本發(fā)明涉及固體尿素生產(chǎn)領(lǐng)域，并且具體地講涉及適于制備用于NOx減排、諸如用于選擇性還原的溶液的尿素粉末的生產(chǎn)，選擇性還原可為非催化熱工藝或選擇性催化還原(SCR)工藝。SCR的解決方案的示例是柴油排氣流體(DEF)。本發(fā)明還涉及一種用于增大現(xiàn)有尿素裝置的容量的相關(guān)方法。

背景技術(shù)：

尿素通常是從氨和二氧化碳生產(chǎn)的。尿素可通過在12MPa和40MPa之間的壓力和150℃和250℃之間的溫度下將過量的氨和二氧化碳一起引入尿素合成區(qū)段中來制備。典型尿素生產(chǎn)裝置還包括回收區(qū)段和精整區(qū)段。在回收區(qū)段中，未轉(zhuǎn)變的氨和二氧化碳被回收并再循環(huán)到合成區(qū)段。在精整區(qū)段中，通常，使尿素熔體成為期望固體、顆粒形式常涉及某些技術(shù)諸如造粒、成粒或制粒。

本發(fā)明涉及固體尿素生產(chǎn)，即，涉及尿素精整，與尿素精整有關(guān)的背景參考文獻(xiàn)是WO 2013/055219。在這篇背景參考文獻(xiàn)中公開一種方法，其中通過使尿素溶液進(jìn)行閃蒸結(jié)晶來產(chǎn)生尿素晶體，并且隨后進(jìn)行成形步驟，在這個(gè)步驟中，尿素晶體受機(jī)械力。

具有越發(fā)重要的實(shí)踐意義的尿素的最終用途是用于減排燃燒過程中形成的氮氧化物的水溶液形式。這種溶液稱為柴油排氣流體(DEF)，例如，以商標(biāo)獲得的那種，并且通常在具有柴油機(jī)的車輛中使用以將在柴油燃料燃燒期間形成的NOx還原。還原通常在升高溫度下借助于催化劑進(jìn)行。在該反應(yīng)期間，尿素在氨和CO2中分解，由此氨繼而與柴油機(jī)的廢氣流中的氮氧化物反應(yīng)以形成氮和水。

用作DEF的尿素溶液需要滿足嚴(yán)格要求，尤其是關(guān)于副產(chǎn)物諸如縮二脲(最大0.3％)和氨、以及在尿素精整方法期間使用的添加劑諸如甲醛的水平。在DEF溶液中僅允許出現(xiàn)微量的副產(chǎn)物和添加劑。這些要求在國際標(biāo)準(zhǔn)諸如DIN V70070和ISO 22241中作出規(guī)定。這些標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范是相同的。

已描述了若干DEF溶液生產(chǎn)方法，例如，通過將尿素顆粒劑或球劑稀釋在水中。在精整后與稀釋尿素相關(guān)聯(lián)的典型問題是縮二脲的相對(duì)高的水平以及被添加來增大顆粒強(qiáng)度并減少結(jié)塊(粘度)的添加劑諸如甲醛的存在。參考前述標(biāo)準(zhǔn)，通常需要除去該添加劑以使溶液適于用作DEF，這就需要昂貴且耗能的方法。

與避免了對(duì)除去各添加劑的需要的方法有關(guān)的背景參考文獻(xiàn)在EPI 856 038中公開。在這篇背景參考文獻(xiàn)中，通過取得直接從尿素生產(chǎn)方法中的回收區(qū)段分離或在其之后分離的含尿素水流，之后用水稀釋直到含尿素流包含30重量％-35重量％的尿素，以制備出DEF溶液。這種方法有利地提供了直接適合用作DEF的解決方案。然而，由于最終產(chǎn)品是溶液，因此，它的分配實(shí)際上意味著約三分之二的水被運(yùn)輸，這是高成本的，并且需要罐車而非標(biāo)準(zhǔn)卡車。

溶液的生產(chǎn)和搬運(yùn)無法輕易避免。尿素是已知具有不利于散裝運(yùn)輸?shù)男再|(zhì)的產(chǎn)品。在粉末形式下，尿素很粘，而且不會(huì)自由流動(dòng)。由于尿素的最常見的應(yīng)用是作為撒在農(nóng)業(yè)用地上的肥料，因此必須將最終尿素產(chǎn)物提供為水中溶液形式，或提供為可容易分配的自由流動(dòng)粒料。兩種主要方法用于生產(chǎn)這些粒料。第一種方法是造粒，其涉及使熔融尿素小滴與造粒塔中的冷卻空氣流接觸。冷卻空氣除去結(jié)晶熱量，并且球劑收集在造粒塔的底部。球劑的缺點(diǎn)是粒料尺寸以及機(jī)械強(qiáng)度有限，并且球劑趨向于在運(yùn)輸期間經(jīng)過相當(dāng)長的距離之后粘在一起。這種效果稱為結(jié)塊。第二種方法是流化床成粒，其成功地解決這些問題中的一些。顆粒劑常大于球劑，并表現(xiàn)出較低結(jié)塊傾向，這使它們更適合于運(yùn)輸。通常，在成粒前將添加劑諸如甲醛添加至尿素熔體，以進(jìn)一步提高顆粒劑的強(qiáng)度并且降低結(jié)塊傾向。這些如上所述的添加劑即使沒有直接禁止，對(duì)于在DEF中使用所得尿素來說也是非期望的。

