车用尿素生产工艺的研究

2018-10-17曹雅楠

山东化工 2018年18期

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。

1 车用尿素生产工艺

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。

2 水溶液全循环法生产车用尿素

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。