CN110215853A - 一种制备车用尿素水溶液的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种制备车用尿素水溶液的方法和系统。本发明的制备车用尿素水溶液的方法，包括如下步骤：对解吸水解废水进行EDI处理，制得电导率≤0.1μS/cm的超纯水；将粉尘尿素溶解于所述超纯水中，制得尿素水溶液；依次对所述尿素水溶液进行初滤、均质、精滤和超滤，制得车用尿素水溶液；其中，所述初滤的过滤精度为25‑50μm，所述精滤的过滤精度为5μm，所述超滤的过滤精度为0.01μm。本发明的方法以粉尘尿素和解吸水解废水作为原料制备车用尿素水溶液，不仅为粉尘尿素和解吸水解废水的合理化利用提供了一种有效途径，此外制备得到的车用尿素水溶液能够达到GB29518‑2013标准要求。

Description

一种制备车用尿素水溶液的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种车用尿素制备方法，具体涉及一种制备车用尿素水溶液的方法和系统。

背景技术

车用尿素水溶液是尿素浓度为31.8-33.2％且溶剂为超纯水的尿素水溶液，其主要用于对尾气中的氮氧化物进行处理，从而使重型卡车、客车等柴油车要达到国四排放标准。车用选择性催化还原尾气后处理技术(即SCR技术)是我国重型柴油车减排常规使用的方法，该方法需要添加车用尿素水溶液作为催化还原剂，由于SCR技术所采用的催化剂载体极易发生金属离子中毒从而失去催化效果，因此车用尿素溶液必须使用电子行业一级超纯水及高纯尿素进行制备。

目前，国内车用尿素主要是从工业尿素提纯而来，其主要原理为：1)在温度70-75℃时，尿素在水溶液中发生水解；2)在温度30℃以下时，尿素重新从水溶液中结晶出来；3)每水解结晶一次，尿素的纯度会得到大幅提高。因此，通常利用工业一级尿素水解结晶一次即可达到车用尿素的标准要求，产出比例为1.5：1。

公开号为CN104289106A的中国专利公开了一种车用尿素溶液的制备方法，包括如下步骤：1)将工业脱盐水经反渗透装置、微孔过滤器和EDI电去离子装置处理后杀菌得到高纯水；2)将尿素生产过程中经闪蒸除去氨和CO₂后的高温尿素液与高纯水混合，配制成温度为68-72℃、浓度为48-55wt％的尿素水溶液；3)冷却至18-25℃，过滤得结晶尿素，再将结晶尿素与高纯水进行配比制成31.8-33.2wt％的尿素水溶液；4)经孔径为0.2-0.5μm的滤膜过滤，即制得车用尿素溶液。

上述方法采用反渗透水进行制备，从而增加了原水成本和水处理成本；此外，采用闪蒸尿素溶液作为原料，不仅在输送过程中需要伴热，并且闪蒸尿素溶液在输送过程中容易缩合形成缩二脲，从而造成车用尿素溶液中的缩二脲超标。

与此同时，尿素生产过程中存在大量的副产物和废弃物；其中，解吸水解废水是尿素生产过程中的工艺冷凝液经过解吸塔，用工艺气体或低压蒸汽将其中的NH₃和CO₂解吸分离后，又经水解塔将将其中的少量尿素水解后形成的废水，经解吸和水解后该废水含有微量尿素和微量游离氨，满足达标排放。此外，粉尘尿素是尿素造粒工段筛分产生的副产物，其产量大，销售困难，从而给企业生产和环境带来了巨大的负担和压力。因此，如何对尿素生产过程中的上述副产物和废弃物进行综合利用，成为亟待解决的难题。

发明内容

本发明提供一种制备车用尿素水溶液的方法和系统，不仅为粉尘尿素和解吸水解废水的合理化利用提供了一种有效途径，此外制备得到的车用尿素水溶液能够达到GB29518-2013标准要求。

