一種改善低溫性能的柴油尾氣還原劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種改善低溫性能的柴油尾氣還原劑及其制 備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 2014年5月15日，國(guó)務(wù)院發(fā)布《2014-2015年節(jié)能減排低碳發(fā)展行動(dòng)方案》，指出到 2014年年底之前，在全國(guó)供應(yīng)國(guó)四標(biāo)準(zhǔn)車(chē)用柴油。2014年^一"期間，包括江蘇、福建、四川 等在內(nèi)的多個(gè)省份，都發(fā)布了各自的國(guó)四油推廣政策。工信部宣布從2015年1月1日起，全國(guó) 范圍內(nèi)的柴油車(chē)將強(qiáng)制執(zhí)行國(guó)IV排放標(biāo)準(zhǔn)。隨著車(chē)用柴油國(guó)IV排放標(biāo)準(zhǔn)的推廣實(shí)施，國(guó)內(nèi) 車(chē)用尿素市場(chǎng)發(fā)展迎來(lái)了新契機(jī)。盡管這一市場(chǎng)近幾年剛剛起步，但國(guó)內(nèi)需求潛力巨大，車(chē) 用尿素銷(xiāo)量會(huì)迅速增長(zhǎng)。
[0003] 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的主要污染排放物是NOx(氮氧化物)和PM(微粒），我國(guó)由于國(guó)情、油品 等因素的影響，升級(jí)國(guó)四采用的是SCR路線。采取SCR技術(shù)路線的發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒的過(guò)程中，已 通過(guò)技術(shù)手段使柴油充分燃燒從而達(dá)到有效控制PM排放量的目標(biāo)，而NOx則需要在排氣的 過(guò)程中將其還原為氮?dú)?N 2)和水(H2O)，這一過(guò)程必需的還原劑就是車(chē)用尿素溶液。尾氣從 渦輪增壓器出來(lái)后進(jìn)入排氣管，排氣管上安裝有尿素計(jì)量噴射裝置，在溫度達(dá)到300°C~ 500°C時(shí)噴入尿素溶液，在催化劑的作用下尿素(NH2⑶NH2)水解產(chǎn)生NH 3和⑶2，NH3與NOx反 應(yīng)，生成氮?dú)夂退懦?，同時(shí)吸收有害的煙氣顆粒。
[0004] 車(chē)用尿素溶液的純度和潔凈度要求較高，相對(duì)于工業(yè)尿素，縮二脲、不溶物、鐵、硫 化物、氯化物等的含量都有嚴(yán)格的要求。由于SCR催化劑載體極易發(fā)生金屬離子中毒從而失 去催化效果，因此車(chē)用尿素溶液必須使用電子行業(yè)一級(jí)超純水。目前車(chē)用尿素溶液一般由 32.5 %高純尿素和67.5 %的超純水組成。這個(gè)濃度的尿素溶液結(jié)晶點(diǎn)最低，在低于-11°C的 時(shí)候會(huì)結(jié)晶，實(shí)際使用中在_20°C時(shí)會(huì)完全上凍，使其在北方尤其是東北等冬季寒冷天氣下 的使用受到限制。
[0005] 加入改性劑降低車(chē)用尿素溶液的凝固點(diǎn)是最方便和低成本的辦法，但由于SCR催 化劑對(duì)車(chē)用尿素溶液純度和潔凈度的高要求，能明顯降低水溶液凝固點(diǎn)的金屬鹽不能使 用，使得改性劑的選擇范圍非常有限。以尿素為氨源，加入改性劑改善冰點(diǎn)的現(xiàn)有專利比較 多，但大多含有晶體或粉末類的銨類物質(zhì)，如甲酸銨、碳酸銨、碳酸氫銨等，容易導(dǎo)致溶解不 均勻，影響溶液的整體穩(wěn)定性，且增加工藝成本。當(dāng)碳酸銨、碳酸氫銨的含量較高時(shí)，C〇2的 檢出量易超標(biāo)，且穩(wěn)定性差，容易分解。此外，本發(fā)明所用的酰胺類改性劑不涉及現(xiàn)有專利 的權(quán)利要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是采用新型改性劑降低車(chē)用尿素溶液的凝固點(diǎn)，制備一系列改善低 溫性能的柴油車(chē)尾氣處理劑，使其能適應(yīng)不同地區(qū)春夏秋初冬季節(jié)使用。該酰胺類改性劑 能與水混溶，能與通常有機(jī)物混溶，制備方法簡(jiǎn)單，操作方便，因組成簡(jiǎn)單，未引入限制含量 的成分，故各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均合格。
