CN103748071B - 尿素精整加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了尿素精整加工方法。尿素溶液被提供至结晶化且，与普通方法不同，通过对尿素结晶施加机械力使该尿素结晶成形。因此，可避免常规的制粒或造粒精整加工步骤，同理，相应的氨和/或粉尘的排放也被避免。结晶化包含闪蒸结晶化。本发明也涉及通过该方法可得到的尿素颗粒，涉及尿素装置以及改良现有尿素装置的方法。

Description

尿素精整加工方法
技术领域
本发明涉及尿素生产领域，特别涉及尿素精整加工方法。本发明还涉及从尿素生产装置的精整加工部分的废气中去除氨。
背景技术
尿素合成
尿素通常生产自氨和二氧化碳。它能在12至40MPa压力下和在150℃至250℃的温度下将二氧化碳和过量的氨一起引入尿素合成区域制备。由此产生的尿素形成能最佳表示为两个连续的反应步骤的形式，在第一步中根据放热反应形成氨基甲酸铵：
2NH3+CO2→H2N–CO–ONH4
在这之后，在第二步中对形成的氨基甲酸铵进行脱水，根据吸热平衡反应提供所述的尿素：
除了其他因素外，这些反应发生的程度取决于温度和使用的过量氨。在尿素合成溶液中得到的反应产物基本上由尿素、水、解离氨和氨基甲酸铵组成。从该溶液中去除氨基甲酸铵和氨且该氨基甲酸铵和氨通常被返回尿素合成区域。除上面提到的在尿素合成区域中的溶液之外，形成了由未反应的氨和二氧化碳连同惰性气体组成的气体混合物，即所谓的反应器废气。该尿素合成部分可包括用于氨基甲酸铵和尿素形成的分离区域。这些区域也可以在一个单一的设备中结合在一起。
在尿素汽提装置中，未转换成尿素的氨基甲酸铵的分解和通常的过量氨的散发主要发生在基本上几乎等于合成反应器中的压力的压力中。该分解和散发可能通过借助汽提气如，例如，二氧化碳和/或氨，通过热量的增加在安装于反应器下游的一个或多个汽提器中发生。应用热汽提也是可能的。热汽提意味着热量的供给专门用于从尿素溶液中分解氨基甲酸铵及去除存在的氨和二氧化碳。离开汽提器的含有氨和二氧化碳的气流，在高压冷凝器中被冷凝然后返回尿素合成区域。
尿素汽提装置中的合成区域在160℃-240℃的温度，优选在170℃-220℃的温度下运转。合成反应器中的压力为12-21MPa，优选12.5-20MPa。汽提装置的尿素合成区域中氨对二氧化碳的摩尔比(N/C比)通常在2.2和5之间，优选在2.5和4.5mol/mol之间。该合成区域能在单一的反应器或在多个并联或串联反应器中被实施。
在汽提处理之后，在尿素回收部分中降低汽提后的尿素溶液的压力。在回收部分中从尿素和水溶液中分离尿素溶液中未转换的氨和二氧化碳。回收部分一般包括加热器、液/气分离部分和冷凝器。加热进入回收部分的尿素溶液以从该溶液中蒸发出挥发性成分氨和二氧化碳。在加热器中使用的加热剂一般是蒸汽。将在所述加热器中形成的蒸气在液/气分离中从尿素水溶液中分离，然后所述蒸气在冷凝器中经冷凝形成氨基甲酸酯溶液。一般在冷却水中分散释放的浓缩热量。在比合成部分中的压力低的压力下运转的回收部分中形成的氨基甲酸酯溶液优选地被返回到在合成压力下运转的尿素合成部分中。该回收部分一般是单一的部分或是多个串联排列的回收部分。
尿素精整加工（finishing）
目前的尿素生产包含相对清洁的方法，在尿素粉尘和氨排放方面特别低。然而，除了尿素的化学合成，尿素的生产在商业规模上要求将尿素呈现为合适的固体、颗粒形式。为此，尿素生产包含将尿素熔化物纳入所希望的颗粒形式的精整加工步骤，该步骤通常包含制粒、造粒和微粒化中的任意一个。
制粒曾经是最常见的方法，其中尿素熔化物被分布于制粒塔，当液滴落下时液滴凝固。然而，常常希望终产品具有与由制粒技术得到的产品相比更大的直径和更高的抗碎强度。这些弊端导致流化床造粒技术的发展，在该技术中尿素熔化物以颗粒被喷射，当该过程继续时颗粒的大小增加。在注射入制粒机之前，加入甲醛以防止结块并给予终产品强度。
离开精整加工部分的空气包含尿素粉尘和氨。特别地后者由精整加工阶段中多余的副反应所致，也就是伴随着氨的释放的双缩脲的形成，即尿素的二聚化作用。可发生的另一个副反应是同样伴随着氨释放的尿素的水解作用。因此，尽管尿素合成具有相对清洁的性质，但是尿素的商业性生产不可避免地伴随着氨的形成。这些氨一般通过尿素装置的精整加工部分的废气排出。
尿素的浓缩通常发生在高温和亚大气压下。通常尿素溶液至无水尿素熔化物中所希望的含水量的浓缩发生在包括一个或一系列的一个或多个串联的浓缩器的浓缩部分中。
通常在浓缩器中在将尿素溶液浓缩在期望的压力下所需的亚大气用于将尿素溶液通过用冷却水将释放的气体冷却和通过利用蒸汽作为喷射器的驱动力以在浓缩器中产生亚大气压的组合来实现。或者，在某些尿素浓缩器中使用真空泵来产生亚大气压。
