CN105073688A - 用于降低可见顺风分离烟羽不透明度的方法 - Google Patents

用于降低可见顺风分离烟羽不透明度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于降低来自尿素造粒车间的气溶胶排放同时回收所得的洗涤器渗料的方法，所述方法具有·造粒机，所述造粒机由浓缩的尿素溶液制备尿素并且蒸发包含的水，产生尿素粒子并且排出灰尘、氨和氰酸铵，和·之后的洗尘或除尘阶段，和·之后的酸洗阶段，造成主要包含气溶胶的第一流和包含铵盐的第二流，和·之后的具有喷射和收集设备的气溶胶阶段，释放排出空气的第一流和氰酸铵和水的第二流，和·氰酸铵和水的气溶胶阶段的第二流被回收至尿素造粒车间或尿素肥料车间。

Description

用于降低可见顺风分离烟羽不透明度的方法
技术领域
本发明涉及用于降低由于尿素造粒车间中的气溶胶排放造成的可见顺风烟羽不透明度的方法。该过程还包括回收所得的洗涤器渗料。所述方法描述了已知的在造粒机中制备尿素粒子，所述造粒机与具有创造性的一系列过程步骤连接，所述过程步骤捕获副产物例如氰酸铵、氨和水。氰酸铵通常以气溶胶的形式获得，所述气溶胶造成可见顺风分离烟羽不透明度。本发明还涉及使用相关方法制备尿素粒子的设备。
背景技术
尿素通常通过使浓缩的尿素熔体结晶而制得。将熔体引入造粒机，所述造粒机在高温下进行造粒并且蒸发熔体中的水。所得的经造粒的颗粒通常以准备用于期望应用的形状获得。由于高温，一部分尿素根据可逆反应转化成氰酸铵。分别的化学反应式为：
当将该溶液喷入造粒机时，大部分氰酸铵蒸发成气态氨和氰酸。
因此造粒机中也排放NH3和HOCN。通过缩合反应产生气溶胶，所述气溶胶产生顺风分离烟羽不透明度。
因此可以通过降低可冷凝蒸汽的浓度和微细颗粒(所谓的气溶胶)的叠加浓度来降低烟羽的不透明度。气溶胶为直径为亚微米范围至10μm尺寸的悬浮的液体或固体颗粒。直径大约等于可见光的波长(0.4至0.8μm)的颗粒具有最大的散射作用并且造成最高的不透明度。对于给定的质量排放速度，更小的颗粒相比于更大的颗粒造成更高的不透明度效果。
氰酸铵进一步与水分解成碳酸铵。
在高温下碳酸铵最终造成二氧化碳、氨和水的形成。
4.(NH4)2CO3→2HN3+CO2+H2O
在酸溶液(小于pH5)中，氰酸盐迅速水解。在更高的温度下反应过快而无法测量，因此氰酸盐可以被视为不存在于酸反应混合物中。
EP2119489A1描述了已知的在造粒机中制备尿素粒子，所述造粒机与尿素回收系统15连接(如图1中所示)，所述尿素回收系统15包括回收单元15，所述回收单元15将排出的氰酸氨和水转化回尿素。恢复原状的尿素为液相，然后使液相回流至除尘或洗尘系统8。在该方法中将造粒机5的含尘空气7进料至洗尘器8，所述洗尘器8使用浓度较低的尿素溶液除去粗尘。该洗尘器8释放包含氨、二氧化碳、水和气溶胶10的残余空气。气溶胶主要包含氰酸铵和一部分非常微细的尿素升华物。将气溶胶进料至尿素回收单元11，在所述尿素回收单元11中产生尿素。
尿素车间中的另一个问题是铵盐，所述铵盐包含在如上所示的造粒机的空气中，在过程中不产生并且在现有的尿素设施中不能容易地再循环。常规的尿素制备设施因此仅具有如下选择从而减少来自造粒车间的气态氨的排放和水解的气溶胶：
·浓缩稀释的铵盐溶液直至达到可以被其它车间使用的浓度，例如NPK，
·制备具有高硫含量的UAS(尿素/硫酸铵)肥料，
·制备UAN(尿素/硝酸铵)溶液，
·当使用配备有例如WO20100650535A1中教导的洗涤器系统的造粒过程时，与洗涤器溶液混合。在WO20100650535A1中描述了通过就其本身而言完整的封闭系统对废气进行洗涤并且回收洗涤器渗料，在所述封闭系统中铵盐完全包含在过程中。
