Способ очистки отработанного воздуха установки гранулирования для производства мочевиносодержащего гранулята - RU2727375C1

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к способу очистки отработанного воздуха установки гранулирования для производства мочевиносодержащего гранулята, при котором газовый поток, содержащий мочевиносодержащую пыль и аммиак в процессе мокрой очистки контактируют с раствором серной кислоты или с раствором азотной кислоты.

Отработанный воздух установки гранулирования для производства мочевиносодержащего гранулята содержит мочевиносодержащую пыль и аммиак, что требует очистки отработанного воздуха перед его выбросом в окружающую среду. В известных способах мокрой очистки в аммиакосодержащих газах образуется раствор сульфата аммония с низким показателем рН (рН ок. 2-4), который в этой кислой форме не может быть непосредственно переработан. Поэтому необходимо повысить показатель рН, чтобы предотвратить коррозию в последующих технологических ступенях.

Из EP 2 477 961 Bl известен способ регенерации мочевиносодержащей пыли и аммиака из газового потока, при котором газовый поток контактируют с раствором серной кислоты для получения кислого раствора сульфата аммония и мочевины, причем в этот кислый раствор добавляют аммиак. В этом известном способе газовый поток, содержащий воздух, мочевину и аммиак, контактируют с водным раствором серной кислоты в скруббере, за счет чего образуется кислый раствор мочевины и сульфата аммония. Затем этот кислый раствор нейтрализуют с добавлением аммиака в устройстве нейтрализации и повышают его концентрацию в следующем устройстве. После этого в смесителе соотношение сульфата аммония и мочевины повышают до необходимой величины путем добавления сульфата аммония и в заключении концентрированный расплав перерабатывают в твердое вещество путем гранулирования или кристаллизации распылением раствора с получением в качестве конечного продукта твердой смеси мочевины и сульфата аммония.

В EP 2 192 099 AI раскрыт процесс гранулирования мочевины, включающий кислотную обработку отработанного воздуха. Образующийся при кислотной обработке отработанного воздуха сульфат аммония снова возвращают в процесс гранулирования.

В WO 2016/074813 AI раскрыт процесс гранулирования мочевины, включающий обработку отработанного воздуха с промыванием пыли и кислотной мокрой очисткой отработанного воздуха.

Задача данного изобретения – предложить способ очистки отработанного воздуха установки гранулирования для производства мочевиносодержащего гранулята с известными ранее характеристиками при отсутствии дополнительной нейтрализации во внешнем устройстве в качестве отдельного технологического этапа.

Решение указанной задачи обеспечивает способ очистки отработанного воздуха установки гранулирования для производства мочевиносодержащего гранулята указанного типа с признаками, указанными в п. 1 формулы изобретения.

Согласно изобретению предложено, чтобы процесс мокрой очистки включал три отдельных, последовательных этапа мокрой очистки, причем газовый поток на первом этапе мокрой очистки очищают первым слабокислым очищающим раствором, а газовый поток после первого этапа очищают вторым очищающим раствором с более низким показателем рН, чем у первого слабокислого раствора. В изобретении предложено до первого этапа мокрой очистки осуществлять предварительную мокрую очистку газового потока на стадии предварительной мокрой очистки для значительного снижения содержания пыли в потоке отработанного воздуха. Для этого на стадии предварительной очистки газовый поток очищают предпочтительно разбавленным раствором мочевины. В результате образуется раствор с повышенным содержанием мочевины, концентрацию которого затем повышают путем выпаривания. Извлеченную при этом мочевину снова используют для гранулирования для изготовления мочевиносодержащего гранулята. Преимуществом этой предварительной мокрой очистки является наличие значительно сниженного содержания пыли на последующих двух ступенях кислотной мокрой очистки. Разделение удаления пыли (предварительная ступень мокрой очистки) и собственно кислотной мокрой очистки (первая и вторая ступень мокрой очистки) обеспечивает возможность возврата содержащейся в газовом потоке мочевины в гранулятор и отделение образовавшегося при кислотной мокрой очистке (первая и вторая ступени мокрой очистки) сульфата аммония. Полученный сульфат аммония, предпочтительно, может быть введен в процесс гранулирования, как раскрыто в WO 2012/034650 А1, например, абз. [0018]-[0022] и [0036]-[0040].

