CN104128090A - 一种满足车辆低温去除氮氧化物的还原剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种满足车辆低温去除氮氧化物的还原剂，属于一种满足车辆低温去除氮氧化物的还原剂。由如下质量份的原料组成的：无机铵类15份~30份，络合胺类5份~20份，高纯水50份～75份。同传统的尿素还原剂相比，该产品氨释放温度点较低，满足车辆冷启动和低温工况下SCR系统对氮氧化物去除的使用要求。适用于南方春、秋季和北方夏季使用。
Description
技术领域
本发明涉及到一种满足车辆低温去除氮氧化物的还原剂，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。SCR技术自70年代开始在国外作为发电厂等的固定源使用的脱硝技术而进行了开发和广泛应用。为应对新的环保法规的要求，国外从90年已开始把SCR技术成功移植到柴油汽车上，并相应进行了SCR催化剂工艺技术和尿素还原剂的开发验证，实现了工业化应用，例如，欧洲和日本。目前，欧洲的大多数制造商已经开始坚定不移的采用SCR技术来实现欧4和欧5标准。例如，在欧洲的7家主要商用汽车公司中，有5家（戴克、雷诺、依维柯、沃尔沃和达夫）选择SCR技术来达到欧4和欧5标准。另外两家（斯堪尼亚和曼）则倾向于EGR技术，但也不排斥SCR技术。以戴克集团为例，自2005年元月开始，就推出满足欧4和欧5标准的Actros牌重型载货车，并给一个时髦的名字‘BlueTec’。BlueTec的后处理方式均采用SCR技术。根据戴克的研究结果表明，SCR技术与欧3标准水平的汽车相比，能够节省燃油3～6%，NOx的排放可低于欧4限值，如对SCR进行进一步的优化，达到欧6限值也毫无问题。
国外如此热衷于SCR技术的原因，主要是SCR具有很多优点，例如，可以在排气温度250～550oC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；目前达到欧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。
2014年国家推行国四技术，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。
目前，尿素还原剂应用中比较突出的问题是车辆冷启动时，排气管温度过低，达不到尿素分解所需要的温度，从而造成排放不达标。
例如，国四标准实施以来，国内相关研究和现场调查发现，约96%的国四公交车实际运行时，某些工况下所排放的NOx水平都远远超出型式核准的限值，导致大量的NOx 污染物排放，直接原因是是公交车运行温度较低，此时被喷射的尿素将无法转化成氨气，在此低温条件下，催化剂的活性也会显著降低；对于大多数卡车和公交车装配的SCR 系统来讲，在低于250~280℃时，催化剂活性会显著降低，特别是低于200℃时，尿素将不能有效的分解被转化为氨气，此时SCR系统也被设计成不喷射尿素，大量的NOx气体直接逸出排气管；更极端的情况是车辆的怠速运行工况（交通拥挤或等红灯的工况），此时，排气温度可能低至100℃左右，而当发动机负荷接近最大时能超过500℃。城区工况的典型特征就是低速而且反复停车-起步，车辆的负荷也相对较低；低转速、低负荷的城区工况一般会导致公交车辆排气温度低于300℃；在上述这些工况下，由于尿素喷射量的减少，并且催化剂活性较低，SCR 系统工作效率很低。
另外，我国执行的GB 17691-2005标准是模仿欧洲环保标准进行的，按照此标准进行发动机的环保公告型式核准时，所有的环保公告的发动机都是在稳态循环（European Steady-state Cycle, ESC）和瞬态循环（European Transient Cycle, ETC）进行，ESC包括13个稳态的发动机负荷点，ETC 为瞬态试验循环，包括1800个逐秒变化转速和负荷的工况点，构成一个整体试验循环并连续运行，上述工况均没有考虑到车辆低温冷启动的特殊情况；欧洲国家已经发现此类问题的存在，从而修改排放试验标准，引入了世界统一的稳态测试循环（World Harmonized Steady-state Cycle, WHSC）和世界统一的瞬态测试循环（World Harmonized Transient Cycle, WHTC），这种技术进步的特征是把车辆的低温冷启动的排放限值纳入严格的考核。
发明内容
发明提供一种满足车辆低温去除氮氧化物的还原剂，以解决车辆的低温冷启动的排放不达标的问题。
本发明采取的技术方案是：由如下质量份的原料组成的：
无机铵类15份~30份，
络合胺类5份~20份，
高纯水50份～75份。
所述的无机铵类为碳酸铵。
所述的络合胺类组分为氨基甲酸胺。
一种满足车辆低温去除氮氧化物的还原剂的制备方法，包括下列步骤：将各原料按配方的比例混合，在室温下搅拌至全溶后采用过滤精度为0.8μm的滤芯压力过滤。
本发明为解决上述问题，需要建立一种能在低温下进行分解氨气，并满足SCR使用要求的技术体系，其中，具备低温特性的尿素还原剂是重中之重。
在所有的能分解释放出氨气的前驱体化学物质中，尿素的初始分解温度是135℃，200℃以上可以表现出快速的分解特性；氨基甲酸氨59℃开始分解氨气，80℃左右是最佳的分解温度范围；甲酸铵的初始分解温度是180℃，220℃左右是最佳的分解温度范围；同样，甲酰胺的初始分解温度也是180℃，220℃左右也是最佳的分解温度范围；碳酸铵的初始分解温度是58℃，约75℃时可以实现最佳的分解效果；碳酸氢铵36℃开始分解，60℃时可以实现快速的完全分解。
