WO2018080007A1 - 요소수에서 탁도를 일으키는 트리우렛을 제거하는 제조 방법 - Google Patents

요소수에서 탁도를 일으키는 트리우렛을 제거하는 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2018080007A1
WO2018080007A1 PCT/KR2017/009677 KR2017009677W WO2018080007A1 WO 2018080007 A1 WO2018080007 A1 WO 2018080007A1 KR 2017009677 W KR2017009677 W KR 2017009677W WO 2018080007 A1 WO2018080007 A1 WO 2018080007A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
urea
water
urea water
hollow fiber
magnetic mixer
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/009677
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
신상원
Original Assignee
주식회사 소울테크
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 소울테크 filed Critical 주식회사 소울테크
Priority to AU2017348992A priority Critical patent/AU2017348992B2/en
Priority to US16/344,154 priority patent/US20190330143A1/en
Publication of WO2018080007A1 publication Critical patent/WO2018080007A1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C273/00—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups
    • C07C273/02—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups of urea, its salts, complexes or addition compounds
    • C07C273/14—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C273/16—Separation; Purification
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
    • B01D61/145—Ultrafiltration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
    • B01D61/145—Ultrafiltration
    • B01D61/146—Ultrafiltration comprising multiple ultrafiltration steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/02—Membrane cleaning or sterilisation ; Membrane regeneration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/45—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C275/00—Derivatives of urea, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups
    • C07C275/02—Salts; Complexes; Addition compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2321/00—Details relating to membrane cleaning, regeneration, sterilization or to the prevention of fouling
    • B01D2321/02—Forward flushing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2321/00—Details relating to membrane cleaning, regeneration, sterilization or to the prevention of fouling
    • B01D2321/04—Backflushing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2101/00—Mixing characterised by the nature of the mixed materials or by the application field
    • B01F2101/2204—Mixing chemical components in generals in order to improve chemical treatment or reactions, independently from the specific application
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/45—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers
    • B01F33/453—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers using supported or suspended stirring elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/45—Closures or doors specially adapted for mixing receptacles; Operating mechanisms therefor

