專利名稱：：一種用于柴油發(fā)動機廢氣處理的水溶液的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于處理車栽或固定的柴油發(fā)動機排氣口排出的廢氣的溶液。本發(fā)明還涉及所述溶液在任意裝置中進行這些廢氣處理的用途，不論是重型貨車發(fā)動機，還是輕型車輛的發(fā)動機，還是固定的工業(yè)用發(fā)動機。
背景技術(shù)：
：關(guān)于柴油燃料污染的歐洲標(biāo)準(zhǔn)，尤其是那些適用于重型貨車的標(biāo)準(zhǔn)，對有效且明顯地減少有害環(huán)境的排放產(chǎn)生了影響。首先，在EUR02和EUR03的階段，已修改了重型貨車的發(fā)動機的燃燒參數(shù)。EUR04的階段已經(jīng)促使重型貨車發(fā)動機的制造商選擇廢氣后處理，即SCR(選擇性催化還原器)，EGR(廢氣再循環(huán))和粒子過濾器(PF)。各種后處理可以被獨立地或相互結(jié)合地安裝，因為它們并不總是對廢氣中同樣的污染物起作用。SCR的后處理，這種后處理手段僅對減少廢氣中的氮氧化物起作用，這種技術(shù)的另一個優(yōu)點是它通過最優(yōu)的發(fā)動機調(diào)節(jié)實現(xiàn)了燃料消耗的大幅減少。SCR后處理包括，在氨氣存在的條件下，在一種含鉑和鈀的催化劑上還原NOx或氮氧化物。為了將氨氣引入到廢氣中，已知可通過蒸發(fā)尿素水溶液的方法在SCR之前的管道中直接制造氨氣，尿素水溶液被放置于平均溫度一般在200-400。C的范圍內(nèi)波動的環(huán)境下，逐漸分解放出氨氣。在某些SCR和尿素噴射的安裝構(gòu)造中，制造商注意到在SCR進氣口之前的廢氣管道中出現(xiàn)了沉積物。這些沉積物可能足夠大以至于導(dǎo)致部分甚至全部的廢氣管道堵塞，因此引起了發(fā)動機動力損失。在一個連續(xù)的噴射構(gòu)造中，在低溫下形成的沉積物的量較高溫下多。根據(jù)已進行過4的分析，這些沉積物的大部分的成分為三聚氰酸，這是由于尿素的不完全分解導(dǎo)致的結(jié)果。三聚氰酸可升華繼續(xù)制造氨氣；這個反應(yīng)僅在高于450。C的非常高的溫度下發(fā)生，而這個溫度在廢氣管道的這個位置幾乎是不能達到的。進一步，注意到這些沉積物存在于一些這樣的管道中，所述管道由于車內(nèi)空間不足而具有一些彎曲，且尿素噴射位置和第一個彎曲之間的距離非常短。假設(shè)是在這樣的構(gòu)造類型中，一部分的尿素液滴沒有時間蒸發(fā)和完全分解為氨氣，它們沉積在管道壁上，并處于太"冷"以至于不能允許它們完全分解為氨氣的溫度下，因此它們僅部分地分解，形成了三聚氰酸的沉積物粘附在管道壁上。US5489419描述了一個通過選擇性非催化還原法(SNCR),使用N0X的還原劑，一般為尿素水溶液來減少燃燒過程中的污染物，所述的污染物更具體地說是NOx。為了增加向燃燒室內(nèi)引入尿素溶液的可靠性，Dl推薦向尿素水溶液中添加一種表面活性劑來得到尿素噴霧，這些尿素噴霧的液滴的平均尺寸減小了，它們的分布相較于不含表面活性劑的尿素噴霧也受到更大的限制。US5645756推薦改進接觸尿素水溶液的設(shè)備的可靠性，由于配制尿素水溶液使用的水中含有4丐離子，鎂離子，碳酸根離子等等，因此水的硬度不能忽略(參見欄3,第13-49行)。為了解決這一技術(shù)難題，D2推薦向尿素水溶液中添加一種化合物來降低水的硬度，這種化合物選自水溶性膦酸鹽化合物。WO00/75643描述了一種監(jiān)控在系統(tǒng)中用來還原NOx的尿素溶液量的方法，尤其是在附帶選擇性催化劑還原(SCR)的燃燒過程中。這種方法包括將一種熒光示蹤劑并入尿素溶液中，并且監(jiān)控隨時間變化的信號發(fā)展，這種熒光示蹤劑進一步地可具有表面活性劑的性質(zhì)?，F(xiàn)有技術(shù)中沒有任何文獻提到沉積物的形成，除了一些具體文獻為這些溶液推薦新型的噴射器結(jié)構(gòu)來避免這樣的沉積物形成，而沒有闡明這些沉積物的本質(zhì)。
