專利名稱：通過使用烷氧基化化合物的表面活性劑混合物最小化脲溶液液滴直徑的方法
通過使用烷氧基化化合物的表面活性劑混合物最小化脲溶
液液滴直徑的方法燃燒設(shè)備和焚化爐必須在空氣少量過剩的情況下運行，以避免或保持低比例的未燃燒組分如煙灰或一氧化碳。氮氣和過剩的氧氣在燃燒的高溫下互相反應(yīng)形成NO和NO2,即所謂的亞硝氣。這些亞硝氣對環(huán)境有毒，因此必須加以處理。這可以通過依照下式的與氨氣的催化受控反應(yīng)來實現(xiàn)
6 NO + 4 NH3 = 5 N2 + 6 H2O 分另Ij 6 NO2 + 8 NH3 = 7 N2 + 12 H2O。氨氣自身是揮發(fā)性、腐蝕性和有毒物質(zhì)；因此通常使用脲，其分解為氨氣和二氧化碳。脲水溶液因此在狹窄噴嘴的幫助下霧化并噴射進排出流中。液滴直徑必須非常小，以在排出流中短時間內(nèi)達到高溫，由此導(dǎo)致脲的充分水解
NH2CONH2 + H2O = 2 NH3 + CO2。如果液滴未均勻分布，則較大的液滴可能附著在壁或催化劑材料上。在這種情況下，水在熱排出流中快速蒸發(fā)，并且將發(fā)生其它反應(yīng)。脲的二聚是第一步，形成縮二脲并分裂出氨氣 2 NH2CONH2 = NH2C0NHC0NH2 + NH3?？s二脲也可以水解為NH3和C02。但是，在實踐中不會發(fā)生這一反應(yīng)，因為干燥的液滴的內(nèi)部沒有任何更多的水。在后續(xù)反應(yīng)中代之以形成三聚氰胺。脲溶液必須以非常細微的分布噴射進排出流中。由于緊密構(gòu)造和諸如噴射壓力和噴嘴直徑的工藝參數(shù)，技術(shù)條件經(jīng)常是折中方案。因此，脲溶液必須具有用于不同類型媒介物和不同排出系統(tǒng)的最佳性能。此外，即使在低于0°C的溫度下，脲溶液也必須保持可溶。32. 5%脲溶液的冰點為約-ire。在這種條件下添加劑不應(yīng)沉淀。通過添加如專利文獻中描述的許多表面活性劑，可以降低脲溶液的表面張力。從國際專利申請W094/08893，已知用于通過氣相中的選擇性非催化還原來還原 NOx的方法和組合物。污染性還原劑與表面活性劑一起使用。還原劑選自氨氣、氨氣前體、 脲、脲前體、脲水解產(chǎn)物、氨基甲酸酯、碳酸銨、碳酸氫銨、氰尿酸酯、有機酸的銨鹽、其它產(chǎn)生亞氨基(amidozine)的組合物以及這些的混合物。表面活性劑為陰離子、陽離子或非離子化合物。優(yōu)選，表面活性劑選自C11-C15仲醇乙氧基化物、C12-C15線性伯醇乙氧基化物、烷基化二苯醚二磺酸酯和壬基酚乙氧基化乙醇，并且具有約10-20的HLB (親水/親油平衡)。 未公開混合物。這些產(chǎn)品在平衡狀態(tài)下顯示可測量的降低。法國專利申請2912932描述了用于通過選擇性催化還原(SCR)處理柴油發(fā)動機廢氣的水溶液。在SCR和脲注入裝置的某些構(gòu)造中，在排氣管中存在可能堵塞管道的沉積物。 這些沉積物主要由脲不完全分解的氰尿酸組成。為了強烈限制沉積物，使用脲及其衍生物的水溶液。為了減少沉積物，多官能添加劑優(yōu)選選自可溶于水的表面活性中性、離子和兩性添加劑。多官能添加劑應(yīng)具有7-17的HLB。已知平衡狀態(tài)中獲得的降低不足以用于本發(fā)明中的所需用途。按照現(xiàn)有技術(shù)，液滴尺寸僅獲得少量減少。液滴直徑的巨大減少需要極低的動態(tài)表面張力。如果在SCR中使用，則現(xiàn)有技術(shù)中公開的一些組合物另外將危害催化劑。本發(fā)明的目的是獲得用于通過SCR減少廢氣中的氮氧化物量的脲溶液。本發(fā)明的另一個目的是通過向脲溶液提供添加劑，影響噴射條件，獲得直徑非常小的脲液滴的均勻分布。以這種方式，全部液滴隨同排氣流一起吹掃，經(jīng)歷快速水解。同樣重要的是能夠使用低濃度有效的添加劑來避免沉積物。添加劑對催化材料不應(yīng)是侵蝕性的，并且能夠在低至-ire存儲而不沉淀。這些及其它發(fā)明目的由如下所述的方法、組合物和用途得到。本發(fā)明進一步特征在于專利權(quán)利要求。存在兩種用于霧化液體的噴嘴。在第一種情況下，液體被快速的空氣或其它氣體流分裂為微滴，在另一種情況下，液體流本身被高速擠壓穿過狹窄噴嘴并由此回旋成為微滴。已知通過減少液體粘度獲得非常小的液滴。以同樣的方式，減少表面張力影響液
滴直徑。這一原理被用于噴涂油漆和清漆。可以由特殊的稀釋劑組合物獲得細微噴霧，隨后通過蒸發(fā)一部分稀釋劑迅速升高粘度，獲得油漆對表面的牢固粘著。通過油漆或清漆的低表面張力控制表面的均勻潤濕和油漆的快速擴散。水在室溫下具有大約73 mN/m的較高表面張力。向水或水溶液中添加表面活性劑產(chǎn)生表面張力的強烈降低。疏水性顆粒和疏水性液滴，例如煙灰或油，被鎖在由表面活性劑形成的膠束的內(nèi)部。添加表面活性劑因此用于制備乳液、洗液和乳劑。洗滌劑和清洗劑的有效性也是
