EA032709B1 - Устройство и способ для улавливания твердых частиц из потоков газа и способ удаления растворимых твердых частиц из газа - Google Patents

Abstract

Раскрыт способ удаления растворимых твердых частиц из потока газа, например пыли карбамида из отходящего газа секции завершающей обработки установки по производству карбамида. Способ включает по меньшей мере две стадии гашения отходящего газа с использованием гасящей жидкости на водной основе. Гасящая жидкость, используемая на первой стадии гашения выше по потоку, может иметь более высокую концентрацию растворенных твердых частиц, чем гасящая жидкость, используемая на второй стадии гашения ниже по потоку. Прошедший гашение газ пропускают через зону улавливания частиц, как правило, содержащую один или более из мокрого скруббера, скруббера Вентури и влажного электростатического осадителя.

Description

Изобретение находится в рамках области улавливания растворимых твердых частиц из потоков газа и относится к устройствам для улавливания частиц, которые могут использоваться в этой области. Следует отметить, что настоящее изобретение находится в рамках области производства карбамида и относится к удалению пыли карбамида из отходящего газа, связанного с производством твердых частиц карбамида (доводкой карбамида). Настоящее изобретение также относится к установке по производству карбамида и к реконструкции существующей установки по производству карбамида.

Уровень техники

Карбамид производят из аммиака и диоксида углерода. Современное производство карбамида включает относительно чистые процессы с особо низким выбросом пыли карбамида и аммиака. Однако помимо химического синтеза карбамида производство карбамида в коммерческом масштабе требует, чтобы карбамид был представлен в подходящей твердой форме - в форме частиц. Для этого производство карбамида включает стадию завершающей обработки, на которой расплав карбамида приобретает требуемую форму твердых частиц, по существу, включая любое из приллирования, гранулирования или пеллетирования.

Приллирование является наиболее распространенным способом, в котором расплав карбамида распределяется в виде капель в башне приллирования и в котором капли затвердевают по мере их падения. Однако часто желательно, чтобы конечный продукт имел больший диаметр и более высокую прочность на раздавливание, чем продукт, получаемый при методике приллирования. Эти недостатки привели к разработке методики гранулирования в псевдоожиженном слое, в которой расплав карбамида напыляют на гранулы, которые в ходе процесса увеличиваются в размерах. Перед впрыскиванием в гранулятор добавляют формальдегид для предотвращения слипания и увеличения прочности конечного продукта.

Для удаления энергии, высвобождаемой в процессе кристаллизации, в блок гранулирования подают большие количества охлаждающего воздуха. Воздух, который покидает секцию завершающей обработки, содержит, помимо прочего, пыль карбамида. Учитывая возросший спрос на производство карбамида и ужесточение законодательных и природоохранных требований, направленных на снижение уровня выбросов, желательным и соответствующим все более ужесточаемым стандартам является удаление пыли карбамида.

В течение нескольких последних десятилетий борьба с загрязнением воздуха стала для общества приоритетной проблемой. Во многих странах были разработаны хорошо продуманные регулятивные программы, направленные на то, чтобы заводы и другие крупные источники загрязнения воздуха использовали технологию для удаления загрязнений из газообразных отходящих потоков, выбрасываемых в атмосферу. Стандарты борьбы с загрязнением воздуха становятся все более жесткими, поэтому существует постоянная потребность в еще более эффективных технологиях борьбы с загрязнением. Кроме того, эксплуатационные расходы, связанные с работой оборудования для борьбы с загрязнением, могут быть существенными, поэтому также существует постоянная потребность в экономически эффективных технологиях.

Удаление пыли карбамида само по себе является сложной задачей, поскольку количество отходящего газа (главным образом воздуха) очень велико, а концентрация пыли карбамида низка. Типичный поток воздуха составляет порядка 750000 Нм³/ч. Типичная концентрация в нем пыли карбамида составляет приблизительно 2 вес.%. Кроме того, часть пыли карбамида имеет субмикронный размер. Соблюдение действующих стандартов предполагает необходимость в удалении большей части этой субмикронной пыли.

Дополнительная проблема заключается в том, что использование больших количеств воздуха, необходимых для завершающей обработки карбамида, приводит к тому, что эта часть производственного процесса является относительно дорогостоящей вследствие потребности в очень больших вытяжных вентиляторах, потребляющих много электроэнергии. В частности, если воздух подвергается промывке для уменьшения выброса пыли карбамида и в особенности большей части субмикронной пыли в атмосферу, в ходе этого процесса относительно большое количество энергии просто теряется в результате неизбежного падения давления в скрубберном устройстве.

В течение многих десятилетий в качестве основных систем улавливания твердых частиц для грануляторов карбамида использовались обычные тарельчатые скрубберы, которые эффективны при улавливании и рециркуляции твердых частиц карбамида диаметром более чем от 1 до 2 мкм. Тарельчатые скрубберы данного общего типа известны и описаны в патентах предшествующего уровня техники, включая патенты США №3219685; 3969094; 4060399; 4507129; 4741890, и в них обсуждаются и приводятся ссылки на предшествующий уровень техники. Тарельчатые скрубберы неспособны эффективно улавливать субмикронные твердые частицы. Однако новые правила и Национальный стандарт качества окружающего воздуха США (например, РМ2.5 NAAQS) требуют обеспечить эффективное улавливание субмикронных твердых частиц.

Обычные скрубберы Вентури, в которых для гашения газов используют сопла Вентури, эффективны при улавливании твердых частиц диаметром более 1 мкм. Обычные скрубберы Вентури часто используют в комбинации с тарелками или туманоуловителями. Скрубберы Вентури данного общего типа

- 1 032709 известны и описаны в патентах предшествующего уровня техники, включая патенты США № 3768234; 4043772; 4578226, и в них обсуждаются и приводятся ссылки на предшествующий уровень техники.

Скрубберы с множеством параллельных трубок Вентури, установленные после стадии гашения, эффективны при улавливании субмикронных твердых частиц и являются достаточными для многих применений. Скрубберы с множеством параллельных трубок Вентури данного общего типа известны и описаны в патентах предшествующего уровня техники, включая патенты США № 5484471; 6383260, и в них обсуждаются и приводятся ссылки на предшествующий уровень техники.

Влажные электростатические осадители, или WESP, также эффективны при улавливании субмикронных твердых частиц. Однако осадители WESP обладают эксплуатационными недостатками. Для промывки с них необходимо периодически снимать электрический разряд. При высоком содержании твердых частиц промывку необходимо осуществлять часто, что приводит к высокому уровню выбросов. При недостаточной промывке твердые частицы накапливаются и создают трудноудаляемые зоны искрения, которые приводят к снижению производительности с течением времени, незапланированным простоям для очистки и появлению коррозии. Отдельные влажные электростатические осадители должны быть большими, чтобы обеспечить достаточную эффективность. Эти и другие эксплуатационные проблемы частично решаются путем интеграции влажного электростатического осадителя в мокрый скруббер с дополнительной ступенью. Влажные электростатические осадители данного общего типа известны и описаны в патентах предшествующего уровня техники, включая патенты США № 1339480; 2722283; 4389225; 4194888; 6106592, и в них обсуждаются и приводятся ссылки на предшествующий уровень техники.

Другой ссылкой, относящейся к удалению пыли из потока газа, является FR 2600553. В настоящем документе описан улучшенный способ газоочистки (скрубберной очистки). На первом этапе промывки промывочную жидкость распыляют в потоке газа в направлении, противоточном потоку газа (что является обычным направлением в операции промывки). После этого поток газа пропускают через множество параллельных сопел Вентури, осуществляют разделение жидкости/газа и пропускают через распыляемую промывочную жидкость.

Ссылкой, относящейся к очистке газовых смесей, которые могут содержать пыль с установки по производству карбамида, является EP 0084669. Раскрыто использование водного промывочного раствора, в который перед его приведением в контакт с газовой смесью добавляют формальдегид. Раскрытый способ относится, в частности, к добавлению формальдегида и осуществляется с использованием стандартных скрубберов.

