CN109069978B - 从气体流中去除亚微米颗粒 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于从气体流中，具体地讲从尿素造粒废气中去除亚微米颗粒的方法和系统，其中使用了文氏管喷射器。一种方法包括使包含亚微米颗粒的气体流在文氏管喷射器中与注入的高速洗涤液接触以提供泵送作用，其中所述洗涤液具有至少2m/s的初始速度，并且其中洗涤液和气体流量的比率介于0.0005和0.0015(m3/h)/(m3/h)之间。本公开还涉及具有气体流处理系统的造粒塔，所述气体流处理系统包括所述造粒塔顶部处的文氏管喷射器，并且涉及一种改造现有造粒塔的方法。

Description

从气体流中去除亚微米颗粒
技术领域
本发明涉及从气体流中去除颗粒，具体地讲，涉及从来自尿素造粒塔的气体流中去除亚微米尿素粉尘。
背景技术
从气体流中去除亚微米颗粒对于确保符合许多工业过程(如尿素整理)的排放限值通常是至关重要的。例如，与来自尿素流化床造粒机的废气相比，例如来自尿素造粒塔的废气包含相对大量和/或较大比例的亚微米颗粒。因此，去除亚微米尿素颗粒对于满足有关尿素排放的更严苛的严格规定和限制特别重要。还需要从尿素整理废气中去除氨。有关将尿素粉尘从来自尿素整理区段的废气中去除的背景参考包括WO 2015/002535和WO 2015/072854。
可以观察到，尿素造粒塔废气的颗粒尺寸分布具有在0.1μm和1μm气动颗粒尺寸之间的峰值，具有由<10μm的颗粒(约50重量％总颗粒物，PM)提供的例如约70mg/Nm3的累积质量。来自尿素造粒的废气可例如包含约25mg/Nm3的<10μm的颗粒。为了符合当前和未来的排放限制，必须显著去除亚微米颗粒，例如尿素粉尘。可用的颗粒捕集技术通常对于亚微米颗粒具有非常低的效率或具有较大的压降。
在尿素造粒中，尿素熔体在造粒塔的顶部处供应，并作为液滴分配。在尿素熔体液滴在迎着大量向上移动的空气冷却时掉落后，尿素熔体液滴固化。颗粒尿素从底部取出。新鲜的冷却空气进入造粒塔底部。包含尿素和氨的废气在顶部附近离开造粒塔。
一种造粒塔可以例如具有例如60m至80m的高度。较小的工厂可以具有50m或更小的自由下落路径。一些最大的工厂具有125m高的造粒塔。排放可例如为每吨颗粒尿素0.5至2.5kg尿素粉尘(35至125mg/Nm3)，和每吨约0.5至2.7kg NH3(35至245mg/Nm3)。据报道，一些现有的尿素造粒塔的尿素粉尘排放超过200mg/Nm3。用于尿素造粒塔的示例指示性空气流为500 000Nm3/小时。较大的尿素造粒塔可例如具有900 000Nm3/小时的空气流，尿素产能为75至100mt/hr(公吨每小时)。
较老的造粒塔经常未经任何尿素或脱氨处理就直接向空气中排放废气。塔构造通常为作为改造的一部分而安装在顶部上的任何消减系统的设计的重量设定了最大值。来自一些造粒塔的废气具有低压降，特别是来自通过自然通风操作的造粒塔的废气。现有的减排技术通常需要大型鼓风机和风扇来维持足够的压降，因为一般来说去除亚微米颗粒需要高压降。当前系统因此不适合安装在现有造粒塔的顶部上。首先通过管道将废气引到较低的高度的可能性将会带来额外的显著压降。考虑到大的空气流，这将导致功率消耗的显著增加。从尿素造粒塔的顶部到底部的管道的构造也具有挑战性且造价昂贵，并且引入了在造粒塔和减排系统之间管道堵塞的风险。
对于目前可用的减排技术，除尘器，特别是如果结合酸洗装置以减少氨排放，通常都被认为只能用于提供了风扇的强制通风造粒塔，而不能用于自然通风尿素造粒塔。例如，授予Lerner的US 4424072在图1中示出了一种设备，该设备包括竖式尿素造粒塔11，在该塔的顶部上方提供有多个洗涤器17。该专利提出，该设备包括用于将空气流注入造粒塔的下部中的设施，这由强制通风、诱导通风或它们的组合来实现。如本领域中所用，诱导通风塔在顶部处使用居中放置的风扇，并且强制通风冷却塔使用定位在底部附近的风扇。
因此，需要更有效的减排系统，以及可使用低压降操作并且可有效地从气体流中去除亚微米颗粒的方法。更具体地讲，需要更好的尿素和氨减排系统以及用于尿素造粒塔的方法。
发明内容
为了更好地解决上述期望中的一个或多个，本发明在其中一个方面涉及一种用于从气体流中去除亚微米颗粒的方法，该方法包括：使包含亚微米颗粒的气体流在文氏管喷射器中与注入的高速洗涤液接触以提供泵送作用，其中洗涤液具有至少25m/s的初始速度，并且/或者其中洗涤液和气体流量的比率介于0.0005和0.0015(m3/h)/(m3/h)之间。
本发明在另一方面还涉及包括文氏管喷射器的气体处理系统。本发明在又一方面还涉及尿素造粒塔，具体地讲，在顶部处具有两个文氏管喷射器级的自然通风尿素造粒塔。
另一方面涉及一种改造现有工厂、特别是尿素造粒塔的方法，该方法包括加装文氏管喷射器。
本发明还涉及一种气体流处理方法，该方法包括相继地：A)提供气体流，B)将水性溶液喷施到气体流中，C)使气体流通过具有咽喉部的第一喷射器文氏管洗涤器，其中将含水洗涤液在咽喉部的方向上喷施到气体流中，D)将水性溶液喷施到气体流中，F)使气体流通过具有咽喉部的第二喷射器文氏管洗涤器，其中将含水洗涤液在咽喉部的方向上喷施到气体流中；优选地，在步骤C和/或步骤F中使用具有如所述的速度和/或比率的洗涤液的文氏管喷射器。
附图说明
图1示出了本发明的系统的实施方案的框图。
图2示出了本发明的系统的实施方案的框图。
