一種低溫條件釋氨還原劑組合物及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低溫條件釋氨還原劑組合物及其制備方法，屬于低溫條件釋氨還原劑的組合物及其制備方法，由如下質(zhì)量份的原料組成的，碳酸銨15～21份、尿素0.79～1份、甲酸銨0.80～1.57份、低分子醇類2.0～8.3份、高純水25～31份。同傳統(tǒng)的尿素還原劑相比，能夠滿足在較低的溫度下就可以釋放氨源。所得產(chǎn)品適用于-15℃以下環(huán)境使用，并且完全滿足SCR系統(tǒng)正常工作。該產(chǎn)品冰點(diǎn)低于-15℃，適用于南方四季和北方春、夏、秋、初冬季節(jié)使用。
【專利說明】 一種低溫條件釋氨還原劑組合物及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低溫條件釋氨還原劑的組合物及其制備方法，特別涉及一種可用于汽車尾氣后處理的低溫釋氨還原劑組合物及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]汽車作為便利的交通工具，給人們的生活和生產(chǎn)帶來便利的同時(shí)，汽車尾氣也給大氣造成了嚴(yán)重污染。在汽車尾氣處理上，目前國際上較為通行的方案是SCR技術(shù)(Selective Catalytic Reduct1n),即選擇性催化還原技術(shù)，同時(shí)這一技術(shù)也是未來國內(nèi)汽車尾氣處理的最為現(xiàn)實(shí)的選擇方案。SCR技術(shù)的本質(zhì)是利用尿素在高溫下分解出NH3,作為還原劑的NH3和發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的NOx在催化劑和溫度的綜合作用下進(jìn)行反應(yīng)，理想工況下生成無毒的N2和H2O,從而達(dá)到凈化的目的。
[0003]目前，尿素還原劑應(yīng)用中比較突出的問題是車輛冷啟動(dòng)時(shí)，排氣管溫度過低，達(dá)不到尿素分解所需要的溫度，從而造成排放不達(dá)標(biāo)。
[0004]例如，國四標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施以來，國內(nèi)相關(guān)研究和現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，約96%的國四公交車實(shí)際運(yùn)行時(shí)，某些工況下所排放的NOx水平都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出型式核準(zhǔn)的限值，直接導(dǎo)致大量的NOx污染物排放，直接原因是是公交車運(yùn)行溫度較低，此時(shí)被噴射的尿素將無法轉(zhuǎn)化成氨氣，在此低溫條件下，催化劑的活性也會(huì)顯著降低；對于大多數(shù)卡車和公交車裝配的SCR系統(tǒng)來講，在低于25(T280°C時(shí)，催化劑活性會(huì)顯著降低，特別是低于200°C時(shí)，尿素將不能有效的分解被轉(zhuǎn)化為氨氣，SCR催化劑無法起活，此時(shí)SCR系統(tǒng)也被設(shè)計(jì)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(yùn)行工況(交通擁擠或等紅燈的工況)，此時(shí)，排氣溫度可能低至100°C左右，而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷接近最大時(shí)能超過500°C。城區(qū)工況的典型特征就是低速而且反復(fù)停車、起步，車輛的負(fù)荷也相對較低；低轉(zhuǎn)速、低負(fù)荷的城區(qū)工況一般會(huì)導(dǎo)致公交車輛排氣溫度低于300°C ;在上述這些工況下，由于尿素噴射量的減少，并且催化劑活性較低，SCR系統(tǒng)工作效率很低。
