转施加电压一段时间来再生电极可能是有用的。此逆电压可与操作电压是相同的或不同的。逆电压的范围可从约0.5伏至约2.0伏。另一个合适的逆电压的范围可从约1.4伏至约1.6伏。
在再生期间，施加逆电压的时间段可从仅仅几分钟至数十小时变化。例如，第一导电部件和第二导电部件可以都包括对尿素的电化学氧化是活性的一种或多种金属，因此任一个电极可以用作阴极并产生氢气。这样，逆转电压是有效地不间断的过程，从而允许施加逆电压无限的时间段或直到再次遇到去活化。根据本文所描述的电化学池的操作条件，电极在丧失活性且需要活化之前可以操作约5小时至约20小时。
相反，如果阳极导电部件包括对尿素的电化学氧化不活泼的金属，那么在约1.4伏下，可以在约1分钟至约20分钟内实现再生。在一些情形中，在1.4伏下，可以在约6分钟内实现再活化。
对于SCR应用而言，SCR单元并不特别限制于任何具体的构型或催化剂。例如，板、蜂窝状、粒、珠、纤维或波纹构型是适于使用的。此外，催化剂并不限于任何物质或形式。例如，基于钒、钛、或铁的常规催化剂或铜助催化的沸石催化剂是适于使用的。此外，可以使用较新的SCR催化剂，诸如Golden等人的美国专利第7,527,776号中所公开的那些催化剂。类似地，对于SNCR应用和/或烟气调质应用而言，SNCR单元和/或颗粒沉积器并不特别限于任何具体设计。
因此，根据本发明的实施方式的电解池可适于与市售的SCR或SNCR单元或烟气调质系统结合。例如，该电解池可适于与现有的热水解尿素的氨发生器一起工作，或电解池可被设计成用于废气处理系统的氨的唯一来源。可选择地，池和废气处理系统，诸如SCR或SNCR系统可被设计成组合单元。
氨通常可在静电沉积器、SNCR单元之前或与SCR单元中的催化剂接触之前被引入到废气中。废气和作为还原剂的氨可与催化剂接触，从而减少废气中的氮氧化物。废气处理技术领域的技术人员可以易于获得最佳的温度、压力、流速等。
正如本文中和所附权利要求书中使用的，除非上下文清楚地另行规定，否则单数形式“一个（a）”、“一个（an）”和“该（the）”包括复数指代。同样，术语“一个（a）”（或“一个（an）”）、“一个或多个”和“至少一个”可以在本文中互换地使用。还应当注意，术语“包括（comprising）”、“包括（including）”、“其特征在于”和“具有”可以互换地使用。
虽然已经通过描述本发明的一个或多个实施方式阐释了本发明，且虽然已经相当详细地描述了各实施方式，但是并非预期或以任何方式将所附权利要求的范围限制到这些细节。本文所述的示例性实施方式的各种特征可以被以任意组合使用。对于本领域的技术人员而言，额外的优势和改动将是易于显现的。因此，本发明在其更广泛的方面并不限于所示和描述的具体细节、代表性的产品和方法以及示例性的示例。因此，在不偏离本发明大体构想范围的情况下可偏离这样的细节。

Claims (20)

