使用酸洗涤系统的尿素成粒过程和氨盐到尿素颗粒中的相应集成

摘要

具有洗涤系统的尿素成粒过程，该洗涤系统包括用来从尿素成粒单元的废气中去除粉尘和氨的多个废物流束，该尿素成粒单元包括尿素成粒器(1)、成粒器洗涤器粉尘阶段(2)、成粒器洗涤器酸阶段(3)、产品冷却器(5)、产品冷却器洗涤器粉尘阶段(4)、蒸发单元(6)、及凝结器单元(7)。由此第一新鲜空气流束(8)-它穿过第一系列的过程步骤运行，被发送到尿素成粒器(1)中，从而含粉尘和氨的空气(9)从成粒器(1)中被抽出，并且被输送到成粒器洗涤器粉尘阶段(2)中，然后进入成粒器洗涤器酸阶段(3)，在该阶段中，含氨空气(12)与液相的酸(22)相接触，并且通过产生氨盐而从该空气中洗涤氨。第二新鲜空气流束(15)-它穿过第二系列的过程步骤运行，被用来冷却从尿素成粒器(1)中抽出的产品，从而所述冷却在产品冷却器(5)中进行，由此所述空气被加热，并且随后被输送到产品冷却器洗涤器粉尘阶段(4)。从成粒器洗涤器酸阶段(3)中抽出的清洁废气(13)、和从产品冷却器洗涤器粉尘阶段(4)中抽出的清洁废气(18)被释放到大气(19)中。由此通过洗涤系统，该洗涤系统本身是完全封闭的系统，并且与尿素合成完全脱离，从而来自成粒器洗涤器酸阶段(3)的氨盐溶液流束(23)被进给到所述产品冷却器洗涤器粉尘阶段(4)中，从而去除离开产品冷却器(5)的含粉尘空气流束(17)的氨，并且来自产品冷却器洗涤器粉尘阶段(4)的释放溶液(24)、和来自成粒器洗涤器粉尘阶段(2)的释放溶液(11)被送到蒸发单元(6)。来自蒸发单元(6)的蒸汽流束(29)-它包含氨，给予到凝结器单元(7)中，该凝结器单元(7)释放液体过程凝结物(30)，并且所述液体过程凝结物(30)给予到成粒器洗涤器酸阶段(3)中，而来自蒸发单元(6)的浓缩溶液流束(28)-包含尿素和氨盐、和来自合成单元(27)的尿素熔体(26)分离地输送到尿素成粒器(1)中。由此将在浓缩溶液流束(28)中包含的氨盐集成到成粒尿素产品中。

说明书

技术领域

本发明涉及一种尿素成粒过程，并且涉及适于操作该过程的设备。本发明包括一种方法，该方法通过洗涤废气并且回收洗涤器泄放物和将它集成到成粒过程中来减少从尿素成粒设备的氨排放物(这些氨排放物当前由常规尿素生产过程排放)，从而氨盐被该过程完全地包含。

背景技术

用来由液体成分生产颗粒的普通过程在US 5,779,945中描述。本专利的焦点是对所生产的具有不同尺寸的颗粒进行处理和分类。这里诸如旋风器或洗涤器之类的气体/固体分离设备被用来将固体材料与设备的废气流束分离。废气流束的高级处理并未被进一步地考虑。

在US 4,370,198中，成粒单元的废气被发送到粉尘分离旋风器，然后是连续湿式洗涤器，这两者有助于洗涤所述废气流束。所使用的洗涤液体是要被处理的溶液或悬浮液的一部分，并且离开湿式洗涤器的洗涤液体被直接反馈到成粒单元中。示范性地，分别对于氯化钠、尿素、蔗糖或氧化铁的生产，可以实现描述的过程。因此洗涤溶液是要被处理的溶液或悬浮液的一部分，并且被直接送回到成粒单元中。这个过程仅可对于粉尘洗涤而实现，但不适于氨洗涤。

