CN106660948A - 制备尿素产物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种尿素产物制备方法，所述尿素产物适于用水稀释以形成含尿素水溶液来在用于将内燃机废气也称柴油排气流体(DEF)中的NOx还原的单元中使用，或用于来自工业炉的排出蒸气的脱NOx系统。所述方法包括从尿素生产方法中的回收区段或在其之后获得尿素水溶液。使这个具有低含量杂质的溶液在低压下进行闪蒸结晶，以便获得结晶出固体的含尿素的产物，所述结晶出固体的含尿素的产物是含有小于0.2重量％的水的自由流动粉末。在某些条件下包装这个产物，使得所包装的产物的水含量维持低于0.2重量％。本发明还用于一种用于增大现有尿素装置的容量的方法。

Description

制备尿素产物的方法

技术领域

本发明涉及固体尿素生产领域，并且具体地讲涉及适于制备用于NOx减排、诸如用于选择性还原的溶液的尿素粉末的生产，选择性还原可为非催化热工艺或选择性催化还原(SCR)工艺。SCR的解决方案的示例是柴油排气流体(DEF)。本发明还涉及一种用于增大现有尿素装置的容量的相关方法。

背景技术

尿素通常是从氨和二氧化碳生产的。尿素可通过在12MPa和40MPa之间的压力和150℃和250℃之间的温度下将过量的氨和二氧化碳一起引入尿素合成区段中来制备。典型尿素生产装置还包括回收区段和精整区段。在回收区段中，未转变的氨和二氧化碳被回收并再循环到合成区段。在精整区段中，通常，使尿素熔体成为期望固体、颗粒形式常涉及某些技术诸如造粒、成粒或制粒。

本发明涉及固体尿素生产，即，涉及尿素精整，与尿素精整有关的背景参考文献是WO 2013/055219。在这篇背景参考文献中公开一种方法，其中通过使尿素溶液进行闪蒸结晶来产生尿素晶体，并且随后进行成形步骤，在这个步骤中，尿素晶体受机械力。

具有越发重要的实践意义的尿素的最终用途是用于减排燃烧过程中形成的氮氧化物的水溶液形式。这种溶液称为柴油排气流体(DEF)，例如，以商标获得的那种，并且通常在具有柴油机的车辆中使用以将在柴油燃料燃烧期间形成的NOx还原。还原通常在升高温度下借助于催化剂进行。在该反应期间，尿素在氨和CO2中分解，由此氨继而与柴油机的废气流中的氮氧化物反应以形成氮和水。

用作DEF的尿素溶液需要满足严格要求，尤其是关于副产物诸如缩二脲(最大0.3％)和氨、以及在尿素精整方法期间使用的添加剂诸如甲醛的水平。在DEF溶液中仅允许出现微量的副产物和添加剂。这些要求在国际标准诸如DIN V70070和ISO 22241中作出规定。这些标准与规范是相同的。

已描述了若干DEF溶液生产方法，例如，通过将尿素颗粒剂或球剂稀释在水中。在精整后与稀释尿素相关联的典型问题是缩二脲的相对高的水平以及被添加来增大颗粒强度并减少结块(粘度)的添加剂诸如甲醛的存在。参考前述标准，通常需要除去该添加剂以使溶液适于用作DEF，这就需要昂贵且耗能的方法。

与避免了对除去各添加剂的需要的方法有关的背景参考文献在EPI 856 038中公开。在这篇背景参考文献中，通过取得直接从尿素生产方法中的回收区段分离或在其之后分离的含尿素水流，之后用水稀释直到含尿素流包含30重量％-35重量％的尿素，以制备出DEF溶液。这种方法有利地提供了直接适合用作DEF的解决方案。然而，由于最终产品是溶液，因此，它的分配实际上意味着约三分之二的水被运输，这是高成本的，并且需要罐车而非标准卡车。

溶液的生产和搬运无法轻易避免。尿素是已知具有不利于散装运输的性质的产品。在粉末形式下，尿素很粘，而且不会自由流动。由于尿素的最常见的应用是作为撒在农业用地上的肥料，因此必须将最终尿素产物提供为水中溶液形式，或提供为可容易分配的自由流动粒料。两种主要方法用于生产这些粒料。第一种方法是造粒，其涉及使熔融尿素小滴与造粒塔中的冷却空气流接触。冷却空气除去结晶热量，并且球剂收集在造粒塔的底部。球剂的缺点是粒料尺寸以及机械强度有限，并且球剂趋向于在运输期间经过相当长的距离之后粘在一起。这种效果称为结块。第二种方法是流化床成粒，其成功地解决这些问题中的一些。颗粒剂常大于球剂，并表现出较低结块倾向，这使它们更适合于运输。通常，在成粒前将添加剂诸如甲醛添加至尿素熔体，以进一步提高颗粒剂的强度并且降低结块倾向。这些如上所述的添加剂即使没有直接禁止，对于在DEF中使用所得尿素来说也是非期望的。

