高純度尿素水の製造方法
【課題】脱硝装置で安定的に使用可能な尿素水の製造法を提供する。
【解決手段】脱硝用の尿素水の製造において、尿素水の溶解温度を１０ないし６０℃とすることを特徴とする脱硝用の尿素水の製造方法であり、必要によりオイル除去工程又は／およびろ過工程を付与することにより脱硝装置で安定的に使用可能な尿素水を製造することが出来る。
【解決手段】脱硝用の尿素水の製造において、尿素水の溶解温度を１０ないし６０℃とすることを特徴とする脱硝用の尿素水の製造方法であり、必要によりオイル除去工程又は／およびろ過工程を付与することにより脱硝装置で安定的に使用可能な尿素水を製造することが出来る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高純度尿素水に関する。
【背景技術】
【０００２】
尿素の製造方法については成書も多く出版され（例えば、化学史研究 ＶＯＬ２０ ＮＯ３（１９９３）、Ｃhemical Ｅconomics Ｈandboook−ＳＲＩ（２００１年））、アンモニアと炭酸ガスから高圧法で製造されている。生成した尿素を水に溶解させ尿素水とするにことについても記載されている。例えば特許文献；特開平８−５７２６１号公報等。
【非特許文献１】化学史研究 ＶＯＬ２０ ＮＯ３（１９９３）
【非特許文献２】Ｃhemical Ｅconomics Ｈandboook−ＳＲＩ（２００１年）
【特許文献１】特開平８−５７２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、尿素水に関しても従前の用途である焼却場の脱硝触媒のアンモニア源としてではなく、さらに高純度が要求される高度な用途に用いられる高純度尿素水の社会的要請が高まっている。特に尿素水の導入配管の詰まりを誘引する物質を含まず、かつ、臭気の原因となるアンモニアの生成が少ない尿素水は内燃機関排気処理用ＮＯｘ還元触媒においてそのアンモニア源として切望されている（特開２００４−２９０８３６）。
【０００４】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、ＳＣＲ触媒を用いたスパーク点火やディーゼルエンジンなどの燃焼エンジンにおいて、ＮＯxを浄化する装置に連続的に供給するのに適した尿素水に係るものである。ディーゼルエンジン排気処理用ＳＣＲ触媒の長期連続運転に不具合を生じさせる可能性をミニマイズするための高純度尿素の製造方法に関わる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は２０重量％〜６０重量％、１０〜６０℃で固体状尿素を電気伝導度が０．３ｍｓ/ｍ以下の水に溶解させ、かかる尿素水をろ過する工程及びオイル吸着剤で処理する工程からなることを特徴とする高純度尿素水の製造方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により例えば内燃機関排気処理用ＮＯｘ還元触媒におけるアンモニア源として用いられる高純度の尿素水を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明に用いる固体状尿素は周知の方法（例えば、化学史研究 ＶＯＬ２０ ＮＯ３（１９９３）、Ｃhemical Ｅconomics Ｈandboook−ＳＲＩ（２００１年））で工業的に生産され市販されているものを特別な制限なく用いることができる。
【０００８】
用いられる形状としては粒条、パウダー状いずれでも特に制限はないが、輸送の便宜や工業スケールでの取り扱いの容易さ等から粒状の尿素を用いることが好ましい。また、水に溶解させる速度を向上させるため適宜好ましい粒子径に調節することが好ましい。
尿素水の製造は尿素を水に溶解させることで行われる。一般的には尿素水は尿素濃度２０〜６０重量％、好ましくは２５〜５５重量％である。
【０００９】
溶解後の温度は、好ましくは１０ないし６０℃、更に好ましくは１０ないし５０℃である。この濃度範囲の尿素をこの温度範囲で溶解させることで初めて高純度の尿素水が製造され、内燃機関排気処理用ＮＯx還元触媒のアンモニア源として使用可能な尿素水が得られることがわかった。尿素を水に添加すると尿素の溶解熱により温度が低下する。溶解温度が１０℃より低い場合には、尿素の溶解速度が小さくなり、極端な場合には尿素水そのものが凍結する危険性がある。溶解時の温度が６０℃よりはるかに高い場合には内燃機関排気処理用ＮＯx還元触媒のアンモニア源として用いた場合に臭気の点などで問題となることがわかった。これは、尿素の加水分解が促進されアンモニアの発生量が大きくなるものと推測している。作業環境上の問題から気相部のアンモニア濃度は日本産業衛生学会の許容濃度２５ｐｐｍを超えない事が望ましい。ここで気相部のアンモニア濃度は一般的な検知管で測定する。
