CN115055121B - 一种可生成不同浓度的nox的生产制备装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可生成不同浓度的NO_X的生产制备装置及其方法，所述的生产制备装置包括反应装置和储气装置；所述的反应装置包括反应槽，反应槽的顶部贯穿连接有两根加料管与出气管；所述的储气装置包括若干个储气罐，所述的储气罐包括初始储气罐、NO储气罐和NO₂储气罐；其中NO储气罐、NO₂储气罐的出气端设有比例调节装置，通过比例调节装置可以调节NO储气罐和NO₂储气罐的供气比例以满足不同比例的NO_X转化实验的需要，以更好地开发验证SCR系统。

Description

一种可生成不同浓度的NOX的生产制备装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种NO_X气体的生成制备工艺，更具体的是涉及一种可生成不同浓度的NO_X的制备工艺。

背景技术

柴油机具有转矩大、热效率高、油耗低等优点，是船舶的主要动力设备。随着船舶运输和渔业的繁荣发展，船用柴油机废气污染问题逐渐成为社会关注的热点问题，而NO_x是船用柴油机最主要的排放污染物之一。选择性催化还原技术SCR是目前国际上公认的用于降低船用柴油机尾气中NO_x排放的主要技术，即在催化剂的作用下，通过尿素喷射系统向SCR上游喷入尿素水溶液，把尾气中NO_x的还原成N₂和H₂O，反应式为：

4NO+O₂+4NH₃→4N₂+6H₂O (1)

NO+NO₂+2NH₃→2N₂+3H₂O (2)

2NO₂+O₂+4NH₃→3N₂+6H₂O (3)

其中反应式(2)为快反应，是SCR反应速度最快，起燃温度最低，最优先完成的反应。但一般情况下，柴油机原始排气组成中，NO₂在NO_x中占比不超过10％；提高排气中的NO₂占比，有利于更好进行催化反应，净化排气中的NO_x污染物。为获得较多的NO₂，通常使用DOC氧化NO气体得到，反应式如下：

2NO+O₂→2NO₂

为开发、验证净化SCR系统需要进行大量的NO_x转化效率测试实验，通常在发动机台架上进行转化效率测试，特别的，为测试SCR系统的最高净化能力，需要长时间在高浓度NO_x条件下测试，要获得高浓度的NO_x，发动机必须处于高转速高负荷工况下，此时，在这种工况下运行的发动机、燃油消耗高、发动机损害大。为解决前述问题，解决方法是在发动机排气中额外通入NO_x气体，可在发动机低速工况下模拟高NO_x排放状态；同时，也可以在任何工况通入设计浓度的，以研究对燃烧的影响，及考察后处理系统的工作状况。

目前为获得可靠稳定的NO及NO₂有两类方法，一类是在高压环境下，通过铂合金网催化氧化氨气生成NO然后使用DOC催化剂氧化NO以获得NO₂，该类装置体积庞大，造价高，安全消防要求高。

另一类是使用8Mpa压强的40L钢瓶存储NO及NO₂气体，单瓶可供气量低，价格昂贵。

发明内容

为解决开发、验证SCR净化系统时进行大量的NOx转化效率测试实验的需要，现提供一种定量生成NO_x的装置及其制备工艺。

具体方案如下：

一种可生成不同浓度的NO_X的生产制备方法，包括以下步骤：

制备亚硝酸盐溶液以及酸溶液，再将亚硝酸盐溶液与酸溶液通入反应槽内部；

反应槽内部的反应过程如下：

2H⁺+2NaNO₂→2Na⁺+H₂O+NO↑+NO₂↑

反应完成后，将溶液通过排液管路排出，气体经过储气装置进行收集，经过以上步骤可获得的NO及NO₂比例为1:1的气体。

所述的亚硝酸盐为亚硝酸钠、亚硝酸钾、亚硝酸铁和亚硝酸铜中的一种或几种的混合物，优选方案为亚硝酸钠或亚硝酸钾中的一种或两种的混合物，更优选的方案为亚硝酸钠。

所述的酸溶液为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、柠檬酸、草酸中的一种或几种的混合物，优选方案为盐酸、柠檬酸或草酸中的一种或几种的混合物，上述三类酸符合环保要求同时使用上更为安全，更优选的方案为盐酸。

针对不同工况所生成的NO_x气体中NO与NO₂的比例不同，设置以下步骤以获取不同比例的NO_x气体：

气体经过收集后，储存在多个储气罐中，其中存在若干个储气罐为NO储气罐，普通的储气罐的内部气体经吸收塔通入在NO储气罐中，所述的吸收塔内设有水溶液，吸收塔内的反应过程如下：