用于在水平横流洗涤器中的湿式同时清洁和去除粉尘气体处理的设备和方法的另外例子公开在EP 0853971 A1中。这项发明在填充塔中实现污染物和粉尘的去除。

在使用的尿素设备中，离开尿素成粒器的空气除尿素粉尘之外也包含氨，该尿素成粒器装有流化床。这种氨污染物需要在废气流束可通到大气中之前被去除。

从废气流束中去除氨是一种公知的技术。通常废气流束用酸性洗涤溶液处理。这种洗涤溶液可通过将诸如硝酸或硫酸之类的酸添加到水中而容易地制造。氨通过化学吸收从气体流束中去除，并且转换成相应的氨盐。相应地，硝酸的使用产生硝酸铵(AN)，而硫酸的使用产生硫酸铵(AS)。这些包含氨盐的溶液可用于硫酸铵化肥或NPK化肥的生产，用于这种生产的技术是现有技术状态。

在尿素设备中，氨盐不出现在过程中，并且在现有尿素设施处不能容易地处理。常规尿素生产设施因此仅具有用以减少来自成粒设备的气态氨排放的如下选项：

●将稀释氨盐溶液排出到废水流束中，

●将稀释氨盐溶液浓缩到可由其它设备利用的浓度，例如由NPK利用，

●生产具有高硫含量的UAS(尿素/硫酸铵)化肥，

●生产UAN(尿素/硝酸铵)溶液。

所有这些选项都要求巨大的投资和对于操作条件的变化，或者带来产品成分和特性的变化。全部以上选项都导致新产品，这些新产品要求用于运输和处理的另外设施、以及昂贵量的能耗。作为结果，当今的尿素设施在没有高效氨去除的情况下运行，引起严重的环境问题。因此，从尿素设施中去除氨是一项急待解决的艰巨任务。

在WO 03/099721中描述了一种可选择的解决方案。这项发明涉及一种通过用有机酸将在含氨气体流束中的氨转化成氨盐来从含氨气体流束中去除氨的过程，而得到的氨盐在升高温度下与过氧化物相接触。氨盐由此在分解器中转化成包含NH₃、CO₂及H₂O的混合物，并且可以在尿素合成单元中容易地再处理。过氧化物对于普通过程是附加的，并且会涉及其它不利伴随物。而且，对于把氨盐转化成NH₃、CO₂及H₂O，除了正常设备布局之外，还需要分离的分解器。这种显现气体流束不能在成粒单元中被再处理，而是需要在尿素合成单元中再循环。

氨排放物的减少技术也在M Potthoff的Nitrogen+Syngas[online]，2008年7月、8月，第39-41页中描述。在图1中，示出了组合粉尘和酸洗涤器系统。氨被吸收在酸洗涤段中，并且转化成硫酸铵。硫酸铵溶液添加到返回蒸发段的再循环流中。在这个单元中，它与来自尿素合成单元的尿素熔体相混合。来自蒸发的浓缩溶液流束被输送到尿素成粒器中。从蒸发单元出来的凝结物被用作用于组合粉尘/氨洗涤系统的成分。借助于这种所谓的氨转化技术(Ammonia Convert Technology)，在废气中的氨可减少到30mg/Nm³。没有在Brochure Urea，[online]，12-2007，第1-24页中所示的酸洗涤的技术，仅将废气中的氨减少到160mg/m³左右的值，并且这里还称作现有技术状态。

在M Potthoff的Nitrogen+Syngas[online]，2008年7月、8月，第39-41页中描述的氨转化技术仍然意味着几个缺点。首先，在这种系统中的水平衡是关键参数。如果受扰动，则尿素合成将被硫酸铵污染，或者可选择地需要处理大量的废水。另外，在蒸发单元中酸性溶液与浓缩尿素熔体的混合对成粒具有不利影响。此外，这种技术意味着产生被硫酸铵污染的大量凝结物，其需要被分配到各个洗涤器，包括粉尘和酸洗涤技术。借助于这种技术实现的在废气中的剩余氨浓度，对于现代尿素成粒设备也仍然不足或不满意。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的是提供一种过程，该过程集成和优化了由尿素成粒过程产生的废气的现有洗涤技术，而不产生副产品或废物流束。过程应该防止与以上所描述的常规技术有关的问题。特别是应该排除来自尿素合成单元的尿素熔体的污染。该过程不应该使用任何附加的昂贵设施。另外，该过程应该不使用昂贵量的利用物，如过氧化物。总之，通过发现对由普通氨洗涤过程产生的氨盐的使用，该过程应该比现有技术状态的普通尿素成粒过程对环境更加有利。本发明的目的也在于提供适于操作这样一种过程的设备。

