一種車用尿素的生產方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種尿素溶液的結晶方法，特別是涉及一種用作柴油車尾氣處理液原料尿素的絕熱真空閃蒸結晶的生產方法。
【背景技術】
[0002]根據國家環保部門的規定，從2013年7月I日起銷售的重型柴油車均要達到國IV排放標準，與國III排放標準相比，重型柴油汽車的國IV排放氮氧化物(NOx)排放降低了 30%左右，顆粒物(PM)排放降低了 80%以上。為了降低柴油車尾氣排放中的氮氧化物和顆粒物，目前，歐美等國家的汽車生產商普遍采用選擇性催化還原(SCR)技術處理柴油車尾氣，使之達到歐IV、歐V甚至更高的排放標準。
[0003]柴油車尾氣處理液是配合SCR技術，將發動機尾氣中的氮氧化物轉化為無害的氮氣和水的還原劑，柴油車尾氣處理液的主要原料為車用尿素和水，車用尿素不是普通的農用尿素或工業尿素，也不是化學分析試劑，而是一種具有一定附加值、可大規模工業生產的專用化學品。由于車用尿素中各種金屬離子、縮二脲含量的控制指標均高于農用尿素或工業尿素的國家標準。北京市地方標準DBl 1/552-2008《車用尿素溶液》中規定，車用尿素液中鈉、鎂、鋁、鉀、鈣、鐵的含量彡0.5ppm，鎳、銅、鉻、鋅的含量彡0.2ppm，特別是縮二脲含量(0.3wt%，縮二脲是尿素縮聚產生的副產物，其存在會對柴油車尾氣處理液的使用效果產生不利影響，因此，不能采用現成的農用尿素或工業尿素產品替代車用尿素。
[0004]市售的工業尿素和農用尿素，由于縮二脲含量較高，不能用作柴油車尾氣處理液的原料；而高純的試劑尿素成本太高，若用作柴油車尾氣處理液的原料，會明顯提高生產成本；因此，需要采用成本相對較低的原料尿素，通過對原料尿素中所含的雜質進行去除生產車用尿素，進而制備柴油車尾氣處理液。目前制備車用尿素主要有以下幾種方法:
[0005]中國專利CN101695669A公開了一種車用尿素的制備方法，該方法采用活性炭吸附和重結晶除雜兩種技術；該方法存在的問題是重結晶能耗較高，引入活性炭進行吸附又增加了原材料的消耗，因此其生產成本較高；并且重結晶后的母液中縮二脲的含量較高，不能再作為普通尿素出售，處理比較困難。
[0006]中國專利CN101811065A公開了一種柴油車尾氣處理液的制備方法，該方法以工業尿素或農用尿素作原料，使用離子樹脂交換技術去除雜質；該方法存在的主要問題是尿素溶解過程需要大量吸熱，導致能耗較高，并且離子樹脂需要再生，導致成本較高。
[0007]中國專利CN102806011A公開了一種車用尿素的制備方法，該方法采用了冷卻結晶、固液分離的方式得到車用尿素固體產品，與之前的專利相比，該方法簡化了流程、降低了成本，但需要引入冷卻媒介-低溫水進行降溫，增加了能量交換的步驟，降低了能源利用效率。
【發明內容】
[0008]為了克服現有技術的缺點，提高車用尿素的產量及產品質量、降低生產成本，本發明采用尿素生產裝置合成工段已脫出氨和二氧化碳的尿素合成反應液為原料生產車用尿素。本發明的一種車用尿素的生產方法是這樣實現的:
[0009]一種車用尿素的生產方法，該方法包括以下步驟:
[0010]首先將來自尿素生產裝置合成工段已脫出氨和二氧化碳的尿素合成反應液送入尿液罐中，然后用輸送泵將所述尿素合成反應液送入真空閃蒸結晶釜，進行真空閃蒸結晶；所述真空閃蒸結晶完成后，對結晶物料進行離心分離；所述離心分離得到的固相物作為車用尿素產品，得到的液相物返回所述尿素生產裝置。