图3示出了来自造粒塔的废气中尿素粉尘的典型颗粒尺寸分布和累积质量。
图4示出了来自尿素造粒机的废气中尿素粉尘的典型颗粒尺寸分布和累积质量。
具体实施方式
本发明在一个方面提供了一种用于从气体流中去除亚微米颗粒的方法，该方法包括使包含亚微米颗粒的气体流在文氏管喷射器中与洗涤液接触。洗涤液优选地被注入，并且优选地以高速注入，特别是为了提供泵送作用。这样，将待处理的气体流吸入文氏管喷射器中。洗涤液优选地具有至少25m/s，更优选地至少50m/s，甚至更优选地至少100m/s的初始速度。这种速度是指例如在喷嘴开口处的速度和/或在距离喷嘴例如1cm以外处的平均液滴速度。优选地，该方法包括利用液压喷嘴(诸如高压液压喷嘴)例如以至少15巴或至少18巴的喷嘴压力在文氏管喷射器中注入洗涤液，或利用可具有低于15巴的压力的双流体(气体和液体)喷嘴在文氏管喷射器中注入洗涤液，以便提供此类优选的速度。
优选地，在文氏管喷射器中注入洗涤液以给出小于300μm，更优选地小于200μm的平均液滴直径。在一些实施方案中，该方法包括通过喷嘴将洗涤液注入文氏管喷射器中，该喷嘴被构造成提供平均液滴直径小于300μm，优选地小于200μm的液滴。液滴尺寸为例如体积中值直径。该液滴尺寸可有助于有效洗涤。可例如通过使用提及的洗涤液速度来提供该尺寸的洗涤液液滴。具体地讲，可使用具有至少15巴、更优选地至少18巴的注入压力的液压喷嘴，或使用例如3至6巴的压缩气体的双流体注入器来将例如3至6巴的洗涤液细密雾化。
优选地，在至少一个文氏管喷射器中或在每个文氏管喷射器级中，洗涤液和气体流量的比率介于0.0005和0.0015(m3/h)/(m3/h)之间。一个示例性比率是0.00010至0.0050(m3/h)/(m3/h)的洗涤液与气体流量比率，但较低或较高的比率也是可能的。该比率是例如基于要吸入文氏管喷射器中的气体流的实际m3。任选地，基于实际m3，洗涤液/气体比率在0.5至1.5l/m3的范围内。使用该比率，优选地结合如所述的洗涤液初始速度，有利地提供了非常好的洗涤效率，特别是具有相对较小的设备尺寸和小压降。
优选地，该方法包括使用串联的多个文氏管喷射器。优选地，气体流在第一文氏管喷射器和下游第二文氏管喷射器之间的停留时间为至少0.1秒，或至少0.20秒，更优选地，至少0.4秒，例如超过0.8秒。这涉及在其间没有其他文氏管喷射器的两个文氏管喷射器之间的停留时间。它们之间可以存在其他元件，例如喷雾器或除雾器。在串联的连续两个文氏管喷射器之间使用这样的停留时间有助于颗粒生长，尤其是亚微米颗粒。这改善了例如下游颗粒去除装置(诸如除雾器)的颗粒捕集。
优选地，使用各自包括一个文氏管喷射器或多个并联文氏管喷射器的第一上游文氏管级和第二下游文氏管级。优选地，第一文氏管级的第一洗涤液包含至少10重量％或至少20重量％或至少30重量％或至少40重量％的溶解材料，诸如20至55重量％或40至50重量％，和/或此类量的亲水性材料，或此类量的从气体流中去除的组分的材料。优选地，溶解材料为尿素并且洗涤液包含此类量的尿素。在一些实施方案中，第一洗涤液包含小于90重量％，或小于80重量％，或甚至小于60重量％的水。在第二下游文氏管级中和/或在第一文氏管级下游的喷雾嘴中使用的洗涤液优选地包含0重量％至5.0重量％的溶解材料，更优选地小于2.0重量％的溶解材料，具体是尿素。优选地，第二洗涤液包含80重量％至100重量％的水，或至少90重量％，或至少95重量％的水。优选地，在第一文氏管喷射器级中使用的洗涤液(第一洗涤液)具有比在第二文氏管喷射器级中使用的洗涤液(第二洗涤液)更高浓度的溶解材料，优选地高至少3倍或高至少5倍，或更优选地高至少10倍。在第一文氏管级中使用的洗涤液，特别是在最上游的文氏管喷射器中使用的洗涤液是例如与废气接触的第一点。
第一洗涤液一般再循环以提供此类浓度的溶解材料(如尿素)，以便更容易地处置，尤其是尿素回收。具体地讲，在来自造粒或制粒的废气(冷却空气流)的情况下，优选地回收颗粒材料或粒状材料。这尤其适用于尿素制粒或造粒。回收的尿素可以被掺入含尿素的产品中，例如颗粒或小球。一般来讲，包含此类浓度(例如40重量％至50重量％)的尿素的流随着吹洗流和/或排污流从第一文氏管级和/或上游淬火级离开，具体地讲从这些流的集聚盆或再循环回路离开。因此，气体流中的颗粒材料的大部分例如通过用包含此类高浓度溶解材料的洗涤液洗涤而被捕集。
引入具有的溶解材料浓度(例如尿素浓度)比在第一文氏管喷射器下游的气体流中的第一文氏管级中使用的液体的溶解材料浓度低的液体可导致气体流中的部分水蒸气压力增大。这可促进水在亚微米颗粒上冷凝，从而导致颗粒尺寸增大。这可改善现在下游颗粒和/或液滴捕集装置中的较大颗粒的捕集，该装置诸如例如文氏管喷射器(的一部分)(例如发散管部分)和/或除雾器。具体地讲，可促进在含有相对较高浓度的尿素(诸如至少50重量％，或甚至100％的尿素)的亚微米颗粒和/或气溶胶液滴上的冷凝。在一些实施方案中，该方法包括在第一文氏管喷射器级下游以及文氏管喷射器咽喉部和/或液滴去除装置上游蒸发至少0.001kg/Nm3或至少0.005kg/Nm3或至少0.010kg/Nm3的水。
优选地，气体流是从尿素整理区段获得的，诸如从尿素造粒机或尿素造粒塔，更优选地尿素造粒塔获得。尿素造粒塔是例如强制通风或自然通风尿素造粒塔。
