TWI679168B - 經控制之小型隨選氨氣產生方法及裝置 - Google Patents

經控制之小型隨選氨氣產生方法及裝置 Download PDF

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Abstract

本發明揭示用於自尿素經控制之隨選氨產生之方法及小型裝置。該方法利用熱氣將室中之尿素水溶液氣化，同時控制尿素水溶液及熱氣之流量以達成尿素水溶液之完全氣化並形成包含氨、異氰酸、二氧化碳及水蒸氣之氣體混合物，使其通過含有微粒過渡金屬氧化物之觸媒床以將實質上所有異氰酸轉化成氨。將觸媒擔體及觸媒床在氣化室之下端與該室對準以提供對氣化室中氣體一定程度之背壓以將該氣化室與由熱反應器之下游設備引起之湍流出口效應分離。將產物物流之樣品處理以移除水及氨，並分析二氧化碳含量以控制該方法。進行該方法之裝置包括促進以精確控制之連續操作之流量管理設備及觸媒擔體。

Description

經控制之小型隨選氨氣產生方法及裝置
本發明大體上係關於自尿素經控制之小型隨選氨產生。已自技術及安全立場證明隨選氨產生具重要性，但是反應器設計及方法控制之困難繼續存在技術挑戰。本發明提供顯著方法及裝置改進。
本技術已經提供藉由熱處理將尿素氣化之方法，但是所要求之操作條件及化學繼續存在技術挑戰，尤其在空間受限及要求高濃度之氨的情況下。 大多數燃燒過程係在高溫下進行，其於排出氣體中產生氮氧化物(NOx )，通常利用含氮NOx -還原劑(如氨或尿素)處理該等排出氣體。NOx -還原劑與NOx 之間之反應係溫度依賴性且受有或無觸媒影響。最直接化學途徑要求氨，但是安全性指定使用如尿素之前驅體。尿素通常以水溶液供給及然後在有或無觸媒下藉由熱行為氣化。 針對汽車用途，柴油發動機產生最高NOx 濃度，因為通常將其調整用於最大效率，其增加NOx 之產生至要求使用如尿素或氨之物劑之水平。雖然高，但是NOx 濃度係仍僅於百萬分率範圍，及含氮劑(例如，氨或尿素)之量需僅在相當水平上。所需氨濃度實際上不超過數百百萬分率或換言之，甚至少於0.1%。通常引入尿素水溶液，如於歐洲已知之AdBlue或於美國所稱之Diesel Exhaust Fluid。良好確立在有或無觸媒下操作以分解尿素之技術，但是不在高引入速率下操作。此使可長時間操作而無嚴重問題為解決非常完美之技術問題。此等系統通常將尿素水溶液之細噴霧引入水平排氣管，在該排氣管處將其快速氣化。利用適當擋板及混合，容易地防止排氣管壁上之沉積同時維持對NOx 還原觸媒之氨供給在充分水平以處理排氣。然而，設計此等系統用於低需求用途及該等設計不允許將其擴大規模以自在0.5%或更高之水平的尿素產生氨。簡單增加裝置之尺寸將不增加出口氣體物流中之氨之百分比。其將僅增加該裝置之尺寸。 區別於車輛污染控制系統之低濃度要求，許多工業用途要求氨於有限空間內之高產生。雖然產生NOx 之設備可係大的，但是通常無用於氨生成預留之占地面積，尤其於改造情況下。此要求任何氨供給系統必須相對於產生之氨更小型許多。雖然存在討論將尿素轉化成氨用於高需求工業及電廠系統之參考，但是無一者係如期望且經常必要之小型。自本發明者之立場，在已知系統中主要為高溫過程，諸如頒與Sun等人之美國專利案第7,090,810號，其描述可產生錯合產物氣體物流之熱方法，該熱方法可存在方法控制挑戰。