[0005]另外，我國執(zhí)行的GB 17691-2005標(biāo)準(zhǔn)是模仿歐洲環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，按照此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)保公告型式核準(zhǔn)時(shí)，所有的環(huán)保公告的發(fā)動(dòng)機(jī)都是在穩(wěn)態(tài)循環(huán)(EuropeanSteady-state Cycle, ESC)和瞬態(tài)循環(huán)(European Transient Cycle, ETC)進(jìn)行，ESC 包括13個(gè)穩(wěn)態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷點(diǎn)，ETC為瞬態(tài)試驗(yàn)循環(huán)，包括1800個(gè)逐秒變化轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的工況點(diǎn)，構(gòu)成一個(gè)整體試驗(yàn)循環(huán)并連續(xù)運(yùn)行，上述工況均沒有考慮到車輛低溫冷啟動(dòng)的特殊情況；歐洲國家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)此類問題的存在，從而修改排放試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，引入了世界統(tǒng)一的穩(wěn)態(tài)測試循環(huán)(World Harmonized Steady-state Cycle, WHSC)和世界統(tǒng)一的瞬態(tài)測試循環(huán)(World Harmonized Transient Cycle, WHTC),這種技術(shù)進(jìn)步的特征是把車輛的低溫冷啟動(dòng)的排放限值納入嚴(yán)格的考核。
[0006]專利CN 102213125 A—種改善低溫性能的尿素還原劑組合物，對傳統(tǒng)的尿素還原劑的組成進(jìn)行基本的改進(jìn)，顯著改善了純尿素還原劑溶液的低溫性能。專利CN 102213124A —種超低溫尿素還原劑組合物，對傳統(tǒng)的尿素還原劑的組成進(jìn)行基本的改進(jìn)，解決了傳統(tǒng)的尿素還原劑溶液冰點(diǎn)高，冬季不適用或使用麻煩的問題。專利CN 102580531 A —種抗低溫尾氣催化還原劑及其制備方法，在組分配比中采用了尿素為主成分，添加醇類和銨類物質(zhì)混合，降低產(chǎn)品的冰點(diǎn)，所得成品適用于-1rC環(huán)境使用，并且完全滿足SCR系統(tǒng)正常工作；專利CN201110134698.2和CN201110134706.3兩個(gè)專利均是以尿素、甲酰胺和醇類的水溶液為特征，具備_20°C以下或更低的溫度，但是價(jià)格是傳統(tǒng)的尿素還原劑的I倍左右，限制了推廣應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種低溫條件釋氨還原劑組合物及其制備方法，以解決國內(nèi)現(xiàn)有尿素還原劑釋放氨的溫度高的問題，使本專利能夠滿足在較低的溫度下就可以釋放氨源。所得產(chǎn)品適用于_15°C以下環(huán)境使用，并且完全滿足SCR系統(tǒng)正常工作。
[0008]本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種低溫條件釋氨還原劑的組合物由如下質(zhì)量份的原料組成的:
碳酸銨:15?21份；
尿素:0.79?I份；
甲酸銨:0.80?1.57份；
低分子醇類:2.0?8.3份；
高純水25?31份。
[0009]本發(fā)明一種實(shí)施方式是所述低分子醇類為甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇中的一種或他們的組合，具體為
