CN116407946B - 一种低温车用尾气处理液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温车用尾气处理液及其制备方法，涉及机动车尾气处理技术领域，处理液包括以下按重量百分比计的成分：超纯水、车用级高纯尿素、聚丙烯酰胺、聚乙二醇以及甲基膦酸二甲酯。本发明车用尾气处理液中所使用的聚丙烯酰胺、聚乙二醇、甲基膦酸二甲酯，易水解，且呈中性，不会对处理液容器造成腐蚀，能够对尿素溶液体系起到良好的稳定作用，能够替代甲醇作为防冻剂，以提高车用尿素溶液冰点。聚丙烯酰胺、聚乙二醇200、甲基膦酸二甲酯的协同使用，能够将防冻剂的用量降低至15％以下，降低了成本，而且聚丙烯酰胺、聚乙二醇200、甲基膦酸二甲酯三种成分性质稳定，无挥发性，不易燃易爆，大大提高了尾气处理液的使用安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及机动车尾气处理技术领域，具体是涉及一种低温车用尾气处理液及其制备方法。
背景技术
伴随着环保制度越来越严，车用尾气处理液也逐渐成了国六柴油车司机的刚需品，车用尾气处理液俗称为：汽车尿素、车用尿素、汽车环保尿素、车用脱硝剂，而叫的最普遍的就是车用尿素。车用尿素溶液的纯度和洁净度要求较高，相对于工业尿素，缩二脲、不溶物、铁、硫化物、氯化物等的含量都有严格的要求。在汽车上有一个单独的容器来存储车用尿素溶液，在使用过程中，尿素溶液中不可再添加水和柴油。发动机工作时，SCR系统的电子计量泵根据发动机运行参数和催化剂温度信号，把处理液罐中的尾气处理液适量的喷射到排气管中，在200-500℃的高温作用下，处理液中的尿素就会水解，生成二氧化碳和氨气，氨气与含有氮氧化物的尾气混合，进入催化还原器中，在催化剂作用下发生化学反应，形成氮气和水，再经过催化过滤器的吸附和过滤后，排放到大气中。
目前车用尿素溶液一般由32.5％高纯尿素和67.5％的超纯水组成。这个浓度的尿素溶液结晶点最低，在低于-11℃的时候会结晶，为此，市面出现了防冻型车用尿素溶液，其溶液中添加了10-15％甲醇，能够使得车用尿素溶液结晶点提升至-20℃，但此该种尿素溶液在北方冬季寒冷天气下的使用依然受到限制。并且甲醇具有较强的挥发性和易燃易爆性质，因此在实际加工及使用过程中存在着较大的安全隐患。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明目的在于提供一种低温车用尾气处理液及其制备方法，旨在提高处理液的结晶凝固点及加工使用安全性。
为了实现上述目的，本发明提出的低温车用尾气处理液包括：包括以下按重量百分比计的成分：超纯水52.9％～56.5％、车用级高纯尿素32.5％、聚丙烯酰胺5.3％～6.5％、聚乙二醇3.6％～4.8％、甲基膦酸二甲酯2.1％～3.3％。
进一步地，所述低温车用尾气处理液包括以下按重量百分比计的成分：超纯水56.5％、车用级高纯尿素32.5％、聚丙烯酰胺5.3％、聚乙二醇3.6％、甲基膦酸二甲酯2.1％。
进一步地，所述低温车用尾气处理液包括以下按重量百分比计的成分：超纯水55.6％、车用级高纯尿素32.5％、聚丙烯酰胺5.6％、聚乙二醇3.9％、甲基膦酸二甲酯2.4％。
进一步地，所述低温车用尾气处理液包括以下按重量百分比计的成分：超纯水54.7％、车用级高纯尿素32.5％、聚丙烯酰胺5.9％、聚乙二醇4.2％、甲基膦酸二甲酯2.7％。