Кроме этого мочевина при контакте с кислотосодержащими очищающими растворами выделяет изоцианиты и аммиак (NH₃). Изоцианиты наряду с их известными токсичными свойствами имеют тенденцию к образованию аэрозолей, которые тяжело и трудоемко вымываемы и хорошо распознаваемы в отработанном воздухе из-за их коричневой окраски. Пример отделения аэрозолей приведен в WO2014/094987 AI. Еще одна побочная реакция включает превращение мочевины с серной кислотой в моно- или диуреасульфат, которые не так просто вернуть в цикл.

В предпочтительном варианте по данному изобретению предложен возврат полученного на втором этапе мокрой очистки кислого очищающего раствора на первую ступень мокрой очистки и его использование в качестве первого слабокислого моющего раствора. При этом в частности, первый моющий раствор на первой ступени мокрой очистки направляют перекрестным током относительно очищаемого газового потока. Важным шагом для обеспечения корректировки показателя рН кислого очищающего раствора в рамках многоступенчатой системы мокрой очистки отработанного воздуха, в этом предпочтительном варианте способа по изобретению, является противоток потока кислого очищающего раствора от второй установки мокрой очистки к первой установке мокрой очистки.

Применяемый на первой ступени мокрой очистки первый очищающий раствор имеет только слабую кислотность и, тем самым, более высокий показатель рН, чем применяемый на второй ступени мокрой очистки более кислый очищающий раствор. Например, первый слабокислый очищающий раствор является раствором, содержащим мочевину и сульфат аммония, или нитрат аммония, с показателем рН примерно от 3,5 до примерно 6,1, предпочтительно примерно от 4,3 до примерно 5,3.

Предпочтительно второй очищающий раствор имеет показатель рН примерно менее 2. Например, концентрированные серная или азотная кислоты и конденсат из установки концентрирования для получения растворов, содержащих мочевину и сульфат аммония могут быть добавлены, чтобы получить, таким образом, второй очищающий раствор с показателем рН предпочтительно менее 2,0, которым во второй ступени мокрой очистки повторно очищают газовый поток, выходящий из первой ступени мокрой очистки.

Предпочтительно, чтобы первый очищающий раствор на первой ступени подавали противотоком к очищаемому газовому потоку

Раствор, образующийся в процессе мокрой очистки на первой ступени, имеет, как правило, определенное содержание сульфата аммония или нитрата аммония, а также следы мочевины и выходит из первой ступени мокрой очистки в качестве раствора с примерно нейтральным или слабо щелочным показателем рН. Таким образом, раствор, выходящий с первой ступени мокрой очистки после процесса очистки, является предпочтительно раствором, содержащим сульфат аммония или нитрат аммония с показателем рН более 7. Преимуществом этого нейтрального или почти нейтрального показателя рН раствора сульфата аммония или раствора нитрата аммония является то, что он больше не вызывает коррозию и может быть далее непосредственно переработан, например повышением концентрации путем выпаривания воды. Дополнительная нейтрализация вне системы мокрой очистки более не нужна.

Предпочтительно на ступени предварительной мокрой очистки газовый поток очищают разбавленным раствором мочевины. На ступени предварительной мокрой очистки его преимущественно рециркулируют и затем подают на выпаривание и обратно в гранулятор.

Таким образом, в способе по данному изобретению путем соответствующих технологических операций в системе мокрой очистки осуществляют указанную выше корректировку показателя рН, и за счет этого отпадает необходимость нейтрализации во внешней установке, как самостоятельного технологического этапа.

Используемый на второй ступени мокрой очистки более кислый моющий раствор в предпочтительном варианте осуществления изобретения получают путем подачи во вторую очистную установку, с одной стороны, концентрированной серной кислоты и, с другой стороны, конденсата из установки концентрирования для получения растворов, содержащих мочевину, и растворов, содержащих сульфат аммония или нитрат аммония.

