專利名稱：一種超低溫尿素還原劑組合物的制作方法
技術領域：
本發明涉及到一種超低溫尿素還原劑組合物，該技術應用到汽車尾氣的后處理行業。
背景技術：
未來幾年內，全球的汽車生產商，特別是美國和歐洲關于汽車氮氧化物NOX和微粒PM的排放達標方面將強制性地實施一些更嚴厲的規格，例如，歐5和歐6排放標準。在排放法規的壓力下，一方面國外的車用重負荷柴油機正不斷進行技術升級和改進，另一方面，選擇恰當的后處理技術策略和裝備，例如，SCR(Selective Catalytic Reduction)催化轉化還原技術，DPF(Diesel Particulate Filter)顆粒捕捉器，DOC(Diesel Oxidation Catalyst)氧化型催化器等。SCR技術的本質是利用尿素在高溫下分解出NH3，作為還原劑的NH3和發動機排氣中的NOX在催化劑和溫度的綜合作用下進行反應，理想工況下生成無毒的N2和H20，從而達到凈化的目的。目前，歐洲的大多數制造商已經開始采用SCR技術來實現歐4和歐5標準。SCR具有很多優點，例如，可以在排氣溫度250 550°C的范圍內具有50 85% 的NOX去除效率，并能有效降低PM的排放水平；SCR能輕松滿足歐4和歐5水平，也具有達到歐6水平的潛力；歐4采用的SCR技術，發動機的燃油耗可降低3 6% ;SCR催化劑不含有貴金屬，比成本相對較低；SCR對車用燃油的質量，特別是硫含量不敏感。基于以上分析， SCR后處理技術也最適合中國的車輛狀況和車用燃油狀況。如果在中國推廣應用車載SCR后處理技術，必須解決好尿素還原劑供應、尿素還原劑的劑量、尿素還原劑的霧化噴射、SCR催化劑轉換效率、氨氣泄露量等至關重要的技術難點。上述各點都涉及到尿素還原劑的問題。在這些問題中，尿素還原劑的冰點是一個關鍵點。目前，傳統的尿素溶液的還原劑冰點均在_11°C左右，這意味著使用SCR技術的車輛冬季向北不能跑過山海關，這對于交通如此發達的今天顯然是不可容忍的。解決傳統尿素還原劑存在問題的方法，一般都是在傳統還原劑溶液系統附加防凍液循環加熱或電加熱的系統以及保溫系統，即增加了加熱管回路、溫度傳感器、保溫層等附加零件，不僅每車增加了約1200元的成本，無疑也增加了系統的復雜性，故障率高，此外， 冬天起車時需要車輛空轉一定時間，等發動機冷卻液的溫度上升之后，循環防凍液來融化已經結冰的尿素等缺點。研究發現，開發低冰點還原劑溶液勢在必行。檢索發現，改善還原劑溶液冰點的研究成果包括日本的專利20090031713 ((ANTIFREEZING UREA SOLUTION FOR UREA SCR SYSTEM AND UREA SCR SYSTEM USING THE SAME》和歐洲的產品Denoxium-30。日本專利20090031713采用的是C1 C7的醇類作為冰點改善劑，其添加量用(水+C1 C7的醇類+尿素)/C1 C7的醇類的添加量的比例來限定， 比值為7/1，理論上計算，假設20°C溫度下乙醇的密度為0. 789kg/L，推算醇類的添加量小于10% wt ；如果采用甲醇或乙醇來實施，實際檢測表明其冰點并不能達到所描述的-30°C， 推測應該是添加了異丙醇或乙二醇，或者發明者有意隱含了某種成分或加入量；關于這一點20090031713專利的發明者并沒有描述。因此，上述發明的核心，不在本發明的所描述權利要求范圍內。歐洲的低溫尿素還原劑產品Denoxium-30采用20%尿素和甲酸銨的水溶液作為還原劑，產品冰點在-26°C -30°C之間，這對于北方寒區的冬季使用仍具有一定的挑戰性；相對于本發明成本稍高。
發明內容
一種超低溫尿素還原劑組合物，由A組分，B組分，C組分、D組分和E組分組成；其特征在于組分A為尿素，組分B為銨類，組分C為酰胺類，組分D為低分子醇類，組分E為高純水；其中，組分A占混合物總質量的15份 19份，組分B占混合物總質量的17份 22 份，組分C占混合物總質量的7份 15份，組分D占混合物總質量的1份 5份，組分E占混合物總質量的50份 60份。組分A的尿素純度要求高，需采用滿足GB/T696-1994《化學試劑-尿素》標準要求的尿素，分子式為CO (NH2) 2，有效元素N含量46%，分解溫度為131°C 135°C ；組分B和組份C要求為分析純產品，或相當純度的化學產品，是用來部分替代尿素的能釋放出NH3的前驅體成分，要求能在發動機排氣溫度范圍內正常分解而不留殘余物；推薦的組份B為甲酸銨，其儲存化學性質穩定，分子式為NH4HC00，有效元素N含量為21. 