进一步地，所述低温车用尾气处理液包括以下按重量百分比计的成分：超纯水53.8％、车用级高纯尿素32.5％、聚丙烯酰胺6.2％、聚乙二醇4.5％、甲基膦酸二甲酯3.0％。
进一步地，所述低温车用尾气处理液包括以下按重量百分比计的成分：超纯水52.9％、车用级高纯尿素32.5％、聚丙烯酰胺6.5％、聚乙二醇4.8％、甲基膦酸二甲酯3.3％。
进一步地，所述超纯水在25℃条件下的电阻率限定为不小于18.25MΩ·cm。
优选地，所述聚乙二醇的分子量为200。
另外，本发明实施例还提出了所述低温车用尾气处理液的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量百分比取超纯水、车用级高纯尿素白色粉末、白色的聚丙烯酰胺粉末、无色聚乙二醇液体、无色甲基膦酸二甲酯液体；
(2)在乳化罐中加入超纯水，并将超纯水加热至20℃，在持续搅拌下，缓慢向乳化罐中加入车用级高纯尿素白色粉末，以升温速率为2℃/min加热至32℃并保持；
(3)待乳化罐内尿素完全溶解并形成清亮溶液后，再向清亮溶液中缓慢加入白色的聚丙烯酰胺粉末，以升温速率为2℃/min加热至38℃并保持；
(4)待乳化罐内聚丙烯酰胺粉末完全溶解并形成清亮溶液后，再依次向清亮溶液中加入无色聚乙二醇液体、无色甲基膦酸二甲酯液体，搅拌混匀后，待乳化罐自然降温至室温；
(5)最后将混合溶液再经0.6μm、0.5MPa的滤芯压力过滤后即得所述处理液。
本发明的低温车用尾气处理液具有如下的有益效果：本发明的车用尾气处理液结晶凝固点低，抗冻性好，相比现有技术效果提升显著，且尾气排放要求能够达到国V标准，不易挥发、不易燃易爆，存储时间长，安全环保耐用可靠；
具体的，本发明车用尾气处理液中所使用的聚丙烯酰胺、聚乙二醇200、甲基膦酸二甲酯，易水解，且呈中性，不会对处理液容器造成腐蚀，能够对尿素溶液体系起到良好的稳定作用，能够替代甲醇作为防冻剂，以提高车用尿素溶液冰点。同时，聚丙烯酰胺、聚乙二醇200、甲基膦酸二甲酯的协同使用，能够将防冻剂的用量降低至15％以下，降低了成本，而且聚丙烯酰胺、聚乙二醇200、甲基膦酸二甲酯三种成分性质稳定，无挥发性，不易燃易爆，大大提高了尾气处理液的使用安全性能；本发明的车用尾气处理液能够达到柴油车尾气排放国V标准，且能够在-34℃的严寒天气中使用而不结晶冻结，能够广泛应用于北方地区。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明实施例5车用尾气处理液结晶凝固点的时间-温度曲线图；
图2是本发明实施例1-7车用尾气处理液结晶凝固点温度曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
本实施例1公开了一种低温车用尾气处理液，包括以下按重量百分比计的成分：超纯水56.5％、车用级高纯尿素32.5％、聚丙烯酰胺5.3％、聚乙二醇3.6％、甲基膦酸二甲酯2.1％。
实施例2
本实施例2公开了一种低温车用尾气处理液，包括以下按重量百分比计的成分：超纯水55.6％、车用级高纯尿素32.5％、聚丙烯酰胺5.6％、聚乙二醇3.9％、甲基膦酸二甲酯2.4％。
实施例3
本实施例3公开了一种低温车用尾气处理液，包括以下按重量百分比计的成分：超纯水54.7％、车用级高纯尿素32.5％、聚丙烯酰胺5.9％、聚乙二醇4.2％、甲基膦酸二甲酯2.7％。
