酸洗涤尿素精整加工方法与流程

本发明涉及一种精整加工尿素的方法。更详细地，本发明涉及一种对从造粒机或造粒塔中排出的含有氨的空气进行酸洗涤的方法。

背景技术：

商业固体尿素的生产包括尿素熔融物的合成和所述熔融物转化为固体形式的精整加工步骤。用于所述转化的技术包括例如球形化工艺(prillingprocess)和造粒工艺(granulationprocess)。

文献中描述了用于尿素合成和精整加工的已知技术，例如乌尔曼工业化学百科全书(wiley-vchverlag，卷a27)。一般而言，在合成段以及可选地回收段中形成含有尿素的水溶液；所述水溶液以重量计通常含有60-80％的尿素，将所述水溶液送至蒸发冷凝段以产生所述尿素熔融物。

造粒工艺在造粒单元中进行，通常为流化床形式的造粒单元。流化床造粒机是本领域已知的；例如，wo02/083320中公开了造粒方法和相关的流化床造粒机。

造粒工艺需要空气流，所述空气流用于保持颗粒的流化床状态和/或用于冷却。该空气与尿素熔融物和固体尿素粒子直接接触，导致空气被一些尿素灰尘和氨污染。类似地，造粒塔释放被污染的冷却空气流。

因此，造粒机和造粒塔的问题在于它们释放出包含氨和少量但不可忽略的尿素的污浊空气流。必须处理所述空气流以除去污染物，特别是除去氨，并回收尿素。

已知可以通过酸洗涤可以除去氨，例如，通过用酸溶液例如硫酸溶液洗涤含有氨的空气流来除去氨。酸洗涤产生含有尿素和少量铵盐例如硫酸铵的铵盐溶液。可以蒸发所述溶液以回收尿素，冷凝获得的蒸气以回收水。然而，将所述铵盐溶液送至上述蒸发冷凝段，在蒸发冷凝段将尿素溶液转化为尿素熔融物，这样做的缺点是铵盐会污染所述蒸发冷凝段释放的水。从主冷凝段回收的水通常被送至水处理段，该水处理段用于除去氨和尿素，但通常不能除去铵盐。因此，铵盐的污染对所述水处理段是不利的。此外，从所述水处理段回收的水通常用作热回收和产生蒸汽的锅炉给水(bfw)，水中的铵盐可能会损坏管壳式热回收锅炉的管道，故障的风险相当大。

尤其，由于现有的造粒机或造粒塔可能无法应对增加的容量，因此改造现有的尿素装置时，精整加工部也会出现问题，这成为装置的瓶颈。例如，造粒塔是大型昂贵设备，增加造粒塔的容量通常不可行或代价太大。

技术实现要素：

本发明的目的是避免现有技术的上述缺陷。

所述目的通过根据权利要求所述的尿素精整加工方法、尿素精整加工装置和改造尿素装置的方法来实现。

根据本发明的精整加工方法，在尿素合成装置中形成的尿素水溶液在第一蒸发冷凝段中进行蒸发冷凝，得到尿素熔融物。

对所述尿素熔融物的至少第一部分进行精整加工处理，得到固体尿素和含有尿素粉尘和氨的污浊空气流。所述精整加工处理包括在造粒单元中进行的造粒步骤。在所述方法的一些实施例中，所述造粒步骤在造粒塔中的球形化工艺之后进行。因此，造粒可以起到使得在造粒塔中预先形成的尿素小球(prills)增肥增大的目的。在这种情况下，污浊空气可能来自球形化(prilling)和造粒(granulation)两个步骤。

对所述污浊空气进行洗涤处理，所述洗涤处理包括酸洗涤和除尘洗涤。所述酸洗涤在酸存在的条件下进行，优选地，所述酸选自硫酸、硝酸和磷酸或其它合适的酸。

根据本发明的不同实施例，除尘洗涤和酸洗涤可以在相同的环境中进行或各自单独进行。

所述洗涤处理产生含有尿素和铵盐例如硫酸铵的水溶液。所述溶液在第二蒸发段中再次进行蒸发，从而分离液体流和气体流，所述液体流含有尿素和铵盐(以下称为含尿素流体)，所述气体流含有水蒸气和少量尿素和铵盐。优选地，所述含有尿素和铵盐的水溶液直接进行再次蒸发，即所述溶液不进行中间处理。