67 %，在180°C下分解成NH3和HC00H/C0+H20 ；組份C甲酰胺，分子式為CH3N0，在180°C開始分解成CO和NH3， 儲存化學穩定性高，在水中具有無限的溶解度；選用組份B和組份C以及相應的最佳加入量，一方面要考慮成本，另一方面要充分體現兩者之間具有最佳的協同效應；組分D的低分子醇類為分析純的無水乙醇或甲醇等。選用某類醇的原則是這種醇的冰點低，而且這種醇的分解溫度不能太高，同等添加量的前提下，分解產物中C02的組分越少越好，符合低碳戰略，另外，組分A、B、C在其中的溶解度要高，其中，采用甲醇或乙醇配制的這種組合物在儲存、運輸和使用中都是采用密閉容器，一定的醇類存在并不改變這種液體混合物的危險性等級，無安全隱患，考慮甲醇的氣味問題，優選采用乙醇。組分E的水的純度要求較高，水中的微量有機物、氯離子以及金屬離子都是SCR后處理催化劑的危害物，因此，組分E為高純度水，是純凈水或蒸餾水再經過逆滲透處理后的3類水質。本發明的積極效果在于對傳統的尿素還原劑的組成進行基本的改進，解決了傳統的尿素還原劑溶液冰點高，冬季不適用或使用麻煩的問題，具有很高的實用價值。
具體實施例方式實施例1選取高純度尿素組分A為15份，分析純的甲酸銨組分B為22份，分析純的甲酰銨組分C為10份，分析純的乙醇組分D為5份，高純度水組分E為50份；室溫攪拌至全溶后， 采用過濾精度為5μπι的濾芯壓力過濾，即為本發明的混合物溶液。經測定，混合物溶液冰點-38°C，無味，外觀清澈透明，密度為1. 048g/cm3,縮二脲含量0. 01 %，雜質元素含量均符合標準要求，塑料相容性滿足要求；室溫儲存4 后，外觀、氣味無感官可察覺的變化，性能指標檢測均合格。在排量為8. 6升的柴油發動機臺架上進行ESC工況測試，該還原劑在額定噴量下， 經過SCR后處理器處理后，NOX排放能達到國4要求。
實施例2選取高純度尿素組分A為18份，分析純甲酸銨組分B為20份，分析純甲酰銨組分C 為7份，分析純的乙醇組分D為3份，高純度水組分E為52份；室溫攪拌至全溶后，采用過濾精度為5μπι的濾芯壓力過濾，即為本發明的混合物溶液，經測定，混合物溶液冰點_36°C， 無味，外觀清澈透明，密度為1. 052g/cm3，縮二脲含量0. 02%，雜質元素含量均符合標準要求，塑料相容性滿足要求；室溫儲存4 后，外觀、氣味無感官可察覺的變化，性能指標檢測均合格。在排量為8. 6升的柴油發動機臺架上進行ESC工況測試，該還原劑在額定噴量下， 經過SCR后處理器處理后，NOX排放能達到國4要求。實施例3選取高純度尿素組分A為17份，分析純的甲酸銨組分B為20份，分析純的甲酰銨組分C為10份，分析純的乙醇組分D為3份，高純度水組分E為50份；室溫攪拌至全溶后，采用過濾精度為5 μ m的濾芯壓力過濾，即為本發明的混合物溶液，經測定，混合物溶液冰點_36°C，無味，外觀清澈透明，密度為1.050g/cm3，縮二脲含量0. 02%，雜質元素含量均符合標準要求，塑料相容性滿足要求；室溫儲存4 后，外觀、氣味無感官可察覺的變化，性能指標檢測均合格。在排量為8. 6升的柴油發動機臺架上進行ESC工況測試，該還原劑在額定噴量下， 經過SCR后處理器處理后，NOX排放能達到國4要求。
權利要求
1.一種超低溫尿素還原劑組合物，由A組分，B組分，C組分、D組分和E組分組成；其特征在于組分A為尿素，組分B為銨類，組分C為酰胺類，組分D為低分子醇類，組分E為高純水；其中，組分A占混合物總質量的15份 19份，組分B占混合物總質量的17份 22 份，組分C占混合物總質量的7份 15份，組分D占混合物總質量的1份 5份，組分E占混合物總質量的50份 60份。
2.根據權利要求1所述的一種超低溫尿素還原劑組合物，其特征在于所述的混合物的銨類組分為甲酸銨，酰胺類組分為甲酰胺，低分子醇類組分為甲醇或乙醇。
3.根據權利要求1所述的一種超低溫尿素還原劑組合物，其特征在于所述的混合物的制備方法如下將組分A、組分B、組分C、組分D和組分E按上述的比例混合，在室溫下攪拌至全溶后采用過濾精度為5 μ m的濾芯壓力過濾，即為本發明的混合物。
全文摘要
本發明涉及一種超低溫尿素還原劑組合物。該溶液由A、B、C、D、E五種組分組成。其特征在于組分A為尿素，組分B為銨類，組分C為酰胺類，組分D為低分子醇類，組分E為高純水。組分A、B、C、D、E以一定的比例混合。同傳統的尿素還原劑相比，該產品冰點低于-35℃，適合北方寒區冬季使用。
文檔編號B01D53/94GK102213124SQ201110134698
公開日2011年10月12日 申請日期2011年5月24日 優先權日2011年5月24日
發明者鄒建波 申請人:遼寧潤迪精細化工有限公司