不幸地，通常於自具有1%或更高氨濃度之此方法及類似方法之產物物流中存在之該等濃度下之氨的量測係困難且趨於不精確。此可使方法控制較用於許多工業應用之實用或經濟更困難。 雖然用於自尿素產生氨之最初工業規模設計試圖在無水解觸媒幫助下完成所需轉化，但是最近認為在尿素之最初熱分解後使用水解觸媒可係有益。於一個此應用中，於美國專利案第8,951,492號中討論自尿素之溫度穩定產物物流之產生。雖然當然為進步，但是描述之裝置具有若干困難。首先，產物物流中之高濃度氨使分析成問題。其次，混合之氧化物水解觸媒(其經常含有二氧化釩)在啟動前需預熱及預潤濕。觸媒之此預潤濕將引起觸媒之溫度快速增加。此外，當尿素水溶液流向反應器開始時，可存在甚至更大及更快速的溫度增加，該溫度增加有時可變得太大而迫使操作員停機並等待設備冷卻下來。 此外，先前技術系統強加空間問題，因為早期設計要求一級熱反應器與單獨水解反應器之間之獨立收斂區段。該單獨收斂區段需克服對熱反應器出來之氣體之湍流出口效應。此等出口效應將不利地影響熱反應器中之氣體流動。 已知SCR觸媒對水解有效，並且在尿素之熱分解後將SCR觸媒(於一些情況下廢SCR觸媒)用於水解。不幸地，經常發現此等觸媒太具活性而引起非所需加熱。雖然小型系統似乎藉由活性觸媒得以改進，但是針對高輸出要求更佳的觸媒以提供有效水解而不遭遇不利加熱。 當前存在對於連續小型隨選系統中以要求最小干預之控制良好方式自尿素有效供給氨之方法及裝置之需要。
本發明提供於連續小型隨選系統中自尿素有效供給氨之方法及裝置。 於一態樣中，一種產生含氨氣體物流之方法，其包括：提供用於將尿素水溶液及具有高於600℉之溫度之熱氣引入具有上端、下端及外壁之垂直定向氣化室之構件；向該垂直定向氣化室之上端切向供給熱氣並使其通過位於該垂直定向室之上端附近之小孔板傳送以提供熱氣於該氣化室中之有序線性向下流動；自位於該小孔板之中心開口近端之噴嘴注射尿素水溶液以與熱氣同時流動；控制尿素水溶液及熱氣之流量以達成該尿素水溶液之完全氣化並形成包含氨、異氰酸、二氧化碳及水蒸氣之氣體混合物；使包含氨、異氰酸、二氧化碳及水蒸氣之該氣體混合物推進通過含有主要以銳鈦礦晶型之微粒二氧化鈦之觸媒床以於產物物流中將實質上所有異氰酸轉化成氨。 於另一種形式中，本發明提供方法改進，其包括控制熱氣之溫度以維持產物物流之溫度在高於400℉之溫度的附加特徵。 於另一態樣中，本發明方法要求：處理產物物流之樣品以移除水及氨，及對該樣品進行二氧化碳含量分析；將所量測之二氧化碳含量與參考值相比較；及基於該比較，調整尿素水溶液及/或熱氣之流量及/或熱氣溫度。 其他改進為安置觸媒擔體及觸媒床使得該觸媒床之中心垂直軸與垂直定向氣化室之中心垂直軸對準且在該垂直定向氣化室之下端處中心定位以提供對該氣化室中之氣體之一定程度之背壓，以將該氣化室與由熱反應器之下游設備引起之湍流出口效應分離。 於本發明之一種形式中，使包含氨、異氰酸、二氧化碳及水蒸氣之氣體混合物傳送通過含有藉由觸媒擔體鬆散固持之顆粒化過渡金屬氧化物水解觸媒之觸媒床。較佳觸媒包括主要以銳鈦礦晶型之二氧化鈦。 於另一主要態樣中，本發明提供製備含氨氣體物流之裝置，其包括：具有上端、下端及封閉側壁之垂直定向氣化室；用於將熱氣引入該垂直定向氣化室之上端之入口；位於該垂直定向室中且安置在入口下方之小孔板，其用於引入熱氣以使熱氣有序線性向下流動通過該室；位於該垂直定向室之該上端附近之至少一個注射器，其用於將尿素水溶液之霧化噴霧引入該氣化室中之熱氣之該有序線性向下流動；小孔觸媒擔體，其用於固持與該垂直定向氣化室之中心垂直軸對準且在該垂直定向氣化室之下端處中心定位之顆粒化二氧化鈦觸媒床；利用導管連通觸媒擔體之出口，其用於運送來自該室之含氨產物物流。 本發明之其他及較佳態樣述於以下。
