CN102596901A - 从废气中去除尿素和氨的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及从气流中回收尿素粉尘和氨的方法,通过将所述气流与硫酸水溶液接触,从而形成硫酸铵和尿素的酸性溶液,其特征在于,将所述酸性溶液浓缩成含水量低于5wt%的熔体,随后将熔体转化成含尿素和硫酸铵的固体颗粒。
Description
已知尿素粉尘和氨存在于尿素厂、尿素造粒塔(urea granulationtower)、尿素制粒塔(urea prilling tower)和化学肥料厂的废气中。特别是这类工厂释放的废气流中含有由各种工艺步骤产生的粉尘和氨。这种气流在进入环境中之前或再循环到所述工艺中之前,必须进行纯化。特别是造粒(granulation)、制粒(prilling)和产物冷却工艺步骤中容易形成这种废气流。
JP9227493公开了一种从这种气流中回收尿素粉尘和氨的方法,通过将所述气流与硫酸水溶液接触,从而形成硫酸铵和尿素的酸性溶液。
这种已知方法的缺点是所得产物为溶液,由于其运输成本高,很难被用作肥料。
如DE10133935中所描述,期望向含氮肥料中添加硫。进一步期望减少工业活动中,特别是肥料制造厂产生的污染。
令人惊讶的是,发现通过将所述酸性溶液浓缩成含水量低于5wt%的熔体,随后将熔体转化成含尿素和硫酸铵的固体颗粒,可以经济上具有吸引力的规模将这两种期望相结合。
JP9227493中所描述方法的另一个问题是所得溶液为酸性溶液,当将其用作肥料时,不仅对土壤不利,而且它导致了用于浓缩、处理和运输所述酸性溶液的金属设备的腐蚀,除非将特殊的、成本高的结构材料用于这种金属设备中。
可通过在将所述酸性溶液浓缩之前,向所述酸性溶液中加入氨,从而形成硫酸铵和尿素于水中的中性溶液来解决这个问题。
JP9227493中所描述方法的进一步问题是生产的液态肥料中的硫(S)与氮(N)的比例取决于回收尿素和氨的气流中氨与尿素的比例。这带来了一个问题,因为:
-根据这种气流的来源,这种气流中氨与尿素的比例以及生产的肥料中S/N比可能随着时间的推移不稳定。因此导致生产的肥料品质不稳定。
-根据施用肥料的土壤条件,可以从农艺角度定义最佳的S/N比。与所述气流中一致的氨与尿素比例一般无法产生生产的肥料中同样的最佳S/N比。
通过向浓缩的熔体或向待浓缩的溶液中加入添加量的硫酸铵,使生产的肥料中S/N比被控制在任何所需的值,可以克服这两种缺点。通过改变加入的硫酸铵的添加量,即该添加量随所述气流中氨与尿素比例的变化而改变,也可随着时间的推移以一种稳定的方式控制S/N比以及从农艺角度考虑的最佳S/N比。
优选地,所述中性溶液通过蒸发至少部分水相而被浓缩,从而形成水蒸气和含水量低于5wt%的熔体。
更优选地,所述蒸发采用多步进行,直到含水量低于5wt%。可使熔体中的含水量低于1wt%,甚至低于0.3wt%。
随后,所述熔体被转化成含尿素和硫酸铵的固体颗粒。该过程可以在造粒机(granulator)或制粒塔(prilling tower)中进行。然而,这将再次引发(以较小的规模)载有氨和粉尘的空气问题。因此该过程优选在球粒机(pelletizer)中进行,所述球粒机包括给料装置、固化/冷却传动带以及从传动带上移除形成球粒的装置,将含尿素液体给料至所述给料装置,通过所述给料装置将含尿素液体的微滴加料至所述传动带,含尿素微滴在传动带上固化,然后将形成的含尿素颗粒从所述传动带上移除。优选通过冷却水来从另一个侧面冷却传动带。使用所述球粒机代替造粒机的优点是双重的:
1、与造粒(granulation)或制粒(prilling)相比,本发明方法中通常实施的规模可使球粒化(pelletizing)更经济。