1.一种用于将NH3供给到废气处理系统的方法，所述方法包括：
将尿素供给到电解流动池，所述电解流动池包括：
入口；
出口；
阴极，该阴极具有第一导电部件；
阳极，该阳极具有第二导电部件；以及
碱性电解质组合物，该碱性电解质组合物与所述阳极和所述阴极电相通，其中所述碱性电解质组合物具有至少0.01M的氢氧化物浓度或pH值至少为8；
通过将电压差施加到所述电解流动池实现尿素的电解水解来产生氨，其中横跨所述阴极和所述阳极施加电压差，其中所述电压差足以实现尿素的所述电解水解以至少产生NH3；
回收至少一部分NH3；
将所述至少一部分NH3转移到所述废气处理系统；以及
再循环所述碱性电解质组合物的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一导电部件包括碳、钴、铜、铱、铁、镍、钯、铂、铑、钌或其混合物或合金。
3.根据权利要求1所述的方法其中所述第二导电部件包括钴、铜、铱、铁、铂、镍、铑、钌或其混合物或合金。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二导电部件包括钴、铜、铱、铁、铂、镍、铑、钌或其混合物或合金的氧化形式。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
改变下述中的至少一个：
所述电解流动池的温度；
所述电解流动池的压力；
施加到所述电解流动池的电流；或
施加到所述电解流动池的电压；
改变施加到所述阳极的一部分上的电压，其中所述阳极包括阳极催化剂床；或
改变所述阳极催化剂床的接触尿素溶液的总面积的面积百分数。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述碱性电解质组合物包括碱金属或碱土金属的氢氧化物盐、碳酸盐、碳酸氢盐或其组合。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括加热所述电解流动池。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述尿素作为盒中的固体来提供。
9.根据权利要求1所述的方法，其中将所述尿素供给至所述电解流动池包括：
用所述碱性电解质组合物的至少一部分稀释浓缩的尿素原液；或
用水或所述碱性电解质组合物的至少一部分溶解的固体尿素的至少一部分。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括通过将水从所述碱性电解质组合物中蒸发出去而浓缩所述碱性电解质组合物。
11.一种用于燃烧发动机的废气处理系统，所述废气处理系统包括：
选择性催化还原系统、选择性非催化还原系统或烟气调质系统的至少一个；以及
氨发生器，所述氨发生器包括电解流动池，该电解流动池具有：
入口；
至少一个出口；
阴极，该阴极具有第一导电部件；
阳极，该阳极具有第二导电部件；
碱性电解质组合物，该碱性电解质组合物与所述阳极和所述阴极电相通，其中所述碱性电解质组合物具有至少0.01M的氢氧化物浓度或pH值至少为8；以及
再循环系统，该再循环系统可操作地连接至所述电解池的入口和至少一个出口；
其中，源自所述氨发生器的至少一个出口还与所述选择性催化还原系统、所述选择性非催化还原系统或所述烟气调质系统中的至少一个相通。
12.根据权利要求11所述的废气处理系统，其中所述第一导电部件包括碳、钴、铜、铱、铁、镍、钯、铂、铑、钌或其混合物或合金。
13.根据权利要求11所述的废气处理系统，其中所述第二导电部件包括钴、铜、铱、铁、铂、镍、铑、钌或其混合物或合金。
14.根据权利要求11所述的废气处理系统，其中所述第二导电部件包括钴、铜、铱、铁、铂、镍、铑、钌或其混合物或合金的氧化形式。
15.根据权利要求11所述的废气处理系统，其中所述碱性电解质组合物包括碱金属或碱土金属的氢氧化物盐、碳酸盐、碳酸氢盐或其组合。
16.根据权利要求11所述的废气处理系统，其中所述电解池还包括：
加热器装置，该加热器装置可操作地连接至所述电解池。
17.根据权利要求11所述的废气处理系统，其中所述电解池还包括包含固体尿素的盒。
18.根据权利要求11所述的废气处理系统，其中所述再循环系统还包括蒸发器。
19.一种氨发生器，所述氨发生器包括电解流动池，该电解流动池具有；
入口；
至少一个出口；
阴极，该阴极具有第一导电部件；
阳极，该阳极具有第二导电部件；
碱性电解质组合物，该碱性电解质组合物与所述阳极和所述阴极电相通，其中所述碱性电解质组合物具有至少0.01M的氢氧化物浓度或pH值至少为8；以及
再循环系统，该再循环系统可操作地连接至所述电解池入口和至少一个出口。
20.根据权利要求19所述的氨发生器，其中所述再循环系统还包括蒸发器。
CN201180048738XA 2010-08-23 2011-08-23 通过电解尿素而进行的选择性催化还原 Pending CN103201411A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US37610810P 2010-08-23 2010-08-23
US61/376,108 2010-08-23
US13/077,277 US8388920B2 (en) 2010-04-02 2011-03-31 Selective catalytic reduction via electrolysis of urea
US13/077,277 2011-03-31
PCT/US2011/048809 WO2012027368A1 (en) 2010-08-23 2011-08-23 Selective catalytic reducton via electrolysis of urea

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103201411A true CN103201411A (zh) 2013-07-10

Family

ID=44588198

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201180048738XA Pending CN103201411A (zh) 2010-08-23 2011-08-23 通过电解尿素而进行的选择性催化还原