Definitions

  • the present invention relates to a manufacturing method for removing a triure causing turbidity in urea water and urea water produced accordingly, more specifically, the urea water for automobiles is 15 ⁇ 24 °C, 30 ⁇ 37 °C in ships and industrial After adding urea to water and stirring it through a magnetic mixer, it was filtered using a hollow fiber-type ultrafiltration membrane (Pore Size 0.05 ⁇ m), which has a turbidity of 0.02 to 0.2 NTU and removes the trietule so that conversion from SCR to NH 3
  • the present invention relates to a production method for removing turbidity causing turbidity from urea water capable of producing urea water of high purity.
  • Urea is a liquid chemical that is made by mixing urea and urea, the raw materials of urea fertilizer, which we commonly know. It is 40% of automobile urea with a concentration of 31.8 ⁇ 33.2% Of water and industrial urea. This urea water is used to purify nitrogen oxides. Nitrogen oxides cause various respiratory diseases such as bronchitis and pneumonia and are known as the main causes of optical smog and acid rain. As a result, more than twice as many deaths from traffic accidents are reportedly being killed by automobile smoke. Therefore, as part of greenhouse gas reduction, which has been steadily raised for a long time in developed countries, vehicle exhaust gas regulations are becoming stricter. Korea complies with European standards for 'light gas vehicle exhaust gas regulation'.
  • SCR catalyst system can achieve more than 90% of DeNOx performance by using ammonia as reducing agent, but since ammonia is gaseous, it is difficult to store and it is almost impossible to use because it has adverse effects on human body due to leakage.
  • Urea-SCR system is a way to secure the shortcomings of SCR system using ammonia as a catalyst.
  • Urea-SCR is a technology for purifying nitrogen oxides using urea water. It is called DEF (Diesel Exhaust Fluid) in the United States and AdBlue in Europe. Urea water has a very large change in freezing point with temperature. When the concentration is 32.5%, the freezing point is the lowest as -11 ° C. Therefore, when setting the standard, the concentration of automotive urea is set to 32.5%, and the concentration of urea is set to 40% for ships and 40% for industrial use.
  • DEF Diesel Exhaust Fluid
  • Urea-SCR system uses urea water continuously when the engine is running, and consumes 4 ⁇ 6% of fuel.
  • SCR has improved fuel economy by an average of 3-5% over the EGR + DPF system. Therefore, Urea-SCR is economical because of the additional cost due to the use of urea water.
  • Urea-SCR system purifies nitrogen oxides in exhaust gas by injecting urea water through urea water injector while exhaust gas from diesel engine goes through SCR catalyst.
  • the urea undergoes an endothermic reaction during the dissolution process. As the reaction proceeds, the water temperature drops, and as the temperature decreases, the dissolution rate becomes very low, so that the dissolution rate is lowered in the general stirrer dissolution method.
  • the urea water production and refining technology used in the water circulation method used abroad has a disadvantage that it is very inefficient in terms of productivity because it takes more than 30 minutes to dissolve because urea is not properly dissolved. As time goes by, CO2 in the air continues to be injected, causing the problem of salt formation.
  • urea and ultrapure water are mixed.
  • the triure an impurity in urea
  • the triure has a melting point of 23.1 °C, so it is dissolved in urea water and causes turbidity in the distribution process.
  • the urea water containing the triure has a problem of reducing the conversion efficiency from SCR to NH 3 .
  • the method of forced circulation by mixing solid urea and pure water is suitable for the production of urea water of less than 5 tons, and the hollow fiber ultrafiltration membrane filter and ion exchange resin described are 5 per hour. It is difficult to filter more than a ton.
  • the above technique has a problem that the efficiency is not good.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, the object of the present invention can be manufactured at room temperature in the case of urea for automobiles, the high purity of the triureet is removed to increase the conversion efficiency from SCR to NH 3 It is possible to manufacture urea water, thus providing a manufacturing method for producing urea water to protect the SCR device because there is no chemical reaction of impurities regardless of temperature in winter and summer distribution and use place.
  • Car urea water is to prepare the ultra-pure water of 15 ⁇ 24 °C;
  • the filtration amount per hour is set in the step S5 of filtering the urea water including the triuret and the burette through a hollow fiber ultrafiltration filter (Pore Size 0.01 to 0.3 ⁇ m) while maintaining the low temperature state of the urea by stirring. If the amount is smaller than the step of washing the hollow fiber ultrafiltration filter in the forward or reverse direction with hot water (S6); provides a manufacturing method further comprising.
  • the present invention provides a manufacturing method in which the production of urea water is not interrupted in this step by changing the filter and washing the filtered filter.
  • the manufacturing method for removing turret and burette causing turbidity in urea water of the present invention uses ultrapure water in the room temperature range of 15 to 24 ° C., so that the manufacturing process is simple because there is no heating process, manufacturing time is short, and cost This has the advantage of being saved.
  • the present invention generates a vortex effect by using a magnetic mixer, so it is stirred as it is in a low temperature state, the stirring without heating, reducing the manufacturing cost, the stirring time is shorter, the stirring efficiency has the advantage of good.
