專利名稱：降低脲生產(chǎn)廠氣體排放物中氨含量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及降低脲生產(chǎn)廠氣體排放物中氨含量的方法。
所有脲生產(chǎn)工廠都根據(jù)下列以氨和二氧化碳為原料的直接合成反應(yīng)
在完全循環(huán)型工廠中，氨(通常為液態(tài))和二氧化碳(通常為氣態(tài))的加入量都略微過(guò)量。過(guò)量的原因是由于氨和二氧化碳的損失，它們或直接或以脲的形式進(jìn)入大氣中，并可污染環(huán)境。
所述損失可以是連續(xù)的或不連續(xù)的，液態(tài)的或氣態(tài)的。氣態(tài)損失時(shí)，可能含有固體產(chǎn)品(脲)或氣體產(chǎn)品(氨)。
根據(jù)損失的量和工廠的狀況(總面積)，或多或少會(huì)造成環(huán)境污染，它們必須連續(xù)監(jiān)測(cè)以符合地方法規(guī)的要求，各種地方法規(guī)的要求各不相同，但總的來(lái)說(shuō)將變得日趨嚴(yán)格。
因此，提供一種消除脲生產(chǎn)工廠氣體排放物中氨的方法，從而消除污染是很重要的。
在所述工廠中，反應(yīng)和數(shù)次循環(huán)之后，上述反應(yīng)得到濃度約為75%重量的脲水溶液，它仍含有少量未轉(zhuǎn)化成脲的氨。
該溶液被濃縮至濃度為96%-99.8%重量，濃縮期間，大量的氨從溶液中與水一起被排出，并在工廠中回收利用。所得溶液、實(shí)際上為熔融脲仍含有少量氨，由于在所述最后濃縮步驟中發(fā)生下列反應(yīng)生成另外的氨，進(jìn)一步增加了氨的量
該反應(yīng)使2摩爾脲轉(zhuǎn)化為1摩爾縮二脲和1摩爾氨。
上述最終濃縮步驟之后，仍含有約0.1%重量或更少氨的脲溶液(熔融脲)被固化成小顆粒。如用塔式噴淋法(prilling process)固化，得到的固化產(chǎn)品稱作噴淋法脲粒料，如用顆粒成型法(granulating process)固化，得到的固體產(chǎn)品稱作顆粒成型法脲粒料。
兩種固化方法都是使熔融脲(塔式噴淋法先將其分成小液滴、顆粒成型法是將其噴于一些顆粒上長(zhǎng)大)與空氣流接觸，來(lái)除去固化熱，使用96%重量熔融脲進(jìn)料的顆粒成型法還要干燥產(chǎn)品，最后將固體顆粒冷卻至低于固化溫度。固化步驟結(jié)束后，無(wú)論是噴淋法脲粒料還是顆粒成型法脲粒料，都含有一定量的游離氨(60-200ppm)，含于熔融脲中的其它氨轉(zhuǎn)換至固化和冷卻用空氣中，并排到大氣中造成污染。
這種排放氣中的氨含量是很小的(80-200ppm)，這也是近期內(nèi)不會(huì)引起重視的原因。但隨著污染問(wèn)題越來(lái)越受重視，制定的法規(guī)要求越來(lái)越嚴(yán)格。因此，需要避免排放氨，或者至少大大降低向大氣中排放氨。
這個(gè)問(wèn)題并不易于解決，因?yàn)榕欧艢庵邪钡暮肯喈?dāng)小。由于氨在排放氣中的分壓太小，用水洗滌基本上是無(wú)效的。
目前工廠中用于除去含于排放氣中的脲顆粒的濕法除脲法根本無(wú)法除去其中的氨。另外，用到的空氣的體積極大，因此用于除去氨的設(shè)備將是巨大的。對(duì)于1000噸/天(這是脲生產(chǎn)工廠的平均規(guī)模)的噴淋法脲粒料工廠，需要400，000-500，000標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)(Nm3/h)空氣。
排放氣一般是在距地面60-80米高處排放到大氣中的，這樣處理起來(lái)更困難。為了裝配一個(gè)除氨裝置，需要將如此大量的排放氣傳送到地面，更增加了投資和操作花費(fèi)。