2、使用上述方法进行球粒化不会产生载有大量粉尘/氨而可能再次引发最初基于较小规模的问题的空气流。
下面将通过附图更详细地解释本发明。
图1为实施本发明实施方案的***示意图。
图2为实施本发明另一实施方案的***示意图。
图3为实施本发明又一实施方案的***示意图。
用于实施本发明方法的***如图1所示。含空气、尿素和氨的气流(11)在洗涤器(1)中与硫酸水溶液(12)接触,从而形成尿素和硫酸铵的酸性溶液。
洗涤器(1)可选自工业中众所周知的湿型洗涤器中的任一种。例如,它可选自例如化学工程手册(Chemical Engineers Handbook)(Perry和Chilton)第五版,第20-94页到20-103页中概括的洗涤器类型。气流11通常具有相对高的温度(70-110℃),且可能比较干燥。结果,洗涤器中大量的水可能被蒸发掉。因此,在许多情况下,需要向洗涤器中加入补充水(make-up water)(15)以确保洗涤器液相中尿素和硫酸铵的浓度保持低于溶解度限度。根据选定的洗涤器类型,为了恰当去除空气流中的氨和粉尘,可能需要酸性尿素/硫酸铵溶液(UAS)在洗涤器上方循环(图中未显示)。
清洁的空气通过管线18离开洗涤器。
尿素和硫酸铵的酸性溶液由管线(21)流向浓缩单元(2),其可包括至少一个浓缩器,水蒸汽通过管线(16)离开浓缩单元(2)。在浓缩单元(2)中,尿素和氨的酸性溶液被浓缩成含水量低于5wt%的熔体。浓缩单元(2)可由一个或多个并联或串联的蒸发器组成。这些蒸发器可选自加工工业中众所周知的蒸发器。例如,它们可选自化学工程手册(Chemical Engineers Handbook)(Perry和Chilton)第五版,第11-27页到11-38页中概括的蒸发器。尿素在高温和长时间停留下易于分解(如水解和形成缩二脲)。出于这个原因,蒸发器通常选自“降膜(falling film)”型或“长管垂直(Long tube vertical)”型(参考化学工程手册(ChemicalEngineers Handbook)(Perry和Chilton)第五版中的图11-16),因为它们停留时间短。此外,为了使尿素分解最小化,蒸发器优选在真空条件下操作,以使所需的温度最小化。可使用真空冷凝器和蒸汽喷射器(图中未显示)***,或工业中众所周知的其它***来保持蒸发器内的真空状态。
浓缩的UAS熔体通过管线(22)从浓缩单元进入混合器(3)。还向混合器(3)中引入固体硫酸铵,使硫酸铵与尿素的比例增加至所需的值。以这样的方式控制混合器(3)中硫酸铵的配量,以在终产物(17)中获得稳定的硫酸铵与尿素的比例。混合器(3)可选自工业中众所周知的任一种固/液混合器。例如它可选自化学工程手册(Chemical EngineersHandbook)(Perry和Chilton)第五版,第19-3页到19-25页中概括的混合器。混合器的选择主要取决于所需的硫酸铵与尿素的比例。在需要低浓度硫酸铵的情况下,那么浆液(23)中的固体浓度会较低。在这种情况下,足以从“搅拌混合器”类型中选择混合器。在需要较高浓度硫酸铵的情况下,那么可从“糊状和粘性材料混合”设备类型中选择更有效的混合器。尿素/硫酸铵(UAS)+熔体中的固体硫酸铵浆液通过管线(23)从混合器中输运至固体成型步骤(4)。
固体成型步骤(4)可包括造粒(granulation)、制粒(prilling)或球粒化(pelletizing)。选择球粒化作为固体成型工艺具有特殊的优势,因为这种球粒化工艺不形成载有粉尘和氨的废气,而这会在制粒和造粒工艺中出现。这种球粒化工艺的实例如WO 2006/111331 A1中所述。终产物尿素和硫酸铵的固体混合物由管线(17)离开该工艺。