[0011]在具體實施時,所述來自尿素生產裝置的尿素合成反應液的溫度為80?93°C、優選90?93°C，壓力為0.01?0.09MPa (表)、優選0.03?0.05MPa (表)，尿素濃度為68?80wt%、優選70?75wt%。所述輸送泵的出口壓力為0.4?1.0MPa(表)、優選0.6?0.8MPa(表X
[0012]在具體實施時，所述真空閃蒸結晶釜為錐底立式筒體，其底部錐角為40?60° ;所述真空閃蒸結晶釜的進料管伸入到所述筒體垂直方向的中點以下，其端口為喇叭口形；所述真空閃蒸結晶釜內有框式攪拌器。
[0013]在具體實施時，所述結晶釜的裝料體積為30?50%、優選32?38% ;所述框式攪拌器的轉速為40?120rpm、優選60?80rpm。所述真空閃蒸結晶爸的操作溫度為5?35°C、優選25?30°C，操作壓力為0.5?3.0kPa、優選L 5?2.0kPa,結晶時間為5?60min、優選 15 ?20min。
[0014]目前，固體尿素生產的主要流程為氨氣和二氧化碳在一定條件下反應生成尿素合成反應液，尿素合成反應液再經過一次蒸發、二次蒸發、造粒等過程得到固體尿素；由于尿素合成反應液中縮二脲的含量較低，因此可以利用尿素合成反應液制備柴油車尾氣處理液；但由于這種制備工藝會提高原料運輸的風險和成本，因此只有從尿素合成反應液中直接提取出尿素固體產品，才能降低運輸的風險和成本，對車用尿素及柴油車尾氣處理液的推廣應用帶來積極效果。
[0015]本發明的主要目的是在控制縮二脲含量的前提下，得到尿素結晶物。在尿素的生產過程中，縮二脲的生成率會隨著溫度的升高、停留時間的延長而增加，工業上通常采用蒸發結晶的方法得到尿素結晶物，因此，在高溫的作用下導致了縮二脲含量增加。
[0016]若單純采用降溫結晶的方法，雖然可以避免升溫導致縮二脲含量的增加，但是需要引入冷媒，與尿素溶液進行熱交換，這樣會增加能量交換的步驟，從而導致能耗增加。
[0017]本發明采用絕熱真空操作方式，來自尿素生產裝置的高溫尿素合成反應液經尿液罐緩沖，再經輸送泵升壓后，成為高溫高壓的液體，進入真空閃蒸結晶釜后，迅速閃蒸，析出尿素晶體。
[0018]為了防止尿素溶液在釜內長時間停留而導致縮二脲含量增加，控制尿素溶液在真空閃蒸結晶釜內的結晶時間在Ih以內，釜內的裝料體積控制在30?50%。為了防止閃蒸過程中液體飛濺到器壁上結晶而堵塞抽真空口，將尿素液的進料口伸入到設備內，插入深度為設備筒體中點以下，端口設計成喇叭口，進料口盡量靠設備中心。攪拌器的轉速對尿素晶體的形成及質量等均會產生較大的影響，若攪拌轉速過快，將會破壞已經形成的尿素晶體，若攪拌轉速過慢，則產生的尿素晶體有可能附著在罐壁或攪拌器上形成聚晶，因此，本專利控制攪拌器的轉速在40?120rpm。由尿素-水系統相平衡圖可知，0.3個絕對大氣壓是尿素溶液蒸發至任何高的濃度都不會同時生成晶體的最小壓力，因此，若要得到尿素結晶物，需將真空操作的壓力設計在0.3個絕對大氣壓(30KPa)以下。為了保證尿素產量，本發明的操作壓力設定在3KPa以下。
[0019]操作過程中，為了防止液體飛濺到結晶釜器壁或攪拌器上結晶而導致操作困難，可視情況定期采取以下措施溶解器壁和攪拌器上的尿素晶體:關閉抽