用于清洗来自尿素装置的凝固单元的气体流的系统和方法与流程

本发明涉及一种用于清洗来自尿素装置的凝固单元的气体流的系统和方法。

背景技术：

在典型的工业尿素生产装置(尿素装置)中，在合成反应器中生产尿素，然后逐渐浓缩(直到大约96÷99.7％的值)，并最终在凝固段中凝固，凝固段通常由造粒机或造粒塔组成，从该造粒机或造粒塔中获得尿素颗粒或尿素小球的形式的最终商品。

通常，运送至造粒机或造粒塔的尿素是液态的，并通过环境空气的气流固化。

当用于凝固的空气离开凝固段时，其包含尿素粉末和由液态尿素在冷却和凝固过程中释放的氨。

因此，在将此空气释放到大气中之前，恰好可以通过去除尿素粉末及其所包含的氨而将空气进行净化。

为此，在待净化的气体流上使用两个串联工作的洗涤器是已知的且常见的。

在用于去除尿素粉末的第一洗涤器中，使包含液态尿素的水溶液再循环；将尿素溶液从此第一洗涤器的底部抽出，使尿素溶液的一部分再循环至洗涤器的顶部，并将一部分运送至尿素装置以进行回收。

将离开第一洗涤器的气体流(净化了尿素粉末)运送至第二洗涤器，在那里，通过使包含例如硫酸铵和硫酸氢铵的溶液再循环，来去除氨，并且，在那里，定期增加新鲜的硫酸，以保持硫酸铵和硫酸氢铵之间的正确比例。

离开第二洗涤器的气体流本质上是净化了尿素粉末和氨的空气，由此可将其经由烟道(stack，烟囱)释放到大气中。

为了克服压头损失(head loss)，在第二洗涤器的下游放置风扇。

刚刚提到的系统，及类似的用于该问题的系统，并不是没有缺点，基本上都与洗涤器的使用相关。

首先，假设含水量处于高水平的，则通过第一洗涤器实现的从液态尿素的溶液回收尿素会使得必须消耗大量能量，从而消耗大量成本。

而且，洗涤器通常具有低去除效率，结果会对位于洗涤器下游的风扇带来污染和/或腐蚀问题，并需要相对频繁地定期清洗，以消除结垢和沉积物。

由于其适度效率的原因，洗涤器需要消耗大量补充水，其是清洗洗涤器中通常使用以帮助分离气体中携带的液滴的除雾器所必需的。

最后，特别是在最新一代的产生高流量待净化空气(甚至超过800000Nm3/h)的尿素装置中，气体流在洗涤器中的分布较差，结果是效率降低；特别地，由于形成通过聚结器从常见除雾器泄漏的气溶胶的原因，在洗涤器中去除气态氨的效率较低；而且，气溶胶是与pH值强相关的，其形成难以控制。

技术实现要素：

因此，本发明的一个目标是提供一种用于清洗来自尿素装置的凝固单元的气体流的系统和方法，特别是用于从所述气体流去除尿素粉末和气态氨，没有已知技术的所述缺点。

特别地，本发明的一个目标是，提供一种清洗系统和方法，相对于已知的解决方案，该清洗系统和方法具有高效率，减小压头损失和能耗，从而降低成本，并且，不需要进行成分补充。

因此，本发明涉及一种用于清洗来自尿素装置的凝固单元的气体流的清洗系统和方法，特别是用于从所述气体流去除尿素粉末和氨，如分别在所附权利要求1和16中的基本项中限定的。

在从属权利要求中指出了本发明的附加优选特征。

简而言之，根据本发明，用许多静电沉淀器(过滤器)代替一个或两个通常用于净化离开凝固单元的冷却空气的洗涤器，该静电沉淀器精确地是：用来回收尿素粉末的“干式”静电沉淀器(electrostatic precipitator，静电除尘器)，和用于去除气态氨的“湿式”静电沉淀器。

根据本发明使用的静电沉淀器具有高去除效率、高气体流流速和非常低的压头损失。

另外，静电沉淀器通过使用已经存在的物质来工作，不需要增加其他物质。

静电沉淀器的高效率使得能够减少尿素粉末和气态氨的环境排放的问题，并限制用于使气体流循环的风扇的污染和腐蚀。

还可通过调节供应至静电沉淀器的气体流来提高静电沉淀器的效率。

特别地，在用于去除尿素粉末的“干式”静电沉淀器中，使用待净化气体流中已经存在的(或者，如果必要的话，用优选地经由雾化从外部引入的)氨蒸气来执行调节(氨调节)；和/或使用清洗系统中也存在的其他物质(例如硫酸氢铵)来执行调节。