本发明的方法和系统尤其有利于与自然通风尿素造粒塔一起使用。自然通风尿素造粒塔是不使用风扇和/或鼓风机将冷却空气移动通过尿素造粒塔的造粒区的尿素造粒塔。通常，此类塔不使用风扇或鼓风机来将冷却空气移动通过尿素造粒塔。尿素造粒塔通常分为强制通风类型(风扇在底部)、诱导通风类型(风扇在顶部)或自然通风类型。自然通风尿素造粒塔可仍例如在废气处理系统中使用喷射器。
任选地，该过程还包括尿素造粒或尿素制粒步骤。任选地，该过程包括使用空气来冷却尿素熔体液滴，由此固化尿素熔体以产生尿素颗粒或小球。
在一些实施方案中，气体流包含大于20mg/Nm3，或大于50mg/Nm3，更优选地此类尿素颗粒浓度的亚微米颗粒浓度。亚微米颗粒具有1.0μm或更小的颗粒尺寸。任选地，亚微米颗粒的百分比为气体流中颗粒总重量的至少0.5重量％和/或至多5.0重量％，优选地为小于1.0μm的颗粒，并且任选地此类颗粒的量在1.0至4.0重量％的范围内。
优选地，亚微米颗粒是亲水性的。优选地，亚微米颗粒包含吸湿材料。优选地，亚微米颗粒可溶解在洗涤液中，例如溶解在水中。如本文所用，亚微米颗粒涵盖例如胶体气溶胶。冷凝可任选地涉及冷凝到颗粒、液滴或胶体气溶胶上，使其尺寸增长。
如本文所用的文氏管喷射器是文氏管洗涤器类型，并且一般包括在气流方向上依次串联的会聚管部分、咽喉部和发散管部分，其中会聚部分和发散部分通常是锥形管部分。咽喉部通常提供狭窄的开口以便供应到咽喉部上游的气体流中的气体流和液体通过。咽喉部可例如由两个部分(例如管部分)之间的接头，或者例如由管内部横截面最小处提供。咽喉部和/或会聚部分中的加速度和/或高速有助于气体和液体的紧密混合，以及液体的湍流和雾化。气体流中的至少一些颗粒冲击液滴并且被夹带，并且可以在下游液滴去除装置中被去除。
优选地，文氏管喷射器(例如，喷射器文氏管洗涤器)包括喷嘴，该喷嘴被定位用于在与通过该文氏管喷射器的气体入口(待处理气体流的)的气流平行的方向上喷施洗涤液。任选地，喷嘴的中心线平行于气流。优选地，将喷嘴插入文氏管喷射器的会聚部分诸如锥形管部分中。在一些实施方案中，喷嘴与文氏管或导管部分的壁间隔开。优选地，文氏管喷射器的气体入口是基本上垂直于(例如以介于60°和120°之间或介于85°和95°之间的角度)从喷嘴到文氏管咽喉部的直线延伸的开口。优选地，文氏管喷射器的气体入口被布置成基本上平行于咽喉部的开口。优选地，待处理的气体的气流中心线不会在喷嘴和咽喉部之间弯曲(无论该流如何会聚)。优选地，喷嘴被定位用于垂直于咽喉部横截面进行喷施，并且优选地，喷嘴以咽喉部横截面为中心。一般来讲，喷嘴与咽喉部横截面间隔开并在其上游。在一些实施方案中，液体仅通过一个这样的喷嘴被供应到圆形咽喉部文氏管喷射器中。
用于在文氏管喷射器中引入洗涤液的喷嘴是例如液压的，通过高压产生小液滴，或是例如双流体喷嘴，其中液体和辅助气体流两者通常在压力下流过喷嘴。小液滴可通过在均通过喷嘴行进的液体和气体之间的剪切力来产生。
洗涤液喷雾用作文氏管喷射器的动力流体，在双流体喷嘴的情况下与空气流在一起。因此，文氏管喷射器可充当其中待处理的气体物流与动力流体流一起被引入的文氏管排放器。可以注意到，高能量文氏管洗涤器(具有低于气体速度的初始液体速度)和喷射器文氏管洗涤器(初始液体速度高于气体速度)具有完全不同的能量消耗、雾化和洗涤特性。本发明涉及喷射器类型的文氏管洗涤器。使用高速液体(具有或不具有共注入的气流)的动能来雾化液体并泵送待处理的气体流，通常通过洗涤系统和连接导管进行。文氏管喷射器通常与下游液滴消除器(例如重力或惯性冲击分离器)一起使用，以从气体流中去除洗涤液。具体地讲，可使用下游除雾器。
任选地，添加碱性试剂，该碱性试剂例如选自：碱、石灰、石灰石、熟石灰、粉煤灰、氧化镁、苏打灰、碳酸氢钠、碳酸钠以及它们的混合物。这可用于从气体流中去除酸性气体。优选地，将试剂添加到喷施到气体流中的洗涤液。任选地，文氏管喷射器的洗涤液包含此类试剂。
优选地，添加酸性试剂，该酸性试剂更优选地选自：乙酸、硼酸、碳酸、柠檬酸、盐酸、氢氟酸、硝酸、草酸、磷酸、硫酸以及它们的混合物。这可用于从气体流中去除碱性气体，诸如氨。优选地，在尿素整理废气的情况下添加酸性试剂。优选地，添加硫酸或硝酸。任选地，文氏管级的洗涤液例如在第一(最上游)文氏管级或在下游第二文氏管级中包含此类酸性试剂。
优选地，将酸性或碱性试剂添加到喷施到气体流中的洗涤液，优选地在第一文氏管级的下游并且优选地还在第二文氏管级的下游。任选地，酸性或碱性试剂包含在文氏管喷射器，例如第一文氏管级或第二文氏管级或任选的第三文氏管级的洗涤液中。将来自酸性洗涤步骤的包含铵盐的洗涤溶液例如供应到存储槽和/或外部设备区，特别是如果酸性试剂被引入到第一文氏管级下游的气体流中。
优选地，该方法涉及对尿素造粒废气进行酸性洗涤和除尘洗涤，优选地在优选的自然通风尿素造粒塔的顶部上进行，即在位于尿素造粒塔的顶部处的消减系统中进行。
在一些实施方案中，将包含溶解的尿素的流(诸如例如来自第一文氏管级和/或淬火级的排污流和/或吹洗流，其中使用具有或不具有酸性或碱性试剂的洗涤液)供应到回收真空蒸发区段，以提供水蒸气和浓缩的尿素溶液。回收真空蒸发区段优选地与尿素工厂的蒸发区段分离并作为补充。将包含尿素的浓缩溶液(作为流)供应到尿素整理(例如制粒或造粒)步骤，并且尿素被包含在固体尿素产品，例如小球或颗粒中。将蒸气冷凝，并且优选地将冷凝物重新引入所述方法中作为补充水，例如用于诸如在第二文氏管级中，用包含小于5重量％尿素的水性溶液来洗涤造粒废气。如果该过程包括酸性洗涤，则流和浓缩物还可包含铵盐。浓缩物也可以供应到尿素硝酸铵(UAN)工厂或尿素硫酸铵(UAS)工厂并引入到UAN或UAS产品流中。在一些实施方案中，该方法包括酸性洗涤第一文氏管级和/或第一淬火或洗涤级的下游，并且与在所述酸性洗涤上游使用的洗涤液分开地处置酸洗溶液吹洗流。在包含尿素的酸性洗涤上游的级中使用的洗涤液会经受这样的蒸发。
