CN108367236A - 尿素硝酸铵生产 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于生产尿素硝酸铵的方法、体系和改进设备的方法。该方法包括在精加工处理区段中用酸性洗涤液处理由硝酸铵的生产产生的含氨废气(AN废气)，该精加工处理区段具有与尿素生产单元的精加工区段的气体出口流体连通的气体入口，其中精加工区段适于固化尿素液体，并且其中所述精加工处理区段适于用酸性洗涤液处理精加工区段的含氨废气。

Description

尿素硝酸铵生产
本发明属于生产尿素硝酸铵(UAN)水溶液的领域。本发明还涉及用于生产UAN的系统和改进设备的方法。
背景技术
尿素硝酸铵(UAN)是尿素和硝酸铵的水溶液，并且用作肥料。用于生产UAN的方法一般包括在硝酸铵区段(AN生产区段)中生产硝酸铵、在尿素生产单元中形成尿素，以及在尿素硝酸铵区段(UAN生产区段)中将所述生产的硝酸铵和尿素组合以生产尿素硝酸铵。
硝酸铵溶液的生产涉及气态氨与浓硝酸溶液根据以下反应进行的中和反应：
HNO3+NH3→NH4NO3
硝酸铵溶液的生产一般产生废气(AN废气)，特别是来自氨与硝酸的中和反应。因为硝酸铵的形成是高度放热反应，所以AN废气一般包含水蒸气、残余氨和来自反应介质的夹带液滴。液滴可包含硝酸铵和/或硝酸。因此，AN废气可例如包含CO2、NH3、水、硝酸铵、N2、O2和硝酸。AN废气通常经受冷凝，并且冷凝物例如部分地传递至UAN生产区段。
改善包括生产UAN的方法的一些一般期望包括减少蒸汽消耗(提高能效)和减少排放和排放点，特别是氨的排放和排放点。还期望减少废物流、提高产品回收并且减少用于洗涤的补充水和酸的量。对于新设备(基层设备)以及通过改进或改造现有设备，期望获得此类优点。装备成本和其它资本支出优选地最小化。
发明内容
为了更好地解决上述期望中的一个或多个，本发明在一个方面提供用于生产尿素硝酸铵的方法，包括：
(a)使氨和二氧化碳经受尿素形成条件以便获得尿素水溶液；
(b)在回收区段中纯化尿素水溶液以去除残余氨基甲酸铵，以便形成经纯化的尿素水溶液，并且任选地使经纯化的尿素水溶液的至少一部分经受蒸发以便形成浓缩尿素液体(尿素熔体)，
(c)使氨和硝酸经受硝酸铵形成条件，以便形成硝酸铵水溶液；
(d)将所述硝酸铵水溶液和经纯化的尿素水溶液的至少一部分和/或浓缩尿素液体在尿素硝酸铵区段中组合，以便获得尿素硝酸铵的水溶液；
(e)在精加工处理区段中用酸性洗涤液处理由硝酸铵的生产产生的含氨废气(AN废气)，该精加工处理区段具有与尿素生产单元的精加工区段的气体出口流体连通的气体入口，其中精加工区段适于固化尿素液体，其中所述精加工处理区段适于用酸性洗涤液处理精加工区段的含氨废气。
本发明还涉及用于生产至少尿素和尿素硝酸铵的系统，包括：
(a)尿素生产单元，该尿素生产单元包括精加工区段，其中精加工区段具有用于含氨废气的气体出口，
(b)硝酸铵区段，该硝酸铵区段与硝酸源和氨源流体连通用于制备硝酸铵，该硝酸铵区段具有硝酸铵水溶液出口和废气出口，
(c)尿素硝酸铵区段，该尿素硝酸铵区段包括具有与所述硝酸铵水溶液出口流体连接的入口和用于接收尿素液体的入口的单元，以用于组合所述硝酸铵溶液和所述尿素液体，并且具有用于尿素硝酸铵溶液的出口，以及
(d)精加工处理区段，该精加工处理区段具有与所述精加工区段的废气的所述气体出口流体连接的气体入口，该精加工处理区段适于用酸性洗涤液处理精加工区段的含氨废气，其中所述精加工处理区段包括与所述硝酸铵区段的所述废气出口流体连通的气体入口。
本发明还涉及改进设备的方法，其中该设备包括：硝酸铵区段，该硝酸铵区段用于在硝酸铵形成条件下使氨和硝酸反应；精加工区段，该精加工区段适于固化尿素液体；以及精加工处理区段，该精加工处理区段具有与所述精加工区段的气体出口流体连通的气体入口，适于用酸性洗涤液处理精加工区段的含氨废气，其中该方法包括在所述硝酸铵区段的废气出口和所述精加工处理区段的气体入口之间添加用于流体连通的连接(诸如管道或管材)。
附图说明
图1示出根据本发明的方法和系统的非限制性示例的过程方案。
具体实施方式
本发明基于将处理硝酸铵的生产产生的含氨废气(AN废气)与用酸性洗涤液处理精加工区段的含氨废气(精加工废气)整合的明智见解。
因此，本发明的方法包括在精加工处理区段中用酸性洗涤液处理由硝酸铵的生产产生的含氨废气(AN废气)。
在该方法中，AN废气被送至精加工处理区段的气体入口，以便用酸性洗涤液进行处理。优选地，AN废气的至少一部分被供应到精加工处理区段中。
优选地，使AN废气的至少一部分与供应到精加工处理区段的精加工废气接触、组合和/或混合。因此，在精加工处理区段中处理AN废气的至少一部分。以这种方式，整合可提供更有效的AN废气处理和/或精加工废气处理。
与现有技术方法相比，可省略冷凝AN废气的步骤。这允许消除一些现有技术方法中所用的冷凝器。
当供应到精加工处理区段中时，AN废气至少包含氨。在该方法中，含氨AN废气被送至所述精加工处理区段的气体入口，以便在精加工处理区段中用酸性洗涤液进行处理。