在用于去除气态氨的“湿式”静电沉淀器中，使气体(例如，随后作为硫酸铵回收的硫酸氢铵气体)雾化，以进行调节。

通过静电沉淀器的气体流的流速使得能够获得具有与洗涤器类似或更小的尺寸的紧凑设备，同时，较低的压头损失使得能够使用功率更小且由此更便宜的位于静电沉淀器下游的风扇。

简而言之，本发明的主要优点如下：

-由于效率更大而具有更小的压头损失；

-消除水所花费的成本更低且能量更少；

-风扇和除雾器的污染和堵塞问题更少。

附图说明

参考附图中的图，从以下非限制性实施例的描述中，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，附图中：

-图1是根据本发明的用于清洗来自尿素装置的凝固单元的气体流的系统的第一实施例的示意图；以及

-图2是根据本发明的清洗系统的第二实施例的示意图。

具体实施方式

图1示意性地示出了用于处理离开尿素装置3的凝固单元2的气体流的清洗系统1，特别是用于从所述气体流去除尿素粉末和气态氨。

尿素装置3本身是基本上已知的，因此将不再详细地描述或举例说明。总体来说，尿素装置3包括：尿素合成反应器，其中发生来自氨和二氧化碳的尿素合成反应；回收段(特别地，高压段、中压段和低压段)，其中，使在合成反应器中产生的尿素溶液逐渐浓缩，去除水和未反应的氨及二氧化碳，并使回收的成分再循环；以及真空段，其配有真空系统并连接到废水处理段。

尿素装置3经由尿素供给管线4连接到凝固单元2，凝固单元包括，例如，造粒机或造粒塔，将在尿素装置3中产生的熔融尿素运送至造粒机或造粒塔，以获得颗粒或小球状的固体尿素。

对凝固单元2供应冷却空气的气流，在图1中用箭头5示意性地代表，为了使熔融尿素凝固的目的，该气流通过特别提供的进气口进入凝固单元2。

从凝固单元2离开的气体流基本上由在凝固单元2中使用的冷却空气形成，并包含尿素粉末和由尿素在冷却及凝固处理过程中释放的气态氨。

离开凝固单元2的气体流通过气体管线6运送至清洗系统1，气体管线将凝固单元2与清洗系统1操作地连接。

清洗系统1包括尿素粉末去除装置7和氨去除装置8，以从离开凝固单元2的气体流分别去除尿素粉末和氨。

两个去除装置7、8设计为处理相应的污染物，即，尿素粉末或氨，并主要去除相应的污染物(尿素粉末或氨)。

更精确地，清洗系统1包括单个专门用来去除尿素粉末的第一去除装置7和单个专门用来去除氨的第二去除装置8。

根据本发明，一个或两个去除装置7、8由相应的静电沉淀器11、12组成，设计为基本上去除所有的或至少大部分的在去除装置7、8中处理的污染物，即，尿素粉末或氨。

众所周知，静电沉淀器(或静电过滤器)是一种执行去除过程的净化设备，在该去除过程中，通过施加感应电场来从气体流中去除(固体的或液体的)污染物颗粒。

通常，静电沉淀器基本上包括：

-放电和发射电极，通常是丝状的形状；

-集电极，通常是各种形状的板(例如，平板或管状板)的形式，与放电电极平行地布置；

-电源单元，用于产生净化过程所需的电压电平；

-用于定期清洗集电极的设备；以及

-用于容纳电极、在输入和输出中分配气体流、以及收集和/或排出所去除的颗粒的结构。

静电沉淀器通过在放电电极和集电极之间感应的电位差(potential difference，电势差)来操作，以在放电电极附近及其周围产生强电场，该强电场导致包含污染颗粒的气体流的离子化。所产生的离子与悬浮的污染物颗粒相撞，并使其具有电荷；然后，朝向集电极吸引带电颗粒，将其捕获然后去除，例如，通过摇动集电极或使用包围集电极的洗涤液来进行。

