專利名稱：一種高效復(fù)合式尿素廢液深度水解解吸塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及尿素生產(chǎn)過(guò)程所產(chǎn)生的含有氨、尿素、二氧化碳的廢水溶液(稱為尿素廢液)處理的一種高效塔，廢液經(jīng)處理后氨和尿素含量分別小于5ppm和lppm，PH = 7， 可以作為鍋爐或其它給水循環(huán)利用。
背景技術(shù)：
國(guó)內(nèi)近200套中小型尿素廠大多為20世紀(jì)50年代的水溶液全循環(huán)法尿素工藝， 存在著消耗高、排出廢液含氨和尿素嚴(yán)重超標(biāo)等問(wèn)題。這些中小型尿素裝置的工藝廢水經(jīng)過(guò)解吸后排放，含氨達(dá)(500 700) X 10_6，有時(shí)更高，所含尿素1. 0% 2%未經(jīng)水解回收， 不僅污染物嚴(yán)重超標(biāo)，而且加大了原料氨的消耗。目前我國(guó)排放標(biāo)準(zhǔn)為總氮< 50mg/L，而沿江河湖泊的地區(qū)則更為嚴(yán)格，要求小于15mg/L。由于合成氨氮工藝的復(fù)雜性及各種合成氨加工產(chǎn)品制造工藝的差異，氨氮廢水的排放量及水質(zhì)也相差較大，其中以合成氨低溫變換工藝?yán)淠?0. 3 0. 6VtNH3，NH3-N含量1. 0% 2. 5% )和尿素解吸廢水(0. 4t/t尿素，NH3-N含量700mg/L)中冊(cè)3排放量為最高。針對(duì)我國(guó)中小型尿素廠排出廢液氨氮含量嚴(yán)重超標(biāo)和裝置能力增加后原解吸塔大大超負(fù)荷的情況，研究開發(fā)尿素廢液深度水解解吸新工藝和高效設(shè)備就非常重要。深度水解技術(shù)是解決尿素生產(chǎn)中尿素工藝廢液NH3-N污染的有效技術(shù)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，尿素廢液處理技術(shù)已有三塔工藝改進(jìn)到兩塔工藝，現(xiàn)在已發(fā)展到最先進(jìn)的單塔工藝。單塔工藝中最關(guān)鍵的核心技術(shù)在于深度水解解吸塔的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
尿素生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生含氨NH35wt%左右、尿素2wt%左右和C025wt%左右的廢水溶液，即尿素廢液，本發(fā)明把尿素廢液處理的三個(gè)過(guò)程，即解吸-水解-汽提集成在一個(gè)塔內(nèi)完成，發(fā)明了高效復(fù)合式尿素廢液深度水解解吸塔，大大簡(jiǎn)化了流程結(jié)構(gòu)；對(duì)塔體及塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)進(jìn)行最佳設(shè)計(jì)，有效地解決了尿素分解所需停留時(shí)間、分解溫度和分離效率的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，處理后的尿素廢液含尿素彡IPRik含氨彡5PPm, PH值為7，實(shí)現(xiàn)氨和尿素的完全回收利用與廢水回用，顯著地降低了尿素生產(chǎn)過(guò)程的氨耗和能耗，并且設(shè)備具有非常大的操作彈性和穩(wěn)定性。本發(fā)明的技術(shù)方案高效復(fù)合式尿素廢液深度水解解吸塔結(jié)構(gòu)如說(shuō)明書附圖
所示，發(fā)明的要點(diǎn)如下1、高效復(fù)合式尿素廢液深度水解解吸塔主要有四段組成，即精餾段、解吸段、水解段和提濃段，每段結(jié)構(gòu)不同，承擔(dān)著不同的任務(wù)。2、采用高效規(guī)整填料和大持液量塔板的組合式塔體結(jié)構(gòu)，有效地解決了尿素分解所需停留時(shí)間、分解溫度和分離效率的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，提高了塔的分離效率和尿素的分解速度和深度，設(shè)備投資少、蒸汽用量小、操作費(fèi)用低。3、解吸段、水解段、提濃段和精餾段的主要功能。3. 