在该方法中，AN废气的至少一部分作为气态流(其可包含液滴和夹带物)进入精加工处理区段。该方法可例如包括将气态AN废气流与精加工区段的气态含氨废气组合。气态AN废气流可例如在精加工处理区段的气体入口处具有与在AN生产区段的出口处相同的组成。优选地，将至少50体积％的AN废气，更优选地至少90体积％，或基本上所有的从AN生产区段获得的AN废气流作为气态流与精加工废气流组合，以给出组合的气态流。在精加工处理区段中处理组合的气态流。AN废气流总计可为例如0.5体积％至10体积％的精加工废气，诸如1.0体积％至5.0体积％，尽管该方法不限于AN废气和精加工废气之间的特定比率。AN废气的相对量取决于例如尿素精加工区段的容量。
有利地，在精加工区段中处理AN废气允许氨排放的净减少。本发明的方法令人惊讶地允许在精加工处理区段中处理附加的AN废气，而不增加或仅少量增加来自精加工处理区段的氨和尿素粉尘的排放。有利地，AN废气中的气溶胶可例如通过洗涤器诸如文丘里洗涤器而捕获在精加工处理区段中，该洗涤器可例如是用于用酸性液体洗涤的洗涤器之外的洗涤器。由于精加工处理区段一般被设计成用于从精加工废气中去除颗粒，因此其可有利地用于从AN废气中去除气溶胶液滴，此外与从AN废气中去除氨结合使用。
另外，如果使用的话，来自精加工区段的废气中尿素粉尘的存在可提供更多的进料，以增大在淬火步骤期间夹带在AN废气中的颗粒，从而进一步改善此类颗粒的去除。
因此，本发明的方法允许消除常规AN废气分离处理区段的氨排放，该AN废气可为例如约25mg氨/Nm3干燥空气。以这种方式，可降低或消除来自AN生产区段的氨排放，而来自精加工处理区段的氨排放可例如保持不变，或者可能降低或增加的比AN生产区段的氨排放降低量小。以这种方式，该方法可允许减少总氨排放和排放点。
此外，利用本发明的方法，有利地AN生产区段需要较少的装备，例如通过消除AN生产区段中用于AN废气的洗涤器和冷凝器，以及它们的辅助装备诸如泵。因此，在优选的实施方案中，所有或基本上所有的AN废气作为气态流被传递到精加工处理区段，而没有冷凝的中间步骤，或者没有洗涤的中间步骤，或者甚至没有产生液体流的任何中间步骤。通过消除用于AN废气的单独洗涤器，还消除了从其洗涤液中回收硝酸铵和硝酸的需要。通过消除AN生产区段的冷凝器，无冷凝物需要处理。
在优选的实施方案中，该方法不涉及在尿素硝酸铵区段和精加工处理区段之间冷凝由硝酸铵的生产产生的废气。
该方法还允许通过更有效地使用补充水来减少水消耗，因为组合流被处理，例如减少10％至20％。与具有单独的AN废气洗涤器的方法相比，该方法还允许减少功率消耗，例如高达2千瓦时/吨。
精加工区段为例如尿素生产单元的精加工区段，其中生产尿素水溶液和/或浓缩尿素液体。在另一个实施方案中，精加工区段是第二尿素生产单元的精加工区段，没有尿素液体从该精加工区段供应到尿素硝酸铵区段。在此类情况下，第一尿素生产单元不必具有精加工区段。
尿素水溶液、经纯化的尿素水溶液和浓缩尿素液体是本发明方法中的一些尿素液体流。术语“尿素液体”也可指第二尿素生产单元的含尿素液体流。
优选地，该方法包括将精加工处理区段中使用的洗涤液再循环到UAN生产区段。优选地，将洗涤液再循环，使得其至少部分地包含在尿素硝酸铵的水溶液中。该方法可例如包括将精加工处理区段中使用的洗涤液与硝酸铵水溶液、经纯化的尿素水溶液和/或浓缩尿素液体组合。
该方法包括用酸性洗涤液处理精加工区段的含氨废气和AN废气，特别地在同一精加工处理区段中。因此，该两种废气流的各种组分从废气中去除并且最终存在于液体流(液体再循环流)中，特别地为尿素和硝酸铵。例如，洗涤使用循环溶液与附加的补充水作为洗涤液。从洗涤器获得清洗流，通常含有10重量％至60重量％的尿素，其提供液体再循环流。
该方法优选地包括在UAN溶液中包含液体再循环流的至少一部分，诸如全部。优选地，液体再循环流的至少一部分(诸如全部)在UAN生产区段中(例如在混合单元中)与含硝酸铵的料流组合。本文中，液体再循环流是指从精加工处理区段撤出之后在精加工处理区段中使用的洗涤液。
此优选的实施方案有利地避免了对所述液体再循环流进行单独处理的需要。此外，此实施方案允许从废气中回收例如硝酸铵和/或尿素，从而允许更高的UAN产量。此实施方案也可允许从AN废气中回收硝酸，从而允许减少AN生产区段中的硝酸消耗。另外，其可允许调节UAN溶液的浓度。此实施方案的特别优点是，精加工废气中的尿素可任选地回收到UAN中，而不是回收到尿素产品流中。因此，该方法允许消除添加到尿素中的任何添加剂(诸如抗结块剂和制粒助剂，特别是甲醛)再循环回到尿素生产单元中。
如果尿素液体的一部分被用作非常纯的尿素产品或用于生产此类尿素产品，则将精加工处理区段中使用的洗涤液再循环到UAN生产区段中是特别有利的。此类尿素产品的示例为适于通过添加软化水制备DEF的柴油机排气处理液(Diesel Exhaust Fluid)(DEF)和尿素产品(统称为DEF产品)。DEF一般为尿素水溶液，该尿素水溶液具有最大0.3重量％的缩二脲和最大0.2重量％的碱度，特别地为小于0.2重量％的氨，含32.5重量％的尿素。将DEF喷射到内燃机的尾气中以与NOx反应，从而减少NOx排放。DEF中污染物的存在是不期望的；特别地，不希望存在甲醛和其它抗结块剂。DEF一般通过稀释尿素液体，诸如经纯化的尿素水溶液，或者通过用软化水溶解尿素颗粒剂来生产。因此尿素液体或尿素颗粒剂也应具有非常低含量的缩二脲、碱度和其它污染物。
