CN112090279B - 可降解氮氧化物、预防低温结晶的车用尿素 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可降解氮氧化物、预防低温结晶的车用尿素,包括如下重量份组分:尿素10~13份、硫酸铵19~23份、乙醇胺4~7份、二甲基硅油3~5份、丙三醇4~6份、烷基葡萄糖苷0.5~1.5份、超纯水100份、纳米催化剂0.8~1份、硅型防冻液2~3份。以解决现有的尿素NOX的转化率低、凝固点高、汽车油耗增大、尾气排放不达标的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及车用尿素溶液生产技术领域,具体的说是一种可降解氮氧化物、预防低温结晶的车用尿素。
背景技术
车用尿素是近几年发展起来的、适用于SCR系统(选择性催化还原系统)的高纯度尿素溶液,在高温(300℃以上)条件下,尿素溶液首先分解为氨气,在高温下,尿素溶液气化后分解产生NH3,在催化剂作用下,NH3与尾气中的NOX反应生成无害的H2O和N2。
然而车用柴油机尿素分解为NH3过程中的产生中间产物NOx,NOx是所有氮氧化合物的总称,其对人体健康的危害是极大,NOx所形成二次污染物臭氧对人类呼吸系统的危害也尤其明显,因为微粒物质悬浮在空气中可以导致肺部及心脏疾病,增加致癌的概率。NOx包括尿素缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺等,未被分解的尿素、三聚氰酸和三聚氰胺等经过长期沉积附着在尾气管道、混合器及SCR催化剂上,影响了原有气体流畅性,进而导致SCR系统堵塞;SCR系统堵塞会直接导致汽车油耗增大,尾气排放恶化,严重时会造成发动机损坏。
专利号为“ZL201710409586.0”公开了一种具有低温性能的柴油车用尿素溶液;该车用尿素溶液具有比普通车用尿素更低的凝固点,虽然解决的低温下尿素溶液凝固对车的损坏;但存在尿素分散性差,NOX转化效率不高的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供可降解氮氧化物、预防低温结晶的车用尿素的生成方法,以解决现有的尿素NOX的转化率低、凝固点高、汽车油耗增大、尾气排放不达标的技术问题。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
设计一种可降解氮氧化物、预防低温结晶的车用尿素,包括如下重量份组分:尿素10~13份、硫酸铵19~23份、乙醇胺4~7份、二甲基硅油3~5份、丙三醇4~6份、烷基葡萄糖苷0.5~1.5份、超纯水100份、纳米催化剂0.8~1份、硅型防冻液2~3份。
所述纳米催化剂制备方法如下:
1)取等质量的偏钒酸铵和柠檬酸,用去离子水配制成质量分数为0.9~1.0%溶液,按照溶液质量添加0.45~0.50%的偏铝酸钠,在搅拌过程中加入纳米级WO3/TiO2混合物粉末,进行超声震荡20~45min,放入温控电炉中在550~560℃温度下高温焙烧1.5~2小时,然后自然冷却到室温后放入-5~-4℃冷冻20~30min;
2)将步骤1)得到的物质放入650~680℃加热20~30分钟后自然冷却到室温,按照重量比1:2的加入V2O5得到纳米催化剂。
1) 优选的,所述尿素的制备包括如下步骤:在高温和高压下将高纯度的氨和二氧化碳通过在170~175℃、2.5~3.0×104kPa第一反应器、第二反应器中反应;将第二反应器的气体经过收集压缩后重新通过第一反应器,将第一反应器、第二反应器的液态尿素熔体流体收集;