在描述本發明時，參考圖示，其中看到圖 1 中示意地顯示之裝置之簡化的較佳實施例，其具有圖 2 至圖 7 中說明之各種細節。該等圖示及其代表之方法將於下文簡要描述。 術語「尿素」意指涵蓋呈所有其商業形式之尿素，該等形式通常將基本上由尿素組成，含有95重量%或更多尿素。於本發明之方法中尿素之此相對純形式係較佳且具有若干優點。較佳地將呈水溶液之尿素以約30%至約70%之濃度(此範圍中之較低濃度係最典型)供給至該方法中。於一實施例中，尿素水溶液將具有約40%之尿素濃度。 術語「氣化」吾人意指將實質上所有尿素轉化成氣體，未留下顯著經溶解或游離的固體或液體。 術語「微粒」吾人意指包含與形成方法無關之具有至少1 mm之主要尺寸的顆粒狀及顆粒化粒子。藉由壓實或擠出及切割形成之呈小球形式之粒子係為典型。圖 1 為根據本發明之裝置10 之分解透視圖及其經顯示為包含具有上端14 、下端16 及封閉側壁18 之垂直定向氣化室12 。提供入口20 用於將熱氣引入垂直定向氣化室12 之上端14 。小孔板22 (參見圖 3 )位於垂直定向室12 中且安置在入口20 下方用於引入熱氣以使熱氣有序線性向下流動通過該室。至少一個注射器24 (參見圖 3 )位於垂直定向室之上端14 附近以用於將尿素水溶液之霧化噴霧引入氣化室中之熱氣中。 本發明之裝置對於其在以工業規模供給氨方面的能力係非常小型。垂直室12 通常係圓柱形，其中直徑dr 為室12 之高度h 之約5%至約30%。於一種形式中，室12 之 直徑為6英寸及高為約4英尺。通過入口導管20 以經控制之規則流動供給溫度在約600℉以上之熱氣，該經控制之規則流動使尿素水溶液中之水快速蒸發及使該溶液完全氣化。於一種形式中，該垂直線性氣體速度將為約2至約4英尺/秒。 顯示入口導管20 位於垂直定向氣化室12 之上端14 附近且具有中心軸34 ，中心軸34 橫切但是偏離垂直定向氣化室12 之中心軸36 使得流入室內之流動係切向且提供氣體之氣旋型流動在室之上端14 附近進入氣化室12 。入口導管20 具有小於室20 之dr 之直徑di ，通常為約dr 之一半。此配置將引起氣體分配室15 中之氣旋型流動，氣體分配室15 定義為頂板13 下方及小孔板22 上方之空間。顯示小孔板22 位於導管20 下方及在垂直定向室12 之上端14 附近，引起通過板22 之空氣流動非常均勻且當其經過板22 及通過室12 向下流動時變得垂直線性。通常，氣體分配室15 之垂直程度(h1 )將小於約3倍之dr ，例如，1.5至2倍。 注射器24 自源(未顯示)通過供給線38 饋入尿素水溶液。注射器24 可為需霧化空氣之雙流體型或無空氣型(諸如於美國專利案第5,976,475號中描述者或已開發用於汽車用途之其他)。噴嘴40 通常位於該小孔板22 之中心開口近端。其可在小孔板22 之最低表面或下方。 此時參考圖 3 至 5 ，將有助於理解板22 之組態及構造及其於室12 中之位置。