因此，该方法优选地包括由具有精加工区段的尿素生产单元的尿素液体流的一部分制备尿素产品的步骤，其中尿素产品为DEF产品。优选地，基于产品的总重量计，DEF产品具有最大0.3重量％的缩二脲和最大0.2重量％的碱度，特别地具有小于0.2重量％的氨，并且包含最大0.10重量％的添加剂，优选地小于0.010重量％的添加剂，或者例如小于0.010重量％的甲醛，和至少30重量％的尿素。优选地，该产品基本上不含甲醛。优选地，该方法进一步包括向所述尿素液体流的另一部分添加添加剂，例如抗结块剂诸如甲醛。因此，优选的方法包括：将具有精加工区段的尿素生产单元的尿素液体流分成至少两部分；在所述分流下游向所述料流中的一个添加添加剂，其中相对于所述料流限定下游；以及由另一料流制备DEF产品，其中所述添加剂优选地为甲醛，并且其中具有所述添加剂的料流在精加工区段中经受固化，其中固化优选地为制粒。在此类方法中，来自固化的废气在精加工处理区段中被洗涤，并且通过洗涤获得的液体再循环流包含在UAN产品中，例如供应到UAN生产区段。
因此，用于生产固体尿素产品、DEF产品和UAN的方法优选地包括：生产UAN和尿素液体、使用尿素液体的一部分来生产DEF产品，以及使用尿素液体的另一部分通过添加添加剂(诸如甲醛)来生产固体尿素产品，并且固化该尿素，诸如通过制粒，其中获得精加工废气。废气包含尿素、氨和所述添加剂。尿素的至少一部分例如通过洗涤从废气中回收到再循环流中，并且所述再循环流中的至少一部分包括在UAN产品中。该方法优选地不包括将再循环流供应到制备DEF产品的料流中。该方法原则上可独立于将AN废气供应到精加工处理区段的特征而使用，尽管优选地为组合。
用于DEF制备的合适的方法在例如EP1856038A1中有所描述，并且包括使用直接从尿素熔融设备的回收区段或在尿素熔融设备的回收区段之后获得的尿素水溶液，以及用水稀释尿素水溶液以获得所需溶液。就本发明而言，例如，可稀释经纯化的尿素水溶液以制备DEF。
该方法包括使氨和二氧化碳经受尿素形成条件以便获得尿素水溶液；
尿素可通过任何合适的方法合成。经常使用的根据汽提方法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,Vol.A27,1996,pp 333-350(乌尔曼工业化学百科全书，第A27卷，1996年，第333-350页)中所描述。在此方法中，高压合成区段后接一个或多个回收区段。合成区段包括例如反应器、汽提塔和冷凝器。合成区段在高压下操作，诸如介于12MPa和18MPa之间，并且优选地介于13MPa和16MPa之间。在合成区段中，将离开尿素反应器的尿素溶液进料至汽提塔，其中大量的未转化的氨和二氧化碳与尿素水溶液分离。此类汽提塔可为管壳式热交换器，其中尿素溶液在管侧进料至顶部部分并且进料至合成的二氧化碳被添加至汽提塔的底部部分。在壳侧，添加蒸汽以加热溶液。尿素溶液在底部部分离开热交换器，而蒸气相在顶部部分离开汽提塔。离开所述汽提器的蒸气含有氨、二氧化碳和少量的水。所述蒸气通过在可为水平型或竖直型的降膜型热交换器或浸没型冷凝器中形成氨基甲酸铵而冷凝。水平型浸没式热交换器在Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry,Vol.A27,1996,pp 333-350(乌尔曼工业化学百科全书，第A27卷，1996年，第333-350页)中有所描述。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，其被用于下游尿素加工区段中以对尿素溶液进行加热和浓缩。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。所形成的含有氨基甲酸铵、水和尿素以及未冷凝的氨、二氧化碳和惰性蒸气的溶液被送至反应器。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介于2.5mol/mol和4mol/mol之间。也有可能将冷凝器和反应器组合在一台装备上(例如池式反应器)。该台装备的示例在Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry,Vol.A27,1996,pp 333-350(乌尔曼工业化学百科全书，第A27卷，1996年，第333-350页)中有所描述。离开尿素反应器的所形成的尿素溶液被供应到汽提塔并且含有未冷凝氨和二氧化碳的惰性蒸气例如被送至在与反应器类似的压力下操作的洗涤区段。在该洗涤区段中，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酯溶液被用作所述洗擦区段中的吸收剂。
来自所述反应器的所述蒸气也可例如直接被送至硝酸铵区段以进行中和(即，与硝酸反应以形成硝酸铵)。在该合成区段中离开汽提塔的尿素溶液可例如具有至少45重量％并且优选地至少50重量％的尿素浓度，从而允许在汽提塔下游的单个回收系统中进行处理。此尿素溶液被称为尿素水溶液。如果使用，这些优选方案也适用于第二尿素生产单元。