因此，期望的是提供一種適于DEF的生產(chǎn)的尿素產(chǎn)物，其具有足夠純度以滿足DEF的規(guī)范，但不需要在其生產(chǎn)地點(diǎn)運(yùn)輸大量的水。具體地講，期望的是具有用于DEF溶液的制備的自由流動(dòng)尿素粉末。

在本領(lǐng)域中，仍不清楚有無可運(yùn)輸?shù)狡谕恢貌㈦S后使用來容易地制備DEF溶液的自由流動(dòng)尿素粉末。

還將期望提供一種可用于制備用于處理來自工業(yè)爐諸如重整器的煙道氣的溶液的尿素粉末。在本文中，比起催化工藝，可使用熱工藝，并且所施加的溶液通常比DEF更濃縮。由于在較低溫度下可能沉淀固體尿素，因此通常難以運(yùn)輸濃縮尿素溶液。雖然能夠運(yùn)輸更稀釋的溶液，但是這將付出額外成本和為運(yùn)輸水而做出的努力，并且將在使用之前需要額外能量輸入以使?jié)舛仍龃?。因此，具有合適尿素粉末作為起始材料將提供額外的靈活性并節(jié)省運(yùn)輸成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為更好地解決前述一種或多種需求，本發(fā)明在一個(gè)方面提供了一種尿素產(chǎn)物生產(chǎn)方法，這種尿素產(chǎn)物適于用水稀釋以形成含尿素水溶液來在可用于內(nèi)燃機(jī)廢氣的用于將NOx還原的單元中使用，所述方法包括：

(a)從尿素生產(chǎn)方法中的回收區(qū)段或在其之后獲得尿素水流；

(b)使所述溶液在次大氣壓下進(jìn)行閃蒸結(jié)晶，以便獲得結(jié)晶出固體的含尿素的產(chǎn)物和含氨和水蒸氣，其中結(jié)晶出固體的尿素產(chǎn)物含有小于0.2重量％的水；

(c)在某些條件下包裝所述結(jié)晶出固體的尿素產(chǎn)物，使得所包裝的產(chǎn)物的水含量維持低于0.2重量％。

另一方面，本發(fā)明提供了一種通過溶解可通過前述方法獲得的結(jié)晶出固體的尿素產(chǎn)物來制備含30重量％-70重量％的尿素的水溶液的方法。

另一方面，本發(fā)明提供了一種將包括用于生產(chǎn)固體尿素的精整區(qū)段的現(xiàn)有尿素裝置改進(jìn)的方法，所述方法包括向裝置添加適于從溶液閃蒸結(jié)晶出尿素的設(shè)備、優(yōu)選地適于干法閃蒸的設(shè)備。

又一方面，本發(fā)明是一種用于增大尿素裝置的裝置容量的方法，所述方法包括通過添加適于經(jīng)過閃蒸、優(yōu)選地干法閃蒸從溶液結(jié)晶出尿素的設(shè)備作為額外精整區(qū)段，來增大所述裝置的精整區(qū)段的容量。

具體實(shí)施方式

在廣義上，本發(fā)明是基于下列合理的理論：對(duì)尿素進(jìn)行閃蒸結(jié)晶并如上所述提供低于某一水平的水含量會(huì)令人驚訝地產(chǎn)生自由流動(dòng)的粉末。即，將會(huì)理解，前述含結(jié)晶出固體的尿素的產(chǎn)物是粉末。這種粉末不易形成結(jié)塊和聚團(tuán)。這種粉末可容易地運(yùn)輸、容易包裝，隨后可容易地從其包裝取出，并且可溶解以產(chǎn)生(即)柴油排氣流體。具體地講，優(yōu)質(zhì)柴油排氣流體可以由此獲得。

根據(jù)本發(fā)明制備的固體尿素的另一方面是低縮二脲含量?？s二脲是在增加的溫度和保留下以增大尿素濃度形成的尿素的聚合產(chǎn)物?？s二脲是用于脫NOx系統(tǒng)的尿素中的負(fù)性組分，因?yàn)榭s二脲組分暴露于催化劑導(dǎo)致異氰脲酸形成，這縮短了催化劑的壽命。因此，將用于例如DEF溶液的所供應(yīng)的尿素固體中的較低含量的縮二脲延長所述脫NOx催化劑壽命。

在下文中，根據(jù)本發(fā)明獲得的尿素粉末有時(shí)稱為“DEF粉末”。這不表示它僅限使用于DEF。實(shí)際上，粉末不僅非常適于制備DEF溶液，而且還可用于制備更濃縮的溶液，這種更濃縮的溶液通常用于工業(yè)用途，例如，用于處理煙道氣以從工業(yè)爐諸如重整器除去NOx組分形成氮和水。

根據(jù)本發(fā)明，所獲得的尿素產(chǎn)物用水稀釋，以便形成含尿素水溶液。具體地講，尿素產(chǎn)物適于用水稀釋，以便形成滿足DEF的要求的含尿素水溶液。這些要求已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化為ISO 22241-1:2006(2006年10月15日版本)。