上述目的由一种具有洗涤系统的尿素成粒过程实现，该洗涤系统包括用来从尿素成粒单元的废气中去除粉尘和氨的多个废物流束，该尿素成粒单元包括尿素成粒器1、成粒器洗涤器粉尘阶段2、成粒器洗涤器酸阶段3、产品冷却器5、产品冷却器洗涤器粉尘阶段4、蒸发单元6、及凝结器单元7。从而，穿过第一系列的过程步骤运行的第一新鲜空气流束8被发送到尿素成粒器1中，从而含粉尘和氨的空气9从成粒器1中被抽出，并且被输送到成粒器洗涤器粉尘阶段2中，然后进入成粒器洗涤器酸阶段3，在该阶段中，含氨空气12与液相的酸22相接触，并且通过产生氨盐而从该空气中洗涤氨。穿过第二系列的过程步骤运行的第二新鲜空气流束15被用来冷却从尿素成粒器1中抽出的产品，从而所述冷却在产品冷却器5中进行，由此所述空气被加热，并且随后被输送到产品冷却器洗涤器粉尘阶段4。从成粒器洗涤器酸阶段3中抽出的清洁废气13和从产品冷却器洗涤器粉尘阶段4中抽出的清洁废气18被释放到大气19中。由此通过洗涤系统，该洗涤系统本身是完全封闭的废物流束系统。在这个过程中，来自成粒器洗涤器酸阶段3的氨盐溶液流束23被进给到所述产品冷却器洗涤器粉尘阶段4中，从而去除离开产品冷却器5的含粉尘空气流束17的氨，并且来自产品冷却器洗涤器粉尘阶段4的释放溶液24和来自成粒器洗涤器粉尘阶段2的释放溶液11被送到蒸发单元6。来自蒸发单元6的包含氨的蒸汽流束29被送到凝结器单元7中，该凝结器单元7释放液体过程凝结物30，并且所述液体过程凝结物30被送到成粒器洗涤器酸阶段3中，而来自蒸发单元6的包含尿素和氨盐的浓缩溶液流束28以及来自合成单元27的尿素熔体26被分离地输送到尿素成粒器1中。由此将在浓缩溶液流束28中包含的氨盐集成到成粒尿素产品中。

由此，洗涤系统本身是完全封闭的废物流束系统，并因此与尿素合成完全脱开。由此避免了尿素熔体的污染。

在产品冷却器洗涤器粉尘阶段4中的洗涤溶液的盐浓度是35-60％wt(按重量)，该产品冷却器洗涤器粉尘阶段4包括在第一系列的过程步骤中。

本发明的另外选项涉及对于尿素成粒器1的尿素熔体26和包含尿素和氨盐的浓缩溶液流束28的浓度，该浓度保持在95至99.8％wt的范围中。优选地，浓度保持在96至97.5％wt的范围中。

另一个实施例是，酸22从包括如下选项的组中选择：硫酸、硝酸、磷酸、柠檬酸、乳酸及草酸。当然，可使用其它酸，如果它们是不挥发的。优选地，使用硫酸，因为它容易得到，并且另外，它能够提供硫，该硫被认为是高度需要的养分。

在第一系列的过程步骤中包括的、在成粒器洗涤器酸阶段3中的反应溶液中的氨盐的浓度保持为＜10％wt，并且优选地保持在6-8％wt的范围中。由此，在第一系列的过程步骤中包括的在成粒器洗涤器酸阶段3中的溶液流束的pH值，保持在2-6的范围中，优选地保持在3.5-5.0的范围中，最优选地保持在4.0-4.5的范围中。