在本发明的方法中，尿素水溶液的至少一部分在回收区段中纯化。在此区段中，纯化尿素水溶液以去除残余的氨基甲酸铵，从而形成经纯化的尿素水溶液。回收区段包括例如加热器、液体/气体分离器和冷凝器。此回收区段中的压力例如介于200kPa至6000kPa之间。例如，可使用低压回收区段(200kPa至700kPa(2巴至7巴))，或者中压回收区段(1200kPa至4000kPa(12巴至40巴))后接低压回收区段。在回收区段的加热器中，通过对尿素溶液进行加热来使大部分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。经纯化的尿素水溶液包含少量溶解的氨和二氧化碳并且离开回收区段。任选地，经纯化的尿素水溶液的至少一部分被送至下游尿素处理区段，该下游尿素处理区段还被称为尿素蒸发区段或蒸发区段。本文，经纯化的尿素水溶液任选地经受水的蒸发，以便形成一般被称为尿素熔体的浓缩尿素液体。
本发明不限于任何特定的尿素生产方法。其它方法和设备包括基于以下技术的那些方法和设备，诸如总循环设备，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。所有这些方法和其它方法可用于本发明的方法中。
本发明的方法包括使氨和硝酸经受硝酸铵形成条件，以便形成硝酸铵水溶液。此步骤还产生废气。进行此反应的单元、反应器或区段可被称为AN生产区段。
硝酸铵可例如通过使氨与硝酸浓溶液反应，同时将溶液的pH保持在窄边界内来生产。氨例如以其无水形式用作气体，并且硝酸为例如浓缩的(典型浓度范围：40重量％至80重量％，诸如约60重量％)。经由放热中和反应，易于形成硝酸铵溶液，通常浓度为约70％至95％，诸如83％至88％，例如pH为约7。
AN生产区段可例如包括中和反应器，该中和反应器基于循环管和混合管与分离容器反应器的U型组合。该反应例如在0.15MPa和135℃至165℃下进行。
任选地，该方法可包括由硝酸铵的一部分制备固体硝酸铵产品，诸如球粒或颗粒剂，其中优选地使过量的水蒸发至硝酸铵(AN)含量为95％至99.9％的浓度。
硝酸铵生产中使用的硝酸可作为外部进料而获得。优选地，硝酸现用现生产。因此，该方法任选地包括例如在催化剂的存在下将无水氨氧化成一氧化氮，并且使一氧化氮与氧气反应以形成二氧化氮。该方法任选地包括在水中吸收二氧化氮以形成硝酸和一氧化氮，或者使二氧化氮与氧气和水反应以形成硝酸。因此，本发明方法的系统任选地包括用于生产硝酸的单元。该单元一般由外部源进料，并且具有与硝酸铵生产单元的硝酸入口流体连通的硝酸出口。
在AN生产区段中使用的氨可例如至少部分地从尿素生产单元的废气和/或从UAN生产区段获得。优选地，来自尿素生产单元和/或来自尿素硝酸铵区段的含氨废气也被送至精加工处理区段的气体入口。
因此，该方法可包括将来自尿素合成区段、回收区段和/或尿素蒸发区段的含氨废气(诸如塔顶蒸气)供应到AN生产区段。
废气可例如从尿素生产单元的回收区段获得，其中尿素合成溶液中的氨基甲酸铵通常在低压(0.1MPa至1MPa，特别是0.2MPa至0.7MPa)和/或中压(1MPa至4MPa，优选地为1.5MPa至3.0MPa)下分解成二氧化碳和氨。
该方法任选地进一步包括将废气从除了精加工区段之外的尿素生产单元的区段，例如从尿素蒸发区段，传递至精加工处理区段。例如，包含在尿素蒸发区段中蒸发的水蒸气的料流的至少一部分可被供应到精加工处理区段。
该方法包括在尿素硝酸铵区段(UAN生产区段)中将硝酸铵水溶液和至少一些尿素液体组合，以便获得尿素硝酸铵(UAN)水溶液。
在本发明的方法中，将经纯化的尿素水溶液和/或浓缩尿素液体的一部分与硝酸铵水溶液组合。因此，如果该方法不涉及使经纯化的尿素水溶液的至少一部分经受蒸发，则硝酸铵水溶液与经纯化的尿素水溶液组合，并且如果该方法涉及使经纯化的尿素水溶液的至少一部分经受蒸发，则硝酸铵水溶液与经纯化的尿素水溶液和/或浓缩尿素液体组合。然而，这不是必需的，并且原则上供应给UAN生产区段的尿素可从任何源获得。
在优选的实施方案中，供应给UAN生产区段的浓缩尿素液体流占供应给UAN生产区段的尿素液体总量的一小部分。这允许在UAN生产区段中调节和控制尿素浓度。
任选地，从尿素生产单元的回收区段获得的经纯化的尿素水溶液的一部分可被供应到UAN生产区段，而另一部分可被供应到蒸发区段并且随后进入精加工区段。因此，供应给UAN生产区段的尿素液体的尿素浓度可例如不同于供应到精加工区段的尿素液体的尿素浓度。
UAN生产区段优选地包括混合单元，例如包括静态搅拌器或管式搅拌器，例如一系列静态搅拌器。该方法优选地包括混合硝酸铵水溶液和尿素液体。
用本发明方法获得的UAN产品含有例如28重量％至32重量％的总氮，并且通常含有29重量％至38重量％的尿素和36重量％至48重量％的硝酸铵，其余为水。
在本发明的方法中，尿素生产单元包括适于固化尿素液体的精加工区段。通常，尿素液体在经受固化之前浓缩。精加工区段为例如尿素生产单元的精加工区段，其中生产尿素水溶液和/或浓缩尿素液体。
该方法任选地包括在精加工区段中固化尿素液体。
