車用尿素生產(chǎn)工藝的研究

趙 凌,張 妍,王 雨,曹雅楠,袁 夢

(安陽工學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，河南 南陽 455000)

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境污染愈發(fā)嚴重，其中汽車尾氣帶來的污染占很大比重。汽車尾氣中含大量的氮氧化物和固體顆粒，其中，氮氧化物會破壞臭氧層，形成光化學(xué)煙霧和酸雨；固體顆粒會引起霧霾，最終對動物和人產(chǎn)生巨大危害。

目前除去柴油機尾氣中的氮氧化物需要用到SCR技術(shù)，其原理為尿素溶液存放于車載的專門儲存罐內(nèi)，用泵將尿素溶液噴灑向熱的發(fā)動機尾氣。在高溫下，尿素溶液氣化后分解產(chǎn)生氨氣，在催化劑作用下氨氣與尾氣中的氮氧化物反映，生成無害的水和氮氣，同時吸收有害的煙氣顆粒，而SCR方案的必要添加劑為車用尿素。

車用尿素溶液是一種以尿素為基礎(chǔ)的化學(xué)反應(yīng)物，由高純度尿素和去離子水混合而成，是濃度為32.5%的溶液。將車用尿素溶液運用于SCR(選擇性催化還原)系統(tǒng)，是發(fā)動機尾氣排放達到國IV及以上排放標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵。

車用尿素外文名AdBlue，其溶液是無色、透明、清澈的的液體，濃度在31.8%～33.2%之間，目前使用的車用尿素溶液一般由32.5%高純尿素和67.5%的去離子水組成。

1 車用尿素生產(chǎn)工藝

國外采用天然氣空氣合成法，國內(nèi)主要的方法有工業(yè)尿素結(jié)晶法、農(nóng)業(yè)尿素結(jié)晶法、水溶液全循環(huán)法、二氧化碳氣提法和氨氣提法。

表1 工藝方法比較圖表

在我國天然氣資源不豐富且多用于民用，工業(yè)上則被禁止使用。工業(yè)尿素提純法和農(nóng)業(yè)尿素提純法均是通過水解再結(jié)晶的方法，這種方法會造成大量電耗能源的浪費，還會產(chǎn)生大量的廢液。

若在生產(chǎn)尿素顆粒的過程中直接生產(chǎn)車用尿素可減少這種浪費，由于造粒階段會使產(chǎn)品雜質(zhì)增加，故若生成的尿素不造粒，質(zhì)量合格的尿素熔融液與超純水按規(guī)定比例混合，從而直接得到車用尿素。

通過以上部分的綜合情況的對比，水溶液全循環(huán)法具有裝置改造容易，改造增產(chǎn)潛力大，工藝介質(zhì)對設(shè)備腐蝕性低，投資少等優(yōu)點，故水溶液全循環(huán)法更適合。

2 水溶液全循環(huán)法生產(chǎn)車用尿素

反應(yīng)原理：

總反應(yīng)式：2NH3(液)+CO2(氣)=(NH2)2CO(液)+H2O(液)+Q

分反應(yīng)式：2NH3(液)+CO2(氣)=NH4COONH2(液)+Q1

NH4COONH2(液)=CO(NH2)2(液)+H2O(液)+Q2

反應(yīng)原理：液氨和二氧化碳直接合成尿素是一個可逆、放熱、體積縮小的反應(yīng)，反應(yīng)在液相中是分兩步進行的。首先液氨和二氧化碳反應(yīng)生成甲銨，在一定條件下，此反應(yīng)速率很快，容易達到平衡，且此反應(yīng)二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率很高，甲銨可達到90%。然后是液態(tài)甲銨脫水生成尿素，此反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率一般為55%～70%，此反應(yīng)是合成尿素的控制反應(yīng)。

將生成的合格的尿素熔融液與超純水按比例混合，即得到所需車用尿素溶液。水溶液循環(huán)法工藝流程見圖1。

圖1 水溶液循環(huán)法工藝流程圖

3 結(jié)論

此方法會減少熱損失和水的消耗，較其他方法來說更適合，可直接生成車用尿素。減少了造粒環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的雜質(zhì)，也減少了溶解、結(jié)晶帶來的熱損失和水的消耗。