优选地，文氏管喷射器的出口处的静态(绝对)压力相对于文氏管喷射器的气体入口处的静态压力几乎相同或略微更大，例如为入口处静态压力的至少90％或至少100％或至少105％。优选地，该方法包括在自然通风尿素塔中进行尿素造粒，并在所述造粒塔的顶部上利用所述文氏管喷射器进行文氏管洗涤，其中在至少一个文氏管喷射器的出口处的静态压力大于该文氏管喷射器的入口处的静态压力。洗涤液的优选初始速度和比率可有助于在文氏管喷射器的此类出口处的此类有利的静态压力。
优选地，至少一些或所有文氏管喷射器被基本上水平地布置，例如，用于基本上水平地流过咽喉部，例如以小于20°或小于10°至水平的角度。这实现了紧凑设计。还可能的是，例如至少一些或所有文氏管喷射器具有竖直取向。在这种情况下，文氏管喷射器被布置用于向下流过咽喉部。这实现了小压降。
任选地，该方法包括使第一文氏管喷射器上游的气体流淬火，例如通过至少10℃或至少20℃的温度降低或达到低于60℃、或50℃或更低的气体温度，例如通过喷施水性溶液和蒸发至少一些水来实现。任选地，淬火喷雾溶液包含至少10重量％，或至少20重量％或至少30重量％的溶解材料，例如尿素。任选地，淬火喷雾溶液至少部分地从诸如第一文氏管级的再循环文氏管洗涤液获得。任选地，淬火喷雾溶液基本上由水组成。淬火溶液例如被喷施为细雾和/或处于横流或并流。
任选地，气体在第一文氏管级和第二文氏管级之间和/或在第二文氏管级之后通过液滴去除装置，诸如除雾器。任选地，该方法包括进一步的下游颗粒捕集和/或气体处理步骤。
在一些实施方案中，该方法在造粒塔的顶部处进行，更优选地在尿素造粒塔的顶部上进行。优选地，将至少文氏管喷射器放置在造粒塔，具体地讲是尿素造粒塔的顶部上或顶部处。
任选地，该方法包括一个或多个洗涤步骤，包括用洗涤液洗涤气体流，例如通过喷施。该方法任选地包括使气体流通过第三文氏管级，例如第三文氏管喷射器或(高能量)文氏管洗涤器。第三文氏管级可以例如定位在第一文氏管喷射器级与第二文氏管喷射器级之间或在第二文氏管喷射器级下游。任选的第三文氏管级可例如用包含酸性试剂的洗涤液来操作。在一些实施方案中，牵拉基本上由文氏管喷射器提供。在该方法中，将亚微米颗粒从气体流中去除。一般来讲，还去除大于1μm的颗粒。也可去除诸如氨之类的可溶性气体。
本发明还涉及一种气体流处理方法，该方法包括相继地：
A.提供气体流，该气体流优选包含或基本上由来自尿素整理区段，更优选地尿素造粒塔，优选地来自自然通风尿素造粒塔的废气组成，
B.将优选地包含20重量％至55重量％的尿素的水性溶液喷施到气体流中，任选地冷却至少10℃或至少20℃或达到低于50℃的温度，优选地处于横流或并流，
C.使气体流通过具有咽喉部的第一喷射器文氏管洗涤器，其中优选地包含20重量％至55重量％的尿素的含水洗涤液在咽喉部的方向上喷施到气体流中，
D.将水性溶液喷施到气体流中，优选地处于并流或横流，优选地利用包含0重量％至5重量％的尿素并且任选地包含酸的溶液，例如用水进行喷施，
E.任选地使气体流通过除雾器，
F.使气体流通过具有咽喉部的第二喷射器文氏管洗涤器，其中优选地包含0重量％至5重量％的尿素的含水洗涤液在咽喉部的方向上喷施到气体流中，
G.任选地将任选地包含0重量％至5重量％的尿素和/或包含酸性或碱性试剂的水性溶液喷施到气体流中，任选地处于并流、横流或对向流，以及
H.任选地使气体流通过颗粒去除装置，诸如除雾器。
通常，这种优选的方法包括使气体流在至少一个文氏管级之后通过至少一个除雾器。优选地，该方法在造粒塔(例如，自然通风造粒塔)顶部上的系统中进行，其中该系统包括文氏管级。优选在喷施步骤D、第二文氏管级步骤F和/或步骤G中，该溶液和/或液体包含小于2重量％的尿素，例如从0到小于2重量％的尿素，诸如0至1.50重量％的尿素，并且任选地由水组成。在步骤D和G中，任选地还在F中，具有相对低尿素浓度的液体可促进水在亚微米尿素颗粒上的冷凝，导致颗粒生长和在诸如步骤F和H中的颗粒捕集装置中更好的去除。优选地在这些步骤D、F和/或G中蒸发至少5g水/Nm3。任选地，例如在步骤C和D之间包括另外的步骤，例如在步骤D上游的除雾步骤。可以连续地执行一个或多个或全部所述步骤。
在步骤E和H中，除雾器独立地为例如针织线除雾器、(素线)丝网除雾器，和/或挡板除雾器，例如波纹板，具体地讲为人字形形状的挡板除雾器。针织线丝网除雾器尤其适用于具有3至20μm尺寸的液滴，并且通常用于拦截。分离效率例如从3μm液滴的90％下降至小于1μm的液滴的小于20％。典型的挡板除雾器可去除99％的10μm及更大的颗粒，特别是在较低的压力下。挡板除雾器基于惯性撞击。挡板除雾器在较高的速度和更大的液滴尺寸上比丝网除雾器更有效。例如在较高的气体速度下，丝网除雾器发生二次夹带。