实施例4
本实施例4公开了一种低温车用尾气处理液，包括以下按重量百分比计的成分：超纯水53.8％、车用级高纯尿素32.5％、聚丙烯酰胺6.2％、聚乙二醇4.5％、甲基膦酸二甲酯3.0％。
实施例5
本实施例5公开了一种低温车用尾气处理液，包括以下按重量百分比计的成分：超纯水52.9％、车用级高纯尿素32.5％、聚丙烯酰胺6.5％、聚乙二醇4.8％、甲基膦酸二甲酯3.3％。
实施例6
本实施例6公开了一种低温车用尾气处理液，包括以下按重量百分比计的成分：超纯水52.0％、车用级高纯尿素32.5％、聚丙烯酰胺6.8％、聚乙二醇5.1％、甲基膦酸二甲酯3.6％。
实施例7
本实施例7公开了一种低温车用尾气处理液，包括以下按重量百分比计的成分：超纯水51.1％、车用级高纯尿素32.5％、聚丙烯酰胺7.1％、聚乙二醇5.4％、甲基膦酸二甲酯3.9％。
其中，实施例17中所述的超纯水在25℃条件下的电阻率限定为不小于18.25MΩ·cm；所述聚乙二醇的分子量限定为200。
实施例8
针对实施例1-7所述的低温车用尾气处理液配方，本实施例8提出了一种低温车用尾气处理液的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按重量百分比取超纯水、车用级高纯尿素白色粉末、白色的聚丙烯酰胺粉末、无色聚乙二醇液体、无色甲基膦酸二甲酯液体；
(2)在乳化罐中加入超纯水，并将超纯水加热至20℃，在持续搅拌下，缓慢向乳化罐中加入车用级高纯尿素白色粉末，以升温速率为2℃/min加热至32℃并保持；
(3)待乳化罐内尿素完全溶解并形成清亮溶液后，再向清亮溶液中缓慢加入白色的聚丙烯酰胺粉末，以升温速率为2℃/min加热至38℃并保持；
(4)待乳化罐内聚丙烯酰胺粉末完全溶解并形成清亮溶液后，再依次向清亮溶液中加入无色聚乙二醇液体、无色甲基膦酸二甲酯液体，搅拌混匀后，待乳化罐自然降温至室温；
(1)最后将混合溶液再经0.6μm、0.5MPa的滤芯压力过滤后即得本发明实施例的低温车用尾气处理液，其中需要说明的是：实施例制备工艺中通过压力过滤能够减少所制得处理液中未溶解物质以及冷却过程中形成的粗大晶核，进一步减弱了处理液内可能存在的结晶趋势，从而再次提升所得尾气处理液对低温结晶的抗性。
对比例1
本对比例1提出了一种车用尾气处理液，包括以下按重量百分比计的成分：超纯水67.5％和车用级高纯尿素32.5％。
制备方法在乳化罐中加入超纯水，并将超纯水加热至20℃，在持续搅拌下，缓慢向乳化罐中加入车用级高纯尿素白色粉末，以升温速率为2℃/min加热至32℃并保持，直至乳化罐内尿素完全溶解并形成清亮溶液，待乳化罐自然降温至室温后将混合溶液再经0.6μm、0.5MPa的滤芯压力过滤后即得本对比例1的车用尾气处理液。
对比例2
本对比例2提出了一种车用尾气处理液，包括以下按重量百分比计的成分：超纯水57.5％和车用级高纯尿素32.5％、甲醇15％。
制备方法在乳化罐中加入超纯水，并将超纯水加热至20℃，在持续搅拌下，缓慢向乳化罐中加入车用级高纯尿素白色粉末，以升温速率为2℃/min加热至32℃并保持，直至乳化罐内尿素完全溶解并形成清亮溶液，然后再向清亮溶液中加入无色甲醇液体，搅拌混匀后，待乳化罐自然降温至室温后，将混合溶液再经0.6μm、0.5MPa的滤芯压力过滤后即得本对比例2的车用尾气处理液。
对比例3
