一种高纯固体车用尿素及其制备方法与流程

1.本发明涉及化工技术领域，具体涉及一种高纯固体车用尿素及其制备方法。


背景技术：

2.车用尿素为还原剂的scr（selective catalytic reduction，即选择性催化还原）系统是利用车用尿素水溶液与重型卡车、客车等柴油车尾气中的氮氧化物反应生成n2和h2o来净化尾气，使其排出的氮氧化物达到国ⅳ排放标准甚至更高排放标准的一种技术。车用尿素的工作原理是把车用尿素添加到scr系统，在高温环境中（温度高于300℃），尿素分解成nh3能迅速反应生成n2和h2o。柴油车的排气温度一般在300~500℃，满足了no
x
氮氧还原所需的温度调节。
3.固体车用尿素是一种环保专用尿素，外观性状为固体颗粒、粉末或晶体，是 aus32（柴油发动机氮氧化物还原剂-尿素溶液，简称车用尿素溶液）和 aus40 （船用尿素溶液）的专用原料，该种尿素与工业脱盐水依据一定比例混合可得用于柴油发动机尾气净化的专用尿素。与农业尿素和普通的工业尿素不同，柴油发动机尾气净化专用尿素对缩二脲、醛类、不溶物、金属离子等指标都有严格的质量要求。正如尿素在生产过程中会生成副产物缩二脲，缩二脲为尿素聚合物，会造成汽车排气管和催化剂骨架的堵塞，应该严格控制。因此缩二脲是影响车用尿素产品质量的重要指标之一，应当尽可能地降低产品中缩二脲的含量。
4.鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.为解决背景技术中的问题，本发明提出一种高纯固体车用尿素及其制备方法。本发明的制备方法能够显著降低产品中的缩二脲含量。
6.为达到上述目的，本发明采用的一个技术方案为：一种高纯固体车用尿素的制备方法，包含以下步骤：将具有第一浓度的稀尿液进行循环冷却结晶，形成带有尿素晶体的浆液；将带有尿素晶体的浆液总重量的15%-25%送往结晶旋流器，余下浆液返回结晶器中，继续参与冷却结晶过程；将送往结晶旋流器的浆液进行浓缩液固分离，得到水分含量≤2.5%、缩二脲含量≤0.15%超纯固体车用尿素，并进行干燥。
7.进一步的，所述第一浓度为60%~80%的质量百分比浓度。
8.进一步的，所述第一浓度为60%或70%或75%或78%的质量百分比浓度。
9.进一步的，所述第一浓度为8%的质量百分比浓度。
10.进一步的，所述循环冷却循环结晶的结晶初始温度为70℃，冷却结晶的终点温度为40~60℃。
11.进一步的，所述循环冷却循环结晶的冷却结晶的终点温度为40℃或45℃或50℃或55℃或60℃。
12.进一步的，所述循环冷却循环结晶的冷却结晶的终点温度为40℃。
13.进一步的，所述干燥器后的产品水分含量≤0.2%、缩二脲含量≤0.15%。
14.本发明还公开了一种采用上述任一所述制备方法得到的高纯固体车用尿素。
15.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1）本发明直接使用缩二脲含量较低的稀尿液作为生产原料，通过选用初始浓度为60%~80%的稀尿液，并控制冷却结晶的终点温度，能够有效的将该固体尿素产品中的缩二脲含量控制在远低于标准范围内，且通过对冷却结晶终点温度的不断调整和实验，可得出收益率约为53%的超纯固体车用尿素产品，产品中缩二脲含量远低于车用尿素国家标准指标值，对后续直接利用该超纯固体车用尿素生产车用尿素溶液，其缩二脲指标满足scr系统的要求。
16.2）本发明制备过程无真空设备，设备数量较少。冷却结晶过程的温度可再降低一定数值，需要的原料尿液的使用量也随之降低。
17.3）可直接利用本发明制备的超纯固体车用尿素与工业脱盐水依据一定比例生产车用尿素溶液，相比于普通颗粒尿素配制车用尿素溶液，其以缩二脲为主的杂质成分更低。可使本发明技术不受地域条件的限制，可以连续化批量生产。