В одном из предпочтительных вариантов усовершенствования способа по данному изобретению нейтрализованный раствор сульфата аммония или нитрата аммония подают из первой ступени мокрой очистки в третью ступень мокрой очистки (ступень предварительной очистки), что обеспечивает возможность дальнейшего использования полученного раствора сульфата аммония.

В другом предпочтительном варианте усовершенствования способа по данному изобретению нейтрализованный раствор сульфата аммония или нитрата аммония отводят из первой ступени мокрой очистки и подают, например, на отдельное использование или на утилизацию.

Предпочтительно на вторую ступень мокрой очистки подают конденсат из установки концентрирования для получения растворов, содержащих мочевину и сульфат аммония или нитрат аммония. Подача конденсата обеспечивает разбавление и коррекцию раствора.

В одном из предпочтительных вариантов усовершенствования способа по данному изобретению на стадию предварительной мокрой очистки подают конденсат из установки концентрирования для получения растворов, содержащих мочевину и сульфат аммония или нитрат аммония, причем на этой стадии предварительной мокрой очистки мочевиносодержащую пыль вымывают мочевиносодержащим раствором. Подача конденсата обеспечивает разбавление раствора. Эта предварительная мокрая очистка повышает содержание мочевины в растворе, так как моющий раствор абсорбирует мочевиносодержащую пыль из очищаемого потока отработанного воздуха.

Объектом данного изобретения является также установка очистки отработанного воздуха из установки гранулирования для производства мочевиносодержащего гранулята, в частности для применения в способе описанного выше типа, включающая по меньшей мере первое устройство мокрой очистки, в котором посредством кислого моющего раствора очищают газовый поток, содержащий мочевиносодержащую пыль и аммиак, из установки гранулирования для производства мочевиносодержащего гранулята, а также по меньшей мере связанное с первым устройством мокрой очистки второе устройство мокрой очистки, в котором газовый поток, выходящий из первого устройства мокрой очистки, очищают другим кислым моющим раствором с более низким показателем рН, чем у первого кислого раствора. Концепция данного изобретения предлагает, таким образом, по меньшей мере, два последовательных процесса мокрой очистки, осуществляемые в раздельных устройствах мокрой очистки, причем сначала очистку осуществляют менее кислым первым моющим раствором, а затем более кислым вторым моющим раствором. В изобретении предложено, чтобы установка включала, по меньшей мере, третье устройство мокрой очистки, предшествующее по потоку первому устройству мокрой очистки и в котором осуществляют предварительную мокрую очистку для вымывания пыли из газового потока. Это значительно сокращает объем абсорбируемой пыли в обеих последовательно подключенных далее ступенях кислотной мокрой очистки.

Особенно предпочтительно, если установка по данному изобретению включает по меньшей мере один трубопровод для рециркуляции, по которому слабокислый раствор из второго устройства мокрой очистки можно возвращать в первое устройство мокрой очистки для его использования в качестве первого кислого моющего раствора. Таким образом, в этом варианте особенно предпочтительно, чтобы используемый в первом устройстве мокрой очистки слабокислый моющий раствор получали в процессе мокрой очистки во втором устройстве мокрой очистки и затем возвращали из второго устройства мокрой очистки в первое устройство мокрой очистки.

В другом предпочтительном варианте модернизации установки по данному изобретению для очистки отработанного воздуха установки гранулирования для производства мочевиносодержащего гранулята предложено, чтобы установка включала выходящий из установки гранулирования для производства мочевиносодержащего гранулята трубопровод отработанного воздуха, ведущий в третье устройство мокрой очистки, причем она дополнительно снабжена выходом для очищенного в третьем устройстве мокрой очистки отработанного воздуха, идущий от выхода третьего устройства мокрой очистки к первому устройству мокрой очистки, а также выход для очищенного в первом устройстве мокрой очистки отработанного воздуха, идущий от выхода первого устройства мокрой очистки ко второму устройству мокрой очистки.