1解吸段的主要功能經(jīng)過(guò)換熱升溫的尿素廢液由塔的F進(jìn)料口進(jìn)入塔內(nèi)，首先進(jìn)入解吸段，在此段，廢液往下流動(dòng)過(guò)程中被上升的汽體快速加熱，廢液中的NH3、CO2被快速解吸出去，該段裝有高效規(guī)整填料，分離效率很高，進(jìn)料中帶入的NH3和(X)2絕大部分被解吸出去，曾而減小在水解段尿素水解過(guò)程的逆反應(yīng)，加快和加深尿素在水解段的分解速度和深度。當(dāng)然，在解吸段，隨著廢液往下流動(dòng)和溫度的升高及NH3含量的減少，廢液中的尿素也有部分分解。3. 2水解段的主要功能尿素廢液進(jìn)塔經(jīng)過(guò)解吸段后進(jìn)入水解段，進(jìn)入時(shí)，溫度要提升到180°C以上，進(jìn)料帶入的NH3在解吸段已大部分被解吸出去，廢液中的尿素在水解段逐步水解生成NH3和CO2,因?yàn)樗夥磻?yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)，即
C0(NH2)2+H20 ν CO2+2NH3生成的NH3和(X)2在水解段要及時(shí)地從液相中分離出去，才能保證廢液中的尿素不斷水解，最后達(dá)到排放指標(biāo)(< lppm)。在水解段，是一個(gè)反應(yīng)和解吸的過(guò)程，要保證水解溫度大于180°C，溫度越高，水解效果越好；還要有足夠的分解時(shí)間和塔板的分離效率，該段采用大持液量高效板式塔結(jié)構(gòu)，塔板數(shù)要大于25塊，分解溫度要大于180°C。3. 3提濃段的主要功能水解后的廢液內(nèi)還含有微量的NH3、尿素及CO2，為了使排放水中NH3和尿素的含量分別達(dá)到5ppm和lppm，必須要進(jìn)一步汽提解吸，因?yàn)闈舛群艿停瑐髻|(zhì)推動(dòng)力非常小，需要的分離板數(shù)很多，這段采用高效規(guī)整填料，這樣可降低塔高，減小塔壓，提高了分離效率，大量節(jié)省了能耗。3. 4精餾段的主要功能控制塔頂ΝΗ3、0)2組成及甲銨液濃度。當(dāng)尿素水解解吸出的NH3、CO2和水在塔頂冷凝吸收器經(jīng)冷凝冷卻至一定溫度后，將發(fā)生如下反應(yīng)
2nh3(g)+c02(g) NnH2COONH4(S)反應(yīng)生成的氨基甲酸銨溶解于水中形成氨基甲酸銨水溶液，簡(jiǎn)稱甲銨液。該甲銨液返回尿素生產(chǎn)系統(tǒng)回收利用。由于精餾段的處理量較小，采用縮徑塔，以便增加塔的可操作性并節(jié)省設(shè)備投資。4、為了節(jié)省加熱蒸汽，在水解段和提濃段中間引入一定量的CO2作為氣提氣。為了使處理的廢水達(dá)到鍋爐給水和其它用水的標(biāo)準(zhǔn)，CO2在水解段和提濃段中間引入，使最后塔底排放水的PH = 7，為中性。CO2也可以在塔底引入，這時(shí)PH彡7，出水顯酸性。CO2引入量可根據(jù)生產(chǎn)需求及塔頂氣進(jìn)入吸收冷凝器中NH3和(X)2反應(yīng)生成氨基甲酸銨的濃度來(lái)調(diào)節(jié)。5、為了防止腐蝕，塔底引入少量的空氣。6、填料比表面積彡350m2/m3。7、水解段塔板采用浮閥塔板(包括改進(jìn)結(jié)構(gòu)的浮閥塔板)或泡罩塔板(包括改進(jìn)結(jié)構(gòu)的泡罩塔板)。8、尿素廢液進(jìn)塔條件為溫度140 175°C，壓力彡1.2Mpa，NH3的含量2 8wt%， CO2含量< 5wt%，尿素含量< 2.5wt%，其余為水。廢液經(jīng)過(guò)該設(shè)備，在塔底可以得到含 NH3 ( 5ppm，含尿素彡 lppm, PH = 7 的水。9、塔底操作壓力彡l.OMpa(G)；塔的操作溫度塔底彡185°C，塔頂操作溫度彡170°C，塔頂回流比0.06 0. 1。
10、該設(shè)備塔底通入的水蒸汽，壓力彡1. IMpa(G)；通入的CO2和空氣壓力 ^ 1. IMpa(G)。11、從解吸段到提濃段，液體在塔內(nèi)的液流強(qiáng)度4. 5 20m3/h.m2 ；每噸尿素廢液所用蒸汽量彡260kg。12、精餾段實(shí)際塔板數(shù)> 3塊，解吸段填料高度> 2m，水解段塔板數(shù)> 20塊，提濃段填料高度> an。13、塔徑根據(jù)生產(chǎn)能力來(lái)確定，塔的其它輔助結(jié)構(gòu)及尺寸可根據(jù)工藝及設(shè)備加工、 安裝及操作控制來(lái)設(shè)計(jì)。