来自第二蒸发段的上述含尿素流体或至少一部分该流体用于产生含有尿素和铵盐的固体粒子。这可以在称为播种单元或播种机的特定设备中进行，所述播种单元或播种机安装在造粒单元上游，或安装在造粒塔中。然后将所述固体粒子送至造粒单元使其增大或增肥。由于固体粒子对造粒过程的贡献，所述固体粒子也被称为种子。

因此，本发明提供了一种造粒方法，借助于小的固体粒子(particles)作为造粒过程的种子，将液体尿素转化为固体颗粒(granules)。在位于造粒机上游的播种单元或造粒塔中，使用从第二蒸发段回收的含有尿素和铵盐的液体流来生产所述固体粒子。

但是，来自第二蒸发段的气体流在第二冷凝段中冷凝，产生酸水溶液流，该酸水溶液流被再循环回到洗涤处理段，从而减少新鲜水的消耗。

下面将更详细地讨论本发明方法的一些优选实施例。

在第一实施例中，对所述至少部分尿素熔融物直接进行造粒。将载有灰尘和氨的空气流从造粒单元中排出，并对其进行上述洗涤处理。来自第二蒸发段的含尿素的液体流用于在播种单元中产生固体粒子(种子)，然后将固体粒子送至造粒单元。

在第二实施例中，将来自第二蒸发段的含尿素流体的一部分送至播种单元，剩余部分直接送至造粒单元。当所述含尿素流体的量超过播种单元所需的量时，该实施例可能是合适的。

在第三实施例中，来自第二蒸发段的含尿素流体的全部，与来自第一蒸发冷凝段的尿素熔融物的一小部分一起，被送至所述播种单元。如果来自第二蒸发段的流体中所含的尿素的量不足以产生造粒单元所需量的种子，则该实施例是有利的。

参见所述第三实施例，所述尿素熔融物的一小部分可以直接或经由第二蒸发单元进料至播种段，在播种段进一步浓缩。当由第一蒸发段可获得的尿素熔融物不能满足播种段的要求时，例如就最大允许含水量而言，进一步的浓度是合适的。所述一小部分优选不大于离开第一蒸发段的尿素熔融物的20％(重量百分比)，更优选约5％，例如4-5％。

根据本发明其他的实施例，所述播种段是造粒塔或包括造粒塔。由所述造粒塔产生的小球(prills)被送至下游的造粒机，通过造粒工艺使其变得更大。因此，可以认为造粒塔是造粒工艺的播种机。

在包含造粒塔的实施例中，含有尿素灰尘和氨的污浊空气流从造粒塔中排出，并需要洗涤。来自造粒单元的污浊空气流和来自造粒塔的污浊空气流可以在一个共同单元中一起进行洗涤或分别在各自的洗涤单元中进行洗涤。

从第二蒸发段的含尿素流体的固化得到的种子，由固体尿素和一定量的铵盐制成。优选地，所述种子中尿素的含量至少为95wt％，余量为铵盐、水和杂质。优选地，尿素和铵盐总体构成大于种子重量的99％(重量)，优选99.5-99.9％。

优选地，在播种单元中产生的种子具有约1mm的特征尺寸，优选在1-1.5mm的范围内；所述种子可以是球形或椭圆形；更优选地，所述种子是直径在上述1-1.5mm范围内的球体。在造粒塔中产生的种子(小球prills)的直径通常为1-2mm。

本发明方法的主要优点如下：

所述第二蒸发冷凝段避免了上述尿素合成过程中废水污染的缺点。来自洗涤处理的尿素和铵盐的水溶液被连续地循环回到洗涤单元，而不会污染从第一蒸发冷凝段排出的废水，并且不会释放到大气中。

