Способ снижения непрозрачности видимого выделенного шлейфа с подветренной стороны Российский патент 2017 года по МПК C05C9/00 B01D53/58 

[0001] Изобретение относится к способу снижения непрозрачности видимого шлейфа с подветренной стороны, обусловленного аэрозольными выбросами в установке для грануляции мочевины. Также данный способ включает выделение полученных скрубберных жидкостей. Способ описывает известное получение гранулятов мочевины в грануляторе во взаимосвязи с оригинальной последовательностью стадий способа с улавливанием побочных продуктов, таких как цианат аммония, аммиак и вода. Цианат аммония, обычно получаемый в виде аэрозоля, является причиной непрозрачности видимого выделяемого шлейфа с подветренной стороны. Изобретение также относится к устройству для получения гранулятов мочевины, которое используют в соответствующем способе.

[0002] Мочевину обычно получают посредством кристаллизации концентрированного плава мочевины. Плав подают в гранулятор, в котором осуществляется грануляция при повышенной температуре и выпаривание воды в плаве. Полученные гранулированные частицы обычно получают в форме, которая позволяет использовать их в требуемых применениях. Из-за высокой температуры часть мочевины превращается в цианат аммония в соответствии с обратимой реакцией. Соответствующее уравнение реакции представляет собой

При распылении данного раствора в грануляторе большая часть цианата аммония испаряется в газообразный аммиак и циановую кислоту

Таким образом, также NH₃ и HOCN выделяются в гранулятор. Посредством конденсирования реакции возникают аэрозоли, создающие видимый выделяемый шлейф с подветренной стороны.

[0003] Таким образом непрозрачность шлейфов можно снижать посредством снижения концентрации способных к конденсации паров и концентрации в трубе мелких частиц, так называемых аэрозолей. Аэрозоли представляют собой взвешенные жидкие или твердые частицы с диапазоном диаметров от субмикронного до размера 10 мкм. Частицы с диаметрами, примерно равными длине волны видимого света (0,4-0,8 мкм), характеризуются наибольшим эффектом рассеивания и являются причиной наибольшей непрозрачности. Для данной интенсивности выбросов массы более мелкие частицы являются причиной более высокого эффекта непрозрачности, чем более крупные частицы.

[0004] Цианат аммония дополнительно разлагается водой до карбоната аммония

При повышенной температуре карбонат аммония наконец обеспечивает образование диоксида углерода, аммиака и воды

В кислом растворе (менее рН 5) происходит быстрый гидролиз цианата. Скорость реакции слишком высока для измерения при более высоких температурах и, таким образом, можно считать, что цианат отсутствует в кислых реакционных смесях.

[0005] В ЕР 2119489 А1 описывают известное получение гранулятов мочевины в грануляторе, связанном с системой 15 выделения мочевины, как показано на фиг. 1, которая включает блок 15 выделения, в котором использованный цианат аммония и вода превращаются обратно в мочевину. Превращенную мочевину переводят в жидкую фазу, которую затем возвращают в обеспыливающую или скрубберную систему 8. В этом способе запыленный воздух 7 гранулятора 5 подают в скруббер 8 для удаления пыли, который удаляет крупную пыль с помощью менее концентрированного раствора мочевины. Данный скруббер 8 для удаления пыли высвобождает остаточный воздух, содержащий аммиак, диоксид углерода, воду и аэрозоль 10. Аэрозоль содержит главным образом цианат аммония и часть очень мелкого сублимата мочевины. Аэрозоль подают в блок 11 выделения мочевины, в котором извлекается мочевина.

[0006] Дополнительной проблемой в установках производства мочевины является то, что соли аммония, которые содержатся в воздухе грануляторов, как показано выше, не участвуют в способе и не могут быть легко использованы повторно на существующем оборудовании для производства мочевины. При использовании традиционного оборудования для получения мочевины, следовательно, существуют лишь следующие варианты снижения выбросов газообразного аммиака и гидролизированных аэрозолей из установок для грануляции:

- концентрирование разбавленного раствора соли аммония до концентрации, которую можно использовать в других установках, например NPK,

- получение удобрения UAS (мочевина/сульфат аммония) с высоким содержанием серы,

- получение раствора UAN (мочевина/нитрат аммония),

- перемешивание со скрубберным раствором при применении способа грануляции с использованием скрубберной системы, как указано в WO 20100650535 A1. В WO 20100650535 А1 описана очистка отходящего газа и выделение скрубберных жидкостей в изолированной замкнутой закрытой системе, в которой соли аммония полностью участвуют в способе.

