Способ нейтрализации аммиака в установках для производства мочевины

 

Способ уменьшает содержание аммиака в отходящих газах установок для производства мочевины путем нейтрализации аммиака, присутствующего в жидкой мочевине после концентрирования ее раствора. Процесс нейтрализации включает добавление к жидкой мочевине 0,25-0,45 мас.% неорганической кислоты. Предпочтительно используют серную или фосфорную кислоту. В результате содержание аммиака в газообразном выбросе после секции отверждения жидкой мочевины снижают до концентрации ниже 8 мг/м³. 1 ил., 8 табл.

Изобретение относится к способу нейтрализации аммиака в установках для производства мочевины. Все промышленные установки для производства мочевины основываются на следующих примерах реакции синтеза из аммиака и двуокиси углерода: 2NH₃ + CO₂ = CO(NH₂)₂ + H₂O.

В промышленных установках типа полного рециркулирования аммиака в основном, жидкий, и двуокись углерода, в основном газообразная, подают в количествах, немного превышающих стехиометрические значения. Разница возникает вследствие потерь аммиака и двуокиси углерода, которые либо в такой форме, либо в форме мочевины выбрасываются в атмосферу и могут загрязнять окружающую среду. Эти потери могут быть непрерывными или дискретными, жидкими или газообразными, последние могут содержать твердые продукты /мочевину/ или газообразные продукты /аммиак/. Все они могут в результате загрязнять окружающую среду в большей или меньшей степени, в зависимости от количества потерь и расположения установки /степени заселения района/ постоянно регулируются с тем, чтобы они удовлетворяли местным требованиям и инструкциям, которые очень сильно меняются, но, в основном, имеют тенденцию к росту ограничений. Поэтому важно создать способ, который эффективно сводит к нулю содержание аммиака в отходящих газах промышленных установок по производству мочевины, и таким образом устраняет их загрязняющее воздействие.

В упомянутых установках после проведения этапа реакции и множества этапов рециркулирования вышеупомянутой реакции, приводящих к получению водного раствора мочевины с примерно 75% концентрацией, последний еще содержит небольшой процент аммиака, который не преобразовался в мочевину.

Этот раствор концентрируют до 96-99%, 8 мас.% и в процессе концентрирования раствора большая часть аммиака удаляется из раствора вместе с водой и возвращается в установку. Конечный раствор, практически в форме жидкой мочевины, еще содержит небольшой процент аммиака, который на конечном этапе концентрирования увеличивается за счет дополнительного количества, которое образуется в течение упомянутого конечного или заключительного этапа концентрирования за счет протекания реакции: 2CO(NH₂)₂ = NH₂-CO-NH-CO-NH₂ + NH₃.

в результате которой из 2 моль мочевины получает 1 моль биурета + 1 моль аммиака.

После упомянутого заключительного этапа концентрирования раствора мочевины /жидкая мочевина/, еще содержащий аммиак, но в количестве порядка 0,1 мас. % и менее, отверждают в виде маленьких шариков, полученный твердый продукт известен, как корольковая /отвержденная разбрызгиванием/ мочевина, если процессом отверждения является процесс разбрызгивания расплавленных солей, или гранулированная мочевина, если процессом отверждения является процесс гранулирования. Оба упомянутых процесса отверждения включают разбрызгивание жидкой мочевины, разделение на капли в случае отверждения разбрызгиванием или заключительное распыление в массу шариков или бусинок, которые укрупняют в случае гранулирования, в контакте с воздушной струей, которая отбирает теплоту затвердевания, высушивают продукт, в случае гранулирования с использованием для подачи 96 мас.% жидкой мочевины и окончательно охлаждает твердые шарики до температуры, значительно меньшей, чем температура затвердевания. В конце этапа отверждения полученный твердый продукт, корольковый или гранулированный, содержит определенное количество свободного аммиака /60-100 частей на тысячу/, оставшийся аммиак, который содержался в жидкой мочевине, передается на затвердевание, а также охлаждающему воздуху, и, следовательно, попадает в атмосферу, загрязняя ее. Содержание аммиака в этом воздухе очень невелико /60-200 частей на тысячу/, что объясняет, почему с ним не было проблем до недавнего времени. Так как проблемы загрязнения среды становятся все более восприимчивыми к все более жестким ограничивающим требованиям, возникла необходимость исключить или, по крайней мере, резко снизить выделение аммиака в атмосферу.

Эту проблему нелегко решить, так как количество аммиака, содержащегося в воздухе, относительно невелико. Промывание водой фактически неэффективно из-за низкого парциального давления аммиака в воздух. Было установлено, что существующие установки мокрого удаления частиц мочевины, содержащихся в этом воздухе, в общем, неэффективны в отношении аммиака. Вдобавок, рассматриваемый объем воздуха очень велик, и в результате требуемое для его удаления оборудование должно быть очень объемным. С этой точки зрения для установки с производительностью 1000 т/д корольковой мочевины требуется в среднем 400000-500000 Нм³/час.

Ситуация усугубляется фактом, что воздух поступает в атмосферу на расстоянии от земли, которое может достигать 60-80 метров, в связи с чем при наличии удаляющей установки необходимо транспортировать этот большой объем воздуха до уровня земной поверхности, что дополнительно увеличит стоимость установки и эксплуатации последней вследствие значительного падения давления.

Для грануляционных установок, в которых проходящий через них воздух подвергается обработке значительно меньше, чем при отверждении разбрызгиванием, установки для удаления аммиака из воздуха уже существуют. В них осуществляется промывание слегка подкисленной водой, полученной добавлением серной кислоты. Они обладают значительной удаляющей способностью, но при этом полученное количество воды весьма значительно и в ней содержится небольшой процент соответствующих солей, которые, как обнаружено, имеют хорошую приспособляемость по их концентрированию.

В настоящем описании предложен способ, который решает проблемы наличия аммиака в воздухе, получаемом из башни или колонны для отверждения разбрызгиванием или грануляционного участка с минимальными капиталовложениями и стоимостью эксплуатации.

Следовательно, настоящее изобретение предусматривает способ нейтрализации аммиака, присутствующего в жидкой мочевине, получаемой из секции концентрирования установки для ее получения, включающего добавление к жидкой мочевине небольшого количества кислоты. Предпочтительно, чтобы кислота была неорганической, например серной кислотой или фосфорной кислотой, при этом используемое количество этой кислоты составляет 0,25 - 0,45 мас.% жидкой мочевины. Кислота нейтрализует и имеющийся аммиак и тот, который образуется в результате упомянутого образования биурета /карбамилмочевины/. Образующийся сульфат или фосфат аммония остается в твердом корольковом или гранулированном продукте в ничтожно малом количестве /3000-6000 частей на тысячу/, в связи с тем не оказывает никакого негативного воздействия на физические характеристики твердого продукта, который обычно может использоваться как удобрение или как продукты для промышленности, хотя в этом случае, по крайней мере, для определенных продуктов должны выполняться необходимые ограничения.

На фиг. 1 показана схема технологического процесса настоящего изобретения в случае установки для отверждения разбрызгиванием. 69-75 мас.% раствор мочевины, содержащий небольшой процент аммиака и двуокиси углерода, подается насосом 1 через трубопровод 2 на участок обогащения 3 /обычно в один или более этапов вакуумирования/. Раствор мочевины концентрируют /обогащают/ до 99,4-99,8 мас.%, отсюда фактически жидкая мочевина подается наверх башни или колонны для отверждения разбрызгиванием, где она разбрызгивается или распыляется для получения капелек мочевины, которые затем затвердевают в форме шариков или бусинок корольковой мочевины. Однако, прежде чем жидкая мочевина доходит до вершины колонны для разбрызгивания, к ней посредством дозирующего насоса 7 через трубопровод 8 добавляют адекватное количество серной кислоты, концентрированной до 98-99% масс. При использовании фосфорной кислоты может оказаться более предпочтительным переместить точку инжектирования выше по потоку, т.е. перед последним этапом вакуумного концентрирования /или обогащения/ вследствие того, что концентрированная фосфорная кислота /54 мас.% P₂O₅ или 75 мас.% H₃PO₄/ содержит большее количество воды. Во время протекания через трубопровод 9 добавленная кислота нейтрализует как присутствующий в жидкой мочевине аммиак, так и тот, который образуется вместе с биуретом, как уже установлено. Там, где трубопровод 8 встречается с трубопроводом 4, может быть также установлен соответствующий миксер /не показан на фиг. 1/. Пары, преимущественно в форме пара, содержащего небольшой процент аммиака, двуокиси углерода и частичек мочевины, выходят из участка обогащения или концентрирования 3 через трубопровод 10. Как аммиак, так и мочевина могут быть полностью восстановлены и рециркулированы на участок синтезирования установки для производства мочевины.