另外，使用从第二蒸发段回收的含尿素流体来精整加工种子，使其作为造粒工艺的起始点，有助于更好地控制造粒，包括形成更接近理想球形和所需尺寸的固体颗粒，所述颗粒的尺寸和质量的分散度较少。

本发明的另一个优点在于，铵盐降低了附加的蒸发单元中尿素的结晶温度。这一效果是由于形成共晶体所产生的。因此，蒸发温度可以更低，并且形成较少的缩二脲(不期望产生的副产物)。通常，蒸发温度可以降低约5℃，例如从约130-135℃降低至125-130℃。

本发明的另一个优点在于种子的机械性能的提高。

本发明对于尿素装置的改造也是有利的，具体来说对于在造粒塔中进行尿素精整加工的尿素装置的改造是有利的。

根据本发明的一般实施例的改造方法，提供了洗涤段，所述洗涤段最初被设计用于进行除尘洗涤，现在改进所述洗涤段使其还对从精整加工部排出的污染空气进行酸洗涤。在装置中增加第二蒸发段和第二冷凝段，来自改进的洗涤段的液体输出管线被重新引导到所述新安装的第二蒸发段，所述液体输出管线携带尿素和铵盐的水溶液。

所述第二蒸发段产生含有尿素和铵盐的液体流，和包含水蒸汽的气体流。所述气体流被冷凝并再循环回到洗涤段。至少部分所述含有尿素和铵盐的液体流被固化以产生固体粒子(种子)，随后该固体粒子在造粒工艺中被增大。固体粒子的形成可能发生在新安装的播种单元和/或装置的现有造粒塔中。造粒工艺可以在装置的现有造粒单元或改造期间安装的新的造粒单元中进行。

下面给出根据本发明的改造方法的两个示例性实施例。

第一实施例是尿素装置的改造，其中精整加工基于造粒。所述设备原始包括洗涤段，用于对从造粒机排出的污浊空气进行除尘洗涤。改造基本包括：

-改造洗涤段，使其还进行酸洗涤；

-安装第二蒸发冷凝段，用于处理由改进的洗涤段排放的液体流出物，现在还包括铵盐作为酸洗涤的产物；

-增加播种段，所述播种段接收在第二蒸发段中获得的含有尿素和铵盐的液体流，并将所述液体流转化为尿素的所述固体粒子，然后将其导入造粒机。

在一些变型中，如果需要，原始被导向至造粒机的尿素熔融物其一部分可以偏离到所述播种段，或者部分所述含有尿素和铵盐的液体流可以直接被直接送至造粒机(绕过播种段)。

第二实施例是尿素装置的改造，其中精整加工基于造粒工艺。在这种情况下，装置的改造可能导致尿素熔融物的流速增加，例如，由于对尿素合成和/或尿素回收段的改造，其容量超过现有造粒塔的容量。本发明的方法也解决了这一问题。

例如，改造包括以下步骤：

-类似于上述第一实施例，改进洗涤段使其还进行酸洗涤，安装第二蒸发冷凝段；

-在现有造粒塔的下游增加造粒单元；

-可用的尿素熔融物的第一部分被送至造粒塔，尿素熔融物的第二部分被送至新安装的造粒单元；

-在第二蒸发段中产生的含有尿素和铵盐的液体流至少部分被送至造粒塔。

因此，造粒塔用于产生球体形式的所述尿素固体粒子，并且所述固体粒子被送至新安装的造粒单元中，使这些粒子在所述造粒单元中增肥增大。

在有可能和经济可行的情况下，也可以改造造粒塔，例如可以在一定程度上增加造粒塔的容量。

可以理解，该实施例的另一个优点是精整加工部可以处理增加量的尿素熔融物，而不需要对造粒塔进行大的改造，如果进行大的改造将十分昂贵。事实上，现在将造粒塔用作新造粒单元的“播种机”。所述新造粒单元接收额外量的尿素熔融物，并作为造粒塔中产生的颗粒的“增大器”。