因此，期望的是提供一种适于DEF的生产的尿素产物，其具有足够纯度以满足DEF的规范，但不需要在其生产地点运输大量的水。具体地讲，期望的是具有用于DEF溶液的制备的自由流动尿素粉末。

在本领域中，仍不清楚有无可运输到期望位置并随后使用来容易地制备DEF溶液的自由流动尿素粉末。

还将期望提供一种可用于制备用于处理来自工业炉诸如重整器的烟道气的溶液的尿素粉末。在本文中，比起催化工艺，可使用热工艺，并且所施加的溶液通常比DEF更浓缩。由于在较低温度下可能沉淀固体尿素，因此通常难以运输浓缩尿素溶液。虽然能够运输更稀释的溶液，但是这将付出额外成本和为运输水而做出的努力，并且将在使用之前需要额外能量输入以使浓度增大。因此，具有合适尿素粉末作为起始材料将提供额外的灵活性并节省运输成本。

发明内容

为更好地解决前述一种或多种需求，本发明在一个方面提供了一种尿素产物生产方法，这种尿素产物适于用水稀释以形成含尿素水溶液来在可用于内燃机废气的用于将NOx还原的单元中使用，所述方法包括：

(a)从尿素生产方法中的回收区段或在其之后获得尿素水流；

(b)使所述溶液在次大气压下进行闪蒸结晶，以便获得结晶出固体的含尿素的产物和含氨和水蒸气，其中结晶出固体的尿素产物含有小于0.2重量％的水；

(c)在某些条件下包装所述结晶出固体的尿素产物，使得所包装的产物的水含量维持低于0.2重量％。

另一方面，本发明提供了一种通过溶解可通过前述方法获得的结晶出固体的尿素产物来制备含30重量％-70重量％的尿素的水溶液的方法。

另一方面，本发明提供了一种将包括用于生产固体尿素的精整区段的现有尿素装置改进的方法，所述方法包括向装置添加适于从溶液闪蒸结晶出尿素的设备、优选地适于干法闪蒸的设备。

又一方面，本发明是一种用于增大尿素装置的装置容量的方法，所述方法包括通过添加适于经过闪蒸、优选地干法闪蒸从溶液结晶出尿素的设备作为额外精整区段，来增大所述装置的精整区段的容量。

具体实施方式

在广义上，本发明是基于下列合理的理论：对尿素进行闪蒸结晶并如上所述提供低于某一水平的水含量会令人惊讶地产生自由流动的粉末。即，将会理解，前述含结晶出固体的尿素的产物是粉末。这种粉末不易形成结块和聚团。这种粉末可容易地运输、容易包装，随后可容易地从其包装取出，并且可溶解以产生(即)柴油排气流体。具体地讲，优质柴油排气流体可以由此获得。

根据本发明制备的固体尿素的另一方面是低缩二脲含量。缩二脲是在增加的温度和保留下以增大尿素浓度形成的尿素的聚合产物。缩二脲是用于脱NOx系统的尿素中的负性组分，因为缩二脲组分暴露于催化剂导致异氰脲酸形成，这缩短了催化剂的寿命。因此，将用于例如DEF溶液的所供应的尿素固体中的较低含量的缩二脲延长所述脱NOx催化剂寿命。

在下文中，根据本发明获得的尿素粉末有时称为“DEF粉末”。这不表示它仅限使用于DEF。实际上，粉末不仅非常适于制备DEF溶液，而且还可用于制备更浓缩的溶液，这种更浓缩的溶液通常用于工业用途，例如，用于处理烟道气以从工业炉诸如重整器除去NOx组分形成氮和水。

根据本发明，所获得的尿素产物用水稀释，以便形成含尿素水溶液。具体地讲，尿素产物适于用水稀释，以便形成满足DEF的要求的含尿素水溶液。这些要求已经标准化为ISO 22241-1:2006(2006年10月15日版本)。

在本发明的方法中，使用从尿素生产方法中的回收区段或在其之后获得尿素水溶液。这通常可通过从现有尿素生产方法中分离含尿素水流完成。含尿素水流可为从尿素方法产生的含尿素的总流，或者它可以是尿素方法的一部分。

还有可能设计新的尿素方法，该新方法特别适于生产将在用于还原内燃机废气中的NOx的单元中使用的含尿素水流。新尿素方法的设计的优点是该新方法无需包括成形区段。

尿素通常是从氨和二氧化碳生产的。尿素可通过在12MPa和40MPa之间的压力和150℃和250℃之间的温度下将过量的氨与二氧化碳一起引入尿素合成区中来制备。所得尿素形成可以两个连续反应步骤形式来最好地呈现，第一步骤根据放热反应形成氨基甲酸铵：