精加工区段中的固化产生含氨废气(精加工废气)。固化例如包括尿素在精加工区段中的造粒、制粒和/或成粒(pastillation)。精加工区段中的固化优选地包括使浓缩尿素液体暴露于空气流以便获得固体尿素颗粒。此类空气流的使用产生精加工废气。因此，精加工区段具有与精加工处理区段的气体入口流体连通的气体出口，该精加工处理区段适于用酸性洗涤液处理精加工区段的含氨废气。
此精加工区段可为例如造粒塔、制粒区段、粒化区段或基于任何其它精加工技术的区段或装备。制粒区段可例如为流化床制粒，或转筒制粒，或盘式制粒，或任何其它类似的制粒装置。此精加工区段的主要功能是将尿素液体(例如尿素熔体)转化为固化颗粒流。为了将尿素从液相转移到固相中，必须去除结晶热。此外，通常从固化尿素颗粒中去除一些显热，以便将它们冷却到适合于进一步加工和处理(包括此最终产品的安全且舒适的储存和输送)的温度。通常通过蒸发水和/或通过用空气冷却来完成在精加工区段中所得的总热量去除。对于水蒸发，水作为尿素液体的一部分进入精加工区段，或者在精加工过程中的适当位置处作为液态水喷洒。通常大部分热通过用空气冷却来去除。通常施加的空气量等于3kg至30kg空气/kg最终固化产品的空气量，优选地为3kg至10kg。这是精加工区段的典型废气。在精加工区段中，空气与尿素熔体和固化尿素颗粒直接接触。这导致空气被尿素粉尘和氨污染。根据精加工区段的性质(造粒/制粒、制粒类型、制粒中所选择的条件)，空气中存在的尿素粉尘的量可变化很大，观察到的值在0.05重量％至10重量％(相对于最终产品流量)的范围内。对于基于制粒的精加工区段，粉尘的量更典型地在2重量％至8重量％的范围内。精加工废气中的尿素主要以尿素粉尘的形式存在，该尿素粉尘包含直径小于500μm的颗粒，其中大部分颗粒小于10μm，诸如亚微米颗粒。一般来讲，当空气流作为废气离开精加工区段时，此粉尘由空气流携带。在精加工废气中尿素粉尘的存在通常使得在空气排入大气之前，出于环境或效率考虑而进行的包括尿素粉尘去除的处理是期望的。尿素粉尘的去除本身具有挑战性，因为废气(主要是空气)的量很大，而尿素粉尘的浓度低。示例空气流在750000Nm3/h的数量级上。其中尿素粉尘的典型浓度为约2重量％。此外，尿素粉尘的一部分具有亚微米尺寸。满足当前的标准意味着需要去除此亚微米粉尘的大部分。
固化过程还可包括粒化，例如，如WO 2006/111331中所描述。在此类方法中，通过将含尿素的液体流进料至进料装置，在粒化机(包括进料装置、带和从带中去除形成的球剂的装置)中生产含尿素颗粒，液体的液滴从该进料装置定量供给到带中，在该带中含尿素液滴固化并冷却到小于55℃的温度。将形成的含尿素颗粒从带中去除。
在本发明的方法中，涉及精加工处理区段，其具有与精加工区段的气体出口流体连通的气体入口，该精加工处理区段适于用酸性洗涤液处理精加工区段的含氨废气(精加工废气)。用酸性洗涤液处理导致尿素粉尘和/或氨的至少一部分被去除。因此，该方法可包括洗涤精加工气体。洗涤例如包括将洗涤液通常以逆流方式添加到气流中。
精加工处理区段包括用于用酸性洗涤液进行洗涤的至少一个洗涤器。精加工处理区段可包括用于用酸性洗涤液或其它液体进行洗涤的附加洗涤器。
合适类型的洗涤器包括例如文丘里洗涤器、填充床洗涤器、冲击洗涤器和筛盘洗涤器。在文丘里洗涤器中，流出气体被迫使或抽吸通过具有窄“喉部”部分的文丘里管。当空气移动穿过喉部时，其加速到高速度。液滴形式的洗涤液(通常为水)通常在喉部处被添加到文丘里管，并且进入气体流。所使用的水滴一般比待收集的污染物颗粒大许多个数量级，因此以不同的速度加速通过文丘里管。差异加速引起水滴和污染物颗粒之间的相互作用，使得污染物颗粒被水滴收集。为了在文丘里洗涤器中去除AN废气的气溶胶液滴，可将该气溶胶液滴视为污染物颗粒。收集机制主要涉及颗粒与液滴之间的碰撞和颗粒向液滴表面的扩散。在任一种情况下，颗粒都被液滴捕获。根据污染物颗粒的尺寸，这些机制中的一个或另一个可占主导地位，其中对于非常小的颗粒而言扩散是占主导地位的收集机制，并且对于较大的颗粒而言碰撞或拦截是占主导地位的机制。文丘里洗涤器也可有效地通过扩散来收集高度可溶的气态化合物。这些洗涤机制的详细描述在M.Crawford的《空气污染控制理论》第9章(1976年McGraw-Hill)(Chapter 9 of Air Pollution Control Theory,M.Crawford,(McGraw-Hill 1976))中有所论述。
精加工处理区段可包括单个文丘里洗涤器或多个文丘里洗涤器。此外，一个或多个文丘里洗涤器自身可包括一个或多个文丘里管。
文丘里洗涤器通常包括三个区段：会聚区段、喉部区段和发散区段。入口气流进入会聚区段，并且随着面积减小，气体速度増加。液体在喉部处或在入口处被引入会聚区段。
入口气体被迫使在小的喉部区段中以极高的速度移动、从喉部区段的壁上清除液体，从而产生大量非常微小的液滴。当入口气流与微小液滴的雾混合时，颗粒和气体在喉部区段中被去除。然后，入口流通过发散区段离开，在发散区段中入口流被迫使减速。
