專利名稱：從廢氣中去除尿素和氨的方法
從廢氣中去除尿素和氨的方法已知尿素粉塵和氨存在于尿素廠、尿素造粒塔(urea granulation tower)、尿素制粒塔(urea prilling tower)和化學(xué)肥料廠的廢氣中。特別是這類工廠釋放的廢氣流中含有由各種工藝步驟產(chǎn)生的粉塵和氨。這種氣流在進(jìn)入環(huán)境中之前或再循環(huán)到所述工藝中之前，必須進(jìn)行純化。特別是造粒(granulation)、制粒(prilling)和產(chǎn)物冷卻工藝步驟中容易形成這種廢氣流。JP9227493公開了一種從這種氣流中回收尿素粉塵和氨的方法，通過(guò)將所述氣流與硫酸水溶液接觸，從而形成硫酸銨和尿素的酸性溶液。這種已知方法的缺點(diǎn)是所得產(chǎn)物為溶液，由于其運(yùn)輸成本高，很難被用作肥料。如DE10133935中所描述，期望向含氮肥料中添加硫。進(jìn)一步期望減少工業(yè)活動(dòng)中，特別是肥料制造廠產(chǎn)生的污染。令人驚訝的是，發(fā)現(xiàn)通過(guò)將所述酸性溶液濃縮成含水量低于5wt%的熔體，隨后將熔體轉(zhuǎn)化成含尿素和硫酸銨的固體顆粒，可以經(jīng)濟(jì)上具有吸引力的規(guī)模將這兩種期望相結(jié)
口 οJP9227493中所描述方法的另一個(gè)問(wèn)題是所得溶液為酸性溶液，當(dāng)將其用作肥料時(shí)，不僅對(duì)土壤不利，而且它導(dǎo)致了用于濃縮、處理和運(yùn)輸所述酸性溶液的金屬設(shè)備的腐蝕，除非將特殊的、成本高的結(jié)構(gòu)材料用于這種金屬設(shè)備中?？赏ㄟ^(guò)在將所述酸性溶液濃縮之前，向所述酸性溶液中加入氨，從而形成硫酸銨和尿素于水中的中性溶液來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。JP9227493中所描述方法的進(jìn)一步問(wèn)題是生產(chǎn)的液態(tài)肥料中的硫(S)與氮(N)的比例取決于回收尿素和氨的氣流中氨與尿素的比例。這帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)?根據(jù)這種氣流的來(lái)源，這種氣流中氨與尿素的比例以及生產(chǎn)的肥料中S/N比可能隨著時(shí)間的推移不穩(wěn)定。因此導(dǎo)致生產(chǎn)的肥料品質(zhì)不穩(wěn)定。-根據(jù)施用肥料的土壤條件，可以從農(nóng)藝角度定義最佳的S/N比。與所述氣流中一致的氨與尿素比例一般無(wú)法產(chǎn)生生產(chǎn)的肥料中同樣的最佳S/N比。通過(guò)向濃縮的熔體或向待濃縮的溶液中加入添加量的硫酸銨，使生產(chǎn)的肥料中S/ N比被控制在任何所需的值，可以克服這兩種缺點(diǎn)。通過(guò)改變加入的硫酸銨的添加量，即該添加量隨所述氣流中氨與尿素比例的變化而改變，也可隨著時(shí)間的推移以一種穩(wěn)定的方式控制S/N比以及從農(nóng)藝角度考慮的最佳S/N比。優(yōu)選地，所述中性溶液通過(guò)蒸發(fā)至少部分水相而被濃縮，從而形成水蒸氣和含水量低于5 1:%的熔體。更優(yōu)選地，所述蒸發(fā)采用多步進(jìn)行，直到含水量低于5wt%。可使熔體中的含水量低于Iwt %，甚至低于O. 3wt % ο隨后，所述熔體被轉(zhuǎn)化成含尿素和硫酸銨的固體顆粒。該過(guò)程可以在造粒機(jī) (granulator)或制粒塔(prilling tower)中進(jìn)行。然而，這將再次引發(fā)(以較小的規(guī)模) 載有氨和粉塵的空氣問(wèn)題。