CN102553437A - 一种车用尾气还原剂 - Google Patents

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任明伟
周永松
韩雷
何琪
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Abstract

本发明提供了一种还原效率高、稳定性好、副产物少的车用尾气还原剂，各组分重量份数如下：高纯度碳酰二胺10～55份，超纯水35~90份，稳定剂0.5～12份。本发明采用多重结晶和微纳米活性碳吸附的方式获得高纯度碳酰二胺，使阻碍尾气还原的杂质大幅减少。本发明中稳定剂与金属离子间采用配位键或共价键结合，分散稳定能力强，络合容量高，络合稳定常数大，长效使用。本发明尾气还原剂各组分以环保、可循环使用为基本选用原则，具有较好的生物降解性，实现还原剂快速、高效、稳定地将NOx等有害气体转化为无污染的N2和H2O，避免出现还原残留物致使SCR系统中毒，满足柴油车SCR系统尾气还原工况要求。

Description

一种车用尾气还原剂
技术领域
本发明涉及一种车用尾气还原剂，特别是一种还原效率高、稳定性好、副产物少的车用尾气还原剂及其制备方法，属于化工领域。
背景技术
柴油机具有热效率高、马力强劲等优点，但其尾气污染控制是瓶颈技术。据测算，柴油机的排放成分中99.7%为N2、H2O、O2等无害物质，其余0.3%主要为NOx等，NOx可以与空气中的成分化合后生成酸性物质，是造成大气污染的主要来源。选择性催化还原SCR (Selective Catalytic Reduction)技术是在车辆发动机中加装SCR系统，通过还原剂的高效稳定吸收、反应、转化，实现NOx等完全转化为N2和H2O。国外，特别是欧洲对SCR技术的研究开始得较早，车用尾气还原剂研究和生产技术也很成熟。欧洲高纯还原剂溶液称为Adblue，主要代表有BP等。在美国，2009年以后加大了实施力度，美国高纯还原剂溶液称为DEF(Diesel Exhaust Fluid)，主要代表有BlueDEF等。国外的高纯还原剂溶液多以德国标准DINV70070和国际标准ISO 22241为产品标准，针对不同的车型有不同牌号的尾气还原剂，品种齐全。另外，由于具有成熟的质量管理体系及科学的储存供应链，国外产品的品质较高，对机动车尾气的还原净化效率较高。
目前，我国参照国外标准，已经制定了车用还原剂溶液的产品质量标准，但还原剂的基础研究还没有受到重视，关键技术没有突破，市场上有若干标称符合欧Ⅳ标准的车用尾气还原剂产品，经实际检测，其产品质量与标准之间有较大差距，主要缺陷是使用时氮氧化物转化率低，ESC及ETC测试显示其使用可靠性较差，尾气还原剂提前分解，在尾气管道内形成堵塞杂质；另外，由于生产工艺落后，国内产品的价格反而偏高。以上种种弊端，在一定程度上阻碍了现有机动车尾气排放标准的实施，更无法满足欧Ⅴ排放标准的如期推行。
发明内容
本发明针对目前车用尾气还原剂存在的问题，提供了一种还原效率高、稳定性好、副产物少的车用尾气还原剂及其制备方法，满足柴油车SCR系统尾气还原工况要求。
在理想情况下，车用尾气还原剂在SCR尾气处理技术中的作用原理为高纯还原剂溶液经过喷嘴注入排气管中，当排气温度高于180℃以上时，溶液在高热下进行分解生成NH3和CO2,然后 NH3作为还原剂和汽车尾气中排放出的氮氧化合物反应生成无毒的氮气和水。但是，在机动车实际工况下，还原剂的分解要复杂得多，在不同的温度下有不同的分解机理和分解产物，如在低于160℃时，有可能分解产生三聚氰胺和三聚氰酸，它们都是不溶于水的白色物质，是尾气管道内的白色结晶物质的主要成份。这些杂质的存在会严重影响车用尾气还原剂的减排功效，而且容易堵塞排气管，影响机动车的正常行驶。鉴于此，本发明在深入研究车用尾气还原剂在机动车实际工况下的高温分解机理及影响因素的基础上，确定了在机动车行驶中高纯还原剂溶液分解产生NH3的温度范围，最终通过在高纯还原剂中添加合适的分解稳定剂，使还原剂的分解产物最优化，还原效率得到提高。
本发明提出的还原效率高、稳定性好、副产物少的车用尾气还原剂各组分重量份数如下：高纯度碳酰二胺10～55份，超纯水35~90份，稳定剂0.5～12份。
所述的稳定剂为与金属离子间以配位键或共价键结合的化合物，包括洒石酸，葡萄糖酸钠，海藻酸钠，胺三甲叉膦酸盐，乙二胺四叉基膦酸盐中的一种或多种； 
所述的高纯度碳酰二胺的制备方法为工业级碳酰二胺经过微纳米活性碳吸附和多次重结晶提纯得到高纯度碳酰二胺；
 所述的超纯水的电阻率不小于18 MΩ.cm；
所述的还原效率高、稳定性好、副产物少的车用尾气还原剂制备方法如下：将高纯度碳酰二胺10～55份，超纯水35~90份，稳定剂0.5～12份，搅拌混合成透明、稳定、均一的溶液。
经测试本发明研制的车用高性能还原剂，完全符合DINV70070、ISO 22241以及DB11/552-2008技术要求，满足车用尾气还原剂的上车使用需求，基本性能如下表所示。
项目 标准要求 本发明
碳酰二胺含量CO(NH2)2，w / % 31.8~33.2% 32~33%
密度（20℃），ρ/（g/ml） 1.0870~1.0920 1.0895
折光率20℃ 1.3817~1.3840 1.3825
不溶物/ ( ㎎/㎏) ≤ 20 12
氯化物 (Cl) / (㎎/㎏) ≤ 0.2 0.15
碱度（以NH3计），w/% ≤ 0.2 0.06
磷酸盐（PO4）/ (㎎/㎏) ≤ 0.5 0.42
碳酸盐（以CO2计），w/% ≤ 0.2 0.04
钠(Na) / (㎎/㎏) ≤ 0.5 0.27
镁(Mg) / (㎎/㎏) ≤ 0.5 0.05
铝（Al）/ (㎎/㎏) ≤ 0.5 0.35
钾(K) / (㎎/㎏) ≤ 0.5 0.16
钙(Ca) / (㎎/㎏) ≤ 0.5 0.45
铬(Cr) / (㎎/㎏) ≤ 0.2 0.10
铁(Fe) / (㎎/㎏) ≤ 0.5 0.21
镍(Ni) / (㎎/㎏) ≤ 0.2 0.07
铜(Cu) / (㎎/㎏) ≤ 0.2 0.05
锌(Zn) / (㎎/㎏) ≤ 0.2 0.05
甲醛 (HCHO) / (㎎/㎏) ≤ 9 5
缩二脲（C2H5N3O2），w/% ≤ 0.3 0.23
 