在本發(fā)明的方法中，使用從尿素生產(chǎn)方法中的回收區(qū)段或在其之后獲得尿素水溶液。這通常可通過從現(xiàn)有尿素生產(chǎn)方法中分離含尿素水流完成。含尿素水流可為從尿素方法產(chǎn)生的含尿素的總流，或者它可以是尿素方法的一部分。

還有可能設(shè)計(jì)新的尿素方法，該新方法特別適于生產(chǎn)將在用于還原內(nèi)燃機(jī)廢氣中的NOx的單元中使用的含尿素水流。新尿素方法的設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是該新方法無需包括成形區(qū)段。

尿素通常是從氨和二氧化碳生產(chǎn)的。尿素可通過在12MPa和40MPa之間的壓力和150℃和250℃之間的溫度下將過量的氨與二氧化碳一起引入尿素合成區(qū)中來制備。所得尿素形成可以兩個(gè)連續(xù)反應(yīng)步驟形式來最好地呈現(xiàn)，第一步驟根據(jù)放熱反應(yīng)形成氨基甲酸銨：

2NH₃+CO₂→H₂N-CO-ONH₄

在此之后，第二步驟根據(jù)吸熱平衡反應(yīng)使形成的氨基甲酸銨脫水以產(chǎn)生尿素：

這些反應(yīng)發(fā)生的程度取決于溫度和使用的過量氨等。尿素合成溶液中獲得的反應(yīng)產(chǎn)物基本上由尿素、水、未結(jié)合氨和氨基甲酸銨組成。將氨基甲酸銨和氨從溶液中除去，并通常將它們返回尿素合成區(qū)。除了尿素合成區(qū)中的上述溶液之外，還形成了由未轉(zhuǎn)變的氨和二氧化碳以及惰性氣體組成的氣體混合物，就是所謂的反應(yīng)器廢氣。尿素合成區(qū)段可包括用于形成氨基甲酸銨和尿素的獨(dú)立區(qū)。也可將這些區(qū)組合在單個(gè)設(shè)備中。

在尿素汽提裝置中，未轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩氐陌被姿徜@的分解和通常過量氨的排出主要在與合成反應(yīng)器中的壓力幾乎基本相等的壓力下進(jìn)行。有可能借助于汽提氣例如二氧化碳和/或氨，并在添加熱量的情況下，在位于安裝在反應(yīng)器下游的一個(gè)或多個(gè)汽提器中進(jìn)行此分解和排出。也有可能應(yīng)用熱汽提。熱汽提表示僅通過供熱來分解氨基甲酸銨，并將存在的氨和二氧化碳從尿素溶液中除去。離開汽提器的氣流含有氨和二氧化碳，它們?cè)诟邏豪淠髦欣淠?，然后返回尿素合成區(qū)。

在尿素汽提裝置中，合成區(qū)在160-240℃的溫度下操作，優(yōu)選地在170-220℃的溫度下操作。合成反應(yīng)器中的壓力為12-21MPa，優(yōu)選地12.5-20MPa。汽提裝置的尿素合成區(qū)中的氨與二氧化碳的摩爾比(N/C比)通常在2.2-5mol/mol之間，優(yōu)選地在2.5-4.5mol/mol之間。合成區(qū)可在單個(gè)反應(yīng)器中或在并聯(lián)或串聯(lián)布置的多個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行。在汽提處理后，汽提的尿素溶液的壓力在尿素回收區(qū)段中減小。

在該尿素生產(chǎn)裝置(包括但不限于汽提裝置)的回收區(qū)段中，將尿素溶液中的未轉(zhuǎn)變的氨和二氧化碳與尿素和水溶液分離?；厥諈^(qū)段通常包括加熱器、液體/氣體分離區(qū)段和冷凝器。加熱進(jìn)入回收區(qū)段中的尿素溶液以使來自該溶液的揮發(fā)性組分氨和二氧化碳蒸發(fā)。加熱器中使用的加熱劑常是蒸汽。將所述加熱器中形成的蒸氣與液體/氣體中的尿素水溶液分離，在此之后，將所述蒸氣在冷凝器中冷凝以形成氨基甲酸鹽溶液。釋放出的冷凝熱量通常消散在冷卻水中。在比合成區(qū)段中的壓力更低的壓力下操作的回收區(qū)段中形成的氨基甲酸鹽溶液優(yōu)選地返回在合成壓力下操作的尿素合成區(qū)段?；厥諈^(qū)段常是單個(gè)區(qū)段或可為串聯(lián)布置的多個(gè)回收區(qū)段。

含尿素水流直接從尿素生產(chǎn)方法中的回收區(qū)段分離或在其之后分離。含尿素水流可源自于一個(gè)回收區(qū)段，但如果尿素生產(chǎn)方法包括更多回收區(qū)段，則還源自于若干回收區(qū)段。含尿素水流可為在尿素生產(chǎn)方法中從一個(gè)位置分離的一股流，或其可由在不同位置處從尿素生產(chǎn)方法分離的幾股流組成。

