用于從氣體流捕集顆粒的設(shè)備和方法以及從氣體中去除可溶顆粒的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于從氣體流中去除可溶顆粒物的方法，諸如從尿素生產(chǎn)設(shè)備的精整區(qū)段的廢氣中去除尿素粉塵。所述方法包括使用水性驟冷液體使廢氣經(jīng)受至少兩個(gè)驟冷階段。第一上游驟冷階段中使用的驟冷液體相較于第二下游驟冷階段中的驟冷液體含有更高濃度的溶解顆粒物。將驟冷后的氣體引導(dǎo)穿過粒子捕集區(qū)，所述粒子捕集區(qū)通常包括濕式洗滌器、文丘里洗滌器和濕式靜電除塵器中的一者或多者。
【專利說明】
用于從氣體流捕集顆粒的設(shè)備和方法以及從氣體中去除可溶顆粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于從氣體流捕集可溶顆粒物的領(lǐng)域，并且涉及可在該領(lǐng)域中使用的粒子捕集裝置。值得注意的是，本發(fā)明屬于尿素生產(chǎn)領(lǐng)域，并且涉及從與固體尿素粒子生產(chǎn)相關(guān)的廢氣中去除尿素粉塵(尿素精整)。本發(fā)明還涉及尿素生產(chǎn)設(shè)備，并且涉及改造現(xiàn)有的尿素生產(chǎn)設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]尿素是由氨和二氧化碳生產(chǎn)的。當(dāng)今的尿素生產(chǎn)涉及相對(duì)清潔的方法，其尿素粉塵和氨的排放特別地低。然而，除了尿素的化學(xué)合成之外，商業(yè)規(guī)模的尿素生產(chǎn)需要以合適的固體顆粒形式提供尿素。為此，尿素生產(chǎn)涉及精整步驟，在精整步驟中使尿素熔體變成所需顆粒形式，其通常涉及造粒、成粒和制粒中的任一過程。
[0003]造粒曾經(jīng)是最常用的方法，在造粒過程中尿素熔體以液滴形式分布在造粒塔中，由此液滴在滴落時(shí)固化。然而，通常希望最終產(chǎn)品相比于由造粒技術(shù)所產(chǎn)生的產(chǎn)品具有更大的直徑和更高的抗壓強(qiáng)度。這些缺點(diǎn)推動(dòng)了流化床成粒技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)中將尿素熔體噴灑在隨著過程繼續(xù)而尺寸增長(zhǎng)的顆粒上。在注入成粒機(jī)中之前，添加甲醛以防止結(jié)塊并提尚最終廣品的強(qiáng)度。
[0004]為了除去在結(jié)晶期間釋放的能量，將大量的冷卻空氣供應(yīng)到成粒單元。離開精整區(qū)段的空氣含有(尤其是)尿素粉塵。鑒于尿素生產(chǎn)需求的提高以及日益增長(zhǎng)的對(duì)于降低排放水平的法律和環(huán)境要求，并根據(jù)更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，希望去除尿素粉塵。
[0005]在過去的幾十年中，控制空氣污染已成為社會(huì)優(yōu)先關(guān)注的問題。許多國家都已經(jīng)制定了非常精細(xì)的監(jiān)管方案，旨在要求工廠和其他主要的空氣污染源采取從釋放到大氣中的氣態(tài)流出物流中去除污染物的技術(shù)?？刂瓶諝馕廴镜臉?biāo)準(zhǔn)變得越來越嚴(yán)格，因此不斷需要更有效的污染控制技術(shù)。另外，運(yùn)行污染控制設(shè)備的運(yùn)營(yíng)成本可能是巨大的，并且因此也不斷需要經(jīng)濟(jì)高效的技術(shù)。
[0006]尿素粉塵的去除本身具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)閺U氣(主要是空氣)的量是巨大的，同時(shí)尿素粉塵的濃度較低。典型的氣流量級(jí)為750，000Nm3/h。其中尿素粉塵的典型濃度是約2重量％。此外，部分尿素粉塵具有亞微米尺寸。滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)意味著需要去除大部分這種亞微米粉塵。
[0007]另一個(gè)問題是尿素精整中需要大量的空氣，導(dǎo)致這部分生產(chǎn)過程由于需要具有大的電力消耗的非常大的排風(fēng)扇而成為成本相對(duì)較高的工作。特別是，當(dāng)空氣經(jīng)受洗滌以減少尿素粉塵并且特別是大部分的亞微米粉塵向大氣中的排放時(shí)，由于洗滌裝置中的壓降不可避免，在該過程中會(huì)輕易地?fù)p失相對(duì)較大量的能量。
[0008]常規(guī)的盤式洗滌器幾十年來已經(jīng)作為用于尿素成粒機(jī)的主要顆粒捕集系統(tǒng)，并且它們可有效捕集和回收直徑大于I?2μπι的尿素顆粒。這種一般類型的盤式洗滌器是已知的并在現(xiàn)有技術(shù)專利，包括美國專利第3，219，685號(hào)、第3，969，094號(hào)、第4，060，399號(hào)、第4，507，129號(hào)、第4，741，890號(hào)以及其中所述并引用的現(xiàn)有技術(shù)中有所描述。盤式洗滌器無法有效捕集亞微米顆粒。然而，新的法規(guī)和美國國家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(例如，PM2.5NAAQS)要求高效地捕集亞微米顆粒。
[0009]常規(guī)的文丘里洗滌器使用文丘里噴嘴來使氣體驟冷并且可高效捕集大于Ιμπι的顆粒。往往將常規(guī)文丘里洗滌器與塔盤或除霧器結(jié)合使用。這種一般類型的文丘里洗滌器是已知的并在現(xiàn)有技術(shù)專利，包括美國專利第3，768，234號(hào)、第4，043，772號(hào)、第4，578，226號(hào)以及其中所述并引用的現(xiàn)有技術(shù)中有所描述。
[0010]在驟冷階段之后連接的多個(gè)平行文丘里管洗滌器可高效捕集亞微米顆粒并且對(duì)于許多應(yīng)用來說是足夠的。這種一般類型的多個(gè)平行文丘里管洗滌器是已知的并在現(xiàn)有技術(shù)專利，包括美國專利第5，484，471號(hào)、第6，383，260號(hào)以及其中所述并引用的現(xiàn)有技術(shù)中有所描述。
[0011]濕式靜電除塵器(WESP)也可高效捕集亞微米顆粒。然而，WESP存在操作性問題。必須對(duì)其周期性地?cái)嚯姏_洗。當(dāng)顆粒負(fù)載較高時(shí)，必須經(jīng)常進(jìn)行沖洗，而產(chǎn)生高排放。當(dāng)洗滌不充分時(shí)，顆粒積聚并且形成難以去除的火花區(qū)(sparking zones)，從而導(dǎo)致性能隨時(shí)間推移而退化、停機(jī)清潔以及腐蝕問題。獨(dú)立式濕式靜電除塵器必須很大，才能足夠高效。通過將濕式靜電除塵器整合到高級(jí)分階段濕式洗滌器中而使這些和其他操作性問題得以緩解。這種一般類型的濕式靜電除塵器是已知的并在現(xiàn)有技術(shù)專利，包括美國專利第I，339，480號(hào)、第2，722，283號(hào)、第4，389，225號(hào)、第4，194，888號(hào)、第6，106，592號(hào)以及其中所述并引用的現(xiàn)有技術(shù)中有所描述。
