CN104056550A - 一种高效的车用尿素标准溶液生产提纯系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高效的车用尿素标准溶液生产提纯系统，它包括：沙石过滤系统(1)、活性炭过滤系统(2)、加压泵(3)、微滤装置(4)、超滤装置(5)、中间水箱(6)、高压泵(7)、一级反渗透装置(8)、二级反渗透装置(9)、EDI系统(10)。本发明提供的车用尿素标准溶液生产提纯系统，可替代传统尿素提纯采用的结晶方法，既可节约电能，也可减少结晶过程中废液的排放，是车用尿素技术领域的一种新的突破，车用尿素的杂质含量可以控制在10~20ppm以下，氮氧化合物转化率可达95%，完全满足国Ⅳ和国Ⅴ的柴油车尾气排放标准的要求，具有重要的经济价值和社会价值。

Description

一种高效的车用尿素标准溶液生产提纯系统

技术领域

本发明新型涉及柴油排气后处理系统领域，具体涉及一种新型高效的车用尿素生产方法。

背景技术

车用尿素适用于配有SCR（车用选择性催化还原尾气后处理）系统的轿车、卡车、客车和重型非道路使用柴油发动机车辆，是SCR技术中必须要用到的消耗品，与SCR催化剂一起将柴油发动机排放的有害氮氧化物转换成无害的水蒸气和氮。随着国Ⅳ排放标准实施时间的临近，国内北京、深圳、上海等大城市已经提前开始执行国Ⅳ标准。同时，目前国内中重型货车、客车、公交车辆大部分采用SCR技术路线达到国Ⅳ排放标准要求，因此，SCR系统所需的车用尿素溶液成为与柴油等同的消耗品。

目前关于车用尿素技术的研究也一直在进行如：一种车用尿素的制备方法（专利号201210003845.7）、一种车用尿素还原液（专利号201210065471.1）等方法，目前传统的围绕着车用尿素制作的方法是将工业尿素进行提纯，如即将尿素重新从水溶液中结晶出来的方法，该方法需要进行多次的结晶提纯，首先需要将尿素溶液进行升温到70—80℃，然后再降低温度至20—40℃进行结晶，然后与高纯水混合，这样的方法造成了大量电耗能源的浪费、还需要排放结晶过程中产生的大量废液。本发明提出了一种高效的车用尿素标准溶液生产提纯系统，能够实现高效的一体化混配，降低能耗和尿素残夜排放，产品完全满足国Ⅳ和国Ⅴ的柴油车尾气排放标准的要求。

发明内容

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，可操作性强的高效的车用尿素生产装置能够实现高效的混配，同时降低了能耗，该方法能实现大规模的产业化生产。

为了实现以上目的，本发明的技术方案是：

一种高效的车用尿素标准溶液生产提纯系统，它包括：沙石过滤系统 、活性炭过滤系统、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、纯水箱、螺旋喂料机、物料溶解水箱、毛发捕捉、第一增压泵、第一均质水箱、第二均质水箱、第二增压泵、第一袋式滤器、第二袋滤器、第一活性炭柱、第二活性炭、碳纤维过滤器、第三袋式滤器、阳床、第一阴床、第二阴、第一初成品水箱、第二初成品水箱、第三初成品水、第三增压、第一混床、第二混床、第一成品水箱、第二成品水箱、第四增压泵、保安过滤器、灌装线；

其中自来水出水口连接沙石过滤系统的进水口，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，超滤装置的出水口连接中间水箱的进水口、中间水箱的出水口连接高压泵的进水口、高压泵的出水口连接以一级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装置的进水口、二级反渗透装置的出水口连接EDI系统的进水口；EDI系统的出水口 连接纯水箱、纯水箱连接螺旋喂料机，所述的螺旋喂料机的出料口连接物料溶解水箱进料口，物料溶解水箱内连接压缩空气搅拌装置，且物料溶解水箱出料口连接毛发捕捉器进料口、毛发捕捉器出料口连接第一增压泵进料口、第一增压泵的进料口连接第一均质水箱、第一均质水箱连接第二均质水箱，第二均质水箱出料口连接第二增压泵进料口；第二增压泵的出料口连接第一袋式滤器、第一袋式滤器连接第二袋式滤器、第二袋式滤器出料口连接第一活性炭柱、第一活性炭柱连接第二活性炭柱、第二活性炭柱出料口连接第三袋式滤器、第三袋式滤器出料口连接阳床进料口、阳床出料口连接第一阴床、第一阴床出料口连接第二阴床进料口，第二阴床出料口连接第一初成品水箱进料口、第一初成品水箱出料口连接第二初成品水箱进料口、第二初成品水箱的出料口连接第三初成品水箱的进料口、第三初成品水箱的出料口连接第三增压泵进料口，第三增压泵的出料口连接第一混床进料口，第一混床出料口连接第二混床进料口、第二混床的出料口连接第一成品水箱、第一成品水箱连接第二成品水箱、第二成品水箱的出料口连接第四增压泵进料口，第四增压泵出料口连接保安过滤器进料口、保安过滤器出料口连接灌装流水线。