Патент США 3985523 относится к удалению загрязнений из воздуха, образуемого при производстве удобрений. Раскрыт способ, в котором загрязненный воздух конденсируется и полученный поток жидких загрязнителей подвергается дополнительной обработке.

Особое внимание специалисты в области борьбы с загрязнением воздуха уделяют уменьшению выбросов мелких твердых частиц ввиду неблагоприятных последствий для здоровья, связанных с долгосрочным и краткосрочным воздействием мелких твердых частиц на органы дыхания. В настоящем документе под термином мелкие твердые частицы следует понимать частицы, имеющие диаметр менее 2,5 мкм. В рамках контроля за такими частицами Управление по охране окружающей среды США (EPA) недавно понизило стандарты РМ 2,5 по выбросам частиц размером менее 2,5 мкм. Такие мелкие частицы трудно улавливать при помощи обычных скрубберов вследствие их размера. Тем не менее, частицы, входящие в этот диапазон размеров, в настоящее время формируют измеренные выбросы.

Пыль карбамида растворима в воде. Когда твердые частицы карбамида захватываются водой, они полностью или частично растворяются, образуя раствор карбамида в воде. При захвате водой все большего количества карбамида концентрация растворенного карбамида будет возрастать, пока не будет достигнут предел растворимости и дополнительное количество карбамида уже не будет растворяться. При изменении термодинамических условий карбамид также может выпадать в осадок из раствора, образуя твердые частицы. При улавливании пыли карбамида с помощью скруббера желательно сконцентрировать карбамид и управлять его концентрацией в растворе так, чтобы можно было эффективно повторно использовать захваченный карбамид.

Таким образом, существует потребность в новой системе очистки и способе эффективного и экономичного сокращения выбросов растворимых твердых частиц и газа из грануляторов карбамида. Дополнительно эти технологии могут быть в равной степени эффективными и экономичными для других промышленных выбросов, включая процессы сжигания серосодержащих углеродистых соединений, особенно угля и биомассы, в которых образуется газообразный продукт сгорания, содержащий неприемлемо высокие уровни твердых частиц, оксидов азота, хлороводорода и диоксида серы. Выброс в атмосферу твердых частиц и оксидов азота может привести к образованию затемнений и поражению органов дыхания, а диоксид серы медленно реагирует с образованием серной кислоты (H₂SO₄), неорганических сульфатных соединений и органических сульфатных соединений. Выбросы в атмосферу NO₂, SO₂ или H₂SO₄ приводят к выпадению нежелательных кислотных дождей.

Раскрытие изобретения

Для лучшего удовлетворения одной или более из указанных потребностей в одном аспекте настоя

- 2 032709 щего изобретения представлен способ удаления растворимых твердых частиц из потока газа, в котором поток газа подвергают гашению с помощью гасящей жидкости на водной основе и пропускают прошедший гашение газ по меньшей мере через одну зону улавливания частиц, причем поток газа подвергают указанному гашению по меньшей мере в две последовательные стадии с использованием гасящей жидкости выше по потоку и гасящей жидкости ниже по потоку, причем термины выше по потоку и ниже по потоку приведены по отношению к направлению движения потока газа, при этом растворимые твердые частицы растворяются в гасящей жидкости на водной основе и при этом гасящая жидкость ниже по потоку имеет более низкую концентрацию растворенных указанных твердых частиц, чем гасящая жидкость выше по потоку.

В другом аспекте настоящего изобретения представлена система улавливания частиц, последовательно содержащая вход для газа, первую зону гашения, зону улавливания частиц и выход для газа, причем первая зона гашения содержит вход для жидкости для распределения гасящей жидкости, ниже по потоку от него - газопроводную линию к зоне улавливания частиц и выход для гасящей жидкости; при этом указанные вход и выход для жидкости при необходимости образуют часть первого контура рециркуляции для гасящей жидкости, при этом ниже по потоку от первой зоны гашения и выше по потоку от выхода газа из зоны улавливания частиц обеспечена, по меньшей мере, вторая зона гашения, при этом указанная вторая зона гашения имеет вход и выход для гасящей жидкости, при этом вход и выход для жидкости второй зоны гашения при необходимости образуют часть второго контура рециркуляции, который может функционировать независимо от указанного первого контура рециркуляции, и при этом указанная первая зона гашения предпочтительно может функционировать независимо от указанной второй зоны гашения, при этом термин ниже по потоку приведен по отношению к направлению движения потока газа.

В еще одном аспекте настоящего изобретения представлено оборудование завершающей обработки для установки по производству карбамида, которое содержит устройство завершающей обработки карбамида, содержащее вход для жидкого карбамида, вход для охлаждающего газа, коллектор для твердого карбамида, выход для отходящего газа и по меньшей мере одну систему улавливания частиц, которая представляет собой систему, описанную в предыдущем абзаце, при этом указанный выход для отходящего газа находится в сообщении по текучей среде со входом для газа устройства улавливания частиц.

В еще одном аспекте настоящего изобретения представлен способ модификации существующей установки по производству карбамида, которая содержит секцию синтеза и регенерации; указанная секция находится в сообщении по текучей среде с секцией испарения, при этом указанная секция испарения находится в сообщении по текучей среде с секцией завершающей обработки и имеет газопроводную линию к секции конденсации; указанная секция завершающей обработки имеет газопроводную линию к секции очистки от пыли, при этом в способе осуществляют установку первой системы гашения между секцией завершающей обработки и секцией очистки от пыли, при этом указанная система гашения находится в сообщении по текучей среде с газопроводной линией между секцией завершающей обработки и секцией очистки от пыли, и осуществляют установку по меньшей мере одной второй системы гашения ниже по потоку от первой системы гашения, при этом первая и вторая системы гашения могут функционировать независимо друг от друга, при этом термин ниже по потоку приведен по отношению к предполагаемому направлению движения потока газа от секции завершающей обработки к секции очистки от пыли. В еще одном аспекте каждая из указанных первой и второй систем гашения при необходимости образует часть контура рециркуляции, который может функционировать независимо от другого.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлен схематический чертеж предпочтительной системы настоящего изобретения с обозначенным потоком газа.

На фиг. 2 представлен схематический чертеж той же предпочтительной системы настоящего изобретения с обозначенным потоком воды.

Осуществление изобретения

В широком смысле настоящее изобретение основано на неожиданном озарении о том, что улавливание растворимых твердых частиц из газов, включающее гашение жидкостью на водной основе, может быть улучшено за счет выполнения гашения по меньшей мере в две стадии. Таким образом, эти стадии гашения предшествуют последующей стадии скрубберной очистки (промывки), который осуществляется путем пропускания прошедшего гашение газа через по меньшей мере одну зону улавливания частиц. В соответствии с настоящим изобретением жидкости на водной основе на последующих стадиях гашения имеют более низкую концентрацию растворимых твердых частиц, которые подлежат удалению.

Там, где в настоящем описании речь идет о сообщении по текучей среде, это относится к любой связи между первой частью или секцией установки и второй частью или секцией установки, через которую текучие среды, а именно жидкости, могут перетекать из первой части установки во вторую часть установки. Как правило, такое сообщение по текучей среде обеспечивается трубопроводными системами, шлангами, каналами, насосами или другими устройствами, хорошо известными специалистам по транспортировке текучих сред. Сообщение по текучей среде может быть прямым сообщением по текучей среде, как, например, в любом из вышеописанных случаев, без включения дополнительного обору- 3 032709 дования, кроме самих устройств транспортировки текучих сред. Сообщение по текучей среде также может быть опосредованным, причем текучая среда может транспортироваться через трубопроводные системы, шланги, каналы или насосы, а также с использованием другого оборудования, такого как отгонные устройства или реакторы.

Там, где в настоящем описании речь идет о газопроводной линии, это относится к любой связи между первой частью или секцией установки и второй частью или секцией установки, через которую газ или пары, а именно водяные пары, могут перетекать из первой части установки во вторую часть установки. Как правило, такая газопроводная линия содержит трубопроводные системы, каналы, вентиляторы или другие устройства, хорошо известные специалистам по транспортировке газов, если необходимо, при давлениях выше или ниже (вакуум) атмосферного.