根据另一个实施例，具有造粒塔的尿素装置的改造还包括安装播种段。

本发明的改造包括将用于除尘洗涤的洗涤单元改造为还进行酸洗涤。如通常情况，现有的洗涤单元可以进行酸洗涤，只要所述单元适合于这样做。现有的洗涤单元通常由不锈钢制成，可用于酸洗涤。因此，将水和酸液进料到相同的洗涤单元中，得到含有尿素的酸水溶液。否则，如果现有的洗涤器不适合进行酸洗涤，则可以安装新的洗涤器。

除尘洗涤和酸洗涤也可以在分开的洗涤单元中进行。那么，本发明的方法可以包括增加另外的酸洗涤单元以与现有的除尘洗涤单元一起操作。

本发明将通过以下描述的优选实施例进一步阐明，所述实施例是非限制性实施例。

附图简要说明

图1-6是根据本发明的不同实施例的用于尿素精整加工的方法的示意图。

具体实施方式

参见图1，尿素装置的合成段(未示出)产生的溶液7主要由尿素和水构成，可含有少量的氨基甲酸铵和氨。该溶液7的典型浓度为尿素的60-85wt％。

将所述溶液7进料至第一蒸发冷凝段1，得到浓度通常为95-99.9％(例如96％)的尿素熔融物9。该浓度适用于造粒，而球形化工艺需要较高的浓度。从溶液7中除去水8，并将水8送至废水处理。所述第一蒸发冷凝段1可以包括一级或两级。

将尿素熔融物9送至尿素造粒单元2，例如流化床造粒单元，产生尿素固体颗粒10。将新鲜空气流11进料至所述造粒单元2，所述新鲜空气流11作为冷却空气并保持流化床处于流化状态。然后所述空气11与尿素熔融物9和造粒机2内的固化尿素颗粒直接接触。这导致空气与一些尿素灰尘和氨的污染。因此，将含有灰尘和氨的空气流12从造粒单元2排出。

在洗涤单元3中用水流17处理所述空气12以除去灰尘，通过酸溶液18处理以除去氨。所述溶液18例如含有硫酸。可选地，所述酸溶液18含有的酸选自硝酸、磷酸或其它合适的酸。

在所述单元3中的洗涤产生洗涤后的净化流体19和含有尿素和盐的水溶液13，所述盐由氨和酸溶液18形成，例如硫酸铵。溶液13中的硫酸铵的含量取决于载有氨的空气12中氨的量，通常约为5％。

流体19含有空气，所述空气通常是水饱和的，因此一定量的水随净化流体19一起离开洗涤单元3。该水的损失由新鲜水进料17来补偿。洗涤后的空气流19被排入大气。

在一些实施例中，洗涤单元3可以包括用水17进料的单独的除尘器，以及用酸溶液18进料的酸洗涤器。

溶液13在第二蒸发段4中进行蒸发步骤，得到主要由水蒸汽组成的气体流15、含有回收的尿素和溶液13的大部分硫酸铵以及少量的水的流体14。通常，所述流体14含水量小于0.5％。

将气体流15送至第二冷凝段5，产生含有水和少量尿素和硫酸铵的水溶液流16，所述水溶液流16被再循环回到洗涤单元3用于洗涤空气12。

将含尿素的流体14进料至专用的播种段6，在播种段6固化成主要由尿素组成的固体颗粒20(种子)，然后与尿素熔融物9一起被送至造粒单元2。在制粒单元2，所述种子20作为颗粒生长的种子促进造粒过程。优选地，种子20是直径约为1-1.5mm或更小的球体。

可以用各种技术生产种子20。例如，所述播种段6可以包括旋转成形器，所述旋转成形器在冷却的钢带或小造粒塔上沉积尿素小珠。用于尿素造粒的播种机的合适实施例已经被公开，例如ep2077147。