本发明提供一种制备车用尿素水溶液的方法，包括如下步骤：

对解吸水解废水进行EDI处理，制得电导率≤0.1μS/cm的超纯水；

将粉尘尿素溶解于所述超纯水中，制得尿素水溶液；

依次对所述尿素水溶液进行初滤、均质、精滤和超滤，制得车用尿素水溶液；其中，所述初滤的过滤精度为25-50μm，所述精滤的过滤精度为5μm，所述超滤的过滤精度为0.01μm。

在本发明中，解吸水解废水是尿素生产过程中的工艺冷凝液经解吸塔将氨(NH₃)和二氧化碳(CO₂)解吸分离后，通过水解塔将微量尿素水解后产生的废水。

在本发明的具体方案中，解吸水解废水来自宁夏石化公司，其中含有微量的尿素和氨，尿素含量为0.5-2ppm，NH₃含量为10-30ppm；此外，解吸废水的流量为40-50m³/h，年产生量为36万m³，压力为0.2MPa，温度为40-60℃，pH值为7.0-7.5，进一步为7.28444。

进一步地，所述解吸水解废水中金属离子的含量≤0.2mg/Kg，此处金属离子指的是单一的金属离子，金属离子包括但不限于钙、铝、铁、钾、镁、钠、铬、镍、锌、铜等。

目前，为了增加农用尿素的颗粒粒度，在一段蒸发前通常加入甲醛，然而加入甲醛后的粉尘尿素和解吸水解废水中都含有微量甲醛，不符合车用尿素水溶液的质量标准要求。在本发明中，在尿素生产过程中，液体尿素蒸发造粒过程中不加入甲醛和其他添加剂(例如抗结块剂、硫和硫化物、氯化物、硝酸盐和其他化合物)，确保粉尘尿素和解吸水解废水中不含甲醛和上述化合物，确保车用尿素水溶液的质量。

在本发明中，EDI(Electrodeionization)即连续电除盐技术；EDI处理是通过阳离子膜、阴离子膜对阳离子、阴离子的选择透过作用以及离子交换树脂对水中离子的交换作用，在电场的作用下实现水中离子的定向迁移，从而达到水的深度净化除盐。本发明可以采用常规方式对解吸水解废水进行EDI处理。

在本发明的具体方案中，经EDI处理制得的超纯水的电导率≤5μS/cm，进一步≤0.1μS/cm。本发明对EDI处理的条件及所采用的设备不作严格限制，只要能够满足上述电导率要求即可。

具体地，在本发明中，超纯水的质量控制要求见表1。

表1超纯水的质量控制要求

项目	质量控制指标
		电导率(25℃)/(μS/cm)	≤0.1
钙、铝、铁、钾、镁、钠含量/(mg/Kg)	≤0.2
		铬、镍、锌、铜含量/(mg/Kg)	≤0.1
甲醛	不含有

本发明通过对解吸水解废水进行EDI处理制备车用尿素水溶液的原料用水，具有以下优点：

1)尿素溶解为吸热反应，温度太低不利于尿素溶解，可以合理利用解吸水解废水的水温(40-60℃)快速溶解粉尘尿素，无需额外增加蒸汽加热，节约了热能；

2)节约用水，降低了用水成本，减少了废水外排；

3)为解吸水解废水的合理化利用提供了一种有效途径。

在本发明中，粉尘尿素是尿素造粒后筛分下来的副产物。

在本发明的具体方案中，粉尘尿素来自中国石油宁夏石化公司；小颗粒尿素成品出厂粒度执行为97％左右，振动筛产生的小于合格粒径的粉尘尿素量占合格品尿素总产量的2-3％，因此每月产生粉尘尿素约800吨，年度产生粉尘尿素为10000-15000吨左右。然而，该粉尘尿素氮(N)含量46.5％左右，等同于成品颗粒尿素。

