Способ и установка для подготовки раствора карбамида

Способ и установка для подготовки раствора карбамида

Реферат

Изобретение относится к способу и установке для подготовки раствора карбамида, применяемого в качестве агента для очистки от окислов азота выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания (в первую очередь, автомобильных).

Известна технология селективного каталитического восстановления окислов азота до элементарного азота в выхлопных газах автомобилей (SCR - Selective Catalytic Reduction) при добавлении в поток выхлопных газов водного раствора карбамида, содержащего в среднем 32,5 % карбамида (состав соответствует нормам DIN V 70 070/2003), из специальной емкости, устанавливаемой на автомобиле ("Международные автомобильные перевозки", 2004, №4 (56)). Указанный раствор производится рядом европейских фирм, являющихся промышленными производителями карбамида, например под названиями AdBlue (фирма BASF), Air1 (фирма Yara).

Известен способ получения раствора карбамида, предназначенного для очистки выхлопных газов двигателей, путем растворения твердого карбамида в обессоленной воде (DGMK-Research Report 616-1. AdBlue as a Reducing Agent for the Decrease of NO_x-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). При использовании в этом способе наиболее доступного приллированного или гранулированного карбамида с размером частиц 2-4 мм растворение происходит достаточно медленно и связано со значительными энергетическими затратами, так как растворение карбамида в воде сопровождается поглощением тепла.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является известный способ подготовки раствора карбамида, предназначенного для очистки выхлопных газов двигателей, включающий разбавление водного раствора карбамида, образующегося в процессе его производства, обессоленной водой до нужной концентрации (Yara-Brenntag Press Release, Hannover, 22.09.2004; www.airl.info/doc/PR_Yara_Brenntag_Air1_en_04.pdf) Исходный раствор карбамида, как правило, имеет концентрацию 60-70%, хотя на некоторых стадиях производства образуются и менее концентрированные растворы, например 40-50%. Полученный в результате разбавления раствор требуемой концентрации транспортируют на автозаправочные станции, где его используют для заправки соответствующих устройств, установленных на автомобилях. При хранении растворов карбамида в них протекают процессы гидролиза, сопровождающиеся снижением содержания карбамида и накоплением растворенного аммиака, чрезмерное присутствие которого в растворе нежелательно с точки зрения безопасности водителей и пассажиров автомобилей. Эти процессы могут вывести качество раствора за допустимые пределы (не менее 31,8% мас. карбамида и не более 0,2% мас. аммиака по DIN V 70 070/2003).

Из существа этого известного способа вытекает, что наиболее близкой к предложенной является необходимая для его реализации установка для подготовки раствора карбамида, предназначенного для очистки выхлопных газов двигателей, включающая емкость исходного раствора карбамида, полученного в процессе его производства, аппарат с перемешивающим устройством, средства для подачи раствора карбамида из емкости исходного раствора карбамида в аппарат с перемешивающим устройством и средства для подачи обессоленной воды в аппарат с перемешивающим устройством (Yara-Brenntag Press Release, Hannover, 22.09.2004). При хранении раствора карбамида в емкости, как указано выше, в нем протекают нежелательные процессы гидролиза карбамида.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании способа и установки, позволяющих в любой момент предоставлять потребителям раствора карбамида, использующим его в качестве агента для очистки от окислов азота выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, продукт, полностью отвечающий всем техническим требованиям.

Для решения поставленной задачи предложен способ подготовки раствора карбамида, предназначенного для очистки выхлопных газов двигателей, включающий разбавление обессоленной водой до нужной концентрации раствора, образующегося в процессе производства карбамида, отличающийся тем, что после разбавления десорбируют растворенные газы из раствора при его продувке воздухом с последующим поглощением примесей из воздуха твердым адсорбентом.

Для решения этой задачи предложена также установка для подготовки раствора карбамида, предназначенного для очистки выхлопных газов двигателей, включающая емкость исходного раствора карбамида, аппарат с перемешивающим устройством, десорбер, адсорбер, средства для подачи раствора карбамида из емкости исходного раствора карбамида в аппарат с перемешивающим устройством, средства для подачи обессоленной воды в аппарат с перемешивающим устройством, средства для подачи раствора карбамида из аппарата с перемешивающим устройством в десорбер, средства для подачи воздуха в десорбер, средства для подачи воздуха из десорбера в адсорбер.

Техническим результатом, который может быть получен при использовании изобретения, является поддержание постоянства показателей качества раствора карбамида, предназначенного для очистки выхлопных газов двигателей.

В случае, если климатические условия в местности, где осуществляется изобретение, таковы, что окружающая температура может оказаться ниже -11°С (температура кристаллизации раствора карбамида концентрацией 32,5% мас.), предложенный способ может быть дополнен стадией добавления агента для понижения температуры замерзания к раствору карбамида, а предложенная установка - средствами для подачи агента для понижения температуры замерзания в емкость исходного раствора карбамида и/или аппарат с перемешивающим устройством.

