CN103933860A

CN103933860A - 一种车用尿素的制备系统

Info

Publication number: CN103933860A
Application number: CN201410166489.XA
Authority: CN
Inventors: 吕建来; 余素耘; 肖飞
Original assignee: NANJING JIHONG ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: NANJING JIHONG ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2034-04-24
Also published as: CN103933860B

Abstract

本发明公开了一种车用尿素的制备系统，它包括：通过管路依次相连的原水池（1）、原水泵（2）、沙石过滤系统（3）、活性炭过滤系统（4）、离子交换软化装置（5）、加压泵（6）、微滤装置（7）、超滤装置（8）、中间水箱（9）、高压泵（10）、一级反渗透装置（11）、二级反渗透装置（12）、EDI系统（13）、尿素用水桶（14）、物料储罐（15）、初过滤系统（16）、匀质系统（17）、脱色系统（18）、提纯系统（19）和灌装装置（20）。该系统结构设计合理，应用范围广泛，设备成套性好、自动化程度高，可操作性强，占地面积小，能除去水中的各类离子，脱盐率可达到99.5%以上，系统运行稳定，系统利用率高。

Description

一种车用尿素的制备系统

技术领域

本发明涉及柴油排气后处理系统领域，具体涉及一种新型柴油机用尿素的制备装置。

背景技术

随着我国汽车保有量不断增加，汽车废气排放已成为重要污染源。由于各国的环境保护部门提出进一步减少柴油机排放放的氮氧化物污染物。国内俗称欧IV标准。车用尿素是用于处理重型柴油车尾气的耗材，通过特定的系统将尾气中的氮氧化物还原成无害物质，从而达到降低氮氧化物排放的目的。选择性催化还原（SCR）是目前公认的减少柴油机NOx排放最有效的后处理技术之一，尿素SCR通过向排气管中喷入一定量的的尿素水溶液，尿素再经过蒸发、热解和水解过程得到还原剂NH₃，NH₃在催化剂的作用下选择性的将NOx还原为N2，从而实现降低排放其中的NOx的含量。如果不装载柴油机尾气处理液、或纯度不够、或质量伪劣，都会发生车辆发动机自动减速。同时，质量伪劣的柴油机尾气处理液会污染SCR催化反应罐中的催化剂，造成严重后果。

汽车尿素（车用尿素，汽车环保尿素）的学名是柴油机尾气处理液。应用于柴油发动机中。它是一种在SCR技术中必须要用到的消耗品，用来减少柴油车尾气中的氮氧化物污染的液体。其组成成分为32.5%的高纯尿素和67.5%的去离子水。

车用尿素的纯度要求很高，普通的尿素或者尿液不能满足要求，自来水中的某些杂质含量也远超过车用尿素，显然车用尿素的提纯和水处理的配置是车用尿素的关键。

因此，很有必要在现有技术的基础之上，研发出一种结构设计合理，操作方便，生产效率高，能制备出高质量柴油机用尿素的装置。

发明内容

发明目的：本发明的目的是针对现有技术车用尿素用水生产系统的不足，研发设计一种结构设计合理，应用范围广泛，设备成套性好、自动化程度高，可操作性强的车用尿素用水生产装置。

技术方案：为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种车用尿素的制备系统，它包括：通过管路依次相连的原水池、原水泵、沙石过滤系统、活性炭过滤系统、离子交换软化装置、加压泵、微滤装置、超滤装置、中间水箱、高压泵、一级反渗透装置、二级反渗透装置、EDI系统、尿素用水桶、物料储罐、初过滤系统、匀质系统、脱色系统、提纯系统和灌装装置。

所述的原水池出水口连接原水泵进水口，原水泵出水口连接沙石过滤系统进水口，沙石过滤系统的出水口连接活性炭过滤系统的进水口，活性炭过滤系统的出水口连接离子交换软化装置的进水口，离子交换软化装置的出水口连接加压泵的进水口，加压泵的出水口连接微滤装置的进水口，微滤装置的出水口连接超滤装置的进水口、超滤装置的出水连接高压泵的进水口、高压泵的出水口连接反渗透装置的进水口、一级反渗透装置的出水口连接二级反渗透的进水、二级反渗透的出水连接EDI系统进水、EDI系统出水连接尿素用水桶进水、尿素用水桶出水连接物料储罐、物料储罐的出水连接初过滤系统进水、初过滤系统进水出水连接均匀质系统的进水，均匀质系统的出水连接脱色系统进水、脱色系统出水连接提纯系统进水、提纯系统出水连接灌装装置。