圖 3 提供本發明之裝置上區段之側面正視圖，將該裝置部分切除以顯示室12 內部中之小孔板22 之位置，小孔板22 用於控制垂直定向內室12 中之垂直氣流。圖 4 中顯示具有微切側邊25 及25’ 之小孔板22 以允許插入圓柱形壁18 後容易安裝以促進使能最佳控制室12 中之垂直氣流之適當安置。圖 4 為小孔板22 之俯視平面視圖及圖 5 為沿圖 4 中之線5-5 所取之橫斷面視圖。若所需，則可將板22 焊接在適當位置。藉由提供板22 中之孔28 之規則模式，經由入口導管20 進入室頂部之氣體可藉由引導其於垂直氣流中通過室12 來控制。如所述，提供中心開口30 以容納用於引入尿素水溶液之噴嘴40 。 顯示室12 之下端16 包含配對凸緣42 及42’ ，於此實施例中提供該等配對凸緣以連接室12 之下端區段44 及觸媒擔體46 ，觸媒擔體46 用於固持與垂直定向氣化室之中心垂直軸36 對準之顆粒化過渡金屬氧化物觸媒48 之觸媒床47 。觸媒擔體46 可係完全小孔或具有固持下(及上，若所需)小孔構件50 之實心側壁49 以包含觸媒。該觸媒理想地為微粒形式，例如，以小球形式。 較佳過渡金屬觸媒為二氧化鈦，較佳地主要以銳鈦礦晶型。銳鈦礦為二氧化鈦之三種礦物型中之一者，另外兩者為板鈦礦及金紅石。經常發現小的分離的且尖銳形成之晶體，及如金紅石(二氧化鈦之更常見之修飾)，其以四方晶系結晶。該銳鈦礦型理想地以二氧化鈦觸媒之至少50% (例如，至少75%)存在。 觸媒粒子(例如，小球)可為實用尺寸，主要尺寸為3至6 mm之一般圓柱形形狀為典型。粒子之表面積通常在約50 m2 /g以上，例如，於100至200 m2 /g之範圍內。散裝或包裝密度通常將為小於1 kg/L。含有過渡金屬氧化物之其他有效觸媒為Al2 O3 、SiO2 、ZrO2 及Fe-ZSM5。已發現最有效之此類型觸媒應實質上無釩，五氧化二釩(釩氧化物)含量基於觸媒之重量計少於1%及較佳地少於0.5%。 顯示觸媒床47 經安置使得其中心垂直軸與垂直定向氣化室12 之中心垂直軸36 對準且在該垂直定向氣化室12 之下端處中心定位，其中藉由觸媒擔體46 鬆散固持二氧化鈦觸媒。此配置提供於其他配置中未發現之優點。具體而言，如所述之對準對氣化室中之氣體提供重要程度之背壓以將氣化室自由熱反應器之下游設備引起之湍流出口效應分離。自室12 之出口未打開氣體，從而減少不利湍流，該湍流將由使氣體物流自垂直室12 轉向通過單獨觸媒室之觸媒床47 引起。此配置提供通過觸媒床之壓力下降，該壓力下降足以使其穩定流出，且通常係少於約5 (例如，2至4)英寸之水柱。 觸媒擔體46 在該垂直定向氣化室之下端處中心定位。在觸媒擔體46 下方之出口52 提供觸媒擔體46 與出口52 之間之連通，該出口52 用於運送來自室12 之含氨產物物流。觸媒床47 之垂直程度可理想地為約0.2至約2.0倍dr 。 操作時，將尿素水溶液經由線38 饋入室12 中至注射器24 ；及經由導管20 饋入熱氣，該熱氣可(諸如)自火爐加熱空氣或處理氣體。於室12 中，將尿素經熱氣化及在與觸媒接觸之前實質上完全轉化成氣相。尿素水溶液之完全氣化將產生包含氨、異氰酸、二氧化碳及水蒸氣之氣體混合物。 為開始該方法，水解觸媒應含低釩或無釩以確保成功啟動。藉由使熱氣通過該觸媒傳送將其預熱，較佳地利用濕空氣或蒸氣進行一定程度之預調理。