一種低冰點(diǎn)氮氧化物還原劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣后處理領(lǐng)域，具體是一種低冰點(diǎn)氮氧化物還原劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著我國各地霧霾天氣的頻繁出現(xiàn)，我國政府環(huán)保壓力的日益加劇。為霧霾天氣污染源做出主要貢獻(xiàn)的機(jī)動(dòng)車排放尾氣的治理也正在加速，繼北京于2008年3月率先實(shí)施國IV排放標(biāo)準(zhǔn)后，上海、深圳、廣州、西安等城市相繼實(shí)施機(jī)動(dòng)車國IV標(biāo)準(zhǔn)。近兩年推行國四排放標(biāo)準(zhǔn)的城市日益增加，預(yù)計(jì)2015年國家將全面強(qiáng)制實(shí)施機(jī)動(dòng)車國IV排放標(biāo)準(zhǔn)。
[0003]按照目前柴油機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)，柴油車要想達(dá)到國IV排放標(biāo)準(zhǔn)，除了改進(jìn)燃油噴射系統(tǒng)、優(yōu)化燃燒過程等機(jī)內(nèi)凈化措施外，還必須增加機(jī)外后處理裝置。當(dāng)前世界上主流的尾氣后處理技術(shù)路線是SCR路線。采用SCR技術(shù)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)先優(yōu)化缸內(nèi)燃燒，降低顆粒物的排放，然后在通過SCR技術(shù)對(duì)高NOx含量的尾氣進(jìn)行后處理。由于采用SCR技術(shù)的國IV發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性比EGR技術(shù)好、對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)改動(dòng)小、對(duì)燃油和機(jī)油要求較低、在技術(shù)升級(jí)連續(xù)性上具有優(yōu)勢、SCR催化器耐久性好且不存在催化器堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，因此SCR技術(shù)是適合我國國情的重型柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)路線。而對(duì)于SCR系統(tǒng)，氮氧化物還原劑一車用尿素溶液則是其發(fā)揮效果所必須配制的，車用尿素溶液存放于專門的儲(chǔ)存罐，用壓縮空氣將尿素溶液噴灑向熱的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣(約300°C?500°C，滿足了還原反應(yīng)條件)，該溶液氣化后產(chǎn)生還原效率高的氨氣，氨氣與尾氣中的NOx在SCR催化器中催化劑的作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為無害的水蒸汽和N2。
[0004]我國已開始推廣采用SCR技術(shù)的符合國四排放的柴油車，該類型的車需要的車用尿素溶液的供應(yīng)、銷售也初具規(guī)模。傳統(tǒng)意義上的車用尿素溶液是含尿素32.5%的水溶液，該產(chǎn)品的冰點(diǎn)為-11.5°C，低于該溫度產(chǎn)品就會(huì)結(jié)晶析出，實(shí)際使用中在-20°C時(shí)會(huì)完全上。由于我國幅員遼闊，尤其冬季，各地氣溫差別較大。冰點(diǎn)為-11.5°C的車用尿素溶液在北方或其他高寒地區(qū)，沒有相應(yīng)措施是無法使用的。
[0005]目前，解決車用尿素結(jié)晶凝結(jié)的方法主要是一方面對(duì)SCR系統(tǒng)采取保溫措施，一方面則是通過在車用尿素中添加防凍劑，降低冰點(diǎn)，以起到防止溶液結(jié)晶凝結(jié)作用。
[0006]檢索發(fā)現(xiàn)，改善還原劑溶液冰點(diǎn)的研宄成果包括日本的專利JP20090031713《ANTIFREEZING UREA SOLUT1N FOR UREA SCR SYSTEM AND UREA SCR SYSTEM USING THESAME》、歐洲的產(chǎn)品Denoxium-30和我國專利CN201110134706.3《一種低溫尿素還原劑組合物》、CN201110134698.2《一種超低溫尿素還原劑組合物》。日本專利JP20090031713采用的是Cl?C7的醇類作為冰點(diǎn)改善劑，其添加量用(水+ Cl?C7的醇類+尿素)/Cl?C7的醇類的添加量的比例來限定，比值為7/1，理論上計(jì)算，假設(shè)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(shí)施，實(shí)際檢測表明其冰點(diǎn)并不能達(dá)到所描述的-30°C，推測應(yīng)該是添加了異丙醇或乙二醇，或者發(fā)明者有意隱含了某種成分或加入量；關(guān)于這一點(diǎn)JP20090031713專利的發(fā)明者并沒有描述。歐洲的低溫尿素還原劑產(chǎn)品Denoxium-30采用20%尿素和26%甲酸銨的水溶液作為還原劑，產(chǎn)品冰點(diǎn)在-26°C?-30°C之間，在極冷的北方使用仍有一定的局限性，此外，該產(chǎn)品相對(duì)本專利成本過高。
