CN102213126A - 一种低温尿素还原剂组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低温尿素还原剂组合物。该溶液由A、B、C、D、E五种组分组成。其特征在于：组分A为尿素，组分B为铵类，组分C为酰胺类，组分D为低分子醇类，组分E为高纯水。组分A、B、C、D、E以一定的比例混合。同传统的尿素还原剂相比，该产品冰点低于-25℃，适合南方冬季和北方初冬使用。

Description

一种低温尿素还原剂组合物
技术领域：
本发明涉及到一种低温尿素还原剂组合物，该技术应用到汽车尾气的后处理行业。
背景技术：
未来几年内，全球的汽车生产商，特别是美国和欧洲关于汽车氮氧化物NOX和微粒PM的排放达标方面将强制性地实施一些更严厉的规格，例如，欧5和欧6排放标准。在排放法规的压力下，一方面国外的车用重负荷柴油机正不断进行技术升级和改进，另一方面，选择恰当的后处理技术策略和装备，例如，SCR(Selective Catalytic Reduction)催化转化还原技术，DPF(Diesel Particulate Filter)颗粒捕捉器，DOC(Diesel Oxidation Catalyst)氧化型催化器等。
SCR技术的本质是利用尿素在高温下分解出NH3，作为还原剂的NH3和发动机排气中的NOX在催化剂和温度的综合作用下进行反应，理想工况下生成无毒的N2和H2O，从而达到净化的目的。目前，欧洲的大多数制造商已经开始采用SCR技术来实现欧4和欧5标准。
SCR具有很多优点，例如，可以在排气温度250～550℃的范围内具有50～85％的NOX去除效率，并能有效降低PM的排放水平；SCR能轻松满足欧4和欧5水平，也具有达到欧6水平的潜力；欧4采用的SCR技术，发动机的燃油耗可降低3～6％；SCR催化剂不含有贵金属，比成本相对较低；SCR对车用燃油的质量，特别是硫含量不敏感。基于以上分析，SCR后处理技术也最适合中国的车辆状况和车用燃油状况。
如果在中国推广应用车载SCR后处理技术，必须解决好尿素还原剂供应、尿素还原剂的剂量、尿素还原剂的雾化喷射、SCR催化剂转换效率、氨气泄露量等至关重要的技术难点。上述各点都涉及到尿素还原剂的问题。在这些问题中，尿素还原剂的冰点是一个关键点。目前，传统的尿素溶液的还原剂冰点均在-11℃左右，这意味着使用SCR技术的车辆冬季向北不能跑过山海关，这对于交通如此发达的今天显然是不可容忍的。
解决传统尿素还原剂存在问题的方法，一般都是在传统还原剂溶液系统附加防冻液循环加热或电加热的系统以及保温系统，即增加了加热管回路、温度传感器、保温层等附加零件，不仅每车增加了约1200元的成本，无疑也增加了系统的复杂性，故障率高，此外，冬天起车时需要车辆空转一定时间，等发动机冷却液的温度上升之后，依靠循环冷却液来融化已经结冰的尿素等缺点。研究发现，开发低冰点还原剂溶液势在必行。
检索发现，改善还原剂溶液冰点的研究成果包括日本的专利20090031713《ANTIFREEZING UREA SOLUTION FOR UREA SCR SYSTEM AND UREA SCR SYSTEM USING THE SAME》和欧洲的产品Denoxium-30。日本专利20090031713采用的是C1～C7的醇类作为冰点改善剂，其添加量用(水+C1～C7的醇类+尿素)/C1～C7的醇类的添加量的比例来限定，比值为7/1，理论上计算，假设20℃温度下乙醇的密度为0.789kg/L，推算醇类的添加量小于10％wt；如果采用甲醇或乙醇来实施，实际检测表明其冰点并不能达到所描述的-30℃，推测应该是添加了异丙醇或乙二醇，或者发明者有意隐含了某种成分或加入量；关于这一点20090031713专利的发明者并没有描述。因此，上述发明的核心，不在本发明的所描述权利要求范围内。欧洲的低温尿素还原剂产品Denoxium-30采用20％尿素和26％甲酸铵的水溶液作为还原剂，产品冰点在-26℃～-30℃之间。相对于本发明而言成本较高。
发明内容：
一种低温尿素还原剂组合物，由A组分，B组分，C组分、D组分和E组分组成；其特征在于：组分A为尿素，组分B为铵类，组分C为酰胺类，组分D为低分子醇类，组分E为高纯水；其中，组分A占混合物总质量的19份～25份，组分B占混合物总质量的10份～16份，组分C占混合物总质量的7份～15份，组分D占混合物总质量的1份～5份，组分E占混合物总质量的50份～60份。