過去要求觸媒之預調理達成觸媒之適度溫度增加。有時將出現550℉以上之溫度及引起問題。經常發生溫度變得太高而迫使操作員停機並等待設備冷卻下來。現在利用很少或無預調理開始操作。 根據該方法，將尿素水溶液在垂直定向氣化室12 之上端14 處饋入注射器24 。引入尿素溶液以與熱氣同時流動，為達成有效方法控制，該熱氣具有高於600℉之溫度，可監測在52 處離開之氣體之溫度及可視需要調整供給至入口20 之熱氣之溫度以維持在52 處離開之氣體之溫度高於400℉。藉由適宜控制器(未顯示)控制尿素水溶液及熱氣之流率及熱氣之溫度。於一實施例中，室12 直徑為6英寸及高為約4英尺。針對此室，將尿素濃度為約40%之尿素水溶液以約0.3至約1.2加侖/小時(例如，低於約0.8加侖/小時)之速率與800℉之熱氣以略高於900 scfh之速率饋入。於一種形式中，將霧化空氣以約60 scfh之速率饋入注射器以使尿素水溶液霧化。當在此等速率下操作時，該方法可產生約0.5至約2.0 (例如，約1)磅/小時之氨。 本發明允許藉由依靠與先前方法已進行之量測氨相反地量測產物物流中之二氧化碳來以高精確度控制氨之產生。通過濕化學法直接量測NH3 係勞動密集型且其精確度不夠。可調二極體雷射吸收(TDLAS)或其他氨(NH3 )分析儀在高NH3 濃度(例如，超過2%，如可存在於藉由本發明產生之產物物流中)下量測係不精確，昂貴且難以維持。根據本發明，已確定可精確量測二氧化碳(CO2 )及與氨濃度相關之所測得量具有優異精度。 當加熱尿素水溶液時，藉由溫度依賴性速率常數控制之許多化學反應確定尿素如何分解： NH2 -CO2 -NH2 → NH3 + HNCO (尿素) (氨) (異氰酸) 此反應可在275℉之溫度下發生；及使HNCO水解以緩和或消除將其傳送處在低溫下之下游之可能負面影響： HNCO + H2 O → NH3 + CO2 (異氰酸) (水) (氨) (二氧化碳) 因此，因為HNCO水解形成NH3 及CO2 ，已發現可量測甚至約1%之濃度之CO2 儀器係精確。藉由以此方式量測CO2 ，可控制方法操作以維持理論轉化效率。 於該方法之操作中，將產物物流之樣品處理以移除水及氨並分析二氧化碳含量。可藉由利用線圈或阱冷凝或藉由使用乾燥劑移除水。然後通常使用控制器使用可程式化數位電腦將量測之二氧化碳含量與參考值相比較。基於該比較，視需要調整尿素水溶液及/或熱氣之流量及/或熱氣溫度以達成目標水平之產量及品質。 利用尿素水溶液及熱氣之必要流率及製程溫度之操作使尿素水溶液能完全且連續氣化。離開室12 及離開觸媒床47 之氣體混合物將為包含氨、異氰酸、二氧化碳及水蒸氣之氣體混合物。使此氣體混合物推進通過如所述之觸媒床將實質上所有異氰酸轉化成氨及二氧化碳。 氣體對水對尿素之莫耳比率最有效地將為約100:3:1至約50:5:1，例如，80:5:1。水對尿素之莫耳比率最有效地將為約3.3:1至7:1，較佳地於4:1至5:1之範圍內。 於室12 中，重要地為採用適宜高溫度，於室內獲得小液滴尺寸之尿素及避免冷點存在。較佳地控制液滴尺寸為小於200 µm，通常小於100 µm，如藉由雷射技術所測得。於室中之滯留時間係必要地短，例如，約小於4秒，通常1至2秒。 經存在用來水解之水量將包含藉由尿素溶液(包含若有之稀釋水)及系統氣體二者所添加者，且必須足以於該方法之第二階段完全水解HNCO。