Там, где речь идет о скруббере Вентури, это может относиться либо к одному скрубберу Вентури, либо к множеству скрубберов Вентури. Кроме того, один или более скрубберов Вентури сами по себе могут содержать одну или более трубок Вентури.

Настоящее изобретение, в частности, относится к завершающей обработке карбамида. Эта часть процесса производства карбамида относится к секции, в которой получают твердый карбамид.

Секция завершающей обработки может представлять собой башню приллирования, секцию гранулирования, секцию пеллетирования или секцию или оборудование, основанные на любой другой методике завершающей обработки. Секция гранулирования может представлять собой устройство гранулирования в псевдоожиженном слое, или гранулирования в барабане, или чашечного гранулирования, или любое другое аналогичное и известное устройство гранулирования. Основная функция этой секции завершающей обработки заключается в переводе расплава карбамида, полученного в ходе синтеза карбамида, в поток затвердевших частиц. Данные затвердевшие частицы, обычно называемые приллированными гранулами или гранулами, представляют собой поток основного продукта из установки по производству карбамида. В любом случае для перевода карбамида из жидкой фазы в твердую фазу необходимо удалять теплоту кристаллизации. Более того, от затвердевших частиц карбамида обычно удаляют дополнительную часть теплоты для охлаждения их до температуры, подходящей для дополнительной обработки и манипуляций, включая безопасное и удобное хранение и транспортировку этого конечного продукта. Итоговое общее удаление теплоты в секции завершающей обработки обычно проводят двумя способами: (i) путем испарения воды (эта вода попадает в секцию завершающей обработки либо как часть расплава карбамида, либо распыляется в виде жидкой воды в соответствующем месте в процессе завершающей обработки); (ii) путем охлаждения воздухом. Как правило, большую часть теплоты кристаллизации/охлаждения удаляют путем охлаждения воздухом. Охлаждающий воздух по природе охлаждающего процесса покидает секцию завершающей обработки при повышенной температуре. Как правило, используется количество воздуха, равное от 3 до 30 кг воздуха на кг конечного затвердевшего продукта, предпочтительно от 3 до 10 кг. Это типичный отходящий газ секции завершающей обработки установки по производству карбамида.

В секции завершающей обработки воздух входит в непосредственный контакт с расплавом карбамида и с затвердевшими частицами карбамида. Это непреднамеренно приводит к загрязнению воздуха некоторым количеством пыли карбамида и аммиаком. В зависимости от характера секции завершающей обработки (приллирование/гранулирование, тип гранулирования, условия, выбранные при гранулировании) количество пыли, присутствующей в воздухе, может варьировать в широких пределах, причем значения находятся в диапазоне от 0,05 до 10 вес.% (по отношению к потоку конечного продукта). Для секции завершающей обработки, основанной на гранулировании, более типично, что количество пыли находится в диапазоне от 2 до 8 вес.%. Из экологических или экономических соображений наличие пыли в отходящем газе обычно требует использования системы удаления пыли, прежде чем воздух будет выпущен обратно в атмосферу.

В секции очистки от пыли очистку от пыли обычно проводят при помощи циркулирующего раствора карбамида в качестве промывочного агента. Также к нему обычно добавляют свежую воду для очистки. В секции очистки от пыли получают продувочный поток раствора карбамида. Этот продувочный поток обычно имеет концентрацию карбамида 10-60 вес.%. Для переработки карбамида, присутствующего в этом продувочном потоке, продувочный поток возвращают в секцию испарения, где его дополнительно концентрируют, а затем отправляют на рециркуляцию в секцию завершающей обработки. После очистки от пыли очищенный воздух выпускают в атмосферу.

Область применения изобретения не ограничивается завершающей обработкой карбамида. Изобретение можно эффективно использовать во всех ситуациях, когда из горячего потока газа требуется удалить содержащиеся в нем растворимые твердые частицы.

В соответствии с настоящим изобретением в одном аспекте предложен способ для удаления растворимых твердых частиц из потока газа. В связи с этим следует подчеркнуть, что в настоящем описании термины выше по потоку и ниже по потоку во всех случаях приведены по отношению к направлению движения потока газа, подлежащего очистке. Это также справедливо для описания систем и оборудования настоящего изобретения. В этом отношении специалисту в данной области будет понятно, что предполагаемое направление движения потока газа устанавливается от входа для газа к выходу для газа.

- 4 032709

По существу, устройство улавливания частиц, такое как скруббер, улавливает как растворимые, так и нерастворимые твердые частицы. В соответствии с настоящим изобретением улавливание частиц завершается ниже по потоку после по меньшей мере двух стадий гашения. Растворимые твердые частицы включают карбамид, а также, например, натрийсодержащие соединения из котла-утилизатора. Нерастворимые твердые частицы относятся к типичным неорганическим загрязнителям, таким как угольная зола или песок. Газы также могут быть растворимыми в воде и, следовательно, могут улавливаться в скруббере. Растворимость любой конкретной частицы может варьировать в зависимости от термодинамического состояния жидкости при приближении концентрации растворенного вещества к пределу его растворимости.

Все или по меньшей мере часть захваченных твердых частиц растворяются в гасящей жидкости. Как правило, в гасящей жидкости растворяется от 0,1 до 99,9 вес.% захваченных растворимых твердых частиц. Предпочтительно в гасящей жидкости растворяется по меньшей мере 50 вес.% захваченных твердых частиц, например от 50 до 95 вес.%, предпочтительно от 80 до 95 вес.%.

Нерастворимые твердые частицы, попавшие в водный раствор, как правило, остаются в твердой фазе и, по существу, могут быть отфильтрованы из жидкости. Эти нерастворимые частицы, по существу, не влияют на давление паров воды в окружающих газах.

Растворимые твердые частицы, попавшие в водный раствор, как правило, растворяются и переходят в жидкое состояние и, по существу, не могут быть отфильтрованы из жидкости. Раствор, полученный путем растворения растворимых твердых частиц в водном растворе, оказывает влияние на давление паров воды в окружающих газах (что описывается законом Рауля для идеальных жидких смесей).

Кроме того, газы, которые улавливаются в скруббере (например, аммиак), также могут быть растворимыми. Газы можно при необходимости нейтрализовать (например, серной кислотой) с получением продукта (например, сульфата аммония), который также может быть растворимым. В виде либо исходного газа, либо нейтрализованного продукта растворимые газы будут также оказывать влияние на давление паров воды в окружающих газах.

Смеси различных растворимых твердых частиц или газов будут оказывать кумулятивное влияние на давление паров воды в окружающих газах.

Некоторые растворенные вещества могут выпадать в осадок в случае превышения условий насыщения (например, карбамид будет кристаллизоваться из раствора), и в этом случае растворимые твердые частицы могут иногда вести себя как нерастворимые твердые частицы.

Примером растворимых твердых частиц в потоке газа является пыль карбамида из отходящего газа секции завершающей обработки установки по производству карбамида.

Примером растворимых газов в потоке газа является аммиак из отходящего газа секции завершающей обработки установки по производству карбамида, который можно нейтрализовать в сульфат аммония путем добавления серной кислоты к жидкому раствору.

Способ настоящего изобретения включает гашение потока газа гасящей жидкостью на водной основе и пропускание прошедшего гашение газа через зону улавливания частиц, причем отходящий газ подвергают гашению по меньшей мере в две последовательные стадии с использованием гасящей жидкости выше по потоку и гасящей жидкости ниже по потоку, при этом гасящая жидкость ниже по потоку имеет более низкую концентрацию растворенных указанных твердых частиц, чем гасящая жидкость выше по потоку.

Гасящая жидкость, по существу, представляет собой повторно используемую технологическую жидкость либо из расположенной рядом установки или аппарата, соединенного с установкой, в которой поток газа подвергается очистке, либо из другой части той же самой установки. Более предпочтительно гасящая жидкость рециркулирует из самой секции очистки газа.