本发明的原料体系中，采用碳酸铵和氨基甲酸铵共同作为容易优先分解的成分，也是本发明的作为氨气来源的主成分，体系中氨基甲酸铵的加入可以较好的促进碳酸铵成分和水之间的相互溶解问题；本发明的水溶液体系也是符合牛顿流体方程，液体的泵送性和流动压力损失同‘传统的32.5%的尿素还原剂水溶液体系’无差别，因此输送系统不需进行改变；本发明各个组分比例的选择，主要是考虑到‘它要同传统的32.5%的尿素还原剂水溶液体系含有等量的氨’，分解后产生的氨气恰恰相当于前者，以便于车辆上的SCR的ECU和DCU可以不进行二次标定即可换装本发明的‘还原剂’；本发明的水溶液体系也能完全适应于‘传统的32.5%的尿素还原剂水溶液体系’，即不锈钢原件的防腐蚀和塑料件的相容性满足要求。
经过专利检索，发现改善冰点的比较多，例如日本的20090031713、国内的CN201110134706.3、CN201110134699.7、CN201110134698.2等。上述专利主要以尿素为氨源，附加降低冰点的东西，因此本专利与上述专利内容无冲突性。而从氨低温释放方面着手研究的SCR后处理器还原剂组合物专利目前未有发表。
考虑到未来的国四和国五甚至国六的推进实施，尿素还原剂作为一种日常消耗量仅次于‘汽柴油’的大宗工业化学商品，并不局限于‘传统的32.5%尿素还原剂水溶液’，多样化的产品有助于改进传统尿素还原剂的产品单一问题，丰富产品市场。本发明的产品，调配生产过程简便，成本相对传统尿素还原剂降低40%，更适合于装配SCR系统的商用车的大车队或大用户自配自用。例如，黄河地区以南的用户使用，也可以应用于本身配备有尿素加热系统，应用于环境温度低于-20℃的北方地区，降低使用成本。
本发明的积极效果在于：解决了纯尿素还原剂溶液在车辆冷启动时无法释放足够量氨气的问题，将氨气释放温度降至100℃以内，同传统的尿素还原剂相比，该产品氨释放温度点较低，满足车辆冷启动和低温工况下SCR系统对氮氧化物去除的使用要求。适用于南方春、秋季和北方夏季使用，具有很高的实用价值。
具体实施方式
实施例1
取分析纯碳酸铵15份，分析纯氨基甲酸铵5份，电导率为2mS/cm的高纯度水50份；室温搅拌至全溶后，采用过滤精度为0.8μm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-4℃，外观清澈透明，元素含量均符合标准要求，塑料相容性满足要求。
在排量为11L的国4柴油发动机台架上进行测试，在30℃环境温度下冷启动，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
取分析纯碳酸铵22.5份，分析纯氨基甲酸铵12.5份，电导率为2mS/cm的高纯度水62.5份；室温搅拌至全溶后，采用过滤精度为0.8μm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-6℃，外观清澈透明，元素含量均符合标准要求，塑料相容性满足要求。
在排量为11L的国4柴油发动机台架上进行测试，在30℃环境温度下冷启动，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
选取分析纯碳酸铵30份，分析纯氨基甲酸铵20份，电导率为2mS/cm的高纯度水75份；室温搅拌至全溶后，采用过滤精度为0.8μm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-7℃，外观清澈透明，元素含量均符合标准要求，塑料相容性满足要求。
在排量为11L的国4柴油发动机台架上进行测试，在30℃环境温度下冷启动，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4
取分析纯碳酸铵18份，分析纯氨基甲酸铵20份，电导率为2mS/cm的高纯度水62份；室温搅拌至全溶后，采用过滤精度为0.8μm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-4℃，外观清澈透明，元素含量均符合标准要求，塑料相容性满足要求。
在排量为11L的国4柴油发动机台架上进行测试，在30℃环境温度下冷启动，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5
取分析纯碳酸铵24份，分析纯氨基甲酸铵15份，电导率为2mS/cm的高纯度水61份；室温搅拌至全溶后，采用过滤精度为0.8μm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-6℃，外观清澈透明，元素含量均符合标准要求，塑料相容性满足要求。
在排量为11L的国4柴油发动机台架上进行测试，在30℃环境温度下冷启动，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6
选取分析纯碳酸铵30份，分析纯氨基甲酸铵7份，电导率为2mS/cm的高纯度水63份；室温搅拌至全溶后，采用过滤精度为0.8μm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-7℃，外观清澈透明，元素含量均符合标准要求，塑料相容性满足要求。
在排量为11L的国4柴油发动机台架上进行测试，在30℃环境温度下冷启动，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 (4)
1.一种满足车辆低温去除氮氧化物的还原剂，其特征在于是由如下质量份的原料组成的：
无机铵类15份~30份，
络合胺类5份~20份，
高纯水50份～75份。
2.根据权利要求1所述的一种满足车辆低温去除氮氧化物的还原剂，其特征在于所述的无机铵类为碳酸铵。
3.根据权利要求1所述的一种满足车辆低温去除氮氧化物的还原剂，其特征在于所述的络合胺类组分为氨基甲酸胺。
4.如权利要求1、2或3所述的一种满足车辆低温去除氮氧化物的还原剂的制备方法，其特征在于包括下列步骤：将各原料按配方的比例混合，在室温下搅拌至全溶后采用过滤精度为0.8μm的滤芯压力过滤。
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