[0007] Поэтому было бы очевидно объединить такую комбинированную установку, как описано в WO 2010/060535 А1, с изобретением, описанным в ЕР 2119489 А1, для снижения непрозрачности видимого выделяемого шлейфа, обусловленного кондесированными аэрозолями.

[0008] Однако способ и последовательность стадий промывки имеют несколько недостатков. Прежде всего переработка аэрозольной жидкости является дорогостоящей из-за высокой температуры оборудования, которое должно быть использовано. Кроме того, если используют азотную кислоту на последней стадии кислотной очистки в ЕР 2119489 А1, то такой раствор будет поглощать воду из потока воздуха за счет гигроскопической природы раствора нитрата аммония. Такой эффект является отвлекающим, потому что требуемая высокая концентрация соли аммония в 45% не может быть достигнута. Требуется такая высокая концентрация, если концентрат соли аммония должен быть возвращен в способ, как описано в WO 2010/060535 А1. Данная проблема показана в таблице 1.

[0011] В таблице 1 четко указана способность к высыханию раствора соли аммония. В точке В, которая характеризует поток воздуха после аэрозольной стадии 11 фиг. 1, относительная влажность воздуха, как показано в f составляет 100%. Таким образом поток 26 соли аммония, выходящий из кислотного скруббера 13, разбавляется путем поглощения воды из влажного воздуха и не может быть легко возвращен в способ.

[0012] Поэтому желательно найти способ, в котором решаются вышеуказанные проблемы и в котором происходит улавливание побочных продуктов, цианата аммония, аммиака и воды, и в котором происходит отделение цианата аммония от побочных продуктов грануляции мочевины, который обычно получают в виде отделимого аэрозоля или в виде мелких частиц. Кроме того, в требуемом способе должно происходить выделение солей аммония в процессе производства. В требуемом способе также должны обеспечиваться системы очистки для выполнения соответствующего способа.

[0013] В изобретении главным образом заявляют способ снижения аэрозольных выбросов из установки грануляции мочевины с выделением полученных скрубберных жидкостей, включающий

- получение мочевины с помощью гранулятора из концентрированного раствора мочевины и выпаривание содержащейся воды с получением гранулятов мочевины и отходящих газов, включающих пыль, аммиака и цианата аммония; и

- последующую стадию очистки или выделения пыли; и

- последующую стадию кислой очистки, приводящую к образованию первого потока, содержащего главным образом аэрозоли, и второго потока, содержащего соли аммония; и

- последующую аэрозольную стадию с устройствами распыления и сбора с высвобождением первого потока отходящего газа, включающего воздух, и второго потока цианата аммония и воды; и

- выделение второго потока цианата аммония и воды аэрозольной стадии в установку грануляции мочевины или в установку по производству удобрений из мочевины.

[0014] Было обнаружено, что изменение в порядке стадий способа, описанного в ЕР 2119489 А1, позволяет избавиться от проблемы разведения солей аммония, как описано выше. Таким образом, соли аммония, полученные в результате оригинального способа, можно дополнительно перерабатывать без концентрирования.

[0015] Условия способа на стадии грануляции обычно являются таковыми, которые, как правило, применяют для грануляции мочевины. Обычная концентрация раствора мочевины в качестве исходного материала для грануляции представляет собой концентрацию от 90 до 99 мас. %. Концентрация сырья для стадии удаления пыли может быть более низкой концентрацией.

Таким образом, раствор мочевины, поступающий в скруббер для удаления пыли, можно подавать с меньшей концентрацией, как правило, от 40 до 85 мас. %. Стадии концентрирования можно осуществлять на любой стадии способа. Грануляцию обычно осуществляют при температурах от 100°С до 130°С. Традиционный способ грануляции мочевины представлен в WO 2005/075383 А1.