В другом предпочтительном варианте модернизации установки по данному изобретению для очистки отработанного воздуха установки гранулирования для производства мочевиносодержащего гранулята предложен по меньшей мере один выходящий из третьего устройства мокрой очистки трубопровод для рециркуляции раствора, содержащего мочевину, ведущий в установку концентрирования раствора, содержащего мочевину, и дополнительные средства для возврата полученной при этом мочевины в установку гранулирования для производства мочевиносодержащего гранулята.

Далее данное изобретение более подробно раскрыто на основе примера его осуществления, с привлечением приложенного чертежа, на котором изображено:

фиг. 1 – упрощенная схема примера установки по изобретению для очистки отработанного воздуха установки гранулирования для производства мочевиносодержащего гранулята.

Далее более подробно на основе фиг. 1 описан пример варианта осуществления данного изобретения. Показана упрощенная схема технологического процесса, причем показаны только части установки, релевантные в контексте данного изобретения. По входному трубопроводу 10 очищаемый отработанный воздух поступает из установки гранулирования для производства мочевиносодержащего гранулята в устройство 11 предварительной мокрой очистки, предназначенное для вымывания большей части мочевиносодержащей пыли из потока отработанного воздуха. Эта предварительная мокрая очистка в настоящей заявке обозначена в качестве третьего устройства 11 мокрой очистки. По трубопроводу 12 из установки концентрирования в устройство 11 мокрой очистки подают конденсат для получения растворов, содержащих мочевину и сульфат аммония. В качестве моющего средства в этом устройстве 11 мокрой очистки используют мочевиносодержащий раствор, поступающий в устройство 11 мокрой очистки по входному трубопроводу 13. В процессе мокрой очистки образуется обогащенный мочевиной раствор, содержащий мочевину, например, с концентрацией 45%, отводимый по выходному трубопроводу 14 из устройства 11 мокрой очистки в установку концентрирования, в которой из раствора выпаривают подавляющую часть содержащейся в нем воды, чтобы рециркулировать высококонцентрированный мочевиносодержащий раствор в установку гранулирования для производства мочевиносодержащего гранулята.

После процесса мокрой очистки в устройстве 11 очищенный в значительной степени от пыли газовый поток по газопроводу 15 выводят из устройства 11 мокрой очистки и подают в устройство 16 мокрой очистки, в котором газовый поток очищают слабокислым раствором, причем устройство 16 мокрой очистки представляет собой первое устройство мокрой очистки. Применяемый в этом первом устройстве мокрой очистки слабокислый моющий раствор, имеющий, например, показатель рН 4,8 и являющийся, по существу, слабокислым водным раствором мочевины и сульфата аммония или нитрата аммония, в устройство 16 мокрой очистки подают по входному трубопроводу 17. В устройстве 16 мокрой очистки слабокислый моющий раствор направляют перекрестным потоком к поступающему по трубопроводу 15 газовому потоку. Входной трубопровод 17 для подачи моющего раствора в первое устройство 16 мокрой очистки является при этом, как показано на фиг. 1, выходным трубопроводом из второго устройства 19 мокрой очистки, которое описано ниже.

Газовый поток, очищенный в первом устройстве 16 мокрой очистки, по газопроводу 18 выпускают из первого устройства мокрой очистки и подают во второе устройство 19 мокрой очистки, в котором газовый поток повторно очищают, в частности, кислым моющим раствором, кислотность которого выше, чем у слабокислого моющего раствора в первом устройстве 16 мокрой очистки. Для этого процесса очистки во втором устройстве 19 мокрой очистки, с одной стороны, по входному трубопроводу 20 во второе устройство 19 мокрой очистки подают концентрированную серную или азотную кислоту. Далее по входному трубопроводу 21 второго устройства 19 мокрой очистки подают конденсат из способа. Во втором устройстве 19 мокрой очистки очистку осуществляют, например, кислым моющим раствором с показателем рН примерно 1,5. После этой повторной очистки во втором устройстве 19 мокрой очистки очищенный поток отработанного воздуха отводят по выходному трубопроводу 22 и, в принципе, его можно выбрасывать в окружающую среду, так как он практически очищен от пыли и почти не содержит аммиак.