本发明采用粉尘尿素作为制备车用尿素水溶液的原料，不仅成本较低，此外溶解速度较颗粒尿素快，溶解时间短，有利于车用尿素水溶液的制备；本发明以粉尘尿素作为原料，为粉尘尿素的合理化利用提供了一种有效途径。

在本发明中，初滤用于去除尿素水溶液中的包装袋纤维、悬浮物及其它漂浮杂质，从而保证后道工序不受影响；可以采用本领域的常规方式进行初滤，例如可以采用袋式过滤器进行所述初滤。

在本发明中，均质用于尿素水溶液在混合罐搅拌溶解后的均匀性和稳定性；可以采用本领域的常规方式进行均质。

在本发明中，精滤用于防止较小微粒进入后道处理工序从而影响后道产品质量；可以采用本领域的常规方式进行精滤，例如可以采用过滤孔径为5μm的精密过滤器进行所述精滤。

在本发明中，超滤是微粒深度处理系统，利用高分子纤维膜分离，用于去除尿素水溶液中细小微粒，使尿素水溶液更加澄清，超滤是尿素水溶液的核心过滤。

进一步地，本发明的方法还包括：在包装前对所述车用尿素水溶液进行保安过滤。保安过滤是整个工艺的最后一道保障过滤，用于确保产品质量达标；具体地，保安过滤的过滤精度为0.1μm。

此外，本发明的方法，还可以视需要进行提纯；提纯可以采用多级提纯塔方式进行，其用于去除尿素水溶液中的各种离子、缩二脲、磷酸根等杂质，从而确保车用尿素水溶液产品符合相关标准的要求。

在本发明中，通过上述方法制得的车用尿素水溶液满足GB29518-2013标准要求；其中，车用尿素水溶液中缩二脲的含量≤0.3％。

本发明还提供一种制备车用尿素水溶液的系统，包括：

EDI装置，用于对解吸水解废水进行EDI处理以形成电导率≤0.1μS/cm的超纯水；

混合装置，与所述EDI装置连接，用于混合粉尘尿素与所述超纯水以制备尿素水溶液；

纯化系统，包括依次设置的初滤装置、均质装置、精滤装置和超滤装置，用于依次对所述尿素水溶液进行初滤、均质、精滤和超滤以制备车用尿素水溶液，所述初滤装置与所述混合装置连接；

其中，所述初滤装置的过滤精度为25-50μm，所述精滤装置的过滤精度为5μm，所述超滤装置的过滤精度为0.01μm。

进一步地，本发明的系统还可以包括:

成品储罐，与所述超滤装置连接，用于储存所述尿素水溶液；

保安节流系统，与所述成品储罐连接，用于在包装前对所述车用尿素水溶液进行保安过滤。

此外，本发明的系统还可以包括提纯系统，提纯系统用于去除尿素水溶液中的各种离子、缩二脲、磷酸根等杂质，从而确保车用尿素水溶液产品符合相关标准的要求。

本发明对上述各装置不作严格限制，可以采用本领域常规的装置。其中，初滤装置可以采用袋式过滤器；精滤装置可以采用过滤精度为5μm的精密过滤器；保安节流系统的过滤精度可以为0.1μm。

本发明的实施，至少具有以下优势：

1、本发明的车用尿素水溶液以尿素生产过程中的副产物和废弃物作为原料，不仅降低了生产成本，同时为粉尘尿素和解吸水解废水的合理化利用提供了一种有效途径。

2、利用本发明的方法和系统制备的车用尿素水溶液中缩二脲的含量≤0.3％，车用尿素水溶液产品质量满足GB29518-2013标准要求。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本发明一实施方式的制备车用尿素水溶液的工艺流程图；

图2为本发明一实施方式的制备车用尿素水溶液的系统的结构示意图。

符号说明：

1：EDI装置；2：混合装置；3：初滤装置；4：均质装置；5：精滤装置；6：超滤装置。

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明各实施例采用的原料及设备如下：

1、解吸水解废水

解吸水解废水来自宁夏石化公司尿素生产装置；其中，尿素含量为0.5-2ppm，NH₃含量为10-30ppm，甲醛含量≤0.5mg/Kg，解吸水解废水的流量为40-50m³/h，年产生量为36万m³，压力为0.2MPa，温度为40-60℃，pH值为7.28。