在尿素生產(chǎn)方法中的回收區(qū)段中，尿素合成溶液的氨基甲酸銨、游離二氧化碳和游離氨含量降低。這通過加熱溶液并任選地通過減小壓力來完成。該溫度增加和任選地還壓力降低使存在的氨基甲酸銨解離成游離氨和游離二氧化碳。該游離氨和游離二氧化碳的很大部分成為氣相，其在液體/氣體分離器中與其余含尿素水流分離。在各種尿素生產(chǎn)方法中，在回收區(qū)段中施加不同壓力和溫度水平。在一些方法中，將汽提介質(zhì)添加到一個(gè)或多個(gè)解離步驟中以促進(jìn)解離過程。合適汽提介質(zhì)的示例是氨氣、二氧化碳?xì)怏w、空氣和蒸汽。各種方法還在處理排出的氣態(tài)氨和二氧化碳的方式方面有所不同。當(dāng)尿素溶液流過各個(gè)解離步驟時(shí)，堿度和氨基甲酸銨含量降低。

優(yōu)選地，在回收區(qū)段后，分離含尿素水流。通常，所述流將在尿素精整區(qū)段之前分離，但其也可在位于回收區(qū)段下游的第一蒸發(fā)器之后分離，該蒸發(fā)器可或可不視為精整區(qū)段的一部分。在任何速率下，含尿素水流通常都將具有低于99重量％的尿素濃度。

在尿素方法中，其中在回收區(qū)段后存在尿素儲(chǔ)罐，并且當(dāng)存在成形區(qū)段(諸如用于成?；蛟炝?時(shí)，在成形區(qū)段前，尿素水溶液更優(yōu)選地是從所述尿素儲(chǔ)罐分離的含尿素水流。直接從尿素生產(chǎn)方法中的回收區(qū)段分離或在其之后分離的含尿素水流優(yōu)選地包含60-90重量％的尿素。

在本發(fā)明的方法中，如上所述來獲得的含尿素水流進(jìn)行閃蒸結(jié)晶。在此操作之中，溶液進(jìn)行閃蒸，以便獲得結(jié)晶出固體的含尿素產(chǎn)物和含氨和水的蒸氣。閃蒸優(yōu)選地是干法閃蒸。閃蒸結(jié)晶是通過將尿素溶液置于次大氣壓條件下進(jìn)行，以便自發(fā)形成尿素結(jié)晶。優(yōu)選地，在結(jié)晶步驟前，濃縮溶液，以使尿素濃度達(dá)到具有50重量％至99重量％并優(yōu)選地為60重量％至98重量％的尿素和縮二脲。

如上所述，獲得呈含有小于0.2重量％的水的粉末形式的結(jié)晶出固體的尿素產(chǎn)物。這可為閃蒸過程的直接結(jié)果，尤其是在干法閃蒸的情況下?；蛘撸谑荜P(guān)注實(shí)施例中，閃蒸產(chǎn)生具有高于0.2重量％(但低至足以使粉末例如在0.2重量％與0.5重量％之間)的水含量的粉末。在這種情況下，含有少于0.2重量％的水的結(jié)晶出固體的尿素產(chǎn)物是通過使所述粉末進(jìn)行干燥步驟(例如，在干燥塔中)或通過使其在加熱的移動(dòng)帶上蒸發(fā)而獲得的。

為更好地解決可能粘度，經(jīng)閃蒸的最佳進(jìn)入尿素濃度在85重量％至95重量％的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在86重量％至93重量％之間，更優(yōu)選地在87重量％和92重量％之間。在這些濃度范圍內(nèi)，并考慮到所施加的壓力，固體(尿素)和氣體(H₂O)處于平衡。

本發(fā)明的結(jié)晶出固體的尿素產(chǎn)物可基于任何尿素合成方法來獲得。

經(jīng)常使用的根據(jù)汽提方法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。使用這種方法時(shí)，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18MPa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)變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，而蒸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式冷凝器內(nèi)冷凝。水平型浸沒式熱交換器描述于《烏爾曼工業(yè)化學(xué)百科全書》1996年第A27卷第333-350頁。在所述冷凝器中由放熱氨基甲酸酯縮合反應(yīng)釋放的熱量通常用于產(chǎn)生蒸汽，其被用于對(duì)尿素溶液進(jìn)行加熱和濃縮的下游尿素加工區(qū)段中。由于在浸沒型冷凝器中產(chǎn)生特定液體滯留時(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、水和尿素以及非冷凝的氨、二氧化碳和惰性蒸氣的溶液被送到反應(yīng)器。在反應(yīng)器中，從氨基甲酸酯到尿素的上述反應(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。也有可能將冷凝器和反應(yīng)器組合在一臺(tái)設(shè)備上。這臺(tái)設(shè)備的實(shí)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。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非冷凝氨和二氧化碳的惰性蒸氣被送到在與反應(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)單回收系統(tǒng)中進(jìn)行處理。所述回收區(qū)段包含加熱器、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。本發(fā)明不限于任何特定的尿素生產(chǎn)方法。其他方法和裝置包括基于以下技術(shù)的方法和裝置，例如：總再循環(huán)裝置，由Urea Casale公司開發(fā)的HEC方法，由東洋工程公司(Toyo Engineering Corporation)開發(fā)的ACES方法，以及由斯那姆公司(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。