所述物料溶解水箱设有两台气动阀门控制空气压缩机的送气，同时设有控制管道流量计来控制进入纯水的水量。

所述均质水箱设有液位浮球控制水量，并通入空气压缩气体进行曝气处理。

所述阳床、第一阴床、第二阴床通入酸液和碱液进行活化、再生、清洗处理。

所述第一活性炭柱、第二活性炭柱通入压缩空气进行反冲洗时的气源供应。

本发明的有益效果：

1、本发明替代了传统尿素提纯采用结晶的方法，既节约了电能，也减少了结晶过程中废液的排放，是车用尿素技术领域的的一种新的突破。

2、本发明活性炭过滤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。车用尿素中部分有机污染物、色度被活性炭有效地吸附。

3、本发明采用的底部逆流曝气系统进行曝气搅拌，解决了尿素溶解过程中吸热造成上下物料、温度不均匀而导致的局部结晶的问题。

4、本发明二级反渗透+EDI工艺的结合有效的保证了辅助纯水的洁净度，能除去水中的各类离子，脱盐率可达到99.5%以上，能够去除99%的溶解性固体等，并且可得到电阻率达到18MΩ.cm的高纯水

5、本发明系统过程简洁及最小的占地面积，使用最少的管路、阀门、仪表和控制的滤膜系统，简单、紧凑；只有少量的部件，故障容易排出，系统运行稳定，系统利用率高。

6、本发明技术保证了配置车用尿素的洁净度，使其指标高于相关标准，杂质含量可以控制在10—20ppm以下。

7、本发明产品经过检测完全满足ISO22241-2006《Dieselengines-NO_Xrediction agent AUS32的要求》，氮氧化合物转化率达95%，尿素含量在32%-33%之间、碱度在≤0.2%、缩二脲≤0.3、醛类≤5。完全满足国Ⅳ和国Ⅴ的柴油车尾气排放标准的要求。

附图说明

图1是本发明车用尿素纯净水系统的连接关系的示意图。

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，一种高效的车用尿素标准溶液生产提纯系统，它包括：沙石过滤系统(1)、活性炭过滤系统(2)、加压泵(3)、微滤装置(4)、超滤装置(5)、中间水箱(6)、高压泵(7)、一级反渗透装置(8)、二级反渗透装置(9)、EDI系统(10)、纯水箱(11)、螺旋喂料机(12)、物料溶解水箱(13)、毛发捕捉器(14)、第一增压泵（15）、第一均质水箱(16)、第二均质水箱(17)、第二增压泵（18）、第一袋式滤器(19)、第二袋式滤器(20)、第一活性炭柱(21)、第二活性炭柱(22)、碳纤维过滤器(23)、第三袋式滤器（24）、阳床(25)、第一阴床(26)、第二阴床(27)、第一初成品水箱(28)、第二初成品水箱(29)、第三初成品水箱(30)、第三增压泵(31)、第一混床(32)、第二混床(33)、第一成品水箱(34)、第二成品水箱(35)、第四增压泵(36)、保安过滤器(37)、灌装线(38)；