该浓缩器通常包括壳管式热交换器和气液分离器。尿素溶液被提供至热交换器的管侧且必要的用于加热所述溶液的加热剂被提供至热交换器的壳侧。该加热剂可以是来自上述尿素工艺的工艺蒸气，热水或蒸汽。离开所述的热交换器的尿素溶液相和形成的蒸气相在所述的气液分离器中被分离。
离开浓缩的尿素熔化物通常由泵运送至尿素精整加工部分。为生产尿素终产物而通常在尿素装置中使用的尿素精整加工部分是尿素成粒精整加工和尿素造粒精整加工。
对尿素造粒精整加工来说，在到达造粒机的尿素熔化物中所希望的尿素浓度按重量计是在95%和99%之间。在送至造粒精整加工部分的尿素熔化物中尿素浓缩含量按重量计是在99.6%和99.9%之间。送至精整加工部分的尿素熔化物包含尿素、水和少量的氨。送至所述的尿素精整加工部分的尿素熔化物中的氨浓度含量按重量计是在100和900ppm之间。
在浓缩器中释放的蒸气包含氨、二氧化碳和水。在冷凝器中冷凝所述的蒸气。通常在冷却水中分散冷凝的热量。
在另一个背景方法中，离开回收部分的尿素溶液被提供至结晶部分。通常在需要尿素终产物含有按重量计含量小于0.5%的双缩脲时使用结晶部分。将尿素溶液提供至结晶器。结晶器中通常在亚大气压下运转，使尿素部分地结晶。当离开结晶器的包含形成的尿素结晶的尿素溶液被提供至液固分离器时，在结晶器中形成的蒸气在冷凝器中冷凝。在这个液固分离器中从尿素结晶中分离了大多数溶液，然后所述的结晶被提供至离心机。在离心机中利用包含尿素水溶液的母液洗涤尿素结晶，在该尿素水溶液中双缩脲含量总量按重量计在1%和10%之间。
从所述的结晶中进一步分离液相，然后将尿素结晶运送至再熔化器以形成浓度按重量计在99.5%和99.9%之间的浓缩的尿素熔化物，该尿素熔化物被提供至尿素精整加工部分。
在根据制粒所述的尿素精整加工部分中实质上无水的尿素熔化物在上升的室温气流中从制粒柱的顶部喷出，在该上升的室温气流中液滴固化形成所谓的小颗粒。固化尿素液滴的结晶化热量由这个上升的气流释放。
运至作为尿素精整加工部分使用的尿素成粒部分的流化床中的尿素熔化物包含除尿素和水外还有氨。在尿素的流化床成粒过程中存在于尿素熔化物中的水在很大程度上蒸发。此外尿素熔化物被固化。一般通过为保持床流化而使用的空气去除释放的结晶化热量。
通过尿素熔化物的结晶化，形成的固化尿素的小颗粒逸出制粒塔或流化床。这些小颗粒以粒径在0.1和100μm之间的尿素粉尘为特征，该粒径取决于使用的精整加工技术。这些颗粒通过排出的空气流离开精整加工。因为在描述的精整加工技术中使用了大量的空气，所以需要强有效的除尘系统以从所述的空气流中去除所述的颗粒。所述的除尘系统需要高投资和高能耗。
除了在所述尿素精整加工部分中形成的粉尘，在送至所述精整加工的尿素熔化物中大部分溶解的氨被解放并也通过排出的空气流离开所述的精整加工部分。取决于在所述的精整加工部分中使用的空气的量，在排出的空气流中氨浓度在每m3空气50到150mg之间不等。
有关环境方面，将排出的空气流中所述的形成的氨和尿素粉尘送至大气中不再被接受。已知的从那种空气流中去除氨的技术，如酸洗，具有需要高投资成本且必须对通过这样的酸洗系统形成的产品进行加工的缺点。
发明内容
为了更好的解决前述期望中的一个或多个，在一方面，本发明提供了由尿素水溶液生产尿素颗粒的方法，该方法包含结晶化步骤，其中该溶液被提供至包含闪蒸，优选干燥闪蒸的结晶步骤，以便使该尿素溶液得到包含固体结晶尿素的产品和包含水和氨的蒸汽，随后是成形步骤，其中，该成形步骤包含对尿素结晶施加机械力。
本发明也提供了由尿素水溶液生产尿素颗粒的方法，其包含结晶化步骤，其中结晶化步骤包含在从1到30kPa，且优选从1到20kPa的压力下闪蒸尿素溶液以便得到包含固体结晶尿素的产品和包含水和氨的蒸汽，随后是成形步骤，其中该成形步骤包含对尿素结晶施加机械力。
在另一个方面，本发明提供了用于尿素颗粒的成形的压缩器的使用，其中将通过本发明的方法得到的尿素结晶压进模具中。
在更进一步的方面，本发明提供了包括尿素合成部分、回收部分和精整加工部分的尿素装置，其中该回收部分包括适于使尿素从溶液中结晶的设备，且该精整加工部分包括适于对尿素结晶施加机械力的设备。
在另一方面，本发明是改良现有的尿素装置的方法以便降低由此引起的氨和粉尘的排放，该方法包含向该装置中添加适于从溶液中结晶尿素的设备和适于对尿素结晶施加机械力的设备。
在进一步的方面，本发明提供了通过增加所述装置的精整加工部分的产能来增加尿素装置的装置产能的方法，该方法包含作为平行精整加工部分添加的适于从溶液中结晶尿素的设备和适于对尿素结晶施加机械力的设备。
