CN102026704A - 减少尿素造粒设备中的悬浮微粒排放的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种浓缩的尿素溶液的造粒方法，其中，造粒产生尿素颗粒和带尘空气，带尘空气随后进入灰尘洗涤器，灰尘洗涤器用浓缩程度差的尿素溶液除去较粗的灰尘并排出残余气，残余气包括含有氨、二氧化碳、水和悬浮微粒的空气，悬浮微粒主要包括异氰酸铵和一部分非常细微的尿素凝华物，悬浮微粒然后被分离出来并进入异构化单元，该异构化单元包括汽提，在那里异氰酸铵与蒸汽反应形成尿素并随后作为浓缩程度差的尿素溶液重新进入灰尘洗涤器，并将残余气引入酸性洗涤器，该酸性洗涤器释放清洁空气进入大气，其最终使得异氰酸铵悬浮颗粒回收变成尿素。本发明也涉及一种用于执行相应方法的装置。

Description

减少尿素造粒设备中的悬浮微粒排放的方法

本发明涉及一种通过回收所得到的洗涤器流出物来减少尿素造粒设备中的悬浮微粒排放的方法。该方法描述了已知的造粒机中尿素颗粒的生产，造粒机与从气流中除去异氰酸铵的尿素异构化单元连接。造粒机流出物中的异氰酸铵进一步部分水解并部分异构化为尿素。异构化的尿素通入液相，随后回到除尘系统或者洗涤系统。本发明也涉及一种使用相应方法的生产尿素颗粒的装置。

尿素通常由浓缩的尿素熔化物结晶产生。熔化物引入造粒机中，造粒机在升温条件下进行造粒并蒸发熔化物中的水。产生的造粒颗粒通常以一定形状获得，这使它们适用于希望的应用。由于高温，一部分尿素按照可逆反应转变为异氰酸铵。相应的化学方程式是：

该反应使得一部分尿素分解并产生异氰酸铵，异氰酸铵进入离开造粒机的气流中。该反应是可逆的，结果是作为尿素的异构体的异氰酸铵可以被异构化变成希望的产品尿素。异氰酸铵进一步地与水分解为碳酸铵，碳酸铵在升温下最终导致二氧化碳、氨和水的形成：

然而，最后的分解产物二氧化碳和氨，不能被异构化为尿素，但是可以被回收到尿素生产工艺中。

为了保持整个工艺的经济性，优选将尿素与副产品分离开并将它们再引入到生产工艺中。异氰酸铵通常以悬浮微粒获得，因此，分离该悬浮微粒允许将该异氰酸铵异构化成尿素。气体副产品二氧化碳和氨被剩下并且可以被再引入生产工艺中。另外，异氰酸盐经常散发到大气中，其可能对环境有害。因而需要一种减少或消除向环境排放异氰酸盐的方法。

从来自尿素生产的排放气体中回收氨是已知的。WO2005/032696A1描述了一种用于从肥料、优选尿素的生产过程中产生的废气中除去氨和灰尘的方法。将废气引入第一洗涤器，在那里用洗涤水洗涤它。为了能够明显减少废气引起的污染，来自造粒机的废气以及来自造粒机的冷却器气体在排出洗涤器前都通过至少一个液滴消除器。然而，该发明没有说明如何回收造粒常见副产品异氰酸铵。

因而希望找到一种方法，其捕集副产品异氰酸铵、氨和水，并从尿素造粒的副产品中分离出异氰酸铵，该异氰酸铵通常以可分离的悬浮微粒或细微颗粒的形式获得。另外，希望的方法应该异构化异氰酸铵为尿素并使其再进入生产工艺。希望的方法将也为气体提供洗涤系统以及用于回收反应热的设备。

本发明描述了一种从尿素造粒中回收氨、二氧化碳和悬浮微粒的方法。悬浮微粒包含较大部分的异氰酸铵，该异氰酸铵在第一步骤中被分离出来然后在第二步骤中水解并异构化为尿素，随后再循环回工艺中。工艺的再循环步骤可将尿素溶液引入灰尘洗涤器。灰尘洗涤器通常也使用尿素溶液，然而，它也可能使用通常由再循环步骤得到的降低浓度的尿素溶液。受污染的尿素也能用于该目的。气体副产品二氧化碳、氨和水被再引入尿素生产工艺。

