CN110357283A - 一种车用尿素溶液的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车用尿素溶液的制备方法及其应用，其方法包括如下步骤：（1）纯水处理：将水原料处理制得纯水原料；（2）尿素提纯：将尿素饱和溶液加热至72℃，使其发生水解反应，再降温至28℃以下，析出结晶，通过细砂、活性炭多介质过滤器进行过滤除杂，然后往除杂后的尿素溶液中加入醛处理剂进行反应，再将经过除醛处理后的尿素溶液通过离子交换树脂柱，以去除尿素溶液中的大部分杂质，制得尿素溶液原料；（3）纯水原料与尿素溶液原料混合配置成质量分数浓度为32%～33%的尿素溶液，然后在过滤除杂后，加入质量分数浓度为1.8%的醛处理剂反应20 min，继而通过离子交换树脂柱进行纯化处理后，制得车用尿素溶液，该方案制备可靠、成本低且杂质少。

Description

一种车用尿素溶液的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及尿素生产技术领域，尤其是一种车用尿素溶液的制备方法及其应用。
背景技术
以车用尿素作为还原剂的选择性催化还原SCR系统是利用车用尿素水溶液与重型卡车、客车等柴油车尾气中的氮氧化物反应生成氮气和水来净化尾气，使其排出的氮氧化物达到国Ⅴ排放标准甚至更高排放标准的一种新型技术。
车用尿素工作原理是把车用尿素添加剂到SCR系统，在高温环境中(温度高于300℃)，尿素分解成氨气，再加上催化剂的作用，尾气中的氮氧化物能迅速与氨气反应生成氮气和水。柴油机的排气温度一般在300～500℃，满足了氮氧化物还原所需的温度条件。
然而，车用尿素的纯度要求很高，普通的尿素，或者尿液满足不了车用尿素对高洁净度的要求，自来水中某些杂质含量也远超过车用尿素标准，显然，尿素的提纯和水处理是配制车用尿素的关键，本发明利用普通尿素的配置溶液的多重优选，得到高纯度的尿素，以符合相关的检测指标。
发明内容
针对现有技术的情况，本发明的目的在于提供一种制备可靠、成本低且杂质少的车用尿素溶液的制备方法及其应用。
为了实现上述的技术目的，本发明采用的技术方案为：
一种车用尿素溶液的制备方法，其包括如下步骤：
(1)纯水处理：将水原料通过多介质过滤后，再经一级反渗透过滤、阻垢器和二级反渗透半透膜器过滤，制得纯水原料；
(2)尿素提纯：将尿素饱和溶液加热至72℃，使其发生水解反应，然后将完全水解后的尿素溶液再降温至28℃以下，使尿素重新从水溶液中结晶析出，当过饱和的尿素晶体从尿素溶液母液中析出后，通过细砂、活性炭多介质过滤器进行过滤除杂，然后往除杂后的尿素溶液中加入醛类处理剂进行反应，再将经过除醛处理后的尿素溶液通过离子交换树脂柱，以去除尿素溶液中的大部分杂质，制得尿素溶液原料；
(3)将步骤(1)制得的纯水原料与步骤(2)制得的尿素溶液原料混合配置成质量分数浓度为32％～33％的尿素溶液，然后在过滤除杂后，加入质量分数浓度为1.8％的醛处理剂反应20min，继而通过离子交换树脂柱进行纯化处理后，制得车用尿素溶液。
进一步，步骤(1)中所述的水原料为自来水、去离子水或矿泉水。
进一步，步骤(1)中制得的纯水原料的微粒数为0.05um以下。
进一步，步骤(1)中制得的纯水原料至少为一级纯水。
进一步，步骤(2)中尿素溶液通过离子交换树脂柱，以去除尿素溶液中的大部分杂质至少包括金属离子、磷酸根离子或氯离子。
进一步，步骤(2)中所述的尿素饱和溶液为农业尿素饱和溶液。
进一步，步骤(2)和步骤(3)中所述的醛处理剂均为过氧化氢。
一种车用尿素溶液，其由上述所述的制备方法制得。
由于工业生产车用尿素溶液的纯水以自来水为主，而自来水中存在大量的金属离子，这些金属离子会导致SCR催化剂中毒失效，所以生产时应使用去离子水。本发明方案推荐使用二级反渗透的设备，能去除水中绝大部分金属离子、磷酸根离子和氯离子。