【００１０】
尿素を溶解させる水は、電気伝導度が０．３ｍＳ／ｍ以下の純水を用いる。この電気伝導度を有する水を内燃機関排気処理用ＮＯx還元触媒のアンモニア源として用いた場合には、ディーゼルエンジンを連続運転した場合に尿素の供給配管に詰まりが発生しない点において好ましい。ここで、この純水は通常の製造方法、例えばイオン交換樹脂、逆浸透膜等を用いる周知の方法により得ることが出来る。水の電気伝導度が０．３ｍＳ／ｍよりはるかに高くなると無機電解質の増加により尿素の水への溶解度が影響されるため好ましくない。
【００１１】
また、本発明の態様として上記で得られた尿素水をろ過する工程が必須である。これらの固形物は配管等から混入する僅かな異物、或いは上記処理により極微量混入する処理剤等と推定している。内燃機関排気処理用アンモニア還元触媒装置では排気ガス中のＮＯｘを還元する触媒の上流側に尿素水を含む還元剤を供給する還元剤供給装置が含まれている。この還元剤供給装置ではろ過することによりしない場合に比べて、一層、還元剤供給装置に装備されている導入配管の詰まりが軽減される。従って、ろ過した尿素水を用いることにより内燃機関処理用アンモニア還元装置の負荷を軽減することができる。ろ過器としては、ストレーナー等で十分である。ストレーナーとしてはバケット型等を使用でき、異物の大きさによりメッシュ型スクリーン、繊維成型型、不織布プリーツ型等のエレメントを用いる。好ましくはろ過精度０．５〜５００μｍのエレメント等を用いることができる。
【００１２】
本発明の態様として２０重量％〜６０重量％、１０〜６０℃で固体状尿素を電気伝導度が０．３ｍｓ/ｍ以下の水に溶解させることで得られた尿素水をオイル吸着剤で処理する工程が必須である。これにより一層、高純度の尿素水を得ることが可能である。オイル吸着剤で処理することにより尿素水の表面に油膜を形成し、長期にわたる貯蔵において貯蔵容器表面での薄膜状の析出を阻止できる。このオイル含量は当該炭化水素系オイルは塩酸酸性下、四塩化炭素に油分を抽出分離した後に赤外吸収を測定することで定量することができる。オイル吸着剤（例えばケイソウ土、活性炭、オイル吸着樹脂）で処理することによりオイル含量は５０ｐｐｍ以下、好ましくは５ｐｐｍ以下、さらに好ましくは３ｐｐｍ以下とするのが好ましい。
【００１３】
ここで気相部のアンモニア濃度は一般的な検知管で測定した。また、尿素水中の異物は尿素水をろ紙でろ過し、ろ紙を水洗後、乾燥させ、顕微鏡により観察することで、その数を確認する事ができる。
【実施例１】
【００１４】
３２．５％になるように尿素を電気伝導度０．３ｍＳ/ｍ未満の水に溶解させた。その時の温度を溶解後で３０℃とし、２時間及び５時間同温度で放置した。
【実施例２】
【００１５】
温度を５０℃とした以外は実施例１と同様に行った。
【実施例３】
【００１６】
温度を６０℃とした以外は実施例１と同様に行った。
【実施例４】
【００１７】
実施例１により調整した尿素水を室温で空間速度 １０ｈ−１で活性炭（Ｆ−４００（東洋カルゴン社製））に通した。
【実施例５】
【００１８】
実施例１により調整した尿素水を室温で空間速度 ２０００ｈ−１で珪藻土を通過させた。
【実施例６】
【００１９】
実施例１により調整した尿素水を室温で空間速度 ２０００ｈ−１でオイル除去フィルター（タフネルオイルブロッター（三井化学製））を通過させた。
【実施例７】
【００２０】
実施例３で調整した尿素水を更に、５μｍのフィルターを通過させた。
【００２１】
［比較例１］
温度を７０℃とした以外は実施例１と同様に行った。
実施例１〜２及び比較例１〜２での尿素溶解後の気相のアンモニア濃度を測定した結果を示した。尚、アンモニア濃度は室温に冷却後に測定した。
【００２２】
【表１】
【００２３】
また、実施例１〜２及び４〜７の分析結果を表２に示した。
【００２４】
【表２】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高純度尿素水に関する。
【背景技術】
【０００２】