在本發(fā)明中，任何尿素合成方法中獲得的尿素溶液通過將尿素溶液置于次大氣壓條件下進(jìn)行膨脹、即通過閃蒸來進(jìn)行結(jié)晶步驟。在考慮到商業(yè)規(guī)模處理的情況，該類型的結(jié)晶是非常合適的。結(jié)晶步驟包括在次大氣壓下，優(yōu)選地在低于15kPa的壓力下，閃蒸尿素溶液，以便自發(fā)獲得固體尿素產(chǎn)物。所述壓力通常將為高于1kPa，并優(yōu)選地在從1kPa至10kPa的范圍內(nèi)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在來自尿素裝置的回收區(qū)段中形成的尿素溶液送往在前述范圍內(nèi)的壓力下操作的結(jié)晶器。尿素晶體通過膨脹自發(fā)形成，同時(shí)形成蒸氣。所形成的蒸氣在一個(gè)或多個(gè)冷凝器中進(jìn)行冷凝。包括離開結(jié)晶器的剩余尿素溶液的尿素結(jié)晶在液體-固體分離器中進(jìn)行分離，其中將大部分的尿素溶液與所形成的尿素結(jié)晶分離。離開液體-固體分離器的所述尿素晶體經(jīng)過離心機(jī)，在離心機(jī)中，進(jìn)一步將剩余尿素溶液與所述晶體分離?？蓪s二脲的尿素水溶液的母液添加到離心機(jī)中，以便洗滌所述晶體，以便獲得凈化尿素晶體，其包含的縮二脲含量僅在0.1重量％至0.6重量％之間。因此，由其產(chǎn)生的濃度為30-35重量％的尿素的DEF溶液將滿足縮二脲最大為0.3重量％的要求。

離開離心機(jī)的尿素晶體還例如在干燥塔中干燥，以便提供含有小于0.2重量％的水的結(jié)晶出固體的尿素產(chǎn)物。

在尿素溶液膨脹后釋放的蒸氣的壓力增大并運(yùn)輸?shù)嚼淠?。?yōu)選地，使用蒸汽噴射器或真空泵增大壓力。在冷凝器中，冷凝包含水和少量雜質(zhì)組分如氨和二氧化碳以及惰性物質(zhì)的蒸氣。優(yōu)選地，使用冷卻水冷凝所述蒸氣。離開冷凝器的未冷凝的蒸氣經(jīng)過蒸汽噴射器或真空泵以使壓力增大，之后，這些蒸氣被進(jìn)一步凈化。這可通過在較高壓力下再次使這些蒸氣冷凝來完成，之后，剩余惰性蒸氣釋放到大氣中，或者再次在惰性凈化單元(例如，吸收器)中凈化。收集在冷凝器中形成的工藝?yán)淠铮?，所述工藝?yán)淠镌谀蛩匮b置中進(jìn)行工藝?yán)淠飪艋?/p>

閃蒸尿素溶液，即通過在減小壓力(次大氣壓)下蒸發(fā)除去液體，導(dǎo)致自發(fā)形成固體尿素產(chǎn)物和含氨和水的蒸氣。根據(jù)本發(fā)明，閃蒸優(yōu)選地在低于15kPa、更優(yōu)選地從1kPa至10kPa的壓力下進(jìn)行。

閃蒸可在閃蒸裝置諸如干法閃蒸器中完成。干法閃蒸器的特征在于液體流通過結(jié)晶和蒸發(fā)基本上轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w和蒸氣。在干法閃蒸器中，選擇工藝條件以使剩余液體的量基本為零。這允許了氣體和固體的完全分離，而無大量的粘附和結(jié)垢。干法閃蒸的另一優(yōu)點(diǎn)是由于沒有漿料，因此無需諸如離心機(jī)的固液分離裝置，也不需要再熔融器。這允許了明顯更簡(jiǎn)單的工藝方案。這種干法閃蒸器是優(yōu)選地在1kPa與15kPa之間的壓力下、更優(yōu)選地在2kPa與10kPa之間的壓力下操作的容器。在所述干法閃蒸器中，尿素溶液通過液體分配器分配。通過膨脹，尿素和縮二脲自發(fā)結(jié)晶成為固體，并且包含水、氨和少量二氧化碳的剩余組分蒸發(fā)。

通過絕熱閃蒸得到的固體尿素產(chǎn)物、即尿素粉末的粒度在從0.1μm至1000μm、優(yōu)選地從1μm至800μm的范圍內(nèi)。

本發(fā)明的方法允許產(chǎn)生可包裝在袋(20kg)或大袋(即，500kg或1000kg袋)中的自由流動(dòng)粉末，可容易地在現(xiàn)場(chǎng)排空袋以產(chǎn)生DEF溶液。

通過該方法生產(chǎn)的尿素粉末具有非常低量的縮二脲，通常小于0.5重量％，優(yōu)選地小于0.4重量％，在最終DEF溶液中，其轉(zhuǎn)變?yōu)樾∮?.20重量％或小于0.15重量％。這意味著在相同固體含量下，溶液中的活性尿素的量將因此會(huì)更高。最終DEF溶液的縮二脲規(guī)格最大為0.3重量％。當(dāng)使用球劑制備溶液時(shí)，溶液中的縮二脲含量通常在0.25重量％至0.3重量％之間。