在精加工处理区段包括洗涤器的情况下，该处理区段可包括一个或多个预处理或后处理区段。例如，可使用如在WO 2015/002535中所描述的文丘里洗涤方法。此类方法包括将废气淬火至低于约45℃的温度和/或淬火至至少降低50℃的温度，并且使用至少一个文丘里洗涤器使经淬火的废气经受洗涤。淬火包括将含水淬火液例如以与气流并流的方式添加到气流中，优选地通过喷洒，更优选地使用雾化喷嘴，诸如通过射流喷嘴。淬火一般提供接近平衡的液体饱和度。优选地，淬火流的温度为低于45℃，更优选地低于40℃，最优选地低于35℃。离开尿素设备的精加工区段(诸如流化床制粒中)的废气的典型空气温度为约110℃。淬火后，温度优选地低于45℃。因此，气流的温度通常降低超过50℃，优选地超过60℃，并且最优选地超过65℃。优选地，以此类方式和稠度喷洒液体，使得形成的液滴很小以至于液滴快速蒸发并且在短时间内达到蒸气中接近平衡的液体饱和，例如其中液滴尺寸小于700μm或小于500μm，或小于100μm。
另外，可使用诸如在WO 2015/072854中所描述的方法。在此类方法中，使用上游淬火液和下游淬火液，使气流在至少两个串联的阶段中经受淬火，其中术语上游和下游是参照气流的流动方向限定的，其中可溶的微粒物质溶解在含水淬火液中，并且其中下游淬火液溶解的所述微粒物质的浓度低于上游淬火液。WO 2015/002535和WO 2015/072854在此以引用方式并入本文。此类淬火可使水冷凝在待去除的颗粒上，从而增加它们的颗粒尺寸，使得它们在文丘里洗涤器中更好地被去除。
在优选的实施方案中，精加工处理区段包括并行操作的多个文丘里洗涤器。优选地，精加工处理区段被设计成使得这些并行的文丘里管可彼此独立地操作，即，同时使用的文丘里管的数量可根据需要在该过程期间进行调整。
优选的文丘里洗涤器涤气器包括所谓的MMV区段(微雾文丘里管(micro-mistventuri))。MMV区段由多个并行文丘里管组成。在MMV区段中，大量液体在文丘里管的喉部与气体流通过单相喷嘴进行并流喷洒，从而产生一致且可调节的液滴尺寸，通常在50μm至700μm的范围内。液滴尺寸为可用于控制粉尘去除的效率的参数之一。
优选的系统是由Envirocare提供的系统，其包括淬火区段，和其下游的MMV区段。
在填充床洗涤器中，通常通过在随机填充床上气体与洗涤液之间的接触来实现分离。在冲击洗涤器中，通常由通过中央冲击板的惯性来实现分离。例如，废气流从底部进入单元，并且向上流动通过一系列塔盘，每个塔盘都包含穿孔。将洗涤液从顶部塔盘上方引入并且向下流向下部塔盘。气流穿过穿孔并且加速。这产生液体和气体的流化区域。冲击洗涤单元通常配备有最终除雾器区段。洗涤器的另一个选择是筛盘洗涤器。本文中，在筛盘上发生液体气体接触。例如，当气体穿过筛时，液体流水平流动。
又一种选择是包括湿式静电除尘器(WESP)的精加工处理区段。此一般类型的湿式静电除尘器是已知的并且在包括以下的现有技术专利中有所描述：美国专利第1,339,480号；第2,722,283号；第4,389,225号；第4,194,888号；第6,106,592号；以及其中论述和引用的现有技术。
精加工处理区段优选地包括两个串联的部分，用于用酸性洗涤液进行洗涤的部分和尿素粉尘去除部分。这些部分任选地为单独隔室。粉尘去除部分(诸如文丘里洗涤器)优选地位于用于用酸性洗涤液进行洗涤的部分的上游(相对于废气流)。
在一个实施方案中，除了AN设备之外，还存在硝酸铵钙设备。硝酸铵钙或CAN(也被称为硝基石灰石)是广泛使用的无机肥料。硝酸铵钙的一种变体通过向硝酸铵添加粉状石灰石/碳酸钙而制成；另一种完全水溶性的形式是硝酸钙和硝酸铵的混合物，其结晶为水合复盐：5Ca(NO3)2·NH4NO3·10H2O。
CAN设备的精加工区段(在任一过程中)产生CAN废气，该废气也可在精加工处理区段中被洗涤。其中也洗涤CAN废气的精处理区段包括2个串联的用于用酸性洗涤液进行洗涤的单独隔室，其被设计成允许每个隔室的用过的洗涤液被不同地使用。一般来讲，用于洗涤CAN废气的隔室可被定位在用于洗涤AN废气的隔室的下游。
洗涤器可包括酸性洗涤器部分的溢流。酸性洗涤用于去除氨。
如上所述，来自精加工处理区段的利用后的洗涤液可被送至混合单元以供UAN合成。在CAN设备存在的情况下，这一般将需要首先去除含钙盐溶液。在有趣的实施方案中，所述利用后的洗涤液自身可用作UAN产品流。因此，洗涤液可与UAN产品流合并，或者其可被储存在罐中以供稍后使用。
在优选的实施方案中，将由硝酸铵的生产产生的含氨废气与精加工区段的含氨废气组合以提供组合气流，并且使组合气流经受洗涤以去除液滴和颗粒，随后在所述精加工处理区段中用酸性洗涤液进行洗涤。
如果精加工处理区段包括一个或多个文丘里洗涤器，则AN废气气态流优选地在一个或多个或所有文丘里洗涤器的上游，特别是在文丘里管的上游被引入精加工处理区段。这有助于从气体流中洗涤夹带物。任选地，将AN废气供应到文丘里步骤上游的淬火步骤中或其上游。这可有利地提供夹带在AN废气中的颗粒的生长。
精加工处理区段例如包括文丘里洗涤器或WESP，更优选地包括湿式洗涤器(诸如塔盘洗涤器)和文丘里洗涤器的串联组合，其中文丘里洗涤器更优选地在湿式洗涤器的下游。更优选地，文丘里洗涤器包括并行的多个文丘里管。在另一个优选的实施方案中，WESP定位在湿式洗涤器的下游，或文丘里洗涤器的下游，或最优选地串联在湿式洗涤器和文丘里洗涤器之后。任选地，精加工处理区段包括洗涤器，以用于在文丘里洗涤器和/或WESP下游用酸性洗涤液洗涤。