因此該過(guò)程優(yōu)選在球粒機(jī)(pelletizer)中進(jìn)行，所述球粒機(jī)包括給料裝置、固化/冷卻傳動(dòng)帶以及從傳動(dòng)帶上移除形成球粒的裝置，將含尿素液體給料至所述給料裝置，通過(guò)所述給料裝置將含尿素液體的微滴加料至所述傳動(dòng)帶，含尿素微滴在傳動(dòng)帶上固化，然后將形成的含尿素顆粒從所述傳動(dòng)帶上移除。優(yōu)選通過(guò)冷卻水來(lái)從另一個(gè)側(cè)面冷卻傳動(dòng)帶。使用所述球粒機(jī)代替造粒機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是雙重的I、與造粒(granulation)或制粒(prilling)相比,本發(fā)明方法中通常實(shí)施的規(guī)模可使球?；?pelIetizing)更經(jīng)濟(jì)。2、使用上述方法進(jìn)行球?；粫?huì)產(chǎn)生載有大量粉塵/氨而可能再次引發(fā)最初基于較小規(guī)模的問(wèn)題的空氣流。下面將通過(guò)附圖
更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。圖I為實(shí)施本發(fā)明實(shí)施方案的系統(tǒng)示意圖。圖2為實(shí)施本發(fā)明另一實(shí)施方案的系統(tǒng)示意圖。圖3為實(shí)施本發(fā)明又一實(shí)施方案的系統(tǒng)示意圖。用于實(shí)施本發(fā)明方法的系統(tǒng)如圖I所示。含空氣、尿素和氨的氣流(11)在洗滌器
(I)中與硫酸水溶液(12)接觸，從而形成尿素和硫酸銨的酸性溶液。洗滌器⑴可選自工業(yè)中眾所周知的濕型洗滌器中的任一種。例如，它可選自例如化學(xué)工程手冊(cè)(Chemical Engineers Handbook) (Perry 和 Chilton)第五版，第 20-94 頁(yè)到20-103頁(yè)中概括的洗滌器類型。氣流11通常具有相對(duì)高的溫度(70-110°C )，且可能比較干燥。結(jié)果，洗滌器中大量的水可能被蒸發(fā)掉。因此，在許多情況下，需要向洗滌器中加入補(bǔ)充水(make-up water) (15)以確保洗滌器液相中尿素和硫酸銨的濃度保持低于溶解度限度。根據(jù)選定的洗滌器類型，為了恰當(dāng)去除空氣流中的氨和粉塵，可能需要酸性尿素/硫酸銨溶液(UAS)在洗滌器上方循環(huán)(圖中未顯示)。清潔的空氣通過(guò)管線18離開洗滌器。尿素和硫酸銨的酸性溶液由管線(21)流向濃縮單元(2)，其可包括至少一個(gè)濃縮器，水蒸汽通過(guò)管線(16)離開濃縮單元(2)。在濃縮單元(2)中，尿素和氨的酸性溶液被濃縮成含水量低于5wt%的熔體。濃縮單元(2)可由一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)或串聯(lián)的蒸發(fā)器組成。這些蒸發(fā)器可選自加工工業(yè)中眾所周知的蒸發(fā)器。例如，它們可選自化學(xué)工程手冊(cè)(Chemical Engineers Handbook) (Perry和Chilton)第五版，第11-27頁(yè)到11-38頁(yè)中概括的蒸發(fā)器。 尿素在高溫和長(zhǎng)時(shí)間停留下易于分解(如水解和形成縮二脲)。出于這個(gè)原因，蒸發(fā)器通常選自“降膜(falling film) ”型或“長(zhǎng)管垂直(Long tube vertical)”型(參考化學(xué)工程手冊(cè)(Chemical Engineers Handbook) (Perry 和Chilton)第五版中的圖 11-16)，因?yàn)樗鼈兺Ａ魰r(shí)間短。