因為水之特徵為其蒸發焓(40.65 kJ/mol)為自0℃加熱相同量之水至100℃所需之能量的五倍多，因此應避免任何過量水，但是此非先前技術之關注點。 經由入口41 進入階段一氣化室12 之經加熱氣體將尿素氣化，主要為氨及異氰酸(HNCO)，基本上無液體或固體留下。進入室12 之氣體在入口處較佳地於600℉至1200℉之範圍內及將足以使尿素水溶液於氣化反應器中達一段時間完全氣化。為與觸媒(其通常維持在350℉至600℉之溫度)接觸，在室12 後進入觸媒之氣體混合物將在至少400℉以上，例如，至少500℉。 較佳地，在氣體應保持在至少600℉以上之溫度下將氣體加熱至高於600℉，然後將其引入室12 。可有效地採用上至約1200℉之進氣溫度。視需要可供給補充熱至室中。並且較佳地，將室12 良好隔熱以輔助溫度維持。在自室12 離開之前之氣體溫度及滯留時間將有效達成完全氣化。室12 中之進入溫度及溫度維持亦應足夠高以維持至少約400℉，例如，至少450℉及較佳地至少500℉之離開溫度。 若需要，則於氣化後採用加熱及轉入觸媒室46 ，但是較佳地進入室46 之氣體將足夠熱以提供滿足以上標準之離開氣體。觸媒室46 內之溫度理想地為於350至600℉之範圍內，並且較佳地於400至500℉之範圍內。 以上描述係出於教示一般技術者如何實踐本發明之目的。然而，不意欲詳述所有彼等明顯修改及變化，該等修改及變化將對熟練工人在閱讀本描述後變得顯而易見。然而，預期所有此等明顯修改及變化包含於藉由下列申請專利範圍限定之本發明之範圍內。除非上下文明確相反指示，否則該等申請專利範圍意味著涵蓋有效滿足預期目標之所主張之組件及以任意順序之步驟。
10‧‧‧裝置
12‧‧‧垂直定向氣化室
13‧‧‧頂板
14‧‧‧下端
15‧‧‧氣體分配室
16‧‧‧下端
18‧‧‧封閉側壁
20‧‧‧入口
22‧‧‧小孔板
24‧‧‧注射器
25‧‧‧微切側邊
25’‧‧‧微切側邊
28‧‧‧孔
30‧‧‧中心開口
36‧‧‧中心軸
38‧‧‧供給線
40‧‧‧噴嘴
42‧‧‧凸緣
42’‧‧‧凸緣
44‧‧‧下端區段
46‧‧‧觸媒擔體
47‧‧‧觸媒床
48‧‧‧過渡金屬氧化物觸媒
49‧‧‧實心側壁
50‧‧‧小孔構件
52‧‧‧出口
併入此描述及組成此描述之一部分之附圖說明目前本發明之較佳實施例，及與下列給出之較佳實施例之詳細描述一起用於解釋本發明之原理。如圖示全篇所示，相似參考數字指示相似或對應部件。圖 1 為根據本發明之裝置之分解側面透視圖。圖 2 為根據本發明之裝置之俯視平面視圖。圖 3 為根據本發明之裝置之上部之部分切除側面正視圖。圖 4 為用於控制本發明之裝置中之垂直氣流之小孔板的俯視平面視圖。圖 5 為用於控制本發明之裝置中之垂直氣流之小孔板沿圖 4 中之線5-5 之側面橫斷面視圖。圖 6 為用於固持水解觸媒之小孔板之俯視平面視圖。圖 7 為根據本發明之觸媒固持器之部分切除側面正視圖。

Claims (20)