基于這一作用。根據(jù)使用的表面活性劑，可以以10_5至10_3 mol/1的較低表面活性劑濃度獲得所需效果。這些材料被稱作‘表面活化劑’或表面活性劑，因為它們傾向于受高能因素驅(qū)使向表面移動?？拷砻娴母鲗又械臐舛瓤梢赃_到本體濃度的1000倍。但是表面活化分子向表面的遷移是時間的函數(shù)，與通過向水中添加諸如甲醇或乙醇02.6 mN/m)或丙酮6 mN/m)的有機溶劑的表面張力降低相反。通過表面活性劑由于布朗(Brown)分子運動向表面遷移控制平衡中的表面張力， 這意味著該值由擴散控制。因此，形成新的表面之后立即形成的表面張力是決定性的，不是平衡中低得多的值。這意味著非?？焖俳档蛣討B(tài)表面張力是重要的。當(dāng)液滴的重量將克服試圖使表面最小化的表面張力時，來自噴嘴的液體的體積將由于形成液滴而發(fā)生破裂。以這種方式，液滴的半徑受剛剛離開噴嘴之后的液體表面張力直接控制。但是，與表面活性劑在水中的溶液相比，表面活性劑在濃縮脲溶液中的有效性和溶解性顯示相應(yīng)的差別。本發(fā)明涉及通過向脲溶液提供添加劑(以下稱為表面活性劑混合物)，而最小化脲溶液液滴直徑的方法，由此達到與使用相同噴霧設(shè)備但沒有任何添加劑的情況下霧化相同脲溶液相比，顯著更精細的霧化作用。本發(fā)明還涉及具有表面活性劑的脲溶液以及脲溶液中的表面活性劑混合物用于最小化加入到排氣流中的脲溶液的液滴直徑的用途。表面活性劑混合物由不同烷氧基化度的非離子表面活性劑組成，并且以50 g/m3 至2000 g/m3，優(yōu)選150至300 g/m3的比例加入到脲溶液中。所述表面活性劑混合物由通過環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷，和/或乙氧基化烷基酚反應(yīng)獲得的脂肪醇環(huán)氧乙烷加成物和/或脂肪胺環(huán)氧乙烷加成物和/或相應(yīng)的環(huán)氧丙烷加成物和/或所謂的嵌段共聚物形成。所述表面活性劑混合物包含比例為10%至40%的具有快速擴散速率的低烷氧基化化合物，例如具有2-5個聚乙二醇基團的十三醇，和比例為60%至 90%的保證即使在低于0°C的溫度下在濃縮脲溶液中的溶解性也充足的具有更高烷氧基化度的化合物，例如具有8-20個聚乙二醇基團的十三醇。該化合物的末端OH基團可以與短鏈醇反應(yīng)形成醚，由此降低起泡能力。優(yōu)選表面活性劑混合物由具有12-15個C原子的烷基鏈的醇的環(huán)氧乙烷加成物制成，其中更高的烷氧基化度為10-15。優(yōu)選的表面活性劑混合物包含比例為40%的具有13個C原子的烷基鏈和乙氧基化度為5的乙氧基化羰基醇和比例為60%的具有13個C原子的烷基鏈和乙氧基化度為10 的乙氧基化羰基醇。另一種表面活性劑混合物包含比例為33%的具有13個C原子的烷基鏈和乙氧基化度為3的乙氧基化羰基醇和比例為67%的具有13個C原子的烷基鏈和乙氧基化度為12的乙氧基化羰基醇。表面活性劑混合物可以進一步包含甘油或100-2000 g/m3的具有1000至10000的
相對分子量的聚乙二醇，以溶解或熔融存在的或生成的沉積物。低烷氧基化化合物具有低動態(tài)表面張力，但是令人遺憾地在水中或者脲溶液中都不充分可溶。得到不透明的溶液。存儲過程中，其將分離成兩相，特別是在低溫下。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)添加更高乙氧基化的化合物將起增溶劑的作用。不可溶部分將形成膠束的核心，這些膠束將遷移至相邊界、表面。具有支化烷基鏈的化合物在脲溶液中顯示更好的溶解性。通過單層表面活性劑，表面張力發(fā)生降低，不論表面活性劑是否可溶于本體相。通過混合低和高乙氧基化化合物，還獲得優(yōu)異的噴霧性能。這種溶液可被用于不同的噴嘴直徑和噴霧壓力系統(tǒng)。在低溫下存儲過程中存在額外的作用。低至-irc，脲和水的低共熔點，大多數(shù)混合物仍將為透明溶液形式。特殊的表面活性劑混合物可以在脲溶液離開噴嘴之后僅幾毫秒獲得快速的表面張力降低，保證快速和完全的脲的水解。另外，表面活性劑阻止微晶體生長，由此防止脲的固體反應(yīng)產(chǎn)物的形成。已經(jīng)對32. 5 wt%的脲水溶液測量了表面張力，所述脲水溶液具有13個C原子的平均鏈長以及不同乙氧基化度并以不同量添加的乙氧基化醇。這些溶液的表面張力由表面張力計法測定。滴落液滴之間的時間為大約500毫秒。結(jié)果示于表1。表1.溶于脲溶液的具有不同乙氧基化度的乙氧基化醇的表面張力
