CN104341321B - 一种车用尿素的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车用尿素的制备方法，包括：步骤一：将二氧化碳与氨先后加压送入尿素合成塔，于150℃～200℃反应，获得合成反应液；步骤二：所述合成反应液中过剩氨及未转化的甲铵被气提气蒸并分解；步骤三：所述合成反应液经真空预浓缩、蒸发分离，得到熔融态尿素；步骤四：将工业用水进行处理，得到高纯水；步骤五：将所述熔融态尿素与所述高纯水混合，配制车用尿素粗产品；步骤六：将所述车用尿素粗产品经超滤处理，获得车用尿素。本发明简化现有的生产工艺，在原有生产工艺上，生产具有高附加值的车用尿素，质量水平在符合甚至高于现行所有车用尿素质量标准的同时，减少了成本，减少环境污染。

Description

一种车用尿素的制备方法
技术领域
本发明属于氮氧化物脱除领域，特别涉及一种车用尿素的制备方法。
背景技术
采用柴油发动机的汽车，因其具有优良的燃油经济性和动力性能，在中大型客车、中重型货车和专用汽车等行业得到广泛应用。但是采用柴油发动机的汽车排放的尾气中，含有大量有害的气体排放物，如，一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物等。
选择性催化还原技术（SCR）是一种工业上广泛应用的工业废气氮氧化物减排技术，基于该技术改进的车用氨选择性催化还原技术（Urea-SCR），能够实现汽车尾气中氮氧化物的有效脱除。Urea-SCR技术，利用氮氧化物与车用尾气还原剂（氨或氨前体，尿素）反应，将氮氧化物经选择性催化还原转化为无毒无害的氮气和水。
车用尾气还原剂（车用尿素）相较于普通的尿素溶液，对金属元素等的列指标要求很高，因为金属元素对催化系统造成破坏，甚至失效。国外主要适用的具体标准可以参见国际标准ISO22241-1:2006，德国标准DIN70070:2005，日本标准JISK2247-1:2005等。
车用尿素，在中国市场上较常见的生产工艺，是以市售尿素为原料，经过滤，结晶，进行尿素生产，主要问题在于规模小，处理产生的污染不集中，废液回收利用难。
在中国专利申请CN101811065B中公开了一种尾气催化还原剂的生产工艺，以市售的农用尿素或工业尿素作为原料，在高纯水溶液中溶解，经提纯、稀释等步骤，制备车用尿素。其中，溶解过程为吸热反应，能耗很大，此外，市售尿素价格成本高，运输费用大，不同厂家、批次的尿素质量有参差，运输过程也会造成原料的污染，还有原料储藏和保质的各类问题，生产工艺也与普通尿素的生产工艺脱节。
在中国专利申请CN102806011A中公开了一种车用尿素的制备方法，该专利选用的尿素原料来源于尿素合成塔中的尿素合成反应液，虽然其中缩二脲的含量很低，但是，其反应液的浓度，反应液中未反应原料、副产物、杂质的成分和含量难以测定和控制，并仍需对其他各成分进行去除，进行结晶、溶解等步骤。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高效、成本低廉、高附加值车用尿素生产技术，该方法简化现有的生产工艺，在原有生产工艺上，生产具有高附加值的车用尿素，质量水平在符合甚至高于现行所有车用尿素质量标准的同时，减少了尿素造粒、固体尿素运输、原料产品质量采购控制等成本，减少环境污染。
本发明的一种车用尿素的制备方法，包括：
步骤一：将二氧化碳与氨按摩尔比1:3.6～5.0先后加压送入尿素合成塔，于150℃～200℃反应，获得合成反应液；
步骤二：所述合成反应液中过剩氨及未转化的甲铵（甲铵是上述反应的中间产物）被气提气蒸并分解；
步骤三：所述合成反应液经真空预浓缩、蒸发分离，得到尿素质量百分比大于等于99.75%、缩二脲质量百分比小于等于0.25%的熔融态尿素；
步骤四：将工业用水进行处理，得到电阻率为19～20MΩ·cm的高纯水；