本发明中采用的农用级尿素为一级品或合格品，水处理后的软水为一级水级别，多介质过滤器为细砂、活性碳多极过滤，所采用的容器均为不锈钢或有机玻璃等材质。
采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：
1、采用本发明方案处理后的纯水原料微粒数能小于0.05um以下，级别为一级纯水；
2、在纯水处理时，采用多介质过滤器比一般单介质过滤器能够好的去除水中的杂质、有机物、胶体、悬浮物等；
3、在纯水处理时，采用半透膜器能够快速有效去除氯、钠、钾、铜、锌等多种金属离子，提高生产效率，去除水中的盐分，使水质进一步提高；
4、在纯水处理时，添加阻垢器能更好的保护反渗透的效果，节省水资源及提高转化效率，和保护反渗透半透膜的使用寿命及维护成本；
5、本发明采用过氧化氢作为醛处理剂，既能通过反应出去醛类，使其在较短时间内含量降至极低，又不影响尿素溶液的品质；
6、本发明的整个系统简单，基建成本低有明显的优势。
具体实施方式
下面结合具体实施例做本发明方案做进一步的阐述：
实施例1
本实施例公开了本发明方案纯水处理的实施方式之一，其中，采用未处理的原水(自来水)通过细砂与活性碳过滤器除杂后得到的收集液，经检测分析得到结果如表(1)所示。
在此基础上，经过过滤除杂，通过一级膜系统，加入有机磷酸类阻垢缓蚀剂，最后通过二级膜处理系统进行去金属离子处理，得到的收集液。经检测分析得到结果如表(2)所示。
表(1)未处理的原水的技术分析
表(2)已处理的收集液的技术分析
分析以上试验数据表明：
1)从表(1)中可以看出，未处理的原水中的电阻率、锌、钠、钾、氯的检测指标不能满足电子级水GB/T11446.1-2013的质量指标要求。
2)从表(2)中可以看出，已处理的收集液的电阻率、锌、钠、钾、氯、铜的检测指标均能满足电子级水GB/T11446.1-2013的质量指标要求，且收集液的各项指标均能达到一级水级别。
3)以上试验可以得出，已处理的收集液的多项指标比未处理的原水具有明显的下降，且降至极低，完全满足车用尿素的质量指标要求。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上，还公开了尿素提纯的方法和将其与实施例1混合制得车用尿素的方法，其内容为：
尿素提纯：将农业尿素饱和溶液加热至72℃，使其发生水解反应，然后将完全水解后的尿素溶液再降温至28℃以下，使尿素重新从水溶液中结晶析出，当过饱和的尿素晶体从尿素溶液母液中析出后，通过细砂、活性炭多介质过滤器进行过滤除杂，然后往除杂后的尿素溶液中加入醛类处理剂(过氧化氢)进行反应，再将经过除醛处理后的尿素溶液通过离子交换树脂柱，以去除尿素溶液中的大部分杂质(少包括金属离子、磷酸根离子或氯离子)，制得尿素溶液原料；
车用尿素溶液制备：将实施例1制得的纯水原料与本实施例制得的尿素溶液原料混合配置成质量分数浓度为32％的尿素溶液(其检测分析如表3所示)，然后在过滤除杂后，加入质量分数浓度为1.8％的醛处理剂反应20min，继而通过离子交换树脂柱进行纯化处理后，制得车用尿素溶液(其检测分析如表4所示)。
实施例3
本实施例与实施例2大致相同，其不同之处在于：将实施例1制得的纯水原料与本实施例2制得的尿素溶液原料混合配置成质量分数浓度为32.5％的尿素溶液(其检测分析如表3所示)，然后在过滤除杂后，加入质量分数浓度为1.8％的醛处理剂反应20min，继而通过离子交换树脂柱进行纯化处理后，制得车用尿素溶液(其检测分析如表4所示)。
实施例4
