CN107417575A - 零排放尿素方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了零排放尿素方法和设备。还公开了用于尿素生产的方法，其允许常规产生于该方法中氨连续排放的大量减少，甚至减少至零。根据本发明的优选实施方式，在不需要通过氧钝化的合成部中实施由二氧化碳和氨进行的尿素形成反应。由于无氧，产生于合成部的富氢气流，可被用作在焚烧炉中的燃料。在焚烧炉中，燃烧来自尿素生产方法中的包含氨的气流。

Description

零排放尿素方法和设备
本申请为申请日为2012年3月30日，申请号为201280015177.8，发明名称为“零排放尿素方法和设备”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及在尿素生产中，具体的在尿素熔体生产方法中减少连续氨排放的领域。本发明也涉及不需要通过氧气钝化实现减少氨排放的尿素合成部的应用，并且涉及其中不燃烧二氧化碳原料中的氢的尿素生产设施。本发明也涉及包括尿素合成部和尿素浓缩部的尿素设备。
背景技术
可在尿素设备的合成区中，在升高的温度(典型地在150℃至250℃之间)和压力(典型地在12至40MPa之间)下由氨和二氧化碳生产尿素(NH2CONH2)。在该合成中，认为可发生两个连续的反应步骤。在第一步骤中，形成氨基甲酸铵，以及在下一个步骤中，使所述氨基甲酸铵脱水，以便产生尿素。第一个步骤(ⅰ)是放热的，并且第二个步骤可以表示为吸热平衡反应(ⅱ)：
(ⅰ)2NH3+CO2→H2N–CO–ONH4
在典型的尿素生产设备中，在尿素合成部中实施前述反应，以便形成包含尿素的水溶液。在一个或多个随后的浓缩部中，浓缩该溶液，以便最终以熔融物而不是溶液的形式产生尿素。使这种熔融物进一步进行一个或多个最后步骤，如成球(prilling)、造粒(granulation)、微粒化(pelletizing)或压紧(compacting)。
用于根据汽提法(stripping process)制备尿素的经常使用的方法是例如，在Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry，Vol.A27,1996,pp333-350中描述的二氧化碳汽提法。在该方法中，合成部后跟随一个或多个回收段。合成部包括，反应器、汽提塔、冷凝器以及但不必须的洗涤塔，其中操作压力在12至18MPa之间，并且优选地在13至16MPa之间。在合成部中，将离开尿素反应器的尿素溶液进料至汽提塔，其中大量未转化的氨和二氧化碳与尿素水溶液分离。这样的汽提塔可以是壳管式热交换器，其中将尿素溶液进料至管侧的顶部，并且将进料至合成部的二氧化碳添加到汽提塔的底部。在壳测，添加蒸汽以加热溶液。尿素溶液在底部离开热交换器，同时蒸汽相在顶部离开汽提塔。离开所述汽提塔的蒸汽含有氨、二氧化碳、惰性气体和少量的水。在可以是水平型或垂直型的降膜热交换器或沉浸类型的冷凝器中冷凝所述蒸汽。在Ullmann's Encyclopedia of IndustrialChemistry，Vol.A27,1996,pp 333-350中描述水平型沉浸式热交换器。由在所述冷凝器中放热的氨基甲酸盐缩合反应释放的热量通常用于产生在下游尿素加工段中使用的用于加热和浓缩尿素溶液的蒸汽。因为在沉浸型冷凝器中形成一定的液体停留时间，所以已经在所述冷凝器中发生部分尿素反应。将所形成的含有冷凝的氨、二氧化碳、水和尿素连同未冷凝的氨、二氧化碳和惰性蒸汽的溶液传送至反应器。在反应器中，从氨基甲酸盐到尿素的上述反应趋于平衡。