2、粉尘尿素

粉尘尿素来自中国石油宁夏石化公司，甲醛含量≤0.5mg/Kg，采用GB29518-2013、GB2440-2001方法进行检测，质量检测结果见表2。

表2颗粒尿素(粉尘尿素)检测结果

3、相关设备(设备规格型号按照3万吨/年产量要求)

EDI装置：采用电化去离子纯水制备系统；去离子原理是电场结合特定树脂，型号：MK-3X；材料：膜片采用均相膜和异相离子交换膜，专用均粒树脂，电极板采用钛镀钌技术；厂家：美国GE。

混合装置：采用尿素混合罐，型号规格：30TΦ3200X4380，材料PE；厂家：集鸿环保。

初滤器：采用袋式过滤器；型号规格：DA300；材料：SUS304 25-50μm滤袋；厂家：集鸿环保。

均质装置：采用均质水箱；型号规格：30TΦ3200X4380；材料：PE；厂家：集鸿环保。

精滤装置：采用精密过滤器；规格型号：JM350－1100；材料：SUS3045μm滤芯PP熔喷；厂家：集鸿环保。

超滤装置：采用超滤系统；规格型号：JHAQ200-6-10；材料：PVC0.01μm膜过滤；厂家：集鸿环保。

保安节流系统：规格型号：BA300－800；材料：SUS304 0.1μm PP折叠；厂家：集鸿环保。

实施例1

本实施例采用的解析水解废水的检测结果见表3。

表3解析水解废水检测结果

如图1所示，本实施例的制备车用尿素水溶液的方法，包括如下步骤：

1、EDI处理

对上述解吸水解废水进行EDI处理，制得超纯水；经检测，超纯水的电导率为0.067μS/cm。

2、制备尿素水溶液

按计量将粉尘尿素与上述制备的超纯水进行混合，使粉尘尿素完全溶解于超纯水中，制得尿素水溶液。

3、制备车用尿素水溶液

依次对上述尿素水溶液进行初滤、均质、精滤和超滤，制得尿素浓度为32.6wt％的车用尿素水溶液；其中，初滤的过滤精度为25-50μm，精滤的过滤精度为5μm，超滤的过滤精度为0.01μm。

采用GB29518-2013方法对上述制备的车用尿素水溶液的质量进行检测，结果见表4。

表4车用尿素水溶液的质量检测结果

实施例2

本实施例采用的解析水解废水的检测结果见表5。

表5解析水解废水检测结果

本实施例的制备车用尿素水溶液的方法，包括如下步骤：

1、EDI处理

对上述解吸水解废水进行EDI处理，制得超纯水；经检测，超纯水的电导率为0.067μS/cm。

2、制备尿素水溶液

按计量将粉尘尿素与上述制备的超纯水进行混合，使粉尘尿素完全溶解于超纯水中，制得尿素水溶液。

3、制备车用尿素水溶液

依次对上述尿素水溶液进行初滤、均质、精滤和超滤，制得尿素浓度为32.6wt％的车用尿素水溶液；其中，初滤的过滤精度为25-50μm，精滤的过滤精度为5μm，超滤的过滤精度为0.01μm。

采用GB29518-2013方法对上述制备的车用尿素水溶液的质量进行检测，结果见表6。

表6车用尿素水溶液的质量检测结果

实施例3

如图2所示，本实施例的制备车用尿素水溶液的系统，包括：EDI装置1，用于对解吸水解废水进行EDI处理以形成电导率≤0.1μS/cm的超纯水；混合装置2，与EDI装置1连接，用于混合粉尘尿素与超纯水以制备尿素水溶液；纯化系统，包括依次设置的初滤装置3、均质装置4、精滤装置5和超滤装置6，用于依次对尿素水溶液进行初滤、均质、精滤和超滤以制备车用尿素水溶液，初滤装置3与混合装置2连接；其中，初滤装置3的过滤精度为25-50μm，精滤装置5的过滤精度为5μm，超滤装置6的过滤精度为0.01μm。