在本發(fā)明的方法中，某些條件下包裝所獲得的結(jié)晶出固體的尿素產(chǎn)物，使得所包裝的產(chǎn)物的水含量維持低于0.2重量％。這種低水含量用于確保固體尿素(其為吸濕性的)保持為能夠從其包裝釋放并重構(gòu)為溶液的粉末。根據(jù)本發(fā)明，所包裝的產(chǎn)物的水含量保持低于上述水平，直到將使用產(chǎn)物來制備溶液。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的方法表示在獲得含有小于0.2重量％的水的結(jié)晶尿素粉末后，不僅在所包裝的產(chǎn)物中，而且還在包裝之前的另外方法步驟期間，維持所述水含量低于0.2重量％。

實(shí)際上，這意味著具有所需的低水含量的所獲得的粉末包裝在不透水包裝(例如容器或袋)中。合適包裝材料包括高密度聚乙烯。適于包裝吸濕材料的其他塑料是本領(lǐng)域中已知的。包裝材料可為無孔且密封的。另外，包裝可由多層材料組成。

在受關(guān)注實(shí)施例中，本發(fā)明還可用于改進(jìn)現(xiàn)有尿素裝置。通常具有基于造?；虺闪５木麉^(qū)段的這種現(xiàn)有尿素裝置可通過添加適于根據(jù)上述方法進(jìn)行閃蒸結(jié)晶步驟的設(shè)備來改進(jìn)。因此，通過向常規(guī)精整區(qū)段添加閃蒸結(jié)晶區(qū)段，該裝置將能夠生產(chǎn)常規(guī)固體尿素形式(即，顆粒劑或球劑)和如上所述DEF粉末兩者。

具體地講，本發(fā)明因此可用于增大現(xiàn)有尿素裝置容量。精整區(qū)段有時(shí)可能會(huì)對(duì)裝置容量優(yōu)化造成限制。由于傳統(tǒng)精整區(qū)段相對(duì)較大，特別是在造粒塔的情況下，因此并非總是能夠擴(kuò)大現(xiàn)有裝置的精整區(qū)段。通過本發(fā)明，可通過增大現(xiàn)有尿素裝置的精整區(qū)段的容量來增大該裝置的容量。這是指現(xiàn)有裝置的精整區(qū)段需要擴(kuò)大以增大裝置容量的任何情況。這可指具有合成和回收容量的裝置，由于精整區(qū)段將會(huì)造成限制，因此該裝置未使用其全部的容量。還可涉及一種增大現(xiàn)有尿素裝置的容量的方法，其中尿素合成區(qū)段(和/或尿素回收區(qū)段)容量增大，例如通過擴(kuò)大合成區(qū)段增大，但是其中現(xiàn)有精整區(qū)段不易擴(kuò)大。接著，本發(fā)明允許了通過有利地簡(jiǎn)單的方法來擴(kuò)大精整區(qū)段上游的一個(gè)或多個(gè)區(qū)段，從而擴(kuò)大精整區(qū)段容量。這可通過平行于現(xiàn)有精整區(qū)段來添加根據(jù)本發(fā)明的精整區(qū)段、即適于從尿素溶液結(jié)晶出尿素的設(shè)備來進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明，就解決了與增大精整區(qū)段容量有關(guān)的問題，因?yàn)槠叫辛磉x精整區(qū)段將減少或甚至避免氣態(tài)氨和尿素粉塵排放。因此，隨著裝置容量增大，每單位生產(chǎn)的尿素的排放量實(shí)際上減少。

雖然在附圖和前面的描述中已詳細(xì)地示出和描述了本發(fā)明，但是這樣的附圖和描述被認(rèn)為是說明性或示例性的，而非限制性的；但是本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例。

例如，可在一個(gè)實(shí)施例中操作本發(fā)明，其中在回收區(qū)段中或在其之后從不同地方分離多于一股水流，以便獲得將進(jìn)行閃蒸結(jié)晶的尿素水溶液。

通過研究附圖、公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求書，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在實(shí)踐要求保護(hù)的本發(fā)明時(shí)可理解和實(shí)現(xiàn)所公開的實(shí)施例的其他變化。在權(quán)利要求書中，詞語“包括”不排除其他要素或步驟，并且不定冠詞“一個(gè)”或“一種”不排除多個(gè)。僅本發(fā)明的某些特征在彼此不同的從屬權(quán)利要求中陳述的事實(shí)并不表示無法有利地使用這些特征的組合。

總之，本發(fā)明包括了一種尿素產(chǎn)物制備方法，所述尿素產(chǎn)物適于用水稀釋以形成含尿素水溶液來在用于將內(nèi)燃機(jī)廢氣也稱柴油排氣流體(DEF)中的NOx還原的單元中使用，或在用于將來自工業(yè)爐的煙道氣的NOx還原的單元。所述方法包括從尿素生產(chǎn)方法中的回收區(qū)段或在其之后獲得尿素水溶液。使這個(gè)具有低含量雜質(zhì)的溶液在低壓下進(jìn)行閃蒸結(jié)晶，以便獲得結(jié)晶出固體的含尿素的產(chǎn)物，所述結(jié)晶出固體的含尿素的產(chǎn)物是含有小于0.2重量％的水的自由流動(dòng)粉末。在某些條件下包裝這個(gè)產(chǎn)物，使得所包裝的產(chǎn)物的水含量維持低于0.2重量％。本發(fā)明還用于一種用于增大現(xiàn)有尿素裝置的容量的方法。

在下文中將結(jié)合以下非限制性/限制性示例來進(jìn)一步說明本發(fā)明?，F(xiàn)有技術(shù)在圖1中示出，而本發(fā)明的實(shí)施例在圖2中示出。