Гашение относится к добавлению воды (т.е. гасящей жидкости на водной основе) к газу, например путем смешивания воды с газом. По существу, его проводят с использованием одного или более гасителей, т.е. устройств, которые служат для введения воды в поток газа. Это введение, по существу, проводят таким образом, чтобы вода была хорошо диспергирована в газе, например, чтобы во всем объеме газа присутствовали капли воды. Предпочтительно воду вводят в газ путем ее распыления в газопроводной линии между секцией завершающей обработки и секцией очистки от пыли. Для этого можно распылить жидкость внутрь трубопровода непосредственно перед секцией очистки от пыли. Также это может быть отдельная камера или башня, оснащенная системой распыления. Системы распыления, подходящие распылительные форсунки и т.п. известны специалисту. Предпочтительно достаточно большое количество жидкости распыляют таким образом и с такой однородностью, чтобы испарять достаточное количество воды для насыщения газов парами воды вблизи точки термодинамического равновесия с распыленной жидкой водой.

Следует отметить, что, как будет очевидно специалисту в данной области, гашение принципиально отличается от промывки. Целью гашения является кондиционирование потока газа, в частности путем создания атмосферы с относительной влажностью 100%. Как правило, это осуществляется путем распыления гасящей жидкости прямотоком с потоком газа и/или путем обеспечения камеры гашения, в которой газ и гасящую жидкость выдерживают в течение некоторого времени пребывания, достаточного для

- 5 032709 кондиционирования газа при относительной влажности 100% или, по меньшей мере, близкой к 100%. Операция промывки (или скрубберной очистки), с другой стороны, связана не с кондиционированием атмосферы, а с приведением в физический контакт промываемого (т.е. очищаемого) газа и промывочной жидкости, после чего обычно предусматривается немедленное удаление промывочной жидкости. Таким образом, как правило, промывка (скрубберная очистка) потока газа предусматривает контактирование газа с противоточным или перекрестным потоком промывочной жидкости.

Секция гашения, в которой используются распылительные гасители, предпочтительно содержит (a) секцию, в которой газ, подлежащий гашению, охлаждают путем введения (например, впрыска) и испарения воды; (b) резервуар для улавливания твердых частиц (пыли), служащий для сбора пыли, отогнанной из газа; (c) систему распыления, состоящую из трубок, оснащенных впрыскивающими форсунками; (d) систему подачи воды с насосами.

Перед добавлением подпиточной воды в гасящую жидкость на водной основе концентрацию раствора, по существу, увеличивают путем рециркуляции гасящей жидкости. Последнее также является стандартным выбором для специалиста в данной области с точки зрения экономичности процесса. По существу, гасящая жидкость рециркулирует до извлечения или выпуска, пока концентрация растворенных твердых частиц в растворе не достигнет 50 вес.%. На практике часть циркулирующей текучей среды, содержащей требуемую концентрацию растворенных твердых частиц, непрерывно извлекают. Такое извлечение жидкости иногда называют продувкой или сбросом. В то же время оставшуюся жидкость разбавляют путем добавления подпиточной воды, которая может быть свежей водой или более разбавленным потоком (например, гасящая жидкость ниже по потоку).

В настоящем изобретении на первой стадии гашения захваченным твердым частицам позволяют рециркулировать до достижения высокой концентрации, после чего их извлекают для повторного использования или утилизации. Для газов, которые находятся еще ниже по потоку, на второй стадии гашения рециркулирующая вода имеет намного более низкую концентрацию растворенных твердых частиц.

В настоящем изобретении после второй (расположенной ниже по потоку) стадии гашения газы, которые находятся еще ниже по потоку, могут быть подвергнуты воздействию гасящей жидкости на водной основе, имеющей еще более низкую концентрацию твердых частиц, вплоть до относительно чистой (свежей) воды, которая может использоваться для окончательного гашения.

В каждой секции гашения имеются три потока жидкости: (a) растворенные твердые частицы, захваченные из газов; (b) продувка или сброс, которые выпускают с высокой концентрацией растворенных твердых частиц; (c) свежая подпиточная вода, которую подают с низкой или нулевой концентрацией растворенных твердых частиц.

Прошедший гашение газ подают в зону улавливания частиц. Термин зона улавливания частиц относится к секции, в которой газ подвергают условиям, способствующим удалению из него твердых частиц. Как правило, так называют устройство для улавливания частиц, например мокрый скруббер. Его также могут называть, например, скруббером Вентури или влажным электростатическим осадителем (WESP). В предпочтительном варианте осуществления зона улавливания частиц содержит комбинацию из последовательно влажного электростатического осадителя (например, тарельчатого скруббера) и расположенного ниже по потоку от него скруббера Вентури. Более предпочтительно скруббер Вентури содержит множество параллельных трубок Вентури. В другом предпочтительном варианте осуществления влажный электростатический осадитель расположен ниже по потоку от мокрого скруббера, или ниже по потоку от скруббера Вентури, или наиболее предпочтительно последовательно после мокрого скруббера и скруббера Вентури.

В этих и других вариантах осуществления на ступени тарелок кондиционирования (мокром скруббере) вода или другая жидкость на водной основе непрерывно протекает через одну или множество горизонтальных тарелок. Предпочтительно на ступени тарелок расход воды составляет от 0,05 до 0,70 л воды на 1 м³ газа, протекающего через тарелку или тарелки. Наиболее предпочтительно на ступени тарелок расход воды составляет от 0,10 до 0,35 л воды на 1 м³ газа, протекающего через тарелку или тарелки. Источник воды для ступени тарелок можно использовать совместно с другими ступенями.

В этих и других вариантах осуществления ступень Вентури (скруббер Вентури), предпочтительно ступень из множества параллельных трубок Вентури, содержит мелкодисперсный туман из воды, непрерывно распыляемой во входную форсунку каждой трубки Вентури. Предпочтительно в каждой трубке Вентури расход воды на входе составляет от 0,10 до 1,5 л воды на 1 м³ потока газа, и мелкодисперсный туман имеет средний диаметр капель менее 200 мкм. Наиболее предпочтительно в каждой трубке Вентури расход воды на входе составляет от 0,25 до 0,70 л воды на 1 м³ потока газа, и мелкодисперсный туман имеет средний диаметр капель менее 150 мкм.

В этих и других вариантах осуществления ступень из множества параллельных трубок Вентури содержит мелкодисперсный туман из воды, непрерывно распыляемой в горловину каждой трубки Вентури противотоком к потоку газа. Предпочтительно в каждой трубке Вентури расход воды, подаваемой через горловину противотоком, составляет от 0,05 до 0,70 л воды на 1 м³ потока газа, и мелкодисперсный туман имеет средний диаметр капель менее 300 мкм. Наиболее предпочтительно в каждой трубке Вентури расход воды, подаваемой через горловину противотоком, составляет от 0,10 до 0,35 л воды на 1 м³ пото

- 6 032709 ка газа, и мелкодисперсный туман имеет средний диаметр капель менее 200 мкм.

В этих и других вариантах осуществления влажный электростатический осадитель расположен после секции гашения, при необходимости с последующей ступенью тарелок кондиционирования и/или скруббером с трубками Вентури, и имеет размеры, позволяющие ему являться влажным электростатическим осадителем тонкой очистки. Предпочтительная удельная площадь осаждения влажного электростатического осадителя тонкой очистки составляет от 10 до 100 м² площади осаждения на кубический метр потока газа. Наиболее предпочтительно удельная площадь осаждения влажного электростатического осадителя тонкой очистки составляет от 20 до 50 м² площади осаждения на кубический метр потока газа.

Не желая связывать себя теорией, авторы изобретения считают, что в настоящем изобретении эффективно используется следующее явление. Вода, содержащая высокую концентрацию растворенных твердых частиц (таких как карбамид), создает более низкое давление паров, чем вода с низкой концентрацией растворенных твердых частиц. Таким образом, количество воды в газовой фазе значительно меняется, даже если не меняется температура газа. При температуре около 40°C парциальное давление воды над концентрированным раствором карбамида составляет 5,3 об.%, а над разбавленным раствором карбамида - 5,6 об.%. Когда распылитель разбавленной гасящей жидкости не используется, конденсация прекращается и твердые частицы перестают увеличиваться в размерах. Образованные в результате более мелкие частицы гораздо труднее захватить из находящихся ниже по потоку газов с помощью скруббера Вентури или влажного электростатического осадителя. Добавление стадии гашения с использованием более разбавленной гасящей жидкости на водной основе, т.е. жидкости, имеющей более низкую концентрацию растворенных твердых частиц, чем первоначально рециркулирующая гасящая жидкость выше по потоку, приведет к дополнительному испарению воды, присутствующей в газе, и дополнительному увеличению (и, следовательно, улавливанию) твердых частиц из газа.

В типичном варианте осуществления на первой стадии гашения вода непрерывно рециркулирует через гидравлические форсунки и собирается в резервуаре, который может быть или может не быть встроен в нижнюю часть скруббера. Предпочтительно на первой стадии гашения расход воды составляет от 0,10 до 1,5 л воды на 1 м³ потока газа. Наиболее предпочтительно на первой стадии гашения расход воды составляет от 0,25 до 0,70 л воды на 1 м³ потока газа. Концентрация растворенных твердых частиц (например, карбамида) в первой гасящей жидкости на водной основе предпочтительно составляет от 20 до 50 вес.%. Наиболее предпочтительно она составляет от 40 до 45 вес.%.

В типичном варианте осуществления на второй стадии гашения ниже по потоку вода непрерывно рециркулирует через гидравлические форсунки и собирается в резервуаре. Предпочтительно на второй стадии гашения расход воды составляет от 0,01 до 0,30 л воды на 1 м³ потока газа. Наиболее предпочтительно на второй стадии гашения расход воды составляет от 0,03 до 0,15 л воды на 1 м³ потока газа, поступающего на вторую стадию гашения. Концентрация растворенных твердых частиц (например, карбамида) во второй гасящей жидкости на водной основе составляет предпочтительно от 0,1 до 5 вес.%. Наиболее предпочтительно она составляет от 0,5 до 2 вес.%.

В случае завершающей обработки карбамида отходящий газ (или газообразный отходящий поток), поступающий из секции завершающей обработки, например из башни приллирования гранулятора в псевдоожиженном слое, включает отходящие потоки, которые имеют захваченную в них жидкость или твердый материал частиц, включая пары, которые могут конденсироваться при охлаждении отходящего потока.

В зоне гашения газообразный отходящий поток охлаждается до гораздо более низкой температуры, в случае отходящего газа из секции завершающей обработки карбамида предпочтительно ниже приблизительно 45°C. Специалистам в данной области известно много способов охлаждения горячего потока отводимого газа.

Это является неожиданным преимуществом гашения распылением. В области техники, не связанной с карбамидом, но связанной, например, с топочным газом, охлаждение газообразного отходящего потока оказывает эффект в перенасыщенных системах. В этом случае охлаждение отходящего потока приводит к тому, что способные к конденсации пары в отходящем потоке подвергаются фазовому превращению. Конденсация этих паров в отходящем потоке естественным образом будет происходить вокруг частиц, которые служат точками зародышеобразования. Таким образом, предварительное охлаждение отходящего потока полезно по двум причинам. Во-первых, способные к конденсации загрязнения переходят в жидкую фазу и, таким образом, легче удаляются из отходящего потока. Во-вторых, процесс зародышеобразования увеличивает размер уже существующих частиц в отходящем потоке, таким образом упрощая их удаление.

Удаление более крупных частиц путем гашения предотвращает конкуренцию более крупных частиц с субмикронными частицами за роль точек зародышеобразования. Как отмечено выше, желательно, чтобы субмикронные частицы увеличивались в размерах вследствие конденсации, чтобы их было легче удалять из отходящего потока.

Таким образом, удивительным является тот факт, что при гашении распылением в ненасыщенном отходящем газе завершающей обработки карбамида взаимодействие с водой может способствовать удалению пыли. Не желая связывать себя теорией, авторы изобретения считают, что этот эффект вызван

- 7 032709 испарением распыляемой воды. Это приводит к снижению температуры и увеличению количества воды в газовой фазе, а также к уменьшению количества воды в газовой фазе, которое необходимо для достижения насыщения. В результате этого становится возможным взаимодействие воды с субмикронной пылью.

В частности, в области завершающей обработки карбамида, например в технологии гранулирования карбамида, признано, что на практике трудно добиться перенасыщенного потока газа ниже по потоку после стадии завершающей обработки. Это можно объяснить с учетом большого количества относительно сухого воздуха и, следовательно, присутствия малых количеств воды, которые естественным образом присутствуют в отходящем газе завершающей обработки карбамида (например, из гранулятора), и гигроскопической природы пыли карбамида. Для топочных газов, выходящих из камеры сгорания, гораздо легче достичь насыщения с помощью распылителя для гашения из-за высоких температур, доступных для испарения распыленной воды, и относительно высокой концентрации паров воды на входе.

Однако в противовес признанным в данной области представлениям авторы изобретения неожиданно обнаружили, что при гашении происходит конденсация относительно большого количества воды на частицах карбамида микронного и субмикронного размера. Это приводит к существенному росту частиц микронного и субмикронного размера. Этот рост частиц субмикронного размера вследствие конденсации на них воды приводит к существенному увеличению размера частиц, что позволяет значительно облегчить сбор/улавливание частиц при приемлемых падениях давления в зоне улавливания частиц ниже по потоку от зон гашения.

Вышеописанный способ не только отлично подходит для удаления растворимых твердых частиц (пыли карбамида) из отходящего газа из секции завершающей обработки карбамида, но также может применяться к другим (горячим) газам, из которых требуется удалить другие растворимые твердые частицы. Например, котлы-утилизаторы используют в целлюлозно-бумажной промышленности для концентрирования и утилизации растворимых соединений натрия. В другом примере скрубберы используют для улавливания кислых газов из процессов сжигания ископаемого топлива, и эти кислые газы будут вести себя как растворимые твердые частицы, захваченные и нейтрализованные с помощью нейтрализующего агента.

В этих и других вариантах осуществления некоторые кислотные твердые частицы или кислые газы можно нейтрализовать химически путем добавления щелочных реагентов, которые выбирают из группы, состоящей из каустика, извести, известняка, гашеной извести, зольной пыли, оксида магния, кальцинированной соды, бикарбоната натрия, карбоната натрия и их смесей. Некоторые щелочные твердые частицы или щелочные газы можно нейтрализовать химически путем добавления кислотных реагентов, которые выбирают из группы, состоящей из уксусной кислоты, борной кислоты, угольной кислоты, лимонной кислоты, соляной кислоты, плавиковой кислоты, азотной кислоты, щавелевой кислоты, фосфорной кислоты, серной кислоты и их смесей.

Настоящее изобретение также относится к оборудованию для осуществления вышеописанного способа.

Это относится в одном варианте осуществления к системе улавливания частиц (описанной в порядке от расположенных выше по потоку к расположенным ниже по потоку компонентам): вход для газа, первая зона гашения, зона улавливания частиц и выход для газа, причем первая зона гашения содержит вход для жидкости для распределения гасящей жидкости, ниже по потоку от него - газопроводную линию к зоне улавливания частиц и выход для гасящей жидкости; при этом указанные вход и выход для жидкости при необходимости образуют часть первого контура рециркуляции для гасящей жидкости, при этом ниже по потоку от первой зоны гашения и выше по потоку от выхода газа из зоны улавливания частиц предусмотрена, по меньшей мере, вторая зона гашения, при этом указанная вторая зона гашения имеет вход и выход для гасящей жидкости, при этом вход и выход для жидкости второй зоны гашения при необходимости образуют часть второго контура рециркуляции, который может функционировать независимо от указанного первого контура рециркуляции. За счет наличия двух зон гашения с независимо функционирующими контурами рециркуляции можно обеспечить, чтобы рециркулирующие гасящие жидкости на водной основе в обоих контурах имели желаемые различные характеристики, т.е. чтобы они отличались по концентрации твердых частиц, как, по существу, описано выше в настоящем документе со ссылкой по меньшей мере на две зоны гашения, используемые в способе изобретения. Предпочтительно в системе в соответствии с настоящим изобретением зона улавливания частиц содержит устройство улавливания частиц, которое выбрано из мокрого скруббера, скруббера Вентури, влажного электростатического осадителя и их комбинаций. Эти устройства, а также способ, которым их можно комбинировать, являются такими, как, по существу, описано выше.