Сущность изобретения иллюстрируется приложенным чертежом, на котором изображена схема конкретного воплощения предлагаемой установки, осуществляющей предложенный способ.

В соответствии с чертежом установка включает приемную емкость 1 для раствора карбамида, аппарат 2, снабженный перемешивающим устройством, десорбер 3, снабженный устройствами для нагрева и массообмена, адсорбер 4, насос 5 для подачи раствора карбамида из емкости 1 в аппарат 2, насос 6 для подачи раствора карбамида из аппарата 2 в десорбер 3, насос 7 для рециркуляции раствора карбамида из десорбера 3 в аппарат 2, трубопровод 8 для подачи раствора карбамида в емкость 1, трубопровод 9 для подачи в емкость 1 и аппарат 2 агента для понижения температуры замерзания, трубопровод 10 для подачи обессоленной воды из резервуара (на чертеже не показан) в аппарат 2, трубопровод 11 для подачи воздуха в десорбер 3, трубопровод 12 для подачи воздуха из десорбера 3 в адсорбер 4, трубопровод 13 для передачи раствора карбамида в устройство для заправки автомобилей, трубопровод 14 для выпуска в атмосферу воздуха из адсорбера 4, средства для подвода (в случае необходимости) тепла в десорбер 3 в виде трубопровода 15 для подачи острого пара.

Установка, схема которой изображена на чертеже, в непрерывном режиме работает следующим образом. В приемную емкость 1 по трубопроводу 8 вводят раствор карбамида, поступающий от производителей карбамида, например, в автоцистернах. Для этой цели может быть использован раствор концентрацией 60-70%, образующийся в основной технологической линии производства карбамида. Предпочтительным, однако, является использование раствора концентрацией 40-50%, который в процессе производства карбамида образуется, например, на стадии очистки воздуха, выходящего из аппаратов для гранулирования и охлаждения конечного продукта, от пыли карбамида. Из емкости 1 раствор насосом 5 по мере необходимости подают в аппарат 2, поддерживая в нем постоянный уровень раствора. В аппарат 2 по трубопроводу 10 подают обессоленную воду в количестве, необходимом для поддержания требуемой концентрации карбамида в растворе (31,8÷33,3% мас.), а также, при необходимости, по трубопроводу 9 - агент для понижения температуры замерзания, который можно подавать также в приемную емкость 1. В качестве обессоленной воды может быть использована, например, вода, очищенная с помощью ионообменных смол, или паровой конденсат. В качестве агента для понижения температуры замерзания могут быть использованы этанол, моноэтаноламин и другие органические жидкости. Раствор в аппарате 2 постоянно перемешивается и циркулирует с помощью насосов 6 и 7 через аппарат 2 и десорбер 3. В десорбер 3 по трубопроводу 11 подают воздух и при необходимости, с помощью пара, подаваемого по трубопроводу 15, поддерживают в нем, в зависимости от конкретных условий, температуру до 100°С. В процессе продувки раствора карбамида воздухом и паром на массообменных устройствах (насадка, тарелки) растворенные аммиак и диоксид углерода удаляются из раствора в токе воздуха, который по трубопроводу 12 поступает из десорбера 3 в адсорбер 4, где аммиак поглощается слоем твердого сорбента (например, активированного угля), а воздух с примесью диоксида углерода по трубопроводу 14 выводится в атмосферу. Готовый раствор карбамида нужного качества поступает в устройство для заправки автомобилей по трубопроводу 13.

Описанная установка может работать также в периодическом режиме. В этом случае готовый раствор карбамида нужного качества направляют в устройство для заправки автомобилей (или иному потребителю) непосредственно из десорбера 3.

1. Способ подготовки раствора карбамида, предназначенного для очистки выхлопных газов двигателей, включающий разбавление обессоленной водой до нужной концентрации раствора, образующегося в процессе производства карбамида, отличающийся тем, что после разбавления десорбируют растворенные газы из раствора при его продувке воздухом с последующим поглощением примесей из воздуха твердым адсорбентом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что к раствору добавляют агент для понижения температуры замерзания.

3. Установка для подготовки раствора карбамида, предназначенного для очистки выхлопных газов двигателей, включающая емкость исходного раствора карбамида, аппарат с перемешивающим устройством, десорбер, адсорбер, средства для подачи раствора карбамида из емкости исходного раствора карбамида в аппарат с перемешивающим устройством, средства для подачи обессоленной воды в аппарат с перемешивающим устройством, средства для подачи раствора карбамида из аппарата с перемешивающим устройством в десорбер, средства для подачи воздуха в десорбер, средства для подачи воздуха из десорбера в адсорбер.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средства для подачи агента для понижения температуры замерзания в емкость исходного раствора карбамида и/или аппарат с перемешивающим устройством.