因此显而易见的是结合如WO2010/060535A1中所述的整合车间和EP2119489A1中描述的发明从而降低由于浓缩气溶胶造成的可见顺风分离烟羽不透明度。
然而清洗步骤的过程和顺序具有许多缺点。首先，由于必须使用高温设备，因此气溶胶渗料的再循环比较昂贵。此外，如果在EP2119489A1的最后酸洗步骤中使用硝酸，由于硝酸铵溶液的吸湿特性，该溶液将从空气流中吸水。该效应使人分心，因为不能达到希望的45％的高铵盐浓度。如果铵盐浓度应当被重新整合至过程中(如WO2010/060535A1中所述)，所述高浓度是期望的。该问题显示在表1中。
表1：在EP2119489A1中所述的过程的图1中所示的三个不同点处的特定参数
a：尿素溶液％w/w
b：40℃下尿素溶液上水的分压，以kPa计
c：40℃下空气的相对湿度，以％计
d：每单位质量潮湿气体的水蒸气的比湿质量，以kg计
e：40℃下水饱和空气的分压，以kPa计
f：40℃下空气的相对湿度，以％计
g：每单位质量潮湿气体的水蒸气的比湿质量，以kg计
h：硝酸铵溶液％w/w
i：40℃下硝酸铵溶液上水的分压，以kPa计
j：40℃下空气的相对湿度，以％计
k：每单位质量潮湿气体的水蒸气的比湿质量，以kg计
表1中清楚地显示了铵盐溶液的干燥能力。在点B(点B表征图1的气溶胶阶段11之后的空气流动)处，如f中所示的空气的相对湿度为100％。因此离开酸洗涤器13的铵盐流26被来自空气湿度的吸收水稀释并且不能容易地再循环至过程中。
发明内容
因此期望寻找一种解决上述问题的过程，所述过程捕获副产物氰酸铵、氨和水并且从来自尿素造粒的副产物中分离通常以可分离气溶胶的形式或者以微细颗粒的形式获得的氰酸铵。此外，所述期望的过程应当将铵盐回收至制备过程中。所述期望的过程还应当供应洗涤系统用于进行相关过程。
本发明特别要求保护用于降低来自尿素造粒车间的气溶胶排放同时回收所得的洗涤器渗料的方法，所述方法具有
·造粒机，所述造粒机由浓缩的尿素溶液制备尿素并且蒸发包含的水，产生尿素粒子并且排出灰尘、氨和氰酸铵，和
·之后的洗尘或除尘阶段，和
·之后的酸洗阶段，造成主要包含气溶胶的第一流和包含铵盐的第二流，和
·之后的具有喷射和收集设备的气溶胶阶段，释放排出空气的第一流和氰酸铵和水的第二流，和
·氰酸铵和水的气溶胶阶段的第二流被回收至尿素造粒车间或尿素肥料车间。
出人意料地发现，EP2119489A1中所述过程的过程步骤的顺序的改变允许摆脱如上所述的铵盐的稀释问题。因此源自本发明的过程的铵盐可以进行进一步处理而无需浓缩。
造粒步骤中的过程条件通常为尿素造粒通常使用的过程条件。作为造粒的起始材料的尿素溶液的通常浓度为90至99质量％的浓度。用于除尘阶段的进料的浓度可以为更低的浓度。因此，进入洗尘器的尿素溶液可以具有通常为40至85质量％的更小的浓度。浓缩步骤可以在任何过程阶段中使用。造粒通常在100至130℃的温度下进行。WO2005/075383A1中给出了尿素造粒的通常过程。
通常地，在造粒之后，来自造粒的残余空气和灰尘被送往灰尘阶段。该阶段从制备气体(例如氨，并且通常由氰酸铵和残余尿素组成)中分离大多数灰尘。然后将空气送往酸洗阶段，造成主要包含气溶胶的第一流和包含铵盐的第二流。该阶段之后是气溶胶阶段，所述气溶胶阶段分离微细颗粒和气溶胶，所述微细颗粒和气溶胶由绝大部分的氰酸铵和一部分非常微细的尿素升华物组成。气溶胶阶段有利地装配有特别设计的喷射和收集设备，所述气溶胶阶段允许合适地分离气溶胶。