静电沉淀器可包括串联布置以连续处理气体流的多个段或场(即，放电电极和集电极的组)。

更详细地，清洗系统1包括：第一静电沉淀器11和/或第二静电沉淀器12，以分别从离开凝固单元2的气体流去除尿素粉末和氨；空气处理回路13；和再循环回路14。

优选地，如下文参考的图1中的实施例所示，两个静电沉淀器11、12都使用。

应理解，清洗系统1也可仅包括用于去除尿素粉末的第一静电沉淀器1，同时用传统的设备(例如洗涤器)来去除氨；或者，可仅包括用于去除氨的第二静电沉淀器12，同时用传统的设备(例如洗涤器)来去除尿素粉末。

如果使用两个静电沉淀器11、12，那么在清洗系统1中并不包括其他专门用来从离开凝固单元2的气体流去除尿素粉末或氨的设备(特别是洗涤器)。如果仅用一个静电沉淀器11、12来去除一种污染物(尿素粉末或氨)，那么清洗系统1仅包括另一专门用来去除另一污染物的设备，但是，没有其他用来去除同一由静电沉淀器11、12处理的污染物的设备(例如另一洗涤器)。

两个静电沉淀器11、12沿着气体处理回路13串联布置，气体处理回路13将凝固单元2与烟道15连接，烟道将废气排入大气中。

特别地，气体处理回路13包括：气体管线6，将凝固单元2与第一静电沉淀器11连接；连接管线16，将两个静电沉淀器11、12连接；如果必要的话，还包括排出管线17，连接到烟道15；以及至少一个风扇18，优选地位于沿着静电沉淀器11、12之间的连接管线16的地方。

在图1所示的优选实施例中，静电沉淀器11沿着气体处理回路13位于静电沉淀器12的上游。

静电沉淀器11的功能是，从离开凝固单元2的气体流去除尿素粉末；由于静电效应而发生从静电沉淀器11中的气体流去除尿素粉末，并且，通过调节气体流可能帮助去除尿素粉末。

用于去除尿素粉末的静电沉淀器11是“干式”静电沉淀器。

这里和下文中，“干式”静电沉淀器表示用来从气体流回收基本上固态的产物(即使不是完全干的)的静电沉淀器。

静电沉淀器11包括：电极区域20，容纳放电电极和集电极，并且，由于在电极之间感应的电场的效应而在电极区域20处发生去除过程；并包括调节区域21，连接到静电沉淀器11的入口端22并沿着静电沉淀器11中的气体流的路径位于电极区域20的上游，在调节区域处可选地对气体流补充调节剂，调节剂可在气体流通过电极区域20之前提高去除过程的效率。

静电沉淀器11具有：进气口23，连接到气体管线6；出气口24，连接到连接管线16；一个或多个底部出口25，通过返回管线26连接到凝固单元2；辅助入口27，连接到调节管线28；以及再循环入口29，连接到再循环管线30。

有利地，进气口23、辅助入口27和再循环入口29位于调节区域21的入口端22，而出气口24位于静电沉淀器11的出口端31，底部出口25位于电极区域20下方(例如，位于静电沉淀器11的相应的场或段的下方)。

