СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ВЫПУСКОВ АЭРОЗОЛЯ НА УСТАНОВКЕ ГРАНУЛИРОВАНИЯ МОЧЕВИНЫ Российский патент 2013 года по МПК B01D53/58 B01D53/78 

Изобретение относится к способу снижения выбросов аэрозолей на установке гранулирования мочевины (карбамида) с применением регенерации образующихся сливов скруббера. Способ раскрывает известное производство гранулята мочевины в грануляторе, соединенном с установкой изомеризации мочевины, в которой удаляют изоцианат аммония из потока газа. Более того, изоцианат аммония в сливе гранулятора находится в стадии частичного гидролиза и частичной изомеризации в мочевину. Изомеризованная мочевина поступает в жидкую фазу, которую затем возвращают в систему для очистки от пыли или удаления пыли в скруббере. Изобретение также относится к устройству для производства гранулятов мочевины, которое осуществляет реализацию способа.

Мочевину обычно производят кристаллизацией концентрированного расплава мочевины. Расплав вводят в гранулятор, который выполняет гранулирование при повышенной температуре и выпаривает воду из расплава. Образующиеся гранулированные частицы обычно получают в форме, пригодной для целевого использования. Вследствие высокой температуры, часть мочевины превращается в изоцианат аммония согласно обратимой реакции. Соответствующее химическое уравнение:

В результате этой реакции часть мочевины распадается с образованием изоцианата аммония, который поступает в отходящий из гранулятора воздушный поток. Эта реакция является обратимой, следствием чего является то, что изоцианат аммония, который является изомером мочевины, может изомеризоваться в целевой продукт, мочевину. Изоцианат аммония далее разлагается водой до карбоната аммония, что при повышенной температуре приводит к образованию диоксида углерода, аммиака и воды:

Конечные продукты разложения, диоксид углерода и аммиак, не могут изомеризоваться в мочевину, но могут быть рециркулированы.

Чтобы поддерживать полный процесс экономически выгодным, предпочтительным вариантом является отделение мочевины-продукта от побочных продуктов и направление их в способ производства. Изоцианат аммония обычно получают в виде аэрозоля так, что его отделение обеспечивает изомеризацию изоцианата аммония в мочевину. Газообразные побочные продукты, диоксид углерода и аммиак, оставляют и могут направить в способ производства. Кроме того, изоцианат часто выпускают в атмосферу, что может быть вредно для окружающей среды. Поэтому желателен способ, который также снижает или исключает выброс изоцианата в окружающую среду.

Известна регенерация аммиака из отходящего газа при производстве мочевины. В WO 2005/032696 A1 раскрывается способ удаления аммиака и пыли из отходящего газа, который образуется во время производства удобрений, предпочтительно мочевины. Отходящий газ вводят в первый промыватель, где его промывают очищающей водой. Чтобы снизить загрязнения, как отходящий газ из гранулятора, так и более холодные газы из гранулятора пропускают, по меньшей мере, через один каплеотбойник прежде, чем они покинут скруббер. Однако изобретение не раскрывает способ рециркулирования изоцианата аммония, который является частым побочным продуктом гранулирования.

Поэтому желательно обеспечить способ, в котором улавливаются побочные продукты, изоцианат аммония, аммиак и вода, и в котором отделяется изоцианат аммония от побочных продуктов гранулирования мочевины, которые обычно получают в качестве отделяемого аэрозоля или в качестве тонких частиц. Кроме того, предпочтительный способ должен изомеризовать изоцианат аммония в мочевину и направлять его в способ производства. Предпочтительный способ должен также обеспечить систему очистки газов и обеспечить средства для рекуперации теплоты реакции.

Изобретение относится к способу рециркуляции аммиака, диоксида углерода и аэрозоля из способа гранулирования мочевины. Аэрозоль состоит большей частью из изоцианата аммония, который отделяют в первой стадии и затем гидролизуют и изомеризуют в мочевину во второй стадии прежде, чем рециркулируют в процесс. На стадии рециркуляции в процесс можно направить раствор мочевины в скруббер для отделения пыли. Скруббер для отделения пыли обычно также использует раствор мочевины, однако также возможно использовать раствор мочевины пониженной концентрации, которая обычно имеет место на стадии рециркулирования. Также загрязненная мочевина может использоваться для этой цели. Газообразные побочные продукты, диоксид углерода, аммиак и воду, направляют в способ производства мочевины.