發(fā)明內(nèi)容為此，本發(fā)明推薦一種水溶液的用途，這種水溶液包含的主要部分是一種可以在200。C以上釋放出氨氣的成分，次要部分是HLB在7-17的范圍內(nèi)變化的至少一種多功能添加劑，所述水溶液用來在廢氣后處理的任何噴霧裝置中、更具體地說是SCR裝置中限制基于三聚氰酸的沉積物的形成。這種水溶液包含一種可分解成氨氣的化合物，這種化合物在噴射中易于蒸發(fā)，并且大大限制了三聚氰酸沉積物在"冷"管壁上的形成。中。、0'口、、根據(jù)一個優(yōu)選的實施方案，這種溶液包含15-40°/。的至少一種分解為氨氣的成分，和10ppm以上的、優(yōu)選100ppm以上的至少一種多功能添加劑。根據(jù)一個優(yōu)選的實施方案，此溶液含100-5000ppm的至少一種多功能添力口劑，^尤選500-1000ppm。根據(jù)一個優(yōu)選的實施方案，所述成分選自尿素及其衍生物。根據(jù)一個優(yōu)選的實施方案，此多功能添加劑選自中性的、離子型的和兩性的水溶性表面活性劑。根據(jù)一個優(yōu)選的實施方案，由中性表面活性劑構(gòu)成的添加劑選自直鏈的烷氧化的和多烷氧化的醇，烷氧化的和多烷氧化的烷基酚，多烷氧化的脂肪酸酯，胺類和酰胺類衍生物，環(huán)氧烷烴的單聚物和共聚物、優(yōu)選環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷的單聚物和共聚物，烷氧化的和多烷氧化的多元醇，這些物質(zhì)的單品種或其混合物。根據(jù)一個優(yōu)選的實施方案，由離子型表面活性劑構(gòu)成的添加劑選自直鏈烷基胺和烷基銨鹽，直鏈二胺，含有一個或多個氮原子的芳香族的或飽和的雜環(huán)化合物，咪唑類的環(huán)狀化合物，醚胺和醚酰胺，醇胺和乙氧基胺，這些物質(zhì)的單品種或其混合物。根據(jù)一個優(yōu)選的實施方案，由兩性表面活性劑構(gòu)成的添加劑選自氨基酸和它們的酰亞胺或酰胺類的衍生物，這些物質(zhì)的單品種或其混合物。根據(jù)一個優(yōu)選的實施方案，添加劑選自含3-40個碳原子的碳鏈和5-10個烷氧化單元的、且其HLB在10-15間變化的多烷氧化的直鏈或支鏈脂肪醇，和每個酯鏈含1-40個烷氧化單元的、且其HLB在8-14間變化的多烷氧化的脂肪酸酯。根據(jù)一個優(yōu)選的實施方案，多烷氧化的醇具有乙氧化和/或丙氧化單元。根據(jù)一個優(yōu)選的實施方案，多烷氧化的脂肪酸酯通過帶有含1-5個0H的多元醇的C5-C24石友鏈的脂肪酸和至少一種環(huán)氧烷烴的反應(yīng)得到。根據(jù)一個優(yōu)選的實施方案，多烷氧化的脂肪酸酯為多烷氧化的乙二醇脂肪酸酯和/或丙三醇脂肪酸酯。根據(jù)一個優(yōu)選的實施方案，多烷氧化的脂肪酸酯為多乙氧化的和/或多丙氧化的脂肪酸酯。根據(jù)一個優(yōu)選的實施方案，除了抗發(fā)泡劑(醇類，與一種或多種非離子型表面活性劑結(jié)合的鏈烯烴)，此溶液還含有共溶劑來促進表面活性劑或水溶液中的表面活性劑的溶解。根據(jù)另一個主題，本發(fā)明涉及一種廢氣后處理的SCR方法，包括在200-400。C的溫度范圍內(nèi)蒸發(fā)一種水溶液，這種水溶液包含的主要部分是一種可以在200。C以上釋放氨氣的成分，次要部分是HLB在7-17范圍內(nèi)變化的至少一種多功能添加劑。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的工序中，這種水溶液是前文所定義的。