步骤五：将所述熔融态尿素与所述高纯水混合，配制浓度为31.8～33.2wt%的车用尿素粗产品；
步骤六：将所述车用尿素粗产品经超滤处理，获得车用尿素。
所述步骤一中送入所述尿素合成塔的二氧化碳的温度为10～50℃，压强为0.1～5MPa。
所述步骤一中送入所述尿素合成塔的氨的温度为-35～50℃，压强为2～5MPa。
所述步骤一中所述熔融态尿素的温度为100～150℃，压强为1～2MPa。
所述步骤四中高纯水规格参照GB/T11461-1997,主要指标包括铜＜0.2μg/L，锌＜0.2μg/L，钾＜0.5μg/L，磷酸根＜1μg/L。
步骤四中所述工业用水分别经超滤、反渗透、去除TOC、脱氧、连续电解除盐、去除TOC、过滤处理。
所述超滤采用超滤膜组；反渗透采用反渗透膜组；去除TOC采用总有机碳去除器；连续电解除盐采用电去离子系统；过滤采用精密过滤器。
所述反渗透膜组还包括反渗透保安过滤器。
所述步骤六中的超滤采用超过滤膜组，用于去除反应中容器、管道等夹带的微量杂质。
因此，本发明在此工艺的基础上，省去了造粒及之后的工艺和步骤，减少了造粒、运输、储藏、保质的成本，并从源头上控制并保证原料的质量，从而更容易地获得符合甚至优于质量标准严格要求的高品质产品。
本发明的优点是采用尿素生产过程中，与符合市售尿素相同标准的熔融态尿素，直接与高纯水进行配制，免去了对采用尿素合成塔中的尿素反应液还需进行的处理步骤，在对尿素生产工艺改造和简化的基础上，还保证了原料的质量，进而保证了产品的质量。
有益效果
化现有的生产工艺，在原有生产工艺上，生产具有高附加值的车用尿素，质量水平在符合甚至高于现行所有车用尿素质量标准的同时，减少了尿素造粒、固体尿素运输、原料产品质量采购控制等成本，减少环境污染；在当下全球资源紧张，倡导绿色环境，就地生产，一体化深加工发展的呼声下，提供了高效、成本低廉、高附加值车用尿素生产技术，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的工艺方法流程图。
图2为本发明的车用尿素的制备工艺简化图。
图3为本发明的车用尿素制备过程中，高纯水的制备流程图。
具体实施方式
体实施例，进一步阐述本发明。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。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
如图1，图2所示，将原料常温常压下的二氧化碳与氨（10℃，3MPa）按摩尔比1:3.6先后加压送入尿素合成塔，于188℃反应，合成反应液中过剩氨及未转化的甲铵被气提气蒸出并分解，产物经真空预浓缩、蒸发分离，获得110千克99.75%(wt.)的熔融态尿素（130℃，1MPa）。如图3所示，为车用尿素制备过程中，高纯水的制备流程图。将230千克工业用水分别经超滤（超滤膜组）、反渗透（反渗透膜组）、去除TOC（总有机碳去除器）、脱氧、连续电解除盐（EDI）、去除TOC、过滤（精密过滤器），除去水中离子，得到221千克高纯水（主要参数：电阻率19MΩ·cm，铜＜0.2μg/L，锌＜0.2μg/L，钾＜0.5μg/L，磷酸根＜1μg/L，参数标准参见国家标准GB/T11446.1-1997）。然后221千克高纯水与110千克99.75%(wt.)的熔融态尿素常压下进行配制，得到尿素浓度为33.2%(wt.)的车用尿素粗产品，并再次通过超过滤膜组，获得307千克，用于汽车尾气Urea-SCR催化系统的还原剂即车用尿素。
经检测，获得的车用尿素符合国际标准ISO22241-1:2006。经本发明专利的车用尿素处理后的汽车尾气，NOx排放量小于2.0g/(kw·h)-1。
实施例2
