Удаление мочевины и аммиака из отработанных газов

УДАЛЕНИЕ МОЧЕВИНЫ И АММИАКА ИЗ ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ Изобретение относится к способу извлечения пыли мочевины и аммиака из газового потока взаимодействием упомянутого газового потока с водным раствором серной кислоты, при этом образуя кислый раствор сульфата аммония и мочевины, отличающийся тем, что кислый раствор концентрируется до расплава, содержащего менее 5 мас.% воды, такой расплав в последствии превращается в твердые частицы, содержащие мочевину и сульфат аммония. Мессен Йозеф Хюберт (NL),Орфанидис Пантелис (GR) Медведев В.Н. (RU) Известно, что пыль мочевины и аммиак присутствуют в отработанных газах с заводов по производству мочевины, башен гранулирования мочевины, башен приллирования мочевины и производств химического удобрения. Такие производства, в частности, выбрасывают потоки отработанного воздуха, которые содержат пыль и аммиак, возникающие вследствие различных этапов процесса. Этот воздушный поток должен быть очищен перед подачей в окружающую среду или повторным использованием в процессе. Такие отходы воздушного потока, в частности, получаются в результате этапов процесса гранулирования, приллирования и охлаждения продукта.JP 9227493 описывает способ извлечения пыли мочевины и аммиака из такого газового потока взаимодействием упомянутого газового потока с водным раствором серной кислоты, при этом образуя кислый раствор сульфата аммония и мочевины. Недостатком известного процесса является то, что конечный продукт представляет собой раствор,который вряд ли может быть использован в качестве удобрения из-за его высоких транспортных расходов. Как описано в DE 10133935, желательно добавлять серу к азотсодержащим удобрениям. Дополнительно желательно уменьшить загрязнение от промышленных деятельностей и, в частности, от заводов по производству удобрений. Было обнаружено, что данные два пожелания можно объединить по экономически целесообразной шкале концентрированием кислого раствора до расплава, содержащего менее 5 мас.% воды, такой расплав в последствии переводится в твердые частицы, содержащие мочевину и сульфат аммония. Другая проблема способа, описанного в JP 9227493, заключается в том, что конечный раствор представляет собой кислый раствор, который является не только недостатком для почвы, в которой он используется в качестве удобрения, но он приводит к коррозии металлического оборудования, используемого для концентрирования, обрабатывания и транспортировки кислого раствора, если не используются особые дорогостоящие материалы конструкций для такого металлического оборудования. Данная проблема может быть решена добавлением аммиака к кислому раствору до того, как кислый раствор сконцентрируется, при этом образуя нейтрализованный раствор сульфата аммония и мочевины в воде. Дополнительная проблема способа, описанного в JP 9227493, заключается в том, что соотношение серы (S) к азоту (N) в изготавливаемом жидком удобрении зависит от соотношения аммиака к мочевине в газовом потоке, из которого мочевина и аммиак извлекаются. Это создает проблему, поскольку в зависимости от источника данного газового потока, это соотношение аммиака к мочевине в данном газовом потоке и результирующее соотношение S/N в изготавливаемом удобрении могут быть не стабильными во времени. Следовательно, это приводит к нестабильному качеству изготавливаемого удобрения; в зависимости от почвенных условий, где применяется удобрение, оптимальное соотношение S/N может быть определено с агротехнической точки зрения. Случайное соотношение аммиака к мочевине в упомянутом газовом потоке вообще не приведет к тому же самому оптимальному соотношению S/N в изготавливаемом удобрении. Эти два недостатка можно преодолеть добавлением дополнительного количества сульфата аммония к концентрированному расплаву или к раствору, который будет сконцентрирован так, что соотношениеS/N в изготавливаемом удобрении можно контролировать до любого желаемого значения. Изменением количества дополнительного сульфата аммония, который добавляется в качестве функции соотношения аммиака к мочевине в газовом потоке, данное соотношение S/N также можно контролировать некоторым образом во времени и до оптимального соотношения S/N с агротехнической точки зрения. Предпочтительно, что нейтрализованный раствор концентрируется испарением по меньшей мере части водяной фазы, при этом образуя водяной пар и расплав, содержащий менее 5 мас.% воды. Более предпочтительно испарение проводить свыше одного этапа, пока количество воды не составит менее 5 мас.%. Это позволяет уменьшить количество воды в расплаве до менее 1 мас.% и даже менее 0,3 мас.%. Затем расплав переводится в мочевину и сульфат аммония, содержащие твердые частицы. Данный процесс можно проводить в грануляторе или башне приллирования. Однако это вновь внесет (в меньших масштабах) проблему засоренного воздуха аммиаком и пылью. Поэтому этот процесс предпочтительно проводят в установке для таблетирования, содержащей загрузочное устройство, затвердевающий/охлаждающий транспортер и устройство для удаления образовавшихся таблеток с транспортера подачей мочевиносодержащей жидкости к загрузочному устройству, от которого капли мочевиносодержащей жидкости дозируются к транспортеру, на котором мочевиносодержащие капли затвердевают, где после образовавшиеся мочевиносодержащие частицы удаляются с транспортера. Транспортер охлаждается с другой стороны предпочтительно посредством охлаждающей воды. Преимущество использования упомянутой установки для таблетирования вместо гранулятора двойственно. 