2) 将液态尿素熔体在减压条件下闪蒸除去氨和CO2后加入至温度为75~80℃的高纯水混匀后得到尿素饱和溶液,并收集闪蒸处理的气体通入所述第一反应器中;
3) 用孔径为0.2~0.5μm的滤膜对步骤2)的尿素水溶液进行过滤;
4) 将步骤3)得到的尿素饱和溶液置入多级液膜结晶釜,将得到的尿素晶体。
优选的,在步骤2)中,液态尿素熔体中的置于供热、减压、闪蒸条件下使氨基甲酸铵逐步分解。
优选的,在步骤2)中,控制所述减压条件为0.10~14MPa。
优选的,在步骤4)中,所述多级液膜结晶釜包括4段温度逐级降低的冷段,每个冷段的温度差至少为10摄氏度,尿素饱和溶液与第一冷段的温差为30~50℃。
优选的,在步骤4)中,将从结晶釜中的过滤液分别收集,并引入下一级的结晶釜。
与现有技术相比,本发明的有益技术效果在于:
本发明中烷基葡萄糖苷具有优良的分散、扩散特性,能够提高尿素的分散性,从而促进尿素的分解产生更多的NH3,增大NOx的转化率;烷基葡萄糖苷与硫酸铵的协同作用下,在加热条件下会促进尿素分解产生氨气,而其本身在高温下分解产生氨气,其与尿素分解产生的氨气发挥协同作用,使得催化还原氮氧化物的转化率大大提高。
本发明添加的纳米级催化剂,可以有效降低尿素的熔点,提高NOX的转化率,能有效降低车用尿素重金属环境污染问题,提高车用尿素降解吸收氮氧化物的效率;同时本发明加入了硅型防冻液,其和纳米级催化剂共同作用下,解决低温结晶问题。本发明的车用尿素的NOx转化率在95%以上,得到的车用尿素有效地降解氮氧化物,解决了SCR系统易堵塞的问题;汽车尾气的排放均符合国IV排放标准要求。
优选的,本发明处理的TiO2的相变有助于提高催化剂的稳定性,提高催化剂的催化活性;TiO2呈高均匀分散状态,在TiO2中引入WO3/MoO3可增大颗粒之间形成的内孔孔径,从而促进活性组分的分散,增大催化剂与尿素的接触面积,提高NOx的转化率。同时本发明中V2O5为主催化剂,可以NOx的转化速率。
优选的,本发明在减压条件下,使得液态尿素熔体流在供热、减压条件下使氨基甲酸铵逐步分解,增加了生产出尿素的纯度。
具体实施方式
下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式,但以下实施例只是用来详细说明本发明,并不以任何方式限制本发明的范围。在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明,均为常规仪器设备;所涉及的原料如无特别说明,均为市售常规工业原料;所涉及的加工制作方法,如无特别说明,均为常规方法。
实施例1:一种可降解氮氧化物、预防低温结晶的车用尿素,所述尿素包括如下重量份组分,尿素10份、硫酸铵19份、乙醇胺4份、二甲基硅油3、丙三醇4、烷基葡萄糖苷0.5份、超纯水100份、纳米催化剂0.8份、硅型防冻液2份;其中,纳米催化剂制备方法如下:
1)取等质量的偏钒酸铵和柠檬酸,用去离子水配制成质量分数为0.9~1.0%溶液,按照溶液质量添加0.45%的偏铝酸钠,在搅拌过程中加入纳米级WO3/TiO2混合物粉末,进行超声震荡45min,放入温控电炉中在560℃温度下高温焙烧1.5小时,然后自然冷却到室温后放入-4℃冷冻30min;
2)将步骤1)得到的物质放入650℃加热20分钟后自然冷却到室温,按照重量比1:2的加入V2O5得到纳米催化剂。
一种可降解氮氧化物、预防低温结晶的车用尿素的生产方法,包括如下的步骤:
1) 在高温和高压下将高纯度的氨和二氧化碳通过在175℃、3.0×104kPa第一反应器、第二反应器中反应;将第二反应器的气体经过收集压缩后重新通过第一反应器,将第一反应器、第二反应器的液态尿素熔体流体收集;