Изобретение также раскрывает соответствующее средство для рекуперации теплоты реакции, которая выделяется в ходе процесса. Изобретение также предлагает соответствующие средства для очистки образующихся отходящих газов. Изобретение раскрывает этот способ и устройство, которое выполняет описанный способ. Изобретение также раскрывает гранулированный продукт мочевины, который произведен описываемым способом.

Изобретение особенно раскрывает способ снижения выбросов аэрозоля установки гранулирования мочевины, предусматривающий обработку сливов скруббера, с применением:

- гранулятора, производящего мочевину из концентрированного раствора мочевины, и испарения включенной воды, с получением гранулятов мочевины и выпуска пыли, аммиака и изоцианата аммония, и

- следующей стадии очистки газа или удаления пыли в скруббере, и

- следующей стадии аэрозоля со специально разработанными площадками распыления и сбора, освобождающими первый поток выпуска воздуха и аммиака, и второй поток изоцианата аммония и воды,

и который характеризуется тем, что

- второй поток изоцианата аммония, некоторого количества мочевины и воды подают в установку изомеризации, где фракция изоцианата аммония изомеризуется назад в мочевину, причем изомеризацию изоцианата аммония в мочевину выполняют в отпарной колонне с подачей пара низкого давления в кубовую часть колонны, и

- образующаяся в отпарной колонне мочевина поступает в жидкую фазу, а остающийся аммиак и диоксид углерода поступает в верхнюю часть колонны.

При использовании настоящего изобретения возможно включать теплообменники или охладители в способ в любом требуемом положении. В частности, возможно включать теплообменник в способ после отделения изоцианата аммония. В частности, возможно нагревать холодный поток слива из скруббера для отделения аэрозоля до вхождения в отпарную колонну. Более высокие температуры процесса в этой стадии будут увеличивать степень изомеризации. Температуры, следовательно, должны быть 100-200°C. Для экономических характеристик полного процесса, следовательно, предпочтительно подавать отделенный аэрозоль через теплообменник. Подходящим источником тепла для теплообменника является рециркулированная жидкая фаза с мочевиной из установки изомеризации. Если теплообменник не может быть установлен, также возможно использовать обычный источник тепла.

Как правило, после гранулирования остаточный воздух и пыль из гранулирования направляют на стадию пылеотделения. На этой стадии отделяют большую часть пыли от таких газов производства, как аммиак, и обычно состоящую из изоцианата аммония и остаточной мочевины. Воздух затем направляют на стадию аэрозоля, которая отделяет тонкие частицы и аэрозоли, которые состоят в подавляющей части из изоцианата аммония и части очень тонкого сублимата мочевины. Стадию аэрозоля предпочтительно оборудовать специально разработанными площадками распыления и сбора, которые обеспечивают соответствующее отделение аэрозолей. Также возможно направлять отходящий газ с пылью прямо на стадию аэрозоля, минуя промежуточную стадию отделения пыли. В этом случае, однако, количество пыли в стадии отделения аэрозоля было бы более высоким, так что стадия отделения пыли использовалась в предпочтительном варианте осуществления изобретения.

Остаточные газы со стадии отделения аэрозоля еще состоят из воздуха и остаточного аммиака. В типичном исполнении способа остаточный газ все еще содержит незначительное количество аммиака, которое может быть удалено кислотной очисткой в скруббере. Газы могут быть очищены в скруббере любым традиционным способом. Газы могут также быть очищены в скруббере физическими или химическими жидкостями. Подходящие системы очистки в скруббере зависят от состояния технологии.

Изомеризацию изоцианата аммония с целью регенерации мочевины проводят в отпарной колонне. Отпарная колонна может иметь любую необходимую конструкцию. В предпочтительном варианте конструкции можно создать колонну с верхней частью, из которой отводят газы, и кубовой частью колонны, из которой отводят жидкости. Колонна может быть снабжена несколькими тарелками, для эффективного отбора паров водного аммиака и диоксида углерода из верхней части и разбавленного раствора мочевины из кубовой части колонны. Колонна может быть снабжена всеми соответствующими средствами нагревания или охлаждения. Регенерационная установка может также быть снабжена всеми средствами для установления давления или вакуума. В предпочтительном варианте конструкции отпарную колонну нагревают при низком давлении пара для сохранения температуры и давления и выделения газов, которые, главным образом, состоят из аммиака, диоксида углерода и воды, в верхней части колонны. Изоцианат аммония входит в колонну в условиях нагревания и изомеризуется в присутствии пара и воды в мочевину.

