CN116829240A - 用于生产尿素颗粒的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生产尿素颗粒的设备(1)，其包括至少一个尿素造粒机(2)、至少一个粉尘洗涤器(3)、至少一个浓缩装置(4)以及至少一个冷凝装置(5)。在该设备中：来自尿素造粒机(2)的废气流(6)可以被给送至粉尘洗涤器(3)；废气流(6)在粉尘洗涤器(3)中被冲洗；来自粉尘洗涤器(3)的至少一种流出物(7)可以被给送至浓缩装置(4)；流出物(7)可以在浓缩装置(4)中被浓缩；在浓缩期间产生的蒸汽(8)可以被至少部分地给送至冷凝装置(5)；并且蒸汽(8)在冷凝装置(5)中被至少部分地冷凝。一种用于生产尿素的设备(1)的特征在于，非水溶性物质、特别是硫在冷凝装置(5)中的可能沉积物可以在操作期间从冷凝装置(5)去除，在该设备中可以尽可能地避免设备部件被非水溶性物质堵塞。

Description

用于生产尿素颗粒的设备和方法

技术领域

本发明涉及用于生产尿素颗粒的设备，该设备具有至少一个尿素造粒机、至少一个粉尘洗涤器、至少一个浓缩装置以及至少一个冷凝装置，其中，来自尿素造粒机的废气流可以被给送至粉尘洗涤器，其中，该废气流在粉尘洗涤器中被冲洗，其中，来自粉尘洗涤器的至少一种流出物可以被给送至浓缩装置，其中，该流出物可以在浓缩装置中被浓缩，其中，在浓缩期间产生的蒸汽可以被至少部分地给送至冷凝装置，并且其中，该蒸汽在冷凝装置中被至少部分地冷凝。

另外，本发明还涉及用于生产尿素颗粒的方法，其中，将来自尿素造粒机的废气流在粉尘洗涤器中冲洗，其中，将来自粉尘洗涤器的至少一种流出物浓缩并给送至尿素造粒机，其中，将在浓缩期间产生的蒸汽在冷凝装置中至少部分地冷凝。

背景技术

尿素的大规模生产几乎仅涉及使用氨(NH₃)和二氧化碳(CO₂)在约150巴和约180摄氏度下的高压合成。这两种成分通常从邻接的氨设备获得。

在现有技术中已知用于生产颗粒状含尿素化合物的各种方法。在过去，尿素颗粒通常借助于喷雾结晶来生产，其中，在环境温度下将基本上无水的尿素熔体(水含量为0.1％至0.3％)从喷雾结晶塔的上部部分喷洒到上升空气流中，并且将液滴固化成晶体(小球状)。由此，所获得的小球状物具有相对小的直径和较低的机械强度。

目前，具有较大的颗粒直径和改进的机械特性的尿素颗粒通常通过在流化床中对基本上无水的尿素熔体或水性尿素溶液进行颗粒化来生产。在这个造粒过程期间，将尿素浓度按重量计为70％至99.9％的水性尿素溶液以平均直径为20μm至120μm的非常细的分散液滴形式添加至尿素颗粒的流化床，温度选定为使得喷洒到尿素颗粒上的溶液的水分被蒸发并且尿素沉积在颗粒上，使得获得具有2.5mm或更大的期望颗粒尺寸的颗粒物。

来自流化床造粒机的流出空气或多或少地包括大部分的粉尘。这些流出空气在其被允许回到环境中之前必须被清洁。在大多数情况下，这涉及不同类型的粉尘洗涤器的使用。在目前于尿素颗粒的生产中常见的流化床造粒过程的情况下，2％至5％之间的产物流可以进入流出空气作为粉尘。在每天2000吨与4000吨之间的设备容量的情况下，将分离的粉尘结合回到该过程中是值得的。因此，在将溶液给送回造粒之前，通常通过蒸发(按重量计95％至99％的尿素)对来自粉尘洗涤器的流出物(按重量计约35％至50％的尿素)进行浓缩。在可易溶于水的纯尿素的情况下，这个过程表示一般现有技术。

然而，对尿素肥料的农艺要求正在变化。为了保证植物的充足供应，对更多营养素的需求增加。然而，这些次要且微量的营养素中的一些次要且微量的营养素是不溶于水的。例如，元素硫就是这种情况。虽然不溶于水的物质通常可以被包括在尿素造粒过程中而没有任何重大问题，但是这些物质也存在于粉尘中，并且被粉尘洗涤器分离。