尿素の製造方法については成書も多く出版され（例えば、化学史研究 ＶＯＬ２０ ＮＯ３（１９９３）、Ｃhemical Ｅconomics Ｈandboook−ＳＲＩ（２００１年））、アンモニアと炭酸ガスから高圧法で製造されている。生成した尿素を水に溶解させ尿素水とするにことについても記載されている。例えば特許文献；特開平８−５７２６１号公報等。
【非特許文献１】化学史研究 ＶＯＬ２０ ＮＯ３（１９９３）
【非特許文献２】Ｃhemical Ｅconomics Ｈandboook−ＳＲＩ（２００１年）
【特許文献１】特開平８−５７２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、尿素水に関しても従前の用途である焼却場の脱硝触媒のアンモニア源としてではなく、さらに高純度が要求される高度な用途に用いられる高純度尿素水の社会的要請が高まっている。特に尿素水の導入配管の詰まりを誘引する物質を含まず、かつ、臭気の原因となるアンモニアの生成が少ない尿素水は内燃機関排気処理用ＮＯｘ還元触媒においてそのアンモニア源として切望されている（特開２００４−２９０８３６）。
【０００４】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、ＳＣＲ触媒を用いたスパーク点火やディーゼルエンジンなどの燃焼エンジンにおいて、ＮＯxを浄化する装置に連続的に供給するのに適した尿素水に係るものである。ディーゼルエンジン排気処理用ＳＣＲ触媒の長期連続運転に不具合を生じさせる可能性をミニマイズするための高純度尿素の製造方法に関わる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は２０重量％〜６０重量％、１０〜６０℃で固体状尿素を電気伝導度が０．３ｍｓ/ｍ以下の水に溶解させ、かかる尿素水をろ過する工程及びオイル吸着剤で処理する工程からなることを特徴とする高純度尿素水の製造方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により例えば内燃機関排気処理用ＮＯｘ還元触媒におけるアンモニア源として用いられる高純度の尿素水を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明に用いる固体状尿素は周知の方法（例えば、化学史研究 ＶＯＬ２０ ＮＯ３（１９９３）、Ｃhemical Ｅconomics Ｈandboook−ＳＲＩ（２００１年））で工業的に生産され市販されているものを特別な制限なく用いることができる。
【０００８】
用いられる形状としては粒条、パウダー状いずれでも特に制限はないが、輸送の便宜や工業スケールでの取り扱いの容易さ等から粒状の尿素を用いることが好ましい。また、水に溶解させる速度を向上させるため適宜好ましい粒子径に調節することが好ましい。
尿素水の製造は尿素を水に溶解させることで行われる。一般的には尿素水は尿素濃度２０〜６０重量％、好ましくは２５〜５５重量％である。
【０００９】
溶解後の温度は、好ましくは１０ないし６０℃、更に好ましくは１０ないし５０℃である。この濃度範囲の尿素をこの温度範囲で溶解させることで初めて高純度の尿素水が製造され、内燃機関排気処理用ＮＯx還元触媒のアンモニア源として使用可能な尿素水が得られることがわかった。尿素を水に添加すると尿素の溶解熱により温度が低下する。溶解温度が１０℃より低い場合には、尿素の溶解速度が小さくなり、極端な場合には尿素水そのものが凍結する危険性がある。溶解時の温度が６０℃よりはるかに高い場合には内燃機関排気処理用ＮＯx還元触媒のアンモニア源として用いた場合に臭気の点などで問題となることがわかった。これは、尿素の加水分解が促進されアンモニアの発生量が大きくなるものと推測している。作業環境上の問題から気相部のアンモニア濃度は日本産業衛生学会の許容濃度２５ｐｐｍを超えない事が望ましい。ここで気相部のアンモニア濃度は一般的な検知管で測定する。
【００１０】
尿素を溶解させる水は、電気伝導度が０．３ｍＳ／ｍ以下の純水を用いる。この電気伝導度を有する水を内燃機関排気処理用ＮＯx還元触媒のアンモニア源として用いた場合には、ディーゼルエンジンを連続運転した場合に尿素の供給配管に詰まりが発生しない点において好ましい。ここで、この純水は通常の製造方法、例えばイオン交換樹脂、逆浸透膜等を用いる周知の方法により得ることが出来る。水の電気伝導度が０．３ｍＳ／ｍよりはるかに高くなると無機電解質の増加により尿素の水への溶解度が影響されるため好ましくない。
【００１１】