本发明也要求保护一种合适的设备，其用于回收由所述方法所提供的反应热。本发明也提供合适的用于洗涤和清洁所得到的废气的设备。本发明要求保护这些方法和执行所述方法的装置。本发明也要求保护由所要求保护的方法生产的颗粒尿素产品。

本发明尤其要求保护一种通过处理所得到的洗涤器流出物来减少来自尿素造粒设备的悬浮微粒排放的方法，采用

●由浓缩的尿素溶液和所含水份的蒸发生产尿素的造粒机，产生尿素颗粒和由灰尘、氨和异氰酸铵组成的废料，和

●后续的灰尘洗涤段或除尘段，和

●后续的悬浮微粒段，采用特别设计的喷雾器和收集垫，排出由由空气和氨组成的废料构成的第一物流，以及由异氰酸铵和水组成的第二物流，

其特征在于

●使由异氰酸铵、一些尿素和水组成的第二物流进入异构化单元，在那里异氰酸铵组分异构化变回尿素，而异氰酸铵到尿素的异构化在塔底采用低压蒸汽进料的汽提塔中进行，和

●使汽提塔中产生的尿素进入液相，并且将剩余的氨和二氧化碳排放到塔顶。

通过使用本发明，有可能在任何所希望的位置将换热器或者冷却器包括到所述工艺中。特别地，有可能将换热器包括到异氰酸铵分离之后的工艺中。特别地，有可能在进入汽提塔之前加热来自悬浮微粒洗涤器的冷流出物物流。该步骤中较高的工艺温度将增加异构化速率。因而温度应为100～200℃。为了整个工艺的经济性，因此有利的是使来自悬浮微粒段的所分离的悬浮微粒通过换热器。合适的换热器热源是来自异构化单元的含有尿素的液体回收相。如果不能安装换热器，也可能使用常规热源。

典型地，在造粒之后，将来自造粒的残余气和灰尘导入灰尘段。该段从来自生产气体中分离出大部分灰尘，所述气体例如氨并通常由异氰酸铵和残余的尿素组成。然后将空气引入悬浮微粒段，分离出细微颗粒和悬浮微粒，包括绝大部分的异氰酸铵和一部分非常细微的尿素凝华物。悬浮微粒段优选配备有特别设计的喷雾器和收集垫，这允许悬浮微粒适当的分离。也可能将含有灰尘的废气直接导入悬浮微粒段，而没有中间的灰尘分离段。然而，这样的话，悬浮微粒分离段中的含尘量较高，因此在本发明的优选实施方式中使用灰尘分离段。

来自悬浮微粒分离段的残余气体仍包括空气和残余的氨。在该方法的一个典型的实施方式中，残余气体仍包含较少量的氨，其可由酸性的洗涤系统除去。该气体可通过任何常规方法洗涤。该气体还可以通过物理的或化学的液体洗涤。适合的洗涤系统是现有技术。

为了回收尿素，异氰酸铵的异构化在汽提塔中进行。汽提塔可为任何希望的结构。在一种优选的结构中，可能构建具有排出气体的塔顶和排出液体的塔底的塔。塔可具有多个塔盘以有效地分离顶部的水蒸气、氨和二氧化碳和塔底的稀释的尿素溶液。塔可配有所有合适的加热或冷却设备。回收单元还可配有产生压力或真空的所有设备。在优选的结构中，汽提塔由低压蒸汽加热以维持温度和压力并在塔顶排出主要由氨、二氧化碳和水组成的气体。异氰酸铵在加热条件下进入塔中，并在蒸汽和水存在下异构化为尿素。

所得到的尿素溶液一般浓度为40-85质量％。尿素与水形成热的液体溶液，并通常再引入灰尘分离段。任选地，可以采用所得到的尿素溶液的浓度。然而，也可能将所得到的尿素溶液再次引入造粒工艺或者用于非工艺目的。

本发明的方法不仅适合于颗粒的生产。同样地，也可用于尿素粉末、溶液、团聚体材料或小球的生产。

异构化单元所得到的气相仍由氨、二氧化碳和水组成，其通常进入尿素合成单元的低压氨基甲酸盐冷凝器。在本发明的一个实施方式中，将脱离二氧化碳、氨和水所剩下的残余的氨基甲酸盐导入冷凝器，在那里减压到低压并且引入较低温度的蒸汽。结果是残余的氨基甲酸铵更好地冷凝。浓缩的氨基甲酸盐物流随后再循环至尿素合成单元。

