СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО РЕАГЕНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ОТ ОКИСЛОВ АЗОТА Российский патент 2013 года по МПК B01D53/56 

Изобретение относится к способу и установке для получения комплексного реагента, применяемого в качестве агента для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от окислов азота. Известен способ получения агента для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от окислов азота на основе водного раствора карбамида (DGMK-Research Report 616-1. AdBlue as a Reducing Agent for the Decrease of NOx-Emissions from Diesel Engines of Commercial Vehicles, Hamburg: Deutsche Wissen-schaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle-DGMK, 2003, p.10; www.dgmk.de/downstream/report_616-1_e.pdf). Недостатком данного технического решения является то, что применение предварительно очищенного карбамида и обессоленной воды увеличивает стоимость конечного продукта. Кроме того, получаемый по данному способу раствор мочевины замерзает при -11,5°С, что не позволяет использовать его на территории России в зимнее время.

Наиболее близким техническим решением является способ получения комплексного реагента для очистки выхлопных газов от оксидов азота, включающий добавление противоморозных компонентов в водный раствор карбамида (US 20040103652, 03.06.2004). Однако при осуществлении данного способа используется готовый раствор карбамида в воде, что приводит к удорожанию конечного продукта. Качество готового реагента зависит от качества используемого готового раствора карбамида, так, срок годности готового водного раствора карбамида (из-за постоянного гидролиза карбамида) зависит от условий хранения: температуры, рН среды, материалов емкости для хранения. В качестве противоморозных добавок используют аммиак и аммиаксодержащие соединения. Однако содержание аммиака в комплексном реагенте не может превышать 0,2% по массе (согласно требованиям ISO 22241-2009), что дает низкую морозостойкость реагенту.

Известная установка для подготовки раствора карбамида, выбранная в качестве прототипа заявляемого устройства, содержит емкость для раствора карбамида, перемешивающее устройство для карбамида и воды, перемешивающее устройство для растворения противоморозного реагента (патент RU 2289471). Данная установка включает устройства, позволяющие осуществлять десорбцию и адсорбцию растворенных газов, что усложняет технологический процесс, повышает стоимость оборудования и, в конечном счете, приводит также к удорожанию конечного продукта.

Технической задачей заявляемого изобретения является создание комплексного реагента, обеспечивающего очистку выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от окислов азота, обладающего низкой температурой замерзания и антикоррозионными свойствами.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения комплексного реагента для очистки выхлопных газов от оксидов азота, включающем добавление противоморозных компонентов в водный раствор карбамида, согласно изобретению, предварительно осуществляют растворение сухого карбамида в воде, после чего перед добавлением противоморозных компонентов раствор карбамида очищают от солей методом электродиализа, в качестве противоморозных компонентов используют аммоний уксуснокислый или аммоний лимоннокислый и добавляют ингибиторы коррозии.

Поставленная задача достигается также тем, что установка для получения комплексного реагента для очистки выхлопных газов от окислов азота, включающая емкость для раствора карбамида, перемешивающее устройство для карбамида и воды, перемешивающее устройство для растворения противоморозного реагента, согласно изобретению, дополнительно снабжена аккумулятором водопроводной воды, емкостью для неочищенного раствора карбамида, установкой для электродиализа, емкостью для готового продукта, машиной для розлива в тару, при этом емкость для раствора карбамида служит емкостью для ингибиторов коррозии.

Заявляемая установка представлена на фиг.1. Установка содержит приемную емкость 1 для аккумулирования водопроводной воды, емкость 2, снабженную перемешивающим устройством, насос 3 для подачи воды из емкости 1 в емкость 2, емкость 4 для водного раствора карбамида, насос 5 для выгрузки раствора из емкости 2 в емкость 4, комплекс для электродиализной очистки воды 6, насос 7 для подачи раствора карбамида из емкости 4 в установку 6, емкость 8 для очищенного раствора карбамида, емкость 10, снабженную перемешивающим устройством, насос 11 для подачи раствора карбамида в емкость 10 из установки 6, насос 9 для выгрузки раствора карбамида из емкости 10 в емкость 8.

Заявляемая установка работает следующим образом. Из емкости 1 насосом 3 в емкость 2 подается водопроводная вода, количество которой отмеряется счетчиком, затем в емкость 2 подается расчетное количество карбамида при следующем соотношении компонентов: карбамид 5-35%, вода 65-75%. После завершения гомогенизации раствор насосом 5 перекачивается в накопительную емкость 4, откуда она отправляется насосом 7 на электродиализную очистку в комплекс 6, в это же время емкость 2 загружается водой и карбамидом снова, процесс непрерывен. Очищенный раствор карбамида после комплекса 6 насосом 11 перекачивается в емкость 10, количество отмеряется счетчиком. После чего в емкость 10 добавляются противоморозные добавки, в качестве которых используют аммоний уксуснокислый, аммоний лимоннокислый и ингибиторы коррозии, общее содержание которых составляет 5-15%. После полного растворения добавок насосом 9 раствор подается в емкость 8, откуда он подается в машину для разлива в тару. Полученный раствор транспортируют на автозаправочные станции, где его используют для заправки соответствующих устройств, установленных на автомобилях.