圖1示出了用于將尿素溶液濃縮成尿素熔體的典型順序，之后尿素熔體經(jīng)過作為如從現(xiàn)有技術(shù)已知的尿素精整區(qū)段的典型成粒單元。將來自尿素裝置的再循環(huán)區(qū)段的尿素溶液通過管線(a)添加到濃縮器(CONC1)中，該尿素溶液的典型濃度在50重量％至80重量％之間，典型溫度在60℃至90℃之間。濃縮器(CONC1)是殼管式熱交換器，并且尿素溶液經(jīng)過所述濃縮器的管側(cè)。在所述濃縮器的殼側(cè)處，添加蒸汽以加熱溶液并蒸發(fā)揮發(fā)性水部分。通過管線(b)離開濃縮器(CONC1)的尿素溶液通常具有125℃至135℃的溫度，并濃縮為通常具有93重量％至96重量％的尿素。所述濃縮器中的壓力為次大氣壓，并且通常在20kPa至50kPa之間。包含水和少量氨和二氧化碳的所形成的蒸氣通過管線(c)排出所述濃縮器。所述蒸氣在冷凝器(COND1)中冷凝，并作為工藝?yán)淠锿ㄟ^管線(d)離開所述冷凝器。未冷凝的蒸氣通過管線(e)離開所述冷凝器，并經(jīng)過噴射器(EJEC1)以將壓力增大至大氣壓。所述噴射器的驅(qū)動(dòng)力通常是通過管線(f)的蒸汽。蒸汽與未冷凝的蒸氣一起通過管線(g)離開所述噴射器，并可經(jīng)受大氣，但優(yōu)選地在尿素裝置本身中被凈化。

通過管線(b)離開濃縮器(CONC1)的尿素溶液經(jīng)過第二濃縮器(CONC2)。另外，該濃縮器(CONC2)通常是殼管式熱交換器，其中尿素溶液經(jīng)過所述熱交換器的管側(cè)，而蒸汽添加到殼側(cè)以在次大氣壓(通常在1kPa至30kPa之間，優(yōu)選地在5kPa至20kPa之間)下加熱和蒸發(fā)揮發(fā)性水部分。通過管線(h)離開所述濃縮器的尿素熔體的溫度通常在136℃和145℃之間，并且通常包括濃度在97.5重量％至99重量％之間的尿素和縮二脲。通過將所述溶液濃縮成包含水、氨和一些夾帶尿素的所述熔體而形成的所形成的蒸氣通過管線(i)經(jīng)過冷凝器(COND2)。在所述冷凝器(COND2)中，借助于冷卻水冷凝大量蒸氣以形成工藝?yán)淠?。形成的工藝?yán)淠锿ㄟ^管線(j)離開所述冷凝器。通過管線(k)離開所述冷凝器(COND2)的包含惰性物質(zhì)、水和少量氨的未冷凝的蒸氣經(jīng)過蒸汽噴射器(EJEC2)。所述噴射器通過管線(l)由蒸汽驅(qū)動(dòng)并增大通過管線(m)離開所述噴射器到達(dá)冷凝器(COND1)的所述惰性蒸氣的壓力。

通過管線(h)離開所述濃縮器(CONC2)的尿素溶液通過泵(PUMP)送往作為尿素精整區(qū)段的流化床成粒機(jī)(GRAN1)?？蓪⑻砑觿┲T如甲醛或脲甲醛溶液添加到所述尿素溶液中。普通流化床成粒方法包括成粒機(jī)(GRAN1)，其中在通過固化生長晶核時(shí)，將尿素熔體進(jìn)料到固體尿素晶核的流化床以獲得尿素顆粒劑。當(dāng)離開所述成粒機(jī)時(shí)，獲得的顆粒劑具有一定粒度分布。這些顆粒劑通常冷卻，之后這些獲得的顆粒劑通過管線(n)送往粒度分類單元，并且在大多數(shù)情況下，該分類單元包括多個(gè)篩網(wǎng)(SCREEN)。通過分類單元，細(xì)材料和粗材料與剩余的顆粒劑分離，之后，輔助冷卻單元將剩余的顆粒劑作為產(chǎn)品通過管線(o)送往存儲(chǔ)或輸送區(qū)段。

將粗材料部分壓碎至一定粒度，并與細(xì)部分一起通過管線(p)再循環(huán)到成粒機(jī)(GRAN1)中，在成粒機(jī)中，它被用作晶核。

將空氣通過管線(q)供應(yīng)給流化床成粒機(jī)以保持所述成粒機(jī)中的固體晶核流化。通過管線(r)排出所述成粒機(jī)的空氣包含氨和尿素粉塵，并且必須在尿素捕塵器(CATCH)中處理才將空氣通過管線(s)排入大氣。取決于通過管線(q)在流化床成粒機(jī)(GRAN1)中流化所需的供應(yīng)為空氣的空氣量，通過管線(s)排入大氣的空氣中的氨和粉塵排放量通常分別為每標(biāo)準(zhǔn)m³在50mg和200mg之間、每標(biāo)準(zhǔn)m³在20mg和50mg之間。這對(duì)應(yīng)于每噸生產(chǎn)的尿素最終產(chǎn)物在0.5kg與1.5kg之間的氨排放量，并對(duì)應(yīng)于每噸生產(chǎn)的尿素最終產(chǎn)物在0.2kg與1kg之間的尿素粉塵排放量。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例。