[0012]與從氣體流中去除粉塵相關(guān)的另一參考文獻(xiàn)為FR2600553。其中描述了改進(jìn)的洗氣(洗滌)方法。在第一洗滌步驟中，逆著氣體流方向(此方向?yàn)橄礈觳僮髦械某Ｒ?guī)方向)將洗滌液噴灑到氣體流中。然后使氣體流穿過多個(gè)平行的文丘里噴嘴，進(jìn)行液/氣分離，并且穿過噴灑的洗滌液。
[0013]參考文獻(xiàn)EPO 084 669涉及清潔可能包含來自尿素設(shè)備的粉塵的氣體混合物。該參考文獻(xiàn)公開了施用一種洗滌水溶液，在使洗滌水溶液與氣體混合物接觸前向該洗滌水溶液中添加甲醛。所公開的方法具體地涉及添加甲醛，并且該方法使用標(biāo)準(zhǔn)洗滌器進(jìn)行。
[0014]US 3，985，523涉及從肥料生產(chǎn)過程產(chǎn)生的空氣中去除污染物。此專利申請(qǐng)公開了一種方法，其中將被污染的空氣冷凝并且進(jìn)一步處理所得液態(tài)污染物流。
[0015]空氣污染控制領(lǐng)域的技術(shù)人員特別關(guān)注的是降低“細(xì)顆粒”的排放，因?yàn)楹粑到y(tǒng)長(zhǎng)期和短期暴露于該顆粒會(huì)對(duì)健康造成不利影響。如本文所用，術(shù)語“細(xì)顆?！睉?yīng)被理解為是指直徑小于2.5μπι的粒子。為了控制這些粒子，EPA最近已調(diào)低了針對(duì)小于2.5μπι的粒子的排放的“ΡΜ2.5標(biāo)準(zhǔn)”。在常規(guī)洗滌器中，這些小粒子因其尺寸難以收集。然而，這個(gè)尺寸范圍內(nèi)的粒子目前是所測(cè)排放物的原因。
[0016]尿素粉塵可溶于水中。當(dāng)尿素固體粒子被捕集在水中時(shí)，尿素固體粒子完全或部分地溶解成水和尿素的溶液。隨著越來越多的尿素被捕集到水中，溶解尿素的濃度不斷增大，直至達(dá)到溶解度極限而無法溶解更多尿素。當(dāng)熱力學(xué)條件改變時(shí)，尿素還可從溶液中析出，形成固體粒子。當(dāng)通過洗滌器捕集尿素粉塵時(shí)，有利的是濃縮并且控制溶液中的尿素濃度，使得能夠有利地再利用所捕集的尿素。
[0017]因此，需要新的洗滌系統(tǒng)及方法，用于高效且高性價(jià)比地降低尿素成粒機(jī)的可溶顆粒和氣體排放。此外，這些技術(shù)可同樣高效且高性價(jià)比地用于其他工業(yè)排放過程，包括含硫碳質(zhì)化合物(尤其是煤和生物質(zhì))的燃燒，其產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物氣體包含無法接受的高水平的顆粒、氮氧化物、氯化氫和二氧化硫。在釋放到大氣中時(shí)，顆粒和氮氧化物可造成不透明性和呼吸道問題，二氧化硫還會(huì)緩慢反應(yīng)形成硫酸(H2S04)、無機(jī)硫酸鹽化合物和有機(jī)硫酸鹽化合物。大氣中的N02、S02或H2S04會(huì)導(dǎo)致不期望的“酸雨”。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]為了更好地解決前述一種或多種需求，本發(fā)明在一個(gè)方面提供了一種用于從氣體流中去除可溶顆粒物的方法，該方法包括使用水性驟冷液體使氣體流經(jīng)受驟冷并且使驟冷后的氣體穿過至少一個(gè)粒子捕集區(qū)，其中使用上游驟冷液體和下游驟冷液體在至少兩個(gè)串聯(lián)階段中使氣體流經(jīng)受所述驟冷，其中術(shù)語上游和下游是參照氣體流的流動(dòng)方向定義的，其中可溶顆粒物溶解于水性驟冷液體中并且其中下游驟冷液體相較于上游驟冷液體具有更低濃度的溶解的所述顆粒物。
[0019]在另一方面，本發(fā)明為一種粒子捕集系統(tǒng)，該粒子捕集系統(tǒng)包括串聯(lián)的進(jìn)氣口、第一驟冷區(qū)、粒子捕集區(qū)以及出氣口，第一驟冷區(qū)包括:用于分配驟冷液體的進(jìn)液口、位于進(jìn)液口的下游并通往粒子捕集區(qū)的氣流管線、以及用于驟冷液體的出液口，所述進(jìn)液口和出液口任選地形成驟冷液體的第一再循環(huán)回路的一部分，其中在第一驟冷區(qū)的下游和粒子捕集區(qū)的出氣口的上游設(shè)置至少第二驟冷區(qū)，所述第二驟冷區(qū)具有用于驟冷液體的進(jìn)液口和出液口，其中第二驟冷區(qū)的進(jìn)液口和出液口任選地形成第二再循環(huán)回路的一部分，所述第二再循環(huán)回路可獨(dú)立于所述第一再循環(huán)回路操作，并且其中所述第一驟冷區(qū)優(yōu)選地可獨(dú)立于所述第二驟冷區(qū)操作，術(shù)語下游是參照氣體流的流動(dòng)方向定義的。
[0020]在又另一方面，本發(fā)明提供了一種用于尿素設(shè)備的精整設(shè)備，所述精整設(shè)備包括尿素精整裝置，該尿素精整裝置包括液體尿素入口、冷卻氣體入口、固體尿素收集器、廢氣出口以及至少一個(gè)粒子捕集系統(tǒng)，其中該粒子捕集系統(tǒng)是如先前段落中所描述的系統(tǒng)，所述廢氣出口與粒子捕集裝置的進(jìn)氣口流體連通。
[0021]在仍另外的一方面，本發(fā)明為一種改造現(xiàn)有尿素設(shè)備的方法，所述現(xiàn)有尿素設(shè)備包括:合成與回收區(qū)段;所述區(qū)段與蒸發(fā)區(qū)段流體連通，所述蒸發(fā)區(qū)段與精整區(qū)段流體連通并且具有通往冷凝區(qū)段的氣流管線;所述精整區(qū)段具有通往粉塵洗滌區(qū)段的氣流管線，其中該方法包括:在精整區(qū)段和粉塵洗滌區(qū)段之間安裝第一驟冷系統(tǒng)，所述驟冷系統(tǒng)與處于精整區(qū)段和粉塵洗滌區(qū)段之間的氣流管線流體連通；以及在第一驟冷系統(tǒng)的下游安裝至少一個(gè)第二驟冷系統(tǒng)，其中第一和第二驟冷系統(tǒng)可彼此獨(dú)立地操作，術(shù)語下游是參照氣體流從精整區(qū)段至粉塵洗滌區(qū)段的預(yù)期流動(dòng)方向定義的。在又另一方面，所述第一和第二驟冷系統(tǒng)各自任選地形成再循環(huán)回路的一部分，其可彼此獨(dú)立操作。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的優(yōu)選系統(tǒng)的示意圖，圖中示出氣流流動(dòng)；
[0023]圖2是本發(fā)明的同一優(yōu)選系統(tǒng)的示意圖，圖中示出水流流動(dòng)。
【具體實(shí)施方式】
[0024]在廣義上，本發(fā)明基于以下合理的理論:涉及用水性液體進(jìn)行驟冷而從氣體中捕集可溶顆粒物，可通過以至少兩個(gè)階段進(jìn)行驟冷來改善。因此，先進(jìn)行這些驟冷階段，再進(jìn)行后續(xù)的洗滌(清洗)步驟，也就是說，通過使驟冷后的氣體穿過至少一個(gè)粒子捕集區(qū)。根據(jù)本發(fā)明，在后續(xù)驟冷階段中的水性液體具有較低濃度的待去除的可溶顆粒物。