[0007] 一種改善低溫性能的柴油尾氣還原劑，由A、B、C三種組分組成:組分A為高純水，組 分B為尿素，組分C為小分子液體酰胺類物質(zhì)。組分A、組份B和組分C以一定的比例溶解、均勻 混合得到透明溶液。
[0008] 溶液中，組分A質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%~70%，組分B質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%~35%，組分C質(zhì)量 分?jǐn)?shù)為5 %~35 %。
[0009] 在工業(yè)級(jí)高純水中加入專用尿素，充分?jǐn)嚢枞芙?，然后添加酰胺類物質(zhì)，充分?jǐn)嚢?混勻后即得改善低溫性能的柴油車(chē)尾氣還原劑溶液。
[0010] 組分C為N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基甲酰胺，N，N-二甲基乙酰胺中的一種或多種。 [0011 ] -種改善低溫性能的柴油尾氣還原劑的其制備方法，
[0012] (1)將高純尿素加入已添加高純水的圓底燒瓶中，用磨口塞封口后，加熱至35°C~ 40°C，攪拌至尿素完全溶解，溶液呈透明狀；
[0013] (2)將步驟（1)所得溶液冷卻至室溫，加入小分子液體酰胺類物質(zhì)，用磨口塞封口 后，攪拌至溶液完全混合均勾；
[0014] (3)將步驟(2)所得溶液用過(guò)濾精度為0.8pm的濾芯壓力過(guò)濾，即得到本發(fā)明的改 善低溫性能的尾氣催化還原劑產(chǎn)品；
[0015] (4)中試及商品化產(chǎn)品的制備:所有原料成比例放大，強(qiáng)力攪拌至尿素完全溶解后 加入小分子液體酰胺類物質(zhì)，得到的均勻溶液經(jīng)〇. 5-0.8μπι的濾芯壓力過(guò)濾即得本發(fā)明的 混合物溶液。
[0016] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案：
[0017] -種低溫型柴油車(chē)尾氣催化還原劑，其組成和質(zhì)量百分比為：高純水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 45%~70%，高純尿素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%~35%，酰胺類質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5~35%。
[0018] 所述尿素需滿足GB29518-2013《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AUS32專用尿素的技術(shù)要求。
[0019] 所述純水需滿足GB29518-2013《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
[0020] 所述酰胺類為分析純以上等級(jí)的產(chǎn)品。
[0021] 除甲酰胺外，大部分具有RCONH2結(jié)構(gòu)的酰胺均為無(wú)色固體。脂肪族取代酰胺 R⑶NHR\RC0NRS常為液體，其中最重要的是N，N-二甲基甲酰胺(HCON(CH3)2)。分子量較小 的酰胺能溶于水，隨著分子量增大，溶解度逐漸減小。N，N-二甲基甲酰胺(簡(jiǎn)稱DMF)，分子式 為：
[0022]
