一種可低溫釋氨還原劑混合物的製作方法
2023-12-03 11:31:01
一種可低溫釋氨還原劑混合物的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種可低溫釋氨還原劑混合物，屬於選擇性催化還原技術後處理器還原劑混合物。由如下質量份的原料組成：無機氫銨類35份~45份；無機銨類15份~30份；高純水40份～50份。同傳統的尿素還原劑相比，該產品氨釋放溫度點較低，滿足車輛冷啟動和低溫工況下SCR系統對氮氧化物去除的使用要求，適用於北方冬季使用。
【專利說明】一種可低溫釋氨還原劑混合物
【技術領域】
[0001]本發明涉及到一種選擇性催化還原技術後處理器還原劑混合物，該技術應用到汽車尾氣的後處理行業。
【背景技術】
[0002]未來幾年內，全球的汽車生產商，特別是美國和歐洲關於汽車氮氧化物NOx和微粒PM的排放達標方面將強制性地實施一些更嚴厲的規格，例如，歐5和歐6排放標準。
[0003]在排放法規的壓力下，一方面國外的車用重負荷柴油機正不斷進行技術升級和改進，另一方面，選擇恰當的後處理技術策略和裝備，例如，SCR (Selective CatalyticReduct1n)選擇性催化還原技術，DPF (Diesel Particulate Filter)顆粒捕捉器，DOC(Diesel Oxidat1n Catalyst)氧化型催化器等。
[0004]SCR技術的本質是利用尿素在高溫下分解出NH3,作為還原劑的NH3和發動機排氣中的NOx在催化劑和溫度的綜合作用下進行反應，理想工況下生成無毒的N2和H2O,從而達到淨化的目的。SCR技術自70年代開始在國外作為發電廠等的固定源使用的脫硝技術而進行了開發和廣泛應用。為應對新的環保法規的要求，國外從90年已開始把SCR技術成功移植到柴油汽車上，並相應進行了 SCR催化劑工藝技術和尿素還原劑的開發驗證，實現了工業化應用，例如，歐洲和日本。目前，歐洲的大多數製造商已經開始堅定不移的採用SCR技術來實現歐4和歐5標準。例如，在歐洲的7家主要商用汽車公司中，有5家(戴克、雷諾、依維柯、沃爾沃和達夫)選擇SCR技術來達到歐4和歐5標準。另外兩家(斯堪尼亞和曼)則傾向於EGR技術，但也不排斥SCR技術。以戴克集團為例，自2005年元月開始，就推出滿足歐4和歐5標準的Actros牌重型載貨車，並給一個時髦的名字『BlueTec』。BlueTec的後處理方式均採用SCR技術。根據戴克的研究結果表明，SCR技術與歐3標準水平的汽車相t匕，能夠節省燃油3?6%，N0X的排放可低於歐4限值，如對SCR進行進一步的優化，達到歐6限值也毫無問題。
[0005]國外如此熱衷於SCR技術的原因，主要是SCR具有很多優點，例如，可以在排氣溫度250?550°C的範圍內具有50?85%的NOx去除效率，並能有效降低PM的排放水平；SCR能輕鬆滿足歐4和歐5水平，也具有達到歐6水平的潛力；目前達到歐4採用的SCR技術，發動機的燃油耗可降低3?6%;SCR催化劑不含有貴金屬，比成本相對較低；SCR對車用燃油的質量，特別是硫含量不敏感。基於以上分析，SCR後處理技術也最適合中國的車輛狀況和車用燃油狀況。
[0006]2014年國家推行國四技術，必須解決好尿素還原劑供應、尿素還原劑的劑量、尿素還原劑的霧化噴射、SCR催化劑轉換效率、氨氣洩露量等至關重要的技術難點。
[0007]目前，尿素還原劑應用中比較突出的問題是車輛冷啟動時，排氣管溫度過低，達不到尿素分解所需要的溫度，從而造成排放不達標。
[0008]例如，國四標準實施以來，國內相關研究和現場調查發現，約96%的國四公交車實際運行時，某些工況下所排放的NOx水平都遠遠超出型式核准的限值，導致大量的NOx汙染物排放，直接原因是是公交車運行溫度較低，此時被噴射的尿素將無法轉化成氨氣，在此低溫條件下，催化劑的活性也會顯著降低；對於大多數卡車和公交車裝配的SCR系統來講，在低於25(T280°C時，催化劑活性會顯著降低，特別是低於200°C時，尿素將不能有效的分解被轉化為氨氣，此時SCR系統也被設計成不噴射尿素，大量的NOx氣體直接逸出排氣管；更極端的情況是車輛的怠速運行工況(交通擁擠或等紅燈的工況)，此時，排氣溫度可能低至100°C左右，而當發動機負荷接近最大時能超過500°C。城區工況的典型特徵就是低速而且反覆停車-起步，車輛的負荷也相對較低；低轉速、低負荷的城區工況一般會導致公交車輛排氣溫度低於300°C ;在上述這些工況下，由於尿素噴射量的減少，並且催化劑活性較低，SCR系統工作效率很低。