在离开反应器的尿素溶液中氨对二氧化碳的摩尔比通常在2.5至4mol/mol之间。也可以将冷凝器和反应器结合在一件设备中。在Ullmann's Encyclopedia ofIndustrial Chemistry，Vol.A27,1996,pp 333-350中描述这种一件设备的实例。将离开尿素反应器的所形成的尿素溶液供应至汽提塔，并且将包含未冷凝的氨和二氧化碳的惰性蒸汽传送至在与反应器相近的压力下操作的洗涤段。在该洗涤段，从惰性蒸汽中洗涤出氨和二氧化碳。来自下游回收系统的所形成的氨基甲酸盐溶液被用作该洗涤段中的吸收剂。离开该合成部的汽提塔中的尿素溶液需要至少按重量计45％和优选地至少按重量计50％的尿素浓度以在汽提塔下游的单一回收系统中处理。回收段包括加热器、液体/气体分离器和冷凝器。该回收段的压力在0.2至0.5MPa之间。在回收段的加热器中，通过加热尿素溶液，将大量的氨和二氧化碳与尿素和水相分离。通常，蒸汽被用作加热剂。尿素和水相，含有少量溶解的氨和二氧化碳，其离开回收段并且被传送至下游尿素加工段，其中通过从所述溶液中蒸发水来浓缩尿素溶液。在回收系统的加热器中释放的蒸汽包括氨、二氧化碳和水。在冷凝器中冷凝所述蒸汽。在冷却水中消散冷凝的热。所形成的氨基甲酸盐被用作合成部的所述洗涤塔中的吸收剂。将离开洗涤塔的包含氨、二氧化碳和惰性气体的一些未冷凝蒸汽传送至冷凝器或吸收器，以便在释放到大气中之前净化惰性气体。典型地，所述冷凝器和/或吸收器中的压力低于合成部中的压力。
特别地由于离开合成区的未反应的氨，尿素生产的固有结果是不期望的氨排放。同样，在大多数现代尿素设备中，不能避免这种排放，节省过高的能量输入和同上的生产费用，以便分离和捕获所有的氨。
例如，在根据CO2汽提法的典型的尿素熔体设备中，在下列加工排放点上发生连续的氨排放：
-低压吸收器；
-大气压力吸收器；
-尿素溶液存储的呼吸系统(排吸系统，breathing system)；
-加工冷凝物存储的呼吸系统；
因而，在生产尿素熔体的几种情况中，出现氨排放。同时某些可能是不连续的，应关注进一步减少，并且优选避免连续的氨排放。
将来自尿素熔体设备的氨排放最小化的目前工业水平是基于“燃烧”的“管末处理”技术。尤其是对于连续氨排放的减少，燃烧是昂贵的解决方案，因为这些连续的排放源的燃烧需要相对大量的支撑气体和氮，以便防止由通过火舌尖进入的氧气引起爆炸性蒸汽混合物。此外，燃烧产生，例如，由氮氧化物(NOx)形成的二次排放。
发明内容
为了更好的解决一个或多个上述需求，本发明在一个方面，给出用于尿素生产的方法，包括在尿素形成条件下，使氨和二氧化碳进行反应，以便形成尿素水溶液，使所述溶液进行浓缩，以便形成浓缩的尿素，该方法包括使包含氢气的气流可用，以及在氧的影响下，使所述包括氢的气体，连同产生于尿素生产中的包含氨的气体一起进行燃烧。
在另一个方面中，本发明提供合成部在尿素的生产中的应用，其中为了减少来自用于尿素熔体生产的设备中的氨连续排放的目的，不燃烧进料至合成部的二氧化碳中的氢，其中，通过以下来生产尿素：在所述合成部中，在尿素形成条件下使氨和二氧化碳进行反应，以便形成尿素水溶液，并且使所述溶液进行浓缩，以便形成浓缩的尿素，其中使包含氢的气体、包含氨的气体和氧进行燃烧。
在又一个方面中，本发明涉及用于尿素生产的设备，所述设备包括尿素合成部和焚烧炉，所述合成部包括用于液体的出口和用于气体的出口，所述用于气体的出口直接地或间接地连接至焚烧炉的燃料进口。
附图说明
图1是CO2汽提类型的常规尿素生产设备的示意图。
图2是根据本发明的CO2汽提类型的尿素生产设备的示意图。
具体实施方式