  • the present invention has the advantage that can be effectively filtered triure aggregates at low temperature because the urea water in the low temperature state after the general filter only to protect the hollow fiber ultrafiltration filter to filter the hollow fiber ultrafiltration filter.
  • the present invention is filtered using a hollow fiber ultrafiltration filter (Pore Size 0.01 ⁇ 0.3 ⁇ m) has a merit that can be easily removed and reused by the hot water when the amount of filtration drops due to the filteret accumulated in the filter.
  • a hollow fiber ultrafiltration filter Pore Size 0.01 ⁇ 0.3 ⁇ m
  • the hollow fiber ultrafiltration filter of the present invention has the advantage of a continuous production that can be used to cross-clean two or more without interruption of the manufacturing process.
  • the turbidity of the urea water is 0.02 ⁇ 0.2 NTU when the manufacturing method of the present invention and the high purity urea water of pH 9 ⁇ 11 is produced, the conversion efficiency from SCR to NH 3 increases and can be distributed regardless of season, Regardless of the temperature of the storage location, there is an advantage that can be stored urea water, there is an effect that can prevent the replacement loss by protecting the SCR device.
  • FIG. 1 is a flow chart showing a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 2 is a front view of a magnetic mixer used in one embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view of a hollow fiber ultrafiltration filter used in one embodiment of the present invention.
  • the first step (S1) is to prepare ultra pure water of 15 to 24 degrees in the case of urea for automobiles.
  • ultrapure water was obtained by mixing a carbon filter filtration method, a reverse osmosis filtration method, and an ion exchange filtration method.
  • the second step (S2) is to move the ultrapure water to the magnetic mixer tank of 1 ⁇ 20m3 size.
  • the third step (S3) is to put the urea in the ultrapure water contained in the magnetic mixer tank.
  • the fourth step (S4) is to operate the magnetic mixer to stir-mix the ultrapure water and urea to form urea water.
  • the stirring temperature of the urea decreases from -2 ° C to -20 ° C depending on the amount of stirring water.
  • the fifth step (S5) is to pass the hollow fiber ultrafiltration filter (Pore Size 0.01 ⁇ 0.3 ⁇ m) while maintaining the low temperature state of the urea water (including the triuret) dropped by stirring.
  • the urea water before filtration has a turbidity of 100 to 300 NTU due to the triuret having a larger particle size by bonding.
  • the decomposition point of cyanuric acid is 320 ⁇ 360 °C, but when the exhaust heat is 250 °C, the cyanuric acid salt does not decompose and remains in the salt state. As a result, cyanurate remains in the SCR, causing the SCR to fail.
  • the number of elements in the tree are placed within the wooret NH 3 NH abnormal number of elements due to the transition to 3 1 1 mol per mol.
  • urea water contains triuret and is not completely decomposed, the urea hydrolysis reaction is likely to occur at the rear of the SCR catalyst, leading to an ammonia slip phenomenon in which NH 3 is released.
  • Hollow fiber ultrafiltration filter (Pore Size 0.01um ⁇ 0.3um) can use general hollow fiber ultrafiltration filter (U / F).
  • the molecules of urea (molecular weight 60.06 g / mol) are the molecules of biuret (C 2 H 5 N 3 O 2 ) (molecular weight 103.081 g / mol) and the molecules of triuret (C 3 H 6 N 4 O 3 ) (molecular weight 146.11g / mol) as well as in the low temperature state as in the present invention can be easily filtered through the filter because it exists in the aggregation reaction of the triure.
  • a filter of a size close to the particles of the triure is used so that the filtering rate is high while the triure is filtered.
  • the high purity urea water has a turbidity of 0.02 to 0.2 NTU.
  • the sixth step (S6) is to wash the hollow fiber ultrafiltration filter in the forward or reverse direction with hot water when the hourly filtration amount of the hollow fiber ultrafiltration filter (Pore Size 0.01um to 0.3um) becomes smaller than the set amount. .
  • the washing method as described above may be made by automatic control, in one embodiment of the present invention, when the hollow fiber ultrafiltration filter in use using two hollow fiber ultrafiltration filters cross-filtration, other hollow fiber ultrafiltration By changing the flow with the filtration filter and washing the filter with a low filtration amount with hot water to continue to manufacture without interruption of the process.
  • the urea water can be used stably without the chemical reaction due to impurities, regardless of the temperature of the winter and summer distribution and use place because the triure is separated and removed. For the same reason as above, turbidity is very low and foreign matter is not visible to the naked eye. In addition, the conversion efficiency to ammonia gas in the SCR is high. In addition, the triplet is removed to protect the expensive SCR device catalyst, injector, urea water filter to prevent replacement loss in advance. In addition, since urea water is stirred at room temperature without heating, there is no boiler operation required for heating, and thus, it is possible to prevent energy cost loss for a year, and thus have an expected effect on greenhouse gas reduction and carbon emission.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 요소수에서 탁도를 일으키는 트리우렛을 제거하는 제조 방법 및 이에 따라 제조된 요소수에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 1㎥~20㎥ 크기의 마그네틱 탱크에서 32.5%인 자동차용 요소수는 15~24℃의 초순수에 요소를 투입하고 마그네틱 믹서기를 통해 빠르게 교반한 후, 중공사형 한외여과막(Pore Size 0.01~0.3um)을 이용하여 필터링함으로써, 0.02~0.2 NTU의 탁도를 가지며 요소수에서 탁도를 일으키고 SCR에서 NH3로의 전환효율을 떨어뜨리는 트리우렛을 제거하는 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명인 초순수에 요소를 용해하여 요소수를 제조하는 제조방법에 있어서, 자동차용 요소수 32.5%는 15~24℃의 초순수를 준비하는 단계; 상기 초순수를 마그네틱 믹서 탱크로 이동하는 단계; 마그네틱 믹서 탱크에 담긴 상기의 초순수에 요소를 투입하는 단계; 마그네틱 믹서를 작동하여 보텍스 효과를 발생시켜 상기 초순수와 요소를 교반 혼합하여 요소수 제조하는 단계; 트리우렛을 포함하는 상기의 요소수를 교반에 의해 하락한 저온상태를 유지한 채로 중공사 한외여과필터(U/F)를 통과시켜 요소수 1000리터 당 20리터의 트리우렛 및 불순물을 여과하는 단계(S5);를 포함하는 제조방법을 제공한다.