本实施例与实施例2大致相同，其不同之处在于：将实施例1制得的纯水原料与本实施例2制得的尿素溶液原料混合配置成质量分数浓度为33.0％的尿素溶液(其检测分析如表3所示)，然后在过滤除杂后，加入质量分数浓度为1.8％的醛处理剂反应20min，继而通过离子交换树脂柱进行纯化处理后，制得车用尿素溶液(其检测分析如表4所示)。
表(3)未处理的尿素溶液的技术分析
项目 实施例2 实施例3 实施例4 质量指标
尿素含量(质量分数)/％ 32.0 32.5 33.0 31.8-33.2
密度(20℃)/(kg/m<sup>3</sup>) 1090 1090 1089 1087.0-1093.0
碱度(质量分数)/％不大于 0.12 0.13 0.13 0.2
缩二脲(质量分数)/％不大于 0.63 0.67 0.68 0.3
醛类/(mg/kg)不大于 14 13 14 5
不溶物/(mg/kg)不大于 13 13 14 20
磷酸盐/(mg/kg)不大于 1.6 1.7 1.7 0.5
表(4)已处理的尿素溶液的技术分析
分析以上试验数据表明：
1)从表(3)中可以看出，未处理的尿素溶液中的缩二脲、醛类、磷酸盐的检测指标不能满足车用尿素的质量指标要求。
2)从表(4)中可以看出，已处理的尿素溶液中的缩二脲、醛类、磷酸盐的检测指标均能满足车用尿素的质量指标要求。
3)以上试验可以得出，已处理的尿素溶液的多项指标比未处理的尿素溶液具有明显的下降，且降至极低，完全满足车用尿素的质量指标要求。
以上所述为本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种车用尿素溶液的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：
（1）纯水处理：将水原料通过多介质过滤后，再经一级反渗透过滤、阻垢器和二级反渗透半透膜器过滤，制得纯水原料；
（2）尿素提纯：将尿素饱和溶液加热至72 ℃，使其发生水解反应，然后将完全水解后的尿素溶液再降温至28 ℃以下，使尿素重新从水溶液中结晶析出，当过饱和的尿素晶体从尿素溶液母液中析出后，通过细砂、活性炭多介质过滤器进行过滤除杂，然后往除杂后的尿素溶液中加入醛处理剂进行反应，再将经过除醛处理后的尿素溶液通过离子交换树脂柱，以去除尿素溶液中的大部分杂质，制得尿素溶液原料；
（3）将步骤（1）制得的纯水原料与步骤（2）制得的尿素溶液原料混合配置成质量分数浓度为32%～33%的尿素溶液，然后在过滤除杂后，加入质量分数浓度为1.8%的醛处理剂反应20 min，继而通过离子交换树脂柱进行纯化处理后，制得车用尿素溶液。
2. 根据权利要求1所述的一种车用尿素溶液的制备方法，其特征在于： 步骤（1）中所述的水原料为自来水、去离子水或矿泉水。
3. 根据权利要求1所述的一种车用尿素溶液的制备方法，其特征在于：步骤（1）中制得的纯水原料的微粒数为0.05 um以下。
4.根据权利要求1所述的一种车用尿素溶液的制备方法，其特征在于：步骤（1）中制得的纯水原料至少为一级纯水。
5.根据权利要求1所述的一种车用尿素溶液的制备方法，其特征在于：步骤（2）中尿素溶液通过离子交换树脂柱，以去除尿素溶液中的大部分杂质至少包括金属离子、磷酸根离子或氯离子。
6.根据权利要求1所述的一种车用尿素溶液的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的尿素饱和溶液为农业尿素饱和溶液。
7.根据权利要求1所述的一种车用尿素溶液的制备方法，其特征在于：步骤（2）和步骤（3）中所述的醛处理剂均为过氧化氢。
8.一种车用尿素溶液，其特征在于：其由权利要求1至7之一所述的制备方法制得。
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