實(shí)施例30萬(wàn)噸尿素裝置每年產(chǎn)生M萬(wàn)噸含有氨、尿素和(X)2的廢液，廢液中含NH35wt %、 C025wt%、尿素2wt%，處理后的水要求含尿素彡IPRik含氨彡5PRn，PH值為7。采用“高效復(fù)合式尿素廢液深度水解解吸塔”處理該廢液。該塔的結(jié)構(gòu)參數(shù)及操作條件如下1、尿素廢液深度水解解吸塔有四段組成，即精餾段、解吸段、水解段和提濃段。2、采用高效規(guī)整填料和大持液量塔板的組合式塔體結(jié)構(gòu)，解吸段和提濃段采用高效規(guī)整填料，水解段采大持液量浮閥塔板，精餾段采用浮閥塔板。3、為了節(jié)省加熱蒸汽，在水解段和提濃段中間引入一定量的CO2作為氣提氣。塔底排放水PH = 7。CO2引入量根據(jù)生產(chǎn)需求及塔頂氣進(jìn)入吸收冷凝器中NH3和(X)2反應(yīng)生成氨基甲酸銨的濃度來(lái)調(diào)節(jié)。4、為了防止腐蝕，塔底引入少量的空氣。5、填料比表面積500m2/m3。6、尿素廢液進(jìn)塔條件為溫度170°C，壓力1.2Mpa，NH3的含量5wt%，CO2含量 5wt%，尿素含量2wt%，其余為水。廢液經(jīng)過(guò)該塔，在塔底得到含NH34. 5ppm，含尿素0. 8ppm， PH = 7的水。7、塔底操作壓力1. 2Mpa(G)；塔的操作溫度塔底190°C，塔頂操作溫度165°C，塔頂回流比0. 07。8、該設(shè)備塔底通入的水蒸汽，壓力1. 3Mpa(G)；通入的(X)2和空氣壓力1. 3Mpa(G)。9、從解吸段到提濃段，液體在塔內(nèi)的液流強(qiáng)度15 17. 5m3/h. m2，每噸尿素廢液所用蒸汽量220kg。10、精餾段實(shí)際塔板數(shù)5塊，解吸段填料高度3m，水解段塔板數(shù)40塊，提濃段填料
高度4m ο
權(quán)利要求
1.一種高效復(fù)合式尿素廢液深度水解解吸塔尿素生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生含氨NH35wt%左右、尿素2wt%左右和C025wt%左右的廢水溶液，即尿素廢液，把尿素廢液處理的三個(gè)過(guò)程， 即解吸-水解-汽提集成在一個(gè)塔內(nèi)完成，發(fā)明了高效復(fù)合式尿素廢液深度水解解吸塔；一種高效復(fù)合式尿素廢液深度水解解吸塔，主要有四段組成，即精餾段、解吸段、水解段和提濃段，每段結(jié)構(gòu)不同，承擔(dān)著不同的任務(wù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，采用高效規(guī)整填料和大持液量塔板的組合式塔體結(jié)構(gòu)，有效地解決了尿素分解所需停留時(shí)間、分解溫度和分離效率的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，提高了塔的分離效率和尿素的分解速度和深度，設(shè)備投資少，蒸汽用量小，操作費(fèi)用低。
3.根據(jù)權(quán)利要求1 2所述，解吸段經(jīng)過(guò)換熱升溫的尿素廢液由塔的F進(jìn)料口進(jìn)入塔內(nèi)，首先進(jìn)入解吸段，在此段，廢液往下流動(dòng)過(guò)程中被上升的汽體快速加熱，廢液中的NH3、 CO2被快速解吸出去，該段裝有高效規(guī)整填料，分離效率很高，進(jìn)料中帶入的NH3和(X)2絕大部分被解吸出去，曾而減小在水解段尿素水解過(guò)程的逆反應(yīng)，加快和加深尿素在水解段的分解速度和深度，當(dāng)然，在解吸段，隨著廢液往下流動(dòng)和溫度的升高及NH3含量的減少，廢液中的尿素也有部分分解。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 2所述，水解段尿素廢液進(jìn)塔經(jīng)過(guò)解吸段后進(jìn)入水解段，進(jìn)入時(shí)，溫度要提升到180°C以上，進(jìn)料帶入的NH3在解吸段已大部分被解吸出去，廢液中的尿素在水解段逐步水解生成NH3和CO2,因?yàn)樗夥磻?yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)，即
5.根據(jù)權(quán)利要求1 2所述，提濃段水解后的廢液內(nèi)還含有微量的NH3、尿素及CO2，為了使排放水中NH3和尿素的含量分別達(dá)到5ppm和lppm，必須要進(jìn)一步汽提解吸，因?yàn)闈舛群艿?，傳質(zhì)推動(dòng)力非常小，需要的分離板數(shù)很多，這段采用高效規(guī)整填料，這樣可降低塔高， 減小塔壓，提高了分離效率，大量節(jié)省了能耗。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 2所述，精餾段控制塔頂NH3、CO2組成及甲銨液濃度，當(dāng)尿素水解解吸出的NH3、CO2和水在塔頂冷凝吸收器經(jīng)冷凝冷卻至一定溫度后，將發(fā)生如下反應(yīng)
