CN114768788A - 一种非均相催化剂及其在尿素水解制氨中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种非均相催化剂及其在尿素水解制氨中的应用，属于催化剂技术领域。本发明提供了一种制备用于尿素水解制氨的非均相催化剂的方法，所述方法为将载体、活性组分、黏结剂、增强剂、成型润滑剂和结构助剂混捏后进行焙烧，得到非均相催化剂；使用所述方法制得的非均相催化剂具有机械强度高(径向抗压强度可达0.6～1.0MPa、轴向抗压强度可达1.5～3.0MPa)、供氨响应时间短(≤40s)和催化活性高(水解率≥99.5％)的优势，能够促进反应物和催化剂活性位点的有效接触，提高催化反应速率，并且，易回收利用，使用寿命长，在尿素水解制氨中极具应用前景。

Description

一种非均相催化剂及其在尿素水解制氨中的应用
技术领域
本发明涉及一种非均相催化剂及其在尿素水解制氨中的应用，属于催化剂技术领域。
背景技术
选择性催化还原脱硝技术(Selective Catalytic Reduction，SCR)是指在催化剂的作用下，利用还原剂来“有选择性”地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的氮气和水。
目前，SCR还原剂主要有液氨、氨水和尿素。其中，由于以尿素作为还原剂进行选择性催化还原脱硝时，还需事先使用尿素制氨技术将尿素热解或水解成氨气、二氧化碳和水蒸气，而以液氨和氨水作为还原剂进行选择性催化还原脱硝无需此步骤，因此，现阶段，基于液氨和氨水的选择性催化还原脱硝技术在燃煤电厂烟气脱硝中应用最为广泛。
但是，液氨和氨水属于危险化学品，在运输和接卸过程都存在较大安全隐患，若发生泄漏将会对电厂的安全生产、周围居民及生态环境产生影响，而尿素是一种无毒性无害处的化学制品，具有良好的性能指标和操作控制安全性，且化学性质稳定不会突然发生爆炸，因此，将燃煤电厂烟气脱硝的SCR还原剂从液氨和氨水全面升级为尿素已势在必行。优化尿素制氨技术则是实现“将燃煤电厂烟气脱硝的SCR还原剂从液氨和氨水全面升级为尿素”这一目的的必要环节。
现有的尿素制氨技术主要包括尿素热解制氨和尿素水解制氨。其中，尿素热解制氨主要是将尿素溶液输入热解炉中，于一定温度(通常为350～650℃)下进行热解，产生氨气、二氧化碳和水蒸气，此过程能耗巨大且存在一定的安全问题。与尿素热解制氨相比，尿素水解制氨具有能耗低，运行安全、稳定、可靠的优势，在燃煤电厂烟气脱硝中更有应用前景。
当前，尿素水解制氨技术又分为普通尿素水解制氨和尿素催化水解制氨两种。其中，普通尿素水解制氨主要是将直接将尿素溶液(即没有催化剂)于一定温度(通常为140～160℃)和压力(通常为0.4～0.6MPa)下进行水解反应，产生氨气、二氧化碳和水蒸气，此过程对温度和压力也有一定的要求，并且，此过程需要反应2～5min，具有反应速度慢的缺陷。尿素催化水解制氨则主要是将尿素溶液输入装填有均相催化剂(液体酸或碱)的釜式反应器中，于一定温度(通常为125～145℃)和压力(通常为0.25～0.5MPa)下进行非均相催化分解反应，产生氨气、二氧化碳和水蒸气，与普通尿素水解制氨相比，此过程具有反应温度更低、反应压力更低和反应速度更快(供氨响应时间≤1min)的优势，但是，此过程采用液体酸或碱作均相催化剂，会导致催化剂不易回收利用、运行费用高的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种制备用于尿素水解制氨的非均相催化剂的方法，所述方法为将载体、活性组分、黏结剂、增强剂、成型润滑剂和结构助剂混捏后进行焙烧，得到非均相催化剂。