また、本発明の態様として上記で得られた尿素水をろ過する工程が必須である。これらの固形物は配管等から混入する僅かな異物、或いは上記処理により極微量混入する処理剤等と推定している。内燃機関排気処理用アンモニア還元触媒装置では排気ガス中のＮＯｘを還元する触媒の上流側に尿素水を含む還元剤を供給する還元剤供給装置が含まれている。この還元剤供給装置ではろ過することによりしない場合に比べて、一層、還元剤供給装置に装備されている導入配管の詰まりが軽減される。従って、ろ過した尿素水を用いることにより内燃機関処理用アンモニア還元装置の負荷を軽減することができる。ろ過器としては、ストレーナー等で十分である。ストレーナーとしてはバケット型等を使用でき、異物の大きさによりメッシュ型スクリーン、繊維成型型、不織布プリーツ型等のエレメントを用いる。好ましくはろ過精度０．５〜５００μｍのエレメント等を用いることができる。
【００１２】
本発明の態様として２０重量％〜６０重量％、１０〜６０℃で固体状尿素を電気伝導度が０．３ｍｓ/ｍ以下の水に溶解させることで得られた尿素水をオイル吸着剤で処理する工程が必須である。これにより一層、高純度の尿素水を得ることが可能である。オイル吸着剤で処理することにより尿素水の表面に油膜を形成し、長期にわたる貯蔵において貯蔵容器表面での薄膜状の析出を阻止できる。このオイル含量は当該炭化水素系オイルは塩酸酸性下、四塩化炭素に油分を抽出分離した後に赤外吸収を測定することで定量することができる。オイル吸着剤（例えばケイソウ土、活性炭、オイル吸着樹脂）で処理することによりオイル含量は５０ｐｐｍ以下、好ましくは５ｐｐｍ以下、さらに好ましくは３ｐｐｍ以下とするのが好ましい。
【００１３】
ここで気相部のアンモニア濃度は一般的な検知管で測定した。また、尿素水中の異物は尿素水をろ紙でろ過し、ろ紙を水洗後、乾燥させ、顕微鏡により観察することで、その数を確認する事ができる。
【実施例１】
【００１４】
３２．５％になるように尿素を電気伝導度０．３ｍＳ/ｍ未満の水に溶解させた。その時の温度を溶解後で３０℃とし、２時間及び５時間同温度で放置した。
【実施例２】
【００１５】
温度を５０℃とした以外は実施例１と同様に行った。
【実施例３】
【００１６】
温度を６０℃とした以外は実施例１と同様に行った。
【実施例４】
【００１７】
実施例１により調整した尿素水を室温で空間速度 １０ｈ−１で活性炭（Ｆ−４００（東洋カルゴン社製））に通した。
【実施例５】
【００１８】
実施例１により調整した尿素水を室温で空間速度 ２０００ｈ−１で珪藻土を通過させた。
【実施例６】
【００１９】
実施例１により調整した尿素水を室温で空間速度 ２０００ｈ−１でオイル除去フィルター（タフネルオイルブロッター（三井化学製））を通過させた。
【実施例７】
【００２０】
実施例３で調整した尿素水を更に、５μｍのフィルターを通過させた。
【００２１】
［比較例１］
温度を７０℃とした以外は実施例１と同様に行った。
実施例１〜２及び比較例１〜２での尿素溶解後の気相のアンモニア濃度を測定した結果を示した。尚、アンモニア濃度は室温に冷却後に測定した。
【００２２】
【表１】
【００２３】
また、実施例１〜２及び４〜７の分析結果を表２に示した。
【００２４】
【表２】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２０重量％〜６０重量％、１０〜６０℃で固体状尿素を電気伝導度が０．３ｍＳ/ｍ以下の水に溶解させ、かかる尿素水をろ過する工程及びオイル吸着剤で処理する工程からなることを特徴とする高純度尿素水の製造法。
【請求項１】
２０重量％〜６０重量％、１０〜６０℃で固体状尿素を電気伝導度が０．３ｍＳ/ｍ以下の水に溶解させ、かかる尿素水をろ過する工程及びオイル吸着剤で処理する工程からなることを特徴とする高純度尿素水の製造法。
【公開番号】特開２００６−２９８８２８（Ｐ２００６−２９８８２８Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２３４９１（Ｐ２００５−１２３４９１）
【出願日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【出願人】（０００００５８８７）三井化学株式会社 (2,318)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【出願人】（０００００５８８７）三井化学株式会社 (2,318)
【Ｆターム（参考）】
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