一種車用尿素的生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種尿素溶液的結(jié)晶方法，特別是涉及一種用作柴油車尾氣處理液原料尿素的絕熱真空閃蒸結(jié)晶的生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)國家環(huán)保部門的規(guī)定，從2013年7月I日起銷售的重型柴油車均要達(dá)到國IV排放標(biāo)準(zhǔn)，與國III排放標(biāo)準(zhǔn)相比，重型柴油汽車的國IV排放氮氧化物(NOx)排放降低了 30%左右，顆粒物(PM)排放降低了 80%以上。為了降低柴油車尾氣排放中的氮氧化物和顆粒物，目前，歐美等國家的汽車生產(chǎn)商普遍采用選擇性催化還原(SCR)技術(shù)處理柴油車尾氣，使之達(dá)到歐IV、歐V甚至更高的排放標(biāo)準(zhǔn)。
[0003]柴油車尾氣處理液是配合SCR技術(shù)，將發(fā)動機尾氣中的氮氧化物轉(zhuǎn)化為無害的氮氣和水的還原劑，柴油車尾氣處理液的主要原料為車用尿素和水，車用尿素不是普通的農(nóng)用尿素或工業(yè)尿素，也不是化學(xué)分析試劑，而是一種具有一定附加值、可大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的專用化學(xué)品。由于車用尿素中各種金屬離子、縮二脲含量的控制指標(biāo)均高于農(nóng)用尿素或工業(yè)尿素的國家標(biāo)準(zhǔn)。北京市地方標(biāo)準(zhǔn)DBl 1/552-2008《車用尿素溶液》中規(guī)定，車用尿素液中鈉、鎂、鋁、鉀、鈣、鐵的含量彡0.5ppm，鎳、銅、鉻、鋅的含量彡0.2ppm，特別是縮二脲含量(0.3wt%，縮二脲是尿素縮聚產(chǎn)生的副產(chǎn)物，其存在會對柴油車尾氣處理液的使用效果產(chǎn)生不利影響，因此，不能采用現(xiàn)成的農(nóng)用尿素或工業(yè)尿素產(chǎn)品替代車用尿素。
[0004]市售的工業(yè)尿素和農(nóng)用尿素，由于縮二脲含量較高，不能用作柴油車尾氣處理液的原料；而高純的試劑尿素成本太高，若用作柴油車尾氣處理液的原料，會明顯提高生產(chǎn)成本；因此，需要采用成本相對較低的原料尿素，通過對原料尿素中所含的雜質(zhì)進行去除生產(chǎn)車用尿素，進而制備柴油車尾氣處理液。目前制備車用尿素主要有以下幾種方法:
[0005]中國專利CN101695669A公開了一種車用尿素的制備方法，該方法采用活性炭吸附和重結(jié)晶除雜兩種技術(shù)；該方法存在的問題是重結(jié)晶能耗較高，引入活性炭進行吸附又增加了原材料的消耗，因此其生產(chǎn)成本較高；并且重結(jié)晶后的母液中縮二脲的含量較高，不能再作為普通尿素出售，處理比較困難。
[0006]中國專利CN101811065A公開了一種柴油車尾氣處理液的制備方法，該方法以工業(yè)尿素或農(nóng)用尿素作原料，使用離子樹脂交換技術(shù)去除雜質(zhì)；該方法存在的主要問題是尿素溶解過程需要大量吸熱，導(dǎo)致能耗較高，并且離子樹脂需要再生，導(dǎo)致成本較高。
[0007]中國專利CN102806011A公開了一種車用尿素的制備方法，該方法采用了冷卻結(jié)晶、固液分離的方式得到車用尿素固體產(chǎn)品，與之前的專利相比，該方法簡化了流程、降低了成本，但需要引入冷卻媒介-低溫水進行降溫，增加了能量交換的步驟，降低了能源利用效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提高車用尿素的產(chǎn)量及產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，本發(fā)明采用尿素生產(chǎn)裝置合成工段已脫出氨和二氧化碳的尿素合成反應(yīng)液為原料生產(chǎn)車用尿素。本發(fā)明的一種車用尿素的生產(chǎn)方法是這樣實現(xiàn)的:
[0009]一種車用尿素的生產(chǎn)方法，該方法包括以下步驟:
[0010]首先將來自尿素生產(chǎn)裝置合成工段已脫出氨和二氧化碳的尿素合成反應(yīng)液送入尿液罐中，然后用輸送泵將所述尿素合成反應(yīng)液送入真空閃蒸結(jié)晶釜，進行真空閃蒸結(jié)晶；所述真空閃蒸結(jié)晶完成后，對結(jié)晶物料進行離心分離；所述離心分離得到的固相物作為車用尿素產(chǎn)品，得到的液相物返回所述尿素生產(chǎn)裝置。
[0011]在具體實施時,所述來自尿素生產(chǎn)裝置的尿素合成反應(yīng)液的溫度為80?93°C、優(yōu)選90?93°C，壓力為0.01?0.09MPa (表)、優(yōu)選0.03?0.05MPa (表)，尿素濃度為68?80wt%、優(yōu)選70?75wt%。所述輸送泵的出口壓力為0.4?1.0MPa(表)、優(yōu)選0.6?0.8MPa(表X
[0012]在具體實施時，所述真空閃蒸結(jié)晶釜為錐底立式筒體，其底部錐角為40?60° ;所述真空閃蒸結(jié)晶釜的進料管伸入到所述筒體垂直方向的中點以下，其端口為喇叭口形；所述真空閃蒸結(jié)晶釜內(nèi)有框式攪拌器。
[0013]在具體實施時，所述結(jié)晶釜的裝料體積為30?50%、優(yōu)選32?38% ;所述框式攪拌器的轉(zhuǎn)速為40?120rpm、優(yōu)選60?80rpm。所述真空閃蒸結(jié)晶爸的操作溫度為5?35°C、優(yōu)選25?30°C，操作壓力為0.5?3.0kPa、優(yōu)選L 5?2.0kPa,結(jié)晶時間為5?60min、優(yōu)選 15 ?20min。
[0014]目前，固體尿素生產(chǎn)的主要流程為氨氣和二氧化碳在一定條件下反應(yīng)生成尿素合成反應(yīng)液，尿素合成反應(yīng)液再經(jīng)過一次蒸發(fā)、二次蒸發(fā)、造粒等過程得到固體尿素；由于尿素合成反應(yīng)液中縮二脲的含量較低，因此可以利用尿素合成反應(yīng)液制備柴油車尾氣處理液；但由于這種制備工藝會提高原料運輸?shù)娘L(fēng)險和成本，因此只有從尿素合成反應(yīng)液中直接提取出尿素固體產(chǎn)品，才能降低運輸?shù)娘L(fēng)險和成本，對車用尿素及柴油車尾氣處理液的推廣應(yīng)用帶來積極效果。
[0015]本發(fā)明的主要目的是在控制縮二脲含量的前提下，得到尿素結(jié)晶物。在尿素的生產(chǎn)過程中，縮二脲的生成率會隨著溫度的升高、停留時間的延長而增加，工業(yè)上通常采用蒸發(fā)結(jié)晶的方法得到尿素結(jié)晶物，因此，在高溫的作用下導(dǎo)致了縮二脲含量增加。
[0016]若單純采用降溫結(jié)晶的方法，雖然可以避免升溫導(dǎo)致縮二脲含量的增加，但是需要引入冷媒，與尿素溶液進行熱交換，這樣會增加能量交換的步驟，從而導(dǎo)致能耗增加。
[0017]本發(fā)明采用絕熱真空操作方式，來自尿素生產(chǎn)裝置的高溫尿素合成反應(yīng)液經(jīng)尿液罐緩沖，再經(jīng)輸送泵升壓后，成為高溫高壓的液體，進入真空閃蒸結(jié)晶釜后，迅速閃蒸，析出尿素晶體。
[0018]為了防止尿素溶液在釜內(nèi)長時間停留而導(dǎo)致縮二脲含量增加，控制尿素溶液在真空閃蒸結(jié)晶釜內(nèi)的結(jié)晶時間在Ih以內(nèi)，釜內(nèi)的裝料體積控制在30?50%。為了防止閃蒸過程中液體飛濺到器壁上結(jié)晶而堵塞抽真空口，將尿素液的進料口伸入到設(shè)備內(nèi)，插入深度為設(shè)備筒體中點以下，端口設(shè)計成喇叭口，進料口盡量靠設(shè)備中心。攪拌器的轉(zhuǎn)速對尿素晶體的形成及質(zhì)量等均會產(chǎn)生較大的影響，若攪拌轉(zhuǎn)速過快，將會破壞已經(jīng)形成的尿素晶體，若攪拌轉(zhuǎn)速過慢，則產(chǎn)生的尿素晶體有可能附著在罐壁或攪拌器上形成聚晶，因此，本專利控制攪拌器的轉(zhuǎn)速在40?120rpm。由尿素-水系統(tǒng)相平衡圖可知，0.3個絕對大氣壓是尿素溶液蒸發(fā)至任何高的濃度都不會同時生成晶體的最小壓力，因此，若要得到尿素結(jié)晶物，需將真空操作的壓力設(shè)計在0.3個絕對大氣壓(30KPa)以下。為了保證尿素產(chǎn)量，本發(fā)明的操作壓力設(shè)定在3KPa以下。
[0019]操作過程中，為了防止液體飛濺到結(jié)晶釜器壁或攪拌器上結(jié)晶而導(dǎo)致操作困難，可視情況定期采取以下措施溶解器壁和攪拌器上的尿素晶體:關(guān)閉抽