尿素溶液的浓缩通常在束管式蒸发器中于真空下进行。经浓缩的溶液再次被给送至造粒机。然后，蒸汽在束管式蒸发器中进行冷凝。冷凝液可以用于洗涤器中，以使来自造粒机的热流出空气饱和。如果洗涤器溶液包括例如元素硫颗粒，则硫可以由于高的蒸汽压力而在蒸发器中从固态升华为气相。这种升华的硫沉积在设备的每个冷却器点处，并且因此在中期阻塞设备。

去除硫是相对困难的，特别是在“冷的”蒸汽冷凝器中去除硫是相对困难的。蒸汽通常被引导到束管式冷凝器的管束中。由此，硫到达冷却管并阻塞这些冷却管。这些管仅可以被机械地清洁。这需要延长停机时间和清洁时间。

发明内容

因此，本发明的目的是指定一种用于生产尿素颗粒的设备和方法，其中，可以尽可能地避免非水溶性物质堵塞该设备的各部分。

该目的最初通过专利权利要求1实现，因为在正在进行的操作期间，可以将非水溶性物质、特别是硫在冷凝装置中的可能沉积物从冷凝装置去除。在这种情况下，非水溶性物质还可以以甚至不发生沉积的方式从冷凝装置去除。在这种情况下，所设置的是，如果物质将粘附至冷凝装置的壁，则这些物质借助于所引入的流产生的剪切力而从壁上洗掉或分离。还可以设想的是，非水溶性物质通过温度的升高而熔化并且以这种方式从壁上分离。在这种情况下，非水溶性物质应当理解为特别地意指硫，因为硫在肥料工业中是越来越重要的营养素。

根据期望的最终浓度(按重量计70％至99.9％)，可以在多个阶段中对流出物进行浓缩。然后，浓缩中的各个阶段在不同的压力下进行操作。每个浓缩阶段设置有冷凝器互连装置。替代性地，可以使用联合的冷凝阶段。优选地在低压范围中进行浓缩，换言之，操作压力低于环境压力。然而，更高的压力也是可能的。那么，该设备可以具有多个浓缩装置并且因此具有多个流出物。

在根据本发明的设备的第一实施方式中，所设置的是，冷凝装置至少包括第一冷凝器和第二冷凝器，蒸汽可以独立地流动通过各冷凝器，并且在正在进行的操作期间，蒸汽可以选择性地流动通过第一冷凝器或流动通过第二冷凝器。通过使用至少两个冷凝器，仅一个冷凝器可以在进行期中是可操作的。如果非水溶性物质将堵塞第一冷凝器的管或壁，则第二冷凝器可以投入操作。在第二冷凝器操作的时期，可以对第一冷凝器进行清洁。在这种情况下，例如，热交换介质可以被引导通过已经停止操作的冷凝器的冷却管，该介质处于足够高的温度以使凝固的非水溶性物质熔化并从壁上分离。在这种情况下，第一冷凝器和/或第二冷凝器可以是束管式冷凝器。

在本发明的另一优选实施方式中，所设置的是，第一冷凝器或第二冷凝器可以选择性地用冷却水或用蒸汽进行操作。如果非水溶性物质、例如硫凝固在冷凝器的壁上，则蒸汽而不是冷却水可以被引导通过冷却管。持续产生的蒸汽可以被引导至并联的冷凝器。如果蒸汽在足够高的温度下被引导通过冷却管，则非水溶性物质熔化并且从冷凝器的壁上分离。蒸汽应当处于至少115摄氏度、优选地125摄氏度、特别优选地约135摄氏度的温度。元素硫具有约115摄氏度的熔化温度。在135摄氏度的温度下可以保证硫熔化，换句话说，相对于熔化温度具有大约20摄氏度的温度差可以保证硫熔化。

对于该设备的另一构型，在另一实施方式中所设置的是，第一冷凝器和/或第二冷凝器设计为U形管冷凝器。

在本发明的替代性实施方式或附加实施方式的情况下，所设置的是，冷凝装置包括至少一个喷雾冷凝器。喷雾冷凝器的设计比较简单。喷雾冷凝器由喷洒冷却水的塔状容器组成。高体积的液体意味着从一开始就防止非水溶性物质沉降在喷雾冷凝器的壁上。