优选地，在步骤E和/或H中，使用挡板型除雾器。例如，通过上游文氏管喷射器和步骤E、步骤H或E和H中的每一个的优选挡板型除雾器上游的喷施(优选同向喷施，特别是对于步骤E或步骤E和H两者)，颗粒生长至允许在步骤E和H中良好地去除的液滴直径，诸如10μm以上，特别是对于步骤H，本发明还涉及包括这些步骤A至H的气体流处理方法，优选使用所述的文氏管喷射器，其中洗涤液具有至少25m/s的初始速度，并且其中洗涤液和气体流量的比率介于0.0005和0.0015(m3/h)/(m3/h)之间。步骤A任选地包括在尿素造粒塔(诸如强制通风尿素造粒塔、诱导通风尿素造粒塔和优选地自然通风尿素造粒塔)中进行尿素造粒的步骤，通常包括将空气供应到所述造粒塔并从尿素造粒塔的顶部处的分配器喷施尿素溶液(例如尿素熔体)，从而固化尿素，获得包含固体尿素的颗粒，从而在所述尿素造粒塔的顶部部分处得到废气流作为步骤A的所述气体流。
本发明通常还涉及包括至少一个文氏管喷射器的气体流处理系统。文氏管喷射器可包括文氏管洗涤器及其上游的喷嘴，所述喷嘴被引导至文氏管洗涤器的咽喉部，还包括与所述喷嘴流体连接的泵，该泵用于将供应至所述喷嘴的至少液体加压。例如，可以使用具有圆形咽喉部以及具有矩形咽喉部的文氏管喷射器。
该系统优选地包括串联的两个文氏管喷射器级，优选地如所述。每个文氏管喷射器级通常包括文氏管喷射器，其包括会聚部分、咽喉部和发散部分，以及用于喷施到所述咽喉部中的喷嘴。优选地，所述文氏管级相对于气体流彼此串联放置，其中任选地在它们之间具有一个或多个中间步骤，诸如喷施步骤和/或除雾步骤。优选地，该系统被放置在尿素造粒塔，尤其是自然通风尿素造粒塔的顶部上。
在一种可能的构造中，气体垂直向下流过气体流处理区段的文氏管喷射器，如果设备尺寸不是限制因素，则这是优选的。优选地，包括串联的两个文氏管喷射器的气体流处理区段具有一种构造，其中所述文氏管喷射器水平布置，以获得所需的小设备尺寸。因此，优选用于根据本发明的方法的一种优选气体流处理系统包括串联的两个文氏管级，其中所述两个文氏管级中的每一个包括水平放置的文氏管喷射器，该文氏管喷射器包括会聚部分、咽喉部和发散部分，以及用于喷施到所述咽喉部中的喷嘴，其中所述文氏管级彼此重叠放置。喷施包括例如注入液体射流，该液体射流分解成喷雾，使得喷雾被提供到所述咽喉部中。优选地，水平放置的文氏管喷射器至少部分地延伸到(例如，竖直)洗涤柱中。优选地，文氏管喷射器至少部分地或完全在除雾器中的一个的下方或上方延伸，并且/或者在用于收集此类洗涤柱的液体的至少一个水池(贮存器)上方延伸。优选地，两个文氏管级通过洗涤柱连接。优选地，该系统包括整合在单个壳体中的两个相邻的洗涤柱，例如利用将壳体(例如容器)分成至少两个洗涤柱的竖直壁，其中所述洗涤柱被构造用于向上通过此类洗涤柱的气流。
优选的气体流处理系统包括串联的两个文氏管级，其间有喷雾区段，其中喷雾区段更优选地用于喷施细雾，以便提供在文氏管级下游和文氏管级上游的喷雾液体的蒸发。任选地，该系统包括与用于提供压缩空气的双流体喷嘴流体连通的压缩机。优选地，气体流处理系统包括两个文氏管级之间的除雾器，并且优选地为第二文氏管级下游的第二除雾器。任选地，这些特征与具有水平放置的文氏管喷射器的前述系统组合。
优选地，每个文氏管级包括洗涤液再循环回路，具体地讲包括用于将洗涤液加压和再循环到所述喷嘴的泵。优选地，文氏管级具有单独的再循环回路。单独的再循环回路允许每一级的洗涤液具有不同化学组成。再循环回路可包括从收集有洗涤液的收集盆或贮槽到一个或多个喷雾嘴的流体连通管线。
在可组合的另一个优选实施方案中，气体流处理系统包括水平放置的喷射器文氏管洗涤器，其包括开放式会聚管或管道部分、咽喉部和开放式发散部分和定位在所述会聚部分内的喷雾嘴，所述喷雾嘴用于喷施到所述咽喉部中，并且其中所述会聚部分的开口端为待处理的气体流的气体入口。
优选地，该系统包括在第一文氏管级和下游第二文氏管级之间的喷雾器，其用于喷施水性溶液，该水性溶液的水浓度高于第一文氏管级的洗涤液的浓度(即，较低浓度的溶解颗粒物质)。
任选地，该气体流处理系统具有与尿素整理区段的流体连接，具体地讲用于尿素造粒塔的尿素制粒区段的废气。任选地，该气体流处理系统位于尿素造粒塔的顶部处，诸如在塔的顶部上。
本发明还涉及一种尿素造粒塔，优选自然通风尿素造粒塔，其具有气体流处理系统，该气体流处理系统包括造粒塔的顶部处的文氏管喷射器，更优选地包括串联的两个文氏管喷射器，并且甚至更优选地如上所述的气体流处理系统。优选地，该气体流处理系统包括被配置用于除尘的区段和用于酸性洗涤的下游区段，其中两个区段都定位在尿素造粒塔的顶部处。在造粒塔的顶部处的气体处理系统为例如这样的气体处理系统，其入口所在的高度高于造粒塔的废气出口5m以内或低于造粒塔的废气出口5m以内。
任选地，该气体流处理系统不包括风扇或鼓风机。优选地，该系统不包括用于产生气体流的压降的风扇或鼓风机。
本发明的方法和系统的优点包括低压降、良好的亚微米颗粒去除效率，以及紧凑的设计。可使用紧凑的设备例如泵来有效地对液体诸如再循环洗涤液进行加压。用压缩空气雾化液体也可使用紧凑的设备例如压缩机来有效地完成。另一个有利的性能是通过优选包括多个级来实现，这些级采用逐步减少浓缩的水性溶液(例如降低尿素浓度)来促进通过在亚微米颗粒表面上冷凝而实现的颗粒生长。
本发明还涉及一种改造现有工厂的方法，所述现有工厂诸如尿素整理区段和/或造粒塔，具体地讲为尿素造粒塔，优选地为自然通风尿素造粒塔，该方法包括加装气体流处理系统，该气体流处理系统优选地具有串联的两个文氏管喷射器级，优选地为如上所述的气体流处理系统。本发明还涉及一种改造现有的尿素整理区段和/或造粒塔，具体地讲为现有的尿素造粒塔，优选地为自然通风尿素造粒塔的方法，该方法包括加装气体流处理系统，该气体流处理系统优选地在造粒塔的顶部上包括文氏管喷射器。优选地，气体流处理系统包括串联的两个文氏管级。优选地，该系统是如描述的系统和/或用于所描述的方法的系统。本发明还涉及一种改造具有文氏管喷射器的现有的尿素整理区段的方法，该方法包括加装与所述文氏管喷射器串联的文氏管喷射器。