[0016] Как правило, после грануляции остаточный воздух и пыль из стадии грануляции направляют на стадию пыли. На этой стадии отделяют большую часть пыли из полученных газов, таких как аммиак, и обычно содержащих цианат аммония и остаточную мочевину. Воздух потом направляют на стадию кислой очистки, приводящую к образованию первого потока, содержащего главным образом аэрозоли, и второго потока, содержащего соли аммония. За данной стадией следует аэрозольная стадия, на которой отделяют мелкие частицы и аэрозоли, которые состоят главным образом из цианата аммония и части очень мелкого сублимата мочевины. Аэрозольную стадию предпочтительно оборудуют специально разработанными устройствами распыления и сбора, которые позволяют производить надлежащее отделение аэрозолей.

[0017] Стадии очистки, используемые в изобретении для очистки пыли и кислотной очистки, включают один или несколько скрубберов.

[0018] В предпочтительном варианте осуществления в соответствии с изобретением второй поток цианата аммония и воды аэрозольной стадии подают во второй поток стадии кислой очистки и данный объединенный поток используют в установках по производству удобрений из мочевины. Под установками по производству удобрений из мочевины для получения удобрения мочевина/сульфат аммония могут подразумевать установки по производству удобрения мочевина/нитрат аммония и другие установки.

[0019] В качестве альтернативы к данному варианту осуществления второй поток цианата аммония и воды аэрозольной стадии подают на стадию гидролиза, на которой в кислых условиях образуются соли аммония, которые подают обратно на стадию кислой очистки или используют в установках по производству удобрений из мочевины. С этой целью в гидролизер подают кислоту, например азотную кислоту. Гидролиз предпочтительно осуществляют при температуре от 40°С до 60°С. В качестве данной альтернативы выделение полученных в результате скрубберных жидкостей осуществляют с применением гидролитических свойств полученных солей аммония.

[0020] В оригинальном способе в гранулятор подают концентрированный раствор мочевины с концентрацией от 90 до 99 мас. %.

[0021] Предлагаемый способ не является единственным подходящим для получения гранулятов. Кроме того, он может быть использован для производства порошков, растворов, агрегированных материалов или гранул на основе мочевины.

[0022] Изобретение также относится к устройству для осуществления указанного способа. Заявляемое устройство, как правило, содержит устройство для получения гранулятов мочевины, характеризующееся тем, что устройство содержит

- гранулятор для грануляции раствора мочевины; и

- последующее звено очистки для удаления пыли; и

- последующее звено кислой очистки для удаления аммиака, мочевины и части аэрозолей; и

- последующее аэрозольное звено для удаления аэрозоля с помощью систем распыления и устройств для сбора с получением потока цианата аммония и воды и потока отходящего воздуха; и

- механизм выделения цианата аммония и воды, полученных в аэрозольном звене в установку грануляции мочевины или в установку по производству удобрений на основе мочевины.

[0023] В предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство может также содержать необязательное звено гидролиза, расположенное перед аэрозольной стадией.

[0024] Изобретение в данном документе описано с помощью графического материала, который описывает изобретение, но не ограничивает объем изобретения. Он служит в качестве иллюстративного примера.

На фиг. 1 схематически показана последовательность технологических операций, как описано в ЕР 2119489 А1.

На фиг. 2 схематически показана последовательность технологических операций.