为了改善非水溶性物质的分离，在另一实施方式中，所设置的是，浓缩装置流体连接至冷凝装置，并且流体连接可以被加热。标准管道连接可以用于该流体连接。对流体连接进行加热防止了非水溶性物质在流体连接中冷却至非水溶性物质可以沉积在管道中的程度。

本发明的另一实施方式设想的是，流体连接包括至少一个凸缘连接。凸缘连接还具有可加热的设计，使得非水溶性物质被防止沉积在凸缘连接中。

为了进一步改善硫的分离，特别地，在本发明的另一实施方式中所设置的是，流体连接可以被加热使得温度大于115摄氏度、优选地大于125摄氏度、特别优选地为135摄氏度。元素硫具有约115摄氏度的熔化温度。因此，至少应当达到作为最低限度的115度以上的温度。大约135摄氏度的温度是特别优选的，因为大约20摄氏度的温度差保证了元素硫在流体连接的壁上的熔化。

为了更有效地使用该设备，在本发明的另一优选实施方式中所设置的是，冷凝装置包括泵，喷雾冷凝器的喷雾水可以通过该泵循环，并且冷凝装置包括热交换器，喷雾冷凝器的喷雾水可以通过该热交换器冷却。因此，所需的喷雾水或冷却水可以循环并重复使用。热交换器可以是板式热交换器。离开喷雾冷凝器的水流包括例如硫和冷凝的蒸汽两者。还可设想的是，设置有流量控件，循环水流可以借助于该流量控件保持恒定。所产生的具有例如一部分硫的冷凝液被给送至洗涤系统，该冷凝液在洗涤系统处被用作补充液体。

此外，上述目的通过一种用于生产尿素颗粒的方法来实现，其中，来自尿素造粒机的废气流在粉尘洗涤器中被冲洗，其中，来自粉尘洗涤器的至少一种流出物被浓缩并给送至尿素造粒机，其中，在浓缩期间产生的蒸汽在冷凝装置中至少部分地冷凝，其特征在于，在正在进行的操作期间，将非水溶性物质、特别是硫在冷凝装置中的可能沉积物从冷凝装置去除。

该方法可以使用上述设备来执行。关于根据本发明的设备所作的评论也以相同的方式应用于根据本发明的方法。

根据本发明的方法的第一实施方式设置的是，冷凝装置至少包括第一冷凝器和第二冷凝器，蒸汽可以独立地流动通过各冷凝器，并且可以在正在进行的操作期间从第一冷凝器切换至第二冷凝器，并且从第二冷凝器切换至第一冷凝器。

该方法的另一实施方式所设置的是，第一冷凝器或第二冷凝器可以选择性地用冷却水或用蒸汽进行操作。蒸汽优选地处于以下温度：该温度处于质量流中的非水溶性物质的熔化温度以上。以这种方式，已经沉积在第一冷凝器或第二冷凝器的壁上的非水溶性物质被熔化并输送出冷凝器。使用冷却水或蒸汽操作冷凝器意味着冷却水或蒸汽被引导通过冷凝器的冷却管。以这种方式，冷却水从冷凝的质量流吸收热量，或者，然而，凝固的非水溶性物质从蒸汽吸收热量并被熔化。在热交换介质与冷凝器中的质量流或非水溶性物质之间不存在物质交换，换言之，在蒸汽或冷却水与冷凝器中的质量流或非水溶性物质之间不存在物质交换。

根据本发明的方法的优选实施方式所设置的是，冷凝装置包括至少一个喷雾冷凝器，并且来自浓缩装置的蒸汽经由可加热流体连接被至少部分地给送至冷凝装置。

为了能够分离硫，通过根据本发明的方法的优选实施方式所设置的是，使可加热流体连接达到大于115摄氏度、优选地大于125摄氏度、特别优选地为135摄氏度的温度。

附图说明

具体地，存在对根据本发明的设备和根据本发明的方法进行构造和开发的多种可能的方式。为此目的，结合附图，参照从属于专利权利要求1和10的专利权利要求并且参照以下优选示例性实施方式的描述。在附图中：

