EA030594B1 - Удаление пыли при доводке карбамида - Google Patents

Abstract

Раскрыт способ удаления пыли карбамида из отходящего газа доводочной секции (1) установки по производству карбамида, причем способ включает выполнение гашения отходящего газа водой (06) с получением гашеного отходящего газа и выполнение очистки гашеного отходящего газа при помощи по меньшей мере одного скруббера Вентури (11). В результате этого достигается меньшее падение давления на скруббере и более эффективный рост частиц карбамида, что упрощает их удаление.

Description

изобретение относится к уменьшению выброса пыли карбамида, происходящего в такой доводочной секции установки по производству карбамида. Изобретение также относится к установке по производству карбамида и к реконструкции существующей установки по производству карбамида.

Предпосылки создания изобретения

Карбамид производят из аммиака и углекислого газа. 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 доводки, на которой расплав карбамида приобретает требуемую форму частиц, по существу, включая любое из приллирования, гранулирования или пеллетирования.

Приллирование является наиболее распространенным способом, при котором расплав карбамида распределяется на капли в башне приллирования и при 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 доводочную секцию, 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 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 регламентирующие программы, направленные на то, чтобы заводы и другие крупные источники загрязнения воздуха использовали наилучшую имеющуюся технологию контроля (BACT) для удаления загрязнений из потоков газообразного эффлюента, 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 более эффективных технологиях.

Удаление пыли карбамида само по себе является сложной задачей, поскольку количества отходящего газа (в основном воздуха) очень велики, 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 доводки 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 очистке 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.

Одним из хорошо известных типов устройств для удаления загрязнений из потоков газообразного эффлюента является скруббер Вентури. По существу, скрубберы Вентури считаются наиболее эффективными из имеющихся скрубберных устройств в сборе мелких частиц. В скруббере Вентури отводимый газ принудительно пропускают или проводят через трубку Вентури, имеющую узкую "горловую" часть. При движении воздуха через горловую часть он приобретает высокую скорость. Очищающую жидкость в форме капель, обычно воду, добавляют в трубку Вентури, как правило, в горловую часть, и она попадает в поток газа. Использованные капли воды, по существу, на много порядков величины больше, чем частицы собираемых загрязнений, и вследствие этого разгоняются через трубку Вентури до другой скорости. Разница ускорений приводит к взаимодействиям между каплями воды и частицами загрязнений, так что частицы загрязнений собираются каплями воды. Механизмы сбора преимущественно включают столкновения между частицами и каплями и диффузию частиц к поверхности капель. В любом случае частицы захватываются каплями. В зависимости от размеров частиц загрязнений один или другой из этих механизмов может преобладать, причем диффузия является преобладающим механизмом сбора для очень мелких частиц, а столкновение или захват являются преобладающим механизмом для более крупных частиц. Скруббер Вентури также может быть эффективен при сборе высокорастворимых газообраз- 1 030594

ных соединений путем диффузии. Подробное описание этих механизмов очистки приведено в главе 9 Air Pollution Control Theory, M. Crawford (McGraw-Hill 1976).

Одной из основных характеристик скруббера этого типа является то, что он вызывает большее падение давления, чем другие скрубберы, причем по оценке падение давления, необходимое для достижения желательной высокой эффективности сбора, составляет приблизительно 100 мбар. Тем не менее, учитывая его пригодность для удаления субмикронных частиц (таких как пыль карбамида), применение скруббера Вентури является желательным. Следует понимать, что применение скрубберного устройства типа Вентури предполагает дополнительную необходимость в уменьшении неизбежных потерь энергии, связанных с ним.

Некоторые базовые источники относятся к применению очистки скруббером Вентури при доводке карбамида.

Публикация FR 2600553 относится к удалению пыли из газов, таких как те, которые формируются при приллировании карбамида. Данный способ, как описано, включает выполнение предварительной промывки газа путем распыления жидкости в газовый поток перед очисткой в скруббере Вентури. Цель стадии предварительной промывки заключается в том, чтобы не добавлять дополнительную очищающую жидкость, что может приводить к небольшому падению давления. Это означает, что промывочная жидкость применяется таким образом, чтобы она позволяла получать капли достаточно большого размера, чтобы вымывать мелкие частицы.

Публикация ЕР 514902 относится к способу удаления пыли карбамида из отходящего газа доводочной секции установки по производству карбамида. Воду добавляют, чтобы она взаимодействовала со скруббером Вентури, стекая под действием силы тяжести вдоль стенок трубки Вентури в виде пленки. Газ, текущий вверх, распыляет пленку, образуя таким образом очищающую жидкость, т.е. с целью образования капель жидкости, которые взаимодействуют с аммиаком и необязательно с пылью карбамида, которые нужно удалить.