附图说明
图1是在尿素熔化物进入作为现有技术已知的尿素精整加工部分的典型的造粒单元之后浓缩尿素溶液至尿素熔化物的典型顺序的示意图。
图2示出了常规方法的另一个示例性方案，其中来自尿素装置的尿素溶液被提供至结晶化部分以得到包含含量按重量计在0.1%和0.5%之间的低量双缩脲的尿素熔化物。
图3是说明根据本发明所述的一个例子的示意图。
图4是根据本发明所述的另一个例子的示意图。
具体实施方式
在一般意义上，本发明是基于供给尿素结晶能有助于避免常规的制粒或造粒的尿素精整加工技术的明智判断。具体地，本发明是基于将尿素结晶在直接使用，即没有常规的熔融加工来通过机械力得到成形的颗粒。
作为本发明的方法的一个优势，其避免了如易于释放氨和粉尘进入大气的步骤。因此，与根据常规方法所述的制粒或造粒步骤的明显对比中，本发明的方法不要求降低氨和尿素粉尘的释放的额外措施。
为此，将尿素结晶提供至根据本发明所述的可供代替的精整加工部分，其中机械力被施加到结晶上。然而，结晶的来源对成形步骤的执行并不是关键的。在通过使尿素溶液进入亚大气的条件以便尿素结晶的自然形成来执行结晶化的情况下最佳享有本发明的优势。优选地，在结晶化步骤之前，使得溶液被浓缩以具有以尿素和双缩脲的重量计50%至99%，且优选从60%至98%的尿素浓度。为了改善关于抗碎强度的产品质量，可将甲醛或尿素甲醛提供至进入结晶化步骤的尿素溶液中。
不希望受理论的束缚，本发明人认为，其中将尿素溶液提供至亚大气条件的结晶化步骤，导致了尿素溶液的膨胀，其结果是自发地形成尿素结晶，且尿素溶液中残留的成分为如水和少量的氨挥发。结果是，释放进入大气中的形成的氨浓度和粉尘形成是可以忽略的，在这个意义上，这些成分中的任一个均小于50mg/m3。
因此，本发明提供了与形成的尿素结晶的直接使用结合的在成形的尿素颗粒中的出乎意料的优势。根据本发明，这是通过对结晶颗粒施加机械力实现的。因此，依照本发明，结果得到了新颖的尿素精整加工结果，其中尿素结晶通过利用机械力优选压形成颗粒或片，即其中用压缩力将机械力施加于尿素结晶上。所述的可供代替的尿素精整加工部分的优选的例子是造粒机、压缩器或切片机。在优选的实施方式中，成形在压缩器中实现，其中成形包含将尿素结晶压进模具中。
通过所述的可供代替的尿素精整加工形成的尿素产品能被做成任何大小和形式。优选地尿素终产品形状是球形的且直径在0.3和20毫米之间。优选地尿素颗粒（即尿素终产品）的直径是在1.0和10.0毫米之间。与此有关的，本发明也涉及根据在此描述的任一个实施方式所述的方法可得到的尿素颗粒。
可以在任一个尿素合成方法的基础上执行依据本发明的结晶化方法。
根据汽提工艺所述的尿素制备的经常使用的方法是二氧化碳汽提方法，例如在Ullmann的工业化学百科全书，卷A27,1996，333-350页(Ullmann’s Encyclopedia ofIndustrial Chemistry,Vol.A27,1996,pp333-350)中所描述的方法。在该方法中，合成部分后是一个或多个回收部分。该合成部分包括反应器、汽提器、冷凝器和运转压力在12和18MPa之间并优选在13和16MPa之间的洗涤器。在合成部分中离开尿素反应器的尿素溶液被供给汽提器，在该汽提器中从尿素水溶液中分离出大量的未转化氨和二氧化碳。这个汽提器可是壳管式热交换器，其中尿素溶液被进料至管侧的顶部且用于合成的二氧化碳被加至汽提器的底部。在壳侧，加入蒸汽以加热溶液。在尿素溶液底部离开热交换器，同时蒸气相在顶部离开汽提器。离开所述汽提器的蒸气包含氨、二氧化碳和少量水。在降膜式热交换器或可为水平型或垂直型的浸没式冷凝器中冷凝所述的蒸气。在Ullmann的工业化学百科全书，卷A27,1996，333-350页(Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry,Vol.A27,1996,pp333-350)中描述了水平型浸没式热交换机。通常将在所述的冷凝器中由放热的氨基甲酸酯冷凝反应释放的热量用于产生在下游尿素处理部分中用于加热和浓缩尿素溶液的蒸汽。因为在浸没式冷凝器中造成了一定的液体停留时间，所以一部分的尿素反应在所述的冷凝器中已经发生。包含冷凝的氨、二氧化碳、水和尿素的形成的溶液连同未冷凝的氨、二氧化碳和惰性气体被送至反应器中。在反应器中上述的从氨基甲酸酯到尿素的反应接近平衡。在离开反应器的尿素溶液中氨对二氧化碳的摩尔比一般是在2.5和4mol/mol之间。将冷凝器和反应器合并成一件仪器也是可能的。