  1. 一種產生含氨氣體物流之方法，其包括： a.提供用於將尿素水溶液及具有高於600℉之溫度之熱氣引入具有上端、下端及外壁之垂直定向氣化室之構件； b.向該垂直定向氣化室之該上端切向供給熱氣並使該熱氣傳送通過定位於該垂直定向氣化室之該上端附近之小孔板，以提供熱氣於該氣化室中之有序線性向下流動； c.自定位於該小孔板之中心開口近端之噴嘴注射尿素水溶液以與熱氣同時流動； d.控制尿素水溶液及熱氣之流量，以達成該尿素水溶液之完全氣化並形成包含氨、異氰酸、二氧化碳及水蒸氣之氣體混合物； e.使包含氨、異氰酸、二氧化碳及水蒸氣之該氣體混合物推進通過實質上無氧化釩之含有微粒過渡金屬氧化物之觸媒床，以將實質上所有異氰酸轉化成氨並產生產物物流。
  2. 如請求項1之方法，其中安置該觸媒床使得其中心垂直軸與該垂直定向氣化室之中心垂直軸對準且在該垂直定向氣化室之下端處中心定位，及該觸媒藉由觸媒擔體鬆散固持且控制熱氣之溫度以維持該產物物流之溫度在至少400℉之溫度。
  3. 如請求項1之方法，其包括以下其他步驟： a.處理該產物物流之樣品以移除水及氨，並對該樣品進行二氧化碳含量分析； b.將量測得之二氧化碳含量與參考值相比較；及 c.基於該比較，調整尿素水溶液及/或熱氣之流量及/或熱氣溫度。
  4. 一種控制含氨氣體物流之產生之方法，其包括： a.將尿素水溶液自具有上端、下端及外壁之垂直定向氣化室之上端饋入，所引入之該尿素溶液與具有高於600℉之溫度之熱氣同時流動，同時控制尿素水溶液及熱氣之流量，以達成該尿素水溶液之完全氣化並形成包含氨、異氰酸、二氧化碳及水蒸氣之氣體混合物； b.使該包含氨、異氰酸、二氧化碳及水蒸氣之氣體混合物推進通過含有微粒二氧化鈦之觸媒床，以將實質上所有異氰酸轉化成氨並產生含氨之產物物流； c.處理該產物物流之樣品以移除水及氨，並對該樣品進行二氧化碳含量分析； d.將所量測之二氧化碳含量與參考值相比較；及 e.基於該比較，調整尿素水溶液及/或熱氣之流量及/或熱氣溫度。
  5. 一種產生含氨氣體物流之方法，其包括： a.提供用於將尿素水溶液及具有高於600℉之溫度之熱氣引入具有上端、下端及外壁之垂直定向氣化室之構件； b.向該垂直定向氣化室之上端切向供給熱氣及使該熱氣通過位於該垂直定向氣化室之上端附近之小孔板，以提供熱氣於該氣化室中之有序線性向下流動； c.自位於該小孔板之中心開口近端之噴嘴注射尿素水溶液以與熱氣同時流動； d.控制尿素水溶液及熱氣之流量，以達成該尿素水溶液之完全氣化並形成包含氨、異氰酸、二氧化碳及水蒸氣之氣體混合物； e.使該包含氨、異氰酸、二氧化碳及水蒸氣之氣體混合物推進通過含有微粒過渡金屬氧化物之觸媒床，以將實質上所有異氰酸轉化成氨並產生含氨產物物流； f.其中安置該觸媒床使得其中心垂直軸與該垂直定向氣化室之中心垂直軸對準且在該垂直定向氣化室之下端處中心定位，以對該氣化室中之氣體提供一定程度之背壓來將該氣化室與由該熱反應器之下游設備引起之湍流出口效應分離。
  6. 如請求項5之方法，其中該過渡金屬氧化物為呈顆粒化形式之二氧化鈦且藉由觸媒擔體鬆散固持。
  7. 如請求項5之方法，其包括以下其他步驟： a.處理該產物物流之樣品以移除水及氨，並對該樣品進行二氧化碳含量分析； b.將所量測之二氧化碳含量與參考值相比較；及 c.基於該比較，調整尿素水溶液及/或熱氣之流量及/或熱氣溫度。
  8. 如請求項5之方法，其中該觸媒包含主要呈銳鈦礦晶型之二氧化鈦。
