專利名稱：一種氮氧化物還原劑的生產方法
技術領域：
本發明涉及一種用于除去柴油機尾氣以及電廠、工業窯爐等煙氣中氮氧化物的還原劑生產方法。
背景技術：
當前，我國城市空氣污染主要表現為氮氧化物和PM2.5，而柴油機尾氣和電廠、工業窯爐等煙氣是上述污染物排放的主 要源頭，采用選擇性催化還原(SCR)技術脫除汽車尾氣和煙氣中的氮氧化物，為國內外首選。該技術以濃度為31. 8 33. 2%的尿素溶液作為氮氧化物還原劑，在催化劑作用下，將尾氣中的氮氧化物還原為氮氣和水。因尾氣處理過程是在催化劑作用下進行，該催化劑對尿素溶液的純度要求非常高，尤其是對溶液中金屬離子、縮二脲、不溶物等有害物質含量要求非常苛刻。若直接將普通顆粒尿素與水混配使用，會導致SCR系統催化劑中毒失效。國外對氮氧化物還原劑一尿素溶液的生產，實行認證管理，從生產原料、生產工藝、過程控制、產品儲存等每一個環節，都有規范要求，以確保產品質量符合國際標準。我國因之前執行的環境空氣質量標準以及汽車尾氣排放標準較低，未強制要求治理氮氧化物和PM2.5。但隨著《環境空氣質量標準》的修訂，以及汽車尾氣國IV排放標準的推行，SCR脫氮技術才開始被關注，少數研究機構開始著手研究氮氧化物還原劑一超純尿素水溶液的生產技術。目前，國內見報道的SCR系統用尿素水溶液的生產方法，一是采用重結晶法，二是采用離子交換法。這兩種技術都是以顆粒尿素為原料加熱溶解后進行提純，溶解過程會帶入新的有害物質。而且，前者對原料進行重結晶后，會產生大量含尿素的廢水，在重結晶分離、再溶解過程，也會帶入新的雜質，該技術不僅成本高，而且外排廢水量大；后者雖然沒有重結晶的缺點，主要生產過程也在封閉環境下進行，但由于采用離子交換樹脂，生產一段時間后樹脂會失效，其失效節點無法準確判斷，導致產品質量不穩定，而且樹脂失效后也需再生，還是會有廢水產生。以上技術，生產過程能耗較大，不環保，生產能力也比較小。
發明內容
本發明的目的，是針對國內外技術現狀，開發一種能連續工業化生產、成本低、質量穩定可靠、環境友好的氮氧化物還原劑生產方法。為了實現上述要求，本發明提供了一種氮氧化物還原劑生產方法，包括以下步驟
(1)快速中和，將來自尿素裝置的高溫高濃度的尿素溶液，與電阻率為13 18MQ.cm的常溫高純水在一級中和器內快速中和，制成濃度為40 45%、溫度為50 70°C的尿素水溶液；
(2)冷卻降溫，將步驟(I)配制的尿素水溶液送入冷卻器、冷卻降溫至25 35°C，并儲藏在半成品貯槽內；
(3)初提純，將步驟(2)冷卻降溫后的尿素水溶液送入一級提純器，除去不溶物等有害雜質；
(4)精確調制，將步驟(3)初提純后的尿素水溶液送入二級中和器，再與電阻率為13 18ΜΩ. cm的常溫高純水中和，精確調制成濃度為31. 8 33. 2%的尿素水溶液；
(5)精提純，將步驟(4)得到的濃度為31.8 33. 2%的尿素水溶液送入二級提純器，除去其中的細顆粒物等有害物質，得到氮氧化物還原劑；