在Ullmann的工业化学百科全书，卷A27,1996，333-350页(Ullmann’s Encyclopedia of IndustrialChemistry,Vol.A27,1996,pp333-350)中描述了这种仪器的一个例子。离开尿素反应器的形成的尿素溶液被供应到汽提器中且包含未冷凝氨和二氧化碳的惰性蒸气被送至在与反应器类似的压力下运转的洗涤部分中。在该洗涤部分中洗涤来自惰性蒸气的氨和二氧化碳。在该洗涤部分中来自下游回收系统的形成的氨基甲酸酯溶液被用作吸收剂。在该合成部分中离开汽提器的尿素溶液需要按重量计至少45%且优选至少50%的尿素浓度以在汽提器下游的一个单独回收系统中被处理。该回收部分包括加热器、液/气分离器和冷凝器。该回收部分中的压力是在200到600kPa之间。在该回收部分的加热器中大多数氨和二氧化碳通过加热尿素溶液从尿素和水相中被分离。通常利用蒸汽作为加热剂。该尿素和水相包含离开回收部分并被送至下游尿素处理部分的少量溶解的氨和二氧化碳，在该下游尿素处理部分中通过从所述溶液中蒸发水分浓缩尿素溶液。
本发明不限于任何特别的尿素生产方法。其他方法和装置包含在如由UreaCasale开发的HEC方法、由Toyo Engineering Corporation开发的ACES方法和由Snamprogetti开发的方法的技术的基础上的方法和装置。所有这些和其他方法可在本发明的尿素精整加工方法之前被使用。
在本发明中，在任何尿素合成方法中得到的尿素溶液通过将尿素溶液膨胀进行结晶化步骤，而尿素溶液膨胀由将溶液带到亚大气压条件下，即通过闪蒸得到。从工业规模加工来看这种类型的结晶化是非常合适的。优选地该结晶化步骤包含在1到60kPa，优选2到50kPa的压力下闪蒸尿素溶液，以便自发地得到固体尿素产品。
在关于此的一个实施方式中，在回收部分中由尿素装置形成的尿素溶液被送至结晶器。在10和60kPa之间，优选在20和50kPa之间的压力下运转该结晶器，且通过膨胀自发地形成尿素结晶。形成的蒸气被提供至冷凝器。包含离开结晶器的剩余的尿素溶液的尿素结晶被提供到液固分离器，在该液固分离器中从形成的尿素结晶中分离了大多数尿素溶液。离开液固分离器的所述的尿素结晶被送到离心机，在该离心机中从所述结晶中进一步分离剩余的尿素溶液。为了洗涤所述的结晶将包含含双缩脲的尿素水溶液的母液加进离心机，获得包含按重量计含量仅在0.1%和0.6%之间的双缩脲的纯化尿素结晶。在干燥塔中进一步干燥离开离心机的尿素结晶，然后包含以水分重量计仅约0.1%到0.6%且优选0.1%到0.4%的干燥尿素结晶被提供至所述的尿素成形设备。
尿素溶液膨胀后释放的蒸气的压力增加且该释放的蒸气被运输至冷凝器。优选地使用蒸汽喷射器或真空泵增加压力。在冷凝器中冷凝包含水和如氨和二氧化碳的少量杂质成分及惰性气体的蒸气。优选地将冷却水用于冷凝所述的蒸气。离开冷凝器的未冷凝蒸气被提供至蒸汽喷射器或真空泵以增加压力，然后发生这些蒸气的进一步纯化。这可通过在更高的压力下再次冷凝这些蒸气实现，然后剩余的惰性蒸气被释放进大气或再次在惰性纯化单元例如吸收器中被纯化。收集在冷凝器中形成的工艺冷凝物，然后所述的工艺冷凝物在尿素装置中被提供至工艺冷凝物纯化。
在优选的实施例中，将尿素溶液提供至亚大气条件经由闪蒸尿素溶液进行，即在降低的压力下通过蒸发去除液体，以便自发地得到固体尿素产品和含氨和水的蒸气。在典型实施方式中该闪蒸是在1到30kPa，且优选1到20kPa的压力下进行的。
可在闪蒸装置中进行闪蒸，例如干燥闪蒸器。干燥闪蒸器的特征在于，液流通过结晶化和蒸发基本上被转换成固体和蒸气。在干燥闪蒸器中选择工艺条件以便使剩余的液体的量基本上为零。这允许该气体和固体的清洁分离而基本上不粘附和结垢。干燥闪蒸的另外一个优点是，由于缺乏浆体，没有如离心机的固液分离，也不用重熔器。这允许显著地更简单的工艺方案。这样的干燥闪蒸器是在1和30kPa之间且优选在2和10kPa之间的压力下运转的容器。在所述的干燥闪蒸器中，通过液体分配器分配尿素溶液。通过膨胀尿素和双缩脲自发地结晶成固体且使包含水、氨和少量的二氧化碳的残留成分蒸发。
通过隔热的闪蒸得到的固体尿素产品的大小在0.1μm到1000μm，优选1μm到800μm的范围内。
本发明也涉及尿素装置。本发明的装置包括尿素合成部分、回收部分和精整加工部分，其中回收部分包括适合从溶液中结晶尿素的设备，精整加工部分包括适于对尿素结晶施加机械力的设备。适于结晶的设备可是常规的结晶容器，或如上所述的隔热的闪蒸设备。
在一个特别令人关注的实施例中，本发明也能被用于改良现有的尿素装置。一般具有基于制粒或造粒的精整加工部分的该现有的尿素装置，能通过加入适于进行结晶化和上述方法的成形步骤的仪器被改良。通过用发明的新仪器这样取代常规的精整加工部分，不用额外的措施就能减少或甚至避免通常与制粒或造粒相关的氨和/或粉尘的排放。因此，本发明包含改良现有的尿素装置的方法以便减少由此产生的氨和粉尘的排放，该方法包含向该装置中添加适于从溶液中结晶尿素的设备，和适于对尿素结晶施加机械力的设备。