Фактически большинство скрубберов Вентури, применяемых в настоящее время, являются "самораспыляющими", т.е. капли образуются в результате того, что жидкости позволяют затекать в горловину трубки Вентури, где она распыляется потоком газа. Этот способ, хотя и очень простой в реализации, не позволяет получать капли с очень малым медианным диаметром.

Основными способами, используемыми для повышения эффективности сбора в скруббере Вентури, являются уменьшение размера горловины или увеличение общей скорости, с которой газ протекает через систему. Оба из данных способов увеличивают разницу скоростей частиц загрязнений и капель жидкости по мере их прохождения через горловину трубки Вентури. Это приводит к большему числу взаимодействий между частицами и каплями, и таким образом улучшается удаление загрязнения. Однако такое повышение эффективности сбора происходит за счет существенно большей подачи энергии в систему, что, таким образом, приводит к более высоким эксплуатационным расходам. Дополнительная энергия тратится из-за увеличения общего сопротивления потоку при уменьшении диаметра горловины или из-за увеличения общей скорости потока через трубку Вентури. В любом случае падение давления на трубке Вентури увеличивается, и требуется увеличение мощности насоса. Соответственно, до настоящего момента усилия по повышению эффективности сбора мелких частиц в скруббере Вентури включали существенное увеличение подачи энергии в систему.

Особую проблему для специалистов в области борьбы с загрязнением воздуха представляет сбор "оптически активных" частиц. В настоящем документе термин "оптически активные частицы" следует понимать как означающий частицы, имеющие диаметр в диапазоне приблизительно от 0,1 до 1,0 мкм. В борьбе с такими частицами Управление по охране окружающей среды США (ЕРА) недавно понизило "стандарты РМ 2,5" по выбросам частиц размером менее чем 2,5 мкм. Частицы такого и меньшего размера трудно собирать при помощи традиционных скрубберов Вентури вследствие их малого размера. Тем не менее, частицы, входящие в этот диапазон размеров, в настоящее время формируют измеренные выбросы.

Желательным является устройство и способ, позволяющий обеспечить эффективную и экономичную очистку большого потока газа от мелких частиц при помощи очищающей жидкости в скруббере Вентури. Конкретные потребности включают снижение требований к насосу для очищающей жидкости, снижение падения давления на трубке Вентури, повышение производительности скруббера и более эффективное регулирование падения давления на скруббере Вентури.

В настоящее время желательно обеспечить способ обработки отходящего газа секции доводки карбамида таким образом, чтобы эффективно удалять пыль карбамида. Дополнительно желательно обеспечить способ, при котором такое удаление будет улучшено. Более того, желательно добиться этого способом, предполагающим более высокую эффективность использования энергии.

Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение системы борьбы с загрязнением воздуха, способной компенсировать колебания потока через систему.

- 2 030594

Изложение сущности изобретения

Для лучшего удовлетворения одной или более из указанных потребностей в одном аспекте настоящего изобретения представлен способ удаления пыли карбамида из отходящего газа доводочной секции установки по производству карбамида, причем способ включает выполнение гашения отходящего газа водой, в частности, с получением гашеного отходящего газа, имеющего температуру ниже приблизительно 45°C, и выполнение очистки гашеного отходящего газа при помощи по меньшей мере одного скруббера Вентури.

В другом аспекте настоящее изобретение относится к доводочному оборудованию для установки по производству карбамида, причем указанное доводочное оборудование содержит устройство доводки карбамида, содержащее вход для жидкого карбамида, вход для охлаждающего газа, коллектор для твердого карбамида, выход для отходящего газа и по меньшей мере один скруббер Вентури, причем указанный выход для отходящего газа имеет связь по текучей среде (например, посредством газопроводной линии) со скруббером Вентури, причем между устройством доводки карбамида и скруббером Вентури установлена система гашения, такая как аэрозольный гаситель.

В еще одном аспекте в настоящем изобретении предложена установка по производству карбамида, содержащая секцию синтеза и регенерации (А); указанная секция имеет связь по текучей среде с секцией испарения (В), причем указанная секция испарения имеет связь по текучей среде с доводочной секцией (С) и имеет газопроводную линию к секции конденсации (Е); указанная доводочная секция (С) имеет газопроводную линию к секции очистки от пыли (D), причем секция очистки от пыли содержит по меньшей мере один скруббер Вентури (F), причем система гашения (G) установлена между доводочной секцией (С) и скруббером Вентури (F), причем указанная система гашения имеет связь по текучей среде с газопроводной линией между доводочной секцией (С) и секцией очистки от пыли (D).

В еще одном дополнительном аспекте настоящее изобретение представляет собой способ модификации существующей установки по производству карбамида, причем указанная установка содержит секцию синтеза и регенерации (А); указанная секция имеет связь по текучей среде с секцией испарения (В), причем указанная секция испарения имеет связь по текучей среде с доводочной секцией (С) и имеет газопроводную линию к секции конденсации (Е); указанная доводочная секция (С) имеет газопроводную линию к секции очистки от пыли (D), причем секция очистки от пыли (D) обеспечена по меньшей мере одним скруббером Вентури, и причем способ включает установку системы гашения (G) между доводочной секцией (С) и скруббером Вентури (F), причем указанная система гашения имеет связь по текучей среде с газопроводной линией между доводочной секцией (С) и секцией очистки от пыли (D).

Краткое описание рисунков

На фиг. 1 представлена блок-схема установки по производству карбамида, имеющей доводочную секцию в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг. 2 показан схематический рисунок системы очистки от пыли, применяемой в изобретении. Подробное описание изобретения

В широком смысле настоящее изобретение основано на разумном представлении об использовании гашения отходящего газа из секции доводки карбамида в комбинации с применением по меньшей мере одного скруббера Вентури. Неожиданно было обнаружено, что гашение отходящего газа не только благоприятно влияет на сохранение энергии, но также помогает более эффективно удалять пыль карбамида.

Следует понимать, что жидкости, применяемые для промывки потока газа, вследствие разного назначения жидкостей не применяются таким образом, чтобы вызывать гашение газа. Гашение, используемое в настоящем изобретении, имеет целью охлаждение газа, предпочтительно до температуры ниже приблизительно 45°C, и обеспечение насыщения жидкости вблизи точки равновесия. Предпочтительно жидкость распыляют таким образом и с такой однородностью, чтобы образовывались настолько малые капли жидкости, чтобы эти капли быстро испарялись, и за короткое время достигалось насыщение жидкости паром вблизи точки равновесия.

Предпочтительно, чтобы гасящий поток имел температуру ниже 45°C, более предпочтительно ниже 40°C, наиболее предпочтительно ниже 35°C. Типичная температура воздуха отходящего газа, выходящего из доводочной секции установки по производству карбамида, например, путем гранулирования в кипящем слое, составляет приблизительно 110°C. После гашения температура предпочтительно составляет менее чем 45°C. Соответственно, температура газового потока понижается, как правило, более чем на 50°C, предпочтительно более чем на 60°C, наиболее предпочтительно более чем на 65°C.

Там, где в настоящем описании речь идет о "связи 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, такая связь по текучей среде обеспечивается насосными системами, шлангами или другими устройствами, хорошо известными специалистам по транспортировке текучих сред.

Там, где в настоящем описании речь идет о "газопроводных линиях", 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, такие газопроводные линии содержат насосные системы или другие устройства, хорошо

- 3 030594

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. Дополнительно один или более скрубберов Вентури сами по себе могут содержать одну или более трубок Вентури.

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

Например, на фиг. 1 представлен схематический рисунок установки, имеющей доводочную секцию в соответствии с настоящим изобретением. Для удобства части установки, описанные ниже, относятся к элементам, содержащимся на фиг. 1. Это не предполагает того, что любая установка, построенная в соответствии с настоящим изобретением, должна соответствовать фиг. 1.

Эта доводочная секция, секция (С) на фиг. 1, может представлять собой башню приллирования, секцию гранулирования, секцию пеллетирования, либо секцию или оборудование, основанное на любой другой методике доводки. Секция гранулирования может представлять собой устройство гранулирования в псевдоожиженном слое, или гранулирования в барабане, или чашечного гранулирования, или любое другое аналогичное или известное устройство гранулирования. Основная функция этой доводочной секции 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 доводочной секции обычно проводят двумя способами: (i) путем испарения воды; эта вода попадает в доводочную секцию либо как часть расплава карбамида, либо распыляется в виде жидкой воды в соответствующем месте в процессе доводки; (ii) путем охлаждения воздухом. Как правило, большую часть теплоты кристаллизации/охлаждения удаляют путем охлаждения воздухом. Охлаждающий воздух по природе охлаждающего процесса покидает доводочную секцию при повышенной температуре. Как правило, используется количество воздуха, эквивалентное 3-30 кг воздуха на кг конечного затвердевшего продукта, предпочтительно 3-10 кг. Это типичный отходящий газ доводочной секции установки по производству карбамида.

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

В секции очистки от пыли (D) 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 (D) 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 (В), где его дополнительно концентрируют, а затем отправляют на рециркуляцию в доводочную секцию (С). После очистки от пыли очищенный воздух выпускают в атмосферу.

В соответствии с настоящим изобретением в одном аспекте предложен способ удаления пыли карбамида из отходящего газа доводочной секции установки по производству карбамида. Способ включает выполнение гашения отходящего газа водой с получением гашеного отходящего газа и выполнение очистки отходящего газа при помощи по меньшей мере одного скруббера Вентури.

Гашение относится к добавлению воды к отходящему газу. 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 хорошо была хорошо диспергирована в газе. Предпочтительно воду вводят в газ путем ее распыления в газопроводной линии между доводочной секцией 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 жидкость распыляют таким образом и с такой однородностью, чтобы образовывались настолько малые капли жидкости, чтобы эти капли быстро испарялись и за короткое время достигалось насыщение паром вблизи точки равновесия.

- 4 030594

Секция гашения, в которой используются распылительные гасители, предпочтительно содержит (а) секцию, в которой газ, подлежащий гашению, охлаждают путем введения (например, впрыска) и испарения воды; (b) пылесборный резервуар, служащий для сбора пыли, отогнанной из газа; (с) систему распыления, установленную на цилиндрической части и состоящую из трубок, оснащенных впрыскивающими форсунками, и систему подачи воды с насосами.

Предполагается, что отходящий газ (или "газообразный эффлюент"), поступающий из доводочной секции, например из башни приллирования гранулятора в кипящем слое, включает потоки эффлюента, которые имеют захваченную в них жидкость или твердый материал частиц, включая пары, которые могут конденсироваться по мере охлаждения потока эффлюента.

В зоне гашения газообразный эффлюент охлаждается до гораздо более низкой температуры, предпочтительно ниже приблизительно 45°C. Специалистам в данной области известно много способов охлаждения горячего потока отводимого газа.

Предпочтительный способ для применения в настоящем изобретении включает распыление в газ через форсунки охлаждающей жидкости, такой как вода. Без ограничений, накладываемых теорией, авторы изобретения считают, что гашение распылением способствует эффективному удалению пыли, позволяя воде взаимодействовать с частицами пыли.

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

Проблема газообразного эффлюента, обрабатываемого в соответствии с изобретением, т.е. отходящего газа доводочной секции установки по производству карбамида, заключается в том, что он находится в ненасыщенном состоянии. В качестве единственных способных к конденсации паров отходящий газ содержит ограниченное количество воды. В результате этого его нужно охлаждать до гораздо более низких значений, чем достижимо при гашении, для получения желательного водного конденсата.

Таким образом, удивительным является тот факт, что при гашении распылением в ненасыщенном отходящем газе при доводке карбамида взаимодействие с водой может способствовать удалению пыли. Без ограничений, накладываемых теорией, авторы изобретения считают, что этот эффект вызван испарением распыляемой воды. Это приводит к снижению температуры и увеличению количества воды в газовой фазе. В результате этого становится возможным взаимодействие воды с субмикронной пылью.

Скруббер Вентури представляет собой известное устройство, выполненное с возможностью эффективного применения энергии входящего потока газа для распыления жидкости, которая применяется для очистки потока газа. Скруббер Вентури состоит из трех секций: сужающейся секции, секции горловины и расширяющейся секции. Входящий поток газа попадает в сужающуюся часть и по мере уменьшения площади скорость газа возрастает. Жидкость вводят либо в горловину, либо в начало сужающейся секции.

Входящий газ, который заставляют двигаться с исключительно большими скоростями в малой секции горловины, сдвигает жидкость от ее стенок, формируя большое число очень мелких капель. Удаление частиц и газа происходит в секции горловины, по мере того как входящий поток газа смешивается с взвесью мелких капель жидкости. Затем входящий поток выходит через расширяющуюся секцию, в которой он вынужденно замедляется. Трубки Вентури можно применять для сбора как частиц, так и газообразных загрязнителей, но они более эффективны в удалении частиц, чем газообразных загрязнителей.

Таким образом, скруббер Вентури по своей конструкции является подходящим скрубберным устройством для удаления пыли карбамида из потока газа. Однако применение скрубберов Вентури для этой цели имеет ограничения вследствие связанных с ними относительно высоких эксплуатационных расходов. Это в особенности относится к неизбежному падению давления, происходящему в скруббере Вентури, в результате которого теряется относительно большое количество поданной энергии. Последний факт имеет негативные последствия в отношении потребления энергии установкой по производству карбамида, и это представляет собой проблему как с экономической, так и с природоохранной точек зрения. В частности, последний факт может означать, что один недостаток (загрязнение воздуха) меняется на другой (потребление энергии).

В соответствии с настоящим изобретением стадия гашения отходящего газа из секции доводки карбамида перед тем, как газ подвергается очистке в скруббере Вентури, имеет неожиданный двойной эф- 5 030594

фект.

С одной стороны, гашение отходящего газа из секции доводки карбамида приводит к снижению температуры отходящего газа, входящего в скруббер Вентури. Это понижение температуры приводит к снижению объема газа и, следовательно, к уменьшению падения давления. Это, в свою очередь, приводит к более высокой процентной доле экономии энергии на установке.

С другой стороны, указанное гашение приводит к наличию больших количеств капель воды в паровой фазе и, следовательно, к наличию пара в потоке воздуха (отходящего газа), в котором имеется пыль карбамида. Теоретически не ожидалось, что это может дать существенные эффекты. В данной области признано, что аэрозольные частицы (субмикронного и микронного размерного диапазона, типичного для пыли карбамида) растут вследствие конденсации на них воды из перенасыщенного газа, который окружает такие частицы. Если газ, окружающий аэрозоли/частицы, является насыщенным или ненасыщенным, но не перенасыщенным, роста нет или даже наблюдается уменьшение слоя воды на влажной поверхности аэрозольной частицы. В результате этого частица сохраняет тот же размер или даже происходит испарение с поверхности частицы. Общее представление заключается в том, что степень перенасыщения (называемая фактором S) должна быть больше единицы (1), чтобы происходила конденсация воды на аэрозолях, что является обязательным для получения роста частиц. В области удаления субмикронных частиц пыли признано, что для эффективного удаления требуется атмосфера, в которой водяной пар присутствует в перенасыщенном состоянии.

В частности, в области доводки карбамида, например в технологии гранулирования карбамида, признано, что на практике невозможно добиться перенасыщенного потока газа после стадии доводки. Это можно объяснить с учетом большого количества относительно сухого воздуха и, следовательно, присутствия малых количеств воды, которые естественным образом присутствуют в отходящем газе при доводке карбамида (например, из гранулятора). Фактически изначально (в доводочной секции) система начинает с почти нулевого насыщения, т.е. слишком большого ненасыщения, чтобы можно было достичь уровня насыщения, не говоря уже о перенасыщении. Кроме того, учитывая следующие факторы:

большое количество присутствующих капель жидкости, служащих зародышами для конденсации; малое время пребывания в секции гашения;

термодинамические ограничения (отсутствие необходимой энергии для испарения жидкости в пар); исходное сильное ненасыщение в системе.

Добиться на практике перенасыщенного состояния в секции гашения не представляется возможным.

Однако в противовес признанным в области представлениям автор изобретения неожиданно обнаружил, 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 секции скруббера Вентури после секции гашения.

Таким образом, в целом способ настоящего изобретения предлагает разумную комбинацию технических мер, которые синергически взаимодействуют, чтобы удовлетворить вышеуказанные потребности в данной области. В частности, более эффективное удаление пыли карбамида означает, что скруббер Вентури может работать при меньшем падении давления. Более того, гашение отходящего газа перед его входом в скруббер Вентури приводит к уменьшению объема газа и, следовательно, к меньшему падению давления. Или, иными словами, потребность в снижении падения давления на скруббере Вентури, что выполняется путем охлаждения воздуха, входящего в трубку Вентури, может быть удовлетворена в результате другого (неожиданного) эффекта способа гашения, применяемого для указанного охлаждения, а именно роста частиц карбамида и, следовательно, более эффективного их удаления. В целом, настоящее изобретение приводит к очень высоким показателям эффективности сбора/промывки субмикронных частиц карбамида при умеренном падении давления, что позволяет применять оборудование меньшего размера и потреблять меньше энергии. С одной стороны, последнее обусловлено меньшим падением давления, а с другой стороны - меньшей потребностью в падении давления по причине более высокой эффективности вследствие неожиданного эффекта гашения.

Настоящее изобретение также относится к оборудованию для осуществления вышеописанного способа. Это относится к доводочному оборудованию для установки по производству карбамида. В нем имеется устройство для доводки 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 выход для отходящего газа. Выход для отходящего газа имеет связь по текучей среде (как правило, посредством газопроводной линии) с входом по меньшей мере одного скруббера Вентури (вход находится в сужающейся секции). В соответствии с настоящим изобретением систему гашения, предпочтительно распылительный гаситель, устанавливают между устройством доводки карбамида и скруббером Вентури. Следует понимать, что систему гашения устанавливают таким об- 6 030594

разом, чтобы распыляемая ею вода попадала в поток газа, текущий из выхода доводочной секции во вход скруббера Вентури.

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

Скрубберы Envirocare состоят из секции гашения, после 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 применять для регулирования эффективности удаления пыли.

В трубке Вентури происходит тесный контакт между частицами вещества и каплями воды. Между частицами вещества 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.

По оценкам, потребление электроэнергии секцией гранулирования установки по производству карбамида при использовании высокоэффективного скруббера Вентури составляет 52 кВт-ч/т. При использовании скруббера Envirocare с гашением потребление электроэнергии секцией гранулирования установки по производству карбамида доходит до 47 кВт-ч/т.

В скруббере Вентури используется разница скоростей очищающих капель и частиц загрязнений. Как газообразный эффлюент, так и распыленные капли входят во входной конус трубки Вентури с относительно низкими скоростями. Разница скоростей достигается по мере того, как частицы и капли ускоряются при прохождении через горловину трубки Вентури. Как правило, частицы загрязнений, имеющие гораздо меньший размер и гораздо меньшую массу, быстро разгоняются, достигая скорости окружающего газа на очень небольшом расстоянии. С другой стороны, капли очищающей жидкости обычно гораздо крупнее и массивнее, поэтому им требуется гораздо больше времени для достижения скорости потока газа. Как правило, эти капли так и не достигают этой окончательной скорости до конца горловины или за пределами конца горловины. Поскольку именно разница скоростей позволяет выполнить очистку после того, как капли и частицы достигают одной скорости, число взаимодействий между ними уменьшается до незначительной величины, и дальнейшей очистки не происходит.

Скруббер содержит множество трубок Вентури, размещенных в резервуаре скруббера. Все из трубок Вентури, по существу, одинаковы и имеют одинаковую конфигурацию. Преимущество применения множества трубок Вентури заключается в том, что оно допускает более компактную общую конфигурацию и уменьшает размер отдельных форсунок. Меньшие форсунки позволяют лучше получать мелкие очищающие капли, необходимые для обеспечения эффективности. Число трубок Вентури влияет на эффективность и падение давления.

Конфигурация скруббера, применяемого 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 перед очищающей башней MMV и в эту секцию подают очищающий раствор для гашения и охлаждения газового эффлюента, поступающего из гранулятора в кипящем слое (или другой доводочной секции). Секция гашения выполняет функцию адиабатического увлажнения или гашения потока газа от приблизительно 100°C до температуры приблизительно 50°C

- 7 030594

при помощи очищающего раствора, поступающего из резервуара скруббера Вентури.

Настоящее изобретение также относится к установке по производству карбамида, содержащей доводочную секцию, описанную выше. Более конкретно, установка по производству карбамида настоящего изобретения, как показано в примере на фиг. 1, содержит секцию синтеза и регенерации (А), которая имеет связь по текучей среде с секцией испарения (В). Секция испарения имеет связь по текучей среде с доводочной секцией (С) и имеет газопроводную линию к секции конденсации (Е). Доводочная секция (С) имеет газопроводную линию к секции очистки от пыли (D). В соответствии с настоящим изобретением секция очистки от пыли содержит по меньшей мере один скруббер Вентури (F) и систему гашения, предпочтительно аэрозольный гаситель (G). Систему гашения устанавливают между доводочной секцией (С) и скруббером Вентури (F), и она имеет связь по текучей среде с газопроводной линией между доводочной секцией (С) и секцией очистки от пыли (D). Предпочтительным является использование множества скрубберов Вентури, как кратко описано выше. Следует понимать, что выход для газа доводочной секции имеет связь по текучей среде (как правило, посредством газопроводной линии) с любым желательным числом трубок Вентури.

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 в соответствии с вышеизложенным. При реконструкции существующих установок настоящее изобретение относится к способу модификации существующей установки по производству карбамида таким образом, чтобы установка содержала секцию очистки от пыли, обеспеченную по меньшей мере одним скруббером, причем систему гашения устанавливают между доводочной секцией и скруббером, а скруббер заменяют или модифицируют на скруббер Вентури. В другом варианте осуществления в дополнение к одному или более скрубберам Вентури можно применять дополнительный кислотный скруббер для улучшения удаления аммиака. Этот скруббер предпочтительно размещают ниже по потоку от одного или более скрубберов Вентури.