Description

요소수에서 탁도를 일으키는 트리우렛을 제거하는 제조 방법
본 발명은 요소수에서 탁도를 일으키는 트리우렛을 제거하는 제조 방법 및 이에 따라 제조된 요소수에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차용 요소수는 15~24℃, 선박 및 산업용은 30~37℃의 물에 요소를 투입하고 마그네틱 믹서기를 통해 교반한 후, 중공사형 한외여과막(Pore Size 0.05㎛)을 이용하여 필터링함으로써, 0.02~0.2 NTU 의 탁도를 가지며 트리우렛이 제거되어 SCR에서 NH3로 전환 효율이 높아지는 고순도의 요소수를 생산할 수 있는 요소수에서 탁도를 일으키는 트리우렛을 제거하는 제조 방법에 관한 것이다.
요소수(Urea)는 액상의 화학물질로서 우리가 흔히 알고 있는 요소비료의 원료인 요소(Urea)와 순수한 물(Water)을 혼합하여 만든 화학물질로 농도 31.8~33.2%의 자동차 요소수와 40%의 선박 및 산업용 요소수가 있다. 이 요소수는 질소산화물을 정화하는데 쓰인다. 질소산화물은 기관지염, 폐렴 등 각종 호흡기질환을 일으키며 광학 스모그와 산성비의 주요 원인으로 알려져 있다. 연구 결과 교통사고 사망자의 2배가 넘는 사람이 자동차 매연으로 숨지고 있다는 보고가 있을 정도로 우리 일상생활에 차량배기가스가 미치는 영향이 크다. 그래서 선진국을 중심으로 오래전부터 꾸준히 제기되어 온 온실가스감축의 일환으로 차량배기가스 규제가 점점 엄격해지고 있는 것이다. 우리나라는 '경유자동차배기가스규제'로 유럽기준을 따르고 있다.
SCR 촉매 시스템은 환원제로서 암모니아를 사용함으로써 DeNOx 성능을 90% 이상 달성 가능하나 암모니아는 가스상이기 때문에 보관이 어렵고 누수로 인해 인체에 악영향을 미치는 단점이 있어 사용이 거의 불가능하다. 이러한 암모니아를 촉매를 사용하는 SCR 시스템의 단점을 보안할 수 있는 방식이 Urea-SCR 시스템이다.
요소수를 사용하여 질소산화물을 정화하는 기술을 Urea-SCR이라 하며, 미국에서는 DEF(Diesel Exhaust Fluid), 유럽에서는 AdBlue로 칭한다. 요소수는 온도에 따라 어는점의 변화가 매우 크다. 농도가 32.5%일 때 빙점이 -11℃로써 가장 낮기 때문에 표준을 정할 때 자동차용 요소의 농도를 32.5%로 정하고 있고, 이외에 선박용 40%, 산업용 40%로 요소의 농도를 정하고 있다.
Urea-SCR 시스템의 자동차는 엔진이 가동되고 있으면 요소수가 지속적으로 사용되며, 이때 사용되는 양은 연료대비 4~6%정도 소모된다. 강화된 배기가스배출규제에 대응하기 위한 시스템에서 SCR은 EGR+DPF시스템보다 연비가 평균 3~5%의 개선효과가 있다는 연구결과가 있다. 그러므로 요소수의 사용으로 추가적인 비용이 들지만 연비효과로 인하여 전체적인 운행경비는 Urea-SCR이 경제적이라 하겠다.
Urea-SCR 시스템은 디젤엔진에서 발생한 배기가스가 SCR 촉매장치를 거치는 과정에서 요소수 주입장치를 통해 요소수를 주입함으로써 배기가스 내의 질소산화물을 정화하게 된다.
이와 같이 Urea-SCR 시스템에 사용되는 요소수를 제조함에 있어, 종래에는 요소의 용해를 위해, 자동차용 요소수의 경우 순수를 40℃까지 가온하는 방식을 취하였으며, 산업용 및 선박용은 40℃까지 가온하는 방식에 더하여 용해공정 과정에도 열을 공급하는 방식을 취하였다.
요소는 용해 과정 중 흡열반응을 하며, 이로써 반응이 진행될수록 수온이 떨어지고, 온도가 떨어질수록 용해속도가 매우 낮아지기 때문에 일반 교반기 용해방식에서는 용해속도가 떨어지는 것을 방지하기 위해 가온을 하게된다.
우리나라 4 계절 평균 수온이 10.5℃인 점을 감안할 때, 요소의 용해속도를 높이기 위해 순수 또는 물을 40℃까지 가온하는 방식은 에너지 소모량 매우 클 수밖에 없다.
또한 종래의 가온 방식을 적용하기 위해서는 가열 설비 등의 부가설비의 증가가 불가피하여 요소수 제조장치가 전체적으로 대형화될 수밖에 없어 효율성 면에서 떨어지며, 이로 인한 제조단가의 상승으로 인해 경제성이 떨어진다.
이외에 해외에서 사용되는 물순환방식에 의한 요소수 제조, 정제 기술은 요소의 용해가 제대로 이루어지지 않아 용해를 위한 시간이 30분 이상 소요되어 생산성 면에서 매우 비효율적이라는 단점이 있었으며, 특히 용해에 소요되는 시간이 늘어날수록 대기중의 CO2가 계속 주입되어 염이 생성되는 문제를 일으킨다.
따라서, 요소수의 제조, 정제 기술에 있어 가온방식을 취하지 않거나 또는 취하더라도 보조적인 기능으로만 사용하여 단시간 내에 고순도의 요소수 제조, 정제장치의 보급이 필요한 실정이다.
한편, 요소수 생산과정에서 요소(Urea)와 초순수를 혼합하게 되는데, 이때 요소가 가지고 있는 불순물인 트리우렛은 녹는점이 23.1℃이므로 요소수에 녹아들어가 유통과정에서 탁도를 일으키고 이를 사용한 차량들은 고가의 SCR장치에 시아누르산염이 쌓여 고장이 발생하는 문제가 있었다. 또한 트리우렛이 포함된 요소수는 SCR에서 NH3로 전환효율을 떨어뜨리는 문제가 있다.