[0025]其中，在本說明書中提及了“流體連通”，這是指設(shè)備的第一部分或區(qū)段與設(shè)備的第二部分或區(qū)段之間的任意連接，流體尤其是液體可經(jīng)其從設(shè)備的第一部分流動(dòng)到設(shè)備的第二部分。這種流體連通通常是通過管道系統(tǒng)、軟管、導(dǎo)管、栗或本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的用于運(yùn)輸流體的其他裝置來提供。流體連通可為直接流體連通，諸如上述內(nèi)容中不涉及除了流體運(yùn)輸裝置本身以外的任何其他設(shè)備的任意流體連通。流體連通還可為間接的，其中流體可通過管道系統(tǒng)、軟管、導(dǎo)管或栗，并且還包括其他設(shè)備如汽提器或反應(yīng)器而運(yùn)輸。
[0026]其中，在本說明書中提及了“氣流管線”，這是指設(shè)備的第一部分或區(qū)段與設(shè)備的第二部分或區(qū)段之間的任意連接，氣體或蒸氣尤其是水蒸氣可經(jīng)其從設(shè)備的第一部分流動(dòng)到設(shè)備的第二部分。此類氣流管線通常包括管道系統(tǒng)、導(dǎo)管、風(fēng)扇或本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知用于運(yùn)輸氣體的其他裝置，如果需要的話在高于或低于(真空)大氣壓下。
[0027]在提及“文丘里洗滌器”時(shí)，可以是指單個(gè)文丘里洗滌器或多個(gè)文丘里洗滌器。此外，一個(gè)或多個(gè)文丘里洗滌器自身可包括一個(gè)或多個(gè)文丘里管。
[0028]本發(fā)明尤其涉及尿素精整。尿素生產(chǎn)工藝中的這個(gè)部分是指獲得固體尿素的區(qū)段。
[0029]精整區(qū)段可為造粒塔、成粒區(qū)段、制粒區(qū)段或基于任何其他精整技術(shù)的區(qū)段或設(shè)備。成粒區(qū)段可為流化床成粒，或鼓式成粒，或盤式成粒，或任何其他類似和已知的成粒裝置。這種精整區(qū)段的主要功能是將如從尿素合成獲得的尿素熔體轉(zhuǎn)移至固化粒子流中。這些固化粒子，通常被稱為“丸粒”或“顆?！保莵碜阅蛩卦O(shè)備的主要產(chǎn)物流。在任何情況下，為了將尿素從液相轉(zhuǎn)移到固相，必須除去結(jié)晶熱。此外，通常從固化尿素粒子去除一些額外的熱量，以將其冷卻至適于進(jìn)一步加工和處理(包括這種最終產(chǎn)品的安全和舒適的儲(chǔ)存和運(yùn)輸)的溫度。在精整區(qū)段中所產(chǎn)生的總熱量去除通常以兩種方式進(jìn)行:(i)通過水的蒸發(fā)。這種水作為尿素熔體的一部分進(jìn)入精整區(qū)段，或者以液態(tài)水形式噴灑在精整工藝中的適當(dāng)位置；(ii)通過用空氣冷卻。通常通過用空氣冷卻來去除大部分的結(jié)晶/冷卻熱。冷卻過程的冷卻空氣以升高的溫度離開精整區(qū)段。每kg最終固化產(chǎn)品通常施用等于3_30kg的量的空氣，優(yōu)選地3-10kg的量的空氣。這是尿素生產(chǎn)設(shè)備的精整區(qū)段的典型廢氣。
[0030]在精整區(qū)段中，空氣與尿素熔體和固化尿素粒子直接接觸。這無意中導(dǎo)致空氣在一定程度上被一些尿素粉塵和氨污染。取決于精整區(qū)段(造粒/成粒、成粒類型、在成粒中選擇的條件)的性質(zhì)，在空氣中存在的粉塵量可能差異很大，已觀察到在0.05重量％至10重量％ (相對(duì)于最終產(chǎn)品流而言)范圍內(nèi)的值。對(duì)于基于成粒的精整區(qū)段，粉塵量更典型地在2重量％至8重量％的范圍內(nèi)。出于環(huán)境或經(jīng)濟(jì)考慮，粉塵在廢氣中的這種存在通常使得需要除塵系統(tǒng)，隨后才可以將空氣再排放回大氣中。
[0031]在粉塵洗滌區(qū)段中，通常使用循環(huán)尿素溶液作為洗滌劑來進(jìn)行粉塵洗滌。除此之夕卜，通常施用淡水洗滌。在粉塵洗滌區(qū)段中，獲得尿素溶液的吹掃流。這種吹掃流通常含有濃度為10-60重量％的尿素。為了對(duì)存在于這種吹掃流中的尿素進(jìn)行再加工，使吹掃流返回至蒸發(fā)區(qū)段，它在蒸發(fā)區(qū)段中被進(jìn)一步濃縮，然后再循環(huán)至精整區(qū)段。清潔空氣從粉塵洗滌處排放到大氣中。
[0032]本發(fā)明的適用性不限于尿素精整。本發(fā)明可有利地用于對(duì)熱氣體流中所包含的可溶顆粒物進(jìn)行去除的所有情況。
[0033]根據(jù)本發(fā)明，在一個(gè)方面，提供了一種用于從氣體流中去除可溶顆粒物的方法。結(jié)合此方法，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，在本公開中術(shù)語“上游”和“下游”在任何情況下都是參照待處理氣體流的流動(dòng)方向定義的。這同樣適用于對(duì)本發(fā)明的系統(tǒng)和設(shè)備的描述。其中，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)把氣體流的預(yù)期流動(dòng)方向理解為從進(jìn)氣口到出氣口。
[0034]—般來講，可溶顆粒和不可溶顆粒都被捕集到粒子捕集裝置如洗滌器中。根據(jù)本發(fā)明，粒子捕集是在至少兩個(gè)驟冷階段的下游完成的?？扇茴w粒包括尿素，也包括例如來自回收鍋爐的鈉物質(zhì)。不可溶顆粒是指典型的無機(jī)污染物，諸如煤灰或沙。氣體也可溶于水中，進(jìn)而被洗滌器捕集。隨著溶質(zhì)的濃度接近其溶解度極限，任何指定粒子的溶解度可隨著液體的熱力學(xué)條件而變化。
[0035]所有或至少部分所捕集的顆粒物溶解于驟冷液體中。通常，0.1重量％至99.9重量％的所捕集可溶顆粒溶解于驟冷液體中。優(yōu)選地，至少50重量％的所捕集顆粒溶解于驟冷液體中，例如50重量％至95重量％，優(yōu)選地80重量％至95重量％
[0036]引入水溶液中的不可溶顆粒物通常保持固相，并且一般可從液體中濾出。這些不可溶粒子一般不影響周圍氣體中水的蒸氣壓。
[0037]引入水溶液中的可溶顆粒物通常溶解成液態(tài)，并且一般不可從液體中濾出。將可溶顆粒物溶解在水溶液中而制備的溶液會(huì)影響周圍氣體中水的蒸氣壓(如理想液體混合物的拉烏爾定律所描述的)。
[0038]此外，當(dāng)氣體(例如，氨氣)被洗滌器捕集時(shí)，其同樣可以是可溶的。氣體可任選地(例如，通過硫酸)中和，從而形成同樣可溶的產(chǎn)物(例如，硫酸銨)。作為原始?xì)怏w或中和產(chǎn)物的可溶氣體也將影響周圍氣體中水的蒸氣壓。
[0039]各種可溶顆?；驓怏w的混合物將對(duì)周圍氣體中水的蒸氣壓具有累積影響。
[0040]如果超出飽和條件，則一些溶質(zhì)可析出(例如，尿素將從溶液中結(jié)晶析出)，在這種情況下，可溶顆粒物有時(shí)可表現(xiàn)得相當(dāng)于不可溶顆粒物。
[0041]氣體流中的可溶顆粒的一個(gè)例子為來自尿素設(shè)備的精整區(qū)段的廢氣的尿素粉塵。
[0042]氣體流中的可溶氣體的一個(gè)例子為來自尿素設(shè)備的精整區(qū)段的廢氣的氨氣，可通過添加硫酸到液體溶液中來將氨氣中和成硫酸銨。
[0043]本發(fā)明的方法包括:用水性驟冷液體使氣體流經(jīng)受驟冷并且使驟冷后的氣體穿過粒子捕集區(qū)，其中使用上游驟冷液體和下游驟冷液體來使廢氣經(jīng)受至少兩個(gè)串聯(lián)的驟冷階段，其中下游驟冷液體相較于上游驟冷液體含有更低濃度的溶解的所述顆粒物。
