车用尿素溶液制备系统及车用尿素溶液的制备方法.pdf

本发明公开了一种车用尿素溶液制备系统，包括依次连接的溶解罐、第一粗过滤装置、第一超微过滤装置、缓冲罐、活性炭交换装置、阳离子交换装置、阴离子交换装置、第二粗过滤装置、第二超微过滤装置和成品罐。本发明的制备方法包括以下步骤：先将尿素配成尿素溶液，再依次通过第一粗过滤装置、第一超微过滤装置、活性炭交换装置、阳离子交换装置、阴离子交换装置、第二粗过滤装置和第二超微过滤装置除去尿素溶液中的金属离子杂质、机械杂质及其它杂质得到成品车用尿素溶液并储存在成品罐中。本发明的车用尿素溶液制备系统能够真正实现无任何三废排放，并能去除尿素溶液中的金属杂质、机械杂质及其它杂质，制备的车用尿素溶液纯度高。

权利要求书
1.  一种车用尿素溶液制备系统，其特征在于：包括依次连接的溶解罐(1)、第一粗过滤装置(2)、第一超微过滤装置(3)、缓冲罐(4)、活性炭交换装置(5)、阳离子交换装置(6)、阴离子交换装置(7)、第二粗过滤装置(13)、第二超微过滤装置(14)和成品罐(11)。

2.  如权利要求1所述的车用尿素溶液制备系统，其特征在于：所述第一超微过滤装置(3)还直接与成品罐(11)连接。

3.  如权利要求1或2所述的车用尿素溶液制备系统，其特征在于：所述活性炭交换装置(5)、阳离子交换装置(6)、阴离子交换装置(7)均和废水收集罐(12)连接。

4.  如权利要求1或2所述的车用尿素溶液制备系统，其特征在于：所述活性炭交换装置(5)、阳离子交换装置(6)、阴离子交换装置(7)分别与第一加药罐(8)、第二加药罐(9)和第三加药罐(10)连接。

5.  如权利要求1或2所述的车用尿素溶液制备系统，其特征在于：所述成品罐(11)与灌装系统连接，所述灌装系统包括小瓶灌装装置(16)和大桶灌装装置(17)。

6.  如权利要求5所述的车用尿素溶液制备系统，其特征在于：所述成品罐(11)与灌装系统之间还设有第三超微过滤装置(15)。

7.  一种基于权利要求1～6任一项所述的车用尿素溶液制备系统的车用尿素溶液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将工业级尿素与纯水加入溶解罐(1)中，配制成浓度为30wt％～35wt％的尿素溶液；
2)将步骤1)配制的尿素溶液依次通过第一粗过滤装置(2)和第一超微过滤装置(3)过滤后进入缓冲罐(4)；
3)将缓冲罐(4)中的尿素溶液再依次泵入活性炭交换装置(5)、阳离子交换装置(6)和阴离子交换装置(7)后，得到纯化的尿素溶液；
4)将纯化后的尿素溶液再通过第二粗过滤装置(13)和第二超微过滤装置(14)过滤后得到成品车用尿素溶液，成品车用尿素溶液储存在成品罐(11)中。

8.  如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，第一粗过滤装置(2)中过滤网的孔径为50～100μm；第一超微过滤装置(3)中过滤膜的孔径为0.1～0.5μm。

9.  如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，活性炭交换装置(5)中活性炭的粒径为1～2mm；阳离子交换装置(6)中的树脂为大孔树脂或凝胶树脂，大孔树脂或凝胶树脂的粒径均为1～2mm；阴离子交换装置(7)中的树脂为强碱型阴离子交换树脂或弱碱型阴离子交换树脂，强碱型阴离子交换树脂或弱碱型阴离子交换树脂的粒径均为1～2mm。

10.  如权利要求7～9任一项所述的制备方法，其特征在于：第二粗过滤装置(13)中的过滤 网孔径为50～100μm；第二超微过滤装置(14)中过滤膜的孔径为0.1～0.5μm。