在另一个令人关注的实施方式中，为了增加现有的尿素装置的产能可使用本发明。在优化装置的产能中精整加工部分有时是一个瓶颈。因为传统的精整加工部分，特别在制粒塔的实例中，是相对大的，所以扩大现有装置的精整加工部分并不总是可能的。另外，精整加工部分的扩大通常将伴随着氨气和尿素粉尘排放量的至少成比例的增加。借助本发明，现在通过增加这样装置的精整加工部分的产能来增加现有尿素装置的产能是可能的。这可通过添加平行于现有精整加工部分的根据本发明所述的精整加工部分，即适于从溶液中结晶尿素的设备和适于对尿素结晶施加机械力的设备来实现。依照本发明，由于平行的可代替的精整加工部分将伴随着气态氨和尿素粉尘排放量的减少或甚至避免，与增加精整加工部分的产能相联系的问题被解决。因此，随着产能提高，一定数量的生产尿素的排放量事实上是减少的。另外，本发明的平行精整加工部分的添加解决了与增加已经很大的精整加工部分相联系的通常的挑战，因为不需要新的或扩大的制粒塔。
依照本发明，通过尿素至终产品的可供代替的精整加工部分避免了氨和尿素粉尘向大气中的排放量，或使值最小化至小于每吨生产的尿素终产品的0.3kg尿素。对于氨，排放量应优选地在每吨生产的尿素终产品中不超过0.1kg。
以下将参考下列非限制性实施例进一步说明本发明。在图1和2中描述了目前技术水平，同时图3和4示出了本发明的两个实施方式。
图1示出了浓缩尿素溶液至尿素熔化物，然后该尿素熔化物被提供至在在先技术中被称为尿素精整加工部分的典型的造粒单元的通常顺序。
将来自尿素装置的再循环部分的尿素溶液通过线路（a）加至浓缩器（CONC1），该尿素溶液具有按重量计在50%和80%之间的典型浓度和在60和90℃之间的典型温度。该浓缩器（CONC1）是壳管式热交换器且该尿素溶液被提供至所述浓缩器的管侧。在所述浓缩器的壳侧加入蒸汽以加热溶液并蒸发挥发性的水部分。通过线路（b）离开浓缩器（CONC1）的尿素溶液具有典型地125至135℃的温度且被浓缩至按尿素的重量计典型地93%至96%浓度。所述浓缩器中的压力是亚大气的且典型地在20到50kPa之间。包含水和少量的氨和二氧化碳的形成的蒸气通过线路（c）排出所述浓缩器。在冷凝器（COND1）中冷凝所述蒸气且所述蒸气作为工艺冷凝物通过线路（d）离开所述冷凝器。通过线路（e）未冷凝的蒸气离开所述冷凝器且被提供至喷射器（EJEC1）以增加压力至大气压。所述喷射器的驱动力通常是通过线路（f）的蒸汽。该蒸汽连同未冷凝的蒸气通过线路（g）离开所述喷射器并可被提供至大气，但优选在尿素装置本身中纯化。
通过线路（b）离开浓缩器（CONC1）的尿素溶液被提供至第二浓缩器（CONC2）。同样这个浓缩器（CONC2）是典型地壳管式热交换器，在其中该尿素溶液被提供至所述热交换器的管侧，同时向壳侧加入蒸汽以加热并在典型地在1到30kPa之间且优选在2和20kPa之间的亚大气压下蒸发挥发性的水部分。通过线路（h）离开所述浓缩器的尿素熔化物的温度是典型地在136和145℃之间且包含典型地按尿素和双缩脲的重量计浓度在97.5%到99%之间。由所述溶液浓缩至包含水、氨和一些夹带的尿素的所述熔化物而形成的形成蒸气，通过线路（i）被提供至冷凝器（COND2）。在所述的冷凝器（COND2）中，大多数蒸气借助于冷却水被冷凝形成工艺冷凝物。形成的工艺冷凝物通过线路（j）离开所述的冷凝器。通过线路（k）离开所述冷凝器（COND2）的包含惰性气体、水和少量氨的未冷凝蒸气被提供至蒸汽喷射器（EJEC2）。所述喷射器通过线路（l）由蒸汽驱动，且增加了所述惰性蒸气的压力，通过线路（m）所述惰性蒸气离开所述喷射器至冷凝器（COND1）。
通过线路（h）离开所述浓缩器（CONC2）的尿素溶液通过泵（PUMP）被送至作为尿素精整加工部分的流化床造粒机（GRAN1）。可将添加剂如甲醛或尿素甲醛溶液加至所述尿素溶液。普通的流化床造粒方法包含造粒机（GRAN1）以得到尿素颗粒，在该造粒机（GRAN1）中尿素熔化物被供给至由固化发展的核之上的固体尿素核的流化床。当离开所述造粒机时得到的颗粒具有一定的粒度分布。通常冷却这些颗粒，然后这些得到的颗粒通过线路（n）被送至粒度分级单元，在大部分情况下这个分级单元包括若干屏幕（SCREEN）。通过该分级单元从残留颗粒中分离了细粒和粗粒物质，这些颗粒在次级冷却单元后被通过线路（o）作为产品至储存或运输部分。
该粗粒物质部分被压成一定的粒度并连同细粒部分通过线路（p）回收进造粒机（GRAN1）以充当核。
通过线路（q）为流化床造粒机提供空气以保持所述造粒机中固体核流态化。通过线路（r）排出造粒机的空气包含氨和尿素粉尘且必须在该空气通过线路（s）排放至大气前在尿素粉尘除尘器（CATCH）中处理。取决于通过线路（q）作为在流化床造粒机（GRAN1）中流化作用所需的空气提供的空气的量，通过线路（s）排进大气的空气中氨和粉尘排放量典型地是在每正规m350和200mg之间，分别在每正规m320和50mg之间。这符合在每吨生产的尿素终产品0.5和1.5kg之间的氨排放量和在每吨生产的尿素终产品0.2和1kg之间的尿素粉尘排放量。
图2示出了来自尿素装置的尿素溶液的另一个实施例，该尿素溶液被提供至结晶化部分以得到包含按重量计在0.1%和0.5%之间的低双缩脲含量的尿素熔化物。
来自尿素装置的再循环部分的尿素溶液通过线路（a）被加至结晶器（CRYS），该尿素溶液具有典型的按重量计在50%和80%之间的浓度，温度在60和90℃之间。该结晶器中的压力是在10和50kPa之间。通过尿素溶液的膨胀自发地尿素结晶被形成了包含尿素溶液中的固体尿素结晶的混合物的浆体。在所述浆体中尿素结晶的量是按重量计在2%和30%之间。在所述的结晶器（CRYS）中包含水、氨和少量二氧化碳的形成蒸气通过线路（b）排至冷凝器（COND）。所述冷凝器中所述蒸气被冷凝且通过线路（c）离开所述冷凝器。包含一些水、氨和痕量未冷凝的其他成分的惰性蒸气通过线路（d）离开所述冷凝器至喷射器（(EJEC）以增加压力至约大气压。所述喷射器的驱动力通常是通过线路（e）的蒸汽。该蒸汽连同所述的未冷凝惰性蒸气通过线路（f）离开所述喷射器至大气或在释放进大气前于尿素装置中的别处被进一步纯化。
通过线路（g）离开结晶器（CRYS）的包含尿素结晶和尿素溶液的浆体通过线路（h）部分地被回收至所述结晶器，残余的通过线路（i）排至固液分离器（LSSEP）。在所述的固液分离器中大多数尿素溶液从尿素结晶中被分离。所述的尿素溶液通过线路（k）被回收至结晶器（CRYS）。离开固液分离器（LSSEP）的尿素溶液仍然包含相当量的尿素溶液（按重量计约2%到10%），通过线路（i）被提供至离心机（CENTR）。在所述的离心机中从尿素结晶中进一步分离尿素溶液通过利用离心力发生。为了通过线路（m）减少尿素结晶中双缩脲含量，通常包含尿素、双缩脲、水和氨的洗涤液可被加至所述离心机。通过线路（n）尿素结晶离开所述离心机（CENTR）至尿素结晶运输系统（TRANS）。通过线路（o）离开所述离心机的尿素溶液被回收至结晶器（CRYS）并通过线路（p）部分地被净化至尿素装置。离开尿素结晶运输系统（TRANS）的尿素结晶通过线路（q）被提供至尿素结晶被熔融的热交换器（MELTER）。通常将蒸汽作为所述热交换器（MELTER）的加热剂使用。当制粒被作为尿素精整加工部分使用时，形成的尿素熔化物离开所述的热交换器（MELTER）并通过线路（r）被提供至在制粒塔的顶端（TOWER）的熔化物分配器（SPIN），在熔化物分配器（SPIN）中从所述制粒塔的顶端穿过圆周直径在环境温度的空气的上升气流中被分配，在该上升气流中形成的液滴固化，形成所谓的小颗粒。
在所述的制粒塔中通过线路（s）在底部向所述塔中加入空气，通过线路（t）该空气在顶端离开所述塔。冷却熔融路径和固体小颗粒的通过分配形成的尿素粉尘连同排出的空气离开所述制粒塔，其量为每生产吨尿素终产品在0.7和1.5kg之间。提供至溶化物分布器（SPIN）的尿素熔化物中的氨也同所述的塔顶部的空气仪器通过线路（u）离开所述制粒塔，其量为每生产吨尿素终产品在0.5和1kg之间。
该尿素终产品（小颗粒）通过线路（u）在底部排出制粒塔（TOWER）。
图3示出了根据本发明所述的实施例的例子。
具有典型地按重量计在50%和80%之间的浓度和典型地在60和90℃之间的温度的尿素溶液通过线路（a）被加至浓缩器（CONC）。该浓缩器（CONC）是壳管式热交换器，该尿素溶液被提供至所述浓缩器的管侧。在所述浓缩器的壳侧加入蒸汽以加热溶液并蒸发挥发性的水部分。通过线路（b）离开浓缩器（CONC）的尿素溶液具有典型地在110至130℃之间的温度和以尿素的重量计为80%至97%的浓度，优选按重量计在85%和95%之间的尿素浓度。在所述浓缩器中的压力是亚大气压的，典型地在15到70kPa之间，优选地在20和50kPa之间。包含水和相当数量的氨和二氧化碳的形成蒸气，通过线路（c）被排出浓缩器。所述的蒸气在冷凝器（COND1）中被冷凝，通过线路（d）作为工艺冷凝物离开所述冷凝器。包含惰性气体、水、氨和二氧化碳的未冷凝蒸气通过线路（e）离开所述冷凝器，被提供至喷射器（EJEC1）以增加压力至大气压。所述喷射器的驱动力通常是通过线路（f）的蒸汽。该蒸汽连同未冷凝的蒸气通过线路（g）离开所述喷射器，可被提供至大气，但优选地是于释放其进入大气前在尿素装置本身中被净化。