2NH₃+CO₂→H₂N-CO-ONH₄

在此之后，第二步骤根据吸热平衡反应使形成的氨基甲酸铵脱水以产生尿素：

这些反应发生的程度取决于温度和使用的过量氨等。尿素合成溶液中获得的反应产物基本上由尿素、水、未结合氨和氨基甲酸铵组成。将氨基甲酸铵和氨从溶液中除去，并通常将它们返回尿素合成区。除了尿素合成区中的上述溶液之外，还形成了由未转变的氨和二氧化碳以及惰性气体组成的气体混合物，就是所谓的反应器废气。尿素合成区段可包括用于形成氨基甲酸铵和尿素的独立区。也可将这些区组合在单个设备中。

在尿素汽提装置中，未转变为尿素的氨基甲酸铵的分解和通常过量氨的排出主要在与合成反应器中的压力几乎基本相等的压力下进行。有可能借助于汽提气例如二氧化碳和/或氨，并在添加热量的情况下，在位于安装在反应器下游的一个或多个汽提器中进行此分解和排出。也有可能应用热汽提。热汽提表示仅通过供热来分解氨基甲酸铵，并将存在的氨和二氧化碳从尿素溶液中除去。离开汽提器的气流含有氨和二氧化碳，它们在高压冷凝器中冷凝，然后返回尿素合成区。

在尿素汽提装置中，合成区在160-240℃的温度下操作，优选地在170-220℃的温度下操作。合成反应器中的压力为12-21MPa，优选地12.5-20MPa。汽提装置的尿素合成区中的氨与二氧化碳的摩尔比(N/C比)通常在2.2-5mol/mol之间，优选地在2.5-4.5mol/mol之间。合成区可在单个反应器中或在并联或串联布置的多个反应器中进行。在汽提处理后，汽提的尿素溶液的压力在尿素回收区段中减小。

在该尿素生产装置(包括但不限于汽提装置)的回收区段中，将尿素溶液中的未转变的氨和二氧化碳与尿素和水溶液分离。回收区段通常包括加热器、液体/气体分离区段和冷凝器。加热进入回收区段中的尿素溶液以使来自该溶液的挥发性组分氨和二氧化碳蒸发。加热器中使用的加热剂常是蒸汽。将所述加热器中形成的蒸气与液体/气体中的尿素水溶液分离，在此之后，将所述蒸气在冷凝器中冷凝以形成氨基甲酸盐溶液。释放出的冷凝热量通常消散在冷却水中。在比合成区段中的压力更低的压力下操作的回收区段中形成的氨基甲酸盐溶液优选地返回在合成压力下操作的尿素合成区段。回收区段常是单个区段或可为串联布置的多个回收区段。

含尿素水流直接从尿素生产方法中的回收区段分离或在其之后分离。含尿素水流可源自于一个回收区段，但如果尿素生产方法包括更多回收区段，则还源自于若干回收区段。含尿素水流可为在尿素生产方法中从一个位置分离的一股流，或其可由在不同位置处从尿素生产方法分离的几股流组成。

在尿素生产方法中的回收区段中，尿素合成溶液的氨基甲酸铵、游离二氧化碳和游离氨含量降低。这通过加热溶液并任选地通过减小压力来完成。该温度增加和任选地还压力降低使存在的氨基甲酸铵解离成游离氨和游离二氧化碳。该游离氨和游离二氧化碳的很大部分成为气相，其在液体/气体分离器中与其余含尿素水流分离。在各种尿素生产方法中，在回收区段中施加不同压力和温度水平。在一些方法中，将汽提介质添加到一个或多个解离步骤中以促进解离过程。合适汽提介质的示例是氨气、二氧化碳气体、空气和蒸汽。各种方法还在处理排出的气态氨和二氧化碳的方式方面有所不同。当尿素溶液流过各个解离步骤时，碱度和氨基甲酸铵含量降低。

优选地，在回收区段后，分离含尿素水流。通常，所述流将在尿素精整区段之前分离，但其也可在位于回收区段下游的第一蒸发器之后分离，该蒸发器可或可不视为精整区段的一部分。在任何速率下，含尿素水流通常都将具有低于99重量％的尿素浓度。

在尿素方法中，其中在回收区段后存在尿素储罐，并且当存在成形区段(诸如用于成粒或造粒)时，在成形区段前，尿素水溶液更优选地是从所述尿素储罐分离的含尿素水流。直接从尿素生产方法中的回收区段分离或在其之后分离的含尿素水流优选地包含60-90重量％的尿素。