说明书车用尿素溶液制备系统及车用尿素溶液的制备方法
技术领域
本发明属于化工领域，尤其涉及一种车用尿素制备系统及车用尿素的制备方法。
背景技术
从当前国内外发动机技术来看，公交、环卫、邮政等部门使用的重型压燃式柴油机动车辆要达到国Ⅳ排放，改造发动机已经比较困难。全球各大汽车生产公司纷纷把目光投向具有巨大开发潜力的选择性催化还原技术(SCR，Selective Catalytic Reduction)，对烟气进行脱硝处理来满足第Ⅳ阶段排放的要求。选择性催化还原技术SCR的原理为：车用尿素溶液存放于容量为100L的专门储存罐，用压缩空气将尿素溶液喷洒向热的发动机尾气(约300℃-500℃，满足了还原反应条件)，该溶液气化后产生还原效率高的氨气，氨气与尾气的NOx在SCR催化器中反应，转化为无害的水蒸汽和N2，同时吸收了有害的烟气颗粒。目前SCR还原剂主要有烃类及其衍生物、氨气和尿素溶液三类，根据陶建忠对此三种还原剂的比较得出以下优缺点：烃类及其衍生物价廉易得但所使用催化剂为比较昂贵的金属催化剂，且易受硫含量影响引起催化剂中毒，活性温度范围窄，还原效率不高，易造成二次污染；相比之下，氨气及尿素不但还原效率高，活性温度宽，而且对硫含量没有特别严格的要求，但氨气和尿素相比，尿素具有无毒便于运输的优点，因此，尿素更适合作为重型柴油机SCR技术中治理NOx的还原剂。因此，欧洲、日本等一些国家在推行柴油机车第“IV”阶段排放的同时配套制定了尿素溶液标准。目前，关于车用尿素溶液的生产主要有两种方法：(1)尿素结晶提纯法；(2)尿素溶液选择性吸附法。但是尿素结晶提纯法的成本高、废水处理量大、产品质量不稳定；尿素溶液选择性吸附法通常与尿素合成联在一起，设备投入成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种制备的车用尿素溶液纯度高、成本低的车用尿素溶液制备系统及车用尿素溶液的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种车用尿素溶液制备系统，包括依次连接的溶解罐、第一粗过滤装置、第一超微过滤装置、缓冲罐、活性炭交换装置、阳离子交换装置、阴离子交换装置、第二粗过滤装置、第二超微过滤装置和成品罐。
上述的车用尿素溶液制备系统，优选的，所述第一超微过滤装置还直接与成品罐连接。
上述的车用尿素溶液制备系统，优选的，所述活性炭交换装置、阳离子交换装置、阴离 子交换装置均和废水收集罐连接。
上述的车用尿素溶液制备系统，优选的，所述活性炭交换装置、阳离子交换装置、阴离子交换装置分别与第一加药罐、第二加药罐和第三加药罐连接。
上述的车用尿素溶液制备系统，优选的，所述成品罐与灌装系统连接，所述灌装系统包括小瓶灌装装置和大桶灌装装置。
上述的车用尿素溶液制备系统，优选的，所述成品罐与灌装系统之间还设有第三超微过滤装置。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种基于上述的车用尿素溶液制备系统的车用尿素溶液的制备方法，包括以下步骤：
1)将工业级尿素与纯水加入溶解罐中，配制成浓度为30wt％～35wt％的尿素溶液；
2)将步骤1)配制的尿素溶液依次通过第一粗过滤装置和第一超微过滤装置过滤后进入缓冲罐；
3)将缓冲罐中的尿素溶液再依次泵入活性炭交换装置、阳离子交换装置和阴离子交换装置后，得到纯化的尿素溶液；
4)将纯化后的尿素溶液再通过第二粗过滤装置和第二超微过滤装置过滤后得到成品车用尿素溶液，成品车用尿素溶液储存在成品罐中。
上述的制备方法，优选的，所述步骤2)中，第一粗过滤装置中过滤网的孔径为50～100μm；第一超微过滤装置中过滤膜的孔径为0.1～0.5μm。
上述的制备方法，优选的，所述步骤2)中，活性炭交换装置中活性炭的粒径为1～2mm；阳离子交换装置中的树脂为大孔树脂或凝胶树脂，大孔树脂或凝胶树脂的粒径均为1～2mm；阴离子交换装置中的树脂为强碱型阴离子交换树脂或弱碱型阴离子交换树脂，强碱型阴离子交换树脂或弱碱型阴离子交换树脂的粒径均为1～2mm。