[0044]驟冷液體一般為再利用的處理液，其來自與處理氣體流的設(shè)備相連接的鄰近設(shè)施或設(shè)備，或者來自同一設(shè)備的不同部分。更優(yōu)選地，驟冷液體自氣體處理過程本身再循環(huán)。
[0045]驟冷是指向氣體添加水(S卩，水性驟冷液體)，例如通過將水與氣體混合。這通常是通過一個(gè)或多個(gè)驟冷器，即用于將水引入氣體流中的裝置來進(jìn)行的。這種引入通常以使得水被較好分散到氣體中的方式來進(jìn)行，例如使在氣體中存在水滴。優(yōu)選地，通過將水噴灑在精整區(qū)段與粉塵洗滌區(qū)段之間的氣流管線中而將水引入氣體中。這可以通過將液體噴灑在粉塵洗滌區(qū)段之前的管道中來進(jìn)行。其也可以是配備有噴霧系統(tǒng)的單獨(dú)的腔室或塔。噴霧系統(tǒng)、合適的霧化噴嘴等是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。優(yōu)選地，噴灑足夠大量的液體，采用的噴灑方式和一致性(consistency)使得足量水蒸發(fā)，從而利用液體水噴霧使氣體因接近熱力學(xué)平衡條件的水蒸氣達(dá)到飽和。
[0046]值得注意的是，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，驟冷與洗滌具有根本上的不同。驟冷的目的為調(diào)節(jié)氣體流，具體地講，通過產(chǎn)生相對(duì)濕度(RH)為100%的氣氛來調(diào)節(jié)氣體流。通常，這是通過以下步驟完成的:將驟冷液體與氣體流并流同向噴灑，并且/或者提供驟冷腔室，在該驟冷腔室中使氣體和驟冷液體停留足夠長(zhǎng)的時(shí)間以使待調(diào)節(jié)的氣體處于或者至少接近100%RH。在另一方面，清洗(或洗滌)操作與調(diào)節(jié)氣氛無關(guān)，但會(huì)引起待清洗(S卩，洗滌)的氣體與洗滌液體之間的物理接觸，在此之后一般會(huì)預(yù)見到立即去除洗滌液體。因此，氣體流的清洗(洗滌)通常涉及使氣體與逆流或錯(cuò)流的洗滌液體流接觸。
[0047]利用噴霧驟冷器的驟冷區(qū)段優(yōu)選包括(a)其中通過水的引入(例如注入)和蒸發(fā)來冷卻待驟冷的氣體的區(qū)段；(b)顆粒物(粉塵)捕集盆，用于收集從氣體除掉的粉塵；(C)由配備有注射噴嘴的噴管組成的噴霧器系統(tǒng)，和(d)具有栗的供水系統(tǒng)。
[0048]在將補(bǔ)充水添加到水性驟冷液體中之前，通常借由驟冷液體的再循環(huán)來使溶液濃度循環(huán)上升。后者也是本領(lǐng)域技術(shù)人員從工藝經(jīng)濟(jì)角度考慮時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)選擇。一般來講，驟冷液體會(huì)持續(xù)再循環(huán)，直至溶解顆粒的溶液濃度高達(dá)50重量％，然后提取或排出該溶液。在實(shí)施過程中，持續(xù)提取一部分包含所需濃度的溶解顆粒物的循環(huán)流體。這種所提取的液體有時(shí)被稱為吹掃(purge)液體或吹除(blowdown)液體。與此同時(shí)，通過添加補(bǔ)充水來稀釋剩余液體，補(bǔ)充水可為淡水或更稀的液流(例如，下游驟冷液流)。
[0049]在本發(fā)明中，在第一驟冷階段，使所捕集的顆粒以高濃度再循環(huán)，然后將其提取以便再利用或處置。在更下游的氣體中，第二驟冷階段再循環(huán)的水具有低得多的溶解顆粒濃度。
[0050]在本發(fā)明中，在第二(下游)驟冷過程之后，可使更下游的氣體送往具有更加低濃度顆粒物的水性驟冷液體，該水性驟冷液體至多為可用于最終驟冷的相對(duì)較純的(淡)水。
[0051]在各個(gè)驟冷區(qū)段，存在三種液體流:(a)從氣體中被捕集的溶解顆粒物，(b)離開的吹掃液體或吹除液體，其包含高濃度的溶解顆粒物，以及(C)進(jìn)入的新鮮補(bǔ)充水，其含有較低濃度的溶解顆粒物或不含溶解顆粒物。
[0052]將驟冷后的氣體引導(dǎo)至粒子捕集區(qū)?！傲Ｗ硬都瘏^(qū)”是指使氣體經(jīng)受去除其中顆粒物的條件的區(qū)段。通常，這是指粒子捕集容器，諸如濕式洗滌器。其還可是指例如文丘里洗滌器或者濕式靜電除塵器(WESP)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，粒子捕集區(qū)包括串聯(lián)組合的濕式洗滌器(諸如，盤式洗滌器)和其下游的文丘里洗滌器。更優(yōu)選地，文丘里洗滌器包括多個(gè)平行的文丘里管。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，WESP位于濕式洗滌器的下游，或者文丘里洗滌器的下游，或者最優(yōu)選地串聯(lián)在濕式洗滌器和文丘里洗滌器之后。
[0053]在這些和其他實(shí)施例中，在調(diào)節(jié)塔盤階段(濕式洗滌器)，水或另一種水性液體持續(xù)流過一個(gè)或多個(gè)水平塔盤。優(yōu)選地，在塔盤階段流過一個(gè)或多個(gè)塔盤的水流量介于每立方米氣體0.05升至0.70升水之間。最優(yōu)選地，在塔盤階段流過一個(gè)或多個(gè)塔盤的水流量介于每立方米氣體0.10升至0.35升水之間。塔盤階段的水源可與其他階段共享。
[0054]在這些和其他實(shí)施例中，在文丘里階段(文丘里洗滌器)且優(yōu)選地多個(gè)平行的文丘里管階段中，細(xì)密水霧持續(xù)噴灑到每個(gè)文丘里管的入口噴嘴內(nèi)。優(yōu)選地，每個(gè)文丘里管的入口水流量介于每立方米氣流0.10升至1.5升水之間，并且細(xì)密霧的平均液滴直徑小于200μm。最優(yōu)選地，每個(gè)文丘里管的入口水流量介于每立方米氣流0.25升至0.70升水之間，并且細(xì)密霧的平均液滴直徑小于150μπι。
[0055]在這些和其他實(shí)施例中，在多個(gè)平行的文丘里管階段中，細(xì)密水霧逆著氣體流持續(xù)噴灑到每個(gè)文丘里管的喉部。優(yōu)選地，每個(gè)文丘里管的逆流喉部流量介于每立方米氣流0.05升至0.70升水之間，并且細(xì)密霧的平均液滴直徑小于300μπι。最優(yōu)選地，每個(gè)文丘里管的逆流喉部流量介于每立方米氣流0.10升至0.35升水之間，并且細(xì)密霧的平均液滴直徑小于 200μηι。
[0056]在這些和其他實(shí)施例中，濕式靜電除塵器位于驟冷過程之后，任選地后接有塔盤調(diào)節(jié)和/或文丘里管洗滌，并且尺寸設(shè)置成拋光濕式靜電除塵器。拋光濕式靜電除塵器的優(yōu)選比收集面積介于每立方米氣流10至100平方米收集面積之間。最優(yōu)選地，拋光濕式靜電除塵器的比收集面積介于每立方米氣流20至50平方米收集面積之間。
[0057]不希望受理論約束，本發(fā)明人認(rèn)為本發(fā)明有效地利用了以下現(xiàn)象。包含高濃度溶解顆粒(如尿素)的水相較于包含低濃度溶解顆粒的水會(huì)產(chǎn)生更低的蒸氣壓。如此，即使氣體溫度不改變，氣相中的水量也會(huì)顯著變化。在40°C左右，濃尿素溶液上的水分壓為5.3體積％，而稀尿素溶液上的水分壓為5.6體積％。當(dāng)未進(jìn)行稀驟冷噴灑時(shí)，冷凝停止并且顆粒物尺寸停止增長(zhǎng)。所得較小粒子更加難以通過文丘里洗滌器或濕式靜電除塵器從下游氣體中捕集。增加使用更稀的水性驟冷液體(即，相較于初始再循環(huán)的上游驟冷液體具有更低濃度的溶解顆粒物的水性驟冷液體)的驟冷步驟將導(dǎo)致氣體中存在的水發(fā)生進(jìn)一步蒸發(fā)，并使氣體中的顆粒物進(jìn)一步生長(zhǎng)(并且由此捕集)。