Для превращения жидкой мочевины в твердые шарики воздух, необходимый для отбора тепла затвердевания и охлаждения, входит в основание колонны для разбрызгивания 5 через трубопровод 11 и выходит из вершины колонны 5 через трубопровод 12, где выбрасывается в атмосферу /колонна для разбрызгивания может быть с естественной или принудительной тягой/.

Присутствие газообразного аммиака в этом воздухе, однако, ограничено несколькими миллиграммами на Нм³ /максимум 8/ и, следовательно, меньше, чем большинство ограничивающих предписаний, касающихся загрязнения атмосферы.

Далее приведено два неограничивающих сферу изобретения примера для лучшей иллюстрации изобретения.

Пример 1. В установке для производства 15000 кг/час корольковой мочевины из аммиака и двуокиси углерода раствор мочевины, получаемой на участке синтезирования, имел следующий состав, представленный в табл. 1.

Из участка обогащения или концентрирования выходит пар, содержащий компоненты, представленные в табл. 2, из которого аммиак и двуокись углерода полностью извлечены и рециркулированы на участок синтезирования, при этом жидкая мочевина имеет состав, представленный в табл. 3.

К этой жидкой мочевине было добавлено 53 кг/час 98 мас.% серной кислоты посредством дозирующего насоса, питающего трубопровод, ведущего на вершину разбрызгивающей башни с естественной тягой. Из нижней части разбрызгивающей башни извлекается продукт, состоящий из компонентов, представленных в табл. 4.

Как можно видеть, количество воды, введенной в жидкую мочевину раствором кислоты, только незначительно увеличивает содержание воды в готовом продукте.

С верхней части 56-метровой башни выпускалось около 150000 Нм³/час, в котором содержание аммиака составляло около 5 мг/Нм³ и содержание мочевины составляло 40 мг/Нм³.

Пример 2. В установке для производства 62500 кг/час корольковой мочевины из аммиака и двуокиси углерода раствор мочевины, полученный на участке синтезирования, имел следующий состав, который представлен в табл. 5.

Пар, выходящий из участка обогащения или концентрирования, имел состав, представленный в табл. 6.

Пар, из которого полностью извлечены и рециклированы на участок синтезирования аммиак и двуокись углерода, и жидкая мочевина имеет состав, представленный в табл. 7.

К этой жидкой мочевине было добавлено 189 кг/час 98,0 мас.% раствора серной кислоты посредством дозирующего насоса, питающего трубопровод, ведущий на вершину разбрызгивающей башни с естественной тягой. Из нижней части разбрызгивающей башни с естественной тягой извлекался продукт, содержащий компоненты, представленные в табл. 8.

Как можно видеть, количество воды, введенной в жидкую мочевину раствором кислоты, только незначительно увеличивает содержание воды в готовом продукте.

С вершины разбрызгивающей башни высотой 58 метров выпускалось около 620000 Нм³/час воздуха, в котором содержание аммиака составляло 4 кг/Нм³, содержание мочевины составляло 40 мг/НМ³.

Без добавления раствора кислоты упомянутое содержание аммиака при идентичных рабочих условиях составляло 160 мг/Нм³.

Формула изобретения

Способ нейтрализации аммиака, присутствующего в жидкой мочевине, выходящей с участка концентрирования установки для ее производства, и снижения содержания аммиака в газообразном выбросе после секции отверждения жидкой мочевины до концентрации ниже 8 мг/м³, отличающийся тем, что к жидкой мочевине добавляют 0,25 - 0,45 мас.% неорганической кислоты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5