通过线路（b）离开浓缩器（CONC）的尿素溶液被送至干燥闪蒸器（FLASH）。所述的干燥闪蒸器是在1和30kPa之间，优选在2和10kPa之间的压力下运转的容器。在所述的干燥闪蒸器中，尿素溶液通过液体分配器（SPRAY）被分配。通过膨胀，尿素和双缩脲自发地结晶成固体，包含水、氨和少量的二氧化碳的残余成分蒸发。形成的蒸气通过线路（h）离开干燥闪蒸器（FLASH）至升压机喷射器（BOOS）。所述升压机喷射器的优选驱动力是通过线路（i）提供的蒸汽。通过线路（j）离开所述升压机喷射器的升压的蒸气被提供至冷凝器（COND2）。也可包含少量尿素粉尘的形成的工艺冷凝物通过线路（k）离开所述冷凝器，当通过线路（l）离开所述冷凝器的未冷凝蒸气被提供至喷射器（EJEC2）时其可被回收进浓缩器（CONC）的工艺上游。同样所述喷射器由通过线路（m）的蒸气驱动，通过线路（n）增加离开所述喷射器的蒸气的压力。这种蒸气被提供至下一个冷凝器（COND3），其中形成的工艺冷凝物通过线路（o）离开所述冷凝器，通过线路（p）未冷凝的惰性蒸气被提供至下一个喷射器（EJEC3）。同样所述喷射器通过线路（q）的蒸气驱动且增加排出所述喷射器的蒸气的压力至大气压。通过线路（r）将该惰性蒸气送进大气，或是在释放其进入大气前在该尿素装置中优选地净化来自别处的氨。离开所述冷凝器的工艺冷凝物在尿素装置中被收集和处理以变成清洁工艺冷凝物。
在干燥闪蒸器中形成的固体尿素颗粒具有在1和1000μm间，优选在10和500μm间的粒径，通过线路（s）经所述的干燥闪蒸器（FLASH）提取。
从真空系统中提取固体产品的已知提取器是例如但不限于空气锁旋转加料器、双阀密封容器和探索喷射器（venture ejectors）。
通过线路（s）提取的固体尿素颗粒被输送至包含尿素成形设备（SHAPING）的可供代替的尿素精整加工部分。在所述的尿素成形设备中，尿素颗粒被提供在模具中且通过使用机械力被压至所希望的终产品形状。优选地尿素产品形状是球形的，直径在0.3和10毫米之间。通过这样的尿素成形设备使尿素终产品成形，根据这种尿素精整加工技术的释放进大气的氨是可以忽略的。如果形成了尿素粉尘，形成的尿素粉尘的量不超过每吨生产的产品0.3kg，且这种粉尘的粒径大于10μm从而易于在普通除尘系统例如气旋和湿洗器中被捕获。尿素终产品通过线路（t）离开尿素成形设备（SHAPING）。
图4示出了根据本发明所述的实施例的另一个实施例。
具有典型地按重量计在50%和80%间的浓度且在60和90℃间的温度的来自尿素装置的再循环部分的尿素溶液通过线路（a）被加至结晶器（CRYS）。结晶器中的压力是在10和50kPa之间。通过尿素溶液的膨胀自发地形成尿素结晶至尿素溶液中包含固体尿素结晶的混合物的浆体。所述浆体中尿素结晶的量按重量计是在2%和30%之间。所述结晶器（CRYS）中形成的包含水、氨和少量二氧化碳的蒸气通过线路（b）被放至冷凝器（COND1）。所述冷凝器中所述的蒸气被冷凝，通过线路（c）离开所述的冷凝器。包含一些水、氨和痕量未冷凝的其他成分的惰性蒸气通过线路（d）离开所述冷凝器至喷射器（EJEC1）以增加压力至约大气压。所述喷射器的驱动力通常是通过线路（e）的蒸汽。该蒸汽连同所述的未转换的惰性蒸气通过线路（f）离开所述喷射器至大气或在释放进大气前在尿素装置中的别处被进一步纯化。
通过线路（g）离开结晶器（CRYS）的包含所述尿素结晶和尿素溶液的浆体通过线路（h）被部分地回收至所述结晶器，残余的部分通过线路（i）放至固液分离器（LSSEP）。在所述的固液分离器中从尿素结晶中分离大多数的尿素溶液。通过线路（k）将所述的尿素溶液通回收至结晶器（CRYS）。离开固液分离器（LSSEP）的尿素结晶仍包含相当数量的尿素溶液（按重量计约2%到10%），通过线路（l）被提供至离心机（CENTR）。在所述离心机中发生利用离心力从尿素结晶中进一步分离尿素溶液。为了通过线路（m）减少尿素结晶中的双缩脲含量，可将通常包含尿素、双缩脲、水和氨的洗涤液加至所述离心机。该尿素结晶通过线路（n）离开所述离心机（CENTR）至尿素结晶运输系统（TRANS）。通过线路（o）离开所述离心机的尿素溶液被回收至结晶器（CRYS）且通过线路（p）部分地净化至尿素装置。