现在总体参考附图，这些图示用于描述本发明的优选实施方案，并且示出了所述系统和方法的优选特征，并且不旨在限制本发明。
图1示出了本发明的一个非限制性实施方案。容器1包含所有部件。容器1包含基本上由水平文氏管喷射器3和6连接的第一垂直柱A和第二垂直柱B。第一柱A具有气体入口18。提供了用于气体流(例如，在90％至110％的环境压力下)的入口区2，其具有喷雾嘴10。喷雾嘴10处于气体流横流并且向下喷施。喷雾器10可喷施从贮存器4获得的溶液。喷雾嘴10可提供对气体流的淬火。喷雾嘴10可提供水在亚微米颗粒上的冷凝和/或提供洗涤。具有捕集和溶解的颗粒的喷雾液体被收集在喷雾嘴10下方的贮存器4中。还提供了文氏管喷射器3，例如文氏管排放器3。文氏管喷射器3包括喷嘴11。喷嘴11将来自会聚管部分的洗涤液喷施到文氏管喷射器的咽喉部15。喷射器3的会聚部分的气体入口开口17平行于咽喉部15的开口，这些开口是竖直的。喷射器3具有水平取向。虚线16指示气体入口区2的气体入口18，喷射器3的气体入口和文氏管喷射器3的气体出口在公共管线上具有中心，这有助于降低压降。喷嘴11定位在会聚管部分内部，在文氏管喷射器3的气体入口17的下游并与之间隔开。在气体入口区2的底部处，提供了浓缩水贮存器4。贮存器4例如用于再循环具有相对较高尿素浓度的尿素溶液。可从再循环物流中回收吹洗流。再循环流向喷嘴10。这样的贮存器4B也被提供在第二柱B中，例如用于再循环在喷嘴11中用作洗涤液的尿素溶液。例如使用除雾器5(例如挡板型除雾器)去除了从喷射器3的出口获得的流中的液滴。包括捕集的尿素的液体被收集在贮存器4B中。贮存器4B中的液体任选地与来自贮存器4A的液体(例如，如果贮存器4B和4A合并)一起通过回路19再循环到文氏管喷射器3的喷嘴11(通过加压)并且任选地再循环到喷雾嘴10。从贮存器4B回收吹洗流并处置。除雾器5还可包括丝网。在除雾器5的上游，提供了喷雾嘴14。
这些喷嘴14任选地在与气流的同向的方向上喷施，并且任选地为细雾，例如具有小于300μm或小于200μm的液滴尺寸。它们通常喷施稀释水(例如，低尿素浓度)，例如来自贮存器7的稀释水。除雾器5上游的喷雾嘴14例如喷施包含小于5重量％的尿素的水性溶液，诸如基本上水。文氏管喷射器3或所述喷雾嘴14与第二文氏管喷射器6或除雾器5之间的隔室优选地提供足够的停留时间以允许蒸发例如至少50重量％的喷雾水，并且优选地用于在亚微米颗粒上冷凝。
还提供了用于利用稀洗涤液进行喷施的第二文氏管排放器6。喷嘴12的布置与排放器3的布置相同，因此平行于气流。还提供了稀释水贮存器7。贮存器7可设置有再循环回路，该回路包括通向排放器6的喷雾嘴12的泵。还提供了除雾器8，例如挡板型除雾器，以用于消除液滴，例如在文氏管排放器中形成的液滴。除雾器8可以包括丝网、人字形，或每一种的组合。除雾器8被示为具有水平布置。除雾器的任何布置(包括竖直布置)也是可能的。
本发明还提供了所述除雾器8上游的洗涤器13，例如丝网，用于将液体对向地喷施到所述气流中。喷嘴13也可以进行横流和并流喷施。喷雾器也可被引导至除雾器，用于清洁除雾器8。贮存器7收集来自排放器6的液滴和来自所述洗涤器14的液滴。可例如通过将来自贮存器7的吹洗流供应到贮存器4来处置该吹洗流，考虑到来自贮存器4的液体在例如喷雾器2中的蒸发。酸性或碱性试剂任选地用于在文氏管排放器6下游的洗涤器13中进行洗涤。在这种情况下，来自贮存器7的吹洗流优选地不被供应到贮存器4，而是被单独地处置。更优选地，洗涤器13使用酸性洗涤溶液，诸如(稀)硝酸或硫酸，用于酸性洗涤以去除氨。还提供了用于排气至环境的出口导管9。
在操作中，装载颗粒的气体进入入口区2，其中热气体最初通过来自喷雾嘴10的颗粒浓缩水(例如含水尿素溶液)的蒸发来冷却。气体进入第一文氏管排放器3，其中来自通过喷嘴11的喷施洗涤液的液体动力将气体向前推进而不需要压降。在第一文氏管排放器3中，用洗涤液洗涤气体。基于洗涤液的部分水蒸气压，气体流通常用水饱和或变得用水饱和。收集粗颗粒并将其溶解到水中，然后使其在浓缩水贮存器4中进一步浓缩。包括液滴的气体流离开第一文氏管排放器3并经过除雾器5(包括喷雾/洗涤14)。然后气体流进入第二文氏管喷射器6。来自喷雾嘴12和除雾器5的液体以及来自文氏管喷射器3的出口的液体被收集在洗涤柱B底部处的贮存器4中。贮存器4中的水包含例如至少40重量％的溶解材料和例如至少80重量％的总去除的颗粒物质(包括在喷雾器2中洗涤的)。在第二文氏管排放器6中，任选地至少一些水蒸发，任选地使气体用更多水饱和。在每个文氏管排放器中，气体和液体混合，并且通常颗粒被夹带在液滴中，并且液滴从文氏排放器下游的气体流中被去除。气体继续经过第二除雾器8(包括喷雾13)，然后在出口导管9处离开洗涤器。从除雾器8获得的液体被收集在贮存器7中，并且可再循环至文氏管喷射器6。贮存器7中的液体包含例如小于5重量％的尿素和例如小于20重量％的从气体流中去除的总尿素。如果将酸性洗涤用于喷嘴13，则液体7包含铵盐，在这种情况下，来自贮存器7的吹洗流不被供应到贮存器4，而是被单独地处置。