进一步地，本实施例的制备车用尿素水溶液的系统，还包括：成品储罐(未图示)，与超滤装置6连接，用于储存尿素水溶液；保安节流系统(未图示)，与成品储罐连接，用于对尿素水溶液进行保安过滤。

此外，本实施例的系统还可以设置提纯系统(未图示)，提纯系统用于去除尿素水溶液中的各种离子、缩二脲、磷酸根等杂质，从而确保车用尿素水溶液产品符合相关标准的要求。

在本实施例中，初滤装置3可以采用袋式过滤器；精滤装置5可以采用过滤精度为5μm的精密过滤器；保安节流系统的过滤精度可以设置为0.1μm。

利用本实施例的系统制备车用尿素水溶液的方法具体如下：

1、EDI处理

利用EDI装置1对解吸水解废水进行EDI处理，制得电导率≤0.1μS/cm的超纯水。

2、制备尿素水溶液

按计量将粉尘尿素与上述制备的超纯水在混合装置2中进行混合，使粉尘尿素完全溶解于超纯水中，制得尿素水溶液。

3、制备车用尿素水溶液

依次采用初滤装置3、均质装置4、精滤装置5和超滤装置6对上述尿素水溶液进行初滤、均质、精滤和超滤，制得车用尿素水溶液。

制备的车用尿素水溶液可以储存于成品储罐中，在经保安节流系统保安过滤后，即可包装。

本实施例的系统以解吸水解废水和粉尘尿素作为制备车用尿素水溶液的原料，不仅降低了生产成本，同时为粉尘尿素和解吸水解废水的合理化利用提供了一种有效途径；利用该系统制备的车用尿素水溶液质量满足GB29518-2013标准要求。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本发明旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (10)

1.一种制备车用尿素水溶液的方法，其特征在于，包括如下步骤：

对解吸水解废水进行EDI处理，制得电导率≤0.1μS/cm的超纯水；

将粉尘尿素溶解于所述超纯水中，制得尿素水溶液；

依次对所述尿素水溶液进行初滤、均质、精滤和超滤，制得车用尿素水溶液；其中，所述初滤的过滤精度为25-50μm，所述精滤的过滤精度为5μm，所述超滤的过滤精度为0.01μm。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在包装前对所述车用尿素水溶液进行保安过滤。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述解吸水解废水的温度为40-60℃，pH值为7.0-7.5。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述解吸水解废水中金属离子的含量≤0.2mg/Kg。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述解吸水解废水和粉尘尿素中不含甲醛。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述车用尿素水溶液中缩二脲的含量≤0.3％。

7.一种制备车用尿素水溶液的系统，其特征在于，包括：

EDI装置，用于对解吸水解废水进行EDI处理以形成电导率≤0.1μS/cm的超纯水；

混合装置，与所述EDI装置连接，用于混合粉尘尿素与所述超纯水以制备尿素水溶液；

纯化系统，包括依次设置的初滤装置、均质装置、精滤装置和超滤装置，用于依次对所述尿素水溶液进行初滤、均质、精滤和超滤以制备车用尿素水溶液，所述初滤装置与所述混合装置连接；

其中，所述初滤装置的过滤精度为25-50μm，所述精滤装置的过滤精度为5μm，所述超滤装置的过滤精度为0.01μm。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括：

成品储罐，与所述超滤装置连接，用于储存所述尿素水溶液；

保安节流系统，与所述成品储罐连接，用于在包装前对所述车用尿素水溶液进行保安过滤。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述保安节流系统的过滤精度为0.1μm。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述初滤装置为袋式过滤器。