本对比例3提出了一种车用尾气处理液，包括以下按重量百分比计的成分：超纯水52.9％、车用级高纯尿素32.5％、聚丙烯酰胺14.6％，其中，聚丙烯酰胺的含量为实施例5中聚丙烯酰胺(6.5％)、聚乙二醇(4.8％)以及甲基膦酸二甲酯(3.3％)含量的总和。
制备方法在乳化罐中加入超纯水，并将超纯水加热至20℃，在持续搅拌下，缓慢向乳化罐中加入车用级高纯尿素白色粉末，以升温速率为2℃/min加热至32℃并保持，直至乳化罐内尿素完全溶解并形成清亮溶液，然后再向清亮溶液中加入白色的聚丙烯酰胺粉末，待乳化罐内聚丙烯酰胺粉末完全溶解并形成清亮溶液后，将混合溶液再经0.6μm、0.5MPa的滤芯压力过滤后即得本对比例3的车用尾气处理液。
对比例4
本对比例4提出了一种车用尾气处理液，包括以下按重量百分比计的成分：超纯水52.9％、车用级高纯尿素32.5％、聚乙二醇14.6％，其中，聚乙二醇的含量为实施例5中聚丙烯酰胺(6.5％)、聚乙二醇(4.8％)以及甲基膦酸二甲酯(3.3％)含量的总和。
制备方法在乳化罐中加入超纯水，并将超纯水加热至20℃，在持续搅拌下，缓慢向乳化罐中加入车用级高纯尿素白色粉末，以升温速率为2℃/min加热至32℃并保持，直至乳化罐内尿素完全溶解并形成清亮溶液，然后再向清亮溶液中加入无色聚乙二醇液体，搅拌混匀后，待乳化罐自然降温至室温后，将混合溶液再经0.6μm、0.5MPa的滤芯压力过滤后即得本对比例4的车用尾气处理液。
对比例5
本对比例5提出了一种车用尾气处理液，包括以下按重量百分比计的成分：超纯水52.9％、车用级高纯尿素32.5％、甲基膦酸二甲酯14.6％，其中，甲基膦酸二甲酯的含量为实施例5中聚丙烯酰胺(6.5％)、聚乙二醇(4.8％)以及甲基膦酸二甲酯(3.3％)含量的总和。
制备方法在乳化罐中加入超纯水，并将超纯水加热至20℃，在持续搅拌下，缓慢向乳化罐中加入车用级高纯尿素白色粉末，以升温速率为2℃/min加热至32℃并保持，直至乳化罐内尿素完全溶解并形成清亮溶液，然后再向清亮溶液中加入无色甲基膦酸二甲酯液体，搅拌混匀后，待乳化罐自然降温至室温后，将混合溶液再经0.6μm、0.5MPa的滤芯压力过滤后即得本对比例4的车用尾气处理液。
对比例6
本对比例6提出了一种车用尾气处理液，包括以下按重量百分比计的成分：超纯水52.9％、车用级高纯尿素32.5％、聚丙烯酰胺8.4％、聚乙二醇6.2％；需要指出的是，本对比例中，聚丙烯酰胺与聚乙二醇的求值过程如下，以此满足防冻剂的等量因素，设聚丙烯酰胺含量为x1，聚乙二醇含量为y1，鉴于此，可得：
x1+y1＝14.6
4.8x1＝6.5y1
通过上述公式得出本对比例中聚丙烯酰胺与聚乙二醇的含量。
制备方法在乳化罐中加入超纯水，并将超纯水加热至20℃，在持续搅拌下，缓慢向乳化罐中加入车用级高纯尿素白色粉末，以升温速率为2℃/min加热至32℃并保持；待乳化罐内尿素完全溶解并形成清亮溶液后，再向清亮溶液中缓慢加入白色的聚丙烯酰胺粉末，以升温速率为2℃/min加热至38℃并保持；待乳化罐内聚丙烯酰胺粉末完全溶解并形成清亮溶液后，再向清亮溶液中加入无色聚乙二醇液体，搅拌混匀后，待乳化罐自然降温至室温；最后将混合溶液再经0.6μm、0.5MPa的滤芯压力过滤后即得本对比例6的车用尾气处理液。
对比例7