2) 将液态尿素熔体在减压条件下闪蒸除去氨和CO2后加入至温度为80℃的高纯水混匀后得到尿素饱和溶液,并收集闪蒸处理的气体通入所述第一反应器中;得到的液态尿素熔体中的置于供热、减压、闪蒸条件下使氨基甲酸铵逐步分解,控制减压条件为14MPa;
3) 用孔径为0.2μm的滤膜对步骤2)的尿素水溶液进行过滤;
4) 将步骤3)得到的尿素饱和溶液置入多级液膜结晶釜,将得到的尿素晶体加入到去离子水内溶解;其中多级液膜结晶釜包括3段温度逐级降低的冷段,第一冷段温度为40℃,第二冷段温度为25℃,第三冷段温度为5℃。
本发明的尿素生产能力高达2008MTD尿素,NOx转化率的利用率可达到96.1%,在-40℃不结晶。
实施例2:与实施例1的不同之处在于:
一种可降解氮氧化物、预防低温结晶的车用尿素,所述尿素包括如下重量份组分,尿素13份、硫酸铵23份、乙醇胺7份、二甲基硅油5份、丙三醇6份、烷基葡萄糖苷1.5份、超纯水100份、纳米催化剂1份、硅型防冻液3份;其中,纳米催化剂制备方法如下:
1)取90g偏钒酸铵和90g柠檬酸,溶于1000ml去离子水配制成溶液,按照溶液质量添加0.48%的偏铝酸钠,在搅拌过程中加入纳米级WO3/TiO2混合物粉末,进行超声震荡30min,放入温控电炉中在560℃温度下高温焙烧1.5小时,然后自然冷却到室温后放入-4℃冷冻20min;
2)将步骤1)得到的物质放入650~680℃加热20~30分钟后自然冷却到室温,按照重量比1:2的加入V2O5得到纳米催化剂。
上述尿素的制备方法包括如下的步骤:
1) 在高温和高压下将高纯度的氨和二氧化碳通过在170℃、2.5×104kPa第一反应器、第二反应器中反应;将第二反应器的气体经过收集压缩后重新通过第一反应器,将第一反应器、第二反应器的液态尿素熔体流体收集;
2) 将液态尿素熔体在减压条件下闪蒸除去氨和CO2后加入至温度为75~80℃的高纯水混匀后得到尿素饱和溶液,并收集闪蒸处理的气体通入所述第一反应器中;得到的液态尿素熔体中的置于供热、减压、闪蒸条件下使氨基甲酸铵逐步分解,控制减压条件为0.10Mpa;
3) 用孔径为0.5μm的滤膜对步骤2)的尿素水溶液进行过滤;
4) 将步骤3)得到的尿素饱和溶液置入多级液膜结晶釜,将得到的尿素晶体加入到去离子水内溶解;其中多级液膜结晶釜包括3段温度逐级降低的冷段,第一冷段温度为45℃,第二冷段温度为20℃,第三冷段温度为5℃得到尿素晶体。
本发明的尿素生产能力高达2019MTD尿素,NOx转化率的利用率可达到96.6%以上,在-40℃不结晶。
实施例3:与实施例1的不同之处在于:
一种可降解氮氧化物、预防低温结晶的车用尿素,所述尿素包括如下重量份组分,尿素12份、硫酸铵213份、乙醇胺5份、二甲基硅油5份、丙三醇6份烷基葡萄糖苷1份、超纯水100份、纳米催化剂1份、硅型防冻液3份;其中,纳米催化剂制备方法如下:
1)取等质量的偏钒酸铵和柠檬酸,用去离子水配制成质量分数为1.0%溶液,按照溶液质量添加0.45~0.50%的偏铝酸钠,在搅拌过程中加入纳米级WO3/TiO2混合物粉末,进行超声震荡45min,放入温控电炉中在555℃温度下高温焙烧1.5小时,然后自然冷却到室温后放入-5℃冷冻20min;
2)将步骤1)得到的物质放入650℃加热20分钟后自然冷却到室温得到纳米催化剂。
一种可降解氮氧化物、预防低温结晶的车用尿素的生产方法,包括如下的步骤:
1) 在高温和高压下将高纯度的氨和二氧化碳通过在170~175℃、2.5×104kPa第一反应器、第二反应器中反应;将第二反应器的气体经过收集压缩后重新通过第一反应器,将第一反应器、第二反应器的液态尿素熔体流体收集;
