CN106769645A - 铵盐热分解平衡压力测量装置 - Google Patents

Abstract

一种铵盐热分解平衡压力测量装置，包括加热装置、反应器、温度传感器及压力传感器；所述加热装置用于加热所述反应器；所述温度传感器用于测量所述反应器的温度；所述压力传感器用于测量所述反应器内部压力。本发明的铵盐热分解平衡压力测量装置，能够准确测量某一反应温度下铵盐分解压力，为获取结晶压力和温度的变化规律提供实验数据支持。

Description

铵盐热分解平衡压力测量装置

技术领域

本发明涉及一种化学物分解产生气体时的压力与温度关系测量装置，具体是一种铵盐分解时平衡压力测量装置。

背景技术

SCR技术是能够使重型柴油机排放满足排放法规同时保持较低燃油消耗率的有效手段。尿素SCR技术被大多数重型商用车公司采用以满足欧Ⅴ及以上排放法规，该法规要求SCR系统具有较高的NOx还原率，较低的氨泄露和尿素消耗量。虽然国内外很多研究机构针对尿素SCR技术进行了大量的研究与改进，但是尿素SCR系统还是存在几点难以克服的问题：1.在排气温度低于300℃时，尿素喷嘴向排气管中喷射的尿素难以迅速且充分的发生热解水解反应全部转化为氨气，未转化成氨气的的尿素可能会发生其他副反应，沉积物将会附着在排气管和催化剂表面，影响催化剂活性，严重时还会堵塞排气管，其中沉积物主要成分为缩二脲和三聚氰酸等，因此制备尿素溶液需要用蒸馏水和较纯净的尿素，容易造成SCR催化剂内氨气浓度不均匀，需要额外安装混合器；2.尿素溶液在-11℃时会发生结冰，在高纬度地区冬季需要加装加热装置，而尿素溶液达到50～60℃时在尿素箱内会发生缓慢的分解反应；3.现在使用的还原剂为质量分数为32.5％的尿素水溶液，其密度为1.09kg/m3，单位体积含氨质量为0.2kg，其含氨量较低，所以需要较大尿素箱来装尿素，使整车有效载荷量降低；4.尿素SCR在低温下还原效率比较低且在变工况下对尿素的喷射控制策略也是非常复杂的，因为NOx与NH3之间存在此消彼长的关系。

而国内外之所以进行大量关于固态SCR的研究是因为固态铵SCR与传统SCR相比有如下优势：1.固态铵SCR能够拓宽SCR系统工作的温度区间，与传统Urea-SCR相比在排温较低时有更高的还原效率。因为喷射的尿素溶液在排气管中需要完成热解水解过程，而该过程是一个吸热的过程，会使排气温度进一步降低，尿素溶液无法完全分解，Urea-SCR在温度低于200℃时不能工作。而SCR催化剂在150～200℃仍有一定的活性，通过改进催化剂可以进一步提高催化剂在低温下的活性，固态铵氨气供给系统直接向排气管中喷入氨气，使SCR系统仍能工作，以此拓宽SCR系统工作温度范围，图1.11为尿素SCR、固态还原剂SCR和NOx捕集技术(Lean-NOx Trap，LNT)在不同温度下NOx的还原效率。2.固态铵SCR系统通过向排气管中直接喷射氨气，省去了尿素热解水解过程，能够提高系统的瞬态响应性，更好的控制氨泄漏。3.固态铵盐(氨基甲酸铵)或储氨材料(氯化镁)有更高的氨承载能力，其氨承载能力约为尿素溶液的三倍。

本发明专利设计定位针对现有固态铵SCR系统铵盐分解平衡压测试方法不完善、测试温度范围窄等问题，提供了一种可有效解决上述问题的铵盐热分解平衡压力测试装置。

发明内容

现有技术中要利用铵盐加热分解产生氨气，但是生成的氨气在确定的某一压力下，当温度低于一定值时，会发生逆反应从新生成铵盐，造成系统的损坏甚至失效，只有确定了铵盐热解反应达到平衡的压力和温度对应关系，才能更好确定结晶压力和温度的变化规律。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种铵盐热分解平衡压力测量装置，包括加热装置、反应器、温度传感器及压力传感器；所述加热装置作用于所述反应器，用于加热所述反应器；所述温度传感器作用于所述反应器，用于测量所述反应器的温度；所述压力传感器作用于所述反应器，用于测量所述反应器内部压力。

作为本发明的一个实施方式，本发明铵盐热分解平衡压力测量装置还包括非密闭反应室，所述反应室注有导热介质，所述加热装置、反应器、温度传感器及压力传感器浸入所述导热介质内。

上述实施方式中，所述导热介质为液态水或者油。

作为本发明的另一个实施方式，设置有温度显示仪，连接至所述温度传感器，用于显示测试温度。

作为本发明的另一个实施方式，设置有压力显示仪，连接至所述压力传感器，用于显示测试压力。所述温度传感器为2个以上。

进一步，所述温度传感器置于所述导热介质内，不与所述反应器接触。

又或者，所述加热装置置于所述导热介质内，不与所述反应器接触。

作为本发明的又一个实施方式，所述反应器为聚四氟乙烯材质的密闭反应器，所述反应器上盖设置有通孔，所述压力传感器通过所述通孔置入所述反应器内部。

进一步，所述反应器外设置有不锈钢外壳，所述外壳底部有圆孔与所述导热介质相通。

本发明实现原理：电加热管对油浴反应室中液态油进行加热，油浴反应室中的温度传感器T1和T2用于测量油的温度，最终温度取T1和T2两个温度传感器采集数据的平均值。油浴反应室中的液态油与铵盐反应器中的聚四氟乙烯内衬接触，因此可以对内衬中的铵盐进行加热，当油浴反应室中的油温上升到指定的温度后，稳定5-10分钟使得铵盐反应器中的温度与油浴反应室中的温度达到一致，然后通过压力传感器测量铵盐反应器中的压力，并通过压力显示仪进行压力数据的读取。铵盐受热分解生成氨气，铵盐反应器内气体含量增加，所以铵盐反应器内压力增加，当压力达到稳定后，即可认为铵盐反应器中的铵盐热分解反应达到了平衡，压力显示仪显示的读数即为与此反应温度对应的分解平衡压力。因为在指定温度下，如果没有气体生成，压力显示仪上面的压力显示的数值波动不大；当铵盐生成氨气，气体含量的增加会使得压力迅速增加，即可通过压力显示仪读取增加的压力数据。

本发明的有益效果为：本发明的铵盐热分解平衡压力测量装置，能够准确测量某一反应温度下铵盐分解压力，为获取结晶压力和温度的变化规律提供实验数据支持。

附图说明

图1为本发明测试装置实施例结构示意图。

图中：1—温度显示仪；2—反应室；3—加热管；4—铵盐反应器；5—压力传感器；6—加热控制器；7—压力显示仪；T1、T2—温度传感器。

具体实施方式

本发明公开了一种铵盐热分解平衡压力测试装置，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。需要特别指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明，并且相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围的基础上对本文所述内容进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

在本发明中，除非另有说明，否则本文中使用的科学和技术名词具有本领域技术人员所通常理解的含义。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明的铵盐热分解平衡压力测量装置，包括加热装置，用于加热铵盐，进其反应，如电加热、恒温液浴加热等；用于铵盐反应的反应器，要求是密闭容器且能承受一定的压力；温度传感器及压力传感器，用于测量铵盐反应的温度和对应温度下产生反应器内的压力；所述加热装置作用于所述反应器，用于加热所述反应器；所述温度传感器作用于所述反应器，用于测量所述反应器的温度；所述压力传感器作用于所述反应器，用于测量所述反应器内部压力。

如图1所示，本发明实施例提供了一种铵盐热分解平衡压力测试装置，包括：

用于提供铵盐反应以生成氨气的反应器4，铵盐反应器4的功能是实现固态铵盐在的容器中被加热发生热解反应产生氨气。铵盐反应器4应当是密闭的反应器，铵盐在其中加热分解过程产生氨气会使容器内压力变大，铵盐受热分解的化学过程是可逆的，每一个反应温度都对应一个平衡压力，即在温度不变时，正逆反应会在达到某一压力时平衡，反应在密闭容器4中进行时，压力会维持恒定，或者气体流出反应容器4的速率与气体生产速率相同时，容器能维持一定的压力。

铵盐反应器4的几何形状一般为圆柱形筒状结构，具有聚四氟乙烯材质的内衬，以实现良好的导热功能。四氟乙烯内衬外设置有不锈钢外壳，该不锈钢外壳底部有圆孔，其上设置可拆卸的圆盘盖。将铵盐放入聚四氟乙烯内衬，通过外壳上盖压紧，使内衬的底面与外壳底部圆孔紧密贴合，既保证容器的密封性又加强了对内衬的加热。

铵盐反应器4的顶部设置内螺纹通孔，用于安装压力传感器。压力显示仪连接于压力传感器，用于显示氨气的反应器4内压力。

铵盐反应器4的加热装置采用电加热的方式。电加热的好处是布置简单，易操作使用。本实施例中采用电加热管3加热反应器4。电加热管3可以直接设置于加热反应器4的外壳外，采用直接加热的方式，也可以通过介质导热的方式进行。本实施例中采用液体介质导热，以液体热浴如水浴或者油浴的方式加热反应器4，此时加热管3不必直接接触反应器4，而是置于液体介质中即可。

加热管3通过加热控制器6调节加热功率。

本发明方案还包括温度传感器，用于测量反应器的温度。具体的，温度传感器应当设置于反应器4内，以直观获取反应温度。温度传感器置于反应器4内部时，铵盐反应器4的顶部设置内螺纹通孔，温度传感器插入螺纹通孔。温度显示仪1连接于温度传感器，用于显示氨气的反应器4内的温度。

本发明实施例还包括非密闭反应室2。反应室2内置有导热介质，采用反应室2的目的在于对反应器4均匀加热，故导热介质可以是水或油等液体介质。反应器4、加热管3、压力传感器、温度传感器都置于反应室2内，将液体介质注入反应室2，没过反应器4、加热管3、压力传感器、温度传感器，以使上述部件都浸入液体介质中，均匀受热。

在利用液体介质导热的实施例中，加热管3在液体介质中不与反应器4接触，而是通过加热液体的方式间接加热反应器4，进而加热反应器4内的铵盐。通过液体介质导热的方式加热均匀，过程温和，有利于铵盐充分反应。例如图1的实施例中，加热管3设置成U形，围绕于放置反应器4的圆柱形底座上。加热管3通过设置于反应室2外的加热控制器6调节加热功率，对液体介质进行加热，从而对反应器4加热。

由于本发明铵盐热分解平衡压力测试装置是为了测量铵盐分解反应中温度与产生压力的关系，该温度不必须是铵盐反应温度，而可以是促进铵盐分解的加热温度或者环境温度，都可以实现本发明的目的。故在本发明上述实施例中，温度传感器可以不设置在反应器4内部，而是设置于液体介质中，不与反应器4接触。

图1的实施例中，温度传感器T1、T2可以固定于反应室2内壁，传感部件置于液体介质中，以检测液体介质的温度。由于反应器4需要通过液体介质传热，导至反应室2内不同位置的液体温度有少许差别，如靠近反应器4处的温度和远离反应器4处的温度可能不同，实施例中设置两个温度传感器，取两温度传感器的平均值作为温度显示仪1读数，测试准确度更高。条件允许或者实际应用中，可能设置更多的温度传感器，取平均读数作为液体介质提供给反应器4的反应温度。