在用于尿素合成的工业起始化学药品中，尤其在二氧化碳中，氢气(H2)作为杂质出现。通常，进料至尿素设备合成部的二氧化碳中氢气的量总计在按体积计0.05至1.2％之间。在很多尿素生产工艺中，在水的形成下，在存在氧的情况下燃烧氢。就尿素的生产工艺中仍然可能保留氢来说，通常，优选在工艺方法的早期将这些氢排放到大气中。
从广义上说，本发明基于以下认识：在尿素生产方法中，为了减少氨的连续排放的目的，氢可以有用地作为用于包含氨的气体燃烧的燃料而给出。
为了实现这点，本领域的技术人员将会理解，应该保留而不是排放包含氢气的气体，并且可用作燃料而保留该气体。
将进一步关于具体实施方式并参考某些附图描述本发明，但是本发明不局限于此，而是只通过权利要求限制本发明。权利要求中的任何参考符号不应该被解释为限制范围。描述的附图只是示意性的，并且是非限制性的。在附图中，为了说明的目的，某些元件的尺寸可以夸大并且不按比例绘制。在本发明的说明书和权利要求中使用的术语“包含”，它不排除其他元件或步骤。其中当涉及单数名词时，使用不定冠词或定冠词，例如，“一个”或“一种”、“该”，除非有特定地相反说明，其包含那个名词的复数。
在本发明的优选的实施方式中，非燃烧条件是指在尿素生产设备的合成部中减少氧，并且优选无氧。为此，根据本发明优选的是，使用由不必需由氧钝化的材料制成的合成部。因此，可基本避免反应器中氧的存在，例如，上达至在尿素合成中使用的CO2进料的0.05vol％，并且甚至可以是零。
在钝化氧存在的情况下，通常将易于在水的形成下燃烧氢。由于基本无氧，实质上保留了氢，因而仍然可用于进一步的应用。同样地保留了有时也在二氧化碳进料中存在的甲烷(CH4)，并且关于尿素合成，甲烷也是惰性气体。如此使得可用的氢和可选的甲烷的量是相对较高的。例如，在吸收处理之后，来自尿素合成的惰性气体的典型气流包含按体积计70％的H2、按体积计20％的CH4和按体积计10％的N2。
本发明基于以下正确的认识：这样的可用的氢，和可选的甲烷可被用作焚烧炉中的燃料，以及其优点是在这样的焚烧炉中燃烧包含NH3的气流。应该理解，在焚烧炉中也需要存在氧。这可以通过以下来提供：固有地存在于一种或多种包含NH3的排出气流中的氧，通过单独添加至焚烧炉中的氧或空气或两者。
在一个优选的实施方式中，基于不需要通过氧钝化的材料(如果在尿素生产设备的合成部中使用)，所述合成部包括具有高的Cr和N含量，和低的Ni含量的双相铁素体-奥氏体不锈钢。这个方面的参考是WO95/00674，其公开内容通过引用结合于此。应该理解，可以想到可在没有通过氧钝化的情况下使用的其他合成部。也应该理解，表达“由…制成”并不暗示合成部的各个和每个部分都由所述钢铁制成。本质上，与工艺流体接触的部件和因而暴露于尿素生产的极端腐蚀性环境中的内部部件将由前述钢制成。优选地，整个反应容器基本上由这种钢组成。
在另一个优选的实施方式中，合成部(并且尤其是其内部部分)由双相不锈钢制造，该双相不锈钢包含，按重量百分数，C：0.03％以下，Si：0.5％以下，Mn：2％以下，P：0.04％以下，S：0.003％以下，Cr：26％以上，但是少于28％，Ni：7.3-10％，Mo：0.2-1.7％，W：大于2％，但是不大于3％，N：大于0.3％，但是不大于0.4％，余量为Fe和杂质，其中Cu作为杂质的含量不大于0.1％。在US 7,347,903中描述这种钢，其公开内容通过引用结合于本说明书中。
优选的合成部由双相、不锈钢合金制成，所述合金按重量百分数包含：
-C：最大0.05％，优选最大0.03％；
-Si：最大0.8％，优选最大0.5；
-Mn：0.3-4％，优选0.3-1％；