因此，本發(fā)明的主題是一種水溶液的用途，這種水溶液用于在任意廢氣后處理的噴霧裝置中限制基于三聚氰酸的沉積物的形成，這種水溶液包含的主要部分為一種可以在升溫條件下釋放氨氣的成分，次要部分為HLB在7-17范圍內(nèi)變化的至少一種表面活性劑化合物。用HLB表示所述使用的添加劑的親水/親油平衡度。這種水溶液在以下方面的表現(xiàn)特別優(yōu)越將這種溶液的液滴對比現(xiàn)有技術(shù)的溶液，由于它的潤濕性質(zhì)使其可以更好地彌散，并且改進了表面張力，因此這種溶液在到達"冷"管壁之前更容易蒸發(fā)分解為氨氣。根據(jù)一個本發(fā)明的優(yōu)選的實施方案，此溶液含15-40%的至少一種可以分解為氨氣的成分，以及10卯m以上的、優(yōu)選更有利的100ppm以上的7至少一種多功能添加劑。為了達到令人滿意的效果，例如至少減少多于50°/。的沉積物，此溶液含100-5000卯m、更有利地含500-1000ppm的至少一種多功能添加劑。在本發(fā)明的框架中，所述成分選自尿素及其衍生物。為了減少沉積物，此多功能添加劑優(yōu)選選自離子型的、兩性的、中性的或非離子型的水溶性表面活性劑。由至少一種中性的或非離子型表面活性劑構(gòu)成的添加劑選自烷氧化的和多烷氧化的直鏈醇，烷氧化的和多烷氧化的烷基酚，多烷氧化的脂肪酸酯，胺類和酰胺衍生物，環(huán)氧烷烴的單聚物和共聚物，優(yōu)選環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷的單聚物和共聚物，烷氧化的和多烷氧化的多元醇，這些化合物的單品種或其混合物。由至少一種離子型表面活性劑(陰離子型或陽離子型)構(gòu)成的添加劑的選自直鏈烷基胺和烷基銨鹽，直鏈二胺，含有一個或多個氮原子的芳香族的或飽和的雜環(huán)化合物，咪唑類的環(huán)狀化合物，醚胺和醚酰胺，醇胺和乙氧基胺，這些單獨的物質(zhì)或其混合物。由至少一種兩性表面活性劑構(gòu)成的添加劑選自氨基酸和它們的酰亞胺或酰胺類的衍生物，這些單獨的物質(zhì)或其混合物。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的形式中，添加劑選自非離子型表面活性劑和，更有利地，選自含3-40個碳原子的碳鏈和5-10個烷氧化單元的、且其HLB在10-15之間的多烷氧化的直鏈或支鏈脂肪醇，以及每個酯鏈含1-40個烷氧化單元的、且其HLB在8-14之間的多烷氧化的脂肪酸酯。優(yōu)選地，多烷氧化的醇具有乙氧化和/或丙氧化單元。更具體地，添加劑的選自通過帶有含1-5個OH的多元醇的C5-C24碳鏈的脂肪酸與至少一種烷氧環(huán)烴化合物的反應(yīng)得到的多烷氧化的脂肪酸酯。如果為了得到這些酯，烷氧環(huán)烴與植物油或動物油發(fā)生反應(yīng)，例如葡萄籽油，葵花籽油，棕櫚油，豆油，松子油，或動物脂肪，不視為超出了本發(fā)明的范圍。在這些多烷氧化的脂肪酸酯中，多烷氧化的乙二醇脂肪酸酯和/或丙三醇脂肪酸酯是優(yōu)選的，這些酯類更具體地說是多乙氧化的和/或多丙氧化的酯類。所述水溶液可以包含除上面定義的多功能添加劑以外的一種或多種添加劑，例如抗發(fā)泡劑(醇類，與一種或多種非離子型表面活性劑結(jié)合的鏈烯烴，等等)，促進表面活性劑或水溶液中的表面活性劑的溶解的共溶劑。所述水溶液通過一般的方法將各個成分混合來制備，優(yōu)選在環(huán)境溫度下，典型地在約10-6(TC范圍內(nèi)。水溶性的多功能添加劑，更具體地說在環(huán)境溫度下，一般是優(yōu)選的?？紤]到水溶液各個成分混合的速度，優(yōu)選避免使用糊狀的和/或固體的成分。優(yōu)選地，水溶液遵循IS02241-1的標(biāo)準(zhǔn)，符合所述標(biāo)準(zhǔn)的表1中列出的各種物質(zhì)的含量醛類，不溶物，磷酸鹽，鈞，鐵，銅，鋅，鉻，鎳，鋁，鈉，鉀，并且一般所含的任何元素和/或成分的劑量都不會使SCR催化劑中毒。