造粒步骤的工艺条件为一般用于尿素造粒的条件。作为造粒材料的尿素溶液的典型的深度是90～99质量％。除尘段的进料浓度可以是较低浓度。因此，去往灰尘洗涤器的尿素溶液可具有一般为40～85质量％的较小浓度。浓缩步骤可用在任何工艺阶段。造粒通常发生在110～130℃的温度下。WO2005/075383A1中给出了尿素造粒的典型工艺。

异构化单元的操作条件通常不同于造粒步骤。异构化单元包括汽提塔，该汽提塔一般操作于100～180℃的温度和2.0～9.0巴的压力下。根据回收条件，它们可以随着产品条件变化。

本专利申请也涉及一种执行所述方法的装置。本专利装置一般包含由尿素造粒单元、分离灰尘的灰尘分离单元和分离悬浮微粒的悬浮微粒分离单元组成的设备，悬浮微粒主要由异氰酸铵和一部分非常细微的尿素凝华物组成。任选地，该装置也包括洗涤单元，该洗涤单元清洁来自酸性组分的废气。相关装置是现有技术并在别处有述。

该装置也包括异构化单元，该异构化单元由加热元件和汽提塔构成。汽提塔可以是现有技术中的汽提塔。该汽提塔通常包括加热、冷却和抽真空装置。偶而，它可以包含加压装置。该汽提塔包含排出液体或气体的必要的装置。它也可含有再沸器或蒸汽入口。后者也可是低压蒸汽入口。

本发明要求保护一种生产尿素颗粒的装置，其特征在于该装置由以下组成

●用于尿素溶液造粒的造粒机，和

●后续的用于除尘的洗涤器，和

●后续的用于除去悬浮微粒的悬浮微粒段，该段具有设计的喷雾系统和收集垫，

其特征在于

●所分离的主要由异氰酸铵和一部分非常微细的尿素凝华物组成的悬浮微粒可进入异构化单元，而

●所述异构化单元由汽提塔构成，该汽提塔具有塔顶气体排出口和塔底液体排出口。

本发明也要求保护一种生产尿素颗粒的装置，其特征在于所述装置包括安装在所述悬浮微粒段和所述汽提塔之间的换热器。该换热器将通常为间接型的，以避免污染产品。然而，如果冷却水型的和产品质量允许，它也可能是直接型的。这样可减少操作和投资成本。本发明也要求保护一种生产尿素颗粒的装置，其中该装置包括低压氨基甲酸盐冷凝器，以便收集来自尿素回收系统的气体废料以及浓缩并冷凝和处置残余的氨基甲酸盐。

本发明在此通过描述本发明的附图进行描述，但不限制本发明的范围。其充当描述性的实施例。

图1显示本专利方法的流程图，从左边的造粒机开始。干燥空气和浓度为90～99质量％的尿素熔化物被用作生产尿素颗粒产品的造粒机的起始材料。干燥空气作为含有灰尘、氨、异氰酸铵和水的空气离开造粒机，并进入灰尘洗涤器。灰尘洗涤器从该空气中除去较粗的灰尘颗粒，并接收一般为40～85质量％的浓缩程度差的尿素溶液进料。加入的水蒸发之后，来自灰尘洗涤器的尿素溶液产生颗粒化的尿素产品。灰尘洗涤器也排出含有氨、二氧化碳、异氰酸铵和水的空气，其随后进入悬浮微粒分离段。来自悬浮微粒段的流出物含有大部分的异氰酸铵和一部分非常细微的尿素凝华物，其进入换热器然后进入作为异构化单元的汽提塔。异氰酸铵被异构化为尿素并作为热溶液离开汽提塔。该热溶液离开塔并通过换热器加热进入的液体。在汽提塔的塔顶，排出含有氨、二氧化碳和水的气体。该气体可被再引入到尿素合成工艺。来自汽提塔的尿素液体被再次引入灰尘洗涤器。汽提塔可以采用低压蒸汽进料。除了异氰酸铵悬浮微粒外，悬浮微粒段还排出含有残余部分的氨和酸性气体的空气。将该空气引入酸性洗涤器，酸性洗涤器除去残余的氨并排出不含氨和酸性气体的清洁尾气进入大气。

附图标记列表

1干燥空气

2熔化物

3浓缩程度差的尿素溶液

4清洁水

5造粒机

6产品

7含有灰尘、氨、异氰酸盐的空气

8灰尘洗涤器

9蒸发

10含有氨、异氰酸盐的空气

11悬浮微粒分离段

12含有氨的空气

13酸性洗涤器

14尾气到大气

15异构化单元

16换热器

17汽提塔

18低压蒸汽

19氨、二氧化碳、水

Claims (13)