本发明所使用的用于洗尘和酸洗的洗涤阶段包括一个或多个洗涤器。
在本发明的优选的实施方案中，将氰酸铵和水的气溶胶阶段的第二流进料至酸洗阶段的第二流，该结合的流使用在尿素肥料车间中。根据用于形成尿素/硫酸铵肥料的尿素肥料车间，可以理解尿素/硝酸铵肥料车间和其它车间。
在该实施方案的替代形式中，将氰酸铵和水的气溶胶阶段的第二流进料至水解阶段，在所述水解阶段中在酸性条件下产生铵盐，所述铵盐被反馈至酸洗阶段或者用在尿素肥料车间中。出于该目的，将酸(例如硝酸)进料至水解器。水解优选在40℃和60℃之间的温度下进行。通过该替代形式，使用产生的铵盐的水解性质进行所得的洗涤器渗料的回收。
在本发明的过程中，向造粒机进料浓度为90至99质量％的浓缩的尿素溶液。
本发明的过程不仅仅适用于颗粒的制备。同样地，其可以用于尿素粉末、溶液、聚集材料或小球的制备。
本申请还涉及用于进行所述过程的设备。本专利的设备通常包括用于制备尿素颗粒的设备，其特征在于所述设备包括
·用于对尿素溶液进行造粒的造粒机，和
·之后的用于除尘的洗涤器阶段，和
·之后的用于除去氨、尿素和一部分气溶胶的酸洗阶段，和
·之后的用于除去气溶胶的具有喷射系统和收集设备的气溶胶阶段，产生氰酸铵和水的流以及排出空气的流，和
·用于将气溶胶阶段中产生的氰酸铵和水回收至尿素造粒车间或尿素基肥料车间的装置。
在本发明的优选的实施方案中，所述设备还可以包括任选的水解阶段，所述水解阶段安装在气溶胶阶段的上游。
附图说明
在本文中通过附图描述本发明，附图描述本发明但不限制本发明的范围。附图充当描述性实施例。
图1：示意性显示了EP2119489A1中所述的过程流
图2：示意性显示了过程流。
具体实施方式
图2显示了本专利过程的过程流，从左侧的造粒机5开始。干燥空气1和浓度为90至99质量％的尿素熔体2被用作造粒机的起始材料，所述造粒机制备尿素颗粒作为产物。干燥空气1以包含灰尘、氨、氰酸铵和水的空气7的形式离开造粒机5并且进入洗尘器8。洗尘器8从空气中除去粗尘颗粒。为了进行洗涤，将通常为30至85质量％的浓度较低的尿素溶液3进料至结合除尘和除氨功能的洗尘器8。在至少一个酸洗阶段13中除去微细灰尘、氨和一部分升华物气溶胶，造成含有气溶胶的空气20。将酸24引入酸洗阶段13。在酸洗阶段13中除去大量气溶胶。将含有气溶胶的空气20和水4进料至具有特别设计的喷射和收集设备的气溶胶阶段11，释放排放的饱和干净空气的第一流(所述第一流作为废气被送往大气14)和氰酸铵和一部分非常微细的尿素升华物的流25。
流25可以以多种方式进行处理或者使用。在第一种选择中，将该流25加入酸洗阶段13的铵盐流26从而进一步升级至UAN、UAS、NPK或者作为WO2010/060535A1中所述的再循环流。另一替代形式是将流25和酸23进料至水解阶段21。异氰酸铵的水解在40℃至60℃的温度范围内进行。水解阶段21的流27反馈至酸洗阶段13或者与酸洗阶段13的流26混合从而进一步处理以升级至UAN、UAS、NPK，或者作为WO2010/060535A1中所述的再循环流。在进行进一步处理之前，流25、26和27任选地储存在界区内。气溶胶阶段11释放不含氨的干净废气14，当排放至大气时几乎不能看到可见顺风分离烟羽不透明度。
表2：本发明的过程的图2中所示的三个不同点处的特定参数
a：尿素溶液％w/w
b：40℃下尿素溶液上水的分压，以kPa计
c：40℃下空气的相对湿度，以％计
d：每单位质量潮湿气体的水蒸气的比湿质量，以kg计
e：40℃下硝酸铵溶液上水的分压，以kPa计
f：40℃下空气的相对湿度，以％计
g：每单位质量潮湿气体的水蒸气的比湿质量，以kg计