(6)殺菌保質，將步驟(5)得到的氮氧化物還原劑送入殺菌器，作滅菌保質處理，最終產品送入成品貯槽。所述步驟(I)中的高溫高濃度的尿素溶液的濃度為70 99. 7%、溫度為80 140。。。 所述步驟(I)和(4)中的一級中和器和二級中和器均為管式反應器，該管式反應器的一端設置有高純水入口和待配溶液入口、另一端設置有出口，中間腔體沿軸向設置有螺旋反轉流道，該螺旋反轉流道由兩塊螺旋導流片構成，且該螺旋導流片沿軸向設置、繞軸向扭轉180°，其頂邊和底邊分別固定在管式反應器內壁上相對的兩側上，且這兩塊螺旋導流片的扭轉方向相反，沿軸向交叉90°布置。所述管式反應器中間腔體內設置有若干組串聯的螺旋反轉流道。所述步驟(3)中的一級提純器設置有過濾精度為4 6μ的濾網。所述步驟(5)中的二級提純器設置有過濾精度為O. 3 O. 5μ的濾網。所述步驟(2)中的半成品貯槽和步驟(6)中的成品貯槽，都是密封容器，該密封容器的殼體上設有帶過濾裝置的呼吸器。所述步驟(I) (6)的生產過程均在密封環境下進行。本發明的優點是
(O本方法以尿素裝置未經濃縮、造粒、包裝的70 99. 7%的高溫尿素溶液為生產原料，不僅節省該部分尿素在上述工序的生產成本，而且用于生產氮氧化物還原劑時，也不需外加熱源。(2)以濃度為70 99. 7%的高溫尿素溶液生產氮氧化物還原劑，具有輸送便捷、中和時間短、生產能力大、勞動強度低等特點。(3)因使用的生產原料來自尿素裝置未經濃縮、造粒、包裝的濃度為70 99. 7%的高溫尿素溶液，其縮二脲、金屬離子、不溶物等有害物質含量比顆粒尿素低得多。(4)本方法生產過程無廢水、廢氣、廢渣產生，尿素原料利用率100%，生產成本低。(5)本方法生產過程全部為封閉狀態，不受環境污染。(6)本工藝采用DCS控制，自動化程度高，連續作業性強，產品品質有保障，質量穩
定可靠。
圖I是本方法所述工藝流程簡 圖2是本方法所述中和器結構簡 圖中標號表示1- 一級中和器、2-冷卻器、3-半成品貯槽、4-輸送泵、5- —級提純器、
6-二級中和器、7- 二級提純器、8-殺菌器、9-成品貯槽、10-待配溶液進料管、11-高純水進料管、12-右螺旋導流片、13-左螺旋導流片、14-管壁、15-出料管；A-來自生產裝置的尿素溶液、B-高純水、C-尿素水溶液、D-尿素水溶液、E-氮氧化物還原劑。
具體實施例方式參見圖I、圖2，本發明是一種氮氧化物還原劑生產方法。首先，本發明設計了一種特殊結構的中和器，該中和器為管式反應器，其管徑和長度根據不同生產能力而定。中和器的一端設置有高純水入口(高純水進料管11)和待配溶液入口(待配溶液進料管10)、另一端設置有出口(出料管15)。中和器的中間腔體沿管式反應器軸向設置有螺旋反轉流道，該螺旋反轉流道由兩塊扭轉方向相反的螺旋導流片構成，即右螺旋導流片12和左螺旋導流片13。螺旋導流片沿管式反應器軸向設置、繞軸向扭轉180°，其頂邊和底邊分別固定在管式反應器管壁14的內表面上的相對兩側上。這兩塊螺旋導流片沿軸向交叉90°布置。中和器的中間腔體內設置有若干組串聯的螺旋反轉流道。本具體實施方式
采用2組螺旋反轉 流道串聯，即按右螺旋導流片12、左螺旋導流片13、右螺旋導流片12、左螺旋導流片13的順序交替、錯落布置，使得相鄰的兩塊螺旋導流片的扭轉方向相反。另外，根據中和器的性能要求，還可以采用3組、4組……等螺旋反轉流道。本發明的氮氧化物還原劑生產方法，包括以下步驟
(I)快速中和，將來自尿素裝置的高溫高濃度的尿素溶液A，與電阻率為13 18M Ω . Cm的常溫高純水B在一級中和器I內快速中和，制成濃度為40 45%、溫度為50 70°C的尿素水溶液C。其中，尿素溶液A的濃度為70 99. 7%、溫度為80 140°C。通過流量計、密度計測量來自尿素裝置的尿素溶液A的流量和濃度，計算出所需高純水B的量，通過閥門控制高純水B的流量，精確配制、得到濃度為40 45%的尿素水溶液C。下面以一級中和器I為例，說明中和器的中和工作原理
