車用尿素生產工藝的研究

趙 凌,張 妍,王 雨,曹雅楠,袁 夢

(安陽工學院 化學與環境工程學院，河南 南陽 455000)

隨著經濟的發展，環境污染愈發嚴重，其中汽車尾氣帶來的污染占很大比重。汽車尾氣中含大量的氮氧化物和固體顆粒，其中，氮氧化物會破壞臭氧層，形成光化學煙霧和酸雨；固體顆粒會引起霧霾，最終對動物和人產生巨大危害。

目前除去柴油機尾氣中的氮氧化物需要用到SCR技術，其原理為尿素溶液存放于車載的專門儲存罐內，用泵將尿素溶液噴灑向熱的發動機尾氣。在高溫下，尿素溶液氣化后分解產生氨氣，在催化劑作用下氨氣與尾氣中的氮氧化物反映，生成無害的水和氮氣，同時吸收有害的煙氣顆粒，而SCR方案的必要添加劑為車用尿素。

車用尿素溶液是一種以尿素為基礎的化學反應物，由高純度尿素和去離子水混合而成，是濃度為32.5%的溶液。將車用尿素溶液運用于SCR(選擇性催化還原)系統，是發動機尾氣排放達到國IV及以上排放標準的關鍵。

車用尿素外文名AdBlue，其溶液是無色、透明、清澈的的液體，濃度在31.8%～33.2%之間，目前使用的車用尿素溶液一般由32.5%高純尿素和67.5%的去離子水組成。

1 車用尿素生產工藝

國外采用天然氣空氣合成法，國內主要的方法有工業尿素結晶法、農業尿素結晶法、水溶液全循環法、二氧化碳氣提法和氨氣提法。

表1 工藝方法比較圖表

在我國天然氣資源不豐富且多用于民用，工業上則被禁止使用。工業尿素提純法和農業尿素提純法均是通過水解再結晶的方法，這種方法會造成大量電耗能源的浪費，還會產生大量的廢液。

若在生產尿素顆粒的過程中直接生產車用尿素可減少這種浪費，由于造粒階段會使產品雜質增加，故若生成的尿素不造粒，質量合格的尿素熔融液與超純水按規定比例混合，從而直接得到車用尿素。

通過以上部分的綜合情況的對比，水溶液全循環法具有裝置改造容易，改造增產潛力大，工藝介質對設備腐蝕性低，投資少等優點，故水溶液全循環法更適合。

2 水溶液全循環法生產車用尿素

反應原理：

總反應式：2NH3(液)+CO2(氣)=(NH2)2CO(液)+H2O(液)+Q

分反應式：2NH3(液)+CO2(氣)=NH4COONH2(液)+Q1

NH4COONH2(液)=CO(NH2)2(液)+H2O(液)+Q2

反應原理：液氨和二氧化碳直接合成尿素是一個可逆、放熱、體積縮小的反應，反應在液相中是分兩步進行的。首先液氨和二氧化碳反應生成甲銨，在一定條件下，此反應速率很快，容易達到平衡，且此反應二氧化碳的平衡轉化率很高，甲銨可達到90%。然后是液態甲銨脫水生成尿素，此反應平衡轉化率一般為55%～70%，此反應是合成尿素的控制反應。

將生成的合格的尿素熔融液與超純水按比例混合，即得到所需車用尿素溶液。水溶液循環法工藝流程見圖1。

圖1 水溶液循環法工藝流程圖

3 結論

此方法會減少熱損失和水的消耗，較其他方法來說更適合，可直接生成車用尿素。減少了造粒環節所產生的雜質，也減少了溶解、結晶帶來的熱損失和水的消耗。