其中自来水出水口连接沙石过滤系统(1)的进水口，沙石过滤系统(1)的出水口连接活性炭过滤系统(2)的进水口，活性炭过滤系统(2)的出水口连接加压泵(3)的进水口，加压泵(3)的出水口连接微滤装置(4)的进水口，微滤装置(4)的出水口连接超滤装置(5)的进水口，超滤装置(5)的出水口连接中间水箱(6)的进水口、中间水箱(6)的出水口连接高压泵(7)的进水口、高压泵(7)的出水口连接以一级反渗透装置(8)的进水口；一级反渗透装置(8)的出水口连接二级反渗透装置(9)的进水口、二级反渗透装置(9)的出水口连接EDI系统(10)的进水口；EDI系统的出水口(10)连接纯水箱(11)、纯水箱(11)连接螺旋喂料机(12)，所述的螺旋喂料机(12)的出料口连接物料溶解水箱(13)进料口，物料溶解水箱(13)内连接压缩空气搅拌装置，且物料溶解水箱(13)出料口连接毛发捕捉器(14)进料口、毛发捕捉器(14)出料口连接第一增压泵（15）进料口、第一增压泵（15）的进料口连接第一均质水箱(16)、第一均质水箱(16)连接第二均质水箱(17)，第二均质水箱(17)出料口连接第二增压泵（18）进料口；第二增压泵（18）的出料口连接第一袋式滤器(19)、第一袋式滤器(19)连接第二袋式滤器(20)、第二袋式滤器(20)出料口连接第一活性炭柱(21)、第一活性炭柱(21)连接第二活性炭柱(22)、第二活性炭柱(22)出料口连接碳纤维过滤器(23)、碳纤维过滤器(23)连接第三袋式滤器（24）、第三袋式滤器（24）出料口连接阳床(25)进料口、阳床(25)出料口连接第一阴床(26)、第一阴床(26)出料口连接第二阴床(27)进料口，第二阴床(27)出料口连接第一初成品水箱(28)进料口、第一初成品水箱(28)出料口连接第二初成品水箱(29)进料口、第二初成品水箱(29)的出料口连接第三初成品水箱(30)的进料口、第三初成品水箱(30)的出料口连接第三增压泵(31)进料口，第三增压泵(31)的出料口连接第一混床(32)进料口，第一混床(32)出料口连接第二混床(33)进料口、第二混床(33)的出料口连接第一成品水箱(34)、第一成品水箱(34)连接第二成品水箱(35)，第二成品水箱(35)的出料口连接第四增压泵(36)进料口，第四增压泵(36)出料口连接保安过滤器(37)进料口、保安过滤器(37)出料口连接灌装流水线(38)。

以上所述的高效的车用尿素标准溶液生产提纯系统，物料溶解水箱(13)内设有两台气动阀门控制的空气压缩机，同时设有控制进入水量的管道流量计。

以上所述的一种高效的车用尿素标准溶液生产提纯系统，所述第一均质水箱(16)和第二均质水箱(17)内均设有控制水量的液位浮球，底部设有曝气装置。

本发明专利的流程为：

纯水系统：首先纯水系统开始运行工作，将地下水/自来水通过打入沙石过滤系统(1)，该沙石过滤系统(1)又称石英砂过滤器，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。本发明中石英砂有效粒径为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(1)的水进入活性炭过滤系统(2)，活性炭过滤系统(2)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，该活性炭过滤器，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%，经过活性炭过滤器料液经过加压泵(3)加压，再进入微滤装置(4)，该微滤装置(4)的运行方式是低压错流过滤方式，固液混合物以低压力（0.9-6bar），高流速（3-4m/sec）下进入膜管，可以承受10kg/cm2错流的压力。经过微滤装置（4）的液体进入超滤装置(5)，超滤膜有一层极光滑极薄（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，获得长久的生产力。经过超滤装置(5)的水进入中间水箱(6)缓冲，经过中间水箱(6)缓冲后由高压泵(7)加压进入一级反渗透系统(8)和二级反渗透系统(9)。反渗透装出水压力2公斤。该系统装置采用二级反渗透，反渗透设置温度显示仪，显示当前料液运行温度。美国海德能芳香聚酰胺复合膜，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。出水电阻率≥10MΩ.cm。经过二级反渗透(9)的水进入EDI系统(10)，EDI系统(10)设有可控硅整流，可得到电阻率达到18MΩ.cm的高纯水，即为成品尿素用水。

配料溶解系统：将工业尿素拆袋倒入螺旋喂料机(12)中，该螺旋喂料机(12)采用ZSW系列振动喂料机系双轴强迫同步直线式给料机，搅拌合格后进入物料溶解水箱(13)。物料溶解水箱(13)采用PE加厚型。并设置流量计控制纯净水进入混合的量，纯净水和车用尿素在物料溶解水箱中混合。通过在线监测装置，监控进料量，有效的保证其组成成分为32.5%的高纯尿素和67.5%的去离子水。该物料溶解水箱采用配有气动阀门，采用远程传送电磁流量计；超滤浓液流量信号上传PLC上，通过信号反馈开启调节阀的开度，保证系统供料量的稳定，通入空气进行搅拌。本发明设置底部逆流曝气系统进行曝气搅拌，使得物料充分均匀，可解决尿素溶解过程中吸热造成上下温度不均匀而导致局部结晶的问题。物料溶解水箱(13)的车用尿素料液混合均匀后进入毛发捕捉器（14）进行过滤，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。由第一增压泵（15）打进第一均质水箱(16)、第二均质水箱(17)，经过第二均质水箱(17)的车用尿素再由第二增压泵（18）打入第一袋式滤器(19)、第二袋式滤器(20)。