组分A的尿素纯度要求高，需采用满足GB/T696-1994《化学试剂-尿素》标准要求的尿素，分子式为CO(NH2)2，有效元素N含量46％，分解温度为131℃～135℃；组分B、C要求为分析纯产品，或相当纯度的化学产品，是用来部分替代尿素的能释放出NH3的前驱体成分，要求能在发动机排气温度范围内正常分解而不留残余物；推荐的组份B为甲酸铵，其储存化学性质稳定，分子式为NH4HCOO，有效元素N含量为21.67％，在180℃下分解成NH3和HCOOH/CO+H2O；组份C甲酰胺，分子式为CH3NO，在180℃开始分解成CO和NH3，储存化学稳定性高，在水中具有无限的溶解度；选用组份B和组份C以及相应的最佳加入量，一方面要考虑成本，另一方面要充分体现两者之间具有最佳的协同效应；组分D的低分子醇类为分析纯的无水乙醇或甲醇等。选用某类醇的原则是这种醇的冰点低，而且这种醇的分解温度不能太高，同等添加量的前提下，分解产物中CO2的组分越少越好，符合低碳战略，另外，组分A、B、C在其中的溶解度要高。其中，采用甲醇或乙醇配制的这种组合物在储存、运输和使用中都是采用密闭容器，一定的醇类存在并不改变这种液体混合物的危险性等级，无安全隐患，考虑气味的问题，优选乙醇。组分E的水的纯度要求较高，水中的微量有机物、氯离子以及金属离子都是SCR后处理催化剂的危害物，因此，组分E为高纯度水，是纯净水或蒸馏水再经过逆渗透处理后的3类水质。
本发明的积极效果在于：对传统的尿素还原剂的组成进行基本的改进，解决了传统的尿素还原剂溶液冰点高，冬季不适用或使用麻烦的问题，具有很高的实用价值。
具体实施方式：
实施例1
选取高纯度尿素组分A为20份，分析纯的甲酸铵组分B为15份，分析纯的甲酰铵组分C为9份，分析纯的乙醇组分D为2份，高纯度水组分E为55份；室温搅拌至全溶后，采用过滤精度为5μm的滤芯压力过滤，即为本发明的混合物溶液。经测定，混合物溶液冰点-27℃，无味，外观清澈透明，密度为1.054g/cm3，缩二脲含量0.02％，杂质元素含量均符合标准要求，塑料相容性满足要求；室温储存48h后，外观、气味无感官可察觉的变化，性能指标检测均合格。
在排量为8.6升的柴油发动机台架上进行ESC工况测试，该还原剂在额定喷量下，经过SCR后处理器处理后，NOX排放能达到国4要求。
实施例2
选取高纯度尿素组分A为19份，分析纯的甲酸铵组分B为16份，分析纯的甲酰铵组分C为9份，分析纯的乙醇组分D为5份，高纯度水组分E为51份；室温搅拌至全溶后，采用过滤精度为5μm的滤芯压力过滤，即为本发明的混合物溶液。经测定，混合物溶液冰点-28℃，无味，外观清澈透明，密度为1.052g/cm3，缩二脲含量0.02％，杂质元素含量均符合标准要求，塑料相容性满足要求；室温储存48h后，外观、气味无感官可察觉的变化，性能指标检测均合格。
在排量为8.6升的柴油发动机台架上进行ESC工况测试，该还原剂在额定喷量下，经过SCR后处理器处理后，NOX排放能达到国4要求。
实施例3
选取高纯度尿素组分A为20份，分析纯的甲酸铵组分B为13份，分析纯的甲酰铵组分C为10份，分析纯的乙醇组分D为4份，高纯度水组分E为53份；室温搅拌至全溶后，采用过滤精度为5μm的滤芯压力过滤，即为本发明的混合物溶液。经测定，混合物溶液冰点-27℃，无味，外观清澈透明，密度为1.054g/cm3，缩二脲含量0.02％，杂质元素含量均符合标准要求，塑料相容性满足要求；室温储存48h后，外观、气味无感官可察觉的变化，性能指标检测均合格。
在排量为8.6升的柴油发动机台架上进行ESC工况测试，该还原剂在额定喷量下，经过SCR后处理器处理后，NOX排放能达到国4要求。

Claims (3)

1.一种低温尿素还原剂组合物，由A组分，B组分，C组分、D组分和E组分组成；其特征在于：组分A为尿素，组分B为铵类，组分C为酰胺类，组分D为低分子醇类，组分E为高纯水；其中，组分A 占混合物总质量的19份～25份，组分B占混合物总质量的10份～16份，组分C占混合物总质量的7份～15份，组分D 占混合物总质量的1份～5份，组分E 占混合物总质量的50份～60份。
2.根据权利要求1所述的一种低温尿素还原剂组合物，其特征在于所述的混合物的铵类组分为甲酸铵，酰胺类组分为甲酰胺，低分子醇类组分为甲醇或乙醇。
3.根据权利要求1所述的一种低温尿素还原剂组合物，其特征在于所述的混合物的制备方法如下：将组分A、组分B、组分C、组分D和组分E按上述的比例混合，在室温下搅拌至全溶后，过滤即为成品。
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