Использование в качестве противоморозных добавок аммония уксуснокислого и аммония лимоннокислого обуславливается тем, что данные реагенты сами являются нейтрализаторами окислов азота, а противоморозный эффект достигается высокой диссоциированностью данных солей в водном растворе. Массовое соотношение компонентов зависит от того, в какой климатической зоне России применяется реагент. Общее содержание карбамида с добавками в водном растворе реагента не должно превышать 35%. При температуре -15°С содержание карбамида составляет 25%, содержание добавок - 5%. Самая низкая температура замерзания раствора реагента достигается при следующем соотношении компонентов: карбамид 5%, противоморозные добавки 30%. Чем ниже температура воздуха, тем выше содержание добавок.

Добавление ингибиторов коррозии осуществляется для замедления коррозии металла глушителя, вызванного действиями раствора отходящих газов в конденсате и неразложившегося водного раствора карбамида. Ингибитор адсорбируется на металле, что приводит к снижению воздействия агрессивной среды на металл глушителя.

Электродиализная очистка раствора карбамида представлена на схеме 1. Установка для электродиализа представляет собой аппарат непрерывного действия с постоянной подачей исходного раствора и сливом разделенных концентрата и дилуата (в данном случае обессоленного раствора карбамида).

Раствор карбамида поступает в электродиализный аппарат комплекса 6, разделенный перегородками из полупроницаемых мембран, свободно пропускающих раствор и задерживающих ионы солей. Через раствор пропускают постоянный электрический ток, который приводит ионы растворенных солей в движение. Противоположно заряженные ионы движутся в противоположные стороны, задерживаются на мембране, соответствующей их заряду, и остаются в полости между двумя мембранами. Результатом такого «просеивания» ионов является изменение концентрации раствора между соседними парами мембран - между одной парой происходит ее повышение, между соседними к этой паре - понижение.

Применение в заявляемом способе дешевого технического карбамида (неочищенного) и водопроводной воды (необессоленной) делает себестоимость готового продукта ниже себестоимости аналогов. Применение электродиализной очистки сокращает время технологического процесса.

Использование заявляемого способа и устройства позволяет снизить токсичность отработавших газов легковых и коммерческих автомобилей с дизельными двигателями благодаря эффективной системе нейтрализации отработанных газов. Содержащиеся в отработанных газах оксиды азота (NO_x) в катализаторе восстановления автомобиля превращаются в азот (N₂) и воду (Н₂О) благодаря непрерывному впрыскиванию раствора карбамида в поток отработавших газов перед катализатором.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Водопроводная вода из аккумуляторной емкости 1 насосом 3 перекачивается в емкость 2, снабженную перемешивающим устройством, для растворения неочищенного карбамида. После гомогенизации раствор перекачивается насосом 5 в накопительную емкость 4, из которой подается на электродиализную очистку в установку 6. Очищенный раствор карбамида после установки 6 перекачивается в емкость 10, снабженную перемешивающим устройством, а также туда подаются противоморозные добавки и ингибиторы коррозии. После полного растворения добавок раствор подается в емкость для готового продукта 8, откуда подается в машину для розлива в тару. В качестве противоморозных реагентов используют аммоний уксуснокислый или аммоний лимоннокислый. Предложенное изобретение позволяет получить комплексный реагент, применяемый в качестве агента для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от окислов азота и обладающий низкой температурой замерзания. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ получения комплексного реагента для очистки выхлопных газов от оксидов азота, включающий добавление противоморозных компонентов в водный раствор карбамида, отличающийся тем, что предварительно осуществляют растворение сухого карбамида в воде, после чего перед добавлением противоморозных компонентов раствор карбамида очищают от солей методом электродиализа, в качестве противоморозных компонентов используют аммоний уксуснокислый или аммоний лимоннокислый, а также тем, что добавляют ингибиторы коррозии.

2. Установка для получения комплексного реагента для очистки выхлопных газов от оксидов азота, включающая емкость для раствора карбамида и емкость с перемешивающим устройством для смешения раствора карбамида с противоморозным реагентом, отличающаяся тем, что установка дополнительно снабжена емкостью для растворения карбамида в воде с перемешивающим устройством, аккумулятором водопроводной воды, установкой для электродиализа, емкостью для готового продукта и машиной для разлива в тару, при этом емкость с перемешивающим устройством для смешения раствора карбамида с противоморозным реагентом служит емкостью и для ингибиторов коррозии.