作为优选方案，以上所述的车用尿素的制备系统，所述的微滤装置中，多只膜管并联固定在不锈钢管道做成的膜壳内部，组成一个个膜组件，同时也具有相当高的强度和优异的耐化学品和耐高温性能，可以在更高的压力下运行，可以承受8kg/cm²错流的压力，具有很高的过滤通量，并且占地面积小。

作为优选方案，以上所述的车用尿素的制备系统，所述的超滤膜采用中空纤维膜元件，该超滤膜是一种很薄的聚合材料，由聚枫PS材质制成并带有非对称的微孔结构，这种结构使得过滤微小颗粒的流动阻力小、不易堵塞。

作为优选方案，以上所述的车用尿素的制备系统，所述的反渗透装置出水量可达0.5吨/小时，出水压力2公斤，脱盐率可达到99.5%以上。

作为优选方案，以上所述的车用尿素的制备系统，所述的原水池、中间水箱和尿素用水桶上都安装有液位计，可实时观测水位。

作为优选方案，以上所述的车用尿素的制备系统，所述的原水池、离子交换软化装置、微滤装置、超滤装置、中间水箱、一级反渗透装置、二级反渗透装置、EDI系统、尿素用水桶上均设置有排放管路，且排放管路上安装有蝶阀，根据需要将水进行排放。

有益效果：本发明提供的车用尿素的制备系统和现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用的活性炭过滤系统，该活性炭过滤系统中的特种活性炭颗粒有非常多的微孔和巨大的比表面积，具有很强的物理吸附能力，当水通过炭床，水中有机污染物可被活性炭有效地吸附。

2、本发明采用的微滤装置，多只膜管并联固定在不锈钢管道做成的膜壳内部，组成一个个膜组件，同时也具有相当高的强度和优异的耐化学品和耐高温性能，可以在更高的压力下运行，可以承受8kg/cm²错流的压力。具有很高的过滤通量，并具有占地面积小的优点。

3、本发明采用的超滤膜，采用中空纤维膜元件，该超滤膜是一种很薄的聚合材料，由聚枫PS材质制成并带有非对称的微孔结构，这种结构使得过滤微小颗粒的流动阻力小、不易堵塞。

4、本发明采用二级反渗透装置，可实用有效的保证出水水质，能够有效除去水中的各类离子，脱盐率可达到99.5%以上，能够去除99%的溶解性固体、99%以上的有机物及胶体和约100%的细菌。

5、本发明采用的反渗透装置，该反渗透装置出水量可达0.5吨/小时，出水压力2公斤，脱盐率可达到99.5%以上。

6、发明提供的车用尿素的制备系统，结构设计合理，工作效率高且稳定可靠，自动化程度高，且整个系统过程简洁占地面积小，使用最少的管路、阀门、仪表和控制的滤膜系统，简单、紧凑；整个系统运行稳定，系统利用率高。且整个装置为模块式设备，可根据需要任意组合，该系统不需要停机再生，无需酸碱，因此废水排放问题可得到解决，更符合环保要求，可将水的电阻值由0.05-0.1MΩ/cm提升至15-18MΩ/cm。

附图说明

图1是本发明提供的车用尿素的制备系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，一种车用尿素的制备系统，它包括：通过管路依次相连的原水池（1）、原水泵（2）、沙石过滤系统（3）、活性炭过滤系统（4）、离子交换软化装置（5）、加压泵（6）、微滤装置（7）、超滤装置（8）、中间水箱（9）、高压泵（10）、一级反渗透装置（11）、二级反渗透装置（12）、EDI系统（13）、尿素用水桶（14）、物料储罐（15）、初过滤系统（16）、匀质系统（17）、脱色系统（18）、提纯系统（19）和灌装装置（20）。

以上所述的车用尿素的制备系统，所述的原水池（1）、中间水箱（9）和尿素用水桶（14）上都安装有液位计。

以上所述的车用尿素的制备系统，所述的原水池（1）、离子交换软化装置（5）、微滤装置（7）、超滤装置（8）、中间水箱（9）、一级反渗透装置（11）、二级反渗透装置（12）、EDI系统（13）、尿素用水桶（14）上均设置有排放管路，且排放管路上安装有蝶阀。