2) 将液态尿素熔体在减压条件下闪蒸除去氨和CO2后加入至温度为75~80℃的高纯水混匀后得到尿素饱和溶液,并收集闪蒸处理的气体通入所述第一反应器中;得到的液态尿素熔体中的置于供热、减压、闪蒸条件下使氨基甲酸铵逐步分解,控制减压条件为14MPa。
3) 用孔径为0.4μm的滤膜对步骤2)的尿素水溶液进行过滤;
4) 将步骤3)得到的尿素饱和溶液置入多级液膜结晶釜,将得到的尿素晶体加入到去离子水内溶解;其中多级液膜结晶釜包括3段温度逐级降低的冷段,第一冷段温度为40℃,第二冷段温度为25℃,第三冷段温度为0℃。
本发明的尿素生产能力高达2003MTD尿素,NOx转化率的利用率可达到95.8%以上,在-40℃不结晶。
上面结合实施例对本发明作了详细的说明,但是,所属技术领域的技术人员能够理解,在不脱离本发明宗旨的前提下,还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更,形成多个具体的实施例,均为本发明的常见变化范围,在此不再一一详述。
Claims (6)
1.一种可降解氮氧化物、预防低温结晶的车用尿素,其特征在于,包括如下重量份组分:尿素10~13份、硫酸铵19~23份、乙醇胺4~7份、二甲基硅油3~5份、丙三醇4~6份、烷基葡萄糖苷0.5~1.5份、超纯水100份、纳米催化剂0.8~1份、硅型防冻液2~3份;
所述纳米催化剂制备方法如下:
1)取等质量的偏钒酸铵和柠檬酸,用去离子水配制成质量分数为0.9~1.0%溶液,按照溶液质量添加0.45~0.50%的偏铝酸钠,在搅拌过程中加入纳米级WO3/TiO2混合物粉末,进行超声震荡20~45min,放入温控电炉中在550~560℃温度下高温焙烧1.5~2小时,然后自然冷却到室温后放入-5~-4℃冷冻20~30min;
2)将步骤1)得到的物质放入650~680℃加热20~30分钟后自然冷却到室温,按照重量比1:2的加入V2O5得到纳米催化剂。
2.根据权利要求1所述的可降解氮氧化物、预防低温结晶的车用尿素,其特征在于,所述尿素的制备包括如下步骤:
1)在高温和高压下将高纯度的氨和二氧化碳通过在170~175℃、2.5~3.0×104kPa第一反应器、第二反应器中反应;将第二反应器的气体经过收集压缩后重新通过第一反应器,将第一反应器、第二反应器的液态尿素熔体流体收集;
2)将液态尿素熔体在减压条件下闪蒸除去氨和CO2后加入至温度为75~80℃的高纯水混匀后得到尿素饱和溶液,并收集闪蒸处理的气体通入所述第一反应器中;
3)用孔径为0.2~0.5μm的滤膜对步骤2)的尿素水溶液进行过滤;
4)将步骤3)得到的尿素饱和溶液置入多级液膜结晶釜,将得到的尿素晶体。
3.根据权利要求2所述的可降解氮氧化物、预防低温结晶的车用尿素,其特征在于:在步骤2)中,液态尿素熔体中的置于供热、减压、闪蒸条件下使氨基甲酸铵逐步分解。
4.根据权利要求2所述的可降解氮氧化物、预防低温结晶的车用尿素,其特征在于:在步骤2)中,控制所述减压条件为0.10~14MPa。
5.根据权利要求2所述的可降解氮氧化物、预防低温结晶的车用尿素,其特征在于:在步骤4)中,所述多级液膜结晶釜包括4段温度逐级降低的冷段,每个冷段的温度差至少为10摄氏度,尿素饱和溶液与第一冷段的温差为30~50℃。
6.根据权利要求2所述的可降解氮氧化物、预防低温结晶的车用尿素,其特征在于,在步骤4)中,将从结晶釜中的过滤液分别收集,并引入下一级的结晶釜。
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