[0058]在一個(gè)典型實(shí)施例中，在第一驟冷階段，水通過液壓噴嘴持續(xù)再循環(huán)并且收集在貯存器中，該貯存器可以或者可以不整合進(jìn)洗滌器容器的底部。優(yōu)選地，第一驟冷的水流量介于每立方米氣流0.10至1.5升水之間。最優(yōu)選地，第一驟冷的水流量介于每立方米氣流0.25至0.70升水之間。第一水性驟冷液體中的溶解顆粒(例如，尿素)的濃度優(yōu)選地介于20重量％至50重量％之間。最優(yōu)選地，介于40重量%至45重量％之間。
[0059]在一個(gè)典型實(shí)施例中，在位于下游的第二驟冷階段中，水通過液壓噴嘴持續(xù)再循環(huán)并且收集在貯存器中。優(yōu)選地，第二驟冷的水流量介于每立方米氣流0.01至0.30升水之間。最優(yōu)選地，第二驟冷的水流量相對(duì)于每立方米進(jìn)入第二驟冷階段的氣流介于0.03至0.15升水之間。第二水性驟冷液體中的溶解顆粒(例如，尿素)的濃度優(yōu)選地介于0.1重量％至5重量％之間。最優(yōu)選地，介于0.5重量％至2重量％之間。
[0060]在尿素精整的情況下，來自精整區(qū)段(例如流化床成粒機(jī)的造粒塔)的廢氣(或“氣態(tài)流出物”)預(yù)期包括在其中夾帶有液體或固體顆粒材料的流出物流，包括可隨著流出物流被冷卻而冷凝的蒸氣。
[0061]在驟冷區(qū)中，氣態(tài)流出物被冷卻至低得多的溫度，在尿素精整區(qū)段的廢氣的情況下，優(yōu)選低于約45°C。許多冷卻熱流出物氣流的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。
[0062]這是噴霧驟冷意料之外的益處。在與尿素?zé)o關(guān)，但例如與煙道氣有關(guān)的領(lǐng)域中，冷卻氣態(tài)流出物對(duì)于過飽和體系有影響。其中，將流出物冷卻造成流出物流中的可冷凝蒸氣經(jīng)歷相變。這些蒸氣的冷凝將自然地發(fā)生在流出物流中充當(dāng)成核點(diǎn)的粒子周圍。因此，出于以下兩個(gè)原因，流出物流的預(yù)冷卻是有用的。第一，可冷凝污染物被轉(zhuǎn)化為液相并且從而更容易從流出物中去除。第二，成核過程增大了流出物中的先已存在的粒子的尺寸，從而使得更容易將其去除。
[0063]通過驟冷去除較大的粒子防止較大的粒子與亞微米粒子競(jìng)爭(zhēng)作為成核位點(diǎn)。如上所述，理想的是亞微米粒子由于冷凝而尺寸增加，以使得它們更容易從流出物流中去除。
[0064]事實(shí)是，通過噴霧驟冷，在亞飽和尿素精整廢氣中，與水的相互作用能夠促進(jìn)粉塵的有效去除，因此這是令人驚訝的。不希望受理論約束，本發(fā)明人認(rèn)為，這種作用是由噴灑水的蒸發(fā)引起的。這造成了溫度下降，增加了氣相中的水量，并且減少了達(dá)到飽和所需的氣相中的水量。因此，使得水與亞微米粉塵之間的相互作用成為可能。
[0065]特別是在尿素精整領(lǐng)域中，例如在尿素成粒技術(shù)中，公認(rèn)實(shí)施過程中難以獲得精整步驟下游的過飽和氣流。這是由于在來自尿素精整(例如來自成粒機(jī))的廢氣中天然存在著大量相對(duì)干燥的空氣，因而含水量低，再加上尿素粉塵具有吸濕性，因此難以獲得過飽和氣流。對(duì)于離開燃燒裝置的煙道氣，使用驟冷噴霧更容易達(dá)到飽和，這是由于可用于蒸發(fā)噴灑水的溫度較高，同時(shí)入口水蒸氣濃度相對(duì)較高。
[0066]然而，與本領(lǐng)域公認(rèn)的看法相反，本發(fā)明人驚訝地發(fā)現(xiàn)，在驟冷時(shí)相對(duì)大量的水冷凝在微米尺寸和亞微米尺寸的尿素粒子上。這導(dǎo)致微米尺寸和亞微米尺寸粒子的顯著生長(zhǎng)。由于水在亞微米尺寸粒子上的冷凝而導(dǎo)致的所述粒子的這種生長(zhǎng)導(dǎo)致了顯著較大的粒徑，其使得粒子在驟冷區(qū)下游的粒子捕集區(qū)中在可接受的壓降下更容易被收集/捕獲。
[0067]前述方法在非常適合用于從尿素精整區(qū)段的廢氣中去除可溶顆粒物(尿素粉塵)的同時(shí)，還可用于從其他(熱)氣體中去除其他可溶顆粒物。例如，在制漿造紙工業(yè)中使用回收鍋爐以濃縮和再循環(huán)可溶的鈉化合物。又如，使用洗滌器從化石燃料燃燒過程中捕集酸性氣體，這些酸性氣體在被捕集并且使用中和劑中和時(shí)表現(xiàn)得相當(dāng)于可溶顆粒。
[0068]在這些實(shí)施例和其他實(shí)施例中，一些酸性顆?；蛩嵝詺怏w可通過添加選自以下的堿性試劑來化學(xué)中和:苛性堿(caust i c )、石灰、石灰石、熟石灰、飛灰、氧化鎂、蘇打灰、碳酸氫鈉、碳酸鈉以及它們的混合物。一些堿性顆?；驂A性氣體可通過添加選自以下的酸性試劑來化學(xué)中和:乙酸、硼酸、碳酸、檸檬酸、鹽酸、氫氟酸、硝酸、草酸、磷酸、硫酸以及它們的混合物。
[0069]本發(fā)明還涉及用于進(jìn)行上述方法的設(shè)備。
[0070]這種設(shè)備在一個(gè)實(shí)施例中是指粒子捕集系統(tǒng)(S卩，按照從上游至下游的順序所描述的):進(jìn)氣口、第一驟冷區(qū)、粒子捕集區(qū)以及出氣口，所述第一驟冷區(qū)包括:用于分配驟冷液體的進(jìn)液口、位于進(jìn)液口的下游并通往粒子捕集區(qū)的氣流管線、以及用于驟冷液體的出液口，所述進(jìn)液口和出液口任選地形成驟冷液體的第一再循環(huán)回路的一部分，其中在第一驟冷區(qū)的下游和粒子捕集區(qū)的出氣口的上游提供至少第二驟冷區(qū)，所述第二驟冷區(qū)具有用于驟冷液體的進(jìn)液口和出液口，其中第二驟冷區(qū)的進(jìn)液口和出液口任選地形成第二再循環(huán)回路的一部分，所述第二再循環(huán)回路可獨(dú)立于所述第一再循環(huán)回路操作。通過設(shè)置兩個(gè)具有可獨(dú)立操作的再循環(huán)回路的驟冷區(qū)，可以確保在任一回路中再循環(huán)的水性驟冷液體具有所需的不同特性，即，相對(duì)于在本發(fā)明的方法中應(yīng)用的至少兩個(gè)驟冷區(qū)而言，所述水性驟冷液體可基本上如前所述具有不同的顆粒物濃度。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中，粒子捕集區(qū)包括選自以下的粒子捕集裝置:濕式洗滌器、文丘里洗滌器、濕式靜電除塵器以及它們的組合。這些裝置，以及這些裝置可組合的方式基本上如上所述。