Настоящее изобретение также относится к оборудованию, в котором вышеупомянутая система улавливания частиц используется по предпочтению в качестве оборудования завершающей обработки для установки по производству карбамида. В нем имеется устройство для завершающей обработки карбамида, содержащее необходимые для выполнения его функции характеристики. Эти характеристики известны специалисту и, по существу, включают вход для жидкого карбамида, вход для охлаждающего газа, коллектор для твердого карбамида (как правило, частиц карбамида, предпочтительно гранул) и вы

- 8 032709 ход для отходящего газа. Выход для отходящего газа сообщается по текучей среде (как правило, посредством газопроводной линии) с входом системы улавливания частиц, как, по существу, описано выше в настоящем документе. В соответствии с настоящим изобретением первая система гашения, предпочтительно распылительный гаситель, установлена между устройством завершающей обработки карбамида и зоной улавливания частиц. Следует понимать, что система гашения установлена таким образом, чтобы распыляемая ею вода попадала в поток газа, текущий из выхода секции завершающей обработки во вход зоны улавливания частиц. Вторая зона гашения располагается ниже по потоку от первой зоны гашения, по существу, выше по потоку от входа газа в зону улавливания частиц или около него.

Следует понимать, что во всех аспектах изобретения вторая зона гашения может располагаться выше по потоку от зоны улавливания частиц, но также может содержаться в зоне улавливания частиц (например, располагаться ниже по потоку от мокрого скруббера и выше по потоку от скруббера Вентури), т.е. вторая зона гашения располагается выше по потоку от выхода газа из зоны улавливания частиц.

В предпочтительном варианте осуществления зона улавливания частиц содержит множество скрубберов Вентури, работающих параллельно. Предпочтительно система удаления пыли выполнена так, чтобы эти параллельные трубки Вентури могли функционировать независимо друг от друга, т.е. чтобы число трубок Вентури, используемых одновременно, при необходимости можно было регулировать в процессе. Предпочтительной является система компании EnviroCare.

Скрубберы EnviroCare состоят из секции гашения, ниже по потоку от которой установлена так называемая секция MMV (скруббер Вентури аэрозольного типа). Секция MMV состоит из множества параллельных трубок Вентури. В секции MMV большие количества жидкости распыляют в горловины трубок Вентури одновременно с потоком газа через однофазные форсунки, создавая капли жидкости одинакового и регулируемого размера, как правило, в диапазоне от 50 до 700 мкм. Размер капли жидкости является одним из параметров, которые можно использовать для регулирования эффективности удаления пыли.

В трубке Вентури происходит тесный контакт между частицами вещества и каплями воды. Между твердыми частицами и каплями воды происходит множество проходов, поскольку изначально капли разгоняются потоком газа (и, следовательно, имеют меньшую скорость, чем поток газа), тогда как в последней части трубки Вентури вследствие расширения скорость газа уменьшается, а капли уже разогнаны и сохраняют свою скорость благодаря инерции (теперь капли жидкости имеют более высокую скорость, чем поток газа).

В противоток потоку газа происходит так называемое горловинное распыление, которое регулирует падение давления на секции трубки Вентури. Таким образом можно с более или менее постоянной эффективностью корректировать колебания потока газа.

Таким образом, если в стандартных трубках Вентури капли воды (или, скорее, водяные фрагменты) создаются сдвиговыми усилиями, в методике EnviroCare создаются капли воды конкретного размера (и формы). Это обеспечивает равномерное и эффективное распределение воды и, следовательно, хорошую промывку. В результате этого, если в стандартном скруббере Вентури смешивание с водой зависит от качества сдвига, характера потоков внутри горловины и зоны расширения, в методике EnviroCare смешивание регулируется.

Если в стандартном скруббере Вентури эффективность сбора в значительной степени зависит от колебаний потока газа (и, следовательно, колебаний падения давления), скруббер EnviroCare регулирует падение давления путем горловинного распыления.

Зона улавливания частиц предпочтительно содержит множество трубок Вентури, размещенных в резервуаре скруббера. Все из трубок Вентури, по существу, одинаковы и имеют одинаковую конфигурацию. Преимущество использования множества трубок Вентури заключается в том, что это допускает более компактную общую конфигурацию и уменьшает размер отдельных форсунок. Меньшие форсунки позволяют лучше получать мелкие очищающие капли, необходимые для обеспечения эффективности. В меньших трубках Вентури лучше протекает взаимодействие газ-жидкость. При фиксированном размере трубок Вентури уменьшение числа параллельных трубок Вентури увеличивает эффективность улавливания и падение давления.

Конфигурация скруббера, используемого в настоящем изобретении, особенно хорошо подходит для модернизации существующего оборудования для борьбы с загрязнением с целью повышения эффективности очистки и снижения эксплуатационных расходов. Для модернизации существующего низкоэнергетического скруббера отбойного типа множество трубок Вентури можно заключить в отбойную камеру или в дополнительный отсек камеры после одной или более пластин отбойника.

Секцию гашения размещают в газопроводе выше по потоку от очищающей башни MMV и в эту секцию подают очищающий раствор для гашения и охлаждения газового отходящего потока, поступающего из гранулятора в псевдоожиженном слое (или другой секции завершающей обработки). Секция гашения выполняет функцию адиабатического увлажнения и охлаждения или гашения потока газа. В случае потока отходящего газа из секции завершающей обработки карбамида в ходе стадии гашения газы могут охлаждаться приблизительно от 100°C до температуры около 50°C. В случае потока топочного газа из котла-утилизатора в ходе стадии гашения газы могут охлаждаться приблизительно от 250°C до

- 9 032709 температуры около 70°C. Полученная температура термодинамически зависит от потока газа на входе, температуры и концентрации частиц, а также расхода, температуры и химического состава воды для гашения.

Настоящее изобретение также относится к установке по производству карбамида, содержащей секцию завершающей обработки, описанную выше. Более конкретно, установка по производству карбамида настоящего изобретения содержит секцию синтеза и регенерации, причем указанная секция сообщается по текучей среде с секцией испарения, указанная секция испарения сообщается по текучей среде с секцией завершающей обработки и имеет газопроводную линию к секции конденсации, а указанная секция завершающей обработки имеет газопроводную линию к секции очистки от пыли, при этом секция завершающей обработки содержит оборудование для завершающей обработки карбамида, как, по существу, описано выше.

Настоящее изобретение применимо к конструированию новых установок по производству карбамида (с нуля), а также к реконструкции существующих установок по производству карбамида.

Следует понимать, что новую установку в соответствии с настоящим изобретением можно просто построить согласно вышеизложенному. В реконструкции существующих установок изобретение относится к способу модификации существующей установки по производству карбамида таким образом, чтобы установка содержала по меньшей мере две зоны гашения, как описано выше. Способ служит для модификации существующей установки по производству карбамида. Указанная существующая установка, как правило, содержит секцию синтеза и регенерации, причем указанная секция сообщается по текучей среде с секцией испарения, указанная секция испарения сообщается по текучей среде с секцией завершающей обработки и имеет газопроводную линию к секции конденсации; указанная секция завершающей обработки имеет газопроводную линию к секции очистки от пыли. Способ модификации существующей установки по производству карбамида в соответствии с настоящим изобретением включает установку первой системы гашения между секцией завершающей обработки и секцией очистки от пыли, причем указанная система гашения сообщается по текучей среде с газопроводной линией между секцией завершающей обработки и секцией очистки от пыли, и установку по меньшей мере одной второй системы гашения ниже по потоку от первой системы гашения, при этом каждая из первой и второй систем гашения образует часть контура рециркуляции, который может функционировать независимо от другого.