對(duì)于采用顆粒成型法的工廠，要處理的排放空氣的量大大低于采用塔式噴淋法的，已有了從排放氣中除氨的工廠。它們用加入硫酸而呈微酸性的水洗滌。
它們除氨的效率是可觀的，但是得到的水相當(dāng)多，并且含有少量相應(yīng)的鹽，必須找出這些簡(jiǎn)便的收集方法，總之，濃縮時(shí)仍需要操作花費(fèi)。
本申請(qǐng)人現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)一種排除噴淋造粒塔或顆粒成型區(qū)域排放氣中存在的氨的方法，該方法的投資和操作費(fèi)用極小。
因此，本發(fā)明提供一種中和源于脲生產(chǎn)廠濃縮區(qū)域的熔融脲中存在的氨的方法，它包括向熔融脲中加入少量酸。該酸優(yōu)選是無(wú)機(jī)酸，選自硫酸和磷酸，基于熔融脲的量，酸的用量在0.25%和0.45%重量之間。
該酸既與其中原本含有的氨中和，又與上述形成縮二脲時(shí)形成的氨中和。
殘留在噴淋法或顆粒成型法脲粒料中形成的硫酸銨或磷酸銨的量是非常小的(3000-6000ppm)，因而不會(huì)影響固體產(chǎn)品的物理性能，這些固體產(chǎn)品可直接用作化肥，或者用作工業(yè)產(chǎn)品，但用作工業(yè)產(chǎn)品時(shí)，至少在某些情況下需要必要的檢驗(yàn)。
也可以在更前的步驟中加入酸，例如在最終真空濃縮步驟之前。但在這種情況下，需要較大量酸以中和脲溶液中含有的全部氨。這樣固體脲產(chǎn)品中銨鹽含量將達(dá)到8%-9%。這樣制備的脲不適于工業(yè)應(yīng)用，但用作缺硫土壤的化肥非常有利。


圖1表示針對(duì)采用塔式噴淋造粒法工廠本發(fā)明方法的示意流程圖。用泵1通過(guò)管道2將含有少量氨和二氧化碳的69%-75%重量濃度的脲溶液加到濃縮區(qū)域3中(一般是一次或多次真空步驟)。將該脲溶液濃縮至濃度為99.4%-99.8%重量(實(shí)際上成為熔融脲)以后，將其加到噴淋造粒塔的頂部，在此將其噴淋成脲液滴，然后固化成顆粒(噴淋法脲粒料)。
但是，在熔融脲到達(dá)噴淋造粒塔頂部之前，用計(jì)量泵7通過(guò)管道8向其中計(jì)量加入足夠的濃縮至98%-99%重量濃度的硫酸。如果使用磷酸，優(yōu)選將酸注射處移至更上流，即移至最后一次真空濃縮步驟之前，這是因?yàn)闈饪s的磷酸(54%重量的P2O5或約75%重量的H3PO4)含有較大量的水。
加入的酸流經(jīng)管道9的過(guò)程中，它既與熔融脲中存在的氨中和，又與如上所述的與縮二脲一起生成的氨中和。
管道8與管道4的交接處還可裝有適宜的攪拌器(圖1中未示出)。
含有少量氨、二氧化碳和脲顆粒、基本上呈水蒸汽形式的蒸汽經(jīng)管道10離開濃縮區(qū)域3。氨和脲都可以完全回收并循環(huán)至脲生產(chǎn)廠的合成區(qū)域。
為使熔融脲變成固體顆粒，用于移去固化熱和冷卻需要的空氣經(jīng)管道11從噴淋造粒塔的底部進(jìn)入，經(jīng)管道12從噴淋造粒塔的頂部排放到大氣中(噴淋造粒塔可以是自然通風(fēng)型的或強(qiáng)制通風(fēng)型的)。
這樣，排放氣中氨氣含量限制在每標(biāo)準(zhǔn)立方米(Nm3)幾個(gè)毫克(最多為8)，因此，其含量低于最嚴(yán)格的大氣污染法規(guī)的要求。
下面給出兩個(gè)非限定性的實(shí)施例，以更好地說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例1在生產(chǎn)規(guī)模為15000kg/h噴淋法脲粒料、用氨和二氧化碳生產(chǎn)脲的工廠中，合成區(qū)域制得的脲溶液的組成為