대한민국 특허 10-1640401호와 10-15445030호의 경우 고체 요소와 순수를 혼합하여 강제 순환시키는 방식은 5톤 미만의 요소수 생산에 적합한 방식이고 기술된 중공사 한외여과막 필터와 이온교환수지로는 시간당 5톤 이상을 여과시키기 어렵다.
즉, 상기와 같은 기술은 효율성이 좋지 않은 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 자동차용 요소수의 경우 실온에서 제조가 가능하며, 트리우렛이 제거되어 SCR에서 NH3로 전환 효율이 높아지는 고순도의 요소수를 제조할 수 있어 겨울철 및 여름철 유통 및 사용장소의 온도와 상관 없이 불순물의 화학반응이 없어 SCR장치를 보호할 수 있는 요소수를 제조할 수 있는 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명인 초순수에 요소를 용해하여 요소수를 제조하는 제조방법에 있어서,
자동차용 요소수는 15~24℃의 초순수를 준비하는 단계;
상기 초순수를 마그네틱 믹서로 이동하는 단계;
마그네틱 믹서에 담긴 상기의 초순수에 요소를 투입하는 단계;
마그네틱 믹서를 작동하여 보텍스 효과를 발생시켜 상기 초순수와 요소를 교반 혼합하여 요소수 제조하는 단계;
트리우렛을 포함하는 상기의 요소수를 교반에 의해 하락한 저온상태를 유지한 채로 중공사 한외여과필터(Pore Size 0.01~0.3㎛)를 통과시켜 여과하는 단계(S5);를 포함하는 제조방법을 제공한다.
또한 트리우렛과 뷰렛을 포함하는 상기의 요소수를 교반에 의해 하락한 저온상태를 유지한 채로 중공사 한외여과필터(Pore Size 0.01~0.3㎛)를 통과시켜 여과하는 단계(S5)에서 시간당 여과량이 설정된 양보다 작은 경우 고온수로 상기의 중공사 한외여과필터를 순방향 혹은 역방향으로 세척하는 단계(S6);를 더 포함하는 것을 제조방법을 제공한다.
또한 중공사 한외여과필터를 순방향 혹은 역방향으로 세척하는 단계(S6)에서 두개의 중공사 한외여과필터를 교차사용하여 사용중인 중공사 한외여과필터가 여과량이 떨어질 때 다른 중공사 한외여과필터로 흐름을 변경하고 여과량이 떨어진 필터를 세척하는 방식으로 상기 단계에서 요소수의 제조가 중단되지 않도록 하는 제조방법을 제공한다.
본 발명의 요소수에서 탁도를 일으키는 트리우렛과 뷰렛을 제거하는 제조 방법은 자동차의 경우 15~24℃의 실온범위에 있는 초순수을 사용하므로 가열과정이 없어 제조공정이 단순하며, 제조시간이 짧고, 비용이 절감되는 장점이 있다. 또한 본 발명은 마그네틱 믹서를 사용하여 보텍스 효과를 발생시켜 저온상태에서 그대로 교반하므로 가열하지 않고 교반하여 제조비용이 절감되며 교반시간이 더 짧아지고, 교반 효율이 좋은 장점이 있다. 또한 본 발명은 저온상태의 요소수를 중공사 한외여과필터를 보호하기 위한 일반 필터만을 거친 후 중공사 한외여과필터로 여과하므로 저온에서 응집되는 트리우렛을 효과적으로 여과할 수 있는 장점이 있다. 또한 본 발명은 중공사 한외여과필터(Pore Size 0.01~0.3㎛)를 사용하여 여과하므로 필터에 트리우렛이 적체되어 시간당 여과량이 떨어질 때 고온수로 쉽게 제거하여 재사용할 수 있는 장점이 있다.
한편 본 발명의 중공사 한외여과필터를 2개 이상으로 교차사용하여 제조공정의 중단없이 세척을 할 수 있도록 하는 연속식 생산의 장점이 있다.
또한 본 발명의 제조방법에 따라 제조하는 경우 요소수의 그 탁도가 0.02~0.2 NTU이며 pH9~11인 고순도의 요소수가 제조되어 SCR에서 NH3로 전환 효율이 높아지고 계절에 관계없이 유통할 수 있으며, 보관장소의 온도에 상관없이 요소수를 보관할 수 있는 장점이 있고, SCR장치를 보호하여 교체손실을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 사용된 마그네틱 믹서기의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 사용된 중공사 한외여과필터의 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 하기 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 단지 예시로 제시하는 것이며, 본 기술 사상을 통해 구현되는 다양한 실시예가 있을 수 있다.
첫번째 단계(S1)는 자동차용 요소수의 경우 15~24도의 초순수를 준비하는 것이다.
상기한 다양한 방법에 의해 제조할 수 있으나 본 발명의 바람직한 일실시예에서는 카본 필터 여과방식, 역삼투 여과 방식, 이온교환 여과방식을 혼합하여 초순수를 얻어내었다.
두번째 단계(S2)는 상기의 초순수를 1~20㎥ 크기의 마그네틱 믹서 탱크로 이동하는 것이다.
세번째 단계(S3)는 마그네틱 믹서 탱크에 담긴 상기의 초순수에 요소를 투입하는 것이다.
네번째 단계(S4)는 마그네틱 믹서를 작동하여 상기 초순수와 요소를 교반 혼합하여 요소수를 만드는 것이다.
이 때 요소의 흡열반응에 의해 교반수량에 따라 -2℃에서 -20℃까지 교반온도가 하락한다.