[0007]我國專利CN 201110134706.3和CN 201110134698.2，均是是通過在車用尿素中添加銨類、酰胺類、醇類等物質(zhì)以達(dá)到降低冰點(diǎn)的目的。該專利相對(duì)本專利成分復(fù)雜，增加生產(chǎn)難度。此外，醇類試劑大多具有揮發(fā)性，產(chǎn)品密封不嚴(yán)或長時(shí)間敞口放置不僅會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，還會(huì)對(duì)環(huán)境空氣產(chǎn)生一定的污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于:提供了一種用于低溫下柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中氮氧化物還原劑及其制備方法。
[0009]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種低冰點(diǎn)氮氧化物還原劑，其組分和質(zhì)量百分比為:20%?32.5%的尿素，5%?10%的二甲基亞砜，40%?55%的純水和10%?20%的酰銨類、銨類、低分子醇類中的一種或多種組成。
[0010]所述尿素需滿足GB 29518-2013《柴油發(fā)動(dòng)機(jī)氮氧化物還原劑尿素水溶液(AUS32?)標(biāo)準(zhǔn)中AUS 32專用尿素的技術(shù)要求。
[0011]所述純水需滿足GB 29518-2013《柴油發(fā)動(dòng)機(jī)氮氧化物還原劑尿素水溶液(AUS32?)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)純水的技術(shù)要求。
[0012]所述二甲基亞砜、銨類、酰胺類和低分子醇類為分析純以上等級(jí)的產(chǎn)品。
[0013]所述低冰點(diǎn)氮氧化物還原劑的制備方法，包括以下具體步驟:
(1)將原料按所述組分和質(zhì)量百分比配齊，在10?30°C的溫度下充分?jǐn)嚢?，直至所有原料完全溶解為水溶液，并混合均勻?br> (2)使用過濾精度為0.5?5 μπι的濾芯、在0.2?IMPa的壓力下，將步驟(I)得到的原料水溶液進(jìn)行過濾后，得到低冰點(diǎn)氮氧化物還原劑溶液。
[0014]本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是:
本發(fā)明改進(jìn)現(xiàn)有氮氧化物還原劑的組分和制備方法，與已有技術(shù)相比，該氮氧化物還原劑具有防凍劑原料安全易得，防凍效果好，無毒無害等特點(diǎn)；本發(fā)明大大降低還原劑冰點(diǎn)，解決低溫結(jié)晶和結(jié)冰問題，能顯著提高氮氧化物還原劑防凍性能，冰點(diǎn)可達(dá)到-25°C以下；本發(fā)明產(chǎn)品在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上進(jìn)行ETC、ESC工況測試，發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣經(jīng)加注本產(chǎn)品的SCR后處理系統(tǒng)處理后，尾氣排放能夠達(dá)到國四標(biāo)準(zhǔn)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明公開了一種用于低溫下柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中氮氧化物還原劑的生產(chǎn)方法，該低冰點(diǎn)氮氧化物還原劑組合物，由尿素，二甲基亞砜，純水和酰銨類、銨類、低分子醇類中的一種或多種組成。其中尿素占混合物總質(zhì)量的20%?32.5%，二甲基亞砜占混合物總質(zhì)量的5%?10%，銨類、酰胺類和醇類占混合物總質(zhì)量的10%?20%，水占混合物總質(zhì)量的40%?55%。
[0016]發(fā)明組合物組分中:
尿素的純度要求較高，需滿足GB 29518-2013《柴油發(fā)動(dòng)機(jī)氮氧化物還原劑尿素水溶液(AUS 32)》標(biāo)準(zhǔn)中AUS 32專用尿素的技術(shù)要求。
[0017]二甲基亞砜為分析純以上等級(jí)的產(chǎn)品，分子式為(CH3)2SO,在140?150°C的高溫下分解，在300 °C以上自燃，生成CO2、H2O和SO2。
[0018]銨類、酰胺類和低分子醇類均為分析純以上等級(jí)的產(chǎn)品。如果添加部分銨類、酰胺類產(chǎn)品將部分替代尿素分解釋放出氨，相應(yīng)減少尿素用量。銨類、酰胺類最終產(chǎn)物為氮?dú)?、二氧化碳。銨類、酰胺類和醇類可單獨(dú)使用一種，也可多種組合，根據(jù)成本、性質(zhì)、效果選定；一般可以選用甲酸銨、甲酰胺、甲醇、乙二醇、