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP2609229A1 (zh)
JP (1) JP2013541662A (zh)
KR (1) KR20130108309A (zh)
CN (1) CN103201411A (zh)
BR (1) BR112013003925A2 (zh)
CA (1) CA2809092A1 (zh)
WO (1) WO2012027368A1 (zh)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104074577A (zh) * 2014-06-25 2014-10-01 同济大学 一种提高柴油机scr系统尿素热解水解效率的方法
CN105940526A (zh) * 2013-10-25 2016-09-14 俄亥俄州立大学 包含石墨烯涂层电极的电化学电池
CN106988837A (zh) * 2016-01-20 2017-07-28 天纳克汽车经营有限公司 包括氨气和氢气生成的排气后处理系统
CN109046188A (zh) * 2018-09-07 2018-12-21 唐勇 气液闭合回路离子反应方法
CN110099866A (zh) * 2016-12-01 2019-08-06 拉夫堡大学 产生氨基甲酸铵并且还原氮氧化物
CN110224165A (zh) * 2019-06-24 2019-09-10 云南省能源研究院有限公司 一种三元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用
CN110512224A (zh) * 2019-08-30 2019-11-29 济南大学 一种电化学氧化生氮并同时还原固氮成氨的方法
CN112040999A (zh) * 2018-08-17 2020-12-04 华盛顿大学 用于尿素光氧化的设备和方法
CN113660995A (zh) * 2019-03-29 2021-11-16 Gt有限公司 用于减少微尘的废气净化系统
CN115094454A (zh) * 2022-07-01 2022-09-23 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 用于尿素电解制氢和碳还原的电解池及方法
CN115305477A (zh) * 2022-07-01 2022-11-08 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 电解尿素-二氧化碳还原制取合成气的系统和方法
CN115305492A (zh) * 2022-07-01 2022-11-08 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 交替进行尿素电解制氢和碳还原的系统及方法和应用系统

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3013381B1 (fr) 2013-11-15 2016-01-01 IFP Energies Nouvelles Procede de depollution des gaz d'echappement, notamment de moteur a combustion interne, en particulier pour vehicule automobile, et installation utilisant un tel procede.
US10267196B1 (en) 2016-09-14 2019-04-23 Southwest Research Institute Treatment of reductant urea solutions with catalyst precursors to assist selective catalytic reduction
CN108033518B (zh) * 2017-11-27 2024-04-12 山西大学 一种降解含氯游泳池水中尿素的方法和装置
US10378411B1 (en) 2018-01-03 2019-08-13 Southwest Research Institute Dosing method and apparatus for reductant urea solutions with catalyst precursors to assist selective catalytic reduction
US10774715B1 (en) 2018-03-27 2020-09-15 Southwest Research Institute Stabilization of aqueous urea solutions containing organometallic catalyst precursors
CN110273163A (zh) * 2019-07-23 2019-09-24 闫巍 一种可再生能源直接电解含尿素废水制氢的系统及方法
CN113184953A (zh) * 2021-04-28 2021-07-30 中山大学 一种用于小便池的原位降解尿液装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050247050A1 (en) * 2004-05-05 2005-11-10 Eaton Corporation Adsorption based ammonia storage and regeneration system
US20090095636A1 (en) * 2007-10-15 2009-04-16 Ohio University Electrolytic Cells and Methods for the Production of Ammonia and Hydrogen
CN101066520B (zh) * 2000-12-01 2010-06-16 燃料技术公司 通过支流尿素分解实现的NOx的选择催化还原

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3040470A1 (de) * 1980-10-27 1982-06-03 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren und vorrichtung zur indirekten oxidation von harnstoff
US6077491A (en) * 1997-03-21 2000-06-20 Ec&C Technologies Methods for the production of ammonia from urea and/or biuret, and uses for NOx and/or particulate matter removal
DE102006035871B3 (de) * 2006-08-01 2008-03-27 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Abscheidung von Chromschichten als Hartverchromung, Galvanisierungsbad sowie hartverchromte Oberflächen und deren Verwendung
US7527776B2 (en) 2007-01-09 2009-05-05 Catalytic Solutions, Inc. Ammonia SCR catalyst and method of using the catalyst
PT2553229E (pt) * 2010-04-02 2015-02-13 Univ Ohio Redução catalítica selectiva através de uma electrólise de ureia