將尿素溶液通過管線(a)添加到濃縮器(CONC)中，該尿素溶液的典型濃度在50重量％至80重量％之間，典型溫度在60℃至90℃之間。濃縮器(CONC)是殼管式熱交換器，并且尿素溶液經(jīng)過所述濃縮器的管側(cè)。在所述濃縮器的殼側(cè)處，添加蒸汽以加熱溶液并蒸發(fā)揮發(fā)性水部分。通過管線(b)離開濃縮器(CONC)的尿素溶液通常具有110至130℃的溫度，并濃縮為具有80重量％至97重量％的尿素，并優(yōu)選地濃縮成85重量％至95％重量的尿素濃度。所述濃縮器中的壓力為次大氣壓，并且通常在15kPa至70kPa之間，并優(yōu)選地在20kPa與50kPa之間。包含水和一定量的氨和二氧化碳的所形成的蒸氣通過管線(c)排出所述濃縮器。所述蒸氣在冷凝器(COND1)中冷凝，并作為工藝?yán)淠锿ㄟ^管線(d)離開所述冷凝器。包含惰性物質(zhì)、水、氨和二氧化碳的未冷凝的蒸氣通過管線(e)離開所述冷凝器，并經(jīng)過噴射器(EJEC1)以將壓力增大至大氣壓。所述噴射器的驅(qū)動(dòng)力通常是通過管線(f)的蒸汽。蒸汽與未冷凝的蒸氣一起通過管線(g)離開所述噴射器，并可經(jīng)受大氣，但優(yōu)選地在將其釋放到大氣中前在尿素裝置本身中被凈化。

通過管線(b)離開濃縮器(CONC)的尿素溶液送往干法閃蒸器(FLASH)。所述干法閃蒸器是在1kPa與20kPa之間的壓力下、并優(yōu)選地在2kPa與15kPa之間的壓力下操作的容器。在所述干法閃蒸器中，尿素溶液通過液體分配器(SPRAY)分配。通過膨脹，尿素和縮二脲自發(fā)結(jié)晶成為固體，并且包含水、氨和少量二氧化碳的剩余組分蒸發(fā)。

在干法閃蒸器中形成的固體尿素顆粒(即，前述尿素粉末)具有在0.1μm至1000μm之間的粒度，并且通過管線(s)從所述干法閃蒸器(FLASH)中提取。已知用于從真空系統(tǒng)提取固體產(chǎn)物的提取器為例如但不限于氣鎖旋轉(zhuǎn)進(jìn)料器、具有雙閥門的密封容器和文丘里噴射器。通過管線(s)提取的固體尿素顆粒被輸送到包裝(PACK)，其中所述尿素固體顆粒被裝袋以運(yùn)輸。

形成的蒸氣通過管線(h)離開干法閃蒸器(FLASH)到達(dá)冷凝器(BAR COND)。這可以是任何類型的冷凝器，但優(yōu)選地是直接接觸冷凝器。在直接接觸冷凝器中，蒸氣與冷介質(zhì)直接接觸。該介質(zhì)可為包含氨和水的流體。預(yù)期干法閃蒸器(FLASH)中的形成的小尿素顆粒的一部分將與形成的蒸氣一起離開所述干法閃蒸器。因此，這些尿素顆粒將溶解在介質(zhì)中，并且因此防止冷凝器(BAR COND)過度結(jié)垢。通過管線(u)離開冷凝器(BAR COND)的包含水、少量氨和已溶解的尿素的流體通過管線(v)部分地再循環(huán)并且在冷卻器(COOL)中冷卻。所述流體的另一部分通過管線(w)離開系統(tǒng)。該流體可在尿素裝置中再循環(huán)和再處理，或可用于其他目的。

干法閃蒸器(FLASH)和冷凝器(BAR COND)中所需的次大氣壓通過增壓噴射器(BOOS)維持。所述增壓噴射器的驅(qū)動(dòng)力是通過管線(ii)供應(yīng)的蒸汽。通過管線(j)離開所述增壓噴射器的增壓蒸氣經(jīng)過冷凝器(COND2)。形成的工藝?yán)淠锿ㄟ^管線(k)離開所述冷凝器，而通過管線(l)離開所述冷凝器的非冷凝蒸氣經(jīng)過噴射器(EJEC2)。另外，所述噴射器通過管線(m)由蒸汽驅(qū)動(dòng)，并且將通過管線(n)離開所述噴射器的蒸氣的壓力增大至大氣壓，并將惰性蒸氣釋放到大氣中，或優(yōu)選地從尿素裝置中的其他地方的氨凈化，之后將其釋放到大氣中。離開所述冷凝器的工藝?yán)淠镌谀蛩匮b置中收集和處理以成為干凈的工藝?yán)淠?。在另一?shí)施例中，通過管線(j)離開噴射器(BOOS)的惰性蒸氣經(jīng)過在低于大氣壓的壓力下操作的另一冷凝器，之后，離開所述冷凝器的惰性蒸氣通過應(yīng)用真空泵或蒸汽噴射器將壓力增大至大氣壓。