來自尿素裝置的尿素溶液A通過待配溶液進料管10送入一級中和器I,高純水B通過高純水進料管11送入一級中和器I。在一級中和器I內，來自尿素裝置的尿素溶液A和高純水B這兩股物料在螺旋反轉流道的作用下，不斷改變流體的運動方向，不僅將中心流體推向周邊，而且將周邊流體推向中心，從而造成良好的徑向中和效果。與此同時，流體本身的旋轉作用在相鄰元件連接處的界面上亦會發生。這種高效的徑向環流作用，使流體在一級中和器I截面上的溫度梯度、速度梯度、和質量梯度明顯減少，實現來自尿素裝置的尿素溶液A與高純水B的高度中和。(2)冷卻降溫，將步驟(I)配制的尿素水溶液C送入冷卻器2、冷卻降溫至25 35°C，并儲藏在半成品貯槽3內。半成品貯槽3是密封容器，為平衡容器內外的壓力，在貯槽頂部設有呼吸器，呼吸器上設置有精密過濾裝置，防止產品受外界空氣污染。(3)初提純，將步驟(2)冷卻降溫后的尿素水溶液C、通過輸送泵4送入一級提純器5，除去不溶物等有害雜質。一級提純器5內設置的濾網的過濾精度為4 6μ。(4)精確調制，將步驟(3)初提純后的尿素水溶液C送入二級中和器6，再次與電阻率為13 18ΜΩ . cm的常溫高純水B中和，精確調制成濃度為31. 8 33. 2% (或所需濃度)的尿素水溶液D。通過流量計、密度計測量進入二級中和器6的尿素水溶液C的流量和濃度，計算出所需高純水B的量，通過閥門控制高純水B的流量，精確配制、得到濃度為31. 8 33. 2% (或所需濃度值)的尿素水溶液D。二級中和器6與一級中和器I結構相同，在此完成尿素水溶液C與高純水B的高度中和。
(5)精提純，將步驟(4)得到的濃度為31. 8 33. 2% (或所需濃度值)的尿素水溶液D送入二級提純器7，除去其中的細顆粒物等有害物質，得到高純度的氮氧化物還原劑E。二級提純器7內設置有過濾精度為O. 3 O. 5 μ的濾網。(6)殺菌保質，將步驟(5)得到的氮氧化物還原劑E送入殺菌器8，對產品作滅菌處理，達到延長產品保質期的目的。滅菌后的最終產品——氮氧化物還原劑E存放在成品貯槽9內，成品貯槽9是密封容器，為平衡容器內外壓力，在貯槽頂部設有呼吸器，呼吸器上設置有精密過濾裝置，防止產品受外界空氣污染。上述步驟(I) (6)的生產過程均在密封環境下進行，通過高精度的流量計、密度計、液位計等，在DCS操作系統控制下，連續生產。高純水B輸送系統用管道、管件和閥門用不含添加劑的塑料(如PVDF、PEF、PTFE, PFA等)材質，與尿素介質接觸的使用304L (或316L)不銹鋼材質。實施例I :
按本方法所述工藝流程實踐，以來自尿素裝置濃度為74%、溫度為86°C的尿素溶液A和電阻率為13ΜΩ. cm的常溫高純水B為原料，其中一級中和器I進料的尿素溶液A流量為27t/h、高純水B流量控制在21t/h，二級中和器6進料的尿素水溶液C流量為48t/h、高純水B流量控制在13. 5t/h，一級提純器5內設5 μ的濾網，二級提純器7內設O. 45 μ的濾網，經本方法所述的工藝流程，生產的氮氧化物還原劑E產品的尿素濃度為32. 46%，完全符合國際標準，質量指標詳見表I。表I
權利要求
