CN1015883B - 低浓度尿素水溶液的尿素水解方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及尿素稀溶液的处理，包括热处理含很少量尿素、氨和CO₂的水溶液，来水解尿素和以氨和CO₂分离，从而得到基本不含这些组分的水。而在常规方法中处理水中尿素残余量约为50ppm。本发明的尿素水解方法包括两步，第一步水溶液加压下与蒸汽直接并流接触水解尿素，和第二步得到水溶液在与第一步相同压力下与蒸汽直接逆流接触将水溶液转化为基本不含尿素的水。本发明涉及生产尿素工艺副产水中所含尿素、氨和CO₂的分离方法，经这样处理的水可从生产工艺中分离和排放。

Description

本发明涉及低浓度尿素水溶液的处理，包括将含有极少量尿素、氨和二氧化碳的水溶液进行热处理，使尿素水解并将其汽提为气体氨和二氧化碳而除掉，由此得到的水除水之外基本上不含这些成份。更具体地说，本发明涉及分离水中所含上述成分的方法，该成分是尿素生产过程中的主要副产品，经分离后可排放到该工艺流程之外。

处理低浓度尿素水溶液可以回收有用物质、防止污染，实现尿素生产中没有硫酸铵和硝酸铵副产品和扩大工厂的生产规模，从这个角度来看，这种处理颇为重要。从原理上来说，低浓度尿素水溶液中所含极少量的尿素，在加压下通过水解，可以转化为氨和二氧化碳，而氨和二氧化碳在低于几个大气压的低压下通过蒸馏或汽提，可以蒸发并与溶液分离。至今，已知的水解技术有四种工艺方法，如图2a～d所示，按喷入蒸汽的流动方向和待处理溶液的流动方向之间的关系而有不同的变化。图2a和b是同向流程图，而2c和d则为逆向流程图。在这些工艺过程中，按通常方法处理时，残留在废水中的尿素含量约为50ppm。

但是，最近严格规定废水中的尿素含量必须在10ppm或10ppm以下，因此实际上需要对尿素进行充分水解。然而按照上述四种方法，需要极长的停留时间来进行水解，设备耗资很大，证明常规方法基本上不宜采用。

本发明的目的是提供一种在稀的尿素水溶液中的尿素的新水解方法，其中含很少量尿素、氨和二氧化碳的水溶液转化为基本不含尿素的水。

本发明的又一个目的是提供一种具有结构特征的塔式密闭容器中进 行尿素水解的新方法。

本发明的其它目的，从下面说明书的描述和所附权利要求书中可以看出。

本发明者发现，问题归因于水解产生的氨和二氧化碳未能立即完全蒸发，而且部分残留在溶液中，当极少量尿素存在于溶液时，即使与之共存的氨量极少，也会影响水解。本发明者的研究结果解决了这一难题，并且根据此研究结果提供的方法，可以很容易地将残留的尿素水解到使其含量为5ppm或更低。

根据本发明，将含有极少量的尿素、氨和二氧化碳的水溶液进行热处理，使尿素水解成氨和二氧化碳时，可分两步进行尿素的水解，由此得到基本上不含这些成分的水。第一步：使水溶液在加压下与蒸汽并流接触，使尿素水解为氨和二氧化碳，直到尿素的残留量为50～500ppm（重量），最佳为50～100ppm（重量），再使生成的氨和二氧化碳以气体混合物的形式与溶液分离。第二步：使仍含有尿素的水溶液在与第一步相同的压力下与蒸汽逆流接触，进一步水解尿素，再将由此生成的氨和二氧化碳气体混合物与溶液分离，由此得到基本不含尿素的水。

图1是说明用于实施本发明的尿素水解器和与之相连接的汽提塔之间关系的一个流程图。图2是说明常规尿素水解器和与之相连接的汽提塔之间关系的4个流程图。

由尿素生产工艺浓缩步骤中分离凝聚得到的冷凝液一般含有0.3～1.5%（重量）尿素，0.5～5.0%（重量）氨，和0.3～3.0%（重量）二氧化碳。通过在汽提塔内通入蒸汽和蒸馏，使该水溶液的压力升至1～5Kg/cm²表压，并预热至使氨和二氧化碳分离成气体混合物。经过分离的尿素水溶液，其压力升至10～30Kg/cm²表压，然后再进行本发明的水解处理。

本发明方法的第一步和第二步可以各自在分离塔或容器中进行，但 是从简化设备和经济观点考虑，两步处理最好在一个组合装置中进行。即将所用的密闭容器分为一室和二室，该容器本身为立式圆筒，溶液可以上下流动，而蒸汽向上流动，靠一垂直平板将其分隔成左右两室或靠一内圆筒分隔成两个环形室。基于压力相同，对于首先将待处理的溶液引入哪一个室的次序问题并无特殊的优先考虑。为了防止喷入的蒸汽击穿，最好在两个室内采用多层孔板。加压的尿素水溶液首先引入第一室的底部，同时用与之并流的蒸汽加热，在180～230℃下水解低浓度尿素溶液中的尿素。

由尿素水解生成的氨和二氧化碳与经喷入蒸汽蒸发的溶液一起向上流入室的顶部。到达顶部的氨和二氧化碳的气体混合物在顶部的分离区内与溶液分离。经第一步处理之后，仍留在溶液中的尿素含量减少至50～500ppm。需将生成的氨和二氧化碳在这一步进行分离以及留下如上述规定的尿素量的原因在于可在第二步进行十分有效的水解。由留下的氨所引起的麻烦应归之于如上所述的新近发现的原因。如果残留的尿素量超过上限，则在第二步形成的氨就会对水解不利，反之，如果含量低于下限，则造成第一步处理的量过大。因此，在上述范围内的含量为最佳。