2NO₂+H₂O→2HNO₃+NO

吸收塔对气体中的可溶性气体进行吸收后，释放出不溶于水的NO气体。

吸收塔对可溶性气体进行吸收后，将不溶于水的NO气体通过加压的方式充入在纯NO储气罐中。

储气罐上设有流量控制系统，所述的流量控制系统用于调节NO的供气量。

储气装置中包含有若干个NO储气罐与若干个NO₂储气罐，所述的NO₂储气罐中通过氧化的方式将NO氧化为NO₂；具体的反应过程如下：

2NO+O₂→2NO₂

氧化反应后的NO₂浓度为50％-95％，由于化学平衡原理，其中含有不可避免的NO和O₂。其机理为：

通过控制储罐的温度及气体压强，可以调节NO₂及NO的浓度含量。NO₂及NO在不同温度及压强下的平衡浓度，可由热力学计算得出。

所述的NO储气罐与NO₂储气罐的供气比例为n:m，通过调节n与m的比值，最终的输出气体中的NO：NO₂的比值也相应调整。

一种用于不同浓度的NO_X的生产制备装置，包括反应装置和储气装置；

所述的反应装置包括反应槽，反应槽的顶部贯穿连接有两根加料管与出气管；

所述的储气装置包括若干个储气罐，所述的储气罐包括初始储气罐、NO储气罐和NO₂储气罐；

其中初始储气罐的入口与出气管的出口相连；

初始储气罐的出口通过吸收塔与NO储气罐相连，

初始储气罐的出口通过DOC装置与NO₂储气罐相连，

其中NO储气罐、NO₂储气罐的出气端设有比例调节装置，通过比例调节装置可以调节NO储气罐和NO₂储气罐的供气比例。

所述的反应槽内设有若干个阻流器，所述阻流器的一端与反应槽的内壁相连，另一端伸入在反应槽的内部腔体中；阻流器设于搅拌器下方，排列方式为环状错位排布，通过在反应槽中部以下设置上述若干阻流器以阻断反应溶液的水平旋转运动，使溶液获得向下的力从而顺利地通过底部排液管经水位器的溢流口排出。

有益效果：

(1)本发明提供的一种NO_X的生产制备方法，可调整生成的NO_X中的NO与NO₂的比例便于模拟不同工况的NO_x排放以进行大量的转化效率测试实验，从而更好的开发、验证SCR系统。

(2)本发明提供的一种定量生成NO的装置，在反应槽中设有阻流器，通过在反应槽中部以下设置上述若干阻流器以阻断反应溶液的水平旋转运动，使溶液获得向下的力从而顺利地通过底部排液管经水位器的溢流口排出。

(3)本发明提供的一种NO_X的生产制备方法，可生成大量的NO及NO₂，最大流量可达2000公斤，每小时氮氧化物最大量可达3.2公斤，可长时间持续产出NO及NO₂，满足大量的NO_X效率转化实验。

(4)本发明提供的一种可生成不同浓度的NO_X的生产制备装置及其方法，装置简单、造价低、体积小，安全性高通过控制各储气罐的出气比例即可获得高浓度、低浓度、以及不同工况所需要的NO_X浓度，同时原材料易得、造价低，运行成本低。

附图说明

图1是NO气体生成器结构示意图a。

图2是NO气体生成器结构示意图b。

符号说明：

120：第一储气罐，121：出气口，130：水位器，131：阀门，132：排液管，133：阻流器，134：反应槽，135：泄压管，160：NO储气罐，161：流量计，162：混合气体输出装置，163：吸收塔，164：第二储气罐。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

为开发、验证净化SCR系统需要进行大量的NO_x转化效率测试实验，并测试SCR系统的最高净化能力，需要长时间在高浓度NO_x条件下测试，因此需要获得高浓度的NO_x，同时需要模拟不同工况下NO_x的排放，本生产装置及方法通过工况的实际需要对各储气罐中的出气比例进行调整，具体的实施例如下：

实施例一：

图1是NO气体生成器结构示意图a，通过反应槽134上方贯穿连接的加料管，将盐酸与硝酸钠通过加料管加入到反应槽134中进行反应，反应方程式如下：

2HCl+2NaNO₂→2NaCl+H₂O+NO↑+NO₂↑

打开搅拌器上方的电机，进行搅拌并充分反应，将生成的比例为1:1的混合气体存储于第一储气罐120中。

实施例二：

图2是NO气体生成器结构示意图b，为获得更多比例的NO_x，首先将1:1的混合气体NO_x存储于第二储气罐164中，将第二储气罐164中气体经吸收塔163进行吸收，反应方程式为：

2NO₂+H₂O→2HNO₃+NO

完全吸收后，获得纯NO气体，加压后存储于NO储气罐160中，通过流量控制计161调整第二储气罐164以及NO储气罐160中气体的比例，并通过混合气体输出装置162进行输出，其中NO含量为50％～100％,其余组分为NO₂及O₂。