[0071]本發(fā)明還涉及其中優(yōu)選使用上述粒子捕集系統(tǒng)的設(shè)備，即用于尿素設(shè)備的精整設(shè)備。其中存在尿素精整裝置，其包含執(zhí)行其功能的適當(dāng)屬性。這些屬性是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，并且通常包括液體尿素入口、冷卻氣體入口、固體尿素收集器(通常:尿素粒子，優(yōu)選是顆粒)和廢氣出口。廢氣出口基本上如前文所述那樣與粒子捕集系統(tǒng)的入口流體連通(通常通過氣流管線)。根據(jù)本發(fā)明，第一驟冷系統(tǒng)，優(yōu)選是噴霧驟冷器，安裝在尿素精整裝置與粒子捕集區(qū)之間。應(yīng)理解，驟冷系統(tǒng)安裝成使得從其中噴灑的水進(jìn)入流自精整區(qū)段的出口和粒子捕集區(qū)的入口的氣體流。第二驟冷區(qū)設(shè)置在第一驟冷區(qū)的下游，一般在粒子捕集區(qū)的進(jìn)氣口的上游或者在粒子捕集區(qū)的進(jìn)氣口處。
[0072]應(yīng)理解，在本發(fā)明的所有方面，第二驟冷區(qū)可在粒子捕集區(qū)的上游，但是也可包括在粒子捕集區(qū)中(例如，濕式洗滌器的下游和文丘里洗滌器的上游)，即第二驟冷區(qū)在粒子捕集區(qū)的出氣口的上游。
[0073]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，粒子捕集區(qū)包括多個(gè)平行操作的文丘里洗滌器。優(yōu)選地，除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)成使得這些平行文丘里管可彼此獨(dú)立地操作，即同時(shí)使用的文丘里管的數(shù)目，可在工藝過程中按需要調(diào)整。優(yōu)選的系統(tǒng)是由EnviroCare公司提供的系統(tǒng)。
[0074]EnviroCare洗滌器由驟冷區(qū)段組成，其下游安裝有所謂的MMV(微霧文丘里)區(qū)段。所述MMV區(qū)段由多個(gè)平行的文丘里管組成。在MMV區(qū)段中，大量的液體通過單相噴嘴與氣流呈順流噴灑在文丘里管的喉部中，從而產(chǎn)生一致和可調(diào)節(jié)的液滴尺寸，通常在50μπι至700μπι范圍內(nèi)。液滴尺寸是可用于控制粉塵去除效率的參數(shù)之一。
[0075]在文丘里管中，顆粒物與水滴之間發(fā)生緊密接觸。顆粒物與水滴之間出現(xiàn)多個(gè)通道，這是因?yàn)樽畛跛伪粴饬骷铀?并因此具有比氣流更低的速度)，而在文丘里管的后部分中，由于膨脹，氣體速度降低，而液滴處于特定速度并由于慣性而保持其速度(現(xiàn)在液滴具有比氣流更高的速度)。
[0076]以與氣流呈逆流的方式進(jìn)行所謂的喉部噴霧，其控制在文丘里區(qū)段的壓降。以這種方式，氣流波動(dòng)可以在或多或少的恒定效率下調(diào)節(jié)。
[0077]因此，雖然在標(biāo)準(zhǔn)的文丘里管中，通過剪切力產(chǎn)生水滴(或者更確切地說，水片段)，但在EnviroCare概念中，產(chǎn)生特定尺寸(和形狀)的水滴。這確保了水的較好和有效的分布以及因此較好的洗滌。因此，雖然在標(biāo)準(zhǔn)的文丘里洗滌器中，水的混合取決于剪切質(zhì)量、喉部和發(fā)散區(qū)內(nèi)部的流動(dòng)模式，但在EnviroCare概念中，混合得到控制。
[0078]雖然標(biāo)準(zhǔn)的文丘里洗滌器的收集效率強(qiáng)烈取決于氣流波動(dòng)(因此壓降波動(dòng))，但EnviroCare洗滌器通過喉部噴霧控制壓降。
[0079]粒子捕集區(qū)優(yōu)選地包括容納在洗滌器容器中的多個(gè)文丘里管。所有的文丘里管基本上相同，并且具有類似的設(shè)計(jì)。使用多個(gè)文丘里管的優(yōu)點(diǎn)是，允許更緊湊的整體設(shè)計(jì)并且降低了單獨(dú)的噴嘴的尺寸。更小的噴嘴能夠更好地產(chǎn)生效率所需的精細(xì)洗滌液滴。更小的文丘里管產(chǎn)生更好的氣-液相互作用。對(duì)于指定尺寸的文丘里管，減少平行文丘里管的數(shù)目將增大捕集效率和壓降。
[0080]在本發(fā)明中使用的洗滌器設(shè)計(jì)特別適合于改造現(xiàn)有的污染控制設(shè)備以提高洗滌效率并降低運(yùn)營(yíng)成本。為了改造現(xiàn)有的低能量沖擊洗滌器，多個(gè)文丘里管可容納在沖擊腔室中或在一個(gè)或多個(gè)沖擊板后的腔室延伸部分中。
[0081]驟冷區(qū)段被設(shè)置在MMV洗滌塔上游的氣體管道中并且洗滌溶液提供在用于對(duì)來自流化床成粒機(jī)的氣體流出物進(jìn)行驟冷和冷卻的區(qū)段(或其他精整區(qū)段)處。驟冷區(qū)段執(zhí)行對(duì)氣體流絕熱加濕和冷卻或驟冷的功能。在尿素精整區(qū)段的廢氣流的情況下，在驟冷步驟期間氣體可從約100°c冷卻至約50 °C的溫度。在離開回收鍋爐的煙道氣的情況下，在驟冷步驟期間氣體可從約250°C冷卻至約70°C的溫度。所得溫度在熱力學(xué)上取決于入口氣體流量、溫度和物質(zhì)濃度，以及驟冷水流量、溫度和化學(xué)組成(makeup)。
[0082]本發(fā)明還涉及包括如上所述的精整區(qū)段的尿素設(shè)備。更具體地，本發(fā)明的尿素設(shè)備包括合成與回收區(qū)段;所述區(qū)段與蒸發(fā)區(qū)段流體連通，所述蒸發(fā)區(qū)段與精整區(qū)段流體連通并且具有通往冷凝區(qū)段的氣流管線;并且所述精整區(qū)段具有通往粉塵洗滌區(qū)段的氣流管線，其中所述精整區(qū)段包括基本上如上文所述的尿素精整設(shè)備。
[0083]本發(fā)明適用于構(gòu)造新型尿素設(shè)備(“草根”設(shè)備)以及改造現(xiàn)有尿素設(shè)備。
[0084]應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明的新型設(shè)備可恰好構(gòu)建為與上述內(nèi)容相適應(yīng)。在改造現(xiàn)有設(shè)備中，本發(fā)明涉及改造現(xiàn)有尿素設(shè)備的方法，使得確保設(shè)備如上所述至少具有雙驟冷區(qū)。該方法用于改造現(xiàn)有尿素設(shè)備。所述現(xiàn)有設(shè)備通常包括合成與回收區(qū)段;所述區(qū)段與蒸發(fā)區(qū)段流體連通，所述蒸發(fā)區(qū)段與精整區(qū)段流體連通并且具有通往冷凝區(qū)段的氣流管線;所述精整區(qū)段具有通往粉塵洗滌區(qū)段的氣流管線。改造現(xiàn)有尿素設(shè)備的方法根據(jù)本發(fā)明包括:在精整區(qū)段和粉塵洗滌區(qū)段之間安裝第一驟冷系統(tǒng)，所述驟冷系統(tǒng)與精整區(qū)段和粉塵洗滌區(qū)段之間的氣流管線流體連通；以及在第一驟冷系統(tǒng)的下游安裝至少一個(gè)第二驟冷系統(tǒng)，其中第一和第二驟冷系統(tǒng)各自形成可彼此獨(dú)立操作的再循環(huán)回路的一部分。
[0085]本發(fā)明不限于任何特定的尿素生產(chǎn)方法。