18.4）本发明在制备超纯固体车用尿素的过程中不会产生废水，冷却结晶过程后剩余的母液可直接返回返至一段蒸发器加以回收利用，对于能源消耗和环境保护都能起到一定程度的作用。
具体实施方式
19.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
20.本发明的一个实施方式，提供了一种高纯固体车用尿素的制备方法，包含以下步骤：将具有第一浓度的稀尿液进行循环冷却结晶，形成带有尿素晶体的浆液；将带有尿素晶体的浆液总重量的15%-25%送往结晶旋流器，余下浆液（即75%-85%）返回结晶器中，继续参与冷却结晶过程；将送往结晶旋流器的浆液进行浓缩液固分离，得到水分含量≤2.5%、缩二脲含量≤0.15%超纯固体车用尿素，并进行干燥。
21.其中，所述第一浓度为60%~80%的质量百分比浓度。在一些优选实施方式中，所述第一浓度为60%或70%或75%或78%的质量百分比浓度。在一些更优选的实施方式中，所述第一浓度为8%的质量百分比浓度。
22.所述循环冷却循环结晶的结晶初始温度为70℃，冷却结晶的终点温度为40~60℃。在一些优选实施方式中，所述循环冷却循环结晶的冷却结晶的终点温度为40℃或45℃或50℃或55℃或60℃。在一些更优选的实施方式中，所述循环冷却循环结晶的冷却结晶的终点温度为40℃。
23.所述干燥器后的产品水分含量≤0.2%、缩二脲含量≤0.15%。
24.本发明通过使用初始浓度不同的稀尿液，冷却结晶，通过观察尿素溶液流动性，结
合结晶后得到的产品收益性，根据数据所获缩二脲为主的产品的杂质指标参数，有针对性的获得需要的物质。
25.本发明的方法通过控制冷却结晶的终点温度，根据尿素和缩二脲不同温度下的浓度及溶解度的不同，只需要采用一次降温即可，在制备过程中大大地节省了燃料的消耗，并且极大提高了生产效率。对比结晶后得到的产品的收益率（超纯固体车用尿素量/稀溶液中尿素量），有针对性的获得需要的物质。
26.普通尿素在生产过程中含有的少量杂质如缩二脲等对一般工业生产或农业生产影响不大。但是对于要求纯度很高的车用尿素的生产而言，即使含有少量的杂质也会对最终的产品及使用效果带来实质性的影响。因此，本发明的目的即控制以缩二脲为主的尿素的质量指标，并且能够在一次工艺中就能快速完成，同时还可以减少能量的消耗。
27.本发明的方法通过控制冷却结晶的终点温度，根据尿素和缩二脲不同温度下的浓度及溶解度的不同，只需要采用一次降温即可，在制备过程中大大地节省了燃料的消耗，并且极大提高了生产效率。对比结晶后得到的产品的收益率（超纯固体车用尿素量/稀溶液中尿素量），有针对性的获得需要的物质。
28.本发明的方法，能够有效的将该固体尿素产品中的缩二脲含量控制在远低于标准范围内，且通过对冷却结晶终点温度的不断调整和实验，可得出收益率约为53%的超纯固体车用尿素产品。
29.本发明在采用上述参数时，会有多种不同的组合，都能够将该产品的缩二脲含量控制在远低于国家标准的范围内，区别在于采取不同冷却结晶终点温度所得到产品的收益率（超纯固体车用尿素量/稀溶液中尿素量）不同。根据实施例可知，冷却温度不同时，收益率也截然不同。冷却温度越低，收益率越高；溶液的浓度越高，收益率越高。
30.在本发明的一个具体实施方式中，采用浓度为78%的稀尿液，选择冷却结晶的终点温度为40℃，通过冷却结晶、浓缩、离心分离、烘干等步骤制备的超纯固体车用尿素，其缩二脲含量远低于国家标准，能够获得高纯度的固体车用尿素。
31.在本发明的另一个具体实施方式中，采用浓度为78%的稀尿液，选择冷却结晶的终点温度为45℃，通过冷却结晶、浓缩、离心分离、烘干等步骤制备的超纯固体车用尿素，其缩二脲含量远低于国家标准，能够获得高纯度的固体车用尿素。