在本发明的方法中，如上所述来获得的含尿素水流进行闪蒸结晶。在此操作之中，溶液进行闪蒸，以便获得结晶出固体的含尿素产物和含氨和水的蒸气。闪蒸优选地是干法闪蒸。闪蒸结晶是通过将尿素溶液置于次大气压条件下进行，以便自发形成尿素结晶。优选地，在结晶步骤前，浓缩溶液，以使尿素浓度达到具有50重量％至99重量％并优选地为60重量％至98重量％的尿素和缩二脲。

如上所述，获得呈含有小于0.2重量％的水的粉末形式的结晶出固体的尿素产物。这可为闪蒸过程的直接结果，尤其是在干法闪蒸的情况下。或者，在受关注实施例中，闪蒸产生具有高于0.2重量％(但低至足以使粉末例如在0.2重量％与0.5重量％之间)的水含量的粉末。在这种情况下，含有少于0.2重量％的水的结晶出固体的尿素产物是通过使所述粉末进行干燥步骤(例如，在干燥塔中)或通过使其在加热的移动带上蒸发而获得的。

为更好地解决可能粘度，经闪蒸的最佳进入尿素浓度在85重量％至95重量％的范围内，优选地在86重量％至93重量％之间，更优选地在87重量％和92重量％之间。在这些浓度范围内，并考虑到所施加的压力，固体(尿素)和气体(H₂O)处于平衡。

本发明的结晶出固体的尿素产物可基于任何尿素合成方法来获得。

经常使用的根据汽提方法用于制备尿素的方法是二氧化碳汽提方法，如例如Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry(乌尔曼工业化学百科全书)，第A27卷，1996年，第333-350页中所述。使用这种方法时，合成区段后接一个或多个回收区段。合成区段包括反应器、汽提器、冷凝器和洗涤器，其中操作压力为12至18MPa并且优选为13至16MPa。在合成区段中，离开尿素反应器的尿素溶液被供给到汽提器，其中大量的未转变的氨和二氧化碳与尿素水溶液分离。这种汽提器可以是壳管式热交换器，其中尿素溶液在管侧被供给到顶部并且进料至合成的二氧化碳被添加至汽提器的底部。在壳侧，添加蒸汽以加热溶液。尿素溶液在底部离开热交换器，而蒸气相在顶部离开汽提器。离开所述汽提器的蒸气含有氨、二氧化碳和少量的水。所述蒸气在降膜型热交换器或者可为水平型或垂直型的浸没式冷凝器内冷凝。水平型浸没式热交换器描述于《乌尔曼工业化学百科全书》1996年第A27卷第333-350页。在所述冷凝器中由放热氨基甲酸酯缩合反应释放的热量通常用于产生蒸汽，其被用于对尿素溶液进行加热和浓缩的下游尿素加工区段中。由于在浸没型冷凝器中产生特定液体滞留时间，因此一部分尿素反应已在所述冷凝器中发生。所形成的含有冷凝氨、二氧化碳、水和尿素以及非冷凝的氨、二氧化碳和惰性蒸气的溶液被送到反应器。在反应器中，从氨基甲酸酯到尿素的上述反应接近平衡。离开反应器的尿素溶液中的氨与二氧化碳的摩尔比一般为2.5至4mol/mol。也有可能将冷凝器和反应器组合在一台设备上。这台设备的实例如Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry(乌尔曼工业化学百科全书)，第A27卷，1996年，第333-350页中所述。离开尿素反应器的所形成尿素溶液被供给到汽提器并且含有非冷凝氨和二氧化碳的惰性蒸气被送到在与反应器类似的压力下操作的洗涤区段。在所述洗涤区段中，从惰性蒸气中洗涤氨和二氧化碳。来自下游回收系统的所形成的氨基甲酸盐溶液被用作所述洗涤区段中的吸收剂。在这个合成区段中离开汽提器的尿素溶液需要至少45重量％并且优选至少50重量％的尿素浓度以在汽提器下游的一个单回收系统中进行处理。所述回收区段包含加热器、液体/气体分离器和冷凝器。这个回收区段中的压力为200至600kPa。在回收区段的加热器中，通过加热尿素溶液而将大部分的氨和二氧化碳与尿素和水相分离。通常使用蒸汽作为加热剂。尿素和水相含有少量的溶解的氨和二氧化碳，其离开回收区段并被送到下游尿素加工区段，其中通过从所述溶液中蒸发水来浓缩尿素溶液。本发明不限于任何特定的尿素生产方法。其他方法和装置包括基于以下技术的方法和装置，例如：总再循环装置，由Urea Casale公司开发的HEC方法，由东洋工程公司(Toyo Engineering Corporation)开发的ACES方法，以及由斯那姆公司(Snamprogetti)开发的方法。在本发明的尿素精整方法之前，可使用所有的这些方法和其他方法。