1. Масштаб, в котором способ изобретения обычно выполняется, в общем позволяет для таблетирования быть более экономичным по сравнению с гранулированием или приллированием. 2. Таблетирование, используя вышеупомянутый процесс, не производит большого загрязненного пыль/аммиачного воздушного потока, который вновь внесет первоначальную проблему, хотя и в меньшем масштабе. Изобретение описывается подробнее ниже с использованием чертежей. Фиг. 1 представляет собой схематическую систему для выполнения варианта осуществления настоящего изобретения; фиг. 2 - схематическую систему для выполнения другого варианта осуществления настоящего изобретения; фиг. 3 - схематическую систему для выполнения дополнительного варианта осуществления настоящего изобретения. Система для выполнения способа изобретения показана на фиг. 1. Газовый поток, содержащий воздух, мочевину и аммиак (11), контактирует в газопромывателе (1) с водным раствором серной кислоты(12), при этом образуя кислый раствор мочевины и сульфата аммония. Газопромыватель (1) может быть выбран из любого из газопромывателей мокрого типа хорошо известных в промышленности. Он может быть выбран, например, из типа газопромывателей, которые обобщены в Chemical Engineers Handbook (Perry and Chilton), fifth edition, page 20-94 to 20-103. Поток (11) обычно имеет относительно высокую температуру (70-110 С) и может быть достаточно сухим. Как результат этого, довольно приличное количество воды может испариться в газопромывателе. Поэтому во многих случаях требуется добавлять подпиточную воду (15) к газопромывателю, для того чтобы гарантировать, что концентрация мочевины и сульфата аммония в жидкой фазе в газопромывателе сохраняется ниже пределов растворимости. В зависимости от типа выбранного газопромывателя циркуляция кислого раствора мочевины/сульфата аммония (UAS) по газопромывателю (не показано на чертеже) может затребовать надлежащее удаление аммиака и пыли из воздушного потока. Очищенный воздух покидает газоочиститель через линию (18). Кислый раствор мочевины и сульфата аммония протекает по линии (21) до концентрационного блока (2), который может содержать по меньшей мере один концентратор. Водяной пар покидает концентрационный блок (2) через линию (16). В концентрационном блоке (2) кислый раствор мочевины и аммиака концентрируется до расплава, содержащего менее чем 5 мас.% воды. Концентрационный блок(2) может состоять из одного или более параллельных или последовательных испарителей. Данные испарители могут быть выбраны из испарителей, которые хорошо известны в обрабатывающей отрасли промышленности. Они могут быть выбраны, например, из испарителей, которые обобщены в Chemical Engineers Handbook (Perry and Chilton), fifth edition, page 11-27 to 11-38. Мочевина уязвима к разложению (например, гидролизу и образованию карбомилмочевины) при высоких температурах и при длительном времени пребывания. По этой причине испарители обычно выбирают из типов "падающей пленки" илиedition, поскольку они предлагают низкое время пребывания. Также для того чтобы минимизировать разложение мочевины, испарители предпочтительно эксплуатируются под вакуумом, для того чтобы минимизировать требуемую температуру. Вакуум в испарителях может быть поддержан, используя систему вакуумных конденсаторов и пароструйных инжекторов (не показано на чертеже) или другие системы,которые хорошо известны в промышленности. Концентрированный расплав UAS покидает концентрационный блок по линии (22) к смесителю (3). Твердый сульфат аммония также вводится в смеситель (3), для того чтобы увеличить соотношение сульфата аммония к мочевине до желаемого значения. Дозирование сульфата аммония в смеситель (3) контролируется таким образом, что в конечном продукте (17) получается стабильное соотношение сульфата аммония к мочевине. Смеситель (3) может быть выбран из любого из твердых/жидких смесителей, хорошо известных в промышленности. Он может быть выбран, например, из смесителей, которые обобщены в Chemical Engineers Handbook (Perry and Chilton), fifth edition, page 19-3 to 19-25. Выбор смесителя,главным образом, зависит от требуемого соотношения сульфата аммония к мочевине. Если требуются низкие концентрации сульфата аммония, тогда концентрация твердого вещества в суспензии (23) будет низкой. В этом случае будет достаточным выбрать смеситель из класса "смесителей перемешивающего типа". Если требуются более высокие концентрации сульфата аммония, тогда смеситель более эффективно может быть выбран из класса оборудования "смешивания пастообразного и вязкого материала". Из смесителя суспензия твердого сульфата аммония в расплаве мочевины/сульфата аммония (UAS)+ транспортируется по линии (23) на стадию формирования твердых частиц (4). Стадия формирования твердых частиц (4) может состоять из гранулирования, приллирования и таблетирования. Особым преимуществом является выбор таблетирования как процесса формирования твердых частиц, поскольку такой процесс таблетирования не приводит к засоренному пылью и аммиаком отходящему газу, как в случае с процессами приллирования и гранулирования. Пример такого процесса таблетирования