CN116655136A - 一种尿素解析废液回用工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种尿素解析废液回用工艺，具体包括以下步骤：尿素解析液先经除铁吸附器除去铁，再经软化器除去钙镁硬度后送至水箱，从水箱在经解析泵送至解析器除氧，加药后再通过给水泵送去夹套锅炉回用。本发明优点在于：较好解决了低温水解尿素，防止产生缩二脲及防止在受热面、蒸汽管部位结垢和腐蚀的几大技术难题，为更好的利用和处理解析废液开创了一条新路子，可为化肥企业进行水处理技术服务，不但适合处理解析液，同时也可兼容处理甲醇废液，一处装置处理二种废水，投资少、上马快、效果好，靠现有条件，不作大的投资，彻底解决了解析废水的处理，将其回取替脱盐水，用于造气夹套，年直接收益数拾万元，又有环保效益和社会效益。

Description

一种尿素解析废液回用工艺

技术领域

本发明涉及一种尿素解析废液回用工艺。

背景技术

尿素，化学名称为脲或碳酰胺，结构式H2N-C-NH2，分子式CH4ON2，是一种广泛使用的氮肥。尿素含氮量46％以上，超过任何固体氮肥，利于运输、贮存、使用。又因其为中性肥料，不会残留在土壤中，可适合各种土壤使用。工业上也有不少用途，也是一种重要的化工原料。

尿素在生产中会产生反应生成水，加上外部引入水和水蒸气，这些水最后带入蒸发工段被蒸发并冷凝成为解析废水。一般每产1吨尿素会产生380-530kg冷凝水。这部分水中经处理后外排时，水中物质一般含尿素1％左右，氨0.05％左右，及少量CO2和缩二脲。习惯上，将这部分冷凝水叫做尿素解析废水，由于含有尿素及少量氨，成了尿素厂主要外排水NH3-N污染源，严重污染当地水体，使接受水体富营养化，危及水生物生存，是化肥厂重点治理项目。

前期，开发出“深度水解工艺”，利用解析和水解原理，将尿素水解为NH3，CO2解析出NH3，提浓回收使用，将解析液中NH3含量可降至几个PPm，使废液的处理和氨的回收同步。不失为一种好工艺，已为部分企业采用。但处理设备投资较多，使部分企业徘徊，苦于暂无替代方案供选择。

如何提供一种尿素解析废液回用工艺来解决上述问题成为研究方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种尿素解析废液回用工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种尿素解析废液回用工艺，具体包括以下步骤：尿素解析液先经除铁吸附器除去铁，再经软化器除去钙镁硬度后送至水箱，从水箱在经解析泵送至解析器除氧，加药后再通过给水泵送去夹套锅炉回用。

本发明优点在于：本工艺较好解决了低温水解尿素，防止产生缩二脲及防止在受热面、蒸汽管部位结垢和腐蚀的几大技术难题，为更好的利用和处理解析废液开创了一条新路子，可为化肥企业进行水处理技术服务，不但适合处理解析液，同时也可兼容处理甲醇废液，一处装置处理二种废水，投资少、上马快、效果好，靠现有条件，不作大的投资，彻底解决了解析废水的处理，将其回取替脱盐水，用于造气夹套，年直接收益数拾万元，又有环保效益和社会效益，是一个三赢的方案，也为化肥企业治理这部分污水时，增加了一种新的选择。

附图说明

图1是本发明一种尿素解析废液回用工艺的工艺流程图。

具体实施方式

下面用具体实施例说明本发明，并不是对本发明的限制。

实施例

一种尿素解析废液回用工艺，具体包括以下步骤：尿素解析液先经除铁吸附器除去铁，再经软化器除去钙镁硬度后送至水箱，从水箱在经解析泵送至解析器除氧，加药后再通过给水泵送去夹套锅炉回用。

催化除氧剂与水的使用比是1吨水加20-50克,缓蚀分散剂与水的使用比是1吨水加100-150克，气相保护剂与水的使用比是1吨水加3-5克。

从解析液成份分析可以看出，此水质属有腐蚀性兼有结垢倾向的水质,

新工艺中“处理回用”就是指将解析液进行针对性的除铁、催化、降氧并进行加药，降硬缓蚀等综合处理，利用夹套或余热炉，进行低压反应和低温催化(即双低法)，将水中尿素水介解吸而除去之方法。具体为双低催化，抓好二个平衡，是本技术之关键。

“二个平衡”，一个平衡是利用加分散干扰剂及调整夹套内炉水水质成份，防止在夹套内生成难于清除的缩二(或三)脲，并使尿素水解速度满足不在夹套炉水内积存的条件。达到尿素和NH3，CO2的液相、气相的水质浓度在一定范围内达到动态平衡。

第二个平衡是指造气循环水中NH3-N平衡，解析出NH3，随半水煤气进入夹套燃烧层，95％以上NH3经高温反应生成氧、氮合化物，余少量NH3会被洗气水吸收生成NH4OH进入造气循环水，反应如下：