一次提纯系统：经过第一袋式滤器(19)、第二袋式滤器(20)处理后的尿素进入第一活性炭柱(21)、第二活性炭柱(22)，该滤袋流速从100-840m³不等，该一活性炭柱(21)、第二活性炭柱采用果壳活性炭过滤吸附脱色，去除尿素中其它有机物杂质，使尿素溶液更加清澈。经过第二活性炭柱(22)处理后的尿素溶液进入碳纤维过滤器(23)。该碳纤维过滤器(23)超越了普通活性炭过滤器，是一种新型高效的吸附材料，吸附能力相当于活性炭的400倍，对高浓度、低浓度的吸附质都有着很强的吸附能力。经过碳纤维过滤器(23)尿素溶液进入袋式过滤器3去除杂质和可能溢流的碳颗粒。经过第三袋式滤器（24）后的尿素溶液进入阳床(25)、第一阴床(26)、第二阴床(27)；阳床(25)阳离子交换树脂选用强酸型凝胶树脂、阴树脂选用大孔弱碱型树脂，进入阳床(25)吸附车用尿素溶液中金属杂质。阳床(25)和第一阴床(26)、第二阴床(27)并列工作。车用尿素溶液先进入阳床(25)，当阳床(25)饱和时，阳床(25)停止工作进行再生。这时车用尿素溶液进入第一阴床(26)、第二阴床(27)工作。当第一阴床(26)、第二阴床(27)饱和时，阳床(25)停止工作进行再生。这时车用尿素进入阳床(25)，循环工作，周而复始。

阳床（25）饱和时由增压泵将酸槽中的酸打入阳床(25)淋洗。第一阴床(26)、第二阴床(27)饱和时由加压泵将碱箱碱液打入第一阴床(26)、第二阴床(27)淋洗。经过阳床(25)、第一阴床(26)、第二阴床(27)的车用尿素进入第一初成品水箱(28)、第二初成品水箱(29)、第三初成品水箱(30)，第一初成品水箱(28)、第二初成品水箱(29)、第三初成品水箱(30)设置底部逆流曝气系统进行曝气搅拌，确保车用尿素反应的过程中不会结晶。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。

精提纯系统：经过一次提纯系统后第一初成品水箱(27)、第二初成品水箱(27)、第三初成品水箱(29)中的车用尿素由第三增压泵(31)打入第一混床(32)、第二混床(32)中（精提纯系统）。该树脂按一定比例均匀混合装在同一个交换器中，料液通过混床就能完成级阴、阳离子交换过程，去除产品中的杂质，保证产品的纯度、该混床第一混床(32)、第二混床(32)均采用FRP压力容器，内设置ABS布水器和集水装置，内部装填比例为1.5:1，采用核级混床树脂，可进一步的去除系统中可能残留的金属离子，有效保证pH值接近中性。第一混床(32)、第二混床(32)在工艺生产过程中逐步失效，到达一定周期需要进行还原再生处理，过程需6－8小时。经还原再生处理的提纯塔重复使用，可完全达到原生产工艺要求，该树脂一次性添加可以使用4-5年。

通过第一混床(32)、第二混床(32)车用尿素溶液进入第一成品水箱(34)、第二成品水箱(35)，设有两个成品水箱，采用PE材质，并通入压缩空气进行搅拌。第一成品水箱(34)、第二成品水箱(35)的出水通过第四增压泵（(36）增压经过保安过滤器(37)。保安过滤器(37)为不锈钢材质，采用20英寸1μPVC保安过滤器，设计过滤孔径为0.5μm，工作压力为0.1-1.0Mpa，温度范围为1-60℃。经过保安过滤器(37)的车用尿素即为成品的车用尿素，进入灌装线路进行灌装。即得到浓度为32.5%的车用尿素，该方法得到的车用尿素溶液，经过检测完全满足ISO22241-2006《Dieselengines-NO_Xrediction agent AUS32的要求》，氮氧化合物转化率达95%，尿素含量在32%-33%之间、碱度在≤0.2%、缩二脲≤0.3、醛类≤5。完全满足国Ⅳ和国Ⅴ的柴油车尾气排放标准的要求，该系统设置自动监控系统，一旦监测到系统产品不符合要求，自动切换，将尿素回流打入第一初成品水箱(27)、第二初成品水箱(27)、第三初成品水箱(29)进行再次处理。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和氛围进行限定，在不脱离发明涉及构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。