如上所述，本发明还提供改进设备的方法，其中该方法包括在所述硝酸铵区段的废气出口和所述精加工处理区段的气体入口之间添加用于流体连通的连接(诸如管道或管材)。
该方法通常为改进或改造预先存在的设备的方法。该设备可为各种类型，并且该方法可包括在添加所述连接之前的附加步骤。该方法可为用于改进用于生产尿素硝酸铵和固体尿素产品的设备的方法。优选地，在改进之前，该设备包括冷凝单元，以用于冷凝来自所述硝酸铵区段的废气的一部分，并且该方法涉及消除或免除所述冷凝单元。
该方法还可为用于改进硝酸铵设备的方法的一部分，其中该方法进一步包括添加尿素生产单元和添加UAN生产区段。优选地，在改进之前，该设备包括冷凝单元，以用于冷凝来自所述硝酸铵区段的废气的一部分，并且该方法涉及消除或免除所述冷凝单元。该方法还可为用于改进包括尿素生产单元的用于生产UAN的设备的方法的一部分，其中该方法进一步包括通过添加精加工区段来扩展尿素生产单元。
该方法还可为用于改进包括精加工区段的尿素设备的方法的一部分，其中该方法进一步包括添加硝酸铵区段。
本发明还涉及用于生产至少尿素和尿素硝酸铵的系统，该系统包括如上所述的：(a)尿素生产单元，(b)硝酸铵区段，(c)尿素硝酸铵区段，以及(d)精加工处理区段，其中所述精加工处理区段包括与所述硝酸铵区段的所述废气出口流体连通的气体入口。
优选地，用于接收所述尿素硝酸铵区段的尿素液体的入口与包括精加工区段的所述尿素生产单元流体连接。优选地，尿素生产单元包括高压尿素合成区段，该高压尿素合成区段包括高压汽提塔以及氨基甲酸酯冷凝器和尿素反应器，或整合的氨基甲酸酯冷凝器和尿素反应器，其中所述尿素生产单元进一步包括回收区段和蒸发区段。优选地，硝酸铵区段包括与所述高压合成区段、回收区段和蒸发区段中的一个或多个流体连通的废气入口。
优选地，精加工处理区段包括液体流出口，该液体流出口与所述硝酸铵溶液出口下游的点流体连通，诸如与所述混合单元的入口流体连通。优选地，此类系统还适合于生产DEF产品，其中尿素生产单元包括用于将尿素液体流分成至少两个料流的分配器，和用于在所述分配器下游和精加工区段上游向所述料流中的一个添加添加剂的单元，以及用于由另一料流制备DEF产品的单元。
优选地，处理区段包括文丘里洗涤器，更优选地MMV洗涤器。
图1示出根据本发明的方法和系统的非限制性示例的过程方案。硝酸1和氨气2在硝酸铵区段A中反应以提供硝酸铵水溶液3，从而也产生AN废气4。硝酸铵水溶液3被供应到尿素硝酸铵区段B，并且来自硝酸铵区段A的废气4被供应到精加工处理区段C。在尿素生产单元D中，尿素由二氧化碳5和氨6生产，产生尿素液体9(经纯化的尿素水溶液和/或浓缩尿素液体)，该尿素液体9被供应到精加工区段E。任选地，尿素液体7的一部分被供应到尿素硝酸铵区段B。有可能的是，区段B从另一个尿素生产单元接收尿素液体，代替尿素液体7或与尿素液体7组合。在区段B中，尿素液体与硝酸铵溶液3混合以提供UAN流8。该系统还包括精加工区段E，其中将来自尿素生产单元D的浓缩尿素液体9固化。精加工区段E产生固体尿素产品10，并且精加工区段E为例如制粒机或造粒塔。精加工区段E使用干燥/冷却空气11并且提供含氨废气12，该含氨废气12被供应到精加工处理区段C，该精加工处理区段C适于用酸性洗涤液13处理废气12，以给出清洁的废气14。任选地，通过将用过的洗涤液15供应给尿素硝酸铵区段B而使其再循环。任选地，将来自尿素生产单元D的废气作为料流16供应到精加工处理区段C和/或作为料流17供应到硝酸铵区段A。
术语“流体连通”包括设备的第一部分或区段与设备的第二部分或区段之间的任何连接，经由该连接，流体(特别是液体)可从设备的第一部分流动到设备的第二部分。此类流体连通通常由管道系统、软管、导管、泵或本领域技术人员熟知的用于输送流体的其它装置提供。流体连通可为直接流体连通，诸如前述中的任一种，而不涉及除流体输送装置自身之外的任何其它装备。流体连通也可为间接的，其中流体可经由管道系统、软管、管道或泵输送，并且还包括其它装备，诸如汽提塔或反应器。如本文所用，术语“入口”和“出口”也可用于中间流。
术语“液体流”包括悬浮液和分散体，并且一般涉及包含连续液相的流体流。术语“气态流”不排除夹带的液滴和颗粒的存在。

Claims (15)

1.一种用于生产尿素硝酸铵的方法，包括：
(a)使氨和二氧化碳经受尿素形成条件以便获得尿素水溶液；
(b)在回收区段中纯化所述尿素水溶液以去除残余氨基甲酸铵，以便形成经纯化的尿素水溶液，并且任选地使所述经纯化的尿素水溶液的至少一部分经受蒸发以便形成浓缩尿素液体，
(c)使氨和硝酸经受硝酸铵形成条件，以便形成硝酸铵水溶液；
(d)将所述硝酸铵水溶液和所述经纯化的尿素水溶液的至少一部分和/或浓缩尿素液体在尿素硝酸铵区段中组合，以便获得尿素硝酸铵的水溶液；
(e)在精加工处理区段中用酸性洗涤液处理由所述硝酸铵的生产产生的含氨废气(AN废气)，所述精加工处理区段具有与尿素生产单元的精加工区段的气体出口流体连通的气体入口，其中所述精加工区段适于固化尿素液体，并且其中所述精加工处理区段适于用酸性洗涤液处理所述精加工区段的含氨废气。