h：40℃下水饱和空气的分压，以kPa计
i：40℃下空气的相对湿度，以％计
j：每单位质量潮湿气体的水蒸气的比湿质量，以kg计
k：硝酸铵溶液％w/w
表2中清楚地表明，避免了酸洗阶段13的铵盐流的稀释。在点A(点A表征图2的洗尘阶段8之后的空气流动)处，如c中所示的空气的相对湿度降低。因此，减少了铵盐溶液流26的不期望的稀释，并且该流可以以多种方法进行处理而无需如上所述的进一步处理。
所提出的过程的优点是：
·相比于EP2119489A1中所述的过程，改变不同的清洗步骤的顺序具有巨大的经济优点和更少的投资
·在进入气溶胶阶段之前除去微细灰尘
·由于在酸洗阶段中已经部分除去和水解气溶胶并且在酸洗阶段中也除去氨，气溶胶除去阶段更为有效：
·喷入气溶胶阶段的干净水没有氨污染，因此避免了不期望的反应
·向气溶胶阶段供应更少的气溶胶
·避免了EP2119489A1中所述的气溶胶回收系统的昂贵的附加高温设备
·进入酸洗阶段的空气的更好的湿度情况，避免了干燥空气并且有可能获得从酸洗阶段释放的至多50％的更高的盐浓度。这造成界区内更为有效的升级用于进一步处理。
附图标记
1干燥空气
2尿素熔体
3浓度较低的尿素溶液
4水
5造粒机
6产物
7具有灰尘、氨、氰酸盐的空气
8洗尘器
9蒸发
10具有氨、氰酸盐的空气
11气溶胶分离阶段
12具有氨的空气
13酸洗阶段
14至大气的废气
15回收系统
16换热器
17回收单元
18低压蒸汽
19氨、二氧化碳、水
20含有气溶胶的空气
21水解阶段
23待进料至水解阶段的酸
24待进料至酸洗阶段的酸
25氰酸铵和一部分微细尿素升华物的流
26铵盐流
27水解阶段的流。

Claims (7)

1.一种用于降低来自尿素造粒车间的气溶胶排放同时回收所得的洗涤器渗料的方法，所述方法具有
·造粒机，所述造粒机由浓缩的尿素溶液制备尿素并且蒸发包含的水，产生尿素粒子并且排出灰尘、氨和氰酸铵，和
·之后的洗尘阶段或除尘阶段，和
·之后的酸洗阶段，造成主要包含气溶胶的第一流和包含铵盐的第二流，和
·之后的具有喷射和收集设备的气溶胶阶段，释放排出空气的第一流和氰酸铵和水的第二流，和
·氰酸铵和水的气溶胶阶段的第二流被回收至尿素造粒车间或尿素基肥料车间。
2.根据权利要求1所述的用于降低气溶胶排放的方法，其特征在于，将氰酸铵和水的气溶胶阶段的第二流进料至酸洗阶段的第二流，并且该结合的流使用在尿素基肥料车间中。
3.根据权利要求1所述的用于降低气溶胶排放的方法，其特征在于，将氰酸铵和水的气溶胶阶段的第二流进料至水解阶段，在所述水解阶段中在酸性条件下产生铵盐，所述铵盐被反馈至酸洗阶段或者用在尿素基肥料车间中。
4.根据权利要求3所述的用于降低气溶胶排放的方法，其特征在于，向水解阶段进料酸并且水解在40℃和60℃之间进行。
5.根据权利要求1至4所述的用于降低气溶胶排放的方法，其特征在于，向造粒机进料浓度为90至99质量％的浓缩的尿素溶液。
6.用于制备尿素颗粒的设备，其特征在于，所述设备包括
·用于对尿素溶液进行造粒的造粒机，和
·之后的用于除尘的洗涤器阶段，和
·之后的用于除去氨、尿素和一部分气溶胶的酸洗阶段，和
·之后的用于除去气溶胶的具有喷射系统和收集设备的气溶胶阶段，产生氰酸铵和水的流以及排出空气的流，和
·用于将气溶胶阶段中产生的氰酸铵和水回收至尿素造粒车间或尿素基肥料车间的装置。
7.根据权利要求6所述的用于制备尿素颗粒的设备，其特征在于，所述设备包括水解阶段，所述水解阶段安装在气溶胶阶段的上游。
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