CN1075793C - 尿素生产装置排放物的净化处理方法 - Google Patents

Abstract

净化尿素生产装置排放物的方法，包括连续的三个处理阶段，即汽提出挥发性成分：在多个贯通活塞流的区间热水解尿素和缩二脲；和最后汽提出由水解产生的挥发性成分。

Description

尿素生产装置排放物的净化处理方法

本发明涉及处理尿素生产装置的排放物，从而得到不受任何限制、技术上可再使用的净化水的方法。

尿素的工业生产是根据已知的合成方法，由氨和二氧化碳实现的，其总体反应是

其中生产每摩尔尿素便产生1摩尔水，因此每吨尿素的生产将伴随约300千克水的产生。

上述由合成反应产生的化学计量的水量并不是离开装置的仅有的水量，因为还有以洗涤水和泵冲洗水的形式和以喷射器驱动蒸汽的形式不断向装置中送入的水，使得每吨尿素的生产又增加150千克水量，

周期性供入装置的洗涤设备用水、下水道排水、水保护套的排水等又可使上述从装置排出的水量增加，使得待处理的排放物总量达到约500千克/吨尿素。

考虑到现代尿素生产装置的典型产量是1700吨/天，待处理的水量是相当大的，达850立方米/天。

由于防止氨和尿素污染方面的严格的法律规定，而且由于其在生产上回收和再利用的重要性，处理被氨、二氧化碳和尿素污染的排放物显得至关重要。

装置排放物中氨和二氧化碳的存在有各种原因，例如在反应过程中没有完全转化为尿素，在最后工艺阶段由已经生成的尿素部分水解产生，来自不希望有的但尿素生产中不可避免的副产物缩二脲的分解，以及存在于上述周期性洗涤的排水中。

排放物中含有尿素是因为最后工艺阶段的夹带和在周期性洗涤排水中含有尿素。

对工艺过程的各种改良和改进降低了这些污染的含量，但并没有使之清除。一种有代表性的尿素生产工艺的排放物组成如下：

  氨                    2-5％(重量)

  二氧化碳              1-2.5％(重量)

  尿素                  0.5-2％(重量)

  水                    余量至100％

  尿素中有少量缩二脲

早期的生产装置忽视了氨和尿素的回收，后来对此有所考虑，这是因为至少某种程度的回收对生产有利，还因为防止污染法越来越严格的条款使之成为必需。

排放物中这些化合物导致的生态问题是众所周知的，例如氨在一定程度上的毒性，尿素和氨作为营养物导致的水中藻类和细菌营养过度，以及水中溶解氧的减少。所有的尿素生产装置，特别是新建成的，都要配置复杂的排放物处理部分，这不仅是为了回收反应物，同时也为了避免防止污染法的惩罚。

在现有技术中，氨通常由蒸汽或空气汽提脱除。对于脱除尿素，也已提出并使用了各种处理方法。值得一提的有生物氧化，以氯酸盐或亚硝酸盐氧化、反渗透、树脂吸附、水的总体蒸发(使尿素破坏)以及水解，水解是在磷酸存在下或以简单热水解方式，采用与初始尿素合成方向相反的逆反应(即分解)进行的。后一种方式是普通采用的方法，有许多基于尿素热分解的工业装置，每一种都能实现某种程度的净化。

本发明的目的是提供一种净化尿素生产装置排放物的方法。具体地讲，本发明提供一种将尿毒生产装置排放物净化至含10-0.4ppm氨和尿素的方法。处理后的排放物标准不仅能满足最严格的法律规定，而且完全可以再利用。

本发明的方法基于热分解尿素和汽提氨和二氧化碳，其典型方案通过非限制性实例参照附图1和2加以描述。

本发明的方法分三个连续阶段，第一阶段包括汽提挥发性化合物，分离出溶于尿素生产装置排放物中的氨和二氧化碳。第二阶段使排放物经历热水解，将非挥发性化合物(即尿素和缩二脲)分解为挥发性化合物(氨和二氧化碳)。最后在第三阶段，汽提前述分解阶段的产物，得到净化至所需水平的排放物。