Claims (3)

1.一种高效的车用尿素标准溶液生产提纯系统，其特征在于，它包括：沙石过滤系统(1)、活性炭过滤系统(2)、加压泵(3)、微滤装置(4)、超滤装置(5)、中间水箱(6)、高压泵(7)、一级反渗透装置(8)、二级反渗透装置(9)、EDI系统(10)、纯水箱(11)、螺旋喂料机(12)、物料溶解水箱(13)、毛发捕捉器(14)、第一增压泵（15）、第一均质水箱(16)、第二均质水箱(17)、第二增压泵（18）、第一袋式滤器(19)、第二袋式滤器(20)、第一活性炭柱(21)、第二活性炭柱(22)、碳纤维过滤器(23)、第三袋式滤器（24）、阳床(25)、第一阴床(26)、第二阴床(27)、第一初成品水箱(28)、第二初成品水箱(29)、第三初成品水箱(30)、第三增压泵(31)、第一混床(32)、第二混床(33)、第一成品水箱(34)、第二成品水箱(35)、第四增压泵(36)、保安过滤器(37)、灌装线(38)；

其中自来水出水口连接沙石过滤系统(1)的进水口，沙石过滤系统(1)的出水口连接活性炭过滤系统(2)的进水口，活性炭过滤系统(2)的出水口连接加压泵(3)的进水口，加压泵(3)的出水口连接微滤装置(4)的进水口，微滤装置(4)的出水口连接超滤装置(5)的进水口，超滤装置(5)的出水口连接中间水箱(6)的进水口、中间水箱(6)的出水口连接高压泵(7)的进水口、高压泵(7)的出水口连接以一级反渗透装置(8)的进水口；一级反渗透装置(8)的出水口连接二级反渗透装置(9)的进水口、二级反渗透装置(9)的出水口连接EDI系统(10)的进水口；EDI系统的出水口(10)连接纯水箱(11)、纯水箱(11)连接螺旋喂料机(12)，所述的螺旋喂料机(12)的出料口连接物料溶解水箱(13)进料口，物料溶解水箱(13)内连接压缩空气搅拌装置，且物料溶解水箱(13)出料口连接毛发捕捉器(14)进料口、毛发捕捉器(14)出料口连接第一增压泵（15）进料口、第一增压泵（15）的进料口连接第一均质水箱(16)、第一均质水箱(16)连接第二均质水箱(17)，第二均质水箱(17)出料口连接第二增压泵（18）进料口；第二增压泵（18）的出料口连接第一袋式滤器(19)、第一袋式滤器(19)连接第二袋式滤器(20)、第二袋式滤器(20)出料口连接第一活性炭柱(21)、第一活性炭柱(21)连接第二活性炭柱(22)、第二活性炭柱(22)出料口连接碳纤维过滤器(23)、碳纤维过滤器(23)连接第三袋式滤器（24）、第三袋式滤器（24）出料口连接阳床(25)进料口、阳床(25)出料口连接第一阴床(26)、第一阴床(26)出料口连接第二阴床(27)进料口，第二阴床(27)出料口连接第一初成品水箱(28)进料口、第一初成品水箱(28)出料口连接第二初成品水箱(29)进料口、第二初成品水箱(29)的出料口连接第三初成品水箱(30)的进料口、第三初成品水箱(30)的出料口连接第三增压泵(31)进料口，第三增压泵(31)的出料口连接第一混床(32)进料口，第一混床(32)出料口连接第二混床(33)进料口、第二混床(33)的出料口连接第一成品水箱(34)、第一成品水箱(34)连接第二成品水箱(35)，第二成品水箱(35)的出料口连接第四增压泵(36)进料口，第四增压泵(36)出料口连接保安过滤器(37)进料口、保安过滤器(37)出料口连接灌装流水线(38)。

2.根据权利要求1所述的高效的车用尿素标准溶液生产提纯系统，其特征在于，物料溶解水箱(13)内设有两台气动阀门控制的空气压缩机，同时设有控制进入水量的管道流量计。

3.根据权利要求1所述的一种高效的车用尿素标准溶液生产提纯系统，其特征在于，所述第一均质水箱(16)和第二均质水箱(17)内均设有控制水量的液位浮球，底部设有曝气装置。