NH3+H2O→NH4OH

生成的少量NH4OH对造气循环水防止结垢大有好处。而新增加的NH3-N，又会在造气循环水系统中，部分被冷却塔以游离氨形式吹脱，部分在系统中生存的好氧菌、厌氧菌硝化和反硝化的作用下，分解成无害的氮，靠自身的反应，使造气水中NH3-N浓度保持动态平衡。不会无限累积，这已被多家实践所证实。

本发明新工艺实施必需解决的几个难点：

尿素水解速度及防止缩二(或三)脲的生成

(1)尿素的水解控制采用双低法处理

解析液中含量最大的是尿素，一般在1％左右，尿素水解反应如下：

NH2CONH2+H2O＝NH4COONH2＝2NH3+CO2

尿素水解在夹套炉水中因水温低反应较慢，先生成氨基甲酸胺，最终生成NH3和CO2，再解吸至气相中带出炉内。在温度较低，水解反应速度较慢。在高温下(如200℃)反应快，但要完全水解至痕量，也需20-30分钟，

在一定温度下，尿素水解速度与其浓度成正比，浓度高反应速度加快，实验公式供参考：

CO/C＝ekr

K＝1.1365×1012e－T

式中:

CO—r为O时尿素初始浓度

C—经过r时残余尿素浓度

K—尿素水解反应速度常数

r—水解时间

T—水解温度K

依据计算及试验，找出了尿素水解的最佳条件，一是调控炉水中尿素、氨及气相中NH3、CO2浓度，使液相浓度大于气相，利于解析出NH3、CO2，离平衡点越远，推动力越大，越利于水解和解析。二是将水通过装有部分复涂催化剂的过滤器及部分外加药剂进行处理，利于水解速度的加快。最终使炉水中残余尿素浓度调整至接近进水中尿素浓度，二者形成动态平衡，不会造成炉水中尿素浓度的富集，使水解解析正常进行，不影响生产。较好解决了尿素在低压、低温下的水解正常进行的难题。以适应利用夹套水低温110～120℃的具体条件，来水解解析废液中的尿素。

(2)缩二脲的产生与防止

由于尿素在夹套炉水内水解不彻底，在高温、低压下长期加热，易促成缩二(或三)脲的生成，一旦生成，坚硬的固体结晶物质极难清除。使造气炉报废，危及生产。

缩二脲分子式：NH2CONHCONH2

尿素的缩合反应简写如下：

2尿素＝缩二脲+NH3

3尿素＝缩三脲+2NH3

从以上简式可以看出，保持一定NH3含量，使反应向左移，不易产生缩合反应。同时又加入一定量的分散干扰剂，不使产生缩二(或三)脲，从而确保了安全。

2.3.2结垢的产生及防止

夹套及余热锅炉均属低压锅炉，应执行低压锅炉的水质标准，GB1576-85国家标准中规定，压力＜1.0mpa锅炉给水悬浮物＜5mg/L，硬度＜0.03mgN/L(新标准＜0.02mgN/l)PH＞7.0，溶解氧＜0.1mg/L。

对比解析废水水质分析可发现，解析废水中硬度、Fe、O2、SS均超标，会产生结垢及腐蚀，应给予除去。

1、结垢的原因及防止

水垢的产生：

废水中硬度超标20～60倍，会在受热面产生水垢，影响传热，严重时会鼓泡、变形，甚至爆破。水中硬度由Ca、Mg组成，同HCO3结合成Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2，受热后发生分解。

Ca(HCO3)2→CaCO3↓+H2O+CO2↑

Mg(HCO3)2→Mg(OH)2↓+CO2↑

产生的碳酸钙溶解度较小，会成晶体态附在受热面上，生成水垢。水垢的传热是钢铁的几十至几百分之一，一旦生成，轻则费煤，重则威胁安全生产。

解决办法是采取向炉内处理加药剂方法，使进入炉内的少量Ca2+、Mg2+生成碱性磷灰石水渣，可随排污排出，只要维持少量PO43-，炉内不会结垢。

铁垢的产生：

锅炉补充水Fe含量＜0.1mg/L为好，反观两种废水中Fe均大，这是由于废水流经不少设备及管路又未除氧，发生了氧腐蚀，其产物即为氧化铁，如不处理，带入锅炉，会在热负荷高的部位生成坚硬的氧化铁垢，

研究表明，当炉管内局部负荷达到3.5×105W/m2时，炉水总铁超过0.1mg/L，就会产生氧化铁垢。

铁垢也同水垢一样，会影响传热及引起炉管爆破。防止方法：将给水中Fe除至＜0.1mg/L，即不会产生危险。

腐蚀的原因及防止：

CO2的腐蚀及防止

解析液中碳酸盐含量高，加热后会分解出大量CO2，而尿素水解时又产生大量CO2，两项相加总CO2浓度6000～7000mg/L。CO2为非极性物质，呈弱酸性。

水解出大量CO2，和水反应生成HCO3及H+

CO2+H2O→H++HCO3－

水中H+的增多，会发生氢的去极化腐蚀，这种腐蚀产物粗松，不会在金属面上形成保护膜，CO2会继续对锅炉及蒸汽管路造成腐蚀危害。

如水中即有CO2，又有O2，则腐蚀还会加剧(两种废水均具备这些条件)，如不进行有效的除氧处理，而采取直接使用，会产生严重腐蚀后果，

这是因为O2的电极电位高，易形成阴极，侵蚀性强，而CO2使水呈微酸性，破坏保护膜，随着O2的含量补充，腐蚀速度很快。这种溃疡状腐蚀，很快可形成局部穿孔而损坏设备。防止办法是保持炉水PH＞10.0，利用碱性保护膜防止腐蚀。对气侧保护，则采取加气相保护剂方式，不使产生CO2腐蚀。

氧的腐蚀及防止

氧腐蚀是一种最常见又危害很大的腐蚀，在常温下，腐蚀就可发生，

如温度高，腐蚀还会加剧，

夹套用水如不除氧，反应会同图五中密闭系统情况，因氧无处跑，故使腐蚀速度呈直线加速进行。

铁受氧腐蚀是一种电化学腐蚀，反应如下：

Fe→Fe2++2e

氧为阴极，进行还原反应如下：

O2+2H2O+4e→4OH

这是氧的去极化腐蚀，受到氧腐蚀后产生Fe2+

Fe2++2OH－→Fe(OH)2

4Fe(OH)2+2H2O+O2→4Fe(OH)3↓

在低压炉内，其腐蚀产物多为Fe(OH)3，严重时会使炉水呈红色。腐蚀呈溃疡状，局部穿孔，危害极大，严重时数月即可穿孔而损害设备。在CO2同时存在的条件下，腐蚀更会加剧。

解决办法是将进水中O2降至锅炉进水水质规定的标准内(＜0.1mg/L)，再向炉内加入一定的缓蚀剂，防止残O2腐蚀。

氨基甲酸根腐蚀：

尿素水解是先生成氨基甲酸胺，再生成NH3和CO2，这个中间过程产物具有腐蚀性，氨基甲酸根呈还原性，可阻止钝化型金属表面氧化膜的生成，使金属产生腐蚀。

防止结垢，一般采取加药阻垢法，常用药剂有两大类，一类为磷系阻垢剂，此类药剂阻垢靠螯合作用，使碳酸钙晶体不形成，从而达到阻垢目的。在一般冷却水中使用普遍。但用在造气水系统中，就不合适了。这是因为造气水系统水中悬浮物高达150-300mg/L，无数小粉尘将药剂吸附，使药龄由在清水中使用可达1-2天，而在造气水中降至几个小时，必需保持平时药量的几至十几倍才有阻垢效果，这在经济上是绝不可行的。

另一类药剂是加入分散阻垢剂，一般以腐钠系阻垢药剂为主，此法阻垢原理是：利用生成碳酸钙时PH应＞8.3的条件，向水中加入碱性药剂，保持水中PH8.5～9.5，使CaCO3大多在极短时间内析出，无数碳酸钙晶体杂乱无章地堆积在一起，在分散剂的作用下，形成粗松地沉渣沉积池底，达到除垢目的。这种改变水垢形态的阻垢方式，极适于造气循环水，因水中的众多灰尘反而有利于水渣的生成。为提高PH值，化肥厂可以利用有低度氨水的条件，向水中补氨，保持水中PH8.5～9.5，不再另加入Na2CO3。这种处理方式，化肥厂已广泛应用。所以说，洗气塔水中含有尿素水解产物的夹套排污水不会给造气循环水造成氨过量，相反对阻垢有好处。

新工艺靠现有条件，不作大的投资，彻底解决了解析废水的处理，将其回取替脱盐水，用于造气夹套，年直接收益数拾万元，又有环保效益和社会效益，是一个三赢的方案，也为化肥企业治理这部分污水时，增加了一种新的选择。

新工艺中部分氨氮进入造气污水对提高PH，实现阻垢有一定好处，废物得到利用，一举两得。充分利用了造气污水系统中的现有设备条件，实现了氨氮浓度的动态平衡，这种投资少的除氨氮方法，效果显著，处理稳定，不需作大的调整、控制，利于生产。而造气污水池及冷却塔风口处实测NH3-N浓度，同采用“深度水解”处理方法的企业相比，差异不大，证明新工艺从环保角度看也行的。

利用锅炉水处理的常规技术，进行了阻垢、缓蚀、除氧等处理，使其适合夹套使用，确保了设备的安全、经济运行。

在催化作用下充分利用水质调整及加药处理，满足了低压、低温条件下的尿素水解速度同进入炉内的尿素总量相平衡，满足了水解速度大于进入总量的条件，不使夹套内产生尿素的累积和缩二(或三)脲的发生，为安全使用解析废水提供了保证。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种尿素解析废液回用工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：尿素解析液先经除铁吸附器除去铁，再经软化器除去钙镁硬度后送至水箱，从水箱在经解析泵送至解析器除氧，加药后再通过给水泵送去夹套锅炉回用。