В процессе мокрой очистки газового потока во втором устройстве 19 при реакции с поступающей по трубопроводу 20 серной или азотной кислотой образуется сульфат или нитрат аммония, так как поступающий во второе устройство мокрой очистки газовый поток пока еще содержит аммиак. Так как во втором устройстве мокрой очистки происходит частичная нейтрализация аммиаком газового потока, в процессе мокрой очистки получают раствор, содержащий сульфат или нитрат аммония и остатки мочевины, и имеющий слабокислый рН, например, 4,8. Этот слабокислый раствор мочевины/сульфата аммония или мочевины/нитрата аммония по выходному трубопроводу 17 второго устройства 19 мокрой очистки возвращают в первое устройство 16 мокрой очистки и используют там в качестве моющего раствора, направляемого перекрестным током к поступающему по трубопроводу 15 газовому потоку и служащего для мокрой очистки газа в первом устройстве 16 мокрой очистки. Таким образом, трубопровод 17 является одновременно входным трубопроводом для моющего раствора первого устройства 16 мокрой очистки, через который первым пропускают газовый поток. Таким образом, в первом устройстве 16 мокрой очистки осуществляют первую мокрую очистку газа первым слабокислым раствором, а затем во втором устройстве 19 мокрой очистки осуществляют вторую мокрую очистку газа более кислым моющим раствором.

Из первого устройства 16 мокрой очистки после дополнительного процесса нейтрализации при реакции слабокислого моющего раствора с газовым потоком, содержащим аммиак, по выходному трубопроводу 23 выпускают, главным образом, нейтрализованный водный раствор, содержащий часть растворенного сульфата или нитрата аммония, следы мочевины и имеющий показатель рН более 7.

В варианте показанного на фиг. 1 примера осуществления изобретения по трубопроводу 24, нейтрализованный раствор сульфата или нитрата аммония также подают из первой ступени 16 мокрой очистки в третью ступень мокрой очистки (ступень 11 предварительной очистки).

Конфигурация данного изобретения включает, таким образом, три ступени мокрой очистки для очистки выходящего из гранулятора отработанного воздуха от пыли (ступень предварительной мокрой очистки) и две последующие ступени для вымывания аммиака и одновременного повышения показателя рН до диапазона менее корродирующего трубопроводы в первой и во второй ступенях мокрой очистки.

Перечень условных обозначений

10 входной трубопровод

11 предварительная мокрая очистка (третье устройство мокрой очистки)

12 трубопровод конденсата

13 входной трубопровод для мочевиносодержащего моющего раствора

14 выходной трубопровод для мочевиносодержащего моющего раствора

15 газопровод

16 первое устройство мокрой очистки

17 входной трубопровод для моющего раствора

18 газопровод

19 второе устройство мокрой очистки

20 входной трубопровод для серной или азотной кислоты

21 входной трубопровод для конденсата

22 выходной трубопровод для очищенного отработанного воздуха

23 выходной трубопровод для нейтрализованного раствора сульфата аммония или для нейтрализованного раствора нитрата аммония

24 выходной трубопровод для нейтрализованного раствора сульфата аммония или для нейтрализованного раствора нитрата аммония.

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу очистки отработанного воздуха установки гранулирования для производства мочевиносодержащего гранулята, при котором газовый поток с мочевиносодержащей пылью и аммиаком в процессе мокрой очистки контактируют с раствором серной кислоты или с раствором азотной кислоты, причем процесс мокрой очистки включает по меньшей мере две отдельные, следующие друг за другом ступени мокрой очистки, причем газовый поток в первой ступени мокрой очистки очищают первым слабокислым моющим раствором, а выходящий из первой ступени мокрой очистки газовый поток очищают во второй ступени мокрой очистки вторым моющим раствором, имеющим более низкий показатель рН, чем первый слабокислый моющий раствор. Согласно изобретению кислый моющий раствор, выпадающий в осадок во второй ступени мокрой очистки, по трубопроводу возвращают в первую ступень мокрой очистки для его использования там в качестве первого слабокислого моющего раствора. Кроме этого первой ступени мокрой очистки предвключают предварительную мокрую очистку, в процессе которой из газового потока вымывают значительную долю пыли. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула