CN1053890C - 降低脲生产厂气体排放物中氨含量的方法 - Google Patents

Abstract

中和源于脲生产工厂浓缩区域的熔融脲中存在的氨的方法，它包括向熔融脲中加入少量酸。

Description

降低脲生产厂气体排放物中氨含量的方法

本发明涉及降低脲生产厂气体排放物中氨含量的方法。

所有脲生产工厂都根据下列以氨和二氧化碳为原料的直接合成反应：

             

在完全循环型工厂中，氨(通常为液态)和二氧化碳(通常为气态)的加入量都略微过量。过量的原因是由于氨和二氧化碳的损失，它们或直接或以脲的形式进入大气中，并可污染环境。

所述损失可以是连续的或不连续的，液态的或气态的。气态损失时，可能含有固体产品(脲)或气体产品(氨)。

根据损失的量和工厂的状况(总面积)，或多或少会造成环境污染，它们必须连续监测以符合地方法规的要求，各种地方法规的要求各不相同，但总的来说将变得日趋严格。

因此，提供一种消除脲生产工厂气体排放物中氨的方法，从而消除污染是很重要的。

在所述工厂中，反应和数次循环之后，上述反应得到浓度约为75％重量的脲水溶液，它仍含有少量未转化成脲的氨。

该溶液被浓缩至浓度为96％-99.8％重量，浓缩期间，大量的氨从溶液中与水一起被排出，并在工厂中回收利用。所得溶液、实际上为熔融脲仍含有少量氨，由于在所述最后浓缩步骤中发生下列反应生成另外的氨，进一步增加了氨的量：

       该反应使2摩尔脲转化为1摩尔缩二脲和1摩尔氨。

上述最终浓缩步骤之后，仍含有约0.1％重量或更少氨的脲溶液(熔融脲)被固化成小颗粒。如用塔式喷淋法(prilling process)固化，得到的固体产品称作喷淋法脲粒料，如用颗粒成型法(granulat-ing process)固化，得到的固体产品称作颗粒成型法脲粒料。

两种固化方法都是使熔融脲(塔式喷淋法先将其分成小液滴、颗粒成型法是将其喷于一些颗粒上长大)与空气流接触，来除去固化热，使用96％重量熔融脲进料的颗粒成型法还要干燥产品，最后将固体颗粒冷却至低于固化温度。固化步骤结束后，无论是喷淋法脲粒料还是颗粒成型法脲粒料，都含有一定量的游离氨(60-200ppm)，含于熔融脲中的其它氨转换至固化和冷却用空气中，并排到大气中造成污染。

这种排放气中的氨含量是很小的(80-200ppm)，这也是近期内不会引起重视的原因。但随着污染问题越来越受重视，制定的法规要求越来越严格。因此，需要避免排放氨，或者至少大大降低向大气中排放氨。

这个问题并不易于解决，因为排放气中氨的含量相当小。由于氨在排放气中的分压太小，用水洗涤基本上是无效的。

目前工厂中用于除去含于排放气中的脲颗粒的湿法除脲法根本无法除去其中的氨。另外，用到的空气的体积极大，因此用于除去氨的设备将是巨大的。对于1000吨/天(这是脲生产工厂的平均规模)的喷淋法脲粒料工厂，需要400,000-500,000标准立方米/小时(Nm³/h)空气。

排放气一般是在距地面60-80米高处排放到大气中的，这样处理起来更困难。为了装配一个除氨装置，需要将如此大量的排放气传送到地面，更增加了投资和操作花费。

对于采用颗粒成型法的工厂，要处理的排放空气的量大大低于采用塔式喷淋法的，已有了从排放气中除氨的工厂。它们用加入硫酸而呈微酸性的水洗涤。

它们除氨的效率是可观的，但是得到的水相当多，并且含有少量相应的盐，必须找出这些简便的收集方法，总之，浓缩时仍需要操作花费。

本申请人现已发现一种排除喷淋造粒塔或颗粒成型区域排放气中存在的氨的方法，该方法的投资和操作费用极小。

因此，本发明提供一种中和源于脲生产厂浓缩区域的熔融脲中存在的氨的方法，它包括向熔融脲中加入少量酸。该酸优选是无机酸，选自硫酸和磷酸，基于熔融脲的量，酸的用量在0.25％和0.45％重量之间。

该酸既与其中原本含有的氨中和，又与上述形成缩二脲时形成的氨中和。

残留在喷淋法或颗粒成型法脲粒料中形成的硫酸铵或磷酸铵的量是非常小的(3000-6000ppm)，因而不会影响固体产品的物理性能，这些固体产品可直接用作化肥，或者用作工业产品，但用作工业产品时，至少在某些情况下需要必要的检验。

也可以在更前的步骤中加入酸，例如在最终真空浓缩步骤之前。但在这种情况下，需要较大量酸以中和脲溶液中含有的全部氨。这样固体脲产品中铵盐含量将达到8％-9％。这样制备的脲不适于工业应用，但用作缺硫土壤的化肥非常有利。

图1表示针对采用塔式喷淋造粒法工厂本发明方法的示意流程图。用泵1通过管道2将含有少量氨和二氧化碳的69％-75％重量浓度的脲溶液加到浓缩区域3中(一般是一次或多次真空步骤)。将该脲溶液浓缩至浓度为99.4％-99.8％重量(实际上成为熔融脲)以后，将其加到喷淋造粒塔5的顶部，在此将其喷淋成脲液滴，然后固化成颗粒(喷淋法脲粒料)并通过管道6收集。

但是，在熔融脲到达喷淋造粒塔顶部之前，用计量泵7通过管道8向其中计量加入足够的浓缩至98％-99％重量浓度的硫酸。如果使用磷酸，优选将酸注射处移至更上流，即移至最后一次真空浓缩步骤之前，这是因为浓缩的磷酸(54％重量的P₂O₅或约75％重量的H₃PO₄)含有较大量的水。

加入的酸流经管道9的过程中，它既与熔融脲中存在的氨中和，又与如上所述的与缩二脲一起生成的氨中和。

管道8与管道4的交接处还可装有适宜的搅拌器(图1中未示出)。

含有少量氨、二氧化碳和脲颗粒、基本上呈水蒸汽形式的蒸汽经管道10离开浓缩区域3。氨和脲都可以完全回收并循环至脲生产厂的合成区域。

为使熔融脲变成固体颗粒，用于移去固化热和冷却需要的空气经管道11从喷淋造粒塔的底部进入，经管道12从喷淋造粒塔的顶部排放到大气中(喷淋造粒塔可以是自然通风型的或强制通风型的)。

这样，排放气中氨气含量限制在每标准立方米(Nm³)几个毫克(最多为8)，因此，其含量低于最严格的大气污染法规的要求。

下面给出两个非限定性的实施例，以更好地说明本发明。

实施例1

在生产规模为15000kg/h喷淋法脲粒料、用氨和二氧化碳生产脲的工厂中，合成区域制得的脲溶液的组成为：

                     kg/h                wt％脲                       14820               69.40缩二脲                   85                  0.40NH₃                     344                 1.61CO₂                     158                 0.74H₂O                     5947                27.85总量                     21354               100.00在浓缩区域，排出的蒸汽的组成为：

                     kg/h                wt％脲                       痕量NH₃                     333                 5.20CO₂                     158                 2.50H₂O                     5910                92.30总量                     6401                100.00

这里的氨和二氧化碳被全部回收并循环至合成区域，得到的熔融脲的组成为：

                   kg/h                      wt％脲                     14771                     98.78缩二脲

                   127                       0.85NH₃                   18                        0.12H₂O                   37                        0.25总量                   14953                     100.00

在与自然通风型喷淋造粒塔顶部连接的管道中，通过计量泵向该熔融脲中加入53kg/h浓度为98.0％重量的硫酸溶液。

从喷淋适粒塔的底部取出产品，其组成为：

                   kg/h                      wt％脲

                   14759                     90.39缩二脲                 133                       0.89H₂O                   38                        0.25(NH₄)₂SO₄          70                        0.47总量                   15000                     100.00

可以看出，由酸溶液带进熔融脲中的水使最终产品中水含量的增加是可以忽略的。

从56米高的喷淋造料塔顶部排放的空气量为约150,000Nm³/h，其氨含量为约5mg/Nm³、脲含量为约40mg/Nm³。

不加入酸溶液时，在相同操作条件下所述的氨含量发现为180mg/Nm³。

实施例2

在生产规模为62500kg/h喷淋法脲粒料、用氨和二氧化碳生产脲的工厂中，合成区域制得的脲溶液的组成为：

                        kg/h                   wt％

脲                      61830                  68.98

缩二脲                  315                    0.35

NH₃                    1552                  1.73

CO₂                    692                    0.77

H₂O                    25251                  28.17

总量                    89640                  100.00

在浓缩区域，排出的蒸汽的组成为：

                    kg/h                     wt％

脲                  traces

NH₃                1515                     5.55

CO₂                692                      2.54

H₂O                25095                    91.91

总量                27302                    100.00

这里的氨和二氧化碳被全部回收并循环至合成区域，得到的熔融脲的组成为：

                    kg/h                     wt％

脲                  61652                    98.90

缩二脲              468                      0.75

NH₃                62                       0.10

H₂O                156                      0.25

总量                62338                    100.00

在与自然通风型喷淋造粒塔顶部连接的管道中，通过计量泵向该熔融脲中加入189kg/h浓度为98.0％重量的硫酸溶液。

从喷淋造粒塔的底部取出产品，其组成为：

                      kg/h                       wt％

脲                    61598                      90.55

缩二脲                493                        0.79

H₂O                  159                        0.26

(NH₄)₂SO₄         250                        0.40

总量                  62500                      100.00

可以看出，由酸溶液带进熔融脲中的水使最终产品中水含量的增加是可以忽略的。

从58米高的喷淋造料塔顶部排放的空气量为约620,000Nm³/h，其氨含量为约4mg/Nm³、脲含量为约40mg/Nm³。

不加入酸溶液时，在相同操作条件下所述的氨含量发现为160mg/Nm³。

Claims (6)

1.一种在脲生产工厂中制备固体脲的方法，该方法包括：进入真空浓缩工段将脲的水溶液浓缩，得到仍含有氨、浓度为96.0％-99.8％重量的脲的水溶液；将所述的浓缩溶液转移至固化工段并使其与空气流接触，从而得到基本纯净的固体脲和氨含量低于8毫克/米³的排放气，其特征在于，在进入所述固化工段之前，向所述脲溶液中加入无机酸，无机酸的加入量足以中和脲溶液中所含的氨。

2.根据权利要求1的方法，其中，所述无机酸的加入量基于浓缩脲溶液的重量为0.25％-0.45％重量。

3.根据权利要求1或2的方法，其中，所述浓缩脲溶液中的残留氨含量为0.1％重量或更少。

4.根据权利要求1或2的方法，其中，所述无机酸为硫酸或磷酸。

5.根据权利要求1或2的方法，其中，所述固化工段是塔式喷淋工段或颗粒成型工段。

6.根据权利要求1或2的方法，其中，所述基本纯净的固体脲含有0.3％-0.6％重量的磷酸铵或硫酸铵。

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