Образующийся раствор мочевины обычно имеет концентрацию 40-85 вес.%. Мочевина образует горячий жидкий раствор в воде и обычно направляется на стадию отделения пыли. Необязательно, концентрация образующегося раствора мочевины может использоваться. Однако также возможно направить образующийся раствор мочевины в процесс гранулирования или использовать его для других целей.

Способ по изобретению пригоден не только для производства гранулята. Аналогично, способ может использоваться для производства порошка, растворов, агрегированных материалов или гранул.

Образующаяся газовая фаза еще из установки изомеризации состоит из аммиака, диоксида углерода и воды, которую обычно подают в конденсатор карбамата низкого давления установки синтеза мочевины. В варианте изобретения остаточный карбамат, который остается от диоксида углерода, аммиака и воды, подают в конденсатор, где давление уменьшается, и пар вводят при сравнительно низкой температуре. Результатом является лучшая конденсация остаточного карбамата аммония. Поток конденсированного карбамата затем рециркулируют в установку синтеза мочевины.

Условия способа со стадии гранулирования являются обычно такими, которые применяют для гранулирования мочевины. Типичной концентрацией раствора мочевины в качестве исходного материала для гранулирования является концентрация 90-99 вес.%. Материал, подаваемый на стадию удаления пыли, может иметь более низкую концентрацию. Таким образом, раствор мочевины, идущий в скруббер для очистки от пыли, может иметь более низкую концентрацию, обычно 40-85 вес.%. Операции концентрирования могут использоваться на любых стадиях способа. Гранулирование обычно имеет место при температурах от 110 до 130°C. Типичный способ гранулирования мочевины приведен в WO 2005/075383 A1.

Рабочие условия в установке изомеризации обычно отличны от условий в стадии гранулирования. Установка изомеризации включает отпарную колонну, которая обычно функционирует при температурах от 100 до 180°C и давлении от 2,0 до 9,0 бар. В зависимости от условий регенерации они могут изменяться в зависимости от состояния продукта.

Заявка на патент также относится к устройству для выполнения заявленного способа. Запатентованное устройство обычно включает комплекс, который состоит из установки гранулирования мочевины, установки для отделения пыли, которая удаляет пыль, и установки для отделения аэрозоля, которая удаляет аэрозоль, состоящий, главным образом, из изоцианата аммония и части очень тонкого сублимата мочевины. Необязательно, устройство также включает скруббер, который очищает выбрасываемые газы от кислотных компонентов. Аналогичные устройства, представляющие состояние технологии, описаны в другом месте.

Устройство также включает установку изомеризации, которая состоит из узла нагревания и отпарной колонны. Отпарной колонной может быть отпарная колонна, известная из уровня техники. Отпарная колонна обычно включает устройства для нагревания-охлаждения и выгрузки. Иногда, колонна может включать приспособления для герметизации. Отпарная колонна содержит необходимые устройства для отвода жидкости или газов. Колонна может также содержать кипятильники у кубовой части колонны или впуски пара. Последние могут также быть впусками пара низкого давления.

Изобретение раскрывает устройство для производства гранулятов мочевины, состоящее из:

- гранулятора для гранулирования раствора мочевины, и

- последующего скруббера для удаления пыли, и

- последующей стадии аэрозоля для удаления аэрозоля с разработанными системами распыления и площадками сбора,

характеризующейся тем, что

- отделенный аэрозоль, состоящий, главным образом, из изоцианата аммония и части очень тонкого сублимата мочевины, способен к подаче в установку изомеризации,

в то время как

- установка изомеризации состоит из отпарной колонны с отводом газов из верхней части колонны и отводом жидкости из кубовой части колонны.

Изобретение также раскрывает устройство для производства гранулятов мочевины, которое характеризуется тем, что устройство включает теплообменник, который установлен между стадией аэрозоля и отпарной колонной. Теплообменником обычно является теплообменник непрямого типа, чтобы избежать загрязнения продукта. Однако теплообменник также может быть прямого типа, если тип охлаждающей воды и качество продукта позволяют это. Таким образом, эксплуатационные расходы и капитальные затраты могут быть снижены. Изобретение также раскрывает устройство для производства гранулятов мочевины, в котором устройство включает конденсатор карбамата низкого давления таким образом, что газообразный выброс из системы регенерации мочевины собирают, и остаточный карбамат может быть конденсирован и утилизирован.

Изобретение иллюстрируется чертежом, который поясняет изобретение, но не ограничивает его объем. Чертеж служит описательным примером.

Фиг.1 показывает схему запатентованного способа, начиная с гранулятора с левой стороны. Высушивающий воздух и расплав мочевины с концентрацией 90-99 вес.% используют в качестве исходных материалов для гранулятора, который производит грануляты мочевины в качестве продукта. Высушивающий воздух покидает гранулятор как воздух с пылью, аммиаком, изоцианатом аммония и водой и входит в скруббер для удаления пыли. Скруббер для удаления пыли удаляет более грубые частицы пыли из воздуха и обеспечивает слабоконцентрированный раствор мочевины, обычно 40-85 вес.%. После испарения добавленной воды раствор мочевины из скруббера для удаления пыли производит гранулированный продукт мочевины. Скруббер для удаления пыли также выпускает воздух с аммиаком, диоксидом углерода, изоцианатом аммония и водой, который затем входит в стадию отделения аэрозоля. Слив со стадии аэрозоля, состоящий, в основном, из изоцианата аммония и части очень тонкого сублимата мочевины, входит в теплообменник и затем в отпарную колонну, которая действует как установка изомеризации. Изоцианат аммония изомеризуется в мочевину и покидает отпарную колонну как горячий раствор. Горячий раствор покидает колонну и нагревает входящую жидкость через теплообменник. В верхней части отпарной колонны газ выпускают с аммиаком, диоксидом углерода и водой. Этот газ может быть направлен в способ синтеза мочевины. Жидкость, содержащую мочевину, из отпарной колонны направляют в скруббер для удаления пыли. Отпарная колонна может быть обеспечена паром низкого давления. Стадия аэрозоля выпускает, наряду с аэрозолем изоцианата аммония, воздух с остаточной частью аммиака и кислотными газами. Воздух направляют в кислотный скруббер, который удаляет остаточный аммиак и выпускает чистый отходящий газ, не содержащий аммиака и кислотных газов, в атмосферу.

Перечень ссылочных позиций

1. Высушивающий воздух

2. Расплав

3. Низкоконцентрированный раствор мочевины

4. Чистая вода

5. Гранулятор

6. Продукт

7. Воздух с пылью, аммиаком, изоцианатом

8. Скруббер для удаления пыли

9. Выпаривание

10. Воздух с аммиаком, изоцианатом

11. Стадия отделения аэрозоля

12. Воздух с аммиаком

13. Кислотный скруббер

14. Отходящий газ в атмосферу

15. Установка изомеризации

16. Теплообменник

17. Отпарная колонна

18. Пар низкого давления

19. Аммиак, диоксид углерода, вода

Изобретение относится к способу снижения выбросов аэрозолей и к установке гранулирования мочевины, которая осуществляет реализацию способа. Способ снижения выбросов аэрозоля из установки гранулирования мочевины, содержащей гранулятор, производящий мочевину из концентрированного раствора мочевины, с выбросом пыли, аммиака и изоцианата аммония, предусматривает стадию очистки от пыли в скруббере, где удаляются более крупные частицы пыли, стадию аэрозоля со специально разработанными в установке площадками распыления и сбора, выпускающими первый поток воздуха и аммиака и второй поток изоцианата аммония и воды, при этом второй поток изоцианата аммония и воды подают на стадию изомеризации, где фракция изоцианата аммония изомеризуется в мочевину, причем изомеризацию изоцианата аммония в мочевину выполняют в отпарной колонне с подачей пара низкого давления в основание колонны, и мочевину, образующуюся в отпарной колонне, вводят в жидкую фазу, а остающийся аммиак и диоксид углерода выпускают из головной части колонны. Изобретение обеспечивает снижение выбросов изоцианата аммония в окружающую среду и экономическую эффективность процесса. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ снижения выбросов аэрозоля из установки гранулирования мочевины с обработкой образующихся сливов из скруббера, с
- гранулятором, производящим мочевину из концентрированного раствора мочевины, и испарением включенной воды, с получением гранулятов мочевины и выброса пыли, аммиака и изоцианата аммония, и
- последующей стадией очистки от пыли или удаления пыли в скруббере, и
- последующей стадией аэрозоля со специально разработанными площадками распыления и сбора, выпускающими первый поток воздуха и аммиака и второй поток изоцианата аммония и воды,
характеризующийся тем, что
- второй поток изоцианата аммония и воды подают в установку изомеризации, где фракция изоцианата аммония изомеризуется назад в мочевину, причем изомеризацию изоцианата аммония в мочевину выполняют в отпарной колонне с подачей пара низкого давления в основание колонны, и
- мочевину, образующуюся в отпарной колонне, вводят в жидкую фазу, а остающийся аммиак и диоксид углерода выпускают из головной части колонны.

2. Способ снижения выбросов аэрозоля из установки гранулирования мочевины с регенерацией образующихся сливов скруббера по п.1, характеризующийся тем, что жидкую фазу с мочевиной из отпарной колонны концентрируют в стадии концентрации.

3. Способ снижения выбросов аэрозоля из установки гранулирования мочевины с регенерацией образующихся сливов скруббера по п.1 или 2, характеризующийся тем, что жидкую фазу с мочевиной из отпарной колонны рециркулируют в гранулятор, в установку отделения пыли или применяют в других целях.

4. Способ снижения выбросов аэрозоля из установки гранулирования мочевины с регенерацией образующихся сливов скруббера по п.1 или 2, характеризующийся тем, что выпуск изоцианата аммония и воды вводят в теплообменник перед вводом в установку изомеризации.

5. Способ снижения выбросов аэрозоля из установки гранулирования мочевины с регенерацией образующихся сливов скруббера по п.1 или 2, характеризующийся тем, что образующуюся газовую фазу аммиака, диоксида углерода и воды из установки изомеризации вводят в конденсатор карбамата, где карбамат конденсируется в жидкость и возвращается в синтез мочевины.

6. Способ снижения выбросов аэрозоля из установки гранулирования мочевины с регенерацией образующихся сливов скруббера по п.1 или 2, характеризующийся тем, что отпарная колонна использует пар низкого давления, чтобы сохранять температуру и давление в установке изомеризации.

7. Способ снижения выбросов аэрозоля из установки гранулирования мочевины с регенерацией образующихся сливов скруббера по п.1 или 2, характеризующийся тем, что газовый выброс из стадии аэрозоля вводят в кислотный скруббер, где газовый выброс очищают от пыли и тонких частиц и остаточного аммиака.

8. Способ снижения выбросов аэрозоля из установки гранулирования мочевины с регенерацией образующихся сливов скруббера по п.1 или 2, характеризующийся тем, что рабочие условия в отпарной колонне составляют 100-180°С и давление от 2,0 до 9,0 бар.

9. Способ снижения выбросов аэрозоля из установки гранулирования мочевины с регенерацией образующихся сливов скруббера по п.1 или 2, характеризующийся тем, что гранулятор обеспечивают концентрированным раствором мочевины с концентрацией 90-99 вес.%.

10. Устройство для производства гранулятов мочевины характеризуется тем, что устройство состоит из
- гранулятора для гранулирования раствора мочевины, и
- последующего скруббера для удаления пыли, и
- последующей стадии аэрозоля для удаления аэрозоля с разработанными системами распыления и площадками сбора,
характеризующейся тем, что
- отделенный аэрозоль, который состоит, главным образом, из изоцианата аммония, пригоден для подачи в установку изомеризации, тогда как
- установка изомеризации состоит из отпарной колонны с отводом газов из головной части колонны и отводом жидкости у основания колонны.

11. Устройство для производства гранулята мочевины по п.10, характеризующееся тем, что устройство включает теплообменник, который установлен между стадией аэрозоля и отпарной колонной.

12. Устройство для производства гранулята мочевины по п.10 и 11, характеризующееся тем, что установка изомеризации связана с поставкой пара низкого давления, которая подает пар низкого давления в отпарную колонну установки изомеризации.

13. Устройство для производства гранулята мочевины по п.10 или 11, характеризующееся тем, что устройство включает конденсатор карбамата низкого давления, где газовый выпуск из установки изомеризации собирают, а остаточный карбамат конденсируют и утилизируют.