为使NO₂的浓度大于50％，增加DOC装置，将NO氧化为NO₂，方程式如下：

2NO+O₂→2NO₂

将上述得到的气体加压后存储于NO₂储气罐中，其中NO≤5％，NO₂≥95％。

通过调整第一储气罐120或第二储气罐164与NO₂储气罐中的供气比例，可获得NO₂含量为50％～95％的NO_x气体。

本装置产生的NOx混合气体通入发动机尾气后，可获得最大流量为2000公斤/小时，NO_x含量可达50～5000ppm的尾气组成，可在发动机低速工况下模拟高NO_x的排放状态，也可根据不同的工况对NO_x浓度进行设计。

同时，本发明也可用于机动车发动机、固定源发动机等的开发测试；也可用于化工、医药、环境研究等领域内的特定用量需求的NO及NO2气体供应。

同时，也可通过对储气罐通入N2、氧气、惰性气体、净化后的空气等气体，稀释以获得较低浓度的NO及NO2,以及NOx混合气体。

作为进一步改进，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可生成不同浓度的NO_x的生产制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

使用亚硝酸盐溶液以及酸溶液为原料，将亚硝酸盐溶液与酸溶液通入反应槽内部；

反应槽内部的反应过程如下：

2H⁺+2NO₂ ^-→H₂O+NO↑+NO₂↑

反应完成后，将溶液通过排液管路排出，气体经过储气装置进行收集；气体经过收集后，储存在多个储气罐中，其中存在若干个储气罐为NO储气罐，普通的储气罐的内部气体经吸收塔处理后通入到NO储气罐中，所述的吸收塔内设有水溶液，吸收塔内的反应过程如下：

3NO₂+H₂O→2HNO₃+NO

吸收塔对气体中的可溶性气体进行吸收后，释放出不溶于水的NO气体；

所述储气罐上设有流量控制系统，所述的流量控制系统用于调节NO及NO₂的含量,调节后可获得两种气体比例为所需要的任意比例的混合气，具体调节方式为调整普通的储气罐和NO储气罐的供气比例。

2.根据权利要求1所述的一种可生成不同浓度的NO_x的生产制备方法，其特征在于，所述的亚硝酸盐为亚硝酸钠、亚硝酸钾、亚硝酸铁和亚硝酸铜中的一种或几种的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种可生成不同浓度的NO_x的生产制备方法，其特征在于，所述的酸溶液为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、柠檬酸、草酸中的一种或几种的混合物。

4.根据权利要求1所述一种可生成不同浓度的NO_x的生产制备方法，其特征在于，吸收塔对可溶性气体进行吸收后，将不溶于水的NO气体通过加压的方式充入在纯NO储气罐中。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种可生成不同浓度的NO_x的生产制备方法，其特征在于，储气装置中包含有若干个NO储气罐与若干个NO₂储气罐，所述的NO₂储气罐中通过氧化的方式将NO氧化为NO₂；具体的反应过程如下：

2NO+O₂→2NO₂

氧化反应后的NO₂浓度为50％-95％，通过控制NO₂储气罐的温度及气体压强，调节NO₂及NO的浓度含量，NO₂及NO在不同温度及压强下的平衡浓度，由热力学计算得出。

6.根据权利要求5所述的一种可生成不同浓度的NO_x的生产制备方法，其特征在于，所述的NO储气罐与NO₂储气罐的供气比例为n:m，通过调节n与m的比值，最终的输出气体中的NO：NO₂的比值也相应调整。

7.一种可生成不同浓度的NO_x的生产制备装置，其特征在于，包括反应装置和储气装置；

所述的反应装置包括反应槽，反应槽的顶部贯穿连接有两根加料管与出气管；

所述的储气装置包括若干个储气罐，所述的储气罐包括初始储气罐、NO储气罐和NO₂储气罐；

其中初始储气罐的入口与反应器出气管的出口相连；

初始储气罐的出口通过吸收塔与NO储气罐相连，

初始储气罐的出口通过DOC装置与NO₂储气罐相连，

其中初始储气罐、NO储气罐、NO₂储气罐的出气端设有比例调节装置，通过比例调节装置可以调节初始储气罐、NO储气罐、NO₂储气罐的供气比例，反应装置中产生NO和NO₂的混合气体通入初始储气罐中。

8.根据权利要求7所述的一种可生成不同浓度的NO_x的生产制备装置，其特征在于，所述的反应槽内设有若干个阻流器，所述阻流器的一端与反应槽的内壁相连，另一端伸入在反应槽的内部腔体中；阻流器设于搅拌器下方，排列方式为环状错位排布。