[0025] На фиг.2 показана последовательность технологических операций заявляемого способа, начиная от гранулятора 5 на левой стороне. Воздух 1 для сушки и плав 2 мочевины с концентрацией от 90 до 99 мас. % применяют в качестве исходных материалов для гранулятора, в котором получают грануляты мочевины в качестве продукта. Воздух 1 для сушки покидает гранулятор 5 в виде воздуха 7 с пылью, аммиаком, цианатом аммония и водой и входит в скруббер 8 для удаления пыли. В скруббере 8 для удаления пыли удаляются крупные частицы пыли из воздуха. Для очистки слабо концентрированный раствор 3 мочевины, как правило, от 30 до 85 мас. % подают в скруббер 8 для удаления пыли с фильтрацией пыли и удалением аммиака. Удаление мелкой пыли, аммиака и части субмикронных аэрозолей осуществляют на по меньшей мере одной стадии 13 кислотной очистки, приводящей к получению аэрозоля 20, содержащего воздух. Кислоту 24 вводят на стадии 13 кислой очистки. Значительное количество аэрозолей удаляется на стадии 13 кислой очистки. Аэрозоль 20, содержащий воздух, и воду 4 подают на аэрозольную стадию 11 со специально разработанными устройствами распыления и сбора с высвобождением первого потока отходящего газа, включающего насыщенный чистый воздух, который направляют в виде отработанного газа в атмосферу 14, и потока цианата аммония и части очень мелкого сублимата 25 мочевины.

[0026] Поток 25 можно обрабатывать или использовать несколькими способами. В первом варианте данный поток 25 добавляют к потоку 26 соли аммония стадии 13 кислой очистки для последующего превращения в UAN, UAS, NPK или в качестве возвращаемого потока, как описано в WO 2010/060535 А1. Другой альтернативой является то, что поток 25 подают с кислотой 23 на стадию 21 гидролиза. Гидролиз изоцианата аммония происходит в диапазоне температур от 40°С до 60°С. Поток 27 стадии 21 гидролиза подают обратно в стадию 13 кислой очистки или смешивают с потоком 26 стадии 13 кислой очистки для дополнительной обработки и превращения в UAN, UAS, NPK или в качестве возвращаемого потока, как описано в WO 2010/060535 А1. Потоки 25, 26 и 27 необязательно хранят в пределах установки перед осуществлением дополнительной обработки. На аэрозольной стадии 11 высвобождается чистый отработанный газ 14, который не содержит аммиак, и при отведении в атмосферу непрозрачность видимого выделяемого шлейфа с подветренной стороны практически не наблюдается.

[0028] В таблице 2 четко указано, что предотвращено разбавление потока аммонийной соли стадии 13 кислотной очистки. В точке А, которая характеризует поток воздуха после стадии 8 очистки пыли фиг. 2, относительная влажность воздуха снижена, как показано в с. Таким образом снижают нежелательное разбавление потока 26 раствора аммонийной соли и данный поток можно перерабатывать несколькими способами без дополнительной обработки, как описано выше.

[0029] Преимущества предлагаемого способа представляют собой:

- изменение последовательности различных стадий промывки имеет большие экономические преимущества при меньших инвестициях по сравнению со способом, описанным в ЕР 2119489 А1;

- мелкую пыль удаляют перед входом в аэрозольную стадию;

- за счет частичного удаления и гидролиза аэрозолей уже на стадии кислотной очистки и также удаления аммиака на стадии кислотной очистки стадия удаления аэрозоля является более эффективной;

- нет загрязнения аммиаком чистой воды, распыляемой на аэрозольной стадии, таким образом, происходит предотвращение нежелательных реакций;

- меньшая подача аэрозолей на аэрозольную стадию;

- предотвращение использования дорогостоящего дополнительного оборудования для работы в условиях высоких температур в системе выделения аэрозолей, описанной в ЕР 2119489 А1;

- лучше параметр влажности воздуха, подаваемого на стадию кислотной очистки, с предотвращением высушивания воздуха, с возможностью получения более высокой концентрации соли до 50% с высвобождением после стадии кислотной очистки. Это приводит к более эффективному превращению в пределах установки для дополнительной обработки.

[0030] Ключ к упоминаемым объектам.

1 Воздух для сушки.

2 Плав мочевины.

3 Слабо концентрированный раствор мочевины.

4 Вода.

5 Гранулятор.

6 Продукт.

7 Воздух с пылью, аммиаком, цианатом.

8 Скруббер для удаления пыли.

9 Выпаривание.

10 Воздух с аммиаком, цианатом.

11 Стадия отделения аэрозоля.

12 Воздух с аммиаком.

13 Стадия кислой очистки.

14 Отработанный газ в атмосферу.

15 Система выделения.

16 Теплообменник.

17 Блок выделения.

