[发明专利]用于处理尿素水溶液的方法和装置

说明书

本发明公开了用于处理尿素水溶液的方法和装置。在处理含有少量尿素、氨和二氧化碳的尿素水溶液中，残留尿素浓度降低至1ppm以下；残留氨浓度降低；LHSV增加；并且使装置尺寸的增加最小化。用于处理尿素水溶液的方法包括在第一汽提塔中在0.2至0.6MPaA的压力下蒸汽汽提含有尿素、氨和二氧化碳的水溶液以将氨和二氧化碳从所述水溶液分离至气相中的第一汽提步骤；在10至20h^‑1的LHSV下、在1.1至3.1MPaA下并且在180至230℃下在催化水解器中将从所述第一汽提步骤中得到的所述溶液中的尿素水解的水解步骤；和在第二汽提塔中蒸汽汽提在所述水解步骤中得到的液体以将氨和二氧化碳从所述液体分离至气相中。

本申请基于并且要求2016年5月24日提交的日本专利申请No.2016-103473的优先权权益，其公开内容通过引用整体结合在本文中。

技术领域

本发明涉及用于处理尿素(urea)水溶液的方法，并且具体涉及用于处理含有少量尿素、氨和二氧化碳的水溶液(比如工艺冷凝物，是从尿素生产工厂中的浓缩步骤中分离并且冷凝的冷凝水)从而得到具有降低的尿素和氨的浓度的水的方法和装置。

工艺冷凝物是从尿素生产工厂中的浓缩步骤分离并且冷凝的冷凝水。工艺冷凝物是含有尿素、氨和二氧化碳的水(水溶液)。工艺冷凝物可以从尿素生产工厂排出到环境。在过去，通常将废水中尿素的浓度规定为约50ppm(ppm基于质量，在下文中同样适用)。然而，现在的要求通常是，将工艺冷凝物在处理之后排出以使得废水中尿素的浓度为约1ppm。用于处理含有尿素的废水的常用方法包括通过加热将尿素水解。将废水中氨的浓度降低至低浓度有时是理想的。

工艺冷凝物可以含有少量的缩二脲(尿素二聚体)。在本说明书中，“尿素”可以被解释为包括缩二脲。

为了通过使用单一水解器将工艺冷凝物中的残留尿素降低至1ppm以下，需要增加停留时间并且增加装置尺寸。已知的是，在水解器内部，通过水解生成的氨和二氧化碳未立即被蒸发并且残留在液体中，并且残留的氨阻碍了尿素的水解。JP H06-91987B公开了能够避免这样的现象并且将残留尿素的浓度降低至5ppm以下的技术。

CN103011366A提出了其中通过使用活性氧化铝、沸石、SO₂-4/TiO₂或SiO₂-Al₂O₃作为催化剂来进行尿素水解和汽提以将残留尿素和氨的浓度降低至5ppm以下的方法。

发明内容

即使根据JP H06-91987B中描述的技术，为了将残留尿素浓度降低至1ppm以下，估算水解器中的液时空速(liquid hourly space velocity)LHSV约为1h^-1。因此，装置的尺寸变得很大。

在CN103011366A中描述的方法中，因为水解器在0.3至1.1MPa和130℃至180℃的相对低压和低温的条件下运行，所以水解的反应速率不快。此外，LHSV被描述为约0.8至2.0h^-1，并且因此装置尺寸将会很大。

另外，在CN103011366A中，在水解器和冷凝物汽提塔下部二者中使用催化剂，因此在这两个装置中进行尿素的水解，并且在排出的废水中得到5ppm的尿素浓度。根据该文献，在水解器的顶部将氨和二氧化碳从液体中移除，然后将液体引入至汽提塔的下部，从而提高在汽提塔下部的尿素分解的效率。通过在冷凝物汽提塔的下部进行汽蒸，在水解的同时进行汽提以分离并且移除氨和二氧化碳。然而，在汽提塔的下部中，加载催化剂，但是既不使用塔板也不使用填料进行气-液接触。在不使用塔板或填料进行气-液接触进行汽提的情况下，不能实现足够的气-液接触面积，并且因此汽提效率低。因此，难以降低在冷凝物汽提塔的下部的出口处的废水中氨的浓度。