文氏管排放器(3,6)优选安装在水平位置，从而允许使高度最小化的紧凑设计，并优选地彼此重叠以减少占用空间。
洗涤器壳体和文氏管排放器的构造的材料任选地为轻质材料，诸如FRP(纤维增强塑料)。
洗涤器上方的压降通常小于250Pa，但可以是零，具体取决于入口和出口管道压降。在许多情况下，将存在净压力增益，例如至多500Pa或甚至更高，其中出口压力高于入口压力。
图2示出了一种实施方案，其中该系统包括多个平行的文氏管喷射器(3)，和具有多个并联的文氏管喷射器(6)的第二文氏管级。在本文中，洗涤柱和文氏管喷射器被集成在单个壳体(1)中。文氏管喷射器(3)在除雾器(5)和/或贮存器(7)下方水平地延伸。第二文氏管喷射器(6)级在除雾器(5)和/或贮存器(7)上方水平地延伸。在两个部分之间提供了壁，所述壁在两侧与工艺流接触，分离两个半块，并且仅允许气体从一侧穿过文氏管喷射器(3,6)流到另一侧。文氏管喷射器(3,6)的发散部分21在上侧处提供，具有用于气体/液体分离的弯头22，该弯头具有在发散部分21端部和竖直分离壁24之间的底部出口23。
图3示出了来自造粒塔的废气中尿素粉尘的典型颗粒尺寸分布和累积质量。
图4示出了来自尿素造粒机的废气中尿素粉尘的典型颗粒尺寸分布和累积质量。
实施例1
现在将通过一个不限制本发明的实施例进一步说明本发明。作为一个优选实施方案的一个示例，提出了一种造粒塔，其具有需要洗涤的装载尿素的气流。离开造粒塔的空气的温度为80℃，水蒸气的摩尔分数为2％，并且尿素粉尘的浓度为25μg/g气体流。提供了文氏管排放器(喷射器)喷雾，其通过蒸发直到空气流饱和并且水不再蒸发来冷却空气。使用热力学计算与蒸气特性表的组合，确定这将在33℃的最终气体温度下发生，并且当使用纯水时，水蒸气摩尔分数为2.5％。对于该拟议计划，蒸发的水的量被计算为0.03kg/Nm3气流。然而，在实践中，文氏管排放器喷雾将被回收，直到尿素浓度接近45重量％。在该尿素浓度下，水的蒸气压成比例地减小。使用拉乌尔定律，重复上面的计算，发现新的饱和气体温度为37℃，水蒸气的摩尔分数为2.2％。即使饱和温度高4℃，气态水的摩尔分数减少超过10％。对于拟议计划，据预测每Nm3气流中仅有0.02kg的水蒸发。在浓缩的文氏管排放器喷雾的下游，当气体暴露于稀释水(例如，具有较低尿素浓度的含水尿素溶液，诸如基本上不含尿素)时，饱和条件将与第一种情况相匹配，使得额外蒸发0.01kg/Nm3。通过使用优选地为至少0.2秒，或优选地0.3秒的第二稀释水喷雾器，促进了稀释文氏管排放器(第二文氏管级)上游的亚微米颗粒生长。这改善了例如文氏管排放器中的颗粒捕集。稀释水喷雾器例如被实现为在第一文氏管级下游和第二文氏管级上游的除雾器中进行喷施，以允许实现在亚微米颗粒上冷凝。第一文氏管级上游的淬火喷雾器可促进在亚微米颗粒的初始冷凝。
虽然在附图和以上说明中详细地说明并描述了本发明，但是这种说明和描述应被认为是说明性或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施方案。
通过研究附图、本公开内容和所附权利要求书，实践受权利要求保护的本发明的本领域技术人员可理解并实施所公开实施方案的其它变型。在权利要求书和说明书中，词语“包括”并不排除其它要素或步骤，并且不定冠词“一个”或“一种”并不排除复数。术语诸如“通常”、“一般”、“典型地”、“特别地”、“可以”、“可能”和“适当地”表示在某些实施方案中可以省略并且可以与优选特征组合的非必要特征。本发明的某些特征在相互不同的从属权利要求中引用的这一不争事实并不表明这些特征的组合不能被有效利用。所述方法的特征可与所述系统的特征组合，并且实施方案的特征可与附图中所示的特征组合。优选的方法可例如在优选的系统和设备中进行。

Claims (23)

1.一种用于从包含亚微米颗粒的气体流中去除亚微米颗粒的方法，所述流为来自尿素整理的废气，所述方法包括：使所述气体流在文氏管喷射器中与注入的高速洗涤液接触以提供泵送作用，其中所述洗涤液具有至少25m/s的初始速度，并且其中洗涤液和气体流量的比率介于0.0005和0.0015(m3/h)/(m3/h)之间，由此所述方法包括在串联的两个文氏管级中的处理，其中所述两个文氏管级中的每一个包括水平放置的文氏管喷射器，其中所述文氏管级彼此重叠放置，并且由此所述两个文氏管级由洗涤柱连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体流是来自尿素造粒机的废气。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体流是来自尿素造粒塔的废气。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中第一文氏管喷射器和下游第二文氏管喷射器之间的停留时间为至少0.4s。
