尿素水的制造方法以及從尿素水去除和回收縮三脲的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種尿素水的制造方法、從尿素水去除縮三脲的方法以及從水溶液回 體縮三脲的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 尿素水用于凈化ΝΟχ(氮氧化物）的技術(shù)，且用于大型汽車的廢氣凈化系統(tǒng)等。該廢 氣凈化系統(tǒng)利用了通過氨(NH3)與氮氧化物(ΝΟχ)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而還原為氮(N 2)和水(H20) 的性質(zhì)，但是從安全上的理由直接將氨裝載到汽車?yán)锸抢щy的，因此，通常使用尿素水。
[0003] 作為上述的有關(guān)尿素水的技術(shù)，例如有下述專利文獻(xiàn)1以及下述專利文獻(xiàn)2。在下 述專利文獻(xiàn)1中公開了一種在用酸性陽離子交換樹脂將尿素水原液處理之后用堿性陰離子 交換樹脂進(jìn)行處理的高純度尿素水的制造方法。還有，在下述專利文獻(xiàn)2中公開了一種胍 lOOppm以下、縮二脲2000ppm以下、經(jīng)類油50ppm以下的尿素水以及脫硝裝置。
[0004] 在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本專利文獻(xiàn)特開2012-219040號公報 [0007]專利文獻(xiàn)2:日本專利文獻(xiàn)特開2007-145796號公報 [0008]發(fā)明所要解決的課題
[0009] 然而，即使采用了上述專利文獻(xiàn)1以及上述專利文獻(xiàn)2的技術(shù)，也發(fā)現(xiàn)了在低溫狀 態(tài)下產(chǎn)生尿素水發(fā)生白濁的現(xiàn)象。
[0010] 本發(fā)明人針對該白濁做了專心致志的研究的結(jié)果查明了該白濁的原因不是尿素 本身，而是析出了作為尿素的三聚物的縮三脲的結(jié)果。并且，對去除白濁做了進(jìn)一步專心致 志的研究的結(jié)果證實了在尿素水未發(fā)生白濁的情況下無法用離子交換樹脂去除縮三脲，假 設(shè)即使通過了離子交換樹脂，如果使該尿素水處于低溫狀態(tài)也會再次發(fā)生白濁。也就是說， 發(fā)現(xiàn)了只靠尿素水通過離子交換樹脂很難得到高純度的尿素水。
[0011] 于是，本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于提供一種更有效地從尿素水 去除縮三脲的方法、制造高純度的尿素水的方法、還有從尿素水回收縮三脲的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 如上所述，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了即使尿素水溶解變得透明，在低溫狀態(tài)下也產(chǎn)生尿素 水發(fā)生白濁的現(xiàn)象，并查明了產(chǎn)生該白濁的原因不是尿素本身而是析出了作為尿素的三聚 物的縮三脲的結(jié)果。并且，判明了在尿素水未發(fā)生白濁的狀態(tài)下，無法用離子交換樹脂去除 縮三脲，假設(shè)即使通過了離子交換樹脂，如果使該尿素水處于低溫狀態(tài)也會再次發(fā)生白濁， 另一方面發(fā)現(xiàn)如果是發(fā)生白濁的狀態(tài)可通過離子交換樹脂捕捉，由此完成了本發(fā)明。
[0013] 用于解決課題的技術(shù)方案
[0014] 也就是說，涉及本發(fā)明的一個觀點的尿素水的制造方法包括以下步驟:將尿素水 溶解在水中作為尿素水;使所述尿素水處于17度以下_5度以上的溫度范圍內(nèi)來發(fā)生白濁； 以及在所述尿素水發(fā)生白濁的狀態(tài)下，使尿素水通過陰離子交換樹脂。