18 Пар низкого давления.

19 Аммиак, диоксид углерода, вода.

20 Аэрозоль, содержащий воздух.

21 Стадия гидролиза.

23 Кислота для подачи на стадию гидролиза.

24 Кислота для подачи на стадию кислой очистки.

25 Поток цианата аммония и части мелкого сублимата мочевины.

26 Поток соли аммония.

27 Поток стадии гидролиза.

Изобретения относятся к способу снижения непрозрачности видимого шлейфа с подветренной стороны, а также к устройству для получения гранулятов мочевины, которое используют в соответствующем способе. Способ снижения аэрозольных выбросов из установки грануляции мочевины с выделением полученных скрубберных жидкостей включает: получение мочевины с помощью гранулятора из концентрированного раствора мочевины и выпаривание содержащейся воды с получением гранулятов мочевины и отходящих газов, включающих пыль, аммиак и цианат аммония; и последующую стадию очистки или удаления пыли; и последующую стадию кислой очистки, приводящую к образованию первого потока, содержащего главным образом аэрозоли, и второго потока, содержащего соли аммония; и последующую аэрозольную стадию, содержащую устройства распыления и сбора, которые высвобождают первый поток отходящего газа, включающего воздух, и второй поток цианата аммония и воды; и выделение второго потока цианата аммония и воды с аэрозольной стадии в установку грануляции мочевины или в установку по производству удобрений на основе мочевины. Устройство для получения гранулятов мочевины. Изобретения позволяют улавливать побочные продукты, цианат аммония, аммиак и воду, выделить соли аммония. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Способ снижения аэрозольных выбросов из установки грануляции мочевины с выделением полученных скрубберных жидкостей, включающий

получение мочевины с помощью гранулятора из концентрированного раствора мочевины и выпаривание содержащейся воды с получением гранулятов мочевины и отходящих газов, включающих пыль, аммиак и цианат аммония; и

последующую стадию очистки или удаления пыли; и

последующую стадию кислой очистки, приводящую к образованию первого потока, содержащего главным образом аэрозоли, и второго потока, содержащего соли аммония; и

последующую аэрозольную стадию, содержащую устройства распыления и сбора, которые высвобождают первый поток отходящего газа, включающего воздух, и второй поток цианата аммония и воды; и

выделение второго потока цианата аммония и воды с аэрозольной стадии в установку грануляции мочевины или в установку по производству удобрений на основе мочевины.

2. Способ снижения аэрозольных выбросов по п. 1, отличающийся тем, что второй поток цианата аммония и воды с аэрозольной стадии подают во второй поток стадии кислой очистки и данный объединенный поток используют в установках по производству удобрения на основе мочевины.

3. Способ снижения аэрозольных выбросов по п. 1, отличающийся тем, что второй поток цианата аммония и воды с аэрозольной стадии подают на стадию гидролиза, на которой в кислых условиях образуются соли аммония, которые подают обратно на стадию кислой очистки или используют в установках по производству удобрений на основе мочевины.

4. Способ снижения аэрозольных выбросов по п. 3, отличающийся тем, что на стадию гидролиза подают кислоту, и гидролиз осуществляют при 40-60°С.

5. Способ снижения аэрозольных выбросов по пп. 1-4, отличающийся тем, что в гранулятор подают концентрированный раствор мочевины с концентрацией от 90 до 99 мас. %.

6. Устройство для получения гранулятов мочевины, отличающееся тем, что устройство содержит

гранулятор для грануляции раствора мочевины; и

последующее звено очистки для удаления пыли; и

последующее звено кислой очистки для удаления аммиака, мочевины и части аэрозолей; и

последующее аэрозольное звено для удаления аэрозоля с помощью систем распыления и устройств для сбора с получением потока цианата аммония и воды и потока отходящего воздуха; и

механизм выделения цианата аммония и воды, полученных в аэрозольном звене, в установку грануляции мочевины или в установку по производству удобрений на основе мочевины.

7. Устройство для получения гранулятов мочевины по п. 6, отличающееся тем, что устройство содержит звено гидролиза, расположенное перед аэрозольным звеном.