Настоящее изобретение не ограничено каким-либо конкретным способом производства карбамида.

Часто используемым способом получения карбамида в соответствии со стриппинг-процессом является стриппинг-процесс с диоксидом углерода, например, описанный в Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A27, 1996, pp 333-350. В этом способе за секцией синтеза следуют одна или более секций регенерации. Секция синтеза содержит реактор, отгонное устройство (стриппер), конденсатор и скруббер, в котором рабочее давление находится в диапазоне от 12 до 18 МПа, а предпочтительно — в диапазоне от 13 до 16 МПа. В секции синтеза раствор карбамида, покидающий реактор карбамида, подается в отгонное устройство, в котором большое количество не вступивших в реакцию аммиака и диоксида углерода отделяется от водного раствора карбамида. Такое отгонное устройство может представлять собой кожухотрубный теплообменник, в котором раствор карбамида подается в верхнюю часть со стороны трубок, а диоксид углерода, подаваемый для синтеза, вводится в нижнюю часть отгонного устройства. Со стороны кожуха вводят водяной пар для нагревания раствора. Раствор карбамида покидает теплообменник в нижней части, тогда как паровая фаза покидает отгонное устройство в верхней части. Пар, покидающий указанное отгонное устройство, содержит аммиак, диоксид углерода и небольшое количество воды. Указанный пар конденсируется в теплообменнике с падающей пленкой или в конденсаторе погруженного типа, который может быть горизонтального типа или вертикального типа. Погружной теплообменник горизонтального типа описан в Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A27, 1996, pp 333-350. Тепло, высвобождаемое при экзотермической реакции конденсации карбамата в указанном конденсаторе, обычно используют для получения водяного пара, используемого в расположенной ниже по потоку секции обработки карбамида для нагревания и концентрирования раствора карбамида. Поскольку в конденсаторе погруженного типа жидкость пребывает некоторое время, часть реакции образования карбамида проходит уже в указанном конденсаторе. Образованный раствор, содержащий конденсированный аммиак, диоксид углерода, воду и карбамид вместе с неконденсированным аммиаком, диоксидом углерода и инертным паром, направляют в реактор. В реакторе вышеуказанная реакция преобразования карбоната в карбамид доходит до точки равновесия. Молярное соотношение аммиака и диоксида углерода в растворе карбамида, покидающем реактор, по существу, находится в диапазоне от 2,5 до 4 мол./мол. Также возможно комбинирование конденсатора и реактора в одном узле оборудования. Пример такого узла оборудования описан в Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A27, 1996, pp 333-350. Образованный раствор карбамида, покидающий реактор карбамида, подается на отгонное устройство, а инертный пар, содержащий неконденсированный аммиак и диоксид углерода, направляется в секцию очистки, работающую при аналогичном с реактором давлении. В этой секции очистки инертный пар очищается от аммиака и диоксида углерода. В качестве абсорбента в этой секции очистки используется раствор карбамата из системы регенерации ниже по потоку. Раствор карбамида, покидающий отгонное устройство в этой секции синтеза, требует, чтобы при концентрации карбамида по мень

- 10 032709 шей мере 45 вес.% и предпочтительно по меньшей мере 50 вес.% обработка проходила в единственной системе регенерации, расположенной ниже по потоку от отгонного устройства. Секция регенерации содержит нагреватель, сепаратор жидкости/газа и конденсатор. Давление в этой секции регенерации находится в диапазоне от 200 до 600 кПа. В нагревателе секции регенерации основную массу аммиака и диоксида углерода отделяют от карбамида и водной фазы путем нагревания раствора карбамида. Как правило, в качестве нагревающего агента используют водяной пар. Карбамид и водная фаза содержат небольшое количество растворенного аммиака и диоксида углерода, который покидает секцию регенерации и направляется в секцию обработки карбамида ниже по потоку, в которой раствор карбамида концентрируют путем выпаривания воды из указанного раствора.

Другие способы и установки включают те, которые основаны на такой технологии, как способ НЕС, разработанный компанией Urea Casale, способ ACES, разработанный компанией Toyo Engineering Corporation, и способ, разработанный компанией Snamprogetti. Все из этих процессов, а также другие процессы можно использовать до способа завершающей обработки карбамида настоящего изобретения.

Методики завершающей обработки карбамида, такие как приллирование и гранулирование, известны специалисту. См., например, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2010, chapter 4.5, посвященную карбамиду.

Настоящее изобретение будет дополнительно проиллюстрировано далее со ссылкой на приведенные ниже чертежи и примеры. Чертежи и примеры не предназначены для ограничения настоящего изобретения.

Фиг. 1.

В предпочтительном варианте осуществления, представленном на фиг. 1 с указанием потока газа, резервуар 1 скруббера содержит первую зону 2 гашения, резервуар 3 для концентрированного раствора, соединительный канал 4, вторую зону 5 гашения, разделительную камеру 6, резервуар 7 для разбавленного раствора, множество тарелок 8 кондиционирования, множество параллельных трубок 9 Вентури, туманоуловитель 10, влажный электростатический осадитель11 и выходной канал 12. Содержащие частицы газы пропускают через зону гашения, где горячие газы охлаждают путем испарения гасящей жидкости на водной основе. Растворенные твердые частицы собирают в воде и концентрируют в резервуаре

3. При выходе из зоны гашения и поступлении в резервуар скруббера газы вновь подвергаются гашению разбавленной гасящей жидкостью на водной основе. В разделительной камере 6 выпадают тяжелые капли, которые собирают в резервуаре 7 для разбавленного раствора. Газы продолжают перемещаться вверх через тарелку (или тарелки) 8 кондиционирования, а затем - через множество трубок 9 Вентури. Можно использовать туманоуловитель 10. Затем газы пропускают через влажный электростатический осадитель, чтобы удалить большую часть оставшихся субмикронных твердых частиц 11 перед выходом из скруббера 12.

Фиг. 2.

На фиг. 2 с указанным потоком воды представлены резервуар гашения и резервуар скруббера, которые обычно обозначаются цифрой 1. Концентрированный водный раствор для первой зоны гашения вводится с помощью форсунок вблизи верхней части зоны 2 гашения. Неиспарившуюся воду собирают и отводят из резервуара для концентрированного раствора. Концентрированный раствор возвращают обратно в распылитель для гашения, причем некоторую его часть отбирают для повторного использования или утилизации. Разбавленный раствор 4 распыляется в соединительный канал или непосредственно в разделительную камеру 5. Разбавленный раствор собирают в резервуар для разбавленного раствора и отводят 6. Разбавленный раствор может быть возвращен обратно во вторую зону гашения, направлен на утилизацию или использован на тарелках кондиционирования или в трубках Вентури. Вода насосом подается во вход 8 трубок Вентури и в горловину 9 трубок Вентури. Неиспарившуюся воду улавливают на диафрагме, на которой закреплены трубки Вентури, и самотеком сливают вниз к тарелкам 7. Вода продолжает самотеком сливаться по тарелкам до резервуара скруббера для разбавленного раствора и отводится 6.

Пример 1.