图1是本发明的方法的流程图；

图2是非挥发性污染物分解过程所用的主设备水解器的示意图。

在以下说明中，非挥发性组分，即尿素和缩二脲将被简称为尿素，但应理解尿素中伴有一定比例的副产物缩二脲。

主要来自尿素真空浓缩段的连续排放物和周期水洗排放物分别经管线1和2送至收集罐3。装置中待处理的排放物具有下述组成：

氨                  2-5％(重量)

二氧化碳            1-2.5％(重量)

尿素                0.5-2％(重量)

水                  余量至100％

其温度根据环境和局部条件可为10-50℃。

在3中收集并均混的排放物经泵4送至换热器5，在此通过与送入装置界区中的净化后的排入物逆流传热进行预热。预热的排放物经管线7进入汽提塔8的上部，其内装有塔板以利于液相和气相间的接触。

由塔8的顶部经管线9引出含有氨、二氧化碳和水的气流，在冷凝器10中完全冷凝。得到的氨和二氧化碳的水溶液经管线11循环到尿素装置加以再利用。其部分可以作为回流循环至塔8。

作为选择方案，根据待处理排放物的组成和与该处理方法相连接的尿素装置的特征，可以将塔8产生的气流直接循环至尿素装置以回收部分冷凝热。在这种情况下，通过管线24送至换热器10的冷却流体不再是冷却水，而是尿素生产过程中的工艺流体。塔8的上部实施三阶段方法的第一阶段。

第二阶段主要包括水解器12，其结构详见图2和以下的说明。

排放物由塔8挡板处排出，泵15使其经管线13和14和换热器16进入水解器12，在热热器16中，送入水解器的排放物和由管线17排出的流出物进行换热。

排放物在水解器12中的停留时间为20-40分钟，水解温度为200-240℃；压力为20-40巴(表压)。较长的水解时间对净化效果没有显著作用。

在上述条件下，通过合成的逆反应，可基本完全将尿素分解为氨和二氧化碳。

水解后，将排放物送至净化处理的第三阶段。第三阶段在塔8的下部进行，排放物经管线17进入，由管线6排出。排出的排放物中两种污染物(氨和尿素)的残余量均为10-0.4ppm。

在所描述的实施方案中，第一和第三工艺阶段是在同一塔8的上部和下部进行的汽提阶段。由于其明显的经济优点，这一方法是优选的。然而，也可将上述阶段分为两个不同的汽提单元完成本发明。在需要改进仅有汽提的排放物部分处理设施的尿素生产装置的排放物净化效果时，增设一个汽提单元是必需的。

塔8中汽提所需的热量是经管线18送入塔8底部的新鲜蒸汽提供的。该热量也可通过设在塔底的传统的再沸器供给。

塔8装有适于下降的液相和上升的气相接触以进行传质和传热的塔板。塔板可以是常规的阀板、泡罩板或多孔板。也可以使用已知类型的填料塔代替板式塔。

塔8的操作压力宜为1.5-4巴(表压)，温度为128-150℃。

水解反应是吸热的，因此必须向水解器12供热以将排放物升至水解温度并维持反应。这通过管线19送入新鲜蒸汽实现。

水解反应器的典型方案示于图2。它由一水平设置的圆柱形反应器构成，排放物经管线14送入，经管线17排出。反应器内部装有挡板20，使排放物经历活塞流动，进料物流和排出物流不互混。挡板的数量和尺寸取决于工艺参数，例如排放物的处理量和其组成以及所需的净化程度。挡板数一般为6-15，为交替排放的两种不同形式。第一种挡板只在其顶部水平切开，使其总高度为反应器直径的，70-90％，而第二种挡板在其顶部和下部均对称切开，但其总高度仍为反应器直径的70-90％。

挡板将水解器分为若干区间，使水以活塞流曲折通过这些空间。这些区间各自表示水解段，由分布器19经管线21向其中供入新鲜蒸汽。

液面和气相在上面空间的高度由那些下部没有切开而是接在反应器下部圆筒面上的挡板的底部至上沿间的距离确定。水解产物，即氨和二氧化碳，随之产生并与排放物分离，收集于水解器上部，经管22离开，汇集于歧管23，由此可与塔8的顶部蒸汽一起送入冷凝器10，或如前所述循环至尿素装置。