5.根据权利要求4所述的方法，其中第一文氏管喷射器和下游第二文氏管喷射器之间的停留时间大于0.8s。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述气体流包含大于20mg/Nm3的亚微米颗粒浓度。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述文氏管喷射器包括喷嘴，所述喷嘴被定位用于在与通过所述文氏管喷射器的气体入口的气流平行的方向上喷施洗涤液。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中向所述洗涤液中添加碱性试剂。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中向所述洗涤液中添加酸性试剂，所述酸性试剂选自：乙酸、硼酸、碳酸、柠檬酸、盐酸、氢氟酸、硝酸、草酸、磷酸、硫酸以及它们的混合物。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述方法包括均在自然通风尿素造粒塔的顶部处执行的酸性洗涤和除尘。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括在自然通风尿素塔中进行尿素造粒的步骤，并且其中所述文氏管喷射器定位在所述造粒塔的顶部处，并且其中在至少一个文氏管喷射器的出口处的静态压力大于所述文氏管喷射器的入口处的静态压力。
12.一种气体流处理方法，包括相继地：
A)提供包含来自自然通风尿素造粒塔的废气的气体流，
B)将水性溶液喷施到所述气体流中，
C)使所述气体流通过具有咽喉部的第一喷射器文氏管洗涤器，其中将含水洗涤液在所述咽喉部的方向上喷施到所述气体流中，
D)将水性溶液喷施到所述气体流中，以及
F)使所述气体流通过具有咽喉部的第二喷射器文氏管洗涤器，其中将含水洗涤液在所述咽喉部的方向上喷施到所述气体流中。
13.一种用于从气体流中去除亚微米颗粒的方法，包括相继地：
-提供包含来自尿素造粒塔的废气的气体流，
-将包含20重量％至55重量％尿素的水性溶液喷施到所述气体流中，
-使所述气体流通过具有咽喉部的第一喷射器文氏管洗涤器，其中将包含20重量％至55重量％尿素的含水洗涤液在所述咽喉部的方向上喷施到所述气体流中，
-将包含0重量％至5重量％尿素的水性溶液喷施到所述气体流中并与所述气体流同向，
-使所述气体流通过除雾器，
-使所述气体流通过具有咽喉部的第二喷射器文氏管洗涤器，其中将包含0重量％至5重量％尿素的含水洗涤液在所述咽喉部的方向上喷施到所述气体流中，
-将包含0重量％至5重量％尿素的水性溶液喷施到所述气体流中，以及
-使所述气体流通过除雾器。
14.一种气体流处理系统，包括串联的两个文氏管级，其中所述文氏管级中的每一个包括水平放置的文氏管喷射器，所述文氏管喷射器包括会聚部分、咽喉部和发散管部分，以及用于喷施到所述咽喉部中的喷嘴，其中所述文氏管级彼此重叠放置，并且其中每个文氏管级包括洗涤液再循环回路，所述洗涤液再循环回路包括用于将洗涤液加压并再循环至所述喷嘴的泵，其中所述文氏管级具有分离的再循环回路，并且所述气体流处理系统还包括在第一文氏管级和下游第二文氏管级之间的喷雾器，所述喷雾器用于喷施具有高于所述第一文氏管级的所述洗涤液的水浓度的水性溶液。
15.一种具有气体流处理系统的尿素造粒塔，所述气体流处理系统包括在所述造粒塔的顶部处的文氏管喷射器，其中所述气体流处理系统为根据权利要求14所述的气体流处理系统。
16.一种自然通风尿素造粒塔，所述自然通风尿素造粒塔在所述造粒塔的顶部处具有气体流处理系统，其中所述气体流处理系统包括串联的至少两个文氏管喷射器洗涤器。
17.根据权利要求16所述的自然通风尿素造粒塔，其中所述气体流处理系统为根据权利要求14所述的气体流处理系统。
18.一种改造现有造粒塔的方法，包括在所述造粒塔的顶部上安装根据权利要求14所述的气体流处理系统。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述现有造粒塔是自然通风尿素造粒塔。
20.一种尿素造粒塔，所述尿素造粒塔在所述造粒塔的顶部处具有气体流处理系统，
其中所述气体流处理系统包括串联的两个文氏管级，其中所述文氏管级中的每一个包括水平放置的文氏管喷射器，所述文氏管喷射器包括会聚部分、咽喉部和发散管部分，以及用于喷施到所述咽喉部中的喷嘴，
其中所述文氏管级彼此重叠放置，并且其中每个文氏管级包括洗涤液再循环回路，所述洗涤液再循环回路包括用于将洗涤液加压并再循环至所述喷嘴的泵，其中所述文氏管级具有分离的再循环回路。
21.根据权利要求16所述的自然通风尿素造粒塔，其中所述气体流处理系统包括串联的两个文氏管级，其中所述文氏管级中的每一个包括水平放置的文氏管喷射器，所述文氏管喷射器包括会聚部分、咽喉部和发散管部分，以及用于喷施到所述咽喉部中的喷嘴，
其中所述文氏管级彼此重叠放置，并且其中每个文氏管级包括洗涤液再循环回路，所述洗涤液再循环回路包括用于将洗涤液加压并再循环至所述喷嘴的泵，其中所述文氏管级具有分离的再循环回路。
22.一种改造现有造粒塔的方法，包括在所述造粒塔的顶部上安装气体流处理系统，
其中所述气体流处理系统包括串联的两个文氏管级，其中所述文氏管级中的每一个包括水平放置的文氏管喷射器，所述文氏管喷射器包括会聚部分、咽喉部和发散管部分，以及用于喷施到所述咽喉部中的喷嘴，
其中所述文氏管级彼此重叠放置，并且其中每个文氏管级包括洗涤液再循环回路，所述洗涤液再循环回路包括用于将洗涤液加压并再循环至所述喷嘴的泵，其中所述文氏管级具有分离的再循环回路。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述现有造粒塔是自然通风尿素造粒塔。
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