本發(fā)明的一個實施方案是所述溶液在廢氣后處理的任意噴霧裝置中、更具體地說是在SCR裝置中的用途。下述例子作為本發(fā)明的特點的說明給出，并不限定本發(fā)明的范圍。具體實施方式實施例I本實施例的目的是顯示添加劑的添加和其濃度對減少冷管壁上沉積物的影響。水溶液記為Su制備水中含32.5%的尿素，同時逐漸增加添加劑B至T的濃度的水溶液它們被描述于下表I中。B為多乙氧化的脂肪醇，在27個碳的碳鏈上含7.5個乙氧化基團，HLB等于13.5，CECAS.A.有售。C為多乙氧化的甘油三酸酯，含30個乙氧化的基團，HLB為12。它在環(huán)境溫度下是糊狀的，需要在加入溶液前在水介質(zhì)中加熱至40°C。D為醇、鏈烯烴和非離子表面活性劑的混合物。E為胺、二甲基的C12-C18烷和氮-氧偶極化合物的混合物。F為一水合辛烷-l-磺酸鈉。G為聚乙二醇、聚丙二醇、單丁基醚的混合物。它在環(huán)境溫度下非常粘。H為乙氧化的和丙氧化的C10-C12醇的混合物。I為椰油酸二乙醇酰胺。J為磷酸烷基酯、1-辛醇和1-癸醇的混合物。K為;粦酸、丁酯和鉀鹽的混合物。L為二辛基磺化丁二酸鈉。M為乙氧化的蓖麻油，含20個乙氧化的基團，HLB等于IO。N為乙氧化的甘油三酸酯，含30個乙氧化的基團，HLB等于1L8。O為乙氧化的蓖麻油，含40個乙氧化基團，HLB等于13。它在環(huán)境溫度下是糊狀的。P為乙氧化的C12-C14醇的混合物，含10個乙氧化的基團，HLB等于11.3。Q為乙氧化的芥花籽油，含30個乙氧化的基團，HLB等于ll.3。R為乙氧化的甘油三酸酯，含60個乙氧化的基團。它在環(huán)境溫度下是糊狀的。S為含有酸根的脂肪族聚醚。T為共聚物的混合物，乙氧化的順丁烯二酸醇和a-石蠟。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>這些添加了或未添加添加劑的尿素水溶液用于代表城市應(yīng)用的(公共汽車或生活垃圾收集車)發(fā)動機的臺架試驗，這項測試在促進沉積物生成的最優(yōu)溫度條件下進行。假定溫度為250-32(TC之間。觀察到的由于添加劑的存在導(dǎo)致的沉積物的減少匯總在下表II中。表II測試的添加劑(所述物質(zhì)的單品種或混合物)導(dǎo)致的沉積物減少率(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>我們注意到，按照本發(fā)明，一種多功能添加劑的使用在所有情況下都可以或多或少地起到減少沉積物的作用。在4吏用某些添加劑的條件下可以獲得非常低水平的沉積物(最多有80%的沉積物減少)。對于總結(jié)在表n中的例子，我們注意到一旦添加劑的含量大于等于100ppm,50%以上的沉積物減少了。進一步，我們注意到在1000卯m的濃度下達到了添加物的最佳效果。實施例II本例描述了在水溶液液滴的表面張力的方面添加添加劑的效果。不同溶液Si的表面張力值的測試結(jié)果以niN/m(毫牛/米)為單位列于下表III。表III<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>我們注意到廢氣中形成的沉積物的量隨著添加了添加劑的尿素溶液表面張力的減小而減少，也與其添加劑的濃度相關(guān)。進一步，/人500ppm的濃度起，表面張力存在一個漸近值。因此，僅測試了添加劑E-T的500和1000ppm濃度的數(shù)據(jù)。實施例III尿素噴霧的液滴尺寸分布通過激光衍射纟皮研究。此項研究結(jié)果顯示，測試得到的噴霧中液滴尺寸分布并沒有被表面活性劑添加劑的存在影響(平均當(dāng)量直徑"SMDmid"和直徑"Dv90"測試)。權(quán)利要求1.