甲醇:0?I份乙醇:0?I份乙二醇:0?I份丙三醇=0?I份。
[0010]本發(fā)明一種實(shí)施方式是所述低分子醇類為乙醇、乙二醇。
[0011]一種低溫條件釋氨還原劑的組合物制備方法，其特征在于包括下列步驟:
(1)將尿素溶于高純水中，再加入碳酸銨，攪拌直至溶解后再加甲酸銨，攪拌至全部溶解；
(2)向步驟(I)中加入低分子醇類，攪拌至均勻；
(3)將步驟(2)中混合物經(jīng)過濾精度為0.5 μ m?0.8 μ m的濾芯壓力過濾，即得到一種低溫條件釋氨還原劑的組合物。
[0012]本發(fā)明為解決上述問題，需要建立一種能在低溫下進(jìn)行分解氨氣，并滿足SCR使用要求的技術(shù)體系，其中，具備低溫特性的尿素還原劑是重中之重。
[0013]在所有的能分解釋放出氨氣的前驅(qū)體化學(xué)物質(zhì)中，尿素的初始分解溫度是135°C，200°C以上可以表現(xiàn)出快速的分解特性；碳酸銨的初始分解溫度是58°C，約75°C時(shí)可以實(shí)現(xiàn)最佳的分解效果；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范圍。
[0014]本發(fā)明選擇的還原劑前驅(qū)體的體系，優(yōu)選的加入了能在低溫下分解的碳酸銨成分，這樣無論是車輛怠速或是在冷啟動(dòng)工況下，均能有效的釋放出來一定的氨氣，滿足去除NOx的要求,加入的碳酸銨的量較少,主要是考慮到這些車輛工況下的NOx逸出量也較??；當(dāng)車輛處于正常的條件下，例如，SCR入口段的溫度可以達(dá)到25(T550°C左右，此時(shí)的碳酸銨不僅可以有效地分解，而主要成分的尿素也能進(jìn)行有效的分解；由此滿足了整個(gè)SCR工作溫度范圍的使用需求。
[0015]本發(fā)明的原料體系中，采用碳酸銨作為優(yōu)先分解成分，也是作為氨氣來源的主成分，體系中尿素和甲酸銨的加入就可以較好的解決各個(gè)成分間的相互溶解問題；本發(fā)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(dòng)壓力損失同‘傳統(tǒng)的32.5%的尿素還原劑水溶液體系’無差別，因此輸送系統(tǒng)不需進(jìn)行改變；本發(fā)明的各個(gè)充分地比例的選擇，主要是考慮到‘它要同傳統(tǒng)的32.5%的尿素還原劑水溶液體系含有等量的氨’，分解后產(chǎn)生的氨氣恰恰相當(dāng)于前者，以便于車輛上的SCR的ECU和DCU可以不進(jìn)行二次標(biāo)定即可換裝本發(fā)明的‘還原劑’；本發(fā)明的水溶液體系也能完全適應(yīng)于‘傳統(tǒng)的32.5%的尿素還原劑水溶液體系’，即不銹鋼原件的防腐蝕和塑料件的相容性滿足要求。
[0016]本發(fā)明的原料體系選擇性的應(yīng)用了一些微量的低分子醇類，目的之一是使該水溶液的體系具有更低的冰點(diǎn)，適應(yīng)于更廣闊的環(huán)境溫度，目的之二是通過加入微量的低分子醇類，是碳酸銨和尿素的水溶液體系具有更好的儲存穩(wěn)定性；試驗(yàn)結(jié)果表明甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇都可以應(yīng)用于該體系，考慮到甲醇的熱解以及丙三醇的分解溫度較高，且甲醇具有更大的氧化成甲醛的傾向，因此，在最優(yōu)化的技術(shù)方案中，推薦使用乙醇、乙二醇。
[0017]本發(fā)明中加入高純度的水是為了使發(fā)明的產(chǎn)品滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；本發(fā)明中加入了低分子醇類的混合物，也是為了使該水溶液的體系的儲存性能更加穩(wěn)定，滿足不同儲存條件和使用地域的需求，其中，這些低分子醇類的加入量不宜過大，以免引起新的二氧化碳排放增加，所選擇的醇類，丙三醇的分解溫度在235°C左右，乙二醇的分解溫度在220°C左右。