本发明所述的车用尿素的制备系统的工作流程为：首先将深层地下水通过提升泵把液体打入原水池（1）内，原水池（1）设有水位计，当达到设定水量后，连接的原水泵（2）自动工作，将原水打入沙石过滤系统（3），该沙石过滤器（3）又称石英砂过滤器或砂滤器，它是通过均质等粒径石英砂形成砂床作为过滤载体进行立体深层过滤的过滤器，常用于一级过滤。其主要是采用砂石作为滤料过滤。罐体内部采用双层结构，滤板上部为砂床及杂质存留空间，下部为清水流转空间。且罐底留有排污口，随时将罐底可能沉积的污物从底端清除。石英砂有效粒径为0.4-1.2mm，最大可承压10kg/cm²，具有自动反冲洗功能，能实现不间断供水，接口为法兰式和卡扣式，组装方便。经过沙石过滤系统（3）过滤的液体再进入活性炭过滤系统（4）处理。

活性炭过滤系统（4）的工作是通过炭床来完成的。组成炭床的活性炭颗粒有非常多的微孔和巨大的比表面积，具有很强的物理吸附能力。水通过炭床，水中有机污染物被活性炭有效地吸附。此外活性炭表面非结晶部分上有一些含氧管能团，使通过炭床的水中之有机污染物被活性炭有效地吸附。活性炭过滤系统（4）是一种较常用的水处理设备，作为水处理脱盐系统前处理可有效保证后级设备使用寿命，提高出水水质，防止污染，特别是防止后级反渗透膜，离子交换树脂等的游离态余氧中毒污染。该活性炭过滤系统（4），工作压力：≤0.6MPa，小型规格≤0.4MPa，工作温度：常温，进水浊度：≤5度，滤速：除浊脱氯6～12m/h，反洗膨胀率：40～50%，经过活性炭过滤系统（4）的液体进入离子交换软化装置（5），离子交换法是一种借助于离子交换剂上的离子和水中的离子进行交换反应而除去水中有害离子的方法。离子交换软化装置（5），当含有钙盐及镁盐的水通过装有阳离子交换树脂的交换器时，水中的Ca²⁺及Mg²⁺便与树脂中的可交换离子（Na⁺或H⁺）交换，使水中Ca²⁺、Mg²⁺含量降低或基本上全部去除，这个过程叫做水的软化。树脂失效后要进行再生，即把树脂上吸附的钙、镁离子置换出来，代之以新的可交换离子。

经过离子交换软化装置（5）的液体经过加压泵加压（6），进入微滤装置（管式装置）（7），该微滤膜的运行方式是低压错流过滤方式，固液混合物以低压力（0.7-7bar），高流速（3-4m/sec）下进入膜管，用以分离液体中的悬浮固体，采用错流的过滤方式，固液混合物在压力下在膜表面错流流动，滤过水透过膜渗入到产水侧。固体颗粒随着错流状态下载固液混合物中不断浓缩，但因为膜管内的高流速，并不在膜表面堆积，也很难形成结垢，微滤膜采用该不锈钢金属表面光洁度高，不易污染，整个运行过程中，通量基本保持稳定，因而澄清的效果很高，过程易于控制；由于膜的材质管式膜采用不锈钢材质、具有很高的机械强度和韧性，可以承受8kg/cm2错流的压力。该管式装置中的管式膜采用膜管直径6mm，组件直径1英寸。组件长度300~600mm，装填面积0.01~70m²，最高运行温度60℃，pH值适用范围2~10，单只膜件最大压力降2bar，最高渗透侧压力0.2bar。

经过微滤装置（7）的液体进入超滤装置（8），可优选型号：OKM/SPES-55中空纤维膜元件，该超滤膜是一种很薄的聚合材料，由聚枫PS制成并带有非对称的微孔结构。这意味着滤膜在整个材质上的孔径结构并不相同，不对称超滤膜拥有一层极光滑极薄（0.1微米）的孔径在0.001到0.1微米间的内表面，此内表面由孔径大到15微米的非对称结构海绵体支撑结构支撑。这种小孔径光滑膜表面和较大孔径支撑材料的结合，使得过滤微小颗粒的流动阻力很小并不易堵塞。超滤是一个错流和切向流动的过程，要过滤的流体（进料液）沿膜表面流动。这样在中空纤维的内壁上形成流体剪切的条件，而使得污染物较难在膜表面形成。在料液中的悬浮物被浓缩作为排放液排出。这种切向流动的流程技术使得颗粒难于在膜表面堆积，使超滤膜获得长久的生产力。