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101066520B (zh) * 2000-12-01 2010-06-16 燃料技术公司 通过支流尿素分解实现的NOx的选择催化还原
US20050247050A1 (en) * 2004-05-05 2005-11-10 Eaton Corporation Adsorption based ammonia storage and regeneration system
US20090095636A1 (en) * 2007-10-15 2009-04-16 Ohio University Electrolytic Cells and Methods for the Production of Ammonia and Hydrogen

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105940526A (zh) * 2013-10-25 2016-09-14 俄亥俄州立大学 包含石墨烯涂层电极的电化学电池
CN104074577B (zh) * 2014-06-25 2016-04-06 同济大学 一种提高柴油机scr系统尿素热解水解效率的方法
CN104074577A (zh) * 2014-06-25 2014-10-01 同济大学 一种提高柴油机scr系统尿素热解水解效率的方法
CN106988837A (zh) * 2016-01-20 2017-07-28 天纳克汽车经营有限公司 包括氨气和氢气生成的排气后处理系统
CN110099866A (zh) * 2016-12-01 2019-08-06 拉夫堡大学 产生氨基甲酸铵并且还原氮氧化物
CN112040999A (zh) * 2018-08-17 2020-12-04 华盛顿大学 用于尿素光氧化的设备和方法
CN109046188A (zh) * 2018-09-07 2018-12-21 唐勇 气液闭合回路离子反应方法
CN113660995A (zh) * 2019-03-29 2021-11-16 Gt有限公司 用于减少微尘的废气净化系统
CN110224165A (zh) * 2019-06-24 2019-09-10 云南省能源研究院有限公司 一种三元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用
CN110512224A (zh) * 2019-08-30 2019-11-29 济南大学 一种电化学氧化生氮并同时还原固氮成氨的方法
CN115094454A (zh) * 2022-07-01 2022-09-23 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 用于尿素电解制氢和碳还原的电解池及方法
CN115305477A (zh) * 2022-07-01 2022-11-08 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 电解尿素-二氧化碳还原制取合成气的系统和方法
CN115305492A (zh) * 2022-07-01 2022-11-08 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 交替进行尿素电解制氢和碳还原的系统及方法和应用系统
CN115094454B (zh) * 2022-07-01 2023-08-25 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 用于尿素电解制氢和碳还原的电解池及方法
CN115305492B (zh) * 2022-07-01 2023-11-07 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 交替进行尿素电解制氢和碳还原的系统及方法和应用系统

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013541662A (ja) 2013-11-14
CA2809092A1 (en) 2012-03-01
WO2012027368A1 (en) 2012-03-01
EP2609229A1 (en) 2013-07-03
KR20130108309A (ko) 2013-10-02
BR112013003925A2 (pt) 2016-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103201411A (zh) 通过电解尿素而进行的选择性催化还原
CN102884292B (zh) 通过电解尿素而进行的选择性催化还原
US8562929B2 (en) Selective catalytic reduction via electrolysis of urea
RU2479558C2 (ru) Электрохимический способ получения азотных удобрений
US9062382B2 (en) Electrolytic cells and methods for the production of ammonia and hydrogen
Li et al. Advancing integrated CO 2 electrochemical conversion with amine-based CO 2 capture: a review
CN106894865B (zh) 包括电解生成的h2和nh3的排气后处理系统
Márquez-Montes et al. Simultaneous sulfite electrolysis and hydrogen production using Ni foam-based three-dimensional electrodes
JP2004174369A (ja) ガス処理方法とそのシステム
WO2011004344A1 (en) Device for hydrogen enrichment of the fuel of internal combustion engine fed by ammonia, during the start-up and during the steady state
CN104411638A (zh) 气体产生设备和方法
CN113797733A (zh) 一种循环净化烟气中二氧化硫和氮氧化物的方法和装置
KR102179532B1 (ko) 질소산화물 제거용 전기분해장치, 및 질소산화물 제거방법
JP3920737B2 (ja) 硝酸性窒素の処理方法および処理装置
JP2004174371A (ja) ガス処理方法とそのシステム
NL2031628B1 (en) Nitrogen fixation device and method by low-temperature jet plasma coupled single-atom catalysis
RU2308125C1 (ru) Способ получения электрической энергии
WO2023166166A1 (en) Electrolytic regeneration of co2 rich alkaline absorbent for co2 recovery
CN116354460A (zh) 一种污水处理协同发电并产燃料的电化学工艺及装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20130710