[0018]本發(fā)明同傳統(tǒng)的尿素還原劑相比，能夠滿足在較低的溫度下就可以釋放氨源。所得產(chǎn)品適用于_15°C以下環(huán)境使用，并且完全滿足SCR系統(tǒng)正常工作。該產(chǎn)品冰點(diǎn)低于-15°C，適用于南方四季和北方春、夏、秋、初冬季節(jié)使用。

【具體實(shí)施方式】
[0019]在下述的具體事例描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便于更為深刻的理解本發(fā)明。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。
[0020]實(shí)施例1
(I)稱取98g尿素(分析純),溶于3100g電導(dǎo)率為2mS/cm高純水中，攪拌全部溶解后，加入1624g碳酸銨(分析純)，攪拌至全部溶解，加入157g甲酸銨(分析純)，攪拌至全部溶解；(2)向(I)中加入200g乙二醇，攪拌均勻直至全部溶解；(3)將(2)中混合物經(jīng)過濾精度為0.5μπι的濾芯壓力過濾，即得到本發(fā)明低溫釋氨還原劑產(chǎn)品。經(jīng)測定，本實(shí)施例冰點(diǎn)_12°C，外觀清澈透明，元素含量和理化指標(biāo)均符合GB標(biāo)準(zhǔn)要求，塑料相容性滿足要求。
[0021]在排量為IlL的國4柴油發(fā)動(dòng)機(jī)臺架上進(jìn)行測試，在30°C環(huán)境溫度下冷啟動(dòng)，該還原劑在額定噴量下，經(jīng)過SCR后處理器處理后，NOx排放能達(dá)到國4要求。
[0022]實(shí)施例2
(I)稱取94g尿素(分析純)，溶于2500g電導(dǎo)率為2mS/cm高純水中，攪拌全部溶解后，加入1500g碳酸銨(分析純)，攪拌至全部溶解，加入82g甲酸銨(分析純)，攪拌至全部溶解； (2)向(I)中加入830g乙醇，攪拌均勻直至全部溶解；
(3)將(2)中混合物經(jīng)過濾精度為0.8 μ m的濾芯壓力過濾，即得到本發(fā)明低溫釋氨還原劑產(chǎn)品。經(jīng)測定，本實(shí)施例冰點(diǎn)_17°C，外觀清澈透明，元素含量和理化指標(biāo)均符合GB標(biāo)準(zhǔn)要求，塑料相容性滿足要求。
[0023]在排量為IlL的國4柴油發(fā)動(dòng)機(jī)臺架上進(jìn)行測試，在30°C環(huán)境溫度下冷啟動(dòng)，該還原劑在額定噴量下，經(jīng)過SCR后處理器處理后，NOx排放能達(dá)到國4要求。
[0024]實(shí)施例3
(1)稱取9Ig尿素(分析純)，溶于2500g電導(dǎo)率為2mS/cm高純水中，攪拌全部溶解后，力口入1500g碳酸銨(分析純)，攪拌至全部溶解，加入103g甲酸銨(分析純)，攪拌至全部溶解；
(2)向(I)中加入800g乙二醇，攪拌均勻直至全部溶解；
(3)將(2)中混合物經(jīng)過濾精度為0.5 μ m的濾芯壓力過濾，即得到本發(fā)明低溫釋氨還原劑產(chǎn)品。經(jīng)測定，本實(shí)施例冰點(diǎn)_8°C，外觀清澈透明，元素含量和理化指標(biāo)均符合GB標(biāo)準(zhǔn)要求，塑料相容性滿足要求。
[0025]在排量為IlL的國4柴油發(fā)動(dòng)機(jī)臺架上進(jìn)行測試，在30°C環(huán)境溫度下冷啟動(dòng)，該還原劑在額定噴量下，經(jīng)過SCR后處理器處理后，NOx排放能達(dá)到國4要求。
[0026]實(shí)施例4
(1)稱取10g尿素(分析純)，溶于3000g電導(dǎo)率為2mS/cm高純水中，攪拌全部溶解后，加入2100g碳酸銨(分析純)，攪拌至全部溶解，加入82g甲酸銨(分析純)，攪拌至全部溶解；
(2)向(I)中加入800g乙醇，攪拌均勻直至全部溶解；
(3)將(2)中混合物經(jīng)過濾精度為0.8 μ m的濾芯壓力過濾，即得到本發(fā)明低溫釋氨還原劑產(chǎn)品。經(jīng)測定，本實(shí)施例冰點(diǎn)_6°C，外觀清澈透明，元素含量和理化指標(biāo)均符合GB標(biāo)準(zhǔn)要求，塑料相容性滿足要求。