[0009]另外，我國執行的GB 17691-2005標準是模仿歐洲環保標準進行的，按照此標準進行發動機的環保公告型式核准時，所有的環保公告的發動機都是在穩態循環(EuropeanSteady-state Cycle, ESC)和瞬態循環(European Transient Cycle, ETC)進行，ESC 包括13個穩態的發動機負荷點，ETC為瞬態試驗循環，包括1800個逐秒變化轉速和負荷的工況點，構成一個整體試驗循環並連續運行，上述工況均沒有考慮到車輛低溫冷啟動的特殊情況；歐洲國家已經發現此類問題的存在，從而修改排放試驗標準，引入了世界統一的穩態測試循環(World Harmonized Steady-state Cycle, WHSC)和世界統一的瞬態測試循環(World Harmonized Transient Cycle, WHTC),這種技術進步的特徵是把車輛的低溫冷啟動的排放限值納入嚴格的考核。
【發明內容】
[0010]本發明提供一種可低溫釋氨還原劑混合物，以解決低溫工況下，SCR系統工作效率低的問題。
[0011]本發明採取的技術方案是:由如下質量份的原料組成:
無機氫銨類35份?45份；
無機銨類15份?30份；
高純水40份?50份。
[0012]根據權利要求1所述的一種可低溫釋氨還原劑混合物，其特徵在於所述的無機氫銨類為碳酸氫銨，
根據權利要求1所述的一種可低溫釋氨還原劑混合物，其特徵在於所述的無機銨類為碳酸銨。
[0013]如權利要求1、2或3所述的一種可低溫釋氨的還原劑混合物的製備方法，其特徵在於包括下列步驟:將各原料按配方比例混合，在室溫下攪拌至全溶後，採用過濾精度為0.8 μ m的濾芯壓力過濾。
[0014]本發明為解決上述問題，需要建立一種能在低溫下進行分解氨氣，並滿足SCR使用要求的技術體系，其中，具備低溫特性的尿素還原劑是重中之重。
[0015]在所有的能分解釋放出氨氣的前驅體化學物質中，尿素的初始分解溫度是135°C，200°C以上可以表現出快速的分解特性；氨基甲酸氨59°C開始分解氨氣，80°C左右是最佳的分解溫度範圍；甲酸銨的初始分解溫度是180°C，220°C左右是最佳的分解溫度範圍；同樣，甲醯胺的初始分解溫度也是180°C，220°C左右也是最佳的分解溫度範圍；碳酸銨的初始分解溫度是58°C，約75°C時可以實現最佳的分解效果；碳酸氫銨36°C開始分解，60°C時可以實現快速的完全分解。
[0016]本發明的原料體系中，採用碳酸氫銨和碳酸銨共同作為容易優先分解的成分，也是本發明的作為氨氣來源的主成分，體系中碳酸氫銨是低溫分解供應氨氣的主要組分，碳酸銨是在溶解度範圍內能保證提供與32.5%尿素等氨量的組分。本發明的水溶液體系也是符合牛頓流體方程，液體的泵送性和流動壓力損失同『傳統的32.5%的尿素還原劑水溶液體系』無差別，因此輸送系統不需進行改變；本發明的各個充分地比例的選擇，主要是考慮到『它要同傳統的32.5%的尿素還原劑水溶液體系含有等量的氨』，分解後產生的氨氣恰恰相當於前者，以便於車輛上的SCR的ECU和DCU可以不進行二次標定即可換裝本發明的『還原劑』；本發明的水溶液體系也能完全適應於『傳統的32.5%的尿素還原劑水溶液體系』，即不鏽鋼原件的防腐蝕和塑料件的相容性滿足要求。
[0017]經過專利檢索，發現改善冰點的比較多，例如日本的20090031713、國內的CN201110134706.3、CN201110134699.7、CN201110134698.2 等。上述專利主要以尿素為氨源，附加降低冰點的東西，因此本專利與上述專利內容無衝突性。而從氨低溫釋放方面著手研究的SCR後處理器還原劑組合物專利目前未有發表。
[0018]考慮到未來的國四和國五甚至國六的推進實施，尿素還原劑作為一種日常消耗量僅次於『汽柴油』的大宗工業化學商品，並不局限於『傳統的32.5%尿素還原劑水溶液』，多樣化的產品有助於改進傳統尿素還原劑的產品單一問題，豐富產品市場；本發明的產品，調配生產過程簡便，成本相對傳統尿素還原劑降低40%，更適合於裝配SCR系統的商用車的大車隊或大用戶自配自用，例如，黃河地區以南的用戶使用，也可以應用於本身配備有尿素加熱系統，應用於環境溫度低於-20°C的北方地區，降低使用成本。