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

Часто применяемым способом получения карбамида в соответствии со способом отгонки является способ отгонки с диоксидом углерода, например, описанный в Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A27, 1996, p. 333-350. В этом способе за секцией синтеза следуют одна или более секций регенерации. Секция синтеза содержит реактор, отгонное устройство, 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 кожух и трубчатый теплообменник, в который в верхнюю часть со стороны трубок подается раствор карбамида, а в нижнюю часть отгонного устройства вводят подаваемый углекислый газ для синтеза. Со стороны кожуха вводят 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, углекислый газ и небольшое количество воды. Указанный пар конденсируется в теплообменнике с падающей пленкой или в конденсаторе погружного типа, который может быть горизонтального типа или вертикального типа. Погружной теплообменник горизонтального типа описан в Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A27, 1996, p. 333-350. Тепло, высвобождаемое при экзотермической реакции конденсации карбамата в указанном конденсаторе, обычно применяется для получения пара, применяемого в расположенной далее секции обработки карбамида, для нагревания и концентрирования раствора карбамида. Поскольку в конденсаторе погружного 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 вышеупомянутая реакция преобразования карбамата в карбамид доходит до точки равновесия. Молярное соотношение аммиака и углекислого газа в растворе карбамида, покидающем реактор, по существу находится в диапазоне от 2,5 до 4 моль/моль. 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, p. 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 применяется раствор карбамата из системы регенерации ниже по потоку. Раствор карбамида, покидающий отгонное устройство в этой секции синтеза, требует, чтобы при концентрации карбамида по меньшей мере 45 вес.% и предпочтительно по меньшей мере 50 вес.% обработка проходила в единственной системе регенерации, расположенной после отгонного устройства. Секция регенерации содержит нагреватель, сепаратор жидкость/газ и конденсатор. Давление в этой секции регенерации находится в диапазоне от 200 до 600 кПа. В нагревателе секции регенерации

- 8 030594

основную массу аммиака и углекислого газа отделяют от карбамида и водной фазы путем нагревания раствора карбамида. Как правило, в качестве нагревающего агента применяют водяной пар. Карбамид и водная фаза содержат небольшое количество растворенного аммиака и углекислого газа, 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 применять до способа доводки карбамида настоящего изобретения.

Методики доводки карбамида, такие как приллирование и гранулирование, известны специалисту. См., например, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2010, глава 4.5., посвященная карбамиду.

Настоящее изобретение будет дополнительно проиллюстрировано далее со ссылкой на приведенный ниже пример. Пример не предназначен для ограничения настоящего изобретения.

Пример

Этот пример относится к фиг. 2, на которой показан пример системы очистки от пыли настоящего изобретения. Поток отходящего газа, нагруженный захваченными частицами пыли карбамида, образуется в доводочной секции (01). Из доводочной секции (01) поток отходящего газа (02) поступает в систему очистки от пыли через трубопровод (03).

Система очистки от пыли удаляет частицы карбамида из потока 02 отходящего газа в две стадии. На первой стадии очистки, так называемой стадии гашения, отходящий газ 02 протекает через секцию 04 гашения, в которой из отходящего газа удаляют большинство крупных частиц карбамида, что позволяет получить частично очищенный поток эффлюента отходящего газа, поток 05.

Кроме того, в секции 04 гашения отходящий газ 02 охлаждают и увлажняют водой. Предпочтительно, чтобы газ в потоке 05 был близок к насыщению влагой.

С целью охлаждения, насыщения и очистки через форсунки в секцию 04 гашения вводят поток 06 жидкости. Поток 06 жидкости может представлять собой либо поток чистой воды, либо раствор карбамида в воде. Образованный раствор 07 карбамида отводят из секции гашения. Этот раствор 07 карбамида можно отвести, но также можно частично отправить на рециркуляцию в поток 06.

Следующая секция 08 является необязательной для применения с карбамидом.

Секция 08 представляет собой секцию промывки, в которой конденсированные пары и увеличившиеся в размере микронные и субмикронные частицы могут быть частично удалены из потока отходящего газа. С этой целью промывочную жидкость 09 вводят в верхнюю часть секции промывки, а во время прохождения через секцию 08 промывки собирается некоторая часть частиц. Образованный раствор 10 карбамида отводят из этой секции 08. Раствор 10 карбамида частично отправляется на рециркуляцию в качестве промывочной жидкости.

Поток отходящего газа течет в секцию MMV11 (т.е. скруббер Вентури аэрозольного типа). Отходящий газ протекает через трубки Вентури 11. Под каждой трубкой Вентури аэрозольная форсунка распыляет в направлении потока капли жидкости, так называемое MMV-распыление (12). Жидкость для MMV-распыления может представлять собой чистую воду или раствор карбамида в воде.