还由于在来自调节气体流的凝固单元2(造粒机或造粒塔)的气体流中存在氨蒸气的原因，静电沉淀器11在去除尿素粉末时具有高效率。

然而，可能增加另一调节剂以增加去除过程的产出，特别是更多的氨(氨溶液或氨蒸气)或硫酸氢铵(或甚至其他物质)。

例如，可通过调节管线28和喷射器装置32从外部引入调节剂，喷射器装置位于辅助入口27处并且有利地设置有喷雾器。

在凝固单元2是造粒机的情况中，在凝固单元2中可已经包含可能增加氨溶液(或氨蒸气)以进行调节，从而改进后续的分布。

良好的去除性能所必需的氨水平大约是50÷60ppm，气体流中实际上已经存在的水平不需要进一步作用。

通过调节，对于10mg/Nm3的去除水平，流速是大约2÷4m/s。

或者，调节剂(例如硫酸氢铵)可从再循环入口29喷入调节区域21，再循环入口通过再循环管线30连接到回收单元47，这在下文中更详细地描述。

然而，除了可能使用调节剂以外，静电沉淀器的效率通常还取决于气体流所通过的场或段(即，串行布置的放电电极和集电极的组)的数量。

静电沉淀器11优选地具有至少2个或3个场。

如果清洗系统1包括也回收至少微量尿素粉末的连续除氨单元(例如，静电沉淀器12)，那么静电沉淀器11的去除效率在大约95-98％的值已经是可接受的。

“干式”静电沉淀器11优选地(但是并非必须地)是平板静电沉淀器。

静电沉淀器12的功能是，从离开凝固单元2的气体流去除氨；由于静电效应而发生去除静电沉淀器12中的氨，并且，通过调节气体流可能帮助去除氨。

用于去除氨的静电沉淀器是“湿式”静电沉淀器。

这里和下文中，“湿式”静电沉淀器表示用来从气体流回收液态的产物(例如溶液)或部分液态的产物(例如泥浆)的静电沉淀器。

静电沉淀器12还包括：电极区域40，容纳放电电极和集电极，并且，由于在电极之间感应的电场的效应而在电极区域处发生去除过程；并包括调节区域41，位于静电沉淀器12的入口端42并沿着静电沉淀器12中的气体流的路径位于电极区域40的上游，在调节区域处可选地对气体流补充调节剂，调节剂可在气体流通过电极区域40之前提高去除过程的效率。

静电沉淀器12具有：进气口43，连接到连接管线16；出气口44，连接到排放管线17并由此连接到烟道15；一个或多个底部出口45，通过回收管线46连接到回收单元47；以及一个或多个再循环入口49a和49b，连接到再循环管线30。

进气口43和第一再循环入口49a位于调节区域41中的入口端42，第二再循环入口49b位于电极区域40中，出气口44位于静电沉淀器12的出口端51，底部出口45位于电极区域40下方(例如，位于静电沉淀器12的相应的场或段的下方)。

有利地，通过用调节剂(例如雾化的硫酸氢铵)调节来增加静电沉淀器12的除氨效率，调节剂经由喷射器装置52供应至静电沉淀器12的调节区域41中的入口端42。然而，应理解，可使用其他调节剂。

如当使用硫酸氢铵时所发生的，如果调节剂与氨在除氨过程中起反应并形成包含铵基的副产品，那么回收并处理该副产品以再次获得调节剂是有利的，使得调节剂再循环至第二静电沉淀器12，也可能再循环至第一静电沉淀器11。

例如，在去除氨的同时，硫酸氢铵与氨起反应，以得到硫酸铵，在来自底部出口45的溶液中回收硫酸铵。

硫酸铵可用作副产品，从而将硫酸铵从清洗系统1去除，但是在此情况中，必须在清洗系统1中补充硫酸，以重新形成用作调节剂的硫酸氢铵。

或者，如图1所示，硫酸铵经由配有循环泵53的回收管线46运送至回收单元47，使硫酸铵在回收单元47处降解(例如通过加热)以形成硫酸氢铵和氨。

在回收单元47中，(经由合适的加热装置)对来自静电沉淀器12的硫酸铵的溶液进行热处理，以产生气相的氨，可将其通过用于产生尿素的尿素管线54和硫酸氢铵的溶液(也包含更少量的硫酸铵)运送至尿素装置3，当使硫酸氢铵通过再循环管线30再循环至静电沉淀器12时，硫酸氢铵在静电沉淀器12中重新用作用于去除氨的调节剂。

再循环管线30连接到静电沉淀器12的再循环入口49a、49b，并可选地(如果在第一静电沉淀器11中也考虑用硫酸氢铵调节)也通过相应的管线部分连接到静电沉淀器11的再循环入口29。

为了有效地用硫酸氢铵溶液调节并有效地去除氨，使硫酸氢铵溶液在再循环入口49a处雾化是有利的，确保合适的分布，这使得能够缩短达到较高氨吸收效率所必需的接触时间。

因此，位于再循环管线30上(例如，位于再循环入口49a处)的喷射器装置52装配有喷雾器。

此调节使得能够具有2÷4m/s的级别的流速，从而减小静电沉淀器12的尺寸并最终达到超过99％的去除效率。

为了改进硫酸氢铵在在静电沉淀器12中处理的气体流中的分布，可沿着风扇18上游的连接管线16插入硫酸氢铵喷雾器；然而，在此情况中，必须限制喷射的硫酸氢铵的量，以避免在风扇18下游形成液体。