[0027]在排量為IlL的國4柴油發(fā)動(dòng)機(jī)臺架上進(jìn)行測試，在30°C環(huán)境溫度下冷啟動(dòng)，該還原劑在額定噴量下，經(jīng)過SCR后處理器處理后，NOx排放能達(dá)到國4要求。
[0028]實(shí)施例5
(1)稱取89g尿素(分析純)，溶于2500g電導(dǎo)率為2mS/cm高純水中，攪拌全部溶解后，加入1500g碳酸銨(分析純)，攪拌至全部溶解，加入80g甲酸銨(分析純)，攪拌至全部溶解；
(2)向(I)中加入630g乙二醇和200g乙醇，攪拌均勻直至全部溶解；
(3)將(2)中混合物經(jīng)過濾精度為0.5 μ m的濾芯壓力過濾，即得到本發(fā)明低溫釋氨還原劑產(chǎn)品。經(jīng)測定，本實(shí)施例冰點(diǎn)-10°C，外觀清澈透明，元素含量和理化指標(biāo)均符合GB標(biāo)準(zhǔn)要求，塑料相容性滿足要求。
[0029]在排量為IlL的國4柴油發(fā)動(dòng)機(jī)臺架上進(jìn)行測試，在30°C環(huán)境溫度下冷啟動(dòng)，該還原劑在額定噴量下，經(jīng)過SCR后處理器處理后，NOx排放能達(dá)到國4要求。
[0030]實(shí)施例6
(1)稱取89g尿素(分析純)，溶于2500g電導(dǎo)率為2mS/cm高純水中，攪拌全部溶解后，加入1500g碳酸銨(分析純)，攪拌至全部溶解，加入80g甲酸銨(分析純)，攪拌至全部溶解；
(2)向(I)中加入430g乙二醇和200g乙醇，攪拌均勻直至全部溶解；
(3)將(2)中混合物經(jīng)過濾精度為0.8 μ m的濾芯壓力過濾，即得到本發(fā)明低溫釋氨還原劑產(chǎn)品。經(jīng)測定，本實(shí)施例冰點(diǎn)_9°C，外觀清澈透明，元素含量和理化指標(biāo)均符合GB標(biāo)準(zhǔn)要求，塑料相容性滿足要求。
[0031]在排量為IlL的國4柴油發(fā)動(dòng)機(jī)臺架上進(jìn)行測試，在30°C環(huán)境溫度下冷啟動(dòng)，該還原劑在額定噴量下，經(jīng)過SCR后處理器處理后，NOx排放能達(dá)到國4要求。
【權(quán)利要求】
1.一種低溫條件釋氨還原劑組合物，其特征在于是由如下質(zhì)量份的原料組成的: 碳酸銨:15?21份； 尿素:0.79?I份； 甲酸銨:0.80?1.57份； 低分子醇類:2.0?8.3份； 高純水25?31份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫條件釋氨還原劑組合物，其特征在于低分子醇類為甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇中的一種或他們的組合，具體為 甲醇:0?I份 乙醇:0?I份 乙二醇:0?I份 丙三醇=0?I份。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低溫條件釋氨還原劑組合物，其特征在于低分子醇類為乙醇、乙二醇。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種低溫條件釋氨還原劑組合物的制備方法，其特征在于包括下列步驟: (1)將尿素溶于高純水中，再加入碳酸銨，攪拌直至溶解后再加甲酸銨，攪拌至全部溶解； (2)向步驟(I)中加入低分子醇類，攪拌至均勻； (3)將步驟(2)中混合物經(jīng)過濾精度為0.5 μ m?0.8 μ m的濾芯壓力過濾，即得到一種低溫條件釋氨還原劑的組合物。
【文檔編號】F01N3/20GK104265422SQ201410376363
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月3日
【發(fā)明者】張鳳霞, 李有樹, 于力娜, 米新艷, 崔龍, 王丹 申請人:長春市永暢實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司