[0015] 還有，涉及本發(fā)明的另一觀點的尿素水的制造方法包括以下步驟:將含包作為雜 質(zhì)的縮三脲的尿素水混合在水中作為尿素水;使尿素水處于17度以下-5度以上的溫度范圍 內(nèi)來析出縮三脲并使所述尿素水發(fā)生白濁；以及在溫度范圍內(nèi)使尿素水通過離子交換樹脂 并使離子交換樹脂捕捉析出的縮三脲。
[0016] 還有，涉及本發(fā)明的另一觀點的從尿素水去除縮三脲的方法包括以下步驟:將包 含尿素和作為雜質(zhì)的縮三脲的尿素水冷卻到17度以下-5度以上的溫度范圍內(nèi)來析出縮三 脲;以及在溫度范圍內(nèi)使尿素水通過離子交換樹脂并使離子交換樹脂捕捉析出的縮三脲。
[0017] 還有，涉及本發(fā)明的從水溶液回收縮三脲的方法包括以下步驟:將包含縮三脲的 水溶液冷卻到17度以下-5度以上的溫度范圍內(nèi)來析出縮三脲；以及在溫度范圍內(nèi)使尿素水 通過離子交換樹脂并使離子交換樹脂捕捉析出的縮三脲。
[0018] 發(fā)明效果
[0019] 如上所述，根據(jù)本發(fā)明可提供一種更有效地從尿素水去除縮三脲的方法、制造高 純度的尿素水的方法、還有從尿素水回收縮三脲的方法。
【附圖說明】
[0020] 圖1是示出實施方式所涉及的尿素水的制造方法的流程的圖；
[0021] 圖2是示出實施方式所涉及的回收尿素水中的析出物的方法的圖；
[0022]圖3是示出縮三脲、氰尿酸、縮二脲、尿素的紅外吸收光譜的圖。
[0023]圖4是示出縮三脲、氰尿酸、縮二脲、尿素的X射線衍射的結(jié)果的圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的實施方式。不過，本發(fā)明可通過多種不同的方式實施，并 不只限于下面所示的實施方式和實施例的示例。
[0025 ]尿素水的制造方法、縮二脈的去除方法
[0026] 圖1是示出本實施方式所涉及的尿素水的制造方法(下面稱為"本制造方法"。）的 流程的圖。如該圖所示，具備以下步驟:將尿素水溶解在水中作為尿素水;使尿素水處于17 度以下-5度以上的溫度范圍內(nèi)來發(fā)生白濁；以及使發(fā)生白濁的尿素水通過陰離子交換樹 月旨。更具體地，該制造方法具備以下步驟：（1)將包含作為雜質(zhì)的縮三脲的尿素水混合在水 中作為尿素水；（2)使尿素水處于17度以下-5度以上的溫度范圍內(nèi)來析出縮三脲；以及(3) 在上述溫度范圍內(nèi)使尿素水通過離子交換樹脂并使離子交換樹脂捕捉析出的所述縮三脲。
[0027] 在該制造方法中，首先，將尿素水溶解在水中作為尿素水，更具體地，（1)將包含作 為雜質(zhì)的縮三脲的尿素水混合在水中作為尿素水。在此，作為尿素的濃度，只要具有尿素水 的功能，例如，如上所述能夠還原NOx，其范圍就不受限制，但優(yōu)選為30重量％以上50重量％ 以下，更優(yōu)選為40重量％以下，進(jìn)一步更優(yōu)選為31重量％以上34重量％以下。
[0028]還有，在該步驟中，尿素含有作為雜質(zhì)的縮三脲。在此，縮三脲是尿素的三聚物，是 用以下的化學(xué)式所示的化合物，是在尿素的制造過程中不可避免地混進(jìn)去的雜質(zhì)。因為是 雜質(zhì)，最好是不含在里面，但是在本實施方式中，只要含有0.045重量％以上的縮三脲，就可 通過適用本制造方法得到明顯的效果，并且通過將縮三脲減少至0.005重量％以下，可獲得 即使處于低溫狀態(tài)也不發(fā)生白濁的尿素水。
[0029] [化學(xué)式1]
[0030]
[0031] 還有，在該制造方法中，使尿素水處于17度以下-5度以上的溫度范圍內(nèi)來發(fā)生白 濁，更具體地，（2)使尿素水處于17度以下-5度以上的溫度范圍內(nèi)來析出縮三脲?？s三脲在 低溫狀態(tài)下，更具體地在17度以下的狀態(tài)下，成為發(fā)生白濁的原因物質(zhì)。雖然白濁對尿素水 本身的性能沒有太大的影響，但是由于在低溫狀態(tài)下發(fā)生白濁從而在尿素水內(nèi)產(chǎn)生沉淀 物，且由于該沉淀物殘留在收納尿素水的容器和配管中可能會成為容器內(nèi)或配管的堵塞的 原因。另外，可能會成為尿素 SCR系統(tǒng)中的過濾器和噴尿素的噴嘴的堵塞的原因。因而，在該 制造方法中，采取在低溫的溫度范圍內(nèi)析出縮三脲并去除和回收析出的縮三脲的方法。還 有，在此，能夠通過將溫度設(shè)在17度以下來發(fā)生白濁，然而能夠通過將溫度設(shè)在12度以下使 該白濁更加明顯，因此也優(yōu)選將溫度范圍設(shè)在12度以下-5度以上。