一種水溶液的用途，此水溶液的主要部分為一種可在200℃以上釋放氨氣的成分，次要部分為HLB的范圍在7-17之間的至少一種多功能添加劑，此水溶液是用來在任何廢氣后處理的噴霧裝置中、更具體地說是SCR裝置中限制基于三聚氰酸的沉積物的形成。2.如權(quán)利要求1的溶液的用途，其特征在于，所述溶液含有15-40°/。的至少一種分解放出氨氣的成分，和10卯m以上的、優(yōu)選100ppm以上的至少一種多功能添加劑。3.如權(quán)利要求1和2任一項的溶液的用途，其特征在于，所述溶液含有100-5000卯m的至少一種多功能添加劑。4.如權(quán)利要求1-3任一項的溶液的用途，其特征在于，所述成分選自尿素及其衍生物。5.如權(quán)利要求1-4任一項的溶液的用途，其特征在于，所述多功能添加劑選自中性的、離子型的和兩性的水溶性表面活性劑。6.如權(quán)利要求1-5任一項的溶液的用途，其特征在于，所述由中性表面活性劑構(gòu)成的添加劑選自烷氧化的和多烷氧化的直鏈醇，烷氧化的和多烷氧化的烷基酚，多烷氧化的脂肪酸酯，胺類和酰胺衍生物，環(huán)氧烷烴的單聚物和共聚物、優(yōu)選環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷的單聚物和共聚物，烷氧化的和多烷氧化的多元醇，這些物質(zhì)的單品種或其混合物。7.如權(quán)利要求1-6任一項溶液的用途，其特征在于，所述由離子型表面活性劑構(gòu)成的添加劑選自直鏈烷基胺和烷基銨鹽，直鏈二胺，含有一個或多個氮原子的芳香族的或飽和的雜環(huán)化合物，咪唑類的環(huán)狀化合物，醚胺和醚酰胺，醇胺和乙氧基胺，這些物質(zhì)的單品種或混合物。8.如權(quán)利要求1-7任一項的溶液的用途，其特征在于，所述由兩性表面活性劑構(gòu)成的添加劑選自氨基酸和它們的酰亞胺或酰胺類的衍生物，這些物質(zhì)的單品種或其混合物。9.如權(quán)利要求1-8任一項的溶液的用途，其特征在于，所述添加劑選自含3-40個碳原子的碳鏈和5-10個烷氧化單元，且其HLB在10-15間變化的多烷氧化的直鏈或支鏈脂肪醇，和每個酯鏈含1-40個烷氧化單元、且其HLB在8-14間變化的多烷氧化的脂肪酸酯。10.如權(quán)利要求I-9任一項的溶液的用途，其特征在于，所述多烷氧化的醇具有乙氧化的和/或丙氧化的基團。11.如權(quán)利要求1-10任一項的溶液的用途，其特征在于，所述多乙氧化的脂肪酸酯通過帶有含1-5個0H的多元醇的C5-C24碳鏈的脂肪酸和至少一種環(huán)氧烷烴的反應(yīng)得到。12.如權(quán)利要求1-11任一項的溶液的用途，其特征在于，所述多烷氧化的脂肪酸酯為多烷氧化的乙二醇脂肪酸酯和/或丙三醇脂肪酸酯。13.如權(quán)利要求1-12任一項的溶液的用途，其特征在于，所述多烷氧化的脂肪酸酯為多乙氧化的和/或多丙氧化的脂肪酸酯。14.用于進行廢氣后處理的SCR方法，包括在200-400。C溫度范圍內(nèi)蒸發(fā)一種水溶液，所述水溶液的主要部分為一種可在200。C以上釋放氨氣的成分，次要部分為HLB在7-17之間變化的至少一種多功能添加劑。15.如權(quán)利要求14的方法，其中的水溶液為權(quán)利要求2-13的任意一項中所定義的那樣。全文摘要本發(fā)明涉及一種水溶液的用途，這種水溶液最大的一部分是一種可以在200℃以上釋放出氨氣的成分，最小的一部分是HLB在7-17之間變化的至少一種多功能添加劑，這種水溶液用來在所有廢氣后處理的噴霧裝置中、尤其是SCR裝置中限制基于三聚氰酸的沉積物的形成。文檔編號B01D53/94GK101636219SQ200880005765公開日2010年1月27日申請日期2008年2月14日優(yōu)先權(quán)日2007年2月23日發(fā)明者弗朗索瓦絲·杜絲,斯特凡妮·埃斯科菲耶,皮埃爾·施梅爾茨勒,萊雷·奧羅-烏雷亞申請人:道達爾煉油與銷售部