本对比例7提出了一种车用尾气处理液，包括以下按重量百分比计的成分：超纯水52.9％、车用级高纯尿素32.5％、聚乙二醇8.7％、甲基膦酸二甲酯5.9％；需要指出的是，本对比例中，聚乙二醇与甲基膦酸二甲酯的求值过程如下，以此满足防冻剂的等量因素，设聚乙二醇含量为x1，甲基膦酸二甲酯含量为y1，鉴于此，可得：
x2+y2＝14.6
3.3x2＝4.8y2
通过上述公式得出本对比例中聚乙二醇与甲基膦酸二甲酯的含量。
制备方法在乳化罐中加入超纯水，并将超纯水加热至20℃，在持续搅拌下，缓慢向乳化罐中加入车用级高纯尿素白色粉末，以升温速率为2℃/min加热至32℃并保持；待乳化罐内尿素完全溶解并形成清亮溶液后，再向清亮溶液中加入无色甲基膦酸二甲酯液体和无色甲基膦酸二甲酯液体，搅拌混匀后，待乳化罐自然降温至室温；最后将混合溶液再经0.6μm、0.5MPa的滤芯压力过滤后即得本对比例7的车用尾气处理液。
对比例8
本对比例8提出了一种车用尾气处理液，包括以下按重量百分比计的成分：超纯水52.9％、车用级高纯尿素32.5％、聚丙烯酰胺9.7％、甲基膦酸二甲酯4.9％；需要指出的是，本对比例中，聚丙烯酰胺与甲基膦酸二甲酯的求值过程如下，以此满足防冻剂的等量因素，设聚丙烯酰胺含量为x1，甲基膦酸二甲酯含量为y1，鉴于此，可得：
x3+Y3＝14.6
3.3x3＝6.5y3
通过上述公式得出本对比例中聚丙烯酰胺与甲基膦酸二甲酯的含量。
制备方法在乳化罐中加入超纯水，并将超纯水加热至20℃，在持续搅拌下，缓慢向乳化罐中加入车用级高纯尿素白色粉末，以升温速率为2℃/min加热至32℃并保持；待乳化罐内尿素完全溶解并形成清亮溶液后，再向清亮溶液中缓慢加入白色的聚丙烯酰胺粉末，以升温速率为2℃/min加热至38℃并保持；待乳化罐内聚丙烯酰胺粉末完全溶解并形成清亮溶液后，再向清亮溶液中加入无色甲基膦酸二甲酯液体，搅拌混匀后，待乳化罐自然降温至室温；最后将混合溶液再经0.6μm、0.5MPa的滤芯压力过滤后即得本对比例8的车用尾气处理液。
试验例
一、车用尾气处理液结晶凝固点检测试验
方法概要：取试样(实施例1_7及对比例1-8制备的车用尾气处理液)75-100mL注入一个带搅拌装置的冷却管中，用致冷剂或其他方法使试样降温，记录试样每分钟的温度，画出时间-温度曲线图，如图1所示。冷却曲线与结晶曲线的交点在纵轴上的投影点，即是该试样的结晶凝固点(即冰点)。如果试样出现过冷现象，则试样过冷后温度回升所达到的最高温度即是该试样的结晶凝固点。
上述方法具体步骤请参阅SH-T 0090-1991行业标准，此处不再赘述。
二、氮氧化物排放达标检测试验
方法概要：将实施例1-7及对比例1-8制备的车用尾气处理液的产品在功率为243马力(排量3.0L)柴油发动机台架上进行ETC、ESC工况测试，产品额定喷量下，经SCR后处理系统处理后，NOx排放是否达到柴油车尾气排放国V标准。
试验检测结果见下表1以及图1和图2所示：
表1：各试样的试验数据
结合上表1记录统计数据以及图1和图2所示内容可以分析得出，本发明实施例的车用尾气处理液低温状态下的结晶凝固点可达-37～-28℃，其中，实施例1至实施例4处理液为较优例，其凝固点为-33～-28℃，且该处理液在使用测试下N0x排放能够达到国V标准实施例5处理液为最优例，其凝固点为-34℃，且该处理液在使用测试下NOx排放能够达到国V标准；而实施例6至实施例7处理液的结晶凝固点虽然能够达到-35℃、-37℃，但其处理液在使用测试下NOx排放不能够达到国V标准。
