一种连续生产低缩二脲车用尿素溶液的装置的制作方法

本实用新型属于车用尿素技术领域，具体涉及一种连续生产低缩二脲车用尿素溶液的装置。

背景技术：

柴油车为了满足国iv排放标准，需要采用选择性催化还原(scr)技术来处理柴油车尾气，柴油车尾气处理液可以将柴油发动机尾气中的氮氧化物转化为氮气，减少对大气的污染。柴油车尾气处理液由32.5％的车用尿素和67.5％的高纯水组成，国标gb29518-2013《柴油发动机氮氧化物还原剂尿素水溶液(aus32)》中要求尿素水溶液中钠、镁、铝、钾、钙、铁的含量≤0.5ppm，镍、铜、铬、锌≤0.2ppm，同时还要求缩二脲含量≤0.3wt％；缩二脲是尿素合成过程中的副产物，缩二脲含量偏高会对柴油车尾气处理系统产生不利影响，目前，车用尿素溶液生产主要是通过车用尿素颗粒进行溶解，配制成尿素含量为32.5％的车用尿素溶液，该车用尿素颗粒生产方法与农业用尿素生产工艺相同，生产过程中需要经过一段蒸发、二段蒸发然后进行造粒，在蒸发过程中，会有较多的缩二脲生成，目前车用尿素颗粒的缩二脲含量普遍在0.75以上，配制成的车用尿素溶液缩二脲含量在0.25％以上，距离国家标准0.3％较近。且根据研究发现，缩二脲含量的高低与柴油车scr系统喷嘴堵塞存在联系；另外，如前文所述，采用水溶解车用尿素颗粒的方式，溶解速度过慢，如不进行加热则需要6-8个小时，如采用加热的方式则至少需要1小时，其溶解效率低且无法实现大规模连续生产，更无法保证车用尿素溶液符合国家的相关标准。

技术实现要素：

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种利用预蒸发后的浓度在85％的尿素溶液直接配制车用尿素溶液，利用了其中的水分，相比颗粒溶液配制车用尿素溶液，省去了一段蒸发和二段蒸发，避免了缩二脲的生成，能够实现将缩二脲含量控制在0.16％以下，使车用尿素溶液的质量得到明显提高，且符合国家相关的节能减排政策和能够适用于连续大规模生产的一种连续生产低缩二脲车用尿素溶液的装置。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：包括尿素合成高压圈单元，尿素合成高压圈单元中的汽提塔底部的液相出口与尿素合成中低压单元中的中压闪蒸罐液相进口相连，尿素合成中低压单元中预蒸发器的出液口与配液槽的第一进液口相连，配液槽顶部的第二进液口与脱盐水管道相连，配液槽底部的出液口通过产品输送泵、三通以及第三调节阀与产品储罐相连；所述的三通第三端通过第四调节阀与配液槽的第三进液口相连；所产品输送泵和三通之间的管道上设有温度传感器和质量流量计；所述预蒸发器的出液口与配液槽之间设有电磁流量计和第一调节阀；所述脱盐水管道上设有涡街流量计和第二调节阀。

优选地，所述温度传感器、质量流量计、电磁流量计、涡街流量计分别与plc控制系统的信号输入端相连，plc控制系统的信号输出端分别与第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀以及第四调节阀相连。

优选地，所述尿素合成高压圈单元包括汽提塔，汽提塔下部与二氧化碳气体管道相连，汽提塔顶部的气相出口通过管道与高压甲铵冷凝器的第一进口相连，高压甲铵冷凝器的第二进口与高压喷射器的出口相连，高压喷射器的第一进口通过氨泵与氨管道相连，高压喷射器的第二进口与高压甲铵洗涤器的液相出口相连，高压甲铵冷凝器的液相出口和气相出口分别与尿素合成塔的进口相连，尿素合成塔顶部的气相出口与高压甲铵洗涤器的进口相连，尿素合成塔底部的液相出口与汽提塔上部的原料进口相连，汽提塔底部的液相出口与尿素合成中低压单元相连。

优选地，所述尿素合成中低压系统包括与汽提塔底部的液相出口相连的中压闪蒸罐，中压闪蒸罐底部的液相出口与精馏塔的进口相连，精馏塔的液相出口与预蒸发器相连；中压闪蒸罐的气相出口和精馏塔的气相出口分别与低压甲铵冷凝器的进口相连，低压甲铵冷凝器的气相出口和预蒸发器的气相出口分别与低压吸收塔的进口相连，低压吸收塔的顶部设有气相放空管道，低压吸收塔的底部液相出口与碳氨液槽相连。