온도가 떨어지면 종래의 혼합방식인 프로펠러 방식의 믹서기로는 혼합시간이 상당히 길어져 생산성이 떨어지기 때문에 -3℃까지 보온을 가해야 결빙이 일어나지 않아 용해가 가능하다.
그러나 본 발명에 적용한 마그네틱 믹서기의 경우 회전력이 강하기 때문에 상기와 같이 하락한 교반온도에서도 별도의 보온없이 효과적으로 점성이 강한 액체를 혼합할 수 있다.
마그네틱 믹서기를 적용하였더니 상기 요소수의 교반혼합과정에서 보텍스 효과가 발생하였다.
이에 의해 교반기내에서 요소수가 360°강력 회전 이동으로 10분내에 31.8~33.2% 요소수가 완성되었다. 본 발명의 바람직한 일실시예에서 완전히 용해되어 필요한 농도에 도달하는데 필요한 시간과 그에 따라는 온도변화는 표1의 실험예1과 같다.
실험예1
시간(초) 온도(℃) 농도(%)
Start 18.8 요소 투입
90 11 15.8
150 9 17.9
210 6 23.5
270 3 27.7
330 2 31.5
390 -2 32.5
19℃ 수온에서 743L 초순수와 358Kg 요소(Urea) 혼합시
다섯번째 단계(S5)는 상기의 요소수(트리우렛을 포함하는)를 교반에 의해 하락한 저온상태를 유지한 채로 중공사 한외여과필터(Pore Size 0.01~0.3㎛)를 통과시키는 것이다.
여과 전의 요소수는 결합에 의해 입도가 커진 트리우렛에 의해 탁도 100~300 NTU를 갖게 된다.
상기의 트리우렛이 요소수에서 제거되지 않을 때 발생하는 문제는 다음과 같다.
H6N4C3O3(트리우렛)+250℃(배기가스온도) = (염기)NH3 + (산)H3N3C3O3 (시아누르산)
시아누르산의 분해점은 320~360℃ 이나 배기열 250 ℃ 일때 시아누르산염은 분해되지 않고 염상태로 잔존하게 된다. 이에 따라 시아누르산염이 SCR에 잔존하게 되어 SCR이 고장나게 되는 것이다.
트리우렛이 포함되지 않은 요소수의 정상적인 NH3로의 전환식 : 요소수 1 mol 당 2 mol의 NH3
CO(NH2)2 → NH3 + HNCO
HNCO + H2O → NH3 + CO2
트리우렛이 포함된 요소수는 비정상적인 NH3로의 전환으로 인해 요소수 1 mol 당 1 mol의 NH3를 내놓는다.
요소수가 트리우렛을 함유하고 있어 완전히 분해되지 않을 경우 SCR 촉매 후단에서 요소수 분해 반응이 진행되어 NH3가 배출되는 암모니아 슬립 현상이 발생될 가능성이 높다.
중공사 한외여과필터(Pore Size 0.01um~0.3um)는 일반적인 중공사 한외여과필터(U/F)를 사용하는 것이 가능하다. 요소의 분자(분자량 60.06g/mol)은 뷰렛(C2H5N3O2)의 분자(분자량 103.081g/mol)와 트리우렛(C3H6N4O3)의 분자(분자량 146.11g/mol)보다 작을 뿐만 아니라 본 발명과 같이 저온 상태에서는 트리우렛의 응집반응으로 존재하기 때문에 필터를 통해 용이하게 여과할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 트리우렛의 입자에 가까운 크기의 필터를 사용하여 트리우렛이 여과되면서도 그 여과 속도가 빠르도록 하였다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 높이 2275mm, 반경 216mm의 원통형 중공사 한외여과필터를 여러개 이용하여 시간당 최대 16,000 리터까지 여과할 수 있었다.
이러한 여과 과정을 거친 고순도 요소수는 탁도 0.02~0.2 NTU가 된다.
한편, 혼합과정에서 유입되는 불순물이나 알데히드와 불용성물질, 중금속도 여과과정에서 함께 분리제거 되게 된다.
이에 따라 SCR에서 NH3로의 전환효율이 높아지는 고순도 요소수가 된다.
여섯번째 단계(S6)는 상기의 중공사 한외여과필터(Pore Size 0.01um~0.3um)의 시간당 여과량이 설정한 양보다 작아지는 경우 고온수로 중공사 한외여과필터를 순방향 혹은 역방향으로 세척하는 것이다.
트리우렛은 고온의 물에 쉽게 용해되기 때문에 상기와 같은 세척방법으로 쉽게 제거된다.
한편, 상기와 같은 세척방법은 자동제어에 의해 이루어질 수 있으며, 본 발명의 일실시예에서는 두개의 중공사 한외여과필터를 교차사용하여 사용중인 중공사 한외여과필터가 여과량이 떨어질 때 다른 중공사 한외여과필터로 흐름을 변경하고 여과량이 떨어진 필터를 고온수로 세척하는 방식으로 공정의 중단없이 계속 제조할 수 있도록 하였다.
살펴본 바와 같이 제조된 요소수는 트리우렛이 분리 제거되어 겨울철 및 여름철 유통 및 사용장소의 온도와 큰 상관없이 불순물에 의한 화학반응이 없이 안정되게 사용할 수 있다. 상기와 같은 이유로 탁도가 매우 낮고 이물질이 육안으로 보이지 않는다. 또한 SCR내에서 암모니아가스로의 전환효율이 높다. 또한 트리우렛이 제거되어 고가의 SCR 장치인 촉매, 인젝터, 요소수 필터를 보호하여 교체손실을 미연에 방지할 수 있다. 또한 자동차 요소수의 경우 가열하지 않고 실온에서 교반하므로 가열에 필요한 보일러 가동이 없으므로 년간 에너지 비용 손실을 방지할 수 있으며, 이에 따라 온실가스 감축 및 탄소배출에 대해 기대효과가 있다.