进一步地，本发明实施例1至实施例5的车用尾气处理液相比现有技术中的对比例1普通型处理液(-11℃)抗冻性提高了155～209％，相比现有技术中的对比例2防冻型处理液(-20℃)抗冻性提高了40～70％；而对比例3至对比例8的处理液是在实施例5车用尾气处理液配方基础上进行的改动而得到的，其结晶凝固点所达到的效果远不及实施例5。
本发明实施例1至实施例5的车用尾气处理液结晶凝固点低，抗冻性好，相比现有技术效果提升显著，且尾气排放要求能够达到国V标准，不易挥发、不易燃易爆，存储时间长，安全环保耐用可靠。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种低温车用尾气处理液，其特征在于，包括以下按重量百分比计的成分：超纯水52.9％～56.5％、车用级高纯尿素32.5％、聚丙烯酰胺5.3％～6.5％、聚乙二醇3.6％～4.8％、甲基膦酸二甲酯2.1％～3.3％。
2.根据权利要求1所述的低温车用尾气处理液，其特征在于，包括以下按重量百分比计的成分：超纯水56.5％、车用级高纯尿素32.5％、聚丙烯酰胺5.3％、聚乙二醇3.6％、甲基膦酸二甲酯2.1％。
3.根据权利要求1所述的低温车用尾气处理液，其特征在于，包括以下按重量百分比计的成分：超纯水55.6％、车用级高纯尿素32.5％、聚丙烯酰胺5.6％、聚乙二醇3.9％、甲基膦酸二甲酯2.4％。
4.根据权利要求1所述的低温车用尾气处理液，其特征在于，包括以下按重量百分比计的成分：超纯水54.7％、车用级高纯尿素32.5％、聚丙烯酰胺5.9％、聚乙二醇4.2％、甲基膦酸二甲酯2.7％。
5.根据权利要求1所述的低温车用尾气处理液，其特征在于，包括以下按重量百分比计的成分：超纯水53.8％、车用级高纯尿素32.5％、聚丙烯酰胺6.2％、聚乙二醇4.5％、甲基膦酸二甲酯3.0％。
6.根据权利要求1所述的低温车用尾气处理液，其特征在于，包括以下按重量百分比计的成分：超纯水52.9％、车用级高纯尿素32.5％、聚丙烯酰胺6.5％、聚乙二醇4.8％、甲基膦酸二甲酯3.3％。
7.根据权利要求1所述的低温车用尾气处理液，其特征在于，所述超纯水在25℃条件下的电阻率限定为不小于18.25MΩ·cm。
8.根据权利要求1所述的低温车用尾气处理液，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为200。
9.一种根据权利要求1-8任一所述处理液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按重量百分比取超纯水、车用级高纯尿素白色粉末、白色的聚丙烯酰胺粉末、无色聚乙二醇液体、无色甲基膦酸二甲酯液体；
(1)在乳化罐中加入超纯水，并将超纯水加热至20℃，在持续搅拌下，缓慢向乳化罐中加入车用级高纯尿素白色粉末，以升温速率为2℃/min加热至32℃并保持；
(2)待乳化罐内尿素完全溶解并形成清亮溶液后，再向清亮溶液中缓慢加入白色的聚丙烯酰胺粉末，以升温速率为2℃/min加热至38℃并保持；
(3)待乳化罐内聚丙烯酰胺粉末完全溶解并形成清亮溶液后，再依次向清亮溶液中加入无色聚乙二醇液体、无色甲基膦酸二甲酯液体，搅拌混匀后，待乳化罐自然降温至室温；
(4)最后将混合溶液再经0.6μ m、0.5MPa的滤芯压力过滤后即得所述处理液。
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