[0032] 還有，在該制造方法中，將尿素水溶解在水中作為尿素水的步驟和使尿素水處于 17度以下-5度以上的溫度范圍內(nèi)來發(fā)生白濁的步驟也可以同時進(jìn)行，更具體地，也可以同 時進(jìn)行（1)將包含作為雜質(zhì)的縮三脲的尿素水混合在水中作為尿素水和（2)使尿素水處于 17度以下-5度以上的溫度范圍內(nèi)來析出縮三脲的步驟。在這種情況下，要混合的水的溫度 設(shè)定在從上述范圍內(nèi)的所希望的溫度起高出10度至25度左右的范圍，由此能夠通過水和尿 素間的吸熱反應(yīng)將溫度控制在上述范圍內(nèi)。
[0033] 還有，在該制造方法中，使發(fā)生白濁的尿素水通過陰離子交換樹脂，更具體地，（3) 在上述溫度范圍內(nèi)將尿素水通過離子交換樹脂，使離子交換樹脂捕捉析出物即縮三脲。在 該制造方法中，證實了在未發(fā)生白濁的狀態(tài)下即使通過離子交換樹脂也無法去除縮三脲， 在該步驟中，特意使尿素水處于發(fā)生白濁的狀態(tài)后由此才可通過離子交換樹脂捕捉縮三 脲。雖然還不明確有關(guān)在低溫狀態(tài)下縮三脲成為白濁的原因的理由，但是認(rèn)為如果處于低 溫狀態(tài)縮三脲就凝集起來而成長為散射光的大小。還有，有關(guān)在發(fā)生白濁的狀態(tài)后才可用 離子交換樹脂去除縮三脲的原理，雖然只是猜測，但是利用陰離子樹脂進(jìn)行的捕捉認(rèn)為是 縮三脲通過堿性凝集的凝集效果，而利用陽離子樹脂進(jìn)行的捕捉認(rèn)為是能夠通過使尿素水 溶液處于低溫而凝集縮三脲并物理性地進(jìn)行捕捉。
[0034] 另外，如上所述，雖然只是猜測，陽離子交換樹脂可有效地對氨、以及以作為抗結(jié) 塊劑使用的磺酸鈣或者磺酸鈉為代表的少量地包含在尿素中的陽離子進(jìn)行交換，陰離子交 換樹脂以0H基為催化劑有效地凝集縮三脲，并能夠過濾縮三脲。
[0035] 在此，作為離子交換樹脂可以是陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂中的任一個， 優(yōu)選為該兩種的組合，但是若使用任一個，則優(yōu)選為陰離子交換樹脂，因為其捕捉縮三脲的 量高3至4倍左右。在此"陽離子交換樹脂"是一種能夠與水等的溶媒中的陽離子進(jìn)行離子交 換的樹脂，只要在此范圍內(nèi)不作限制，可使用一般在市場上銷售的樹脂，例如，可使用奧加 諾株式會社（0RGAN0 CORPORATION)生產(chǎn)的AMBEREX100、AMBERITE IR120B、AMBERJET 1020 等。還有，"陰離子交換樹脂"是一種能夠與水等的溶媒中的陰離子進(jìn)行離子交換的樹脂，只 要在此范圍內(nèi)不作限制，可使用一般在市場上銷售的樹脂，例如，可使用奧加諾株式會社生 產(chǎn)的AMBERLITE IRA410、AMBERLITE IRA402BL、AMBERJET 4010、AMBERJET 4002等。
[0036]以上，通過該制造方法，可充分去除縮三脲，即使在低溫下也不發(fā)生白濁，能夠?qū)?現(xiàn)制造高純度的尿素水的方法。
[0037]縮三脲的回收方法
[0038]如上所述，在本實施方式中，可提供一種可充分去除縮三脲，即使在低溫下也不發(fā) 生白濁，能夠制造高純度的尿素水的方法，但在本實施方式中還利用離子交換樹脂回收析 出物。更具體地，（4)包括清洗通過了尿素水的離子交換樹脂而回收縮三脲的步驟，由此還 可實現(xiàn)回收縮三脲的方法（以下稱為"該回收方法"。）。該流程顯示在圖2上。
[0039]在該步驟中，通過清洗離子交換樹脂可容易地回收從離子交換樹脂捕捉的縮三 脲。作為清洗的方法，沒有