權(quán)利要求
1.通過使用表面活性劑最小化噴霧時脲溶液的液滴直徑的方法，其特征在于將包含比例為10-40 wt%的烷氧基化度為2至5的低烷氧基化化合物和比例為60-90 wt%的烷氧基化度為8至20，優(yōu)選為10至15的的非離子表面活性劑的混合物加入到脲溶液中，其中表面活性劑的混合物由脂肪醇環(huán)氧乙烷加成物和/或脂肪胺環(huán)氧乙烷加成物和/或乙氧基化烷基酚形成，并且其中在低至_11°C的溫度下存儲時相應(yīng)的脲溶液保持穩(wěn)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于表面活性劑的混合物由具有12至15個C原子的烷基鏈的醇的環(huán)氧乙烷加成物制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于表面活性劑的混合物包含比例為40%的具有13 個C原子的烷基鏈和乙氧基化度為5的乙氧基化羰基醇和比例為60%的具有13個C原子的烷基鏈和乙氧基化度為10的乙氧基化羰基醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于表面活性劑的混合物包含比例為33%的具有13 個C原子的烷基鏈和乙氧基化度為3的乙氧基化羰基醇和比例為67%的具有13個C原子的烷基鏈和乙氧基化度為12的乙氧基化羰基醇。
5.根據(jù)任一項在前權(quán)利要求的方法，其特征在于表面活性劑的混合物以50g/m3至 2000 g/m3，優(yōu)選150 g/m3至300 g/m3的量加入到脲溶液中。
6.具有表面活性劑的脲溶液，特征在于表面活性劑的混合物包含比例為10-40襯％的烷氧基化度為2至5的低烷氧基化化合物和比例為60%至90%的烷氧基化度為8至20，優(yōu)選為10至15的，并且其中表面活性劑的混合物由脂肪醇環(huán)氧乙烷加成物和/或脂肪胺環(huán)氧乙烷加成物和/或乙氧基化烷基酚形成，并且在低至_11°C的溫度下存儲時相應(yīng)的脲溶液保持穩(wěn)定。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的脲溶液，其特征在于表面活性劑的混合物由具有12至15個C原子的烷基鏈的醇的環(huán)氧乙烷加成物制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的脲溶液，其特征在于表面活性劑的混合物包含比例為40%的具有 13個C原子的烷基鏈和乙氧基化度為5的乙氧基化羰基醇和比例為60%的具有13個C原子的烷基鏈和乙氧基化度為10的乙氧基化羰基醇。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的脲溶液，其特征在于表面活性劑的混合物包含比例為33%的具有 13個C原子的烷基鏈和乙氧基化度為3的乙氧基化羰基醇和比例為67%的具有13個C原子的烷基鏈和乙氧基化度為12的乙氧基化羰基醇。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9任一項的脲溶液，其特征在于脲溶液包含量為50g/m3至2000 g/m3，優(yōu)選150 g/m3至300 g/m3的表面活性劑的混合物。
11.表面活性劑的混合物在脲溶液中用于將加入到排氣流中的脲溶液的液滴直徑最小化的用途，其中表面活性劑的混合物包含比例為10-40 wt%的烷氧基化度為2至5的低烷氧基化化合物和比例為60%至90%的烷氧基化度為8至20，優(yōu)選為10-15的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的用途，其中表面活性劑的混合物由具有12至15個C原子的烷基鏈的醇的環(huán)氧乙烷加成物制成。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的用途，其中脲溶液包含量為50g/m3至2000 g/m3，優(yōu)選150 g/ m3至300 g/m3的表面活性劑的混合物。
全文摘要
在要加入到排氣流中的脲溶液中使用來自具有不同烷氧基化度的環(huán)氧烷加成物的表面活性劑的混合物，用于減少亞硝氣。
文檔編號B01D53/86GK102176956SQ200980140039
公開日2011年9月7日 申請日期2009年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月14日
發(fā)明者E·O·斯特魯茨, G·瓦索 申請人:亞拉國際有限公司