在本发明的一种实施方式中，所述载体、活性组分、黏结剂、增强剂、成型润滑剂和结构助剂的质量比为30～110：5～50：1～10：2～20：2～8：1～5。
在本发明的一种实施方式中，所述方法包括如下步骤：
步骤一：将载体、活性组分和结构助剂混合，得到混合物A；
步骤二：将混合物A、黏结剂和成型润滑剂混合，得到混合物B；
步骤三：将混合物B、增强剂和载体混合，得到混合物C；
步骤四：将混合物C混捏后进行挤出，得到催化剂前躯体；
步骤五：将催化剂前躯体干燥后进行焙烧，得到非均相催化剂。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤一中，载体、活性组分和结构助剂的质量比为30～80：5～50：1～5。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤二中，混合物A、黏结剂和成型润滑剂的质量比为100～150：10～30：10～20。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤三中，混合物B、增强剂和载体的质量比为29～133：5～20：10～50。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤一为：将载体、活性组分和结构助剂于800～1500r/min下混合2～20min，得到混合物A。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤二为：将混合物A、黏结剂和成型润滑剂混合于800～1500r/min下混合5～20min，得到混合物B。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤三为：将混合物B、增强剂和载体混合于800～1500r/min下混合5～20min，得到混合物C。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤四为：将混合物C于300～500r/min下混捏2～3h后，于4～6MPa下挤出，得到催化剂前躯体。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤五为：将催化剂前躯体于80～120℃下干燥12～24h后，于400～600℃下焙烧6～24h，得到非均相催化剂。
在本发明的一种实施方式中，所述载体为氧化铝、二氧化硅、二氧化钛或二氧化锆中的一种以上。
在本发明的一种实施方式中，所述氧化铝的比表面积高于300m2/g；所述二氧化硅的比表面积高于300m2/g；所述二氧化钛比表面积高于50m2/g；所述氧化锆比表面积高于50m2/g。
在本发明的一种实施方式中，所述活性组分为碱性氧化物。
在本发明的一种实施方式中，所述碱性氧化物为氧化镁、氧化钙、氧化锌、氧化锰或氧化铜中的一种以上。
在本发明的一种实施方式中，所述结构助剂为羟乙基磺酸钠油酸酯、椰油酸酯、脂肪族链烷醇酰胺、N-3-羧丙基十八胺钠盐、活性炭、聚乙二醇、环氧乙烷、烷基纤维素或纤维素甲醚中的一种以上。
在本发明的一种实施方式中，所述黏结剂为黏土、水玻璃、塑料树脂、淀粉、聚乙烯醇、硝酸溶液、醋酸溶液、柠檬酸溶液或草酸溶液中的一种以上。
在本发明的一种实施方式中，所述硝酸溶液的浓度为质量分数10～80％；所述醋酸溶液的浓度为质量分数5～25％；所述柠檬酸溶液的浓度为质量分数1～10％；所述草酸溶液的浓度为质量分数1～8％。
在本发明的一种实施方式中，所述成型润滑剂为水、甘油、硅树脂、二硫化钼、干淀粉、田菁石、石墨、滑石粉或石蜡中的一种以上。
在本发明的一种实施方式中，所述增强剂为玻璃纤维或硅铝酸盐中的一种以上。
在本发明的一种实施方式中，所述水为去离子水。
在本发明的一种实施方式中，所述非均相催化剂的形状为蜂窝状、三叶草状、外齿轮状、梅花状、多孔梅花状、拉西环状或环状。
本发明还提供了一种用于尿素水解制氨的非均相催化剂，所述非均相催化剂是使用上述方法制备得到的。
本发明还提供了一种尿素水解制氨的方法，所述方法使用装填有上述非均相催化剂的尿素水解制氨反应器对尿素进行水解制氨。
在本发明的一种实施方式中，所述尿素水解制氨反应器包含反应器本体和驱动装置；所述反应器本体上设有进液口、出液口以及出气口；所述反应器本体内设有负载盘；所述负载盘上装填有上述非均相催化剂；所述反应器本体在驱动装置的驱动下发生旋转，使得从进液口流入负载盘的尿素溶液能够在离心力的作用下渗入非均相催化剂，并在非均相催化剂的作用下发生非均相催化分解反应，产生氨气、二氧化碳和水蒸气。
在本发明的一种实施方式中，所述负载盘上设有液体分布器；所述液体分布器呈环状，且所述非均相催化剂分布在环状液体分布器的外侧，使得从进液口流入负载盘的尿素溶液能够在离心力的作用下经液体分布器渗入非均相催化剂。
在本发明的一种实施方式中，所述负载盘的转速为1000～8000rpm。
在本发明的一种实施方式中，所述尿素溶液的浓度为质量分数20～50％。
在本发明的一种实施方式中，所述尿素溶液在反应器本体中的流入速度为0.6L/min～30L/min。。
在本发明的一种实施方式中，所述非均相催化分解反应的温度为120～145℃、压力为0.2～0.5MPa。
在本发明的一种实施方式中，所述驱动装置为电机。
本发明还提供了上述制备用于尿素水解制氨的非均相催化剂的方法或上述用于尿素水解制氨的非均相催化剂或上述尿素水解制氨的方法在尿素水解制氨中的应用。
本发明技术方案，具有如下优点：
1、本发明提供了一种制备用于尿素水解制氨的非均相催化剂的方法，所述方法为将载体、活性组分、黏结剂、增强剂、成型润滑剂和结构助剂混捏后进行焙烧，得到非均相催化剂；使用所述方法制得的非均相催化剂具有机械强度高(径向抗压强度可达0.6～1.0MPa、轴向抗压强度可达1.5～3.0MPa)、供氨响应时间短(≤40s)和催化活性高(水解率≥99.5％)的优势，能够促进反应物和催化剂活性位点的有效接触，提高催化反应速率，并且，易回收利用，使用寿命长，在尿素水解制氨中极具应用前景。
2、本发明提供了一种尿素水解制氨的方法，所述方法使用装填有非均相催化剂的尿素水解制氨反应器对尿素进行水解制氨，所述尿素水解制氨反应器包含反应器本体，所述反应器本体上设有进液口、出液口以及出气口，所述反应器本体内设有负载盘，所述负载盘上装填有将载体、活性组分、黏结剂、增强剂、成型润滑剂和结构助剂混捏后进行焙烧而得非均相催化剂，所述负载盘在驱动装置的驱动下发生旋转，使得从进液口流入负载盘的尿素溶液能够在离心力的作用下渗入非均相催化剂，并在非均相催化剂的作用下发生非均相催化分解反应，产生氨气、二氧化碳和水蒸气；所述方法使用的非均相催化剂具有机械强度高(径向抗压强度可达0.6～1.0MPa、轴向抗压强度可达1.5～3.0MPa)、供氨响应时间短(≤40s)和催化活性高(水解率≥99.5％)的优势，能够促进反应物和催化剂活性位点的有效接触，提高催化反应速率，并且，易回收利用，使用寿命长；所述方法使用的尿素水解制氨反应器利用高速旋转产生的离心力来模拟超重力环境，在高分散、高湍动的情况下使得尿素溶液从壳体轴顶部的进液口进入反应器本体，经液体分布器进入非均相催化剂层，在非均相催化剂的作用下被切割成细小液滴或一些其他液体微元(呈现出线状和膜状)，尿素小液滴在非均相催化剂表面发生非均相催化分解反应，生产氨气、二氧化碳和水蒸气，然后尿素残液被离心力甩到反应器本体内壁汇集后经出液口离开反应器本体，气体自出气口流出，完成整个反应过程；所述方法使用的尿素水解制氨反应器在运行时，低压蒸汽在反应器本体外部流动，通过间壁式换热方式将热量传递给反应器本体内的尿素溶液，为其发生催化水解反应提供热量，随着转子转速的增加，尿素小液滴微元的尺寸逐渐减小，有利于小液滴微元接触到非均相催化剂活性位，促进尿素水解反应的发生，但当电机转速达到1500rpm后再增加电机转速，会导致尿素小液滴在非均相催化剂中的停留时间降低，从而不能进一步提高尿素转化率；所述方法使用的尿素水解制氨反应器具有体积小、能耗低、易维修和适应能力强等优点，并且，所述方法使用的尿素水解制氨反应器可以使尿素溶液在非均相催化剂表面快速充分地反应，减少反应时间，使得尿素水解制氨具有反应速率快、尿素转化率高的优势，在尿素水解制氨中极具应用前景。
附图说明
图1：尿素水解制氨反应器的结构示意图。
图2：尿素水解制氨反应器的液体分布器的结构示意图。
图1～2中，反应器本体1、进液口2、出液口3、出气口4、负载盘5、驱动装置6、液体分布器7、非均相催化剂8。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
下述实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1-1：用于尿素水解制氨的非均相催化剂及其制备
本实施例提供了一种用于尿素水解制氨的非均相催化剂，所述非均相催化剂由载体(γ-氧化铝)、活性组分(MgO和CaO)、黏结剂(质量分数10％的草酸水溶液)、增强剂(玻璃纤维)、成型润滑剂(田菁石)和结构助剂(PEG-2000和纤维素甲醚)混捏后进行焙烧而得，所述载体、活性组分、黏结剂、增强剂、成型润滑剂和结构助剂的质量比为60：10：1：5：5：1.5。
所述非均相催化剂的制备方法包括如下步骤：
步骤一：将50kgγ-氧化铝、8kg MgO、2kg CaO、1kg PEG-2000和0.5kg纤维素甲醚于1000r/min下混合15min，得到混合物A；
步骤二：将61.5kg混合物A、0.8kg去离子水、0.2kg草酸和5kg田菁石混合于1200r/min下混合15min，得到混合物B；
步骤三：将67.5kg混合物B、5kg玻璃纤维和10kgγ-氧化铝混合于1200r/min下混合15min，得到混合物C；
步骤四：将82.5kg混合物C于450r/min下混捏2h后，于5MPa下挤出，得到三叶草状催化剂前躯体；
步骤五：将三叶草状催化剂前躯体于90℃下干燥12h后，于500℃下焙烧10h，得到三叶草状非均相催化剂。
实施例1-2：用于尿素水解制氨的非均相催化剂及其制备
本实施例提供了一种用于尿素水解制氨的非均相催化剂，所述非均相催化剂由载体(γ-氧化铝)、活性组分(MnO2和CuO)、黏结剂(质量分数10％的草酸水溶液)、增强剂(玻璃纤维)、成型润滑剂(田菁石)和结构助剂(PEG-2000和纤维素甲醚)混捏后进行焙烧而得，所述载体、活性组分、黏结剂、增强剂、成型润滑剂和结构助剂的质量比为60：10：1：5：5：1.5。
所述非均相催化剂的制备方法包括如下步骤：
步骤一：将50kgγ-氧化铝、5kg MnO2、5kg CuO、1kg PEG-2000和0.5kg纤维素甲醚于1000r/min下混合15min，得到混合物A；
步骤二：将61.5kg混合物A、0.8kg去离子水、0.2kg草酸和5kg田菁石混合于1200r/min下混合15min，得到混合物B；
步骤三：将67.5kg混合物B、5kg玻璃纤维和10kgγ-氧化铝混合于1200r/min下混合15min，得到混合物C；
步骤四：将82.5kg混合物C于450r/min下混捏2h后，于5MPa下挤出，得到拉西环状催化剂前躯体；
步骤五：将拉西环状催化剂前躯体于90℃下干燥12h后，于500℃下焙烧10h，得到拉西环状非均相催化剂。
实施例1-3：用于尿素水解制氨的非均相催化剂及其制备
本实施例提供了一种用于尿素水解制氨的非均相催化剂，所述非均相催化剂由载体(γ-氧化铝和介孔二氧化硅)、活性组分(MnO2和CuO)、黏结剂(质量分数10％的草酸水溶液)、增强剂(玻璃纤维)、成型润滑剂(田菁石)和结构助剂(PEG-2000和纤维素甲醚)混捏后进行焙烧而得，所述载体、活性组分、黏结剂、增强剂、成型润滑剂和结构助剂的质量比为60：10：1：5：5：1.5。
所述非均相催化剂的制备方法包括如下步骤：
步骤一：将25kgγ-氧化铝、25kg介孔二氧化硅、5kg MnO2、5kg CuO、1kg PEG-2000和0.5kg纤维素甲醚于1000r/min下混合15min，得到混合物A；
步骤二：将61.5kg混合物A、0.8kg去离子水、0.2kg草酸和5kg田菁石混合于1200r/min下混合15min，得到混合物B；
步骤三：将67.5kg混合物B、5kg玻璃纤维和10kgγ-氧化铝混合于1200r/min下混合15min，得到混合物C；
步骤四：将82.5kg混合物C于450r/min下混捏2h后，于5MPa下挤出，得到拉西环状催化剂前躯体；
步骤五：将拉西环状催化剂前躯体于90℃下干燥12h后，于500℃下焙烧10h，得到拉西环状非均相催化剂。
对比例1-1：用于尿素水解制氨的非均相催化剂及其制备
本对比例提供了一种用于尿素水解制氨的非均相催化剂，所述非均相催化剂由载体(γ-氧化铝)、黏结剂(质量分数10％的草酸水溶液)、增强剂(玻璃纤维)、成型润滑剂(田菁石)和结构助剂(PEG-2000和纤维素甲醚)混捏后进行焙烧而得，所述载体、黏结剂、增强剂、成型润滑剂和结构助剂的质量比为60：1：5：5：1.5。
所述非均相催化剂的制备方法包括如下步骤：
步骤一：将50kgγ-氧化铝、1kg PEG-2000和0.5kg纤维素甲醚于1000r/min下混合15min，得到混合物A；
步骤二：将51.5kg混合物A、0.8kg去离子水、0.2kg草酸和5kg田菁石混合于1200r/min下混合15min，得到混合物B；
步骤三：将57.5kg混合物B、5kg玻璃纤维和10kgγ-氧化铝混合于1200r/min下混合15min，得到混合物C；
步骤四：将72.5kg混合物C于450r/min下混捏2h后，于5MPa下挤出，得到三叶草状催化剂前躯体；
步骤五：将三叶草状催化剂前躯体于90℃下干燥12h后，于500℃下焙烧10h，得到三叶草状非均相催化剂。
对比例1-2：用于尿素水解制氨的非均相催化剂及其制备
本对比例提供了一种用于尿素水解制氨的非均相催化剂，所述非均相催化剂由载体(γ-氧化铝和介孔二氧化硅)、黏结剂(质量分数10％的草酸水溶液)、增强剂(玻璃纤维)、成型润滑剂(田菁石)和结构助剂(PEG-2000和纤维素甲醚)混捏后进行焙烧而得，所述载体、黏结剂、增强剂、成型润滑剂和结构助剂的质量比为60：1：5：5：1.5。
所述非均相催化剂的制备方法包括如下步骤：
步骤一：将25kgγ-氧化铝和25kg介孔二氧化硅、1kg PEG-2000和0.5kg纤维素甲醚于1000r/min下混合15min，得到混合物A；
步骤二：将51.5kg混合物A、0.8kg去离子水、0.2kg草酸和5kg田菁石混合于1200r/min下混合15min，得到混合物B；
步骤三：将57.5kg混合物B、5kg玻璃纤维和10kgγ-氧化铝混合于1200r/min下混合15min，得到混合物C；
步骤四：将72.5kg混合物C于450r/min下混捏2h后，于5MPa下挤出，得到三叶草状催化剂前躯体；
步骤五：将三叶草状催化剂前躯体于90℃下干燥12h后，于500℃下焙烧10h，得到三叶草状非均相催化剂。
对比例1-3：用于尿素水解制氨的非均相催化剂及其制备
本对比例提供了一种用于尿素水解制氨的非均相催化剂，所述非均相催化剂由载体(γ-氧化铝)、活性组分(MgO和CaO)、黏结剂(质量分数10％的硝酸水溶液)、成型润滑剂(田菁石)和结构助剂(PEG-2000)组成，所述载体、活性组分、黏结剂、成型润滑剂和结构助剂的质量比为60：6：20：3：1。
所述非均相催化剂的制备方法包括如下步骤(浸渍法)：
步骤一：将60kgγ-氧化铝、3kg田菁粉和1kgPEG-2000混合，得到干物料；将干物料于450r/min下混捏2h，混捏过程中，滴加黏结剂20kg，得到湿物料；
步骤二：将湿物料送入挤条机，在挤压力作用下从另一端挤出，得到挤出的湿载体，挤出的湿载体的截面形状为模具孔板开孔的三叶形；将挤出的湿载体切粒、整形，得到成型的湿载体；将成型的湿载体自然晾干后，先在120℃烘箱中干燥4h，再置于马弗炉中，以4℃/min的速度升温至500℃焙烧4h，得到γ-Al2O3催化剂载体；
步骤三：将γ-Al2O3催化剂载体在100℃的烘箱中干燥3h，称重后，放入表面皿滴加蒸馏水至γ-Al2O3催化剂载体不再吸水，用滤纸轻轻吸取γ-Al2O3催化剂载体表面多余的水分，再次称重，计算得到γ-Al2O3催化剂载体的吸水率(吸水率为90％)；根据计算得到的γ-Al2O3催化剂载体的吸水率，计算γ-Al2O3催化剂载体的吸水量，即溶剂水量(溶剂水量为54kg)；根据γ-Al2O3催化剂载体10％的负载量计算活性组分MgO和CaO(质量比1:1)的用量(MgO和CaO的用量分别为3kg和3kg)；
步骤四：根据步骤三的计算结果，取54kg水、19.2kg六水硝酸镁和8.8kg硝酸钙混合，配制成浸渍液；
步骤五：在50℃下将浸渍液与γ-Al2O3催化剂载体混合后，静置8h，得到混合物料；将混合物料先于100℃下烘干至恒重，然后在500℃焙烧2h，得到三叶形非均相固体催化剂。
实施例2-1：尿素水解制氨反应器
本实施例提供了一种尿素水解制氨反应器，所述尿素水解制氨反应器包含反应器本体1(材料为304不锈钢)和驱动装置6；所述反应器本体1上设有进液口2、出液口3以及出气口4；所述反应器本体1内设有用于装填非均相催化剂8的负载盘5(材料为304不锈钢)；所述反应器本体5在驱动装置6(电机)的驱动下发生旋转；所述负载盘5的中心位置设有液体分布器7(环状)。
所述尿素水解制氨反应器利用高速旋转产生的离心力来模拟超重力环境，在高分散、高湍动的情况下使得尿素溶液从壳体轴顶部的进液口进入反应器本体，经液体分布器进入非均相催化剂层，在非均相催化剂的作用下被切割成细小液滴或一些其他液体微元(呈现出线状和膜状)，尿素小液滴在非均相催化剂表面发生非均相催化分解反应，生产氨气、二氧化碳和水蒸气，然后尿素残液被离心力甩到反应器本体内壁汇集后经出液口离开反应器本体，气体自出气口流出，完成整个反应过程。
所述尿素水解制氨反应器在使用时，低压蒸汽在反应器本体外部流动，通过间壁式换热方式将热量传递给反应器本体内的尿素溶液，为其发生催化水解反应提供热量。随着转子转速的增加，尿素小液滴微元的尺寸逐渐减小，有利于小液滴微元接触到非均相催化剂活性位，促进尿素水解反应的发生，但当电机转速达到1500rpm后再增加电机转速，会导致尿素小液滴在非均相催化剂中的停留时间降低，从而不能进一步提高尿素转化率。
所述尿素水解制氨反应器具有体积小、能耗低、易维修和适应能力强等优点，并且，所述尿素水解制氨反应器可以使尿素溶液在非均相催化剂表面快速充分地反应，减少反应时间，使得尿素水解制氨具有反应速率快、尿素转化率高的优势，在尿素水解制氨中极具应用前景。
对比例2-1：尿素水解制氨反应器
本对比例提供了一种尿素水解制氨反应器，所述尿素水解制氨反应器为釜式反应器(材料为304不锈钢)。
实验例1：用于尿素水解制氨的非均相催化剂的性能实验
本实验例提供了用于尿素水解制氨的非均相催化剂的性能实验，实验过程如下：
使用压力试验机(型号为美国MTS CDT1305)检测实施例1-1～1-3和对比例1-1～1-3的非均相催化剂的径向抗压强度和轴向抗压强度，检测结果见表1。
由表1可知，实施例1-1～1-3的非均相催化剂具有机械强度高(径向抗压强度可达0.6～1.0MPa、轴向抗压强度可达1.5～3.0MPa)的优势，易回收利用，使用寿命长，在尿素水解制氨中极具应用前景；对比例1-1～1-2的非均相催化剂在机械强度上与实施例1-1～1-3的非均相催化剂相差不大；对比例1-3的非均相催化剂由于采用浸渍法制备，在机械强度上远不如实施例1-1～1-3的非均相催化剂。
表1非均相催化剂的径向抗压强度、轴向抗压强度和催化活性
Figure BDA0003610927620000131
实验例2：非均相催化剂对尿素水解制氨的影响实验
本实验例提供了非均相催化剂对尿素水解制氨的影响实验，实验过程如下：
将实施例1-1～1-3和对比例1-1～1-3的非均相催化剂分别装填在实施例2-1的尿素水解制氨反应器的负载盘上，使得非均相催化剂分布在环状液体分布器的外侧，进而使得从进液口流入负载盘的尿素溶液能够在离心力的作用下经液体分布器渗入非均相催化剂，并在非均相催化剂的作用下发生非均相催化分解反应，产生氨气、二氧化碳和水蒸气；装填结束后，开启尿素水解制氨反应器的电机，使得负载盘的转速为1500rpm；开启结束后，用离心泵以6L/min的流量将质量分数为50％的尿素水溶液打入反应器本体，同时，在反应器本体外部通入温度为160℃、压力为0.7MPa的低压蒸汽进行尿素水解反应(此时，反应器本体内的反应温度为130℃、反应压力为0.4MPa)；记录系统稳定供氨时间，记录结果见表2；反应过程中，使用气相色谱法检测尿素残液中的尿素浓度，并根据尿素残液中尿素浓度计算尿素水解转化率，计算结果见表2。
由表2可知，实施例1-1～1-3的非均相催化剂具有供氨响应时间短(≤40s)和催化活性高(水解率≥99.5％)的优势，能够促进反应物和催化剂活性位点的有效接触，提高催化反应速率，在尿素水解制氨中极具应用前景；对比例1-1～1-2的非均相催化剂由于缺乏活性组分，在催化活性上远不如实施例1-1～1-3的非均相催化剂；对比例1-3的非均相催化剂在催化活性上也远不如实施例1-1～1-3的非均相催化剂。
表2非均相催化剂对尿素水解制氨的影响
Figure BDA0003610927620000141
实验例3：尿素水解制氨反应器对尿素水解制氨的影响实验
本实验例提供了非均相催化剂对尿素水解制氨的影响实验，实验过程如下：
实验组1～3：参见实验例2中使用实施例1-1～1-3的非均相催化剂的组别。
对照组1～3：分别在实验组1～3的基础上，将实施例2-1的尿素水解制氨反应器替换为对比例2-1的尿素水解制氨反应器。
由表3可知，与对比例2-1的尿素水解制氨反应器相比，使用实施例2-1的尿素水解制氨反应器进行尿素水解制氨具有催化活性更高和供氨响应时间短更短的优势，可见，实施例2-1的尿素水解制氨反应器可以使尿素溶液在非均相催化剂表面快速充分地反应，减少反应时间，使得尿素水解制氨具有反应速率快、尿素转化率高的优势。
表3尿素水解制氨反应器对尿素水解制氨的影响
Figure BDA0003610927620000142
Figure BDA0003610927620000151
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种制备用于尿素水解制氨的非均相催化剂的方法，其特征在于，所述方法为将载体、活性组分、黏结剂、增强剂、成型润滑剂和结构助剂混捏后进行焙烧，得到非均相催化剂。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述载体、活性组分、黏结剂、增强剂、成型润滑剂和结构助剂的质量比为30～110：5～50：1～10：2～20：2～8：1～5。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一：将载体、活性组分和结构助剂混合，得到混合物A；
步骤二：将混合物A、黏结剂和成型润滑剂混合，得到混合物B；
步骤三：将混合物B、增强剂和载体混合，得到混合物C；
步骤四：将混合物C混捏后进行挤出，得到催化剂前躯体；
步骤五：将催化剂前躯体干燥后进行焙烧，得到非均相催化剂。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤一中，载体、活性组分和结构助剂的质量比为30～80：5～50：1～5；
所述步骤二中，混合物A、黏结剂和成型润滑剂的质量比为100～150：10～30：10～20；
所述步骤三中，混合物B、增强剂和载体的质量比为29～133：5～20：10～50。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述步骤一为：将载体、活性组分和结构助剂于800～1500r/min下混合2～20min，得到混合物A；
所述步骤二为：将混合物A、黏结剂和成型润滑剂混合于800～1500r/min下混合5～20min，得到混合物B；
所述步骤三为：将混合物B、增强剂和载体混合于800～1500r/min下混合5～20min，得到混合物C；
所述步骤四为：将混合物C于300～500r/min下混捏2～3h后，于4～6MPa下挤出，得到催化剂前躯体；
所述步骤五为：将催化剂前躯体于80～120℃下干燥12～24h后，于400～600℃下焙烧6～24h，得到非均相催化剂。
6.一种用于尿素水解制氨的非均相催化剂，其特征在于，所述非均相催化剂是使用权利要求1～5任一项所述的方法制备得到的。
7.一种尿素水解制氨的方法，其特征在于，所述方法使用装填有权利要求6所述非均相催化剂的尿素水解制氨反应器对尿素进行水解制氨。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述尿素水解制氨反应器包含反应器本体和驱动装置；所述反应器本体上设有进液口、出液口以及出气口；所述反应器本体内设有负载盘；所述负载盘上装填有权利要求6所述非均相催化剂；所述反应器本体在驱动装置的驱动下发生旋转，使得从进液口流入负载盘的尿素溶液能够在离心力的作用下渗入非均相催化剂，并在非均相催化剂的作用下发生非均相催化分解反应，产生氨气、二氧化碳和水蒸气。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述负载盘上设有液体分布器；所述液体分布器呈环状，且所述非均相催化剂分布在环状液体分布器的外侧，使得从进液口流入负载盘的尿素溶液能够在离心力的作用下经液体分布器渗入非均相催化剂。
10.权利要求1～5任一项所述的方法或权利要求6所述的非均相催化剂或权利要求7～9任一项所述的方法在尿素水解制氨中的应用。
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