所述播种段6和造粒单元2形成尿素装置的精整加工段。

在一些实施例中，播种段可以安装在造粒机内部。

图2示出了本发明的第二实施例，基本上是图1的变型，其中含尿素流体14分为第一部分14a和第二部分14b。将第一部分14a送至位于尿素造粒单元2上游的播种段6；将第二部分14b直接送至造粒单元2。

图3和图4示出了另一个实施例，其中尿素熔融物9的一部分用于产生尿素的种子。更详细的内容请参考图3，将尿素熔融物9的一部分9a进料至造粒单元2，将剩余部分9b送至播种段6。

将尿素熔融物的所述剩余部分9b直接进料至播种段6(图3)，或通过第二蒸发器4进料至播种段6(图4)，在第二蒸发器4进一步浓缩所述剩余部分9b。当尿素熔融物9具有合适的浓度时，将尿素熔融物直接送至播种段6(如图3所示)是可能的。在一些实施例中，尿素熔融物9可以具有相对高含量的水(例如4％)，这是造粒单元2容许的。然而，这种含量的水可能不是播种段6容许的，在这种情况下，图4所示的进一步浓度是适当的。

例如，尿素熔融物9的浓度根据精整加工的技术可以变化，例如，对于造粒机浓度可以是96-98wt％(重量百分比)，对于造粒塔浓度通常为99.5wt％或更多。播种段6要求可以包含的最大含水量为0.5wt％。

图5示出了本发明的另一个实施例，其包括造粒塔30和造粒单元2。在造粒塔30中产生的尿素颗粒32在造粒单元2中增肥增大从而形成颗粒10(变大的颗粒)。

将尿素熔融物9的一部分9e送至尿素造粒塔30，在此转化成液滴，所述液滴通过在塔30中上升的逆流空气31固化。因此，塔30排出含有灰尘和氨的需要洗涤的空气流33，类似于来自造粒单元2的流体12。

两股空气流12和33都在洗涤单元3中被处理，随后被送至蒸发段4、冷凝段5和播种段6。含有尿素和铵盐的水溶液14被至少部分送至所述造粒塔30。因此可以说，图5的造粒塔30与图1-4所示的实施例的播种段6发挥相同的作用，即为单元2中的造粒过程生产种子。

在一些变型中，可以分别洗涤空气流12和33。此外，一部分溶液14可以直接被至造粒单元2。

图6示出了包括播种段6和造粒塔30的另一个变体。将回收的尿素14进料至播种段6并转化成尿素种子20。然后将尿素颗粒32和尿素种子20送至制粒单元2进行颗粒10的生长。因此，来自播种段6的固体颗粒20和来自塔30的颗粒32都用作单元2中造粒过程的种子。

图1-6的方案可能是改造过程的结果。

例如，如图1所示，尿素装置包括第一冷凝蒸发段1，造粒机2和除尘洗涤器。对该尿素装置进行改造，增加第二蒸发冷凝段4、5，增加播种单元6，改进洗涤器以获得图1所示的灰尘/酸洗涤器3。然后，洗涤器的液体输出物被导向至如线13所示的新安装的蒸发段4，由蒸发段回收的含有尿素和铵盐的液体流(线14)被送至播种段。然后将由播种段产生的固体送至造粒机2。

类似地，改造可能产生图2-4所示的方案之一。

如图5所示，包括造粒塔30的装置可以以类似的方式进行改造，在塔30下游也增加造粒机2。在大多数情况下，从尿素熔融物9的流速方面来看，改造伴随着容量的增加。因此，改造后，只有尿素熔融物的一部分9e被送至造粒塔30，其余部分被送至新的造粒机2。新的造粒机2作为球体粒子32的增大器。含尿素的流体14也被送至塔30。

图6是图5的实施例的变型，其中也安装了播种单元2。

在图5和图6所示的实施例中，包含尿素和铵盐的液体流14全部被送至造粒塔30或播种单元6。在一个变型(未示出)中，所述流体14的一部分可以送至造粒单元2，类似于图2。