本实用新型利用预蒸发后的浓度在85％的尿素溶液直接配制车用尿素溶液，利用了其中的水分，相比颗粒溶液配制车用尿素溶液，省去了一段蒸发和二段蒸发，避免了缩二脲的生成，能够实现将缩二脲含量控制在0.16％以下，使车用尿素溶液的质量得到明显提高，且符合国家相关的节能减排政策和能够适用于连续大规模生产的优点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型中尿素合成高压圈单元的结构示意图。

图3为本实用新型中尿素合成中低压单元的结构示意图。

图4为本实用新型的控制原理图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部件。为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。

如图1、2、3、4所示，本实用新型为一种连续生产低缩二脲车用尿素溶液的装置，包括尿素合成高压圈单元29，尿素合成高压圈单元29中的汽提塔1底部的液相出口与尿素合成中低压单元28中的中压闪蒸罐3液相进口相连，尿素合成中低压单元28中预蒸发器4的出液口与配液槽5的第一进液口相连，配液槽5顶部的第二进液口与脱盐水管道6相连，配液槽5底部的出液口通过产品输送泵7、三通以及第三调节阀8与产品储罐9相连；所述的三通第三端通过第四调节阀10与配液槽5的第三进液口相连；所产品输送泵7和三通之间的管道上设有温度传感器11和质量流量计12；所述预蒸发器4的出液口与配液槽5之间设有电磁流量计13和第一调节阀14；所述脱盐水管道6上设有涡街流量计15和第二调节阀16。

优选地，所述温度传感器11、质量流量计12、电磁流量计13、涡街流量计15分别与plc控制系统2的信号输入端相连，plc控制系统2的信号输出端分别与第一调节阀14、第二调节阀16、第三调节阀8以及第四调节阀10相连。

优选地，所述尿素合成高压圈单元29包括汽提塔1，汽提塔1下部与二氧化碳气体管道17相连，汽提塔1顶部的气相出口通过管道与高压甲铵冷凝器18的第一进口相连，高压甲铵冷凝器18的第二进口与高压喷射器19的出口相连，高压喷射器19的第一进口通过氨泵20与氨管道相连，高压喷射器19的第二进口与高压甲铵洗涤器21的液相出口相连，高压甲铵冷凝器18的液相出口和气相出口分别与尿素合成塔22的进口相连，尿素合成塔22顶部的气相出口与高压甲铵洗涤器21的进口相连，尿素合成塔22底部的液相出口与汽提塔1上部的原料进口相连，汽提塔1底部的液相出口与尿素合成中低压单元28相连。

优选地，所述尿素合成中低压系统包括与汽提塔1底部的液相出口相连的中压闪蒸罐3，中压闪蒸罐3底部的液相出口与精馏塔23的进口相连，精馏塔23的液相出口与预蒸发器4相连；中压闪蒸罐11的气相出口和精馏塔23的气相出口分别与低压甲铵冷凝器24的进口相连，低压甲铵冷凝器24的气相出口和预蒸发器4的气相出口分别与低压吸收塔25的进口相连，低压吸收塔25的顶部设有气相放空管道26，低压吸收塔25的底部液相出口与碳氨液槽27相连。

一种连续生产低缩二脲车用尿素溶液的装置的生产工艺，包括如下步骤：

步骤一：经过压缩的二氧化碳从汽提塔1的下部导入，二氧化碳在汽提塔1内与尿素合成塔22中出来的合成塔反应液逆流接触，合成塔反应液中过剩氨及未转化的甲铵被汽提蒸出和分解，分解气从汽提塔1顶部的气相出口排出进入高压甲铵冷凝器18顶部的第一进口；所述分解气包括体积分数为32.5％的二氧化碳，60.4％的氨，6.1％的水，1％的氨气和氧气；

步骤二：氨泵20中的液氨和高压甲铵洗涤器21中的甲铵液混合后进入高压甲铵冷凝器18的顶部的第二进口，并与步骤一中的绝压为14.1mpa的分解气进行混合，混合后在高压甲铵冷凝器18内合成甲铵；

步骤三：甲铵通过高压甲铵冷凝器18的液相出口和气相出口分两路进入尿素合成塔22中，完成甲铵脱水，并生成尿素；所述尿素合成塔22内的温度为：183℃-185℃，压力为：13.8mpa-14.2mpa；