Claims (3)

  1. 초순수에 요소를 용해하여 요소수를 제조하는 제조방법에 있어서,
    15~24℃의 초순수를 준비하는 단계(S1);
    상기 초순수를 1~20㎥ 크기의 마그네틱 믹서 탱크로 이동하는 단계(S2);
    마그네틱 믹서 탱크에 담긴 상기의 초순수에 요소를 투입하는 단계(S3);
    마그네틱 믹서를 작동하여 보텍스 효과를 발생시켜 상기 초순수와 요소를 교반 혼합하여 요소수 제조하는 단계(S4);
    트리우렛을 포함하는 상기의 요소수를 교반에 의해 하락한 저온상태를 유지한 채로 중공사 한외여과필터(U/F)를 통과시켜 여과하는 단계(S5);를 포함하는 것을 특징으로 하는 요소수에서 탁도를 일으키고 고SCR에서 NH3로의 전환효율을 떨어뜨리는 트리우렛을 제거하는 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    트리우렛을 포함하는 상기의 요소수를 교반에 의해 하락한 저온상태를 유지한 채로 중공사 한외여과필터(Pore Size 0.01~0.3㎛)를 통과시켜 여과하는 단계(S5)에서 시간당 여과량이 설정된 양보다 작은 경우 고온수로 상기의 중공사 한외여과필터를 순방향 혹은 역방향으로 세척하는 단계(S6);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 요소수에서 탁도를 일으키고 고SCR에서 NH3로의 전환효율을 떨어뜨리는 트리우렛을 제거하는 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    중공사 한외여과필터(Pore Size 0.01~0.3㎛)를 순방향 혹은 역방향으로 세척하는 단계(S6)에서 여러개의 중공사 한외여과필터를 교차사용하여 사용중인 중공사 한외여과필터가 여과량이 떨어질 때 다른 중공사 한외여과필터로 흐름을 변경하고 여과량이 떨어진 필터를 고온수로 세척하는 방식으로 상기 단계에서 요소수의 제조가 중단되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 요소수에서 탁도를 일으키는 트리우렛을 제거하는 제조 방법.
PCT/KR2017/009677 2016-10-25 2017-09-05 요소수에서 탁도를 일으키는 트리우렛을 제거하는 제조 방법 WO2018080007A1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2017348992A AU2017348992B2 (en) 2016-10-25 2017-09-05 Preparation method for removing triuret causing turbidity in urea water
US16/344,154 US20190330143A1 (en) 2016-10-25 2017-09-05 Preparation method for removing triuret causing turbidity in urea water

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160139118A KR101893188B1 (ko) 2016-10-25 2016-10-25 요소수에서 탁도를 일으키는 트리우렛을 제거하는 제조 방법
KR10-2016-0139118 2016-10-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018080007A1 true WO2018080007A1 (ko) 2018-05-03

Family

ID=62025181

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2017/009677 WO2018080007A1 (ko) 2016-10-25 2017-09-05 요소수에서 탁도를 일으키는 트리우렛을 제거하는 제조 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20190330143A1 (ko)
KR (1) KR101893188B1 (ko)
AU (1) AU2017348992B2 (ko)
WO (1) WO2018080007A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102048012B1 (ko) * 2018-09-10 2019-12-02 주식회사 블루텍 트리우렛 분리장치