将原料二氧化碳（40℃，0.2MPa）与氨（0℃，2.3MPa）按摩尔比1:5.0先后加压送入尿素合成塔，于195℃反应，合成反应液中过剩氨及未转化的甲铵被气提气蒸出并分解，产物经真空预浓缩、蒸发分离，获得1000千克99.75%(wt.)的熔融态尿素（140℃，1.3MPa）。将2300千克工业用水分别经超滤（超滤膜组）、反渗透（反渗透膜组）、去除TOC（总有机碳去除器）、脱氧、连续电解除盐（EDI）、去除TOC、过滤（精密过滤器），除去水中离子，得到2145千克高纯水（主要参数：电阻率20MΩ·cm，铜＜0.2μg/L，锌＜0.2μg/L，钾＜0.5μg/L，磷酸根＜1μg/L，参数标准参见国家标准GB/T11446.1-1997）；然后2145千克高纯水与1000千克99.75%(wt.)的熔融态尿素进行配制，得到尿素浓度为31.8wt%的车用尿素粗产品，并再次通过超过滤膜组，获得3110千克用于汽车尾气Urea-SCR催化系统的还原剂即车用尿素。
经检测，获得的车用尿素符合国际标准ISO22241-1:2006。经本发明专利的车用尿素处理后的汽车尾气，NOx排放量小于2.0g/(kw·h)-1。
实施例3
将原料二氧化碳（20℃，1MPa）与氨（-15℃，3MPa）按摩尔比1:4.0先后加压送入尿素合成塔，于160℃反应，合成反应液中过剩氨及未转化的甲铵被气提气蒸出并分解，产物经真空预浓缩、蒸发分离，获得300千克99.75%(wt.)的熔融态尿素（120℃，1.8MPa）。将650千克工业用水分别经超滤（超滤膜组）、反渗透（反渗透膜组）、去除TOC（总有机碳去除器）、脱氧、连续电解除盐（EDI）、去除TOC、过滤（精密过滤器），除去水中离子，得632千克高纯水（主要参数：电阻率20MΩ·cm，铜＜0.2μg/L，锌＜0.2μg/L，钾＜0.5μg/L，磷酸根＜1μg/L，参数标准参见国家标准GB/T11446.1-1997）；然后632千克高纯水与300千克99.75%(wt.)的熔融态尿素进行配制，得到尿素浓度为32.2wt%的车用尿素粗产品，并再次通过超过滤膜组，获得890千克用于汽车尾气Urea-SCR催化系统的还原剂即车用尿素。经检测，获得的车用尿素符合国际标准ISO22241-1:2006。经本发明专利的车用尿素处理后的汽车尾气，NOx排放量小于2.0g/(kw·h)-1。

Claims (5)

1.一种车用尿素的制备方法，包括：
步骤一：将二氧化碳与氨按摩尔比1:3.6～5.0先后加压送入尿素合成塔，于150℃～200℃反应，获得合成反应液；
步骤二：所述合成反应液中过剩氨及未转化的甲铵被气提气蒸并分解；
步骤三：所述合成反应液经真空预浓缩、蒸发分离，得到尿素质量百分比大于等于99.75％、缩二脲质量百分比小于等于0.25％的熔融态尿素；
步骤四：将工业用水进行处理，得到电阻率为19～20MΩ·cm的高纯水；
步骤五：将所述熔融态尿素与所述高纯水混合，配制浓度为31.8～33.2wt％的车用尿素粗产品；
步骤六：将所述车用尿素粗产品经超滤处理，获得车用尿素；
其中，所述步骤一中送入所述尿素合成塔的二氧化碳的温度为10～50℃，压强为0.1～5MPa；送入所述尿素合成塔的氨的温度为-35～50℃，压强为2～5MPa；
步骤四中所述工业用水分别经超滤、反渗透、去除TOC、脱氧、连续电解除盐、去除TOC、过滤处理。
2.根据权利要求1所述的一种车用尿素的制备方法，其特征在于：所述步骤一中所述熔融态尿素的温度为100～150℃，压强为1～2MPa。
3.根据权利要求1所述的一种车用尿素的制备方法，其特征在于：所述超滤采用超滤膜组；反渗透采用反渗透膜组；去除TOC采用总有机碳去除器；连续电解除盐采用电去离子系统；过滤采用精密过滤器。
4.根据权利要求3所述的一种车用尿素的制备方法，其特征在于：所述反渗透膜组还包括反渗透保安过滤器。
5.根据权利要求1所述的一种车用尿素的制备方法，其特征在于：所述步骤六中的超滤采用超过滤膜组。
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