步骤四：尿素合成塔22内的气体通过尿素合成塔22顶部的气相出口和高压甲铵洗涤器21的进口进入高压甲铵洗涤器21内，气相在高压甲铵洗涤器21内洗涤后进入低压吸收段被甲铵液冷凝吸收，液相通过高压喷射器19的第二进口进入高压喷射器19内；所述尿素合成塔22内的气体温度为183℃-185℃；其主要成分为：氨、二氧化碳、氨基甲酸铵和尿素；

步骤五：尿素合成塔22内的液相通过汽提塔1上部的原料进口进入汽提塔1内，合成塔反应液中过剩氨及未转化的甲铵被汽提蒸出和分解，液相得到提纯后进入尿素合成中低压单元28中的中压闪蒸罐3内；

步骤六：对中压闪蒸罐3内的液相进行闪蒸，闪蒸后的液相从170℃降到107℃后进入精馏塔23内；

步骤七：对进入精馏塔23内的液相进行精馏提纯，精馏提纯后的液相进入预蒸发器4；精馏提纯后的气相进入低压甲铵冷凝器24中进行冷凝处理；

步骤八：对进入预蒸发器4的液相进行进一步提纯，提纯后的尿素溶液通过配液槽5的第一进液口进入配液槽5内；提纯后的气相和步骤七中低压甲铵冷凝器24冷凝后的气相共同进入低压吸收塔25内，吸收后的气相通过气相放空管道26进行放空处理，吸收后的液相进入与碳氨液槽27内；所述进入配液槽5内的尿素溶液质量浓度为70-85％；

步骤九：开车时，尿素溶液进入配液槽5，此时第三调节阀8处于关闭状态，产品输送泵7和第四调节阀10处于开启状态，尿素溶液通过产品输送泵7、三通的第三端、第四调节阀10和配液槽5的第三进液口进入配液槽5内，上述过程中温度传感器11检测尿素溶液的温度w1，质量流量计12检测尿素溶液的密度ρ1，并将上述温度w1和密度ρ1传输至plc控制系统2，通过温度w1和密度ρ1得出尿素溶液浓度v1，此时尿素溶液浓度v1大于目标浓度v0，plc控制系统2控制第二调节阀16调节开度，脱盐水管道6中的脱盐水进入配液槽5中，使尿素溶液浓度v1接近目标浓度v0；

步骤十：正常运行时，尿素溶液浓度v1接近目标浓度v0，电磁流量计13实时监测尿素溶液的流量，涡街流量计15实时监测脱盐水的流量，并将尿素溶液的流量以及脱盐水的流量反馈至plc控制系统2中，plc控制系统2控制第一调节阀14和第二调节阀16，使尿素溶液浓度v1在理论上等于目标浓度v0；

步骤十一：在步骤十运行的过程中产品输送泵7始终处于运行状态，温度传感器11实时检测尿素溶液的温度w2，质量流量计12实时检测尿素溶液的密度ρ2，并将上述温度w2和密度ρ2传输至plc控制系统2，通过温度w2和密度ρ2得出尿素溶液的实际浓度v2；

步骤十二：当实际浓度v2等于目标浓度v0时，plc控制系统2控制第三调节阀8打开，使配液槽5中的车用尿素溶液进入产品储罐9内；

步骤十三：当实际浓度v2大于目标浓度v0时，pcl控制系统13控制第二调节阀16开度调大，至实际浓度v2等于目标浓度v0时，pcl控制系统13控制第三调节阀8打开，使配液槽5中的车用尿素溶液进入产品储罐9内；

步骤十四：当实际浓度v2小于目标浓度v0时，plc控制系统2控制第二调节阀16开度调小，至实际浓度v2等于目标浓度v0时，plc控制系统2控制第三调节阀8打开，使配液槽5中的车用尿素溶液进入产品储罐9内；

步骤十五：上述步骤九至步骤十四的运行过程中，第一调节阀14和第二调节阀16始终处于开启状态；

步骤十六：上述步骤十二至步骤十四的运行过程中，实际浓度v2不等于目标浓度v0时，plc控制系统2控制第三调节阀8关闭；并重复上述步骤十一至步骤十四。

优选地，所述步骤九中plc控制系统2控制第二调节阀16调节开度，使尿素溶液浓度v1接近目标浓度v0，尿素溶液浓度v1为31.8％-33.3％，目标浓度v0为32.5％。