此外，為了使尿素分解最小化，蒸發(fā)器優(yōu)選在真空條件下操作，以使所需的溫度最小化?？墒褂谜婵绽淠骱驼羝麌娚淦?圖中未顯示)系統(tǒng)，或工業(yè)中眾所周知的其它系統(tǒng)來(lái)保持蒸發(fā)器內(nèi)的真空狀態(tài)。濃縮的UAS熔體通過(guò)管線(22)從濃縮單元進(jìn)入混合器(3)。還向混合器(3)中引入固體硫酸銨，使硫酸銨與尿素的比例增加至所需的值。以這樣的方式控制混合器(3)中硫酸銨的配量，以在終產(chǎn)物(17)中獲得穩(wěn)定的硫酸銨與尿素的比例?；旌掀?3)可選自工業(yè)中眾所周知的任一種固/液混合器。例如它可選自化學(xué)工程手冊(cè)(Chemical Engineers Handbook) (Perry和Chilton)第五版，第19_3頁(yè)到19-25頁(yè)中概括的混合器?；旌掀鞯倪x擇主要取決于所需的硫酸銨與尿素的比例。在需要低濃度硫酸銨的情況下，那么漿液(23) 中的固體濃度會(huì)較低。在這種情況下，足以從“攪拌混合器”類型中選擇混合器。在需要較高濃度硫酸銨的情況下，那么可從“糊狀和粘性材料混合”設(shè)備類型中選擇更有效的混合器。尿素/硫酸銨(UAS) +熔體中的固體硫酸銨漿液通過(guò)管線(23)從混合器中輸運(yùn)至固體成型步驟⑷。固體成型步驟⑷可包括造粒(granulation)、制粒(prilling)或球?；?(pelletizing)。選擇球?；鳛楣腆w成型工藝具有特殊的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檫@種球粒化工藝不形成載有粉塵和氨的廢氣，而這會(huì)在制粒和造粒工藝中出現(xiàn)。這種球?；に嚨膶?shí)例如WO 2006/111331 Al中所述。終產(chǎn)物尿素和硫酸銨的固體混合物由管線(17)離開該工藝。圖2顯示了用于實(shí)施本發(fā)明方法的系統(tǒng)，其中在對(duì)酸性溶液(21)進(jìn)行濃縮之前， 向中和器(5)內(nèi)的酸性溶液中加入氨或氨水(14)，從而形成尿素和硫酸銨的中性水溶液， 其由管線(24)流向濃縮單元(2)。中和過(guò)程(5)可在帶有攪拌器的混合容器中進(jìn)行，這是該行業(yè)眾所周知的?？紤]到硫酸和氨之間很強(qiáng)的化學(xué)親和力，所述中和過(guò)程甚至可以一種更簡(jiǎn)單的方式進(jìn)行，例如通過(guò)在所述工藝管線中提供湍流和足夠的停留時(shí)間，將UAS溶液 24輸送至濃縮單元(2)中。圖2中所示的所有其它元件與圖I中的元件類似，因此不再贅述。圖3顯示了本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施方案。在終產(chǎn)物UAS中所需的硫酸銨與尿素的比例受限的情況下，圖3所示的實(shí)施方案比圖I和圖2所示的更具優(yōu)勢(shì)。在洗滌器(I)中，使含空氣、尿素和氨的氣流(11)與硫酸水溶液(12)接觸，從而形成尿素和硫酸銨的酸性溶液。清潔的空氣由管線(18)離開所述洗滌器。由(15)向洗滌器中引入補(bǔ)充水，加入的量為使流(21)和(24)中沒(méi)有固體形成。所形成的尿素和硫酸銨的酸性溶液由(21)離開洗滌器進(jìn)入混合器⑶中。由管線(14)向混合器(3)中引入NH3(或氨水)，加入的量為使