在第一系列的过程步骤中包括的在成粒器洗涤器粉尘阶段2中的反应溶液中的尿素浓度保持在35-60％wt的范围中。优选的是，在第一系列的过程步骤中包括的在成粒器洗涤器粉尘阶段2中的溶液的尿素浓度保持在45-55％wt的范围中。

此外，在蒸发单元6的出口处的氨盐的浓度保持在12％wt以下的重量百分比，并且它优选地保持在9-11％wt的范围中。

选择性地，被进给到蒸发单元6中的混合物与尿素熔体的一部分31相混合。

此外，释放到大气19中的清洁废气的混合物呈现的NH₃浓度在10-25mg/Nm³的范围中，并且优选地呈现的NH₃浓度＜15mg/Nm³。

所描述的尿素成粒过程使用一种洗涤系统，该洗涤系统包括用来从尿素成粒器的废气中去除粉尘和氨的多个废物流束，该尿素成粒过程要在一种设备中操作，该设备包括尿素成粒器1、成粒器洗涤器粉尘阶段2、及成粒器洗涤器酸阶段3，它们形成第一系列的设备。也包括的是产品冷却器5、产品冷却器洗涤器粉尘阶段4(它们形成第二系列的设备)、蒸发单元6、凝结器单元7、用来向尿素成粒器提供新鲜空气8的装置、用来从尿素成粒器1抽出含粉尘和氨的空气9和用来将它输送到成粒器洗涤器粉尘阶段2中的装置、用来将空气12从成粒器洗涤器粉尘阶段2中抽出到成粒器洗涤器酸阶段3中的装置、用来向产品冷却器5提供新鲜空气15的装置、用来将来自产品冷却器5的用过的空气17输送到产品冷却器洗涤器粉尘阶段4的装置、用来将来自产品冷却器洗涤器粉尘阶段4的清洁空气18和来自成粒器洗涤器酸阶段3(该成粒器洗涤器酸阶段3包括在第一系列的设备中)的清洁空气13释放到大气19中的装置、用来将过程水21和酸22输送到成粒器洗涤器酸阶段3的装置、用来将过程水10输送到成粒器洗涤器粉尘阶段2的装置、用来将尿素颗粒14从尿素成粒器1输送到产品冷却器5的装置。由此，洗涤系统的设备的连接方式构成完全封闭的废物流束系统，该系统包括用来将来自成粒器洗涤器酸阶段3的溶液流束23输送到产品冷却器洗涤器粉尘阶段4的装置、和用来将来自产品冷却器洗涤器粉尘阶段4的溶液流束24和来自成粒器洗涤器粉尘阶段2的溶液流束11输送到蒸发单元6的装置、用来将蒸发单元6的蒸汽29输送到凝结器单元7的装置、用来将来自凝结器单元7的过程凝结物30输送到成粒器洗涤器酸阶段3的装置、以及用来将尿素熔体26和包含尿素和氨盐的浓缩溶液流束28彼此分离地输送到尿素成粒器1中的装置。

本发明的另一个实施例是，设备包括用来将来自产品冷却器洗涤器粉尘阶段4(该产品冷却器洗涤器粉尘阶段4包括在第二系列的设备中)的溶液流束24与来自成粒器洗涤器粉尘阶段2(该成粒器洗涤器粉尘阶段2包括在第一系列的设备中)的溶液流束11相混合的装置、用来将尿素熔体31进给到该混合物的装置、及用来将混合物进给到蒸发器6的装置。

设备的进一步选项是，它包括用来将尿素熔体进给到蒸发单元6中的装置。

具体实施方式

下面以例示的方式更详细地描述本发明。图1示出的是方块图，其中具有：带有流化床的尿素成粒器1、成粒器洗涤器粉尘阶段2、成粒器洗涤器酸阶段3(它们形成第一系列的设备)、产品冷却器5、产品冷却器洗涤器粉尘阶段4(它们形成第二系列的设备)、蒸发单元6、凝结器单元7、以及各个主过程流束。尿素成粒器可以是鼓式成粒器，而不是具有流化床的成粒器，或者可以是使用新鲜空气的任何其它成粒器。