32.在本发明的另一个具体实施方式中，采用浓度为78%的稀尿液，选择冷却结晶的终点温度为50℃，通过冷却结晶、浓缩、离心分离、烘干等步骤制备的超纯固体车用尿素，其缩二脲含量远低于国家标准，能够获得高纯度的固体车用尿素。
33.在本发明的另一个具体实施方式中，采用浓度为78%的稀尿液，选择冷却结晶的终点温度为55℃，通过冷却结晶、浓缩、离心分离、烘干等步骤制备的超纯固体车用尿素，其缩二脲含量远低于国家标准，能够获得高纯度的固体车用尿素。
34.在本发明的另一个具体实施方式中，采用浓度为78%的稀尿液，选择冷却结晶的终点温度为60℃，通过冷却结晶、浓缩、离心分离、烘干等步骤制备的超纯固体车用尿素，其缩二脲含量远低于国家标准，能够获得高纯度的固体车用尿素。
35.在本发明的另一个具体实施方式中，将浓度为78%的稀尿液通过与工业脱盐水按一定比例配置为75%的稀尿液，选择冷却结晶的终点温度为40℃，通过冷却结晶、浓缩、离心分离、烘干等步骤制备的超纯固体车用尿素，其缩二脲含量远低于国家标准，能够获得高纯
度的固体车用尿素。
36.在本发明的另一个具体实施方式中，将浓度为78%的稀尿液通过与工业脱盐水按一定比例配置为70%的稀尿液，选择冷却结晶的终点温度为40℃，通过冷却结晶、浓缩、离心分离、烘干等步骤制备的超纯固体车用尿素，其缩二脲含量远低于国家标准，能够获得高纯度的固体车用尿素。
37.在本发明的另一个具体实施方式中，将浓度为78%的稀尿液通过与工业脱盐水按一定比例配置为65%的稀尿液，选择冷却结晶的温度终点为40℃，通过冷却结晶、浓缩、离心分离、烘干等步骤制备的超纯固体车用尿素，其缩二脲含量远低于国家标准，能够获得高纯度的固体车用尿素。
38.将本发明获得的产品通过长时间堆放，会有一定程度的板结，但经过摔包后，能够呈现松散状态。将其配制成车用尿素水溶液的溶解过程中，要大量吸热，经过不断搅拌后可以快速完全溶解且清澈度很好。
39.为更好地理解本发明提供的技术方案，下述以多个具体实例分别说明应用本发明上述实施方式提供的高纯固体车用尿素制备方法，及性能检测。
40.实施例1一种高纯固体车用尿素及其制备方法，包含以下步骤：（1）尿素浓度为78%，温度为70℃的稀尿液通过尿液泵送入搅拌结晶器，通过循环冷却结晶，冷却结晶的结晶终点温度为40℃，后放入收料槽，形成带有尿素晶体的浆液；（2）带有尿素晶体的浆液从结晶器底部用泵抽出，其中浆液总重量的20%送往结晶旋流器，80%返回结晶器中；（3）通过结晶旋流器浓缩和离心机液固分离，分离得的有一定水分的超纯固体车用尿素产品，将该产品进入转筒干燥器进行干燥即可。由上述过程得到超纯固体车用尿素的收益率约为60.23%。该产品经检测，其缩二脲含量为0.14%，远小于国家有关固体车用尿素标准中的0.8%。
41.实施例2一种高纯固体车用尿素及其制备方法，包含以下步骤：（1）尿素浓度为78%，温度为70℃的稀尿液通过尿液泵送入搅拌结晶器，通过循环冷却结晶，冷却结晶的结晶终点温度为45℃，后放入收料槽，形成带有尿素晶体的浆液；（2）带有尿素晶体的浆液从结晶器底部用泵抽出，其中浆液总重量的15%送往结晶旋流器，85%返回结晶器中；（3）通过结晶旋流器浓缩和离心机液固分离，分离得的有一定水分的超纯固体车用尿素产品，将该产品进入转筒干燥器进行干燥即可。由上述过程得到超纯固体车用尿素的收益率约为55.19%。该产品经检测，其缩二脲含量为0.10%，远小于国家有关固体车用尿素标准中的0.8%。
42.实施例3一种高纯固体车用尿素及其制备方法，包含以下步骤：（1）尿素浓度为78%，温度为70℃的稀尿液通过尿液泵送入搅拌结晶器，通过循环冷却结晶，冷却结晶的结晶终点温度为50℃，后放入收料槽，形成带有尿素晶体的浆液；（2）带有尿素晶体的浆液从结晶器底部用泵抽出，其中浆液总重量的25%送往结晶