图2显示了用于实施本发明方法的***,其中在对酸性溶液(21)进行浓缩之前,向中和器(5)内的酸性溶液中加入氨或氨水(14),从而形成尿素和硫酸铵的中性水溶液,其由管线(24)流向浓缩单元(2)。中和过程(5)可在带有搅拌器的混合容器中进行,这是该行业众所周知的。考虑到硫酸和氨之间很强的化学亲和力,所述中和过程甚至可以一种更简单的方式进行,例如通过在所述工艺管线中提供湍流和足够的停留时间,将UAS溶液24输送至浓缩单元(2)中。
图2中所示的所有其它元件与图1中的元件类似,因此不再赘述。
图3显示了本发明的进一步实施方案。在终产物UAS中所需的硫酸铵与尿素的比例受限的情况下,图3所示的实施方案比图1和图2所示的更具优势。在洗涤器(1)中,使含空气、尿素和氨的气流(11)与硫酸水溶液(12)接触,从而形成尿素和硫酸铵的酸性溶液。清洁的空气由管线(18)离开所述洗涤器。由(15)向洗涤器中引入补充水,加入的量为使流(21)和(24)中没有固体形成。所形成的尿素和硫酸铵的酸性溶液由(21)离开洗涤器进入混合器(3)中。由管线(14)向混合器(3)中引入NH3(或氨水),加入的量为使(21)中存在的多余硫酸被中和。由管线(13)向混合器(3)中加入额外的固体硫酸铵。混合器(3)为搅拌容器,其中适当的搅拌可确保在富集的UAS溶液由(24)离开混合器进入浓缩单元(2)之前,使所有被添加到混合器中的固体硫酸铵处于溶解状态。
与图1中描述的方式相同,在浓缩单元(2)中,UAS溶液被浓缩到这样的程度,即UAS熔体在经(23)离开所述浓缩单元时的含水量低于5wt%。在固体成型单元(4)中,以图1所示的相同方式将该浓缩的熔体转化成UAS固体产物。
与图2中描述的工艺相比,图3的优点在于使步骤(5,中和器)和步骤(3,混合器)结合于一个步骤(3,混合器)中。图3所示的工艺的优点在于较低的资本投入。与图3所示的工艺相比,图2所示工艺的优点在于,浓缩步骤(2)中硫酸铵的浓度可以更高而不用担心管线堵塞的风险。因此,图3所示工艺的应用受到这类情况的限制,即产物(17)中所需的S/N比限于所述UAS+熔体(23)不含固体硫酸铵的数值,或仅限于使流(23)保持为可输运浆液的固体硫酸铵的量。
Claims (7)
1.从气流中回收尿素粉尘和氨的方法,通过将所述气流与硫酸水溶液接触,从而形成硫酸铵和尿素的酸性溶液,其特征在于,将所述酸性溶液浓缩成含水量低于5wt%的熔体,随后将熔体转化成含尿素和硫酸铵的固体颗粒。
2.根据权利要求1所述的方法,其中在对酸性溶液进行浓缩前,将氨加入到所述酸性溶液中,从而形成尿素和硫酸铵于水中的中性溶液。
3.根据权利要求2所述的方法,其中通过蒸发至少部分水相对所述中性溶液进行浓缩,从而形成水蒸气和含水量低于5wt%的熔体。
4.根据权利要求3所述的方法,其中权利要求3所述的蒸发是采用多步进行的,直到熔体中的含水量低于5wt%。
5.根据前述权利要求任一项所述的方法,其中所述熔体与添加量的硫酸铵混合。
6.根据权利要求1-4任一项所述的方法,其中,在进行浓缩之前将所述溶液与添加量的硫酸铵混合。
7.根据前述权利要求任一项所述的方法,其中所述熔体在包括给料装置、传动带以及从所述传动带上移除所形成球粒的装置的球粒机中转化成含尿素的固体颗粒,将含尿素液体给料至所述给料装置,通过所述给料装置将含尿素液体的微滴加料至所述传动带,含尿素微滴在传动带上固化,然后将形成的含尿素颗粒从所述传动带上移除。
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