CN112110835A - 一种防止尿素缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺中间产物生成的车用尿素及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防止尿素缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺中间产物生成的车用尿素及其制备方法，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依次通过在第一反应器、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。旨在解决现有的生产工艺存在生产效率低、利用率低和纯度低，生产成本高等问题。
Description
技术领域
本发明涉及车用尿素溶液生产技术领域，具体的说是一种防止尿素缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺中间产物生成的车用尿素及其制备方法。
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。
然而车用柴油机废气中氮氧化物、硫氧化物和烟尘等成分含量各不相同，尿素分解为NH3过程中的中间产物异氰酸易于溶液中尿素或缩二脲反应，生成难以分解三聚氰酸，在更高温度下，三聚氰酸进一步缩合成三聚氰胺。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。
因此急需一种可以抑制尿素缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺中间产物的尿素，以提高NOX的转化率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种防止尿素缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺中间产物生成的车用尿素及其制备方法，以解决现有的尿素NOX的转化率低，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：
设计一种防止尿素缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺中间产物生成的车用尿素，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、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。
优选的，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得到纳米催化剂。
一种防止尿素缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺中间产物生成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℃、2.5～3.0×104kPa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，将得到的尿素晶体加入到去离子水内溶解；
5） 向步骤4）得到的尿素溶液加入硫酸铵、乙醇胺、烷基葡萄糖苷、超纯水混合均匀后，加入纳米催化剂。
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，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单独收集，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，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，得的车用尿素有效地防止尿素缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺中间产物的生成，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。
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1：一种防止尿素缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺中间产物生成的车用尿素，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、烷基葡萄糖苷0.5份、超纯水100份、纳米催化剂0.8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0.50%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560℃温度下高温焙烧2小时，然后自然冷却到室温后放入-5℃冷冻30min；
2）将步骤1）得到的物质放入680℃加热30分钟后自然冷却到室温得到纳米催化剂。
一种防止尿素缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺中间产物生成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4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℃、第四冷段温度为-5℃；
5） 向步骤4）得到的尿素溶液加入硫酸铵、乙醇胺、烷基葡萄糖苷、超纯水混合均匀后，加入纳米催化剂。
本发明的尿素生产能力高达2028MTD尿素，NOx转化率的利用率可达到96.8%以上。
实施例2：与实施例1的不同之处在于：
一种防止尿素缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺中间产物生成的车用尿素，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、烷基葡萄糖苷1.5份、超纯水100份、纳米催化剂1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%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20min，放入温控电炉中在550℃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680℃加热20分钟后自然冷却到室温得到纳米催化剂。
一种防止尿素缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺中间产物生成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℃、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4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℃、第四冷段温度为-10℃；
5） 向步骤4）得到的尿素溶液加入硫酸铵、乙醇胺、烷基葡萄糖苷、超纯水混合均匀后，加入纳米催化剂。
本发明的尿素生产能力高达2014MTD尿素，NOx转化率的利用率可达到95.6%以上
实施例3：与实施例1的不同之处在于：
一种防止尿素缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺中间产物生成的车用尿素，所述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、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；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0.45～0.50%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得到纳米催化剂。
一种防止尿素缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺中间产物生成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℃、2.5～3.0×104kPa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；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0.10～14MPa。
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℃；
5） 向步骤4）得到的尿素溶液加入硫酸铵、乙醇胺、烷基葡萄糖苷、超纯水混合均匀后，加入纳米催化剂。
本发明的尿素生产能力高达1993MTD尿素，NOx转化率的利用率可达到96.3%以上。
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 (7)
1.一种防止尿素缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺中间产物生成的车用尿素，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、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。
2.根据权利要求1所述的防止尿素缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺中间产物生成的车用尿素，其特征在于，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得到纳米催化剂。
3.一种防止尿素缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺中间产物生成的车用尿素的生产方法，其特征在于：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℃、2.5～3.0×104kPa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，将得到的尿素晶体加入到去离子水内溶解；
5）向步骤4）得到的尿素溶液加入硫酸铵、乙醇胺、烷基葡萄糖苷、超纯水混合均匀后，加入纳米催化剂。
4.根据权利要求3所述的防止尿素缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺中间产物生成的车用尿素的生产方法，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。
5.根据权利要求3所述的防止尿素缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺中间产物生成的车用尿素的生产方法，其特征在于：在步骤2）中，控制所述减压条件为0.10～14MPa。
6.根据权利要求3所述的防止尿素缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺中间产物生成的车用尿素的生产方法，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℃。
7.根据权利要求3所述的防止尿素缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺中间产物生成的车用尿素的生产方法，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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