上述的制备方法，优选的，第二粗过滤装置中过滤网的孔径为50～100μm；第二超微过滤装置中过滤膜的孔径为0.1～0.5μm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)本发明的车用尿素溶液制备系统能够去除尿素溶液中的金属杂质、机械杂质及其它杂质，制备的车用尿素纯度高。
2)本发明的车用尿素溶液制备系统设有废水收集罐，能够真正实现无任何三废排放。
3)本发明的车用尿素溶液制备系统设有加药罐，为活性炭、离子交换树脂的再生提供相应的药剂，从而实现车用尿素溶液的连续化生产，减少生产成本。
附图说明
图1为本发明的车用尿素溶液制备系统的示意图。
图例说明：
1、溶解罐；2、第一粗过滤装置；3、第一超微过滤装置；4、缓冲罐；5、活性炭交换装置；6、阳离子交换装置；7、阴离子交换装置；8、第一加药罐；9、第二加药罐；10、第三加药罐；11、成品罐；12、废水收集罐；13、第二粗过滤装置；14、第二超微过滤装置；15、第三超微过滤装置；16、小瓶灌装装置；17、大桶灌装装置。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。
实施例:
一种本发明的车用尿素溶液制备系统，如图1所示，包括依次连接的溶解罐1、第一粗过滤装置2、第一超微过滤装置3、缓冲罐4、活性炭交换装置5、阳离子交换装置6、阴离子交换装置7、第二粗过滤装置13、第二超微过滤装置14、成品罐11、第三超微过滤装置15和灌装系统(包括小瓶灌装装置16和大桶灌装装置17)。其中活性炭交换装置5、阳离子交换装置6、阴离子交换装置7均和废水收集罐12连接；活性炭交换装置5还与第一加药罐8连接；阳离子交换装置6还与第二加药罐9连接，阴离子交换装置7还和第三加药罐10连接。
本实施例中的第一超微过滤装置3和成品罐11之间直接管道连接，当原料为车用尿素颗粒时，直接将车用尿素颗粒与超纯水溶解在溶解罐1中制成尿素溶液，然后将尿素溶液经过第一粗过滤装置2和第一超微过滤装置3后直接直接进入成品罐11中。灌装前，将成品罐11中的尿素溶液通过第三超微过滤装置15后进入小瓶灌装装置16和大桶灌装装置17进行分装。
当原料为工业级尿素时，制备车用尿素溶的方法包括以下的步骤：
1)将工业级尿素与纯水加入溶解罐1中，配制成浓度为32.5wt％的尿素溶液。
2)将步骤1)配制的尿素溶液依次通过第一粗过滤装置2(过滤网的孔径为75μm)和第一超微过滤装置3(过滤膜的孔径为0.3μm)过滤除去机械大杂质后进入缓冲罐4。
3)将缓冲罐4中的尿素溶液再依次泵入活性炭交换装置5(活性炭的粒径为1mm)、阳离子交换装置6(大孔树脂的粒径为1.5mm)和阴离子交换装置7(阴离子交换树脂的粒径为1mm)除去金属离子杂质后，得到纯化的尿素溶液。
4)将纯化后的尿素溶液再通过第二粗过滤装置13(过滤网的孔径为50μm)和第二超微过滤装置14(过滤膜的孔径为0.1μm)过滤后得到成品车用尿素溶液，成品车用尿素溶液储存在成品罐11中。
灌装前，将成品罐11中的尿素溶液通过第三超微过滤装置15(过滤膜的孔径为0.1μm)后进入小瓶灌装装置16和大桶灌装装置17进行分装。
当活性炭交换装置5、阳离子交换装置6和阴离子交换装置7的纯化能力下降后，需对活性炭、阳离子交换树脂和阴离子交换树脂进行再生，其再生过程如下：
1)将活性炭交换装置5、阳离子交换装置6和阴离子交换装置7内的溶液泵回缓冲罐4中。
2)再用水冲洗活性炭交换装置5、阳离子交换装置6和阴离子交换装置7，将冲洗后的水废水收集罐12。
3)开启第一加药罐8、第二加药罐9和第三加药罐10，将药剂加入到活性炭交换装置5、阳离子交换装置6和阴离子交换装置7中，循环1小时后，将活性炭交换装置5、阳离子交换装置6和阴离子交换装置7中的药剂水排空并收集到废水收集罐12中。
4)用水缓慢冲洗活性炭交换装置5、阳离子交换装置6和阴离子交换装置7半小时后排空，即完成活性炭、阳离子交换树脂和阳离子交换树脂的再生。