В противоток отходящему газу проводят так называемое горловинное распыление посредством форсунок внутри горловин трубок Вентури. Жидкость (13) для горловинного распыления может представлять собой либо воду, либо раствор карбамида в воде.

Промывочную воду из секции MMV, содержащую растворенный карбамид, отводят в виде потока 14 жидкости. После секции MMV устанавливают секцию туманоулавливателя 15 для захвата капель и/или увлажненных частиц. Туманоулавливатель смачивают добавочным потоком 16 воды. Поток очищенного отходящего газа 17 покидает пылеулавливающий скруббер.

Claims (15)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ удаления пыли карбамида из отходящего газа доводочной секции установки по производству карбамида, включающий гашение отходящего газа водой для получения гашеного отходящего газа и очистку гашеного отходящего газа с применением по меньшей мере одного скруббера Вентури, причем гашение происходит до того, как отходящий газ поступает в скруббер Вентури, при этом способ включает добавление очищающей жидкости в скруббер Вентури, так что эта очищающая жидкость поступает в гашеный отходящий газ.
2. 2. Способ по п.1, в котором гашение проводят путем распыления.
3. 3. Способ по любому из пп.1 или 2, в котором гашение водой понижает температуру потока газа более чем на 50°C.
4. 4. Способ по любому из пп.1-3, в котором гашеный отходящий газ имеет температуру ниже 45°C.
5. 5. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором гашение проводят для понижения температуры потока газа более чем на 60°C, предпочтительно более чем на 65°C.
6. 6. Доводочное оборудование для установки по производству карбамида, сконфигурированное для

   - 9 030594

   осуществления способа по любому из пп.1-5, которое содержит устройство доводки карбамида, систему гашения и скруббер Вентури, при этом указанное устройство доводки карбамида содержит вход для жидкого карбамида, вход для охлаждающего газа, коллектор для твердого карбамида, выход для отходящего газа, при этом указанный скруббер Вентури позволяет подавать очищающую жидкость в отходящий газ в его горловину или на вход в его сужающуюся секцию, причем указанный выход для отходящего газа связан по текучей среде со скруббером Вентури, при этом указанная система гашения установлена между устройством доводки карбамида и скруббером Вентури.
7. 7. Оборудование по п.6, в котором устройство доводки карбамида представляет собой блок гранулирования в кипящем слое.
8. 8. Оборудование по п.6 или 7, в котором скруббер Вентури содержит трубку Вентури, имеющую сужающуюся секцию и горловину, при этом параллельно имеется множество трубок Вентури в скруббере Вентури.
9. 9. Оборудование по любому из пп.6-8, дополнительно содержащее кислотный скруббер для удаления аммиака, предпочтительно после одного или более скрубберов Вентури.
10. 10. Оборудование по любому из пп.6-9, в котором скрубберы Вентури представляют собой скрубберы Вентури аэрозольного типа (MMV).
11. 11. Установка по производству карбамида, сконфигурированная для осуществления способа по любому из пп.1-5, содержащая секцию синтеза и регенерации; причем указанная секция связана по текучей среде с секцией испарения, которая связана по текучей среде с доводочной секцией и имеет газопроводную линию к секции конденсации; при этом указанная доводочная секция имеет газопроводную линию к секции очистки от пыли и содержит оборудование по любому из пп.6-10.
12. 12. Способ модификации существующей установки по производству карбамида, причем указанная установка содержит секцию синтеза и регенерации (А); при этом указанная секция связана по текучей среде с секцией испарения (В), которая связана по текучей среде с доводочной секцией (С) и имеет газопроводную линию к секции конденсации (Е); при этом указанная доводочная секция (С) имеет газопроводную линию к секции очистки от пыли (D), которая снабжена по меньшей мере одним скруббером Вентури, позволяющим подавать жидкость отходящий газ в его горловину или на вход в его сужающуюся секцию; причем способ включает стадию установки системы гашения (G) между доводочной секцией (С) и скруббером Вентури (F), при этом указанная система гашения связана по текучей среде с газопроводной линией между доводочной секцией (С) и секцией очистки от пыли (D), так что модифицированная установка по производству карбамида сконфигурирована для осуществления способа по любому из пп.1-5.
13. 13. Способ по п.12, включающий установку одного или более скрубберов Вентури параллельно уже имеющемуся скрубберу Вентури.
14. 14. Способ по п.12 или 13, в котором установка дополнительно содержит кислотный скруббер для удаления аммиака, предпочтительно после секции очистки от пыли.
15. 15. Способ по любому из пп.12-14, в котором скрубберы Вентури представляют собой скруббер Вентури аэрозольного типа (MMV).