1.通过处理所得到的洗涤器流出物来减少来自尿素造粒设备的悬浮微粒排放的方法，采用

●由浓缩的尿素溶液和所含水份的蒸发生产尿素的造粒机，产生尿素颗粒和由灰尘、氨和异氰酸铵组成的废料，和

●后续的灰尘洗涤段或除尘段，和

●后续的悬浮微粒段，采用特别设计的喷雾器和收集垫，排出由废料构成的第一物流以及由异氰酸铵和水组成的第二物流，其中废料由空气和氨组成，

其特征在于

●使由异氰酸铵和水组成的第二物流进入异构化单元，在那里异氰酸铵组分异构化变回尿素，而异氰酸铵到尿素的异构化在塔底采用低压蒸汽进料的汽提塔中进行，和

●使汽提塔中产生的尿素进入液相，并且剩余的氨和二氧化碳排放到塔顶。

2.根据权利要求1所述的通过回收所得到的洗涤器流出物来减少来自尿素造粒设备中的悬浮微粒排放的方法，其特征在于，来自汽提塔的含有尿素的液相在浓缩步骤中浓缩。

3.根据权利要求1或2所述的通过回收所得到的洗涤器流出物来减少来自尿素造粒设备中的悬浮微粒排放的方法，其特征在于，将来自汽提塔的含有尿素的液相再循环至造粒机、到灰尘分离单元或被用于非加工目的。

4.根据权利要求1-3所述的通过回收所得到的洗涤器流出物来减少来自尿素造粒设备中的悬浮微粒排放的方法，其特征在于，由异氰酸铵和水组成的废料在进入异构化单元前进入换热器。

5.根据权利要求1-4所述的通过回收所得到的洗涤器流出物来减少来自尿素造粒设备中的悬浮微粒排放的方法，其特征在于，由异构化单元产生的由氨、二氧化碳和水组成的气相进入氨基甲酸盐冷凝器，该冷凝器将氨基甲酸盐冷凝成液体并使其返回尿素合成。

6.根据权利要求1-5所述的通过回收所得到的洗涤器流出物来减少来自尿素造粒设备中的悬浮微粒排放的方法，其特征在于，汽提塔利用低压蒸汽来维持异构化单元中的温度和压力。

7.根据权利要求1-6所述的通过回收所得到的洗涤器流出物来减少来自尿素造粒设备中的悬浮微粒排放的方法，其特征在于，来自悬浮微粒段的气体废料进入酸性洗涤器，在那里从气体废料中除去灰尘和细微颗粒以及残余的氨。

8.根据权利要求1-7所述的通过回收所得到的洗涤器流出物来减少来自尿素造粒设备中的悬浮微粒排放的方法，其特征在于，将汽提塔中的操作条件设定为100～180℃，压力为2.0～9.0巴。

9.根据权利要求1-8所述的通过回收所得到的洗涤器流出物来减少来自尿素造粒设备中的悬浮微粒排放的方法，其特征在于，将浓度为90～99质量％的浓缩尿素溶液进料到造粒机中。

10.一种生产尿素颗粒的装置，其特征在于该装置由以下组成

●用于尿素溶液造粒的造粒机，和

●后续的用于除尘的洗涤器，和

●后续的用于除去悬浮微粒的悬浮微粒段，该段具有设计的喷雾系统和收集垫，

其特征在于

●所分离的主要由异氰酸铵组成的悬浮微粒可进入异构化单元，而

●所述异构化单元由汽提塔构成，该汽提塔具有塔顶气体排出口和塔底液体排出口。

11.根据权利要求10所述的生产尿素颗粒的装置，其特征在于所述装置包括安装在所述悬浮微粒段和所述汽提塔之间的换热器。

12.根据权利要求10或11所述的生产尿素颗粒的装置，其特征在于所述异构化单元连接至低压蒸汽供给，该低压蒸汽供给提供低压蒸汽给所述异构化单元的汽提塔。

13.根据权利要求10-12所述的生产尿素颗粒的装置，其特征在于所述装置包括低压氨基甲酸盐冷凝器，在那里收集来自所述异构化单元的气体废料并冷凝和处置残余的氨基甲酸盐。

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