针对一具体实施例对本发明的铵盐分解平衡压力测量装置描述如下：

具有，非密闭恒温油浴反应室2，内置液浴传热介质，典型的为油类介质。加热管3，置于油浴反应室2内，固定于油浴反应室2内壁，通过设置于油浴反应室2外的加热控制器6控制加热功率，对油浴液进行加热。铵盐反应器4由聚四氟乙烯内衬和不锈钢外壳组成，内置固态铵盐，整体置于液态油内，通过恒温油浴加热。压力传感器5通过设置于铵盐反应器4上盖的通孔伸入的铵盐反应器4内，连接压力显示仪7，显示铵盐反应器4的温度；温度传感器T1、T2设置于油浴反应室2内，与温度显示仪1连接，显示油浴温度。

本发明测量装置的测量原理如下：

电加热管3对油浴反应室2中液态油进行加热，油浴反应室2中的温度传感器T1和T2用于测量油的温度，最终温度取T1和T2两个温度传感器采集数据的平均值。油浴反应室2中的液态油与铵盐反应器4中的聚四氟乙烯内衬接触，因此可以对内衬中的铵盐进行加热，当油浴反应室2中的油温上升到指定的温度后，稳定5-10分钟使得铵盐反应器4中的温度与油浴反应室2中的温度达到一致，然后通过压力传感器5测量铵盐反应器4中的压力，并通过压力显示仪7进行压力数据的读取。铵盐受热分解生成氨气，铵盐反应器4内气体含量增加，所以铵盐反应器4内压力增加，当压力达到稳定后，即可认为铵盐反应器4中的铵盐热分解反应达到了平衡，压力显示仪7显示的读数即为与此反应温度对应的分解平衡压力。因为在指定温度下，如果没有气体生成，压力显示仪上面的压力显示的数值波动不大；当铵盐生成氨气，气体含量的增加会使得压力迅速增加，即可通过压力显示仪7读取增加的压力数据。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铵盐热分解平衡压力测量装置，其特征在于，包括加热装置、反应器、温度传感器及压力传感器；所述加热装置用于加热所述反应器；所述温度传感器用于测量所述反应器的温度；所述压力传感器用于测量所述反应器内部压力。

2.根据权利要求1所述的铵盐热分解平衡压力测量装置，其特征在于，还包括非密闭反应室，所述反应室注有导热介质，所述加热装置、反应器、温度传感器及压力传感器浸入所述导热介质内。

3.根据权利要求2所述的铵盐热分解平衡压力测量装置，其特征在于，所述导热介质为液态水或者油。

4.根据权利要求2所述的铵盐热分解平衡压力测量装置，其特征在于，设置有温度显示仪，连接至所述温度传感器，用于显示测试温度。

5.根据权利要求2所述的铵盐热分解平衡压力测量装置，其特征在于，设置有压力显示仪，连接至所述压力传感器，用于显示测试压力。

6.根据权利要求2所述的铵盐热分解平衡压力测量装置，其特征在于，所述温度传感器为2个以上。

7.根据权利要求2所述的铵盐热分解平衡压力测量装置，其特征在于，所述温度传感器置于所述导热介质内，不与所述反应器接触。

8.根据权利要求2所述的铵盐热分解平衡压力测量装置，其特征在于，所述加热装置置于所述导热介质内，不与所述反应器接触。

9.根据权利要求2所述的铵盐热分解平衡压力测量装置，其特征在于，所述反应器为聚四氟乙烯材质的密闭反应器，所述反应器上盖设置有通孔，所述压力传感器通过所述通孔置入所述反应器内部。

10.根据权利要求9所述的铵盐热分解平衡压力测量装置，其特征在于，所述反应器外设置有不锈钢外壳，所述外壳底部有圆孔与所述导热介质相通。