-Cr：28-35％，优选29-33％；
-Ni：3-10％；
-Mo：1.0-4.0％，优选1.0-1.3％；
-N：0.2-0.6％，优选0.36-0.55％；
-Cu：最大1.0％；
-W：最大2.0％；
-S：最大0.01％；
-Ce：0-0.2％；
余量为Fe和通常存在的杂质和添加物，铁素体含量是按体积计30-70％，优选按体积计33-35％。
在合成区中，在适当的压力(例如，12-40MPa)和适当的温度(例如，150-250℃)下将氨和二氧化碳一起提供，以便允许氨基甲酸铵的形成，以及随后脱水以形成尿素。在水溶液中形成尿素，并且合成区的废气包含少量未反应的氨和二氧化碳，以及大部分作为起始物料的成分引入的上述惰性气体，其从合成部到吸收部净化所述惰性气体，该吸收部在比合成压力低的压力下操作。
由于二氧化碳进料中没有氢燃烧，和/或根据本发明的方法操作的反应器中完全没有钝化氧，所以合成区的废气保留了可用的氢并且可被认为是相对富H2的气流。典型地，该气流中的成分将在以体积百分率表示的下列范围内：
-未反应的NH3：0.1至10％；
-未反应的CO2：0.1至10％；
-氢(H2)：10至90％；
-甲烷(CH4)：0至20％；
-氮(N2)：0至20％；
在常规的总体再循环尿素工艺和根据尿素汽提的尿素工艺中，除了氢之外，净化气体仍然可以含有氧，因而赋予该气流潜在的可燃性。常规的总体再循环尿素工艺的特征在于加工条件，然而，合成中的压力在19至22MPa之间并且合成温度在185至210℃之间。通常，常规的总体再循环尿素设备中的合成部由反应器组成，并且在某些常规的尿素合成部上，可在反应器的上游安装混合容器。
在这类工艺方法中，因此通常直接地将所形成的含有氧的惰性气体排放到大气中。在本发明的方法中，所得的富氢的气流是燃料，但是不同与此将不是易燃的。为了燃烧作为燃料的燃料气体，应该理解，需要另外的氧。
根据本发明，该方法本质上用于燃烧来自以下来源的NH3：它自身来源以及来自尿素设备的一个或更多来源，其中排放包含氨的其他连续惰性蒸汽，如罐的呼吸气体(breathing gas)和离开吸收器和/或冷凝器的惰性气体。因而，将包含NH3的一个或更多气流进料至焚烧炉，并且在其中与可用作燃料的富氢气流燃烧，并且可提供氧和/或空气，以使得能够燃烧。
空气和/或氧的来源可以是多方面的，例如，可在焚烧炉中单独地提供(通过空气进口)，用于燃烧富氢气流。然而，优选地，将在相同的尿素设备中，和/或在可与尿素设备耦合的任何设备中的一个或多个其他来源获得至少部分空气和/或氧。这些空气和/或氧来源可以含有少量氨。
因而，优选地，将来自合成区的富氢气流与进入焚烧炉的一个或更多空气和/或氧丰富的气流结合。
空气和/或氧丰富的气流可以是与待燃烧的包含氨的气流一样的气流，即，来自罐和吸收器的呼吸系统。
尿素设备进一步可以是任何类型的尿素设备。例如，在Ullmann Encyclopedia,2005Wiley-VCH Verlag,Weinheim,Germany,chapter“Urea.”中给出用于生产尿素的商业化工艺方法的概述。
本发明增加了作为独立的单元或作为设备整体部件的焚烧炉。可使用能够接收、保留和燃烧气体的任何焚烧炉。将在燃烧腔室中发生焚烧(燃烧)。通过前述的尿素设备的富氢气流为燃烧提供燃料。可想到的是供应备用的燃料，用于以下情形，其中期望进行焚烧，然而由于可能在工业设备的日常实践中出现的任何原因，也许已经干扰了来自合成区的氢的回收或可用性。
焚烧炉，适当的燃烧器，和燃烧室对于技术人员是已知的，这里不需要具体说明。在焚烧炉的燃烧室中发生燃烧。按惯例，可以存在由天然气支持的指示灯。