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6所述，為了節(jié)省加熱蒸汽，在水解段和提濃段中間引入一定量的(X)2作為氣提氣，為了使處理的廢水達(dá)到鍋爐給水和其它用水的標(biāo)準(zhǔn)，CO2在水解段和提濃段中間引入，使最后塔底排放水的PH= 7，為中性；CO2也可以在塔底引入，這時(shí)PH彡7， 出水顯酸性，CO2引入量可根據(jù)生產(chǎn)需求及塔頂氣進(jìn)入吸收冷凝器中NH3和(X)2反應(yīng)生成氨基甲酸銨的濃度來(lái)調(diào)節(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 6所述，為了防止腐蝕，塔底引入少量的空氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 6所述，填料比表面積》350m2/m3。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 6所述，水解段塔板采用浮閥塔板(包括改進(jìn)結(jié)構(gòu)的浮閥塔板) 或泡罩塔板(包括改進(jìn)結(jié)構(gòu)的泡罩塔板)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1 6所述，尿素廢液進(jìn)塔條件為溫度140 175°C，壓力彡1. 2Mpa，NH3的含量2 8wt%，CO2含量彡5wt%，尿素含量彡2. 5wt%，其余為水；廢液經(jīng)過(guò)該塔，在塔底可以得到含NH3彡5ppm，含尿素彡lppm, PH = 7的水。
12.根據(jù)權(quán)利要求1 6所述，塔底操作壓力彡l.OMpa(G)；塔的操作溫度塔底彡185°C，塔頂操作溫度彡170°C，塔頂回流比0. 06 0. 1。
13.根據(jù)權(quán)利要求1 6所述，該設(shè)備塔底通入的水蒸汽，壓力彡LlMpa(G)；通入的 CO2和空氣壓力彡1. IMpa(G)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1 6所述，從解吸段到提濃段，液體在塔內(nèi)的液流強(qiáng)度4.5 20m3/ h.m2 ；每噸尿素廢液所用蒸汽量彡260kgo
15.根據(jù)權(quán)利要求1 6所述，精餾段實(shí)際塔板數(shù)>3塊，解吸段填料高度> 2m，水解段塔板數(shù)> 20塊，提濃段填料高度> an。
全文摘要
一種高效復(fù)合式尿素廢液深度水解解吸塔，尿素生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生含氨NH35wt％左右、尿素2wt％左右和CO25wt％左右的廢水溶液，即尿素廢液，本發(fā)明把尿素廢液處理的三個(gè)過(guò)程，即解吸-水解-汽提集成在一個(gè)塔內(nèi)完成，發(fā)明了高效復(fù)合式尿素廢液深度水解解吸塔，大大簡(jiǎn)化了流程結(jié)構(gòu)，對(duì)塔體及塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)進(jìn)行最佳設(shè)計(jì)，采用高效規(guī)整填料和大持液量塔板的組合式塔體結(jié)構(gòu)，有效地解決了尿素分解所需停留時(shí)間、分解溫度和分離效率的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，處理后的尿素廢液含尿素≤1PPm、含氨≤5PPm，pH值為7，實(shí)現(xiàn)氨和尿素的完全回收利用與廢水回用，顯著地降低了尿素生產(chǎn)過(guò)程的氨耗和能耗，并且設(shè)備具有非常大的操作彈性和穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)C02F1/04GK102167412SQ201110087098
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者劉學(xué)線, 孫秉秋, 高維平 申請(qǐng)人:吉林化工學(xué)院化工分離技術(shù)開發(fā)中心