[发明专利]制备适用于在SCR法中去除NOx的尿素溶液的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备适用于在SCR法中去除氮氧化物，即去除气流中含有的氮氧化物的尿素水溶液的方法和系统。

背景技术

选择性催化还原或SCR是公知的从气流中去除从例如化石燃料燃烧中产生的氮氧化物的方法。SCR可用于例如去除车辆废气中的氮氧化物。

基本上，SCR能将氮氧化物如NO和NO₂转化为环境中呈惰性的化合物如氮气(N₂)和蒸气。SCR法最佳的温度范围通常为180-350℃。转化过程需要一些氨气(NH₃)，所述氨气是通过向气流中注入尿素水溶液来提供的，这样可使尿素原位分解产生氨气。使用该溶液能避免运输和储存纯氨或其溶液所存在的风险和缺点。在本说明书中，术语SCR溶液将被用来表示适用于SCR法的尿素水溶液。

SCR溶液中尿素的浓度通常为30-35wt％(按重量计)。优选的浓度约为32wt％。从经济方面来看，考虑到尿素和可能的添加剂例如甲醛等的成本，通过将商用固体尿素溶解在水中来生产很不可取。因此，现有技术中已经提出了替代方法。

WO 2006/096048公开了一种制备含尿素的水流的方法，适用于在单元中减少废气中的NO_X，其中将含尿素的水流直接从尿素生产过程的回收区中分离或在回收区之后分离，然后用水稀释至含尿素流的尿素含量在30-35wt％之间。

根据熟知的现有技术，尿素生产过程发生在合成区，在那里氨和二氧化碳在高压下发生反应，产生含尿素的水溶液、氨基甲酸铵和游离的氨；将该溶液输送到包括多个在中和/或低压下操作的装置的回收区，在那里通过加热和/或剥离溶液使氨基甲酸酯分解，以便将氨和二氧化碳回收到合成区。在回收区的下游，尿素溶液通常约含70wt％的尿素，残余氨的百分比很低。然后将该溶液通过蒸发浓缩，生产纯尿素融体。

然而在实践中，仅通过稀释现有技术水平尿素系统回收区的输出物获得的尿素水溶液不符合SCR溶液的质量要求，尤其是在氨含量方面。

氨的含量必须小于2000ppm，但在实践中有必要保持氨含量低于嗅觉值，这意味着一个非常低的浓度，优选200-500ppm，更优选小于200ppm。从现有技术水平的尿素系统回收区中得到的溶液，游离氨含量较低，但不可忽略，约为1-2％(10000-20000ppm)，尿素含量为65-70wt％。因此，用水稀释到30-35wt％的尿素，不足以满足氨＜2000ppm、优选＜200ppm的上述要求。

当要用SCR溶液处理车辆，如配有柴油发动机的重型车辆的废气时，这个问题变得更重要但并非是唯一的问题。在这种情况下，SCR溶液可能由非技术人员处理、被长时间放在车辆油箱中储存、暴露在炎热的夏季气温下等；在这些情况下，显然必须避免氨蒸气释放的风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是寻找一种适当的且成本-效益兼顾的方式，通过使用从尿素生产系统的回收区中产生的含尿素水流，来获得适于在SCR单元中用作添加剂用于去除氮氧化物的尿素水溶液。

通过一种制备适用于在SCR法中去除氮氧化物的尿素水溶液的方法可以解决上述问题，其中使用含有尿素且从尿素生产系统的回收区中得到的水流制备所述溶液，所述方法的特征在于：

a)所述水流经过至少一个蒸发处理步骤，分离含有水和氨的蒸气流，获得基本上无氨的浓缩液；

b)然后稀释所述浓缩液以获得尿素浓度适用于SCR法的溶液。

SCR溶液的浓度优选为含有15-35wt％的尿素，更优选地约30-35wt％。

所用的术语“无氨”是指氨含量非常低，这样，稀释液的氨含量可符合SCR溶液的需求，优选地低于嗅觉值。更优选地，在上述步骤a)获得的溶液的NH₃含量为：经稀释为含30-35wt％的尿素后，NH₃浓度小于2000ppm，更优选200-500ppm，甚至更优选小于200ppm。

所述蒸发优选包括一个加热阶段和随后的真空分离，其中分离含有水和氨的蒸气流，获得液相浓缩液。优选地，所述真空分离在压力为0.2-0.4巴(绝对压力)下进行，更优选地，在所述压力下在约110℃进行。

根据本发明的实施方案，回收区生产的全部水流或仅部分水流可用于生产SCR溶液的目的。

所述蒸发阶段的输入流可以是回收区产生的水流，或将回收区的水流经过进一步处理步骤去除部分氨获得的水流。根据本发明优选的方面，有两个连续的蒸发步骤，其中第一蒸发可以获得浓缩液，且将至少一部分所述溶液在第二蒸发步骤中进一步蒸发，获得进一步浓缩的且无氨的浓缩液。