尿素成粒器1彼此分离地被供有浓缩溶液流束28以及尿素熔体26，该浓缩溶液流束28包含从蒸发器6抽出的尿素和氨盐。在尿素成粒器1中，尿素颗粒形成在流化床中，该流化床被流化并且由新鲜空气流束8冷却。含粉尘和氨的空气流束9被抽出。它首先在成粒器洗涤器粉尘阶段2(该成粒器洗涤器粉尘阶段2包括在第一流束的设备中)中被洗涤，在该处去除尿素粉尘。过程水流束10添加到成粒器洗涤器粉尘阶段2，并且泄放流束11被发送到蒸发单元6。由此空气通过在洗涤器中水的蒸发被冷却。几乎无粉尘的、但含氨的空气流束12在成粒器洗涤器酸阶段3(该成粒器洗涤器酸阶段3包括在第一系列的设备中)中被洗涤，在该处去除氨，并且清洁废气流束13可被抽出。

所产生的尿素颗粒14被输送到产品冷却器5，在该处新鲜空气流束15冷却最终产品16。含粉尘空气流束17被输送到产品冷却器洗涤器粉尘阶段4(该产品冷却器洗涤器粉尘阶段4包括在第二系列的设备中)，在该处，在空气通过在洗涤器中水的蒸发被冷却的同时，洗掉尿素粉尘。离开产品冷却器洗涤器粉尘阶段4的清洁空气流束18与清洁废气流束13相混合，并且释放到大气19。

用于成粒器洗涤器酸阶段3(该成粒器洗涤器酸阶段3包括在第一系列的设备中)的洗涤溶液包括过程水21和酸流束22及过程凝结物30。在成粒器洗涤器酸阶段3中，酸溶液与氨反应，产生氨盐溶液流束23，该氨盐溶液流束23被输送到产品冷却器洗涤器粉尘阶段4(该产品冷却器洗涤器粉尘阶段4包括在第二系列的设备中)，从而离开产品冷却器5(该产品冷却器5包括在第二系列的过程步骤中)的含粉尘空气流束17的氨被去除。这种溶液从含粉尘空气流束17中带走尿素粉尘。

来自产品冷却器洗涤器粉尘阶段(该产品冷却器洗涤器粉尘阶段包括在第二系列的过程步骤中)的生成的溶液流束24与来自成粒器洗涤器粉尘阶段2的泄放流束11相结合，并且生成的混合物25被输送到蒸发单元6，在该处它被浓缩。来自蒸发单元6的浓缩溶液流束28被进给到尿素成粒器1，以将所产生的氨盐集成到成粒过程中。尿素熔体的一部分31可以被添加到蒸发单元6，以便按正确比率保持浓缩溶液流束28的尿素浓度和硫酸铵浓度，但尿素熔体流束31优选地减小到最小。从蒸发单元6抽出的蒸汽流束29被输送到凝结器单元7，在该处它由外部冷却水冷却。在凝结期间产生的过程凝结物30发送到成粒器洗涤器酸阶段3中。例如，作为优选实施例，使用水平型横流洗涤器。

因此形成废物流束的封闭循环，并且全部废物流束被再循环。另外，所产生的氨盐被集成在尿素成粒过程中。而且将外部过程水消耗减少到最小。总之，这种组合的特征在于其环境相容性。

与在M Potthoff的Nitrogen+Syngas[online]，2008年7月、8月，第39-41页中描述的氨转化技术不同，通过构成封闭的洗涤系统，本发明的技术避免了在尿素合成单元27中产生的尿素熔体的污染。这通过将来自蒸发单元6的浓缩溶液流束28、和尿素熔体26以分离的方式输送到尿素成粒器1而实现。经流束31，仅有来自合成单元27的限定和受控量的尿素熔体被进给到蒸发单元6中。