经过超滤装置（8）处理后的液体进入中间水箱（9）缓冲，经过中间水箱（9）缓冲后由高压泵（10）加压进入一反渗透装置（11）、和二级反渗透（12），反渗透是一种借助于选择透过（半透过）性膜的功能以压力为推动力的膜分离技术，当系统中所加的压力大于进水溶液渗透压时，水分子不断地透过膜，经过产水流道流入中心管，然后在一端流出水中的杂质，如离子、有机物、细菌、病毒等，被截留在膜的进水侧，然后在浓水出水端流出，从而达到分离净化目的。该设备具有运行费用低、经济、操作方便、运行可靠、该反渗透装置出水量0.5吨/小时，出水压力2公斤。该系统装置采用二级反渗透，主要除去水中的各类离子，脱盐率可达到99.5%以上，出水电导率在1-10μS/cm(25℃)；能够去除99%的溶解性固体、99%以上的有机物及胶体，几乎100%的细菌。经过反渗透装置（11）的液体进入EDI（13）系统。

EDI系统（13）（Electrodeionization）是一种将离子交换技术、离子交换膜技术和离子电迁移技术相结合的纯水制造技术。EDI系统将电渗析和离子交换技术相结合，利用两端电极高压使水中带电离子移动，并配合离子交换树脂及选择性树脂膜以加速离子移动去除，从而达到水纯化的目的。该系统为模块式设备，可根据需要任意组合，该系统不需要停机再生，无需酸碱，因此废水排放问题也得到解决，更符合环保要求。可将水的电阻值由0.05-0.1MΩ/cm提升至15-18MΩ/cm。经过EDI系统（13）的纯水进入尿素用水桶（14）；

尿素用水桶（14）的纯水与物料储罐经过水解结晶的尿素进行混合，进入初过滤系统（16），初过滤系统（16）采用高提纯的长丝纤维原料针刺，表面经特殊烧毛处理，有效防止纤维脱落污染滤液，蓬松均匀的三维过滤层对固体及胶体颗粒有极高的捕捉能力，高强度的长纤维使滤袋的过滤效率稳定，使用寿命更长。能满足0.51000μm不等的精度过滤，经过初过滤系统（16）的料液进入匀质系统（17），经过高压匀质机处理后的料液进入脱色系统（18），去除尿素中悬浮物及其它漂浮杂质，保证后道工序不受影响。脱色系统采用优质活性炭进行吸附脱色，去除尿素中其它有机物杂质，使尿素溶液更加清澈。经过脱色系统（18）后进入提纯系统（19），该提纯主要原理是：在温度 70-75℃时，尿素在水溶液中发生水解。在温度 30 ℃以下时，尿素重新从水溶液中结晶出来。每水解结晶一次，其纯度会得到大幅提高，一般利用工业一级尿素水解结晶一次，就可达到车用尿素标准要求，其产出比例为1.5：1。该提纯系统（19）采用多级提纯塔方式，可有效去除尿素溶液中的各种离子、缩二脲、磷酸根等杂质，确保产品符合中国汽车工程学会技术规范SAE-China J2901－2013《车用尿素溶液技术规范》标准要求。经过提纯系统（19）处理后进入灌装装置（20），即得到成品尿素含量为31.8%~33.2%的车用尿素，该灌装装置（20）系统简单，操作方便，产品稳定，设备占地面积小，需要的空间也小，运行维护和设备维修工作量极小。灌装设备结构紧凑，占用厂房小，工作效率高且稳定可靠，自动化程度高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种车用尿素的制备系统，其特征在于，它包括：通过管路依次相连的原水池（1）、原水泵（2）、沙石过滤系统（3）、活性炭过滤系统（4）、离子交换软化装置（5）、加压泵（6）、微滤装置（7）、超滤装置（8）、中间水箱（9）、高压泵（10）、一级反渗透装置（11）、二级反渗透装置（12）、EDI系统（13）、尿素用水桶（14）、物料储罐（15）。

2.根据权利要求1所述的车用尿素的制备系统，其特征在于，所述的物料储罐（15）通过管路依次和初过滤系统（16）、匀质系统（17）、脱色系统（18）、提纯系统（19）和灌装装置（20）相连。

3.根据权利要求1所述的车用尿素的制备系统，其特征在于，所述的原水池（1）、中间水箱（9）和尿素用水桶（14）上都安装有液位计。

4.根据权利要求1至3任一项所述的车用尿素的制备系统，其特征在于，所述的原水池（1）、离子交换软化装置（5）、微滤装置（7）、超滤装置（8）、中间水箱（9）、一级反渗透装置（11）、二级反渗透装置（12）、EDI系统（13）、尿素用水桶（14）上均设置有排放管路，且排放管路上安装有蝶阀。