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111632495B (zh) * 2020-06-24 2021-12-28 嘉兴诚凯环保科技股份有限公司 一种车用尿素生产工艺
KR102431952B1 (ko) 2021-11-18 2022-08-18 권형남 수용성 규산염 분말을 이용한 환경오염 방지용 요소정화수 및 그 제조 방법
KR102442953B1 (ko) 2022-05-13 2022-09-14 대산철강공업 주식회사 요소수 제조장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1857439A1 (en) * 2006-05-17 2007-11-21 Kemira GrowHow Oyj Method for purifying aqueous urea solution
CN104056550A (zh) * 2014-07-02 2014-09-24 南京集鸿环保科技有限公司 一种高效的车用尿素标准溶液生产提纯系统
CN204073982U (zh) * 2014-11-12 2015-01-07 四川美青化工有限公司 车用尿素溶液生产装置
KR20160025523A (ko) * 2013-06-29 2016-03-08 가부시키가이샤 오프티 요소수의 제조 방법 및 요소수로부터 트리유렛을 제거·회수하는 방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52149270A (en) * 1976-06-07 1977-12-12 Nippon Zeon Co Ltd Equipment for mass transfer of hollow fiber type
US5177153A (en) * 1992-06-10 1993-01-05 Xerox Corporation Suspension polymerization process for the preparation of polymeric material from gaseous and non-gaseous monomers
US20160325227A1 (en) * 2015-05-05 2016-11-10 Vovax Material and Technology Manufacturing Method of Urea Solution Used For Intelligent And High Efficiency Diesel Engine Vehicle
KR101650399B1 (ko) * 2016-03-10 2016-08-25 (주)한일화학공사 공기 주입형 요소수 제조장치 및 그 제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1857439A1 (en) * 2006-05-17 2007-11-21 Kemira GrowHow Oyj Method for purifying aqueous urea solution
KR20160025523A (ko) * 2013-06-29 2016-03-08 가부시키가이샤 오프티 요소수의 제조 방법 및 요소수로부터 트리유렛을 제거·회수하는 방법
CN104056550A (zh) * 2014-07-02 2014-09-24 南京集鸿环保科技有限公司 一种高效的车用尿素标准溶液生产提纯系统
CN204073982U (zh) * 2014-11-12 2015-01-07 四川美青化工有限公司 车用尿素溶液生产装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KWON, YONG CHEOL: "Development of High Grade Urea Aqueous Solution Refining Equipment and Research on Urea Dissolution Technology", THE GRADUATE SCHOOL OF POLICY AND PUBLIC SEJONG UNIVERSITY , DEPARTMENT OF INDUSTRY AND ENVIRONMENT, August 2016 (2016-08-01), pages 1 - 59 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102048012B1 (ko) * 2018-09-10 2019-12-02 주식회사 블루텍 트리우렛 분리장치

Also Published As

Publication number Publication date
AU2017348992B2 (en) 2019-06-20
KR101893188B1 (ko) 2018-08-29
KR20180045238A (ko) 2018-05-04
US20190330143A1 (en) 2019-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018080007A1 (ko) 요소수에서 탁도를 일으키는 트리우렛을 제거하는 제조 방법
KR102298258B1 (ko) Aei 제올라이트 합성
CN104341321B (zh) 一种车用尿素的制备方法
WO2014207960A1 (ja) 尿素水の製造方法及び尿素水からトリウレットを除去・回収する方法
CN104056550A (zh) 一种高效的车用尿素标准溶液生产提纯系统
EP0264041A2 (de) Verfahren und Anlage zur Rückgewinnung von Ammoniak beim Abscheiden von Stickoxiden aus Rauchgasen
MX2013004635A (es) Metodo para la preparacion de un filtro catalizado de material particulado y filtro catalizado de material particulado.
DE102005059250B4 (de) Ammoniakvorläufersubstanz und Verfahren zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in sauerstoffhaltigen Abgasen von Fahrzeugen
CN105921014A (zh) 一种车用尿素溶液的制备方法
CN104910048B (zh) 车用尿素溶液制备系统及车用尿素溶液的制备方法
CN102580531A (zh) 一种抗低温尾气催化还原剂及其制备方法
CN102442928B (zh) 一种尿素提纯方法
CN110559856A (zh) 一种车用尿素及其制备方法
CN105688669A (zh) 梳状聚丙烯酰胺类晶体增长干扰剂、利用该干扰剂制备的抗结晶型尾气催化还原剂及制法
CN110559930A (zh) 一种车用尿素溶液及其制备方法
CN107051204B (zh) 一种车用尿素溶液的制备工艺
CN101627009A (zh) 含有尿素的水溶液的制备方法和设备
CN107413213A (zh) 一种车用尿素溶液生产系统
CN105854603A (zh) 一种柴油机尾气处理剂的生产方法
CN109985663A (zh) 一种对一锅法原位合成的Cu-SSZ-13分子筛进行后处理的方法
KR20240006892A (ko) 트리우엣을 제거하여 요소수의 탁도를 없애는 방법
CN115999362A (zh) 一种车用尿素溶液的生产工艺
CN106471230A (zh) 用于燃烧式发动机的排放气体后处理装置
KR101589078B1 (ko) 요소수의 동결방지용 첨가제의 제조방법 및 이에 의해 제조된 요소수의 동결방지용 첨가제
CN213254427U (zh) 一种用于降低絮状物的车用尿素生产装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17863583

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205N DATED 01/08/2019)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17863583

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1