在例1中，给出一个表格，该表格给出与现有技术状态的尿素成粒过程中的氨有关的一些典型数值：

在到成粒单元的进料中，按重量500至600ppm的氨量或多或少是不可避免的，因为它是在上游蒸发段中形成的平衡的结果。约90ppm的氨通过缩二脲形成添加在尿素溶液管线中，从而总共约590至690ppm进入成粒器。这种氨的约50ppm包括在最终产品中，从而其余部分经堆叠随着来自成粒单元的空气流而离开成粒设备。这对于在Brochure Urea，[online]，12-2007，第1-24页中呈现的现有技术状态，导致大约130至160mg/Nm³的最终浓度。在M Potthoff的Nitrogen+Syngas[online]，2008年7月、8月，第39-41页中所描述的所谓氨转化技术的组合堆叠中，发现大约30mg/Nm³的最终浓度，而在本申请中描述的发明技术导致10mg/Nm³的氨浓度。因此使用这种技术可实现显著的进步。

例2表示与在M Potthoff的Nitrogen+Syngas[online]，2008年7月、8月，第39-41页中所描述的所谓氨转化技术和在Brochure Urea，[online]，12-2007，第1-24页中呈现的现有技术状态相比，形成本发明的基础的氨转化技术的经济性优势方面：

为了计算，预计对于氨的价格是约300US$/mt，对于尿素是约250US$/mt，对于硫酸是约20US$/mt。

每年800mt/a的氨损失是指在现有技术状态的普通尿素成粒设备中每年总共240,000US$的损失。

使用氨转化技术，约640mt/a的回收率是可能的，这是约192,000US$的值。由设备生产大约2,500mt/a硫酸铵，该设备具有与对用于现有技术状态的计算使用的容量相同的容量。额外的尿素生产率是约2,500mt/a，导致每年约625,000US$的利润。考虑到这样一种过程的1,900mt/a的硫酸消耗的成本，这引起每年约38,000US$的成本，剩下每年总共约587,000US$的节余。

使用本发明，约740mt/a的回收率，这是约222,000US$的值。由设备生产大约2,900mt/a硫酸铵，该设备具有与对用于现有技术状态的计算使用的容量相同的容量。额外的尿素生产率是约2,900mt/a，导致每年约725,000US$的利润。考虑到这样一种过程的2,200mt/a的硫酸消耗的成本，这引起每年约44,000US$的成本，剩下每年总共约681,000US$的节余。

因此本发明的技术与在M Potthoff的Nitrogen+Syngas[online]，2008年7月、8月，第39-41页中所描述的氨转化技术相比，导致每年约94,000US$的节余。这种效果归因于增加的回收氨量，这与氨转化技术相比，引起400mt/a的额外的尿素生产率。

因而，产生一种溶液，该溶液包含低氨盐浓度和高尿素浓度。通过这些少量的氨盐的添加，对于产品规格和质量没有显著变化。尿素产品的N含量保持在46％N以上，从而产品仍然是典型的尿素化肥。

本发明提供的过程的优点是：

●对于环境的氨排放显著较低。

●通过减少氨损失和由此增加化肥生产，实现了成本优势。

●使用一种简单的方法来处理在现有尿素成粒设备中的氨盐。

●闭环系统，对于到废水系统的合成或排放没有再循环，由此避免了关于硫酸铵的污染。

●用来借助于流化床成粒从来自尿素成粒设备的废气流束中去除氨的工艺过程是已被证实的并且是低成本的。

●由于回收的氨包括在产品中，所以增加了尿素生产率，导致显著的经济利益。

●生产典型的尿素化肥级产品。

附图标记

1    尿素成粒器

2    成粒器洗涤器粉尘阶段

3    成粒器洗涤器酸阶段

4    产品冷却器洗涤器粉尘阶段

5    产品冷却器

6    蒸发单元

7    凝结器单元

8    新鲜空气流束

9    含粉尘和氨的空气

10   过程水流束

11   溶液流束

12   含氨空气流束

13   清洁废气流束

14   尿素颗粒

15   新鲜空气流束

16   最终产品

17   含粉尘空气流束

18   清洁空气流束

19   大气

20   酸性进料

21   过程水

22   酸流束

23   氨盐溶液流束

24   溶液流束

25   生成的混合物

26   尿素熔体

27   来自合成单元的尿素熔体

28   浓缩溶液流束

29   蒸汽

30   过程凝结物

31   尿素熔体的部分