离开尿素结晶运输系统（TRANS）的尿素结晶通过线路（q）被提供至尿素结晶干燥器（DRYER），在尿素结晶干燥器（DRYER）中从尿素结晶中蒸发残留的尿素溶液。在100到150℃的温度下通过线路（r）可使用热干燥空气，这种空气也通过线路（s）被用于运输尿素结晶至可供代替的包括成形设备的尿素精整加工部分。通过线路（r）的该热干燥空气和通过线路（q）可的尿素结晶优选地被供给至尿素结晶干燥器（DRYER）的底部，通过线路（s）在所述干燥器的顶部放出。通过气旋（CYCLONE）的应用从空气中优选地分离尿素结晶。当该空气通过线路（u）离开所述气旋时通过线路（t）该尿素结晶被提供至尿素成形设备（SHAPING）。在所述尿素成形设备中尿素结晶被提供进模具，通过机械力得到所希望的终产品形状。该尿素终产品的形状优选地为球形的，直径在0.3和10毫米之间。通过这样的尿素成形设备使尿素终产品成形，根据这样的尿素精整加工技术释放进大气的氨是可忽略不计的。如果形成了尿素粉尘，形成的尿素粉尘的量不超过每吨生产的产品0.3kg，且这种粉尘的粒径大于10μm从而易于在普通除尘系统例如气旋和湿洗器中被捕获。
通过线路（v）该尿素终产品离开该尿素成形装置（SHAPING）。

Claims (14)

1.一种从尿素水溶液中生产尿素颗粒的方法，其包含结晶化步骤，其中所述溶液被进行干燥闪蒸以获得包含固体结晶尿素的产品和含氨和水的蒸气，随后是成形步骤，其中，所述成形步骤包含对尿素结晶施加机械力，
其中在所述干燥闪蒸中，通过液体分配器分配尿素水溶液，通过膨胀，尿素和双缩脲自发地结晶成固体，包含水、氨和二氧化碳的残余成分蒸发，并且
所述干燥闪蒸在1～30kPa的压力范围内进行，并且进行干燥闪蒸的尿素水溶液具有按重量计80％至97％的尿素。
2.如权利要求1所述的方法，其中在结晶化步骤之前浓缩溶液以便得到浓度为按尿素和双缩脲重量计50％至99％的尿素。
3.如权利要求2所述的方法，其中在结晶化步骤之前浓缩溶液以便得到浓度为按尿素和双缩脲重量计60％至98％的尿素。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述结晶化步骤包含在2至30kPa的压力下闪蒸尿素溶液。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述结晶化步骤包含在1至20kPa的压力下闪蒸尿素溶液。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中通过闪蒸获得的固体尿素产品的粒径是在0.1μm至1000μm范围内。
7.根据权利要求6所述的方法，其中通过闪蒸获得的固体尿素产品的粒径是在1μm至800μm范围内。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中成形步骤后获得的尿素颗粒具有在0.3μm至20mm范围内的粒径。
9.根据权利要求8所述的方法，其中成形步骤后获得的尿素颗粒具有在1mm至10mm范围内的粒径。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中使用压缩力对尿素结晶施加机械力。
11.根据权利要求10所述的方法，其中通过将尿素结晶压进模具来进行成形。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中进行结晶化步骤的尿素溶液包含作为添加剂的甲醛或尿素甲醛。
13.一种改良现有尿素装置以便减少其形成的氨和粉尘的排放的方法，所述的方法包含向所述装置中添加适于通过干燥闪蒸从溶液中结晶尿素的设备，和适于对尿素结晶施加机械力的设备，
所添加的适于通过干燥闪蒸从溶液中结晶尿素的设备是配置成在1～30kPa的压力范围内通过具有按重量计80％至97％的尿素的尿素溶液的膨胀对所述尿素溶液进行干燥闪蒸的干燥闪蒸器，
其中在所述干燥闪蒸中，通过液体分配器分配所述尿素溶液，通过膨胀，尿素和双缩脲自发地结晶成固体，包含水、氨和二氧化碳的残余成分蒸发。
14.一种通过增加尿素装置的精整加工部分的产能来增加尿素装置的装置产能的方法，所述方法包含作为平行精整加工部分添加的适于通过干燥闪蒸从溶液中结晶尿素的设备，和适于对尿素结晶施加机械力的设备，
所添加的适于通过干燥闪蒸从溶液中结晶尿素的设备是配置成在1～30kPa的压力范围内通过具有按重量计80％至97％的尿素的尿素溶液的膨胀对所述尿素溶液进行干燥闪蒸的干燥闪蒸器，
其中在所述干燥闪蒸中，通过液体分配器分配所述尿素溶液，通过膨胀，尿素和双缩脲自发地结晶成固体，包含水、氨和二氧化碳的残余成分蒸发。
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