[发明专利]一种高纯车用尿素溶液的制备方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及柴油发动机后处理技术领域，具体涉及一种新型的高纯车用尿素生产方法及系统。

背景技术

柴油车排放的氮氧化物(NO_x)和颗粒物(PM)对人类健康及大气环境的危害已引起高度的关注。世界各国都致力于减少这两项排放物的研究，包括提高燃油品质、实施机内净化技术和尾气后处理的机外净化技术。我国部分城市已经实施的“国V”排放标准意味着车辆尾气的排放必须采用更为先进的技术。

催化还原技术(SCR)是目前最适合柴油车的“国V”排放解决方案，而这项技术采用还原剂尿素溶液对氮氧化物进行选择性催化还原，降低NO_x排放，从而满足“国V”排放法规对于PM和NO_x的限制。

然而车用尿素的纯度要求很高，比如Na、Mg、Al、K、Ca、Fe等元素的含量不大于0.5ppm，Cr、Ni、Cu、Zn元素含量不大于0.2ppm。普通尿素满足不了车用尿素对高洁净度的要求。显然，如何纯化尿素溶液来满足车用技术要求，是业内研究工作者不可回避的问题。

目前关于车用尿素技术的研究一直在进行，主要有结晶法、离子交换法、微滤/超滤/反渗透/电渗析耦合膜分离法等等。其中，离子交换需要步骤较少，可针对性地消除杂质，但是需要定期脱盐和更换分离介质，操作复杂，增加额外耗费。耦合膜分离法一般都涉及十余个分离步骤，需要定期更换膜，操作太复杂且极容易引入杂质，规模化应用难度较大。目前已报道的结晶法分为蒸发结晶和冷却结晶，结晶技术不需要引入其他分离介质，操作比较简单，但是冷却结晶达到所需纯度，需要多级冷却，耗能较高；蒸发结晶不易控制过饱和度，温度高，尿素不稳定，耗能也较大。

公开号为CN104258730A的中国专利采用了阴、阳二级离子交换树脂柱对尿素溶液进行纯化处理，该方法虽然能较好地实现尿素溶液的纯化，但是需要定期地进行脱盐和更换分离介质，耗费较高。而公开号为CN204073982U的中国专利采用超滤/反渗透/电渗析耦合法，公开号为CN204111628U的中国专利采用超滤/阴阳离子交换耦合法，公开号为CN204185305U的中国专利采用超滤/纳滤/反渗透耦合法，公开号为CN203955038U的中国专利采用离子交换/微滤/超滤/反渗透/电渗析耦合法，公开号为CN204097153U的中国专利采用二级超滤，这些技术虽达到所需纯度，但都需要十步甚至十步以上的操作步骤，操作太复杂，不易控制，耗能较高，且易引入杂质。公开号为CN104289106A采用尿素一级冷却结晶，虽达到所需纯度，但对原料纯度要求较高，只适用于有较好预处理技术的尿素生产工厂，适用范围较窄，不能广泛适用。公开号为CN104557617A对已脱出氨和二氧化碳的尿素合成反应液进行真空闪蒸结晶，需要额外的真空设备，耗费较大。公开号为102584635A的中国专利采用三级冷却结晶的方法进行提纯，耗能较高。公开号为103657498A的中国专利，设计了一种尿素溶液配制装置，可连续化生产，产品直接溶解配置成液体，但该技术不具有提纯功效，不适用于工业级尿素。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种车用尿素溶液的提纯方法，该方法能利用工业级尿素固体或饱和溶液，大规模工业化生产，其产品质量稳定、成本低廉。另外，本发明方法中不需要活性炭或者离子交换树脂进行处理，也无有害母液排除，操作简单，是一种环保型、经济型技术。

本发明所采用的分离系统，其特点是利用工业级尿素固体或饱和溶液，结合液膜结晶晶体生长速率快和悬浮结晶相分离面积大的优点，将配制或直接使用的尿素饱和溶液通入温度较低的液膜结晶段，形成粗晶；再通入到温度较高的悬浮结晶段，进行纯化；最后简单过滤分离，得到高纯尿素固体，再加注蒸馏水，得到车用尿素溶液。

本发明提供一种高纯车用尿素溶液的制备方法所用的系统，包括原料尿素储罐、第一蒸馏水储罐、饱和尿素溶液储罐、进料泵、冷却设备、液膜结晶塔、悬浮结晶釜、搅拌设备、加热设备、出料泵、过滤设备、滤液回收罐、第二蒸馏水储罐和车用尿素产品溶液储罐；所述的原料尿素储罐和第一蒸馏水储罐连接饱和尿素溶液储罐，饱和尿素溶液储罐、进料泵、液膜结晶塔、悬浮结晶釜、出料泵和过滤设备依次连接，液膜结晶塔上带有冷却设备，悬浮结晶釜上设有加热设备和搅拌设备，过滤设备连接滤液回收罐和车用尿素产品溶液储罐，第二蒸馏水储罐连接车用尿素产品溶液储罐。

一种车用尿素溶液的制备方法，步骤如下：