kg/hwt%脲1482069.40縮二脲850.40NH3344 1.61CO2158 0.74H2O 5947 27.85--總量21354100.00在濃縮區(qū)域，排出的蒸汽的組成為kg/hwt%脲痕量NH3333 5.20CO2158 2.50H2O 5910 92.30--總量6401100.00
這里的氨和二氧化碳被全部回收并循環(huán)至合成區(qū)域，得到的熔融脲的組成為kg/hwt%脲1477198.78縮二脲1270.85NH318 0.12H2O 37 0.25--總量14953100.00在與自然通風(fēng)型噴淋造粒塔頂部連接的管道中，通過(guò)計(jì)量泵向該熔融脲中加入53kg/h濃度為98.0%重量的硫酸溶液。
從噴淋造粒塔的底部取出產(chǎn)品，其組成為kg/hwt%脲1475998.39縮二脲1330.89H2O 38 0.25(NH4)2SO470 0.47--總量15000100.00
可以看出，由酸溶液帶進(jìn)熔融脲中的水使最終產(chǎn)品中水含量的增加是可以忽略的。
從56米高的噴淋造料塔頂部排放的空氣量為約150，000Nm3/h，其氨含量為約5mg/Nm3、脲含量為約40mg/Nm3。
不加入酸溶液時(shí)，在相同操作條件下所述的氨含量發(fā)現(xiàn)為180mg/Nm3。
實(shí)施例1在生產(chǎn)規(guī)模為62500kg/h噴淋法脲粒料、用氨和二氧化碳生產(chǎn)脲的工廠中，合成區(qū)域制得的脲溶液的組成為kg/hwt%脲6183068.98縮二脲3150.35NH31552 1.73CO2692 0.77H2O 25251 28.17--總量89640100.00
在濃縮區(qū)域，排出的蒸汽的組成為kg/hwt%脲tracesNH31515 5.55CO2692 2.54H2O 25095 91.91--總量27302100.00這里的氨和二氧化碳被全部回收并循環(huán)至合成區(qū)域，得到的熔融脲的組成為kg/hwt%脲6165298.90縮二脲4680.75NH362 0.10H2O 156 0.25--總量62338100.00
在與自然通風(fēng)型噴淋造粒塔頂部連接的管道中，通過(guò)計(jì)量泵向該熔融脲中加入189kg/h濃度為98.0%重量的硫酸溶液。
從噴淋造粒塔的底部取出產(chǎn)品，其組成為kg/hwt%脲6159898.55縮二脲4930.79H2O 159 0.26(NH4)2SO4250 0.40--總量62500100.00可以看出，由酸溶液帶進(jìn)熔融脲中的水使最終產(chǎn)品中水含量的增加是可以忽略的。
從58米高的噴淋造料塔頂部排放的空氣量為約620，000Nm3/h，其氨含量為約4mg/Nm3、脲含量為約40mg/Nm3。
不加入酸溶液時(shí)，在相同操作條件下所述的氨含量發(fā)現(xiàn)為160mg/Nm3。
權(quán)利要求
1.中和源于脲生產(chǎn)廠濃縮區(qū)域的熔融脲中存在的氨的方法，它包括向熔融脲中加入少量酸。
2.權(quán)利要求1的方法，其中該酸是無(wú)機(jī)酸。
3.權(quán)利要求2的方法，其中該酸選自硫酸和磷酸。
4.權(quán)利要求1至3中任一要求的方法，其中，基于熔融脲，酸的用量在0.25%和0.45%重量之間。
全文摘要
中和源于脲生產(chǎn)工廠濃縮區(qū)域的熔融脲中存在的氨的方法，它包括向熔融脲中加入少量酸。
文檔編號(hào)C07C273/04GK1108645SQ9410655
公開日1995年9月20日 申請(qǐng)日期1994年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月9日
發(fā)明者F·格拉尼爾利, A·科爾奇亞 申請(qǐng)人:斯南普羅吉蒂聯(lián)合股票公司