  9. 一種控制含氨氣體物流之產生之方法，其包括： a.提供用於將尿素水溶液及具有高於600℉之溫度之熱氣引入具有上端、下端及外壁之垂直定向氣化室之構件； b.向該垂直定向氣化室之該上端供給熱氣並使該熱氣通過位於該垂直定向氣化室之該上端附近之小孔板，以提供熱氣於該氣化室中之有序線性向下流動； c.自位於該小孔板之中心開口近端之噴嘴注射尿素水溶液以與熱氣同時流動； d.控制尿素水溶液及熱氣之流量，以達成該尿素水溶液之完全氣化並形成包含氨、異氰酸、二氧化碳及水蒸氣之氣體混合物； e.使包含氨、異氰酸、二氧化碳及水蒸氣之該氣體混合物推進通過實質上無氧化釩之含有微粒過渡金屬氧化物之觸媒床，以將實質上所有異氰酸轉化成氨，其中安置該觸媒床使得其中心垂直軸與該垂直定向氣化室之中心垂直軸對準且在該垂直定向氣化室之下端處中心定位，且該觸媒藉由觸媒擔體鬆散固持並控制熱氣之溫度以維持該產物物流之溫度在至少400℉之溫度； f.處理該產物物流之樣品以移除水及氨，並對該樣品進行二氧化碳含量分析； g.將所量測之二氧化碳含量與參考值相比較；及 h.基於該比較，調整尿素水溶液及/或熱氣之流量及/或熱氣溫度。
  10. 如請求項9之方法，其中該觸媒包含主要呈銳鈦礦晶型之二氧化鈦。
  11. 一種製備含氨氣體物流之裝置，其包括： a.具有上端、下端及封閉側壁之垂直定向氣化室； b.用於將熱氣引入該垂直定向氣化室之該上端之入口； c.位於該垂直定向室中且安置於該入口下方之小孔板，其用於引入熱氣以使熱氣有序線性向下流動通過該室； d.位於該垂直定向室之該上端附近之至少一個注射器，其用於將尿素水溶液之霧化噴霧引入該氣化室中之熱氣之該有序線性向下流動； e.多孔觸媒擔體，其用於固持與該垂直定向氣化室之中心垂直軸對準且在該垂直定向氣化室之下端處中心定位之顆粒化二氧化鈦觸媒床； f.使該觸媒擔體與導管連通之出口，其用於運送來自該室之含氨產物物流。
  12. 如請求項11之裝置，其中該側壁係圓柱形。
  13. 如請求項11之裝置，其中該觸媒床之中心垂直軸係與該垂直定向氣化室之中心垂直軸對準且在該垂直定向氣化室之下端處中心定位。
  14. 如請求項11之裝置，其中該二氧化鈦係呈顆粒化形式且於小孔觸媒擔體中鬆散固持。
  15. 如請求項11之裝置，其中導管位於該垂直定向氣化室之該上端附近且具有自該垂直定向氣化室之中心軸偏離之中心軸，以使得能夠將氣體之切向流在該室之該上端附近引入該氣化室。
  16. 如請求項11之裝置，其中小孔板位於該導管下方且在該垂直定向室之該上端附近。
  17. 如請求項16之裝置，其中用於引入該尿素水溶液之注射器包括位於該小孔板之中心開口近端之噴嘴。
  18. 如請求項11之裝置，其中該側壁係圓柱形，且該觸媒床之中心垂直軸與該垂直定向氣化室之中心垂直軸對準且在該垂直定向氣化室之該下端處中心定位。
  19. 如請求項11之裝置，其中該側壁係圓柱形，且該觸媒床之中心垂直軸與該垂直定向氣化室之中心垂直軸對準且在該垂直定向氣化室之該下端處中心定位，並且該二氧化鈦係呈顆粒化形式且於小孔觸媒擔體中鬆散固持。
  20. 如請求項11之裝置，其中該垂直定向氣化室具有其高度之約5%至約30%之直徑，且該觸媒床具有該氣化室之高度之約0.2至約2.0倍之高度並與該垂直定向氣化室之中心垂直軸對準且在該垂直定向氣化室之該下端處中心定位，並且該觸媒係呈顆粒化形式且於小孔觸媒擔體中鬆散固持。
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