与国内外现有车用尾气还原剂产品的相比，本发明具有如下优点：
⑴   采用微纳米活性碳吸附和多次重结晶提纯碳酰二胺获得了高纯度碳酰二胺，使产品中阻碍尾气还原反应的杂质含量大幅度降低，还原效率大幅提高；
⑵   本发明选用的稳定剂与多种金属离子间都有较强结合力，结合方式是配位键或共价键，络合容量高，络合稳定常数大，与现有分散剂相比分散稳定能力更强，可实现长效使用，并且避免了因还原残留物致使SCR系统中毒。
⑶   本发明尾气还原剂各组分以环保、可循环使用为基本选用原则，具有较好的生物降解性，实现还原剂快速、高效、稳定地将NOx等有害气体转化为无污染的N2和H2O。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步的解释，但是应当明确的是本发明保护的范围并不局限于实施例表示的范围。
实施例1
⑴   制备高纯度碳酰二胺
①将反渗透技术和EDI技术有效地结合起来，在封闭环境下的循环处理，制备车用尾气还原剂用超纯水的电阻率应该不小于18 MΩ.cm。
②将具有微纳米孔洞的活性碳材料按1:500的重量比关系投入步骤①制备的超纯水中，搅拌10min，再将工业级的碳酰二胺以与超纯水重量关系比为4.5:1的比例加入，搅拌5min后，升温至95℃后保温60min，经热过滤，冷结晶，真空干燥得到碳酰二胺晶体。
③重复步骤②操作2~3次。在以下的实施例中高纯度碳酰二胺均采用以上步骤制备，后面不再具体描述。
⑵   车用尾气还原剂制备
将重量分数高纯度碳酰二胺32份、超纯水67份、胺三甲叉膦酸盐1份，搅拌混合成透明、稳定、均一的溶液。
实施例2
将重量分数高纯度碳酰二胺32.5份、超纯水65份、葡萄糖酸钠1份、乙二胺四叉基膦酸盐1.5份，搅拌混合成透明、稳定、均一的溶液。
实施例3
将重量分数高纯度碳酰二胺33份、超纯水64份、海藻酸钠0.5份、胺三甲叉膦酸盐2.5份，搅拌混合成透明、稳定、均一的溶液。

Claims (5)

1.一种还原效率高、稳定性好、副产物少的车用尾气还原剂，其特征在于，所述的车用尾气还原剂各组分重量份数如下：高纯度碳酰二胺10～55份，超纯水35~90份，稳定剂0.5～12份。
2.根据权利要求1所述的还原效率高、稳定性好、副产物少的车用尾气还原剂，其特征在于，所述的稳定剂为与金属离子间以配位键或共价键结合的化合物，包括洒石酸，葡萄糖酸钠，海藻酸钠，胺三甲叉膦酸盐，乙二胺四叉基膦酸盐中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的还原效率高、稳定性好、副产物少的车用尾气还原剂，其特征在于，所述的高纯度碳酰二胺为工业级碳酰二胺经活性碳吸附杂质、多次重结晶净化得到。
4.根据权利要求1所述的还原效率高、稳定性好、副产物少的车用尾气还原剂，其特征在于，所述的超纯水的电阻率不小于18 MΩ.cm。
5.根据权利要求1所述的还原效率高、稳定性好、副产物少的车用尾气还原剂，其特征在于，所述的车用尾气还原剂制备方法如下：高纯度碳酰二胺10～55份，超纯水35~90份，稳定剂0.5～12份，搅拌混合成透明、稳定、均一的溶液。
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