описан в WO 2006/111331 А 1. Конечный продукт, твердая смесь мочевины и сульфата аммония, покидает процесс по линии (17). Фиг. 2 демонстрирует систему для выполнения способа изобретения, в котором аммиак или аммиачная вода (14) добавляется к кислому раствору в нейтрализатор (5) перед тем, как кислый раствор (21) концентрируется, при этом образуя нейтрализованный раствор мочевины и сульфата аммония в воде,-2 021089 который проходит по линии (24) до концентрационного блока (2). Процесс нейтрализации (5) можно проводить в смесительном сосуде с мешалкой, также хорошо известном в промышленности. Принимая во внимание сильное химическое сродство между серной кислотой и аммиаком, процесс нейтрализации даже можно проводить более простым способом, например обеспечением турбулентного потока и достаточного времени пребывания в технологической линии, по которой транспортируется раствор UAS 24 к концентрационному блоку (2). Все остальные элементы, показанные на фиг. 2, аналогичны элементам на фиг. 1 и поэтому в дальнейшем здесь не описываются. Фиг. 3 демонстрирует дополнительный вариант осуществления изобретения. Вариант осуществления, как показано на фиг. 3, предлагает особые преимущества над теми, которые показаны на фиг. 1 и 2,если требуемое соотношение сульфата аммония и мочевины в конечном UAS продукте ограничено. Газовый поток, содержащий мочевину и аммиак (11), контактирует в газопромывателе (1) с водным раствором серной кислоты (12), при этом образуя кислый раствор мочевины и сульфата аммония. Очищенный воздух покидает газопромыватель через линию (18). Подпиточная вода вводится в газопромыватель через (15) в таком количестве, что не образуются твердые частицы в потоках (21) и (24). Образовавшийся кислый раствор мочевины и сульфата аммония покидает газопромыватель через (21) и вводится в смеситель (3). NH3 (или аммиачная вода) вводится в смеситель (3) по линии (14) в таком количестве, что избыток серной кислоты, присутствующей в (21), нейтрализуется. Дополнительный твердый сульфат аммония добавляется в смеситель (3) по линии (13). Смеситель (3) представляет собой перемешиваемый сосуд, в котором собственное перемешивание гарантирует, что весь твердый сульфат аммония, который добавляется в смеситель, растворяется прежде, чем обогащенный раствор UAS покинет смеситель через(24) до концентрационного блока (2). Таким же образом, как описано на фиг. 1, в концентрационном блоке (2) раствор UAS концентрируется до такой степени, что расплав UAS, покидающий концентрационный блок через (23), имеет содержание воды менее 5 мас.%. Этот концентрированный расплав трансформируется в твердый UAS продукт в блоке формирования твердых частиц (4) таким же образом, как описано для фиг. 1. По сравнению с процессом, описанным для фиг. 2, фиг. 3 предлагает преимущество, в котором этапы процесса (5, нейтрализатор) и (3, смеситель) здесь комбинируются в один этап (3, смеситель). Это дает преимущество более низких капитальных инвестиций для процесса, описанного для фиг. 3. Преимуществом процесса, описанного для фиг. 2, по сравнению с процессом, описанным для фиг. 3, является то, что концентрация сульфата аммония на этапе концентрирования (2) может быть выше без риска засорения линии. Следовательно, применение процесса, описанного для фиг. 3, ограничивается такими случаями, в которых желаемое соотношение S/N в продукте (17) ограничивается таким значением, что расплав UAS+ не содержит твердого сульфата аммония или только такое ограниченное количество твердого сульфата аммония, что поток (23) остается транспортабельной суспензией. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ извлечения пыли мочевины и аммиака из газового потока, который представляет собой поток отработанного воздуха с этапов процессов гранулирования, приллирования или охлаждения продукта, включающий взаимодействие упомянутого газового потока с водным раствором серной кислоты,при этом образуя кислый раствор сульфата аммония и мочевины, добавление к указанному кислому раствору аммиака и концентрирование полученного нейтрализованного раствора мочевины и сульфата аммония до расплава, содержащего менее 5 мас.% воды, с последующим превращением упомянутого расплава в твердые частицы, содержащие мочевину и сульфат аммония. 2. Способ по п.1, в котором нейтрализованный раствор концентрируется испарением по меньшей мере части воды, при этом образуя водяной пар и расплав, содержащий менее 5 мас.% воды. 3. Способ по п.2, в котором испарение по п.2 проводится в более чем один этап, пока количество воды в расплаве не составит менее 5 мас.%. 4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором расплав смешивается с дополнительным количеством сульфата аммония. 5. Способ по любому из пп.1-3, в котором раствор до концентрирования смешивается с дополнительным количеством сульфата аммония. 6. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором расплав переходит в твердые частицы, содержащие мочевину в установке для таблетирования, содержащей загрузочное устройство, транспортер и устройство для удаления образовавшихся таблеток с транспортера подачей мочевиносодержащей жидкости к загрузочному устройству, от которого капли мочевиносодержащей жидкости дозируются к транспортеру, на котором мочевиносодержащие капли затвердевают, где после образовавшиеся мочевиносодержащие частицы удаляются с транспортера.