根据另一可选择的方案，可将其送至塔8的上部。

本发明具有许多优点，可以提到的是，本发明的方法能处理尿素装置的所有排放物，将其净化至所要求的尿素和氨含量的ppm水平，从而满足不同国家的反污染条例的要求。通过简单地改变操作条件，如压力、温度、停留时间和蒸汽消耗，可得到任意残留氨和尿素值。一般，即使最严格的条例也没有将这些化合物的含量限制在10ppm以下的，而本发明的方法不仅能使其含量降至10ppm以下，还能使其降至低于1ppm。这意味着处理过的排放物适于用作锅炉给水，甚至适合于生产对其限制最严格110巴的蒸汽。

根据指出的工艺条件，可使残存尿素含量为10-0.4ppm。

获得氨和尿素含量等于或低于1ppm的高净化水平的优选水解条件如下：

压力               33-37巴(表压)

温度               230-236℃

挡板数             8-12

挡板高度           75-85％

停留时间           30-40分钟

上述值根据排放物中污染物的负载会有变化。

与排放物接触的材料是不锈钢，因此不必引入钝化空气防腐。这是本发明的另一优点，因为节省了压缩钝化空气的花费和避免了排放钝化空气时由存在的氨造成的空气污染。

实例

由工业尿素生产装置排出的排放物为42立方米/小时，其组成为：

氨                  5％(重量)

二氧化碳            2.5％(重量)

尿素                1％(重量)

水                  91.5％(重量)

上述废水在塔8的上部经第一阶段汽提处理后送入水解器，水解器的操作压力为34巴(表压)，温度为234℃。

在水解器中停留32分钟后，排出物在塔8的下部进行第二阶段汽提处理，塔8是一个板式塔，中间是一挡板。

塔8的操作条件为2.5巴(表压)和138℃。它的直径为1400mm，分为两部分，上部有20层阀板，下部有35层塔板。

处理过的排放物以47立方米/小时由汽提塔底部排出，含有0.51ppm氨和0.48ppm尿素。蒸汽的总消耗量为11700千克/小时。处理后的排物被用于锅炉，产生103巴的蒸汽。

回收的氨和二氧化碳溶液为6700千克/小时，其组成如下：

氨                      35.0％(重量)

二氧化碳                20.3％(重量)

水                      44.7％(重量

该溶液被循环至尿素装置加以利用。

水解器内有9块挡板，其中5块仅在其上部切开，总高度为水解器直径的82％，另外4块在其上部和下部对称切开，其总高度为水解器内径的84％。

Claims (4)

1．净化来自尿素生产装置的含有氨、二氧化碳和尿素污染物的排放物的方法，所述净化通过水解和汽提进行，处理后的排放物含10-0.4ppm氨和尿素，本发明的方法的特征在于所述净化通过三个连续的阶段进行，即

-在第一阶段用蒸汽汽提所述待处理的排放物以释放出挥发性污染物，然后将其以液相或气相循环至尿素生产装置；

-在第二阶段将来自上阶段的排放物水解以分解非挥发性成分尿素和缩二脲，所述分解在水平放置的圆筒型反应器中在压力为20-40巴表压、温度为200-240℃和停留时间为20-40分钟的条件下进行，反应器内部包括6-15个连续设置的垂直挡板，将反应空间分为限定曲折通道的连续水解区，由各区分出产生的气相，各区间释放出的气相与汽提段得到的气流汇合，循环至尿素生产装置，所述挡板由在其上部切开的板和在其上部和下部均切开的板交替组成，板的总高度为反应器内径的70-90％；

-在第三阶段再次用蒸汽汽提经历过水解的排放物，汽提阶段的压力为1.5-4巴表压，温度为128-150℃。

2．如权利要求1所述的净化尿素生产装置排放物的方法，其特征在于水解前和后汽提排放物的第一和第三阶段是在由挡板连接的同一个塔中的两个部分完成的。

3．如权利要求2所述的净化尿素生产装置的排放物的方法，其特征在于将水解阶段产生的气体送入塔的第一汽提阶段。

4．如权利要求1-4中任一权利要求所述的净化尿素生产装置的排放物的方法，其特征在于将排放物中氨和尿素含量降至1ppm以下的水解条件为：

          压力           33-37巴(表压)

          温度           230-236℃

          挡板数         8-12

          挡板高度       75-85％(反应器直径)

          停留时间       30-40分钟

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