Предлагается гранулятор карбамида, из которого отходит содержащий карбамид газ, который требуется очистить. Температура воздуха на выходе из гранулятора составляет 100,5°C, а мольная доля паров воды составляет 3,1%. Предлагается распылитель для гашения, который будет охлаждать воздух путем испарения, пока поток воздуха не насытится и вода не перестанет испаряться. С помощью термодинамических расчетов в сочетании с диаграммами для водяного пара определяем, что при использовании чистой воды это произойдет при конечной температуре газа 37,2°C при мольной доле паров воды 6,4%. Для данного предлагаемого проекта количество испаряемой воды, по расчетам, составит 4,61 л/с. Однако на практике распыляемая гасящая жидкость будет рециркулировать, пока концентрация карбамида не возрастет до около 45 вес.%. При этой концентрации карбамида давление паров воды значительно меньше. Используя закон Рауля для оценки, повторяют приведенные выше расчеты и определяют, что новая температура насыщения газа составляет 39,4°C при мольной доле паров воды 5,8%. Хотя температура насыщения на 2,2°C выше, мольная доля воды в газообразном состоянии оказывается меньше более чем на 10%. В предложенном варианте осуществления по расчетам испаряется только 3,66 л/с. Ниже по по

- 11 032709 току от концентрированного раствора для гашения, когда газы подвергаются воздействию разбавленной воды, условия насыщения будут соответствовать первому случаю, для чего потребуется дополнительное испарение 0,95 л/с. Также, чтобы стимулировать увеличение размеров субмикронных твердых частиц, требуется вторая разбавленная гасящая жидкость.

Пример 2.

В скруббере, в котором установлена только одна система гашения, улавливается сульфат натрия из отработавшего газа, который находится при температуре 221°C и влажности 30%, из котла-утилизатора на целлюлозно-бумажном комбинате. Когда вода для гашения обновляется и концентрация сульфата натрия поддерживается на низком уровне, расчетная температура насыщения составляет 74°C при содержании паров воды в газовой фазе 36,5%. Однако на целлюлозно-бумажном комбинате предпочитают доводить концентрацию сульфата натрия до 16% по Боме. При этой концентрации температура насыщения увеличивается до 76°C при содержании влаги в газовой фазе только 36,2%. Это создает ситуацию, в которой испарение ниже по потоку продолжается, поэтому субмикронные твердые частицы недостаточно увеличиваются в размерах. При более высоких условиях по Боме выбросы твердых частиц увеличиваются. Вторая система гашения свежей (или разбавленной) водой позволила бы увеличить степень улавливания частиц скруббером.

Claims (16)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ удаления растворимых твердых частиц из потока газа, в котором поток газа подвергают гашению с помощью гасящей жидкости на водной основе и пропускают прошедший гашение газ по меньшей мере через одну зону улавливания частиц, причем поток газа подвергают указанному гашению по меньшей мере в две последовательные стадии с использованием гасящей жидкости выше по потоку и гасящей жидкости ниже по потоку, причем термины выше по потоку и ниже по потоку приведены по отношению к направлению движения потока газа, при этом обеспечивают растворение твердых частиц в гасящей жидкости на водной основе и при этом осуществляют рециркуляцию гасящей жидкости выше по потоку и гасящей жидкости ниже по потоку таким образом, чтобы гасящая жидкость ниже по потоку имела более низкую концентрацию указанных растворенных твердых частиц, чем гасящая жидкость выше по потоку, причем указанное гашение осуществляют путем распыления жидкой воды, при этом на каждой стадии гашения испаряют такое количество воды, чтобы насытить поток газа парами воды вблизи точки термодинамического равновесия с распыленной жидкой водой.
2. 2. Способ по п.1, в котором концентрация растворенных твердых частиц в гасящей жидкости выше по потоку составляет от 20 до 50%, предпочтительно от 40 до 45%.
3. 3. Способ по п.1 или 2, в котором концентрация растворенных твердых частиц в гасящей жидкости ниже по потоку составляет от 0,1 до 5%, предпочтительно от 0,5 до 2%.
4. 4. Способ по любому из пп.1-3, в котором твердые частицы, подлежащие удалению, являются кислотными и по меньшей мере одна из гасящих жидкостей содержит щелочной реагент, выбранный из группы, состоящей из каустика, извести, известняка, гашеной извести, зольной пыли, оксида магния, кальцинированной соды, бикарбоната натрия, карбоната натрия и их смесей.
5. 5. Способ по любому из пп.1-4, в котором твердые частицы, подлежащие удалению, являются щелочными и по меньшей мере одна из гасящих жидкостей содержит кислотный реагент, выбранный из группы, состоящей из уксусной кислоты, борной кислоты, угольной кислоты, лимонной кислоты, соляной кислоты, плавиковой кислоты, азотной кислоты, щавелевой кислоты, фосфорной кислоты, серной кислоты и их смесей.
6. 6. Способ по любому из пп.1-3, в котором поток газа представляет собой отходящий газ секции завершающей обработки установки по производству карбамида, а твердые частицы представляют собой пыль карбамида.
7. 7. Способ по любому из пп.1-6, в котором по меньшей мере одну из гасящих жидкостей подвергают рециркуляции.
8. 8. Система улавливания частиц, предназначенная для осуществления способа по п.1, последовательно содержащая вход для газа, первую зону гашения, зону улавливания частиц и выход для газа, причем первая зона гашения содержит вход для жидкости для распределения гасящей жидкости, ниже по потоку от него - газопроводную линию к зоне улавливания частиц и выход для гасящей жидкости, при этом указанные вход и выход для жидкости образуют часть первого контура рециркуляции для гасящей жидкости, при этом ниже по потоку от первой зоны гашения и выше по потоку от выхода газа из зоны улавливания частиц обеспечена, по меньшей мере, вторая зона гашения, при этом указанная вторая зона гашения имеет вход и выход для гасящей жидкости, при этом вход и выход для жидкости второй зоны гашения образуют часть второго контура рециркуляции, который выполнен с возможностью функционировать независимо от указанного первого контура рециркуляции, при этом термин ниже по потоку приведен по отношению к направлению движения потока газа.
9. 9. Система по п.8, в которой первая и вторая зоны гашения выполнены с возможностью независимого функционирования.

   - 12 032709
10. 10. Система по п.8 или 9, в которой зона улавливания частиц содержит устройство улавливания частиц, выбранное из мокрого скруббера, скруббера Вентури, влажного электростатического осадителя и их комбинаций.
11. 11. Оборудование завершающей обработки для установки по производству карбамида, которое содержит устройство завершающей обработки карбамида, содержащее вход для жидкого карбамида, вход для охлаждающего газа, коллектор для твердого карбамида, выход для отходящего газа и по меньшей мере одну систему улавливания частиц, которая представляет собой систему по п.8 или 9, при этом указанный выход для отходящего газа сообщается по текучей среде со входом для газа устройства улавливания частиц.
12. 12. Оборудование по п.11, в котором устройство завершающей обработки карбамида представляет собой блок гранулирования в псевдоожиженном слое.
13. 13. Оборудование по п.11 или 12, дополнительно содержащее кислотный скруббер для удаления аммиака, предпочтительно ниже по потоку от зоны улавливания частиц.
14. 14. Оборудование по любому из пп.11-13, в котором зона улавливания частиц содержит один или более скрубберов Вентури аэрозольного типа (MMV).
15. 15. Установка по производству карбамида, содержащая секцию синтеза и регенерации, которая сообщается по текучей среде с секцией испарения, которая сообщается по текучей среде с секцией завершающей обработки и имеет газопроводную линию к секции конденсации, а указанная секция завершающей обработки имеет газопроводную линию к секции очистки от пыли, причем секция завершающей обработки содержит оборудование по любому из пп.11-13.
16. 16. Способ модификации существующей установки по производству карбамида, содержащей секцию синтеза и регенерации, которая сообщается по текучей среде с секцией испарения, которая сообщается по текучей среде с секцией завершающей обработки и имеет газопроводную линию к секции конденсации; указанная секция завершающей обработки имеет газопроводную линию к секции очистки от пыли для обеспечения установки по производству карбамида по п.15, при этом в способе осуществляют установку первой системы гашения между секцией завершающей обработки и секцией очистки от пыли, при этом указанная секция гашения сообщается по текучей среде с газопроводной линией между секцией завершающей обработки и секцией очистки от пыли, и осуществляют установку по меньшей мере одной второй системы гашения ниже по потоку от первой системы гашения, при этом каждая из первой и второй систем гашения образует часть контура рециркуляции и эти части выполнены с возможностью функционировать независимо друг от друга, при этом термин ниже по потоку приведен по отношению к предполагаемому направлению движения потока газа от секции завершающей обработки к секции очистки от пыли.