优选地通过产生的蒸汽冷却离开焚烧室的气体，此后传送至大气中，通过用于选择性催化还原的催化剂(SCR催化剂)以便还原任何NOx排放物。将少部分的氨和/尿素溶液加入到SCR催化剂，用于焚烧炉排气装置中NOx的还原反应，由于在焚烧室中高温形成所述还原反应。控制还原反应的系统是本领域常用的，并且是商业上可获得的。
将产生的蒸汽引入尿素熔体设备的蒸汽系统中，有利地减少设备的高压蒸汽消耗。通常，取决于CO2原料中的氢含量和焚烧炉中的热回收系统的效率，通过该应用，尿素设备的蒸汽节约减少了典型的约10至50kg/吨引出蒸汽。
可替代地，可使离开焚烧室的蒸汽进行非选择性催化还原(SNCR)，以便热还原形成的NOx以及随后进行选择性催化还原(SCR)。这样，可去除存在于离开焚烧炉的气体中超过90％的NOx，并且剩余的氨不超过几个ppm。热脱硝(thermal denox)或SNCR是通过向燃烧气体中可控注入还原成分来还原NOx的后燃烧还原方法。SNCR、SCR、或两者中的还原成分或还原剂可以是氨或尿素，优选地由尿素设备提供。更优选地，还原成分是氨。操作温度为约950-1100℃，因此，优选地，传送淬火空气，以便减少烟道气温度。因此，在这个实施方式中，在SNCR之后，和可选地，也在SCR之后，发生气流的冷却。在后面的情形中，来自SCR催化剂的烟道气用于预先加热锅炉给水，以便增加在系统的别处使用的蒸汽，例如，作为加热剂。为了改善混合，焚烧炉可具有炉喉设备。
本发明也给传统的总体再循环尿素设备和汽提设备(其中不燃烧进料至合成部的二氧化碳中的氢)增加了必要的流水线，以便能够回收前述来自合成部的富氢气流，并将该气流进料至焚烧炉。本发明也给传统的总体再循环尿素设备增加了必要的流水线，以将来自尿素生产工艺中的一个或多个包含NH3的气流传送至焚烧炉，即，来自呼吸系统和吸收器。
本发明也涉及用于尿素生产的设备，所述设备包括尿素合成部和焚烧炉，所述合成部包括用于液体的出口和用于气体的出口，所述用于气体的出口直接地或间接地连接至焚烧炉的燃料进口。
在它的最简单的形式中，本发明的设备包括用于在如上述表明的尿素的形成下，实施氨和二氧化碳之间反应的反应器。按照惯例，反应器将具有用于形成的尿素溶液的出口(即，用于液体的出口)和用于剩余气体的出口(氨、二氧化碳、和惰性气体)。如根据本发明的新颖性，将气体出口直接地或间接地(即，不管任何进一步的处理步骤)连接至焚烧炉的燃烧器。
优选地，除了反应器，合成部包括汽提塔、冷凝器、和洗涤塔，这是常规的尿素汽提设备。在该实施方式中，将前述的该合成部的气体出口直接地或间接地连接至焚烧炉。优选地，在合成部和焚烧炉之间将具有(foreseen)吸收器。
根据本发明的设备提供利用从尿素合成部回收的含有燃料的气体作为焚烧炉中的燃料的可能性。随后，可调整设备，通过燃烧所述焚烧炉中包含氨的气体引起减少氨的连续排放。为此，在优选的实施方式中，本发明的设备包括焚烧炉，它的燃烧室包括由单元连接的气体入口，该单元从用作包含氨的气体的来源如罐的呼吸气体，和来自大气吸收器的剩余惰性气体。
在另一个方面中，本发明基于以下正确的认识：不需要基本通过氧钝化的前述类型合成部的选择能够有助于减少来自用于尿素熔体生产设备的氨的连续排放。如上文描述的实现这个目的。其中，通过以下生产尿素：在所述合成部中，使氨和二氧化碳在尿素形成条件下进行反应，以便形成尿素水溶液，以及使所述溶液进行浓缩，以便形成浓缩的尿素，其中使包含氢的气体，包含氨和氧的气体进行燃烧。
凭借本发明，可以实现常规产生于尿素生产的氨的连续排放的大量减少，甚至减少至零。
在下文中，将参考下列非限制性实施例进一步说明本发明。