然后将尿素含量降至所限范围的水溶液送入第二室，对残留在溶液中的尿素进行水解。在该室内，水溶液向下流，而蒸汽逆向喷入。留下的尿素含量降至1～5ppm，在185～230℃下水溶液从该室的底部排出。水解形成的大部分氨和二氧化碳被喷入的蒸汽带到室的顶部，与上述第一步分离得到的氨和二氧化碳合并，合并的气体混合物与蒸汽一起从水解器中排出。

排放的废气经降压后又回到本发明流程上流的汽提塔。此外，排放的溶液在进行任意的热交换和降压后也回到同一个汽提塔，在该塔中完成汽提，以便脱除留下的极少量的氨和二氧化碳。

按照本发明方法进行处理的低浓度尿素水溶液，通过本发明流程上流的汽提塔后，尿素合成工艺的最终废水仅含1～5ppm（重量）尿素，1～5ppm（重量）氨和0～3ppm（重量）二氧化碳。

按照本发明方法，可非常经济地将尿素水解到如上所述的尿素残留量，无需扩大尿素水解器的容积。

图1说明本发明方法的最佳实施例。

实施例

参考图1介绍本例。

将在尿素合成工艺的尿素产品浓缩步骤中经过分离和冷凝的低浓度尿素废液通过导管1送入压力为3Kg/cm表压的汽提塔11U的顶部，该废液中尿素、氨、二氧化碳和水的流量分别为18公斤/小时、74公斤/小时、55公斤/小时和3.213公斤/小时。在汽提塔中，使溶液与上行蒸汽逆向接触，使蒸汽夹带氨和二氧化碳，以致在顶部，基本上可将溶液中所含的氨和二氧化碳全部分离，分离后的氨和二氧化碳经排气管4从汽提塔11U排出。另一方面，低浓度尿素水溶液流入贮液槽11M，经过管道5流向泵13，由该泵将溶液增压至16Kg/cm²表压，生成的增压溶液在热交换器14中预热，然后经水解器12的底部进入水解一室12L。

通过蒸汽管道17将压力为20Kg/cm²表压的蒸汽以40公斤/小时的流量喷入水解一室12L底部，上行蒸汽流经由多层孔板组成的水解一室12L，同时与到达顶部的低浓度尿素溶液并流接触。

在此期间，上行液流中的尿素含量被水解至80ppm，而水解产生的一部分氨和二氧化碳在顶部以气态分离。

然后，经过部分分离了氨和二氧化碳的低浓度的尿素水溶液，溢流到由类似的多层孔板组成的二室12R，再经该室流向底部，同时与喷入底室的蒸汽逆向接触，蒸汽的流量为40公斤/小时，压力为20Kg/cm²表压。

在此期间，下行液流中的尿素进一步水解，使底部的含量降至1ppm。另一方面，由此产生的氨和二氧化碳由蒸汽带入顶部，并与一室12L中已经分离的氨和二氧化碳一起从水解器中流出。所得的气体混合物经减压阀15降至汽提塔的压力，再经管道6引入汽提塔11U底部，最后与前述的氨和二氧化碳一起自汽提塔11U的顶部经管道4排出。由于经管道7从二室12R底部流出的溶液仍含有极少量的氨（40ppm）和二氧化碳（45ppm），所以该溶液在经热交换器14降温后，再经阀16减压，然后进入由多层孔板组成的汽提塔11L顶部。在溶液下行流经汽提塔11L的同时，残留的少量的氨和二氧化碳由经管道2喷入的汽提塔底部的蒸汽蒸发，最后经管道4排出。于是，可从汽提塔底部取出实际上不含尿素、氨和二氧化碳的水，作为待处理的污水经管道3排出。

在这一系列的步骤中，如采用常规的一阶逆流或并流型结构的水解器，而且要求尿素水解的程度能与采用本发明方法所达到的尿素残余量一样，则所需的水解器12的容积为本发明所用的水解器的1.5倍。

Claims (8)

1、尿素水解的方法，通过热处理含有少量尿素、氨和二氧化碳的稀水溶液以氨和二氧化碳形式分离尿素，其特征在于，此方法包括两步，第一步是使水溶液在加压下与蒸汽直接并流接触，将尿素水解到50～500ppm(重量)的尿素残留量，并将由水解产生的氨和二氧化碳以气体混合物进行分离，第二步是使仍含有残留尿素的水溶液在和第一步同样压力下与蒸汽直接逆流接触，将尿素进一步水解并将由此产生的氨和二氧化碳以气体混合物进行分离，从而将水溶液转化为基本不含尿素的水。

2、根据权利要求1的尿素水解方法，其特征在于尿素水解的第一步和第二步都是在同一个塔式密闭容器中进行的。

3、根据权利要求2的尿素水解方法，其特征在于水解过程是在内部由用垂直平板构成的间壁分隔成两室的塔式密闭容器中进行的。

4、根据权利要求2的尿素水解方法，其特征在于水解过程是在内部由用立式圆筒构成的间壁分隔成两室的塔式密闭容器中进行的。

5、根据权利要求2或3的尿素水解方法，其特征在于水解过程是在间壁的顶部构成溢流堰结构的塔式密闭容器中进行的。

6、根据权利要求1的尿素水解方法，其特征在于，溶液在第一步为上行流而在第二步为下行流。

7、根据权利要求2的尿素水解方法，其特征在于水解过程是在内部装有多层孔板的塔式密闭容器内进行的。

8、根据权利要求1的尿素水解方法，其特征在于第一步和第二步都是在温度为180～230℃和压力为10～30Kg/cm表压条件下进行的。

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