[0023]是一種透明液體，能和水及大部分有機(jī)溶劑互溶，是高沸點(diǎn)的極性(親水性)非質(zhì) 子性溶劑，化學(xué)和熱穩(wěn)定性較好。與其他小分子量液體甲酰胺類相比，如甲酰胺、N-甲基甲 酰胺(MMF)、N，N-二甲基乙酰胺(簡(jiǎn)稱DMAC)，除了相似的性質(zhì)，DMF最突出的特點(diǎn)是其凝固點(diǎn) 非常低，為_(kāi)61°C，而前三者凝固點(diǎn)依次為2 · 6°C、_40°C、_20°C。故本發(fā)明中首選DMF為低溫 改性劑，也可根據(jù)成本、性質(zhì)、效果選定DMF、MMF和DMC中的多種組合。即使經(jīng)過(guò)較高溫的排 氣管道時(shí)，部分DMF分解產(chǎn)生二甲胺，由于二甲胺為易溶于水的氣體，且其凝固點(diǎn)為-92°C，， 反而會(huì)進(jìn)一步降低溶液的冰點(diǎn)，不影響還原劑溶液的低溫使用性，且燃燒后的產(chǎn)物無(wú)污染。 [0024]尿素還原劑在被霧化噴射進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管中的過(guò)程中，霧化效果是一個(gè)很關(guān)鍵的 問(wèn)題。霧化效果好，噴射出的尿素小顆粒尺寸小，可快速的水解、熱解、進(jìn)入催化劑載體段、 擴(kuò)散到催化劑表面、吸附、反應(yīng)，反應(yīng)后NH 3逃逸少，還原NOx的效率提高。霧化效果與還原劑 溶液的表面張力有密切關(guān)系。在室溫下，水的表面張力約為72mN/m，傳統(tǒng)的尿素還原劑是采 用高純度的尿素和水配制而成，其表面張力達(dá)到64mN/m以上，而100%的N，N-二甲基甲酰胺 約為26mN/m?？梢灶A(yù)測(cè)，傳統(tǒng)尿素溶液中加入上述物質(zhì)后溶液的表面張力必定會(huì)下降，表面 張力越小，噴射出的還原劑液滴越小，從而改善尿素還原劑的霧化效果。
[0025] ISO 22241-1:2006國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和DIN 70070:2005德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳酸鹽的檢出量不做 要求，而本發(fā)明參考了DBl 1/552-2008北京標(biāo)準(zhǔn)和SZJG 33-2010深圳標(biāo)準(zhǔn)中要求的碳酸鹽 (以CO2計(jì))檢出量<0.2%，因而具有很高的使用和推廣價(jià)值。
[0026] 本發(fā)明的制備方法包括以下步驟：
[0027] (1)將高純尿素加入已添加高純水的圓底燒瓶中，用磨口塞封口后，加熱至35°C~ 40°C，攪拌至尿素完全溶解，溶液呈透明狀；
[0028] (2)將步驟（1)所得溶液冷卻至室溫，加入小分子液體酰胺類物質(zhì)，用磨口塞封口 后，攪拌至溶液完全混合均勾。
[0029] (3)將步驟(2)所得溶液用過(guò)濾精度為0.8pm的濾芯壓力過(guò)濾，即得到本發(fā)明的改 善低溫性能的尾氣催化還原劑產(chǎn)品。
[0030] (4)中試及商品化產(chǎn)品的制備:所有原料成比例放大，強(qiáng)力攪拌至尿素完全溶解后 加入小分子液體酰胺類物質(zhì)，得到的均勻溶液經(jīng)〇. 5-0.8μπι的濾芯壓力過(guò)濾即得本發(fā)明的 混合物溶液。
【具體實(shí)施方式】
[0031 ]以下通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0032] 一種改善低溫性能的柴油尾氣還原劑，由A、B、C三種組分組成:組分A為高純水，組 分B為尿素，組分C為小分子液體酰胺類物質(zhì)。組分A、組份B和組分C以一定的比例溶解、均勻 混合得到透明溶液。
[0033] 溶液中，組分A質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%~70%，組分B質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%~35%，組分C質(zhì)量 分?jǐn)?shù)為5 %~35 %。
[0034]在工業(yè)級(jí)高純水中加