2.根据权利要求1所述的方法，包括将所述精加工处理区段中使用的所述洗涤液的全部或部分再循环至所述尿素硝酸铵区段。
3.根据权利要求1所述的方法，包括将所述精加工处理区段中使用的所述洗涤液的全部或部分直接送至所述尿素硝酸铵水溶液。
4.根据权利要求2所述的方法，其中另外制备柴油排气处理液(DEF)产品，所述方法包括：将具有所述精加工区段的所述尿素生产单元的尿素液体流分成至少两个料流，在所述分流下游向所述料流中的一个添加添加剂，以及由所述另一料流制备DEF产品，其中所述添加剂优选地为甲醛，并且其中具有所述添加剂的所述料流在所述精加工区段中经受固化。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中来自所述尿素生产单元和/或所述尿素硝酸铵区段的所述含氨废气也被送至所述精加工处理区段的气体入口。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中将由所述硝酸铵的生产产生的含氨废气与所述精加工区段的含氨废气组合以提供组合气流，并且使所述组合气流经受洗涤以去除液滴和颗粒，并且随后在所述精加工处理区段中用酸性洗涤液进行洗涤。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述方法不涉及在所述尿素硝酸铵区段和所述精加工处理区段之间冷凝由所述硝酸铵的生产产生的废气。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括通过以下生产硝酸铵钙(CAN)颗粒剂：
(f)使步骤(c)的所述硝酸铵水溶液的一部分和钙盐流，诸如碳酸钙或硝酸钙，经受CAN精加工单元，以便形成CAN颗粒剂和CAN废气，所述CAN废气含有氨、硝酸铵和夹带的含Ca颗粒；
(g)将所述CAN废气进料至所述精加工处理区段其中所述精加工处理区段适于用酸性洗涤液处理所述CAN废气，从而在将所述洗涤液再循环至所述UAN区段之前形成含Ca盐溶液。
9.一种用于生产至少尿素和尿素硝酸铵的系统，优选地适用于根据权利要求1至8中任一项所述的方法，所述系统包括：
(a)尿素生产单元，所述尿素生产单元包括精加工区段，其中所述精加工区段具有用于含氨废气的气体出口，
(b)硝酸铵区段，所述硝酸铵区段与硝酸源和氨源流体连通用于制备硝酸铵，所述硝酸铵区段具有硝酸铵水溶液出口和废气出口，
(c)尿素硝酸铵区段，所述尿素硝酸铵区段包括具有与所述硝酸铵水溶液出口流体连接的入口和用于接收尿素液体的入口的单元，以用于组合所述硝酸铵溶液和所述尿素液体，并且具有用于尿素硝酸铵溶液的出口，以及
(d)精加工处理区段，所述精加工处理区段具有与所述精加工区段的废气的所述气体出口流体连接的气体入口，所述精加工处理区段适于用酸性洗涤液处理所述精加工区段的含氨废气，
其中所述精加工处理区段包括与所述硝酸铵区段的所述废气出口流体连通的气体入口。
10.根据权利要求9所述的系统，其中用于接收所述尿素硝酸铵区段的尿素液体的所述入口与包括精加工区段的所述尿素生产单元流体连接，
其中所述尿素生产单元包括高压尿素合成区段，所述高压尿素合成区段包括高压汽提塔以及氨基甲酸酯冷凝器和尿素反应器，或整合的氨基甲酸酯冷凝器和尿素反应器，其中所述尿素生产单元还包括回收区段和蒸发区段，并且其中所述硝酸铵区段包括与所述高压合成区段、回收区段和蒸发区段中的一个或多个流体连通的废气入口。
11.根据权利要求9或10所述的系统，其中所述精加工处理区段包括液体流出口，所述液体流出口与所述硝酸铵水溶液出口下游的点流体连通，诸如与所述单元的入口流体连通。
12.根据权利要求11所述的系统，所述系统还适合于生产DEF产品，其中所述尿素生产单元包括：用于将尿素液体流分成至少两个料流的分配器，和用于在所述分配器下游和精加工区段上游向所述料流中的一个添加添加剂的单元，以及用于由所述另一料流制备DEF产品的单元。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的系统，其中所述处理区段包括文丘里洗涤器，优选MMV洗涤器。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的系统，包括硝酸铵钙(CAN)生产区段，所述CAN生产区段包括与硝酸铵区段的硝酸铵出口流体连通的硝酸铵入口，其中所述CAN生产区段包括制粒区段，所述制粒区段具有与所述精加工处理区段的气体入口流体连通的废气出口。
15.一种改进设备的方法，其中所述设备包括：硝酸铵区段，所述硝酸铵区段用于在硝酸铵形成条件下使氨和硝酸反应；精加工区段，所述精加工区段适于固化尿素液体；以及精加工处理区段，所述精加工处理区段具有与所述精加工区段的气体出口流体连通的气体入口，所述精加工处理区段适于用酸性洗涤液处理所述精加工区段的含氨废气，其中所述方法包括在所述硝酸铵区段的废气出口和所述精加工处理区段的气体入口之间添加用于流体连通的连接，诸如管道或管材。
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