实施例1
在这个实施例中，在图1中描述和说明典型的尿素汽提合成部的现有技术。
在尿素汽提法的合成部中，通过管道(a)将二氧化碳添加至汽提塔(STRIP)。二氧化碳含有惰性气体和氢和有时含有甲烷，并且可以包含空气，用于保持那个合成部中的设备和管道的制作材料抵抗过度腐蚀。在某些尿素合成部中，二氧化碳中的氢在到达合成部之前燃烧。通过管道(b)将来自反应器(REA)的尿素溶液供应至汽提塔(STRIP)，且逆流接触所供应的二氧化碳。借此，尿素溶液中氨的分压下降并使得未转化的氨基甲酸盐分解。作为加热剂，通过管道(c)，将在1.5至2.5MPa的典型压力下的蒸汽供应至所述汽提塔(STRIP)的壳侧，以便获得经由管道(l)离开该汽提塔的尿素溶液的按重量计约45至56％尿素浓度。通过管道(d)离开汽提塔(STRIP)的蒸汽含有氨、二氧化碳、惰性气体和少量的水，且将其供应至冷凝器(HPCC)。也通过管道(e)将氨供应至那个冷凝器(HPCC)。在这个冷凝器中，将氨和二氧化碳冷凝为氨基甲酸酯溶液。释放的冷凝热用于通过管道(f)产生蒸汽，该蒸汽用于在尿素设备的下游处理中加热目的。如果冷凝器(HPCC)是沉浸型，则形成液体相的停留时间，并且使得吸热的尿素反应进行。将形成的溶液连同离开冷凝器(HPCC)的未冷凝的惰性蒸汽通过管道(g)传送至反应器(REA)，其中吸热的尿素反应趋于平衡。在反应器(REA)的顶部，溶液与未冷凝的惰性蒸汽分离。将溶液通过管道(b)传送至所述汽提塔(STRIP)，并将未冷凝的惰性蒸汽通过管道(h)传送至洗涤塔(SCRUB)。在洗涤塔(SCRUB)中，通过管道(i)，通过利用在下游回收区中的形成的氨基甲酸盐作为吸附剂，使未冷凝的氨和二氧化碳与惰性蒸汽分离。将惰性蒸汽通过管道(j)直接地传送至大气中，或可以在低于合成部的压力下操作的一个或更多吸收器中处理该惰性蒸汽。典型地，由这样排放的蒸汽释放的氨是0.05至25kg/吨生产的尿素。将洗涤塔(SCRUB)中形成的氨基甲酸盐溶液通过管道(k)送回至冷凝器(HPCC)中。
在尿素合成部的下游加工中，将含有氨的惰性蒸汽释放到大气中。这种排放蒸汽的来源来自，例如，通过管道(m)的罐的呼吸系统和/或真空系统，以便通过管道(n)浓缩尿素溶液。在释放到大气之前，这些蒸汽可以但是不是必须地在一个或多个吸收器(ATMABS)中处理。典型地，由这些排放的蒸汽释放的氨是0.01至20kg每吨生产的尿素。
实施例2
参考图2，这个实施例说明根据本发明的实施例。根据WO 95/00674，用双相不锈钢制成合成部。
在尿素汽提法的尿素合成部中，通过管道(a)将二氧化碳添加至汽提塔(STRIP)。二氧化碳含有惰性气体和氢。通过管道(b)将来自反应器(REA)的尿素溶液供应至汽提塔(STRIP)，并且逆流接触所供应的二氧化碳。借此，尿素溶液中氨的分压下降并使得未转化的氨基甲酸盐分解。作为加热剂，通过管道(c)，将在1.5至2.5MPa的典型压力下的蒸汽供应至所述汽提塔(STRIP)的壳侧，以便获得经由管道(l)离开该汽提塔的尿素溶液的按重量计约45至56％尿素浓度。通过管道(d)离开汽提塔(STRIP)的蒸汽含有氨、二氧化碳、氢、可选的甲烷、惰性气体和少量的水，且将其供应至冷凝器(HPCC)。也通过管道(e)将氨供应至那个冷凝器(HPCC)。在这个冷凝器中，将氨和二氧化碳冷凝为氨基甲酸酯溶液。释放的冷凝热用于通过管道(f)产生蒸汽，该蒸汽用于在尿素设备的下游处理中加热目的。如果冷凝器(HPCC)是沉浸型，则形成液体相的停留时间，并且使得吸热的尿素反应进行。将形成的溶液连同离开冷凝器(HPCC)的未冷凝的惰性蒸汽通过管道(g)传送至反应器(REA)，其中吸热的尿素反应趋于平衡。在反应器(REA)的顶部，溶液与未冷凝的惰性蒸汽分离。将溶液通过管道(b)传送至所述汽提塔(STRIP)，并将未冷凝的惰性蒸汽通过管道(h)传送至洗涤塔(SCRUB)。在洗涤塔(SCRUB)中，通过管道(i)，通过利用在下游回收区中的形成的氨基甲酸盐作为吸附剂，使未冷凝的氨和二氧化碳与含有未冷凝的氨和二氧化碳以及也含有氢的惰性蒸汽分离。将包含氢和可能的(但是不一定)甲烷的惰性蒸汽通过管道(j)传送至在低于合成部的压力下操作的吸收器(ABS)中。将洗涤塔(SCRUB)中形成的氨基甲酸盐溶液通过管道(k)送回至冷凝器(HPCC)中。使离开吸收器(ABS)的包含惰性蒸汽的氢通过管道(q)进行焚烧炉(INC)的燃烧器。
在尿素合成部的下游加工中，将含有氨的惰性蒸汽释放到焚烧炉(INC)的燃烧室。这种排放的蒸汽的来源来自，例如，通过管道(m)的罐的呼吸系统和/或真空系统，以便通过管道(n)浓缩尿素溶液。可以但不是必须的，在一个或多个吸收器(ATMABS)中处理这些蒸汽。通过管道(p)收集含有空气的排放的蒸汽，通过管道(o)添加空气，使这些气体混合物进行焚烧炉(INC)的燃烧室。在涉及常压储罐或吸收器的情形中，可通过风扇(FAN)增加这些蒸汽的压力，以便克服焚烧炉(INC)和有关管道的必然的压力下降。焚烧炉中的操作压力是包含氢的蒸汽的最大压力，和最小的大气压力。在焚烧炉(INC)中，发生氢和空气的燃烧。与包含氢的蒸汽相比，所需的含有空气的排放的蒸汽是过量的，以便确保氢完全燃烧。通过氢燃烧反应的现有的高温，来自任何来源的所有氨在焚烧炉中(INC)燃烧。
离开焚烧炉的热蒸汽包含NOx并通过管道(s)通过在0.4至2.5MPa之间的压力下产生蒸汽，在热交换器(HH)中冷却。如以表达的，取决于由管道(a)运送(expressed)至合成部的二氧化碳进料中氢的量，产生的蒸汽的量一般在2至50kg每吨生产的尿素之间。产生的蒸汽可被用作自身尿素设备中的加热剂，或可被输出到尿素设备外的加工设施中。使来自热交换器(HH)的释放的冷却排出气通过管道(t)进行SCR催化剂(SCR)，其中将存在于该蒸汽中的NOx还原成氮和水。作为还原剂，可使用氨或尿素，其通过管道(u)添加至该催化剂(SCR)中。
通过管道(v)离开催化剂(SCR)的排放的蒸汽中的氨和NOx是可以忽略的(小于等于0.01kg每吨生产的尿素)，且将其排放到大气中。
在可替代的实施方式中(没有在图2中显示)，进一步将离开焚烧炉(INC)的热蒸汽传送至在1100℃下操作的热脱硝单元，其中通过向燃烧气体中可控注入还原成分来还原NOx。还原成分是由尿素设备提供的氨。为了在催化脱硝的入口上达到350℃的操作温度，在热脱硝步骤的下游放置淬火锅炉，其冷却离开热脱硝单元的气体。淬火锅炉产生可被用作尿素设备中加热剂的蒸汽。进一步将冷却气体流传送至催化脱硝单元或SCR(选择性催化还原)。在SCR期间，在催化剂存在下，存在于气流中的NOx与来自尿素设备的气态氨反应，以便在适当的条件下还原，从而产生氮和水。可选地，在SCR步骤之后可以包括用于进一步回收热和用于降低烟道气温度的热交换器。在该实施方式中获得的所得到的气流中，从气流去除上达至90％，并且优选甚至更多的NOx，并且氨含量小于几个ppm。

Claims (17)

1.一种用于尿素生产的方法，包括在尿素形成条件下使氨和二氧化碳进行反应，以形成尿素水溶液，使所述溶液进行浓缩以形成浓缩的尿素，所述方法包括使包含氢气的气流可用，并且在氧的影响下，使所述气流连同产生于尿素生产中的包含氨的气体一起进行燃烧。
2.根据权利要求1所述的方法，其中通过在无氧条件下实施氨和二氧化碳之间的所述反应，使所述包含氢气的气流可用。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中一种或多种来自尿素设备的包含空气混合物的氨被引入焚烧炉的燃烧室，并且被用于所述包含氢气的气流的燃烧。
4.根据权利要求3所述的方法，其中将空气添加至所述焚烧炉的所述燃烧室。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述燃烧产生的热被用于产生优选在0.3至3MPa之间的压力下的蒸汽。
6.根据权利要求5所述的方法，其中使燃烧的排放气体进行SCR催化剂，以还原所形成的NOx。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在SCR之前，使所述燃烧的排放气体进行选择性非催化还原。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在合成部实施氨和二氧化碳之间的所述反应，所述合成部由具有高Cr和N含量以及低Ni含量的双相铁素体-奥氏体不锈钢制成。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述合成部由双相不锈钢合金制成，所述双相不锈钢合金按重量百分数计含有：
-C：最大0.05％，优选最大0.03％；
-Si：最大0.8％，优选最大0.5；
-Mn：0.3-4％，优选0.3-1％；
-Cr：28-35％，优选29-33％；
-Ni：3-10％；
-Mo：1.0-4.0％，优选1.0-1.3％；
-N：0.2-0.6％，优选0.36-0.55％；
-Cu：最大1.0％；
-W：最大2.0％；
-S：最大0.01％；
-Ce：0-0.2％；
余下的为Fe和通常存在的杂质和添加物，所述铁素体含量是按体积计30-70％，优选按体积计33-35％。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述包含氢气的气流还包含甲烷气体。
11.合成部在尿素生产中的应用，其中进料至所述合成部的二氧化碳中的氢基本没有燃烧，目的是减少来自用于尿素熔体生产的设备中氨的连续排放，其中，通过以下来生产尿素：在所述合成部中，在尿素形成条件下使氨和二氧化碳进行反应，以形成尿素水溶液，并且使所述溶液进行浓缩，以形成浓缩的尿素，其中使包含氢和可选的甲烷的气体、包含氨的气体、以及氧或空气进行燃烧。
12.根据权利要求11所述的应用，其中所述反应器由如权利要求8或9中限定的钢制成。
13.一种用于尿素生产的设备，所述设备包括尿素合成部和焚烧炉，所述合成部包括用于液体的出口和用于气体的出口，所述用于气体的出口直接或间接连接至所述焚烧炉的燃料进口。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述合成部包括反应器、汽提塔、冷凝器和洗涤塔，其中所述用于气体的出口连接至所述汽提塔，并且所述汽提塔具有直接或间接通向所述焚烧炉的气体流管路。
15.根据权利要求13或14所述的设备，包括所述汽提塔和所述焚烧炉之间的吸收器。
16.根据权利要求13-15中任一项所述的设备，其中所述焚烧炉的燃烧室包括从提供包含氨的气体的单元连接的气体入口。
17.根据权利要求13-16中任一项所述的设备，其中所述焚烧炉的燃烧室包括炉喉装置。
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