在本发明中，任何尿素合成方法中获得的尿素溶液通过将尿素溶液置于次大气压条件下进行膨胀、即通过闪蒸来进行结晶步骤。在考虑到商业规模处理的情况，该类型的结晶是非常合适的。结晶步骤包括在次大气压下，优选地在低于15kPa的压力下，闪蒸尿素溶液，以便自发获得固体尿素产物。所述压力通常将为高于1kPa，并优选地在从1kPa至10kPa的范围内。

在本发明的一个实施例中，在来自尿素装置的回收区段中形成的尿素溶液送往在前述范围内的压力下操作的结晶器。尿素晶体通过膨胀自发形成，同时形成蒸气。所形成的蒸气在一个或多个冷凝器中进行冷凝。包括离开结晶器的剩余尿素溶液的尿素结晶在液体-固体分离器中进行分离，其中将大部分的尿素溶液与所形成的尿素结晶分离。离开液体-固体分离器的所述尿素晶体经过离心机，在离心机中，进一步将剩余尿素溶液与所述晶体分离。可将包含含缩二脲的尿素水溶液的母液添加到离心机中，以便洗涤所述晶体，以便获得净化尿素晶体，其包含的缩二脲含量仅在0.1重量％至0.6重量％之间。因此，由其产生的浓度为30-35重量％的尿素的DEF溶液将满足缩二脲最大为0.3重量％的要求。

离开离心机的尿素晶体还例如在干燥塔中干燥，以便提供含有小于0.2重量％的水的结晶出固体的尿素产物。

在尿素溶液膨胀后释放的蒸气的压力增大并运输到冷凝器。优选地，使用蒸汽喷射器或真空泵增大压力。在冷凝器中，冷凝包含水和少量杂质组分如氨和二氧化碳以及惰性物质的蒸气。优选地，使用冷却水冷凝所述蒸气。离开冷凝器的未冷凝的蒸气经过蒸汽喷射器或真空泵以使压力增大，之后，这些蒸气被进一步净化。这可通过在较高压力下再次使这些蒸气冷凝来完成，之后，剩余惰性蒸气释放到大气中，或者再次在惰性净化单元(例如，吸收器)中净化。收集在冷凝器中形成的工艺冷凝物，之后，所述工艺冷凝物在尿素装置中进行工艺冷凝物净化。

闪蒸尿素溶液，即通过在减小压力(次大气压)下蒸发除去液体，导致自发形成固体尿素产物和含氨和水的蒸气。根据本发明，闪蒸优选地在低于15kPa、更优选地从1kPa至10kPa的压力下进行。

闪蒸可在闪蒸装置诸如干法闪蒸器中完成。干法闪蒸器的特征在于液体流通过结晶和蒸发基本上转变为固体和蒸气。在干法闪蒸器中，选择工艺条件以使剩余液体的量基本为零。这允许了气体和固体的完全分离，而无大量的粘附和结垢。干法闪蒸的另一优点是由于没有浆料，因此无需诸如离心机的固液分离装置，也不需要再熔融器。这允许了明显更简单的工艺方案。这种干法闪蒸器是优选地在1kPa与15kPa之间的压力下、更优选地在2kPa与10kPa之间的压力下操作的容器。在所述干法闪蒸器中，尿素溶液通过液体分配器分配。通过膨胀，尿素和缩二脲自发结晶成为固体，并且包含水、氨和少量二氧化碳的剩余组分蒸发。

通过绝热闪蒸得到的固体尿素产物、即尿素粉末的粒度在从0.1μm至1000μm、优选地从1μm至800μm的范围内。

本发明的方法允许产生可包装在袋(20kg)或大袋(即，500kg或1000kg袋)中的自由流动粉末，可容易地在现场排空袋以产生DEF溶液。

通过该方法生产的尿素粉末具有非常低量的缩二脲，通常小于0.5重量％，优选地小于0.4重量％，在最终DEF溶液中，其转变为小于0.20重量％或小于0.15重量％。这意味着在相同固体含量下，溶液中的活性尿素的量将因此会更高。最终DEF溶液的缩二脲规格最大为0.3重量％。当使用球剂制备溶液时，溶液中的缩二脲含量通常在0.25重量％至0.3重量％之间。

在本发明的方法中，某些条件下包装所获得的结晶出固体的尿素产物，使得所包装的产物的水含量维持低于0.2重量％。这种低水含量用于确保固体尿素(其为吸湿性的)保持为能够从其包装释放并重构为溶液的粉末。根据本发明，所包装的产物的水含量保持低于上述水平，直到将使用产物来制备溶液。应当理解，本发明的方法表示在获得含有小于0.2重量％的水的结晶尿素粉末后，不仅在所包装的产物中，而且还在包装之前的另外方法步骤期间，维持所述水含量低于0.2重量％。

实际上，这意味着具有所需的低水含量的所获得的粉末包装在不透水包装(例如容器或袋)中。合适包装材料包括高密度聚乙烯。适于包装吸湿材料的其他塑料是本领域中已知的。包装材料可为无孔且密封的。另外，包装可由多层材料组成。

在受关注实施例中，本发明还可用于改进现有尿素装置。通常具有基于造粒或成粒的精整区段的这种现有尿素装置可通过添加适于根据上述方法进行闪蒸结晶步骤的设备来改进。因此，通过向常规精整区段添加闪蒸结晶区段，该装置将能够生产常规固体尿素形式(即，颗粒剂或球剂)和如上所述DEF粉末两者。

具体地讲，本发明因此可用于增大现有尿素装置容量。精整区段有时可能会对装置容量优化造成限制。由于传统精整区段相对较大，特别是在造粒塔的情况下，因此并非总是能够扩大现有装置的精整区段。通过本发明，可通过增大现有尿素装置的精整区段的容量来增大该装置的容量。这是指现有装置的精整区段需要扩大以增大装置容量的任何情况。这可指具有合成和回收容量的装置，由于精整区段将会造成限制，因此该装置未使用其全部的容量。还可涉及一种增大现有尿素装置的容量的方法，其中尿素合成区段(和/或尿素回收区段)容量增大，例如通过扩大合成区段增大，但是其中现有精整区段不易扩大。接着，本发明允许了通过有利地简单的方法来扩大精整区段上游的一个或多个区段，从而扩大精整区段容量。这可通过平行于现有精整区段来添加根据本发明的精整区段、即适于从尿素溶液结晶出尿素的设备来进行。根据本发明，就解决了与增大精整区段容量有关的问题，因为平行另选精整区段将减少或甚至避免气态氨和尿素粉尘排放。因此，随着装置容量增大，每单位生产的尿素的排放量实际上减少。

虽然在附图和前面的描述中已详细地示出和描述了本发明，但是这样的附图和描述被认为是说明性或示例性的，而非限制性的；但是本发明不限于所公开的实施例。

例如，可在一个实施例中操作本发明，其中在回收区段中或在其之后从不同地方分离多于一股水流，以便获得将进行闪蒸结晶的尿素水溶液。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求书，本领域的技术人员在实践要求保护的本发明时可理解和实现所公开的实施例的其他变化。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他要素或步骤，并且不定冠词“一个”或“一种”不排除多个。仅本发明的某些特征在彼此不同的从属权利要求中陈述的事实并不表示无法有利地使用这些特征的组合。

总之，本发明包括了一种尿素产物制备方法，所述尿素产物适于用水稀释以形成含尿素水溶液来在用于将内燃机废气也称柴油排气流体(DEF)中的NOx还原的单元中使用，或在用于将来自工业炉的烟道气的NOx还原的单元。所述方法包括从尿素生产方法中的回收区段或在其之后获得尿素水溶液。使这个具有低含量杂质的溶液在低压下进行闪蒸结晶，以便获得结晶出固体的含尿素的产物，所述结晶出固体的含尿素的产物是含有小于0.2重量％的水的自由流动粉末。在某些条件下包装这个产物，使得所包装的产物的水含量维持低于0.2重量％。本发明还用于一种用于增大现有尿素装置的容量的方法。

在下文中将结合以下非限制性/限制性示例来进一步说明本发明。现有技术在图1中示出，而本发明的实施例在图2中示出。

图1示出了用于将尿素溶液浓缩成尿素熔体的典型顺序，之后尿素熔体经过作为如从现有技术已知的尿素精整区段的典型成粒单元。将来自尿素装置的再循环区段的尿素溶液通过管线(a)添加到浓缩器(CONC1)中，该尿素溶液的典型浓度在50重量％至80重量％之间，典型温度在60℃至90℃之间。浓缩器(CONC1)是壳管式热交换器，并且尿素溶液经过所述浓缩器的管侧。在所述浓缩器的壳侧处，添加蒸汽以加热溶液并蒸发挥发性水部分。通过管线(b)离开浓缩器(CONC1)的尿素溶液通常具有125℃至135℃的温度，并浓缩为通常具有93重量％至96重量％的尿素。所述浓缩器中的压力为次大气压，并且通常在20kPa至50kPa之间。包含水和少量氨和二氧化碳的所形成的蒸气通过管线(c)排出所述浓缩器。所述蒸气在冷凝器(COND1)中冷凝，并作为工艺冷凝物通过管线(d)离开所述冷凝器。未冷凝的蒸气通过管线(e)离开所述冷凝器，并经过喷射器(EJEC1)以将压力增大至大气压。所述喷射器的驱动力通常是通过管线(f)的蒸汽。蒸汽与未冷凝的蒸气一起通过管线(g)离开所述喷射器，并可经受大气，但优选地在尿素装置本身中被净化。

通过管线(b)离开浓缩器(CONC1)的尿素溶液经过第二浓缩器(CONC2)。另外，该浓缩器(CONC2)通常是壳管式热交换器，其中尿素溶液经过所述热交换器的管侧，而蒸汽添加到壳侧以在次大气压(通常在1kPa至30kPa之间，优选地在5kPa至20kPa之间)下加热和蒸发挥发性水部分。通过管线(h)离开所述浓缩器的尿素熔体的温度通常在136℃和145℃之间，并且通常包括浓度在97.5重量％至99重量％之间的尿素和缩二脲。通过将所述溶液浓缩成包含水、氨和一些夹带尿素的所述熔体而形成的所形成的蒸气通过管线(i)经过冷凝器(COND2)。在所述冷凝器(COND2)中，借助于冷却水冷凝大量蒸气以形成工艺冷凝物。形成的工艺冷凝物通过管线(j)离开所述冷凝器。通过管线(k)离开所述冷凝器(COND2)的包含惰性物质、水和少量氨的未冷凝的蒸气经过蒸汽喷射器(EJEC2)。所述喷射器通过管线(l)由蒸汽驱动并增大通过管线(m)离开所述喷射器到达冷凝器(COND1)的所述惰性蒸气的压力。

通过管线(h)离开所述浓缩器(CONC2)的尿素溶液通过泵(PUMP)送往作为尿素精整区段的流化床成粒机(GRAN1)。可将添加剂诸如甲醛或脲甲醛溶液添加到所述尿素溶液中。普通流化床成粒方法包括成粒机(GRAN1)，其中在通过固化生长晶核时，将尿素熔体进料到固体尿素晶核的流化床以获得尿素颗粒剂。当离开所述成粒机时，获得的颗粒剂具有一定粒度分布。这些颗粒剂通常冷却，之后这些获得的颗粒剂通过管线(n)送往粒度分类单元，并且在大多数情况下，该分类单元包括多个筛网(SCREEN)。通过分类单元，细材料和粗材料与剩余的颗粒剂分离，之后，辅助冷却单元将剩余的颗粒剂作为产品通过管线(o)送往存储或输送区段。

将粗材料部分压碎至一定粒度，并与细部分一起通过管线(p)再循环到成粒机(GRAN1)中，在成粒机中，它被用作晶核。

将空气通过管线(q)供应给流化床成粒机以保持所述成粒机中的固体晶核流化。通过管线(r)排出所述成粒机的空气包含氨和尿素粉尘，并且必须在尿素捕尘器(CATCH)中处理才将空气通过管线(s)排入大气。取决于通过管线(q)在流化床成粒机(GRAN1)中流化所需的供应为空气的空气量，通过管线(s)排入大气的空气中的氨和粉尘排放量通常分别为每标准m³在50mg和200mg之间、每标准m³在20mg和50mg之间。这对应于每吨生产的尿素最终产物在0.5kg与1.5kg之间的氨排放量，并对应于每吨生产的尿素最终产物在0.2kg与1kg之间的尿素粉尘排放量。

图2示出了根据本发明的实施例的示例。

将尿素溶液通过管线(a)添加到浓缩器(CONC)中，该尿素溶液的典型浓度在50重量％至80重量％之间，典型温度在60℃至90℃之间。浓缩器(CONC)是壳管式热交换器，并且尿素溶液经过所述浓缩器的管侧。在所述浓缩器的壳侧处，添加蒸汽以加热溶液并蒸发挥发性水部分。通过管线(b)离开浓缩器(CONC)的尿素溶液通常具有110至130℃的温度，并浓缩为具有80重量％至97重量％的尿素，并优选地浓缩成85重量％至95％重量的尿素浓度。所述浓缩器中的压力为次大气压，并且通常在15kPa至70kPa之间，并优选地在20kPa与50kPa之间。包含水和一定量的氨和二氧化碳的所形成的蒸气通过管线(c)排出所述浓缩器。所述蒸气在冷凝器(COND1)中冷凝，并作为工艺冷凝物通过管线(d)离开所述冷凝器。包含惰性物质、水、氨和二氧化碳的未冷凝的蒸气通过管线(e)离开所述冷凝器，并经过喷射器(EJEC1)以将压力增大至大气压。所述喷射器的驱动力通常是通过管线(f)的蒸汽。蒸汽与未冷凝的蒸气一起通过管线(g)离开所述喷射器，并可经受大气，但优选地在将其释放到大气中前在尿素装置本身中被净化。

通过管线(b)离开浓缩器(CONC)的尿素溶液送往干法闪蒸器(FLASH)。所述干法闪蒸器是在1kPa与20kPa之间的压力下、并优选地在2kPa与15kPa之间的压力下操作的容器。在所述干法闪蒸器中，尿素溶液通过液体分配器(SPRAY)分配。通过膨胀，尿素和缩二脲自发结晶成为固体，并且包含水、氨和少量二氧化碳的剩余组分蒸发。

在干法闪蒸器中形成的固体尿素颗粒(即，前述尿素粉末)具有在0.1μm至1000μm之间的粒度，并且通过管线(s)从所述干法闪蒸器(FLASH)中提取。已知用于从真空系统提取固体产物的提取器为例如但不限于气锁旋转进料器、具有双阀门的密封容器和文丘里喷射器。通过管线(s)提取的固体尿素颗粒被输送到包装(PACK)，其中所述尿素固体颗粒被装袋以运输。

形成的蒸气通过管线(h)离开干法闪蒸器(FLASH)到达冷凝器(BAR COND)。这可以是任何类型的冷凝器，但优选地是直接接触冷凝器。在直接接触冷凝器中，蒸气与冷介质直接接触。该介质可为包含氨和水的流体。预期干法闪蒸器(FLASH)中的形成的小尿素颗粒的一部分将与形成的蒸气一起离开所述干法闪蒸器。因此，这些尿素颗粒将溶解在介质中，并且因此防止冷凝器(BAR COND)过度结垢。通过管线(u)离开冷凝器(BAR COND)的包含水、少量氨和已溶解的尿素的流体通过管线(v)部分地再循环并且在冷却器(COOL)中冷却。所述流体的另一部分通过管线(w)离开系统。该流体可在尿素装置中再循环和再处理，或可用于其他目的。

干法闪蒸器(FLASH)和冷凝器(BAR COND)中所需的次大气压通过增压喷射器(BOOS)维持。所述增压喷射器的驱动力是通过管线(ii)供应的蒸汽。通过管线(j)离开所述增压喷射器的增压蒸气经过冷凝器(COND2)。形成的工艺冷凝物通过管线(k)离开所述冷凝器，而通过管线(l)离开所述冷凝器的非冷凝蒸气经过喷射器(EJEC2)。另外，所述喷射器通过管线(m)由蒸汽驱动，并且将通过管线(n)离开所述喷射器的蒸气的压力增大至大气压，并将惰性蒸气释放到大气中，或优选地从尿素装置中的其他地方的氨净化，之后将其释放到大气中。离开所述冷凝器的工艺冷凝物在尿素装置中收集和处理以成为干净的工艺冷凝物。在另一实施例中，通过管线(j)离开喷射器(BOOS)的惰性蒸气经过在低于大气压的压力下操作的另一冷凝器，之后，离开所述冷凝器的惰性蒸气通过应用真空泵或蒸汽喷射器将压力增大至大气压。

Claims (12)

1.一种用于生产尿素产物的方法，所述尿素产物将用水稀释以形成含尿素水溶液，所述方法包括：

(a)从尿素生产方法中的回收区段或在其之后获得尿素水流；

(b)使所述溶液在次大气压下进行闪蒸结晶，以便获得结晶尿素粉末和含氨和水蒸气，其中所述结晶尿素粉末含有小于0.2重量％的水；

(c)在某些条件下包装所述结晶尿素粉末，使得所包装的产物的水含量维持低于0.2重量％。

2.根据权利要求1的方法，其中所述闪蒸结晶在低于15kPa、优选地从1kPa至10kPa的压力下进行。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述闪蒸是作为干法闪蒸进行的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述溶液适于在用于将内燃机废气中的NOx还原的单元中使用，这优选地符合在2006年10月15日的ISO 22241-1:2006中标准化的要求。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中经闪蒸的所述溶液具有在从85重量％至95重量％的范围内、优选地在87重量％与92重量％之间的尿素浓度。

6.根据前述权利要求中任一项的方法，其中通过闪蒸获得的所述结晶尿素粉末的缩二脲含量为至多0.5重量％。

7.根据前述权利要求中任一项的方法，其中通过闪蒸获得的所述结晶尿素粉末的粒度在从1μm至800μm的范围内。

8.一种通过溶解可通过根据前述权利要求中任一项所述的方法获得的结晶尿素粉末来制备含30重量％-70重量％的尿素的水溶液的方法。

9.根据权利要求8所述的方法，形成在用于将内燃机废气中的NOx还原的单元中使用的含30重量％-35重量％的尿素的含尿素水溶液。

10.根据权利要求8所述的方法，形成在用于将来自工业炉诸如重整器和发电站的排出蒸气中的NOx还原的单元中使用的含尿素水溶液。

11.一种将包括用于生产固体尿素的精整区段的现有尿素装置改进的方法，所述方法包括向所述装置添加适于从溶液闪蒸结晶出尿素的设备、优选地适于干法闪蒸的设备。

12.一种用于增大尿素装置的装置容量的方法，所述方法包括通过添加适于经过闪蒸、优选地干法闪蒸从溶液结晶出尿素的设备作为额外精整区段，来增大所述装置的精整区段的容量。