1.一種氮氧化物還原劑生產方法，包括以下步驟 (1)快速中和，將來自尿素裝置的高溫高濃度的尿素溶液，與電阻率為13 18MQ.cm的常溫高純水在一級中和器內快速中和，制成濃度為40 45%、溫度為50 70°C的尿素水溶液； (2)冷卻降溫，將步驟(I)配制的尿素水溶液送入冷卻器、冷卻降溫至25 35°C，并儲藏在半成品貯槽內； (3)初提純，將步驟(2)冷卻降溫后的尿素水溶液送入一級提純器，除去不溶物等有害雜質； (4)精確調制，將步驟(3)初提純后的尿素水溶液送入二級中和器，再與電阻率為13 18ΜΩ. cm的常溫高純水中和，精確調制成濃度為31. 8 33. 2%的尿素水溶液； (5)精提純，將步驟(4)得到的濃度為31.8 33. 2%的尿素水溶液送入二級提純器，除去其中的細顆粒物等有害物質，得到氮氧化物還原劑； (6)殺菌保質，將步驟(5)得到的氮氧化物還原劑送入殺菌器，作滅菌保質處理，最終產品送入成品貯槽。
2.根據權利要求I所述的氮氧化物還原劑生產方法，其特征在于所述步驟(I)中的高溫高濃度的尿素溶液的濃度為70 99. 7%、溫度為80 140°C。
3.根據權利要求I所述的氮氧化物還原劑生產方法，其特征在于所述步驟(I)和(4)中的一級中和器和二級中和器均為管式反應器，該管式反應器的一端設置有高純水入口和待配溶液入口、另一端設置有出口，中間腔體沿軸向設置有螺旋反轉流道，該螺旋反轉流道由兩塊螺旋導流片構成，且該螺旋導流片沿軸向設置、繞軸向扭轉180°，其頂邊和底邊分別固定在管式反應器內壁上相對的兩側上，且這兩塊螺旋導流片的扭轉方向相反，沿軸向交叉90°布置。
4.根據權利要求3所述的氮氧化物還原劑生產方法，其特征在于所述管式反應器中間腔體內設置有若干組串聯的螺旋反轉流道。
5.根據權利要求I所述的氮氧化物還原劑生產方法，其特征在于所述步驟(3)中的一級提純器內設置有過濾精度為4 6μ的濾網。
6.根據權利要求I所述的氮氧化物還原劑生產方法，其特征在于所述步驟(5)中的二級提純器內設置有過濾精度為O. 3 O. 5 μ的濾網。
7.根據權利要求I所述的氮氧化物還原劑生產方法，其特征在于所述步驟(2)中的半成品貯槽和步驟(6)中的成品貯槽，都是密封容器，該密封容器的殼體上設有帶過濾裝置的呼吸器。
8.根據權利要求I所述的氮氧化物還原劑生產方法，其特征在于所述步驟(I) (6)的生產過程均在密封環境下進行。
全文摘要
本發明提供了一種氮氧化物還原劑生產方法，包括以下步驟快速中和，冷卻降溫，初提純，精確調制，精提純，殺菌保質。快速中和和精確調制使用管式反應器，該管式反應器的一端設置有高純水入口和待配溶液入口、另一端設置有出口，中間腔體沿軸向設置有螺旋反轉流道，該螺旋反轉流道由兩塊螺旋導流片構成，且該螺旋導流片沿軸向設置、繞軸向扭轉180°，其頂邊和底邊分別固定在管式反應器內壁上相對的兩側，且這兩塊螺旋導流片的扭轉方向相反，沿軸向交叉90°布置。本方法得到的產品，縮二脲、金屬離子、不溶物等有害物質含量低，尿素原料利用率達100%，生產過程無廢水、廢氣、廢渣產生，生產成本低、中和時間短、生產能力大、勞動強度低、自動化程度高，不受環境污染。
文檔編號B01D53/90GK102814120SQ201210304280
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月24日 優先權日2012年8月24日
發明者張曉彬, 方文川, 陶家明, 羅雪峰, 朱德華, 張明星, 宋代彬, 陽陶 申請人:四川美豐化工股份有限公司