甚至根据待处理气体流的流速，也可存在不同类型的静电沉淀器12；例如，管状的、圆板的或平板的静电沉淀器。

在串联使用两个静电沉淀器11、12的情况中(图1所示)，在两个静电沉淀器11、12之间插入风扇18(或多个风扇18)是有利的，以避免腐蚀和形成冷凝。

在使用中，尿素粉末去除步骤和氨去除步骤分别发生在两个静电沉淀器11、12中，这些完全或主要在相应的静电沉淀器11、12中执行，在那里去除基本上所有或至少大部分在去除步骤中处理过的污染物，即，尿素粉末或氨。

凝固单元2通过尿素供给管线4从尿素装置3接收熔融尿素，并对凝固单元供应冷却空气5。从凝固单元2和所发射的气体流中收集固体尿素(颗粒或小球状)，该气体流基本上由在凝固单元2中使用的冷却空气形成并包含尿素粉末和氨；离开凝固单元2的气体流被运送至清洗系统1，特别是通过气体管线6运送至第一静电沉淀器11。

离开凝固单元2的气体流通过进气口23进入第一静电沉淀器11，可能通过喷射调节剂(氨蒸气和/或硫酸氢铵溶液)来调节该气体流，并且，气体流通过电极区域20，在电极区域处发生尿素粉末去除过程。

在电极区域20的放电电极和集电极之间施加电位差，可产生导致通过电极区域20的气体流离子化的电场；存在的尿素的颗粒变得带电并由集电极吸引，然后，将其从底部出口25排出，并使其通过返回管线26回到凝固单元2。

气体流从出气口24离开，通过连接管线16(设置有风扇18)并到达第二静电沉淀器12。

气体流通过进气口43进入第二静电沉淀器12，可能通过喷射调节剂(硫酸氢铵溶液)来调节该气体流，并且，气体流通过电极区域40，在电极区域处发生氨去除过程。

在电极区域40的放电电极和集电极之间施加电位差，可产生导致通过电极区域40的气体流离子化的电场；氨变得带电并由集电极吸引，然后，将其从底部出口45排出。

如果将硫酸氢铵用作调节剂，那么在氨去除过程中，硫酸氢铵与氨起反应，以得到硫酸铵；从而，从底部出口45回收硫酸铵溶液，并将硫酸铵通过回收管线46运送至回收单元47。在回收单元47中，对硫酸铵溶液进行热处理，以使硫酸铵降解并产生气相的氨(将其回收并使其通过尿素管线54回到尿素装置3)和硫酸氢铵溶液(其将(通过再循环管线30)在清洗系统1中重新用作静电沉淀器11、12中的调节剂)。

净化了尿素粉末和氨的气体流离开静电沉淀器12的出气口44，然后经由烟道15排出。

在用相同参考数字表示与已经描述的那些细节类似或相同的细节的图2的实施例中，用于去除氨的第二静电沉淀器12是圆板静电沉淀器，并与烟道15形成整体。

在此结构中，静电沉淀器12具有延伸到烟道15中的外壳；静电沉淀器12的出气口44直接流入到烟道15中。

待处理气体流仍通过连接管线16到达，并通过进气口43进入静电沉淀器12。

有利地，同样在此实施例中，通过用供应至入口端42的雾化的硫酸氢铵调节，来增加静电沉淀器12的氨去除效率。

在图2所示的实例中，调节剂(硫酸氢铵溶液)经由喷射器装置52喷入气体流中，喷射器装置装配有喷雾器并定位成沿着连接管线16。

包含从气体流和在去除过程中产生的硫酸铵去除的尿素的溶液，通过至少一个底部出口45从静电沉淀器12抽出，并将该溶液通过回收管线46运送至回收单元47，使硫酸铵在回收单元47处降解(例如通过加热)，以形成氨和硫酸氢铵，将氨运送至尿素装置3，使硫酸氢铵通过再循环管线30再循环至静电沉淀器11并再循环至静电沉淀器12。硫酸氢铵从再循环入口29进入静电沉淀器11，并从再循环入口49b进入静电沉淀器12；将一部分硫酸氢铵改为转移至喷射器装置52，并且，该部分硫酸氢铵流入进气口43前面的气体管线6。

最后，应理解，在不脱离所附权利要求书的范围的情况下，可对这里描述和举例说明的清洗方法和系统进行进一步修改和变化。