[0019]本發明的積極效果在於:解決了純尿素還原劑溶液在車輛冷啟動時無法釋放足夠量氨氣的問題，傳統的尿素還原劑相比，該產品氨釋放溫度點較低，滿足車輛冷啟動和低溫工況下SCR系統對氮氧化物去除的使用要求。將氨氣釋放理論溫度降至50°C以內，適用於北方冬季使用，具有很高的實用價值。
【具體實施方式】
[0020]實施例1
選取分析純碳酸氫銨35份，分析純碳酸銨15份，電導率為2mS/cm的高純度水40份；室溫攪拌至全溶後，採用過濾精度為0.8 μ m的濾芯壓力過濾，即為本發明的混合物溶液。經測定，混合物溶液冰點3°C，外觀清澈透明，元素含量均符合標準要求，塑料相容性滿足要求。
[0021]在排量為IlL的國4柴油發動機臺架上進行測試，在_20°C環境溫度下冷啟動，該還原劑在額定噴量下，經過SCR後處理器處理後，NOx排放能達到國4要求。
[0022]實施例2
選取分析純碳酸氫銨40份，分析純碳酸銨22份，電導率為2mS/cm的高純度水45份；室溫攪拌至全溶後，採用過濾精度為0.8 μ m的濾芯壓力過濾，即為本發明的混合物溶液。經測定，混合物溶液冰點3°C，外觀清澈透明，元素含量均符合標準要求，塑料相容性滿足要求。
[0023]在排量為IlL的國4柴油發動機臺架上進行測試，在_20°C環境溫度下冷啟動，該還原劑在額定噴量下，經過SCR後處理器處理後，NOx排放能達到國4要求。
[0024]實施例3
選取分析純碳酸氫銨45份，分析純碳酸銨30份，電導率為2mS/cm的高純度水50份；室溫攪拌至全溶後，採用過濾精度為0.8 μ m的濾芯壓力過濾，即為本發明的混合物溶液。經測定，混合物溶液冰點3°C，外觀清澈透明，元素含量均符合標準要求，塑料相容性滿足要求。
[0025]在排量為IlL的國4柴油發動機臺架上進行測試，在_20°C環境溫度下冷啟動，該還原劑在額定噴量下，經過SCR後處理器處理後，NOx排放能達到國4要求。
[0026]實施例4
選取分析純碳酸氫銨36份，分析純碳酸銨20份，電導率為2mS/cm的高純度水44份；室溫攪拌至全溶後，採用過濾精度為0.8 μ m的濾芯壓力過濾，即為本發明的混合物溶液。經測定，混合物溶液冰點3°C，外觀清澈透明，元素含量均符合標準要求，塑料相容性滿足要求。
[0027]在排量為IlL的國4柴油發動機臺架上進行測試，在_20°C環境溫度下冷啟動，該還原劑在額定噴量下，經過SCR後處理器處理後，NOx排放能達到國4要求。
[0028]實施例5
選取分析純碳酸氫銨40份，分析純碳酸銨18份，電導率為2mS/cm的高純度水42份；室溫攪拌至全溶後，採用過濾精度為0.8 μ m的濾芯壓力過濾，即為本發明的混合物溶液。經測定，混合物溶液冰點3°C，外觀清澈透明，元素含量均符合標準要求，塑料相容性滿足要求。
[0029]在排量為IlL的國4柴油發動機臺架上進行測試，在_20°C環境溫度下冷啟動，該還原劑在額定噴量下，經過SCR後處理器處理後，NOx排放能達到國4要求。
[0030]實施例6
選取分析純碳酸氫銨44份，分析純碳酸銨15份，電導率為2mS/cm的高純度水43份；室溫攪拌至全溶後，採用過濾精度為0.Sym的濾芯壓力過濾，即為本發明的混合物溶液。經測定，混合物溶液冰點3°C，外觀清澈透明，元素含量均符合標準要求，塑料相容性滿足要求。
[0031]在排量為IlL的國4柴油發動機臺架上進行測試，在_20°C環境溫度下冷啟動，該還原劑在額定噴量下，經過SCR後處理器處理後，NOx排放能達到國4要求。
【權利要求】
1.一種可低溫釋氨還原劑混合物，其特徵在於:由如下質量份的原料組成: 無機氫銨類35份?45份； 無機銨類15份?30份； 高純水40份?50份。
2.根據權利要求1所述的一種可低溫釋氨還原劑混合物，其特徵在於所述的無機氫銨類為碳酸氫銨， 根據權利要求1所述的一種可低溫釋氨還原劑混合物，其特徵在於所述的無機銨類為碳酸銨。
3.如權利要求1、2或3所述的一種可低溫釋氨的還原劑混合物的製備方法，其特徵在於包括下列步驟:將各原料按配方比例混合，在室溫下攪拌至全溶後，採用過濾精度為0.8 μ m的濾芯壓力過濾。
【文檔編號】B01D53/94GK104147926SQ201410376364
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月3日 優先權日:2014年8月3日
【發明者】張鳳霞, 李有樹, 米新豔, 於力娜, 崔龍, 王丹 申請人:長春市永暢實業有限責任公司