旋流器，75%返回结晶器中；（3）通过结晶旋流器浓缩和离心机液固分离，分离得的有一定水分的超纯固体车用尿素产品，将该产品进入转筒干燥器进行干燥即可。由上述过程得到超纯固体车用尿素的收益率约为48.67%。该产品经检测，其缩二脲含量为0.12%，远小于国家有关固体车用尿素标准中的0.8%。
43.实施例4一种高纯固体车用尿素及其制备方法，包含以下步骤：（1）尿素浓度为78%，温度为70℃的稀尿液通过尿液泵送入搅拌结晶器，通过循环冷却结晶，冷却结晶的结晶终点温度为55℃，后放入收料槽，形成带有尿素晶体的浆液；（2）带有尿素晶体的浆液从结晶器底部用泵抽出，其中浆液总重量的18%送往结晶旋流器，82%返回结晶器中；（3）通过结晶旋流器浓缩和离心机液固分离，分离得的有一定水分的超纯固体车用尿素产品，将该产品进入转筒干燥器进行干燥即可。由上述过程得到超纯固体车用尿素的收益率约为39.44%。该产品经检测，其缩二脲含量为0.11%，远小于国家有关固体车用尿素标准中的0.8%。
44.实施例5（1）尿素浓度为78%，温度为70℃的稀尿液通过尿液泵送入搅拌结晶器，通过循环冷却结晶，冷却结晶的结晶终点温度为60℃，后放入收料槽，形成带有尿素晶体的浆液；（2）带有尿素晶体的浆液从结晶器底部用泵抽出，其中浆液总重量的22%送往结晶旋流器，78%返回结晶器中；（3）通过结晶旋流器浓缩和离心机液固分离，分离得的有一定水分的超纯固体车用尿素产品，将该产品进入转筒干燥器进行干燥即可。由上述过程得到超纯固体车用尿素的收益率约为37.51%。该产品经检测，其缩二脲含量为0.12%，远小于国家有关固体车用尿素标准中的0.8%。
45.实施例6一种高纯固体车用尿素及其制备方法，包含以下步骤：（1）尿素浓度为75%，温度为70℃的稀尿液通过尿液泵送入搅拌结晶器，通过循环冷却结晶，冷却结晶的结晶终点温度为40℃，后放入收料槽，形成带有尿素晶体的浆液；（2）带有尿素晶体的浆液从结晶器底部用泵抽出，其中浆液总重量的24%送往结晶旋流器，76%返回结晶器中；（3）通过结晶旋流器浓缩和离心机液固分离，分离得的有一定水分的超纯固体车用尿素产品，将该产品进入转筒干燥器进行干燥即可。由上述过程得到超纯固体车用尿素的收益率约为53.51%。该产品经检测，其缩二脲含量为0.14%，远小于国家有关固体车用尿素标准中的0.8%。
46.实施例7一种高纯固体车用尿素及其制备方法，包含以下步骤：（1）尿素浓度为70%，温度为70℃的稀尿液通过尿液泵送入搅拌结晶器，通过循环冷却结晶，冷却结晶的结晶终点温度为40℃，后放入收料槽，形成带有尿素晶体的浆液；（2）带有尿素晶体的浆液从结晶器底部用泵抽出，其中浆液总重量的16%送往结晶
旋流器，84%返回结晶器中；（3）通过结晶旋流器浓缩和离心机液固分离，分离得的有一定水分的超纯固体车用尿素产品，将该产品进入转筒干燥器进行干燥即可。由上述过程得到超纯固体车用尿素的收益率约为33.27%。该产品经检测，其缩二脲含量为0.12%，远小于国家有关固体车用尿素标准中的0.8%。
47.实施例8一种高纯固体车用尿素及其制备方法，包含以下步骤：（1）尿素浓度为65%，温度为70℃的稀尿液通过尿液泵送入搅拌结晶器，通过循环冷却结晶，冷却结晶的结晶终点温度为40℃，后放入收料槽，形成带有尿素晶体的浆液；（2）带有尿素晶体的浆液从结晶器底部用泵抽出，其中浆液总重量的19%送往结晶旋流器，81%返回结晶器中；（3）通过结晶旋流器浓缩和离心机液固分离，分离得的有一定水分的超纯固体车用尿素产品，将该产品进入转筒干燥器进行干燥即可。由上述过程得到超纯固体车用尿素的收益率约为29.41%。该产品经检测，其缩二脲含量为0.13%，远小于国家有关固体车用尿素标准中的0.8%。
48.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。