(21)中存在的多余硫酸被中和。由管線(13)向混合器(3)中加入額外的固體硫酸銨?；旌掀?3)為攪拌容器，其中適當(dāng)?shù)臄嚢杩纱_保在富集的UAS溶液由(24)離開混合器進(jìn)入濃縮單元(2)之前，使所有被添加到混合器中的固體硫酸銨處于溶解狀態(tài)。與圖I中描述的方式相同，在濃縮單元⑵中，UAS溶液被濃縮到這樣的程度，即 UAS熔體在經(jīng)(23)離開所述濃縮單元時(shí)的含水量低于5wt%。在固體成型單元(4)中，以圖I所示的相同方式將該濃縮的熔體轉(zhuǎn)化成UAS固體產(chǎn)物。與圖2中描述的工藝相比，圖3的優(yōu)點(diǎn)在于使步驟(5，中和器)和步驟(3，混合器)結(jié)合于一個(gè)步驟(3，混合器)中。圖3所示的工藝的優(yōu)點(diǎn)在于較低的資本投入。與圖 3所示的工藝相比，圖2所示工藝的優(yōu)點(diǎn)在于，濃縮步驟(2)中硫酸銨的濃度可以更高而不用擔(dān)心管線堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。因此，圖3所示工藝的應(yīng)用受到這類情況的限制，即產(chǎn)物(17)中所需的S/N比限于所述UAS+熔體(23)不含固體硫酸銨的數(shù)值，或僅限于使流(23)保持為可輸運(yùn)漿液的固體硫酸銨的量。
權(quán)利要求
1.從氣流中回收尿素粉塵和氨的方法，通過(guò)將所述氣流與硫酸水溶液接觸，從而形成硫酸銨和尿素的酸性溶液，其特征在于，將所述酸性溶液濃縮成含水量低于5wt%的熔體， 隨后將熔體轉(zhuǎn)化成含尿素和硫酸銨的固體顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中在對(duì)酸性溶液進(jìn)行濃縮前，將氨加入到所述酸性溶液中，從而形成尿素和硫酸銨于水中的中性溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中通過(guò)蒸發(fā)至少部分水相對(duì)所述中性溶液進(jìn)行濃縮，從而形成水蒸氣和含水量低于5wt%的熔體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中權(quán)利要求3所述的蒸發(fā)是采用多步進(jìn)行的，直到熔體中的含水量低于5wt%。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述熔體與添加量的硫酸銨混合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的方法，其中，在進(jìn)行濃縮之前將所述溶液與添加量的硫酸銨混合。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述熔體在包括給料裝置、傳動(dòng)帶以及從所述傳動(dòng)帶上移除所形成球粒的裝置的球粒機(jī)中轉(zhuǎn)化成含尿素的固體顆粒，將含尿素液體給料至所述給料裝置，通過(guò)所述給料裝置將含尿素液體的微滴加料至所述傳動(dòng)帶，含尿素微滴在傳動(dòng)帶上固化，然后將形成的含尿素顆粒從所述傳動(dòng)帶上移除。
全文摘要
本發(fā)明涉及從氣流中回收尿素粉塵和氨的方法，通過(guò)將所述氣流與硫酸水溶液接觸，從而形成硫酸銨和尿素的酸性溶液，其特征在于，將所述酸性溶液濃縮成含水量低于5wt％的熔體，隨后將熔體轉(zhuǎn)化成含尿素和硫酸銨的固體顆粒。
文檔編號(hào)C05C9/00GK102596901SQ201080041489
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月16日
發(fā)明者潘特斯·奧夫蒂斯, 約瑟夫·赫伯特·曼斯 申請(qǐng)人:斯塔米卡邦有限公司