[0086]經(jīng)常使用的根據(jù)汽提工藝用于制備尿素的方法是二氧化碳汽提方法，如例如Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry(烏爾曼工業(yè)化學(xué)百科全書)，第A27卷，1996年，第333-350頁中所述。在這種方法中，合成區(qū)段后接一個(gè)或多個(gè)回收區(qū)段。合成區(qū)段包括反應(yīng)器、汽提器、冷凝器和洗滌器，其中操作壓力為12至ISMPa并且優(yōu)選為13至16MPa。在合成區(qū)段中，離開尿素反應(yīng)器的尿素溶液被供給到汽提器，其中大量的未轉(zhuǎn)化的氨和二氧化碳與尿素水溶液分離。這種汽提器可以是殼管式熱交換器，其中尿素溶液在管側(cè)被供給到頂部，并且進(jìn)料至合成過程的二氧化碳被添加至汽提器的底部。在殼側(cè)，添加蒸汽以加熱溶液。尿素溶液在底部離開熱交換器，而氣相在頂部離開汽提器。離開所述汽提器的蒸氣含有氨、二氧化碳和少量的水。所述蒸氣在降膜型熱交換器或者可為水平型或垂直型的浸沒型冷凝器中冷凝。水平型浸沒式熱交換器描述于Ullmann’s Encyclopedia ofIndustrial Chemistry(烏爾曼工業(yè)化學(xué)百科全書)，第A27卷，1996年，第333-350頁中。在所述冷凝器中由放熱氨基甲酸鹽縮合反應(yīng)釋放的熱量通常用于產(chǎn)生蒸汽，其被用于在下游尿素加工區(qū)段中對(duì)尿素溶液進(jìn)行加熱和濃縮。由于在浸沒型冷凝器中產(chǎn)生一定的液體滯留時(shí)間，因此一部分尿素反應(yīng)已在所述冷凝器中發(fā)生。所形成的含有冷凝氨、二氧化碳、水和尿素以及未冷凝的氨、二氧化碳和惰性蒸氣的溶液被運(yùn)送到反應(yīng)器。在反應(yīng)器中，從碳酸鹽到尿素的上述反應(yīng)接近平衡。離開反應(yīng)器的尿素溶液中的氨與二氧化碳的摩爾比一般為2.5至4mol/mol。也可以將冷凝器和反應(yīng)器組合在一件設(shè)備上。這件設(shè)備的實(shí)例如Ul Imann ’s Encyclopedia of Industrial Chemistry(烏爾曼工業(yè)化學(xué)百科全書)，第A27卷，1996年，第333-350頁中所述。離開尿素反應(yīng)器的所形成尿素溶液被供給到汽提器，并且含有未冷凝氨和二氧化碳的惰性蒸氣被運(yùn)送到在與反應(yīng)器類似的壓力下操作的洗滌區(qū)段。在所述洗滌區(qū)段中，從惰性蒸氣中洗滌氨和二氧化碳。來自下游回收系統(tǒng)的所形成的氨基甲酸鹽溶液被用作所述洗滌區(qū)段中的吸收劑。在這個(gè)合成區(qū)段中離開汽提器的尿素溶液需要至少45重量％并且優(yōu)選至少50重量％的尿素濃度以在汽提器下游的一個(gè)單個(gè)回收系統(tǒng)中進(jìn)行處理。回收區(qū)段包括加熱器、液體/氣體分離器和冷凝器。這個(gè)回收區(qū)段中的壓力為200至600kPa。在回收區(qū)段的加熱器中，通過加熱尿素溶液而將大部分的氨和二氧化碳與尿素和水相分離。通常使用蒸汽作為加熱劑。尿素和水相含有少量的溶解的氨和二氧化碳，其離開回收區(qū)段并被運(yùn)送到下游尿素加工區(qū)段，其中通過從所述溶液中蒸發(fā)水來濃縮尿素溶液。
[0087]其他方法和設(shè)備包括基于以下技術(shù)的方法和設(shè)備，例如:由UreaCasale開發(fā)的HEC方法，由Toyo Engineering Corporat1n開發(fā)的ACES方法，以及由Snamprogetti開發(fā)的方法。在本發(fā)明的尿素精整方法之前，可使用所有的這些方法和其他方法。
[0088]尿素精整技術(shù)，例如造粒和成粒，是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。關(guān)于尿素，參考例如Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry(烏爾曼工業(yè)化學(xué)百科全書)，2010年，第4.5章。
[0089]在下文中將參考以下附圖和實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明。所述附圖和實(shí)施例并非意在限制本發(fā)明。
[0090]座
[0091]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，在示出氣體流的圖1中示出，洗滌器容器I包含第一驟冷區(qū)2、濃溶液貯存器3、跨接管道4、第二驟冷區(qū)5、分離腔室6、稀溶液貯存器7、多個(gè)調(diào)節(jié)塔盤
8、多個(gè)平行文丘里管9、除霧器10、濕式靜電除塵器11以及出口管道12。帶顆粒氣體進(jìn)入驟冷區(qū)中，在驟冷區(qū)中熱氣體因水性驟冷液體的蒸發(fā)而冷卻。將溶解的顆粒收集在水中并且在貯存器3中濃縮。當(dāng)氣體離開驟冷區(qū)并且進(jìn)入洗滌器容器時(shí)，氣體再次用稀水性驟冷液體驟冷。在分離腔室6中，重液滴滴落而被收集到稀溶液貯存器7中。氣體繼續(xù)向上穿過一個(gè)(或多個(gè))調(diào)節(jié)塔盤8，然后穿過多個(gè)文丘里管9?？墒褂贸F器10。隨后氣體流過濕式靜電除塵器以去除大部分剩余的亞微米顆粒11，然后離開洗滌器12。
[0092]g2
[0093]在示出了水流的圖2中，示出了驟冷和洗滌器容器，總體指示為I。在驟冷區(qū)2的頂部附近使用噴嘴注入第一驟冷區(qū)的濃水溶液。從濃溶液貯存器收集和提取未蒸發(fā)的水。將濃溶液再循環(huán)回驟冷噴霧，其中一部分排出以進(jìn)行再循環(huán)或處置。將稀溶液4噴灑入跨接管道或者直接噴灑入分離腔室5內(nèi)。將稀溶液收集到稀溶液貯存器中并提取6。可將稀溶液再循環(huán)回第二驟冷、進(jìn)行處置或在調(diào)節(jié)塔盤上或者在文丘里管中使用。將水栗送至文丘里管入口 8和文丘里管喉部9。未蒸發(fā)的水被捕獲到保持文丘里管的隔板(diaphragm)上并且向下瀉落至塔盤7 ο水繼續(xù)沿著塔盤向下瀉落，最終落入稀洗滌器貯存器中并被提取6。
[0094]實(shí)施例1
[0095]設(shè)計(jì)了尿素成粒機(jī)，其具有需要洗滌的含尿素廢氣。離開成粒機(jī)的空氣的溫度為100.5°C并且水蒸氣的摩爾分?jǐn)?shù)為3.1%。設(shè)計(jì)了驟冷噴霧器，其通過蒸發(fā)冷卻空氣，直至空氣流飽和并且水不再蒸發(fā)。使用熱力學(xué)算法并結(jié)合蒸氣表確定，當(dāng)使用純水時(shí)以上情況將在37.2°C的最終氣體溫度下發(fā)生，其中水蒸氣的摩爾分?jǐn)?shù)為6.4%。對(duì)于這一設(shè)計(jì)項(xiàng)目，蒸發(fā)的水量經(jīng)計(jì)算為4.61L/s。然而，在實(shí)施過程中，驟冷噴霧將再循環(huán)直至尿素濃度增大至約45重量％。在此尿素濃度處，水的蒸氣壓會(huì)小很多。使用拉烏爾定律進(jìn)行估算并重復(fù)上述計(jì)算，發(fā)現(xiàn)新的飽和氣體溫度為39.4°C，水蒸氣摩爾分?jǐn)?shù)為5.8%。雖然飽和溫度高出了 2.2°C，但是氣態(tài)水的摩爾分?jǐn)?shù)降低了 10%以上。就所設(shè)計(jì)的實(shí)施例而言，預(yù)測(cè)僅蒸發(fā)3.66L/s。在濃驟冷階段的下游，當(dāng)氣體暴露于稀水時(shí)，飽和條件將匹配第一種情況，因而需要額外
0.95L/s的蒸發(fā)。為了同樣促進(jìn)亞微米顆粒生長(zhǎng)，需要第二稀驟冷。