图1示出了借助于冗余热交换器进行硫回收的尿素造粒过程的一部分的示意图，以及

图2示出了借助于喷雾冷凝进行硫回收的尿素造粒过程的一部分的示意图。

具体实施方式

图1示出了借助于尿素造粒机2生产尿素颗粒的设备1的示意图。该设备除了其他之外包括粉尘洗涤器3、浓缩装置4和冷凝装置5。来自尿素造粒机2的废气流6包括粉尘，并且因此被给送至粉尘洗涤器3。特别地，当生产尿素颗粒时，离开呈流化床造粒机形式的尿素造粒机2的流出空气必须在其可以回到环境中之前被清洁。对肥料的需求增加意味着需要更多的营养素，这些营养素很容易被颗粒化到产品中，但是在某些情况下，这些营养素可能在设备中凝固为固体。这些营养素中的一种营养素是硫。

离开粉尘洗涤器3的流出物7被给送至浓缩装置4。通过蒸发，尿素溶液在浓缩装置4中于未图示在此处的束管式蒸发器中被真空浓缩。经浓缩的尿素溶液可以被给送回尿素造粒机2。离开浓缩装置4的蒸汽8在冷凝装置5中被冷凝。例如，由于硫具有相对高的蒸汽压力，因此固体硫在浓缩装置4中部分升华成气相，并且同样地包含在蒸汽8中。冷凝液可以再次用于使来自尿素造粒机2的热流出空气在粉尘洗涤器3中饱和。

在图1中所示的示例性实施方式的情况下，冷凝装置5包括第一冷凝器9和第二冷凝器10。然而，还能够设想其他冷凝器。冷凝器9、10构造为U形管冷凝器。第一冷凝器9和第二冷凝器10连接在一起使得第一冷凝器9可以停止使用，其中同时，第二冷凝器10开始使用。换言之，在正在进行的操作期间，可以从第一冷凝器9切换至第二冷凝器10。热蒸汽8例如在第一冷凝器9中被冷凝。

除了尿素之外，例如，蒸汽8还包括其他营养素，比如硫。该气态硫在第一冷凝器9中冷凝并在冷点上凝固，换言之，在第一冷凝器9的壁上凝固。当冷凝器9堵塞到可能危害设备1的操作的程度时，可以在正在进行的操作期间切换至第二冷凝器10，第二冷凝器10在其壁上没有硫。第一冷凝器9和第二冷凝器10设计为使得它们可以使用冷却水和蒸汽两者作为热交换介质来进行操作。当第一冷凝器9停止使用时，可以通过将约135摄氏度的蒸汽而不是冷却水引导通过第一冷凝器9的冷却管来使第一冷凝器9“回热”。蒸汽将第一冷凝器9的壁加热至以下程度：已经凝固在壁上的硫熔化并且可以从第一冷凝器9去除。以这种方式，第一冷凝器9再次准备好以供使用。因此，当第二冷凝器10被非水溶性物质堵塞至需要去除这些物质的程度时，可以切换至第一冷凝器9。

图2示出了用于生产如图1中已经描述的尿素颗粒的设备1的类似设计。与图1中不同，冷凝装置5不包括第一冷凝器9和第二冷凝器10，而是包括喷雾冷凝器11。喷雾冷凝器11是一种相对简单的设备。喷雾冷凝器11由喷洒冷却水的塔状容器构成。大体积的液体意味着从一开始就防止从气相冷凝的元素硫在喷雾冷凝器11中沉降在喷雾冷凝器11的壁上。

喷雾冷凝器11或冷凝装置5借助于流体连接12连接至浓缩装置4，在这种情况下，经由管道和凸缘连接进行连接。流体连接12具有加热设计，使得硫不能在流体连接12中冷凝并堵塞管道和凸缘连接。在喷雾冷凝器12中，这是通过喷入的水来防止的。流体连接12的温度设定为约135摄氏度，使得相对于硫的熔化温度存在约20摄氏度的温度差。

所需的喷洒水使用泵13进行循环，并且借助于呈板式热交换器形式的热交换器14进行冷却。离开喷雾冷凝器12的水流包括经分离的硫和经冷凝的蒸汽8两者。喷雾冷凝器的循环水流可以经由未图示在此处的流量控件来保持恒定。所产生的具有一部分硫的冷凝水可以被给送至粉尘洗涤器3，该冷凝水在粉尘洗涤器3处被用作补充液体。

附图标记列表

(2) 尿素造粒机

(3) 粉尘洗涤器

(4) 浓缩装置

(5) 冷凝装置

(6) 废气流

(7) 流出物

(9)第一冷凝器

(10)第二冷凝器

(11)喷雾冷凝器

(12)流体连接

(13)泵

(14)热交换器

Claims (14)

1.一种用于生产尿素颗粒的设备(1)，所述设备(1)具有至少一个尿素造粒机(2)、至少一个粉尘洗涤器(3)、至少一个浓缩装置(4)以及至少一个冷凝装置(5)，其中，来自所述尿素造粒机(2)的废气流(6)能够被给送至所述粉尘洗涤器(3)，其中，所述废气流(6)在所述粉尘洗涤器(3)中被冲洗，其中，来自所述粉尘洗涤器(3)的至少一种流出物(7)能够被给送至所述浓缩装置(4)，其中，所述流出物(7)能够在所述浓缩装置(4)中被浓缩，其中，在浓缩期间产生的蒸汽(8)能够被至少部分地给送至所述冷凝装置(5)，并且其中，所述蒸汽(8)在所述冷凝装置(5)中被至少部分地冷凝，

其特征在于，

在正在进行的操作期间能够避免非水溶性物质、特别是硫在所述冷凝装置(5)中的可能沉积物，或者在操作期间能够将非水溶性物质、特别是硫在所述冷凝装置(5)中的可能沉积物从所述冷凝装置(5)至少去除。

2.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述冷凝装置(5)至少包括第一冷凝器(9)和第二冷凝器(10)，蒸汽(8)能够独立地流动通过所述冷凝器(9、10)，并且在正在进行的操作期间，蒸汽(8)能够选择性地流动通过所述第一冷凝器(9)或通过所述第二冷凝器(10)。

3.根据权利要求2所述的设备(1)，其特征在于，所述第一冷凝器(9)或所述第二冷凝器(10)能够选择性地用冷却水或用蒸汽进行操作。

4.根据权利要求2或3所述的设备(1)，其特征在于，所述第一冷凝器(9)和/或所述第二冷凝器(10)设计为U形管冷凝器。

5.根据权利要求1至4中的一项所述的设备(1)，其特征在于，所述冷凝装置(5)包括至少一个喷雾冷凝器(11)。

6.根据权利要求1至5中的一项所述的设备(1)，其特征在于，所述浓缩装置(4)流体连接至所述冷凝装置(5)，并且流体连接(12)能够被加热。

7.根据权利要求6所述的设备(1)，其特征在于，所述流体连接(12)包括至少一个凸缘连接。

8.根据权利要求6或7所述的设备(1)，其特征在于，所述流体连接(12)能够被加热使得温度大于115摄氏度、优选地大于125摄氏度、特别优选地为135摄氏度。

9.根据权利要求5至8中的一项所述的设备(1)，其特征在于，所述冷凝装置(5)包括泵(13)，所述喷雾冷凝器(11)的喷雾水能够通过所述泵循环，并且所述冷凝装置(5)包括热交换器(14)，所述喷雾冷凝器(11)的所述喷雾水能够通过所述热交换器(14)冷却。

10.一种用于生产尿素颗粒的方法，其中，将来自尿素造粒机(2)的废气流(6)在粉尘洗涤器(3)中冲洗，其中，将来自所述粉尘洗涤器(3)的至少一种流出物(7)浓缩并给送至所述尿素造粒机(2)，其中，将浓缩期间产生的蒸汽(8)在所述冷凝装置(5)中至少部分地冷凝，

其特征在于，

在正在进行的操作期间，将非水溶性物质、特别是硫在所述冷凝装置(5)中的可能沉积物从所述冷凝装置去除。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述冷凝装置(5)至少包括第一冷凝器(9)和第二冷凝器(10)，所述蒸汽(8)能够独立地流动通过所述冷凝器(9、10)，并且在正在进行的操作期间能够将所述第一冷凝器(9)切换至所述第二冷凝器(10)，并将所述第二冷凝器(10)切换至所述第一冷凝器(9)。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述第一冷凝器(9)或所述第二冷凝器(10)能够选择性地用冷却水或用蒸汽进行操作。

13.根据权利要求10至12中的一项所述的方法，其特征在于，所述冷凝装置(5)包括至少一个喷雾冷凝器(11)，并且来自所述浓缩装置(4)的所述蒸汽(8)经由可加热流体连接(12)被至少部分地给送至所述冷凝装置(5)。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，使所述可加热流体连接(12)达到大于115摄氏度、优选地大于125摄氏度、特别优选地为135摄氏度的温度。