赵 凌,张 妍,王 雨,曹雅楠,袁 梦
(安阳工学院 化学与环境工程学院,河南 南阳 455000)
随着经济的发展,环境污染愈发严重,其中汽车尾气带来的污染占很大比重。汽车尾气中含大量的氮氧化物和固体颗粒,其中,氮氧化物会破坏臭氧层,形成光化学烟雾和酸雨;固体颗粒会引起雾霾,最终对动物和人产生巨大危害。
目前除去柴油机尾气中的氮氧化物需要用到SCR技术,其原理为尿素溶液存放于车载的专门储存罐内,用泵将尿素溶液喷洒向热的发动机尾气。在高温下,尿素溶液气化后分解产生氨气,在催化剂作用下氨气与尾气中的氮氧化物反映,生成无害的水和氮气,同时吸收有害的烟气颗粒,而SCR方案的必要添加剂为车用尿素。
车用尿素溶液是一种以尿素为基础的化学反应物,由高纯度尿素和去离子水混合而成,是浓度为32.5%的溶液。将车用尿素溶液运用于SCR(选择性催化还原)系统,是发动机尾气排放达到国IV及以上排放标准的关键。
车用尿素外文名AdBlue,其溶液是无色、透明、清澈的的液体,浓度在31.8%~33.2%之间,目前使用的车用尿素溶液一般由32.5%高纯尿素和67.5%的去离子水组成。
国外采用天然气空气合成法,国内主要的方法有工业尿素结晶法、农业尿素结晶法、水溶液全循环法、二氧化碳气提法和氨气提法。
表1 工艺方法比较图表
在我国天然气资源不丰富且多用于民用,工业上则被禁止使用。工业尿素提纯法和农业尿素提纯法均是通过水解再结晶的方法,这种方法会造成大量电耗能源的浪费,还会产生大量的废液。
若在生产尿素颗粒的过程中直接生产车用尿素可减少这种浪费,由于造粒阶段会使产品杂质增加,故若生成的尿素不造粒,质量合格的尿素熔融液与超纯水按规定比例混合,从而直接得到车用尿素。
通过以上部分的综合情况的对比,水溶液全循环法具有装置改造容易,改造增产潜力大,工艺介质对设备腐蚀性低,投资少等优点,故水溶液全循环法更适合。
反应原理:
总反应式:2NH3(液)+CO2(气)=(NH2)2CO(液)+H2O(液)+Q
分反应式:2NH3(液)+CO2(气)=NH4COONH2(液)+Q1
NH4COONH2(液)=CO(NH2)2(液)+H2O(液)+Q2
反应原理:液氨和二氧化碳直接合成尿素是一个可逆、放热、体积缩小的反应,反应在液相中是分两步进行的。首先液氨和二氧化碳反应生成甲铵,在一定条件下,此反应速率很快,容易达到平衡,且此反应二氧化碳的平衡转化率很高,甲铵可达到90%。然后是液态甲铵脱水生成尿素,此反应平衡转化率一般为55%~70%,此反应是合成尿素的控制反应。
将生成的合格的尿素熔融液与超纯水按比例混合,即得到所需车用尿素溶液。水溶液循环法工艺流程见图1。
图1 水溶液循环法工艺流程图
此方法会减少热损失和水的消耗,较其他方法来说更适合,可直接生成车用尿素。减少了造粒环节所产生的杂质,也减少了溶解、结晶带来的热损失和水的消耗。