优选地，所述尿素溶液浓度v1为31.8％-33.3％时，相对应的尿素溶液的温度w1为25℃，相对应的尿素溶液的密度ρ1为1087.0kg/m³-1093.0kg/m³；目标浓度v0为32.5％时，相对应的尿素溶液的温度为25℃，相对应的尿素溶液的密度为1089.8kg/m³。

优选地，所述步骤十中尿素溶液浓度v1在理论上等于目标浓度v0，是指以电磁流量计13计量的尿素溶液的量为基准，调节第二调节阀16的开度，使电磁流量计13检测的尿素溶液的量与涡街流量计15检测的脱盐水的量之比为32.5∶67.5。

优选地，所述步骤九中脱盐水的阻率值大于18mω.cm。

车用尿素溶液在使用过程中普遍反映有尿素溶液堵喷头问题，经多次研究并分析发现其与车用尿素溶液中缩二脲含量较高存在着直接的关系，缩二脲含量的生成原因主要有以下几点：1、一段蒸发和二段蒸发的时进行蒸发浓缩，蒸发温度在135℃-140℃，在这个浓度和温度下，易生成大量的缩二脲；2、尿素溶液在设备内停留时间过长；3、尿素溶液传输距离过大；而本实用新型使通过预蒸发器4的尿素溶液直接配液槽5内配制车用尿素溶液，不仅节约了一段蒸发和二段蒸发使所消耗的能耗，且能够有效避免缩二脲生成的各种原因，为制备低含量缩二脲的车用尿素溶液打下了良好的基础；但上述方法同样存在着技术难题，即进入配液槽5内的尿素溶液中尿素的量不固定，当尿素的量不固定时无法确定加入水的量；而本实用新型正是克服了该技术难题，通过检测配置的车用尿素溶液的密度以及温度来确定车用尿素溶液质量浓度，从而确定加入水的量，以达到配制合格车用尿素的目的；根据研究发现，车用尿素溶液为尿素水溶液，在一定温度下，其密度值的大小与尿素含量的多少成线性关系，而就目前的现状来说在线检测尿素含量难度较大，通过大量数据分析与采集，以及对温度、密度、浓度三者关系的研究，最终建立了关于温度、密度、浓度三者相互关联的数据库，并将数据库记录至plc控制系统2内，用于对采集的数据进行对比，以达到实时监测车用尿素溶液质量浓度的目的，本实用新型使用电磁流量计13记录尿素溶液的量，通过涡街流量计15以及第二调节阀16来控制和记录脱盐水的量，使上述尿素溶液以及脱盐水的量之比为32.5∶67.5，由于尿素溶液中含有水，因此，此时配制的车用尿素溶液理论浓度与实际浓度存在偏差，即车用尿素溶液理论浓度大于实际浓度，本实用新型使用产品输送泵7、温度传感器11、质量流量计12、三通第三端、第四调节阀10和配液槽5的第三进液口构成的循环管路能够起到如下作用：1、对车用尿素进行散热，使其温度变为常温；2、使车用尿素混合更加均匀，以利于快速稀释；3、对配制过程中的车用尿素溶液的密度以及温度进行实时在线检测。通过上述对配制过程中的车用尿素溶液的密度以及温度进行实时在线检测，以确定车用尿素溶液的实际浓度，plc控制系统2通过检测实际浓度来确定脱盐水的加入量，并控制第二调节阀16进行微调，以达到产生合格车用尿素的目的；需要注意的是，以温度为25℃为例，尿素溶液的密度为1089.8kg/m³时，对应的尿素浓度为32.5％；尿素溶液的密度为1087.0kg/m³时，对应的尿素浓度为31.8％；尿素溶液的密度为1093.0kg/m³时，对应的尿素浓度为33.3％；根据国家的相关标准可知，车用尿素溶液的浓度为31.8％-33.3％时均为合格的车用尿素，所以出现步骤十三和步骤十四的状况时，不影响车用尿素的品质；传统的车用尿素配制，是采用车用尿素颗粒在水中溶解的方式，车用尿素颗粒在生产制备的过程中需要经过一段蒸发和二段蒸发，上述蒸发的过程中不仅耗费能量且易产生缩二脲，在车用尿素颗粒的溶解过程中还需要再次加热，并且由于溶解时间过长无法实现连续生产；而采用本实用新型能够降低能源消耗，避免缩二脲产生，直接将预蒸发器4中的尿素溶液制备成为合格的车用尿素溶液，能够实现连续混配，进一步的能够实现车用尿素溶液的大规模生产。需要注意的是，本实用新型如无特殊说明的情况下，浓度指的为质量浓度。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。