[0096]實(shí)施例2
[0097]用僅安裝有一個(gè)驟冷的洗滌器，從造紙廠回收鍋爐的221°C且30%濕度的排出氣體中捕集硫酸鈉。在驟冷水更新并且硫酸鈉的濃度保持較低的情況下，計(jì)算出的飽和溫度為74°C，氣相中具有36.5%的水蒸氣。然而，造紙廠傾向于使硫酸鈉的濃度循環(huán)上升至16%的波美度。在此濃度處，飽和溫度上升至76°C，其中氣相中具有僅36.2 %的濕度。這造成了下游蒸發(fā)繼續(xù)但是亞微米顆粒的尺寸無法充分生長(zhǎng)的情況。在高波美度條件下，顆粒排放量增大。第二新鮮(或者稀的)水驟冷將增強(qiáng)洗滌器的粒子捕集性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于從氣體流中去除可溶顆粒物的方法，所述方法包括使用水性驟冷液體使所述氣體流經(jīng)受驟冷并且使所驟冷的氣體穿過至少一個(gè)粒子捕集區(qū)，其中使用上游驟冷液體和下游驟冷液體在至少兩個(gè)串聯(lián)階段中使所述氣體流經(jīng)受所述驟冷，其中術(shù)語上游和下游是參照所述氣體流的流動(dòng)方向定義的，其中可溶顆粒物溶解于所述水性驟冷液體中并且其中所述下游驟冷液體相較于所述上游驟冷液體具有更低濃度的溶解的所述顆粒物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述驟冷是通過噴灑進(jìn)行的。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述上游驟冷液體中的溶解顆粒的濃度介于20 %至50 %之間，優(yōu)選地介于40 %至45 %之間。4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述下游驟冷液體中的溶解顆粒的濃度介于0.1 %至5%之間，優(yōu)選地介于0.5%至2%之間。5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中待去除的顆粒物呈酸性，并且所述驟冷液體中的至少一者包括堿性試劑，所述堿性試劑選自:苛性堿、石灰、石灰石、熟石灰、飛灰、氧化鎂、蘇打灰、碳酸氫鈉、碳酸鈉以及它們的混合物。6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中待去除的顆粒物呈堿性，并且所述驟冷液體中的至少一者包括酸性試劑，所述酸性試劑選自:乙酸、硼酸、碳酸、檸檬酸、鹽酸、氫氟酸、硝酸、草酸、磷酸、硫酸以及它們的混合物。7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述氣體流為尿素生產(chǎn)設(shè)備的精整區(qū)段的廢氣，并且所述顆粒物為尿素粉塵。8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述驟冷液體中的至少一者進(jìn)行再循環(huán)。9.一種粒子捕集系統(tǒng)，所述粒子捕集系統(tǒng)包括串聯(lián)的進(jìn)氣口、第一驟冷區(qū)、粒子捕集區(qū)以及出氣口，所述第一驟冷區(qū)包括:用于分配驟冷液體的進(jìn)液口、位于所述進(jìn)液口的下游并通往所述粒子捕集區(qū)的氣流管線以及用于所述驟冷液體的出液口，所述進(jìn)液口和所述出液口任選地形成用于所述驟冷液體的第一再循環(huán)回路的一部分，其中在所述第一驟冷區(qū)的下游和所述粒子捕集區(qū)的出氣口的上游設(shè)置至少第二驟冷區(qū)，所述第二驟冷區(qū)具有用于驟冷液體的進(jìn)液口和出液口，其中所述第二驟冷區(qū)的進(jìn)液口和出液口任選地形成第二再循環(huán)回路的一部分，所述第二再循環(huán)回路能夠獨(dú)立于所述第一再循環(huán)回路操作，術(shù)語下游是參照所述氣體流的流動(dòng)方向定義的。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述第一驟冷區(qū)和所述第二驟冷區(qū)能夠獨(dú)立地操作。11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的系統(tǒng)，其中所述粒子捕集區(qū)包括選自濕式洗滌器、文丘里洗滌器、濕式靜電除塵器以及它們的組合的粒子捕集裝置。12.—種用于尿素設(shè)備的精整設(shè)備，所述精整設(shè)備包括尿素精整裝置，所述尿素精整裝置包括液體尿素入口、冷卻氣體入口、固體尿素收集器、廢氣出口以及至少一個(gè)粒子捕集系統(tǒng)，其中所述粒子捕集系統(tǒng)是根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的系統(tǒng)，所述廢氣出口與所述粒子捕集裝置的進(jìn)氣口流體連通。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述尿素精整裝置是流化床成粒單元。14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的設(shè)備，還包括用于去除氨的酸洗滌器，所述酸洗滌器優(yōu)選地位于所述粒子捕集區(qū)的下游。15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述粒子捕集區(qū)包括一個(gè)或多個(gè)微霧文丘里(MMV)型文丘里洗滌器。16.—種尿素設(shè)備，包括合成與回收區(qū)段;所述區(qū)段與蒸發(fā)區(qū)段流體連通，所述蒸發(fā)區(qū)段與精整區(qū)段流體連通并且具有通往冷凝區(qū)段的氣流管線;并且所述精整區(qū)段具有通往粉塵洗滌區(qū)段的氣流管線，其中所述精整區(qū)段包括根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的設(shè)備。17.—種改造現(xiàn)有尿素設(shè)備的方法，所述現(xiàn)有尿素設(shè)備包括合成與回收區(qū)段;所述區(qū)段與蒸發(fā)區(qū)段流體連通，所述蒸發(fā)區(qū)段與精整區(qū)段流體連通并且具有通往冷凝區(qū)段的氣流管線;所述精整區(qū)段具有通往粉塵洗滌區(qū)段的氣流管線，其中所述方法包括:在所述精整區(qū)段和所述粉塵洗滌區(qū)段之間安裝第一驟冷系統(tǒng)，所述驟冷系統(tǒng)與處于所述精整區(qū)段和所述粉塵洗滌區(qū)段之間的氣流管線流體連通；以及在所述第一驟冷系統(tǒng)的下游安裝至少一個(gè)第二驟冷系統(tǒng)，其中所述第一驟冷系統(tǒng)和所述第二驟冷系統(tǒng)各自任選地形成能夠彼此獨(dú)立操作的再循環(huán)回路的一部分，術(shù)語下游是參照所述氣體流從所述精整區(qū)段至所述粉塵洗滌區(qū)段的預(yù)期流動(dòng)方向定義的。
【文檔編號(hào)】B01D47/06GK105916838SQ201480073189
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2014年11月14日
【發(fā)明人】B·S·希金斯
【申請(qǐng)人】斯塔米卡邦有限公司