CN101166714B - 尿素合成装置 - Google Patents

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    • C07C273/04—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups of urea, its salts, complexes or addition compounds from carbon dioxide and ammonia

Abstract

本发明提供一种尿素合成装置，其避免作为气液两相流的尿素合成液向下流动，即使存在气液两相流，也能够使流动稳定化而平稳地运行，能够使流动阻力更小而抑制能量损失。该尿素合成装置具有使NH3和CO2反应，得到含有尿素、未反应的NH3、未反应的CO2和水的尿素合成液的合成管；使用至少一部分原料CO2对该尿素合成液进行汽提，分离含有该未反应的NH3和未反应的CO2的混合气体的汽提塔；具有管壳式结构，通过在管侧流通的冷却介质进行冷却，在壳侧使上述混合气体在吸收介质中冷凝的立式潜管冷凝器；和将从该冷凝器得到的液体循环到该合成管的循环单元，该合成管为卧式，将尿素合成液从该合成管送至汽提塔的配管实质上为水平和/或朝向上方。

Description

尿素合成装置
技术领域
本发明涉及以氨和二氧化碳为原料合成尿素的尿素合成装置。更详细涉及在对合成尿素的合成管中得到的尿素合成液进行汽提的汽提式尿素工艺中使用的装置。
背景技术
关于汽提式尿素工艺，已知有下面的技术。
在专利文献1中记载了以氨和二氧化碳为原料，在复合反应器中进行全部或部分尿素合成的尿素工艺。在该工艺中，来自汽提塔的气体供给至立式复合反应器，全部或部分该气体在氨基甲酸铵中冷凝，该氨基甲酸铵经由降液管从洗涤区被送到冷凝部，在复合反应器的冷凝区，氨和二氧化碳一部分被合成尿素，向尿素的转化在复合反应器中的反应区进行。
在专利文献2中记载了以氨和二氧化碳为原料，由设置为立式的两个合成区和一个冷凝区构成的复合反应装置。装置是立式的复合反应器，该复合反应器的高压冷凝区与两个反应区分离。也公开了在两个反应区和反应器的外侧有高压冷凝区的复合反应器，还公开了使用该装置的工艺。此外，还公开了从汽提塔供给的全部或部分气体被供给至高压冷凝区的方法。公开了来自汽提塔的气体，优选经由氨喷射器供给至设置为立式的复合反应器的第二反应区。
在专利文献3中，记载了包括在与尿素合成压力大致相等的压力下，由原料二氧化碳对未反应的氨和二氧化碳进行汽提的工序和将来自汽提工序的混合气体进行冷凝的工序的尿素合成方法中，能够对装置的地面布置进行改良的方法。公开了作为尿素合成方法，在尿素合成塔的上方设置在冷却下用来使来自汽提塔的混合气体与吸收介质相接触进行冷凝的立式冷凝器，设置连通该冷凝器顶部与该合成管底部的第一降液管，使生成的冷凝液借助重力流到合成塔的底部，将冷凝液与供给此处的原料氨或二氧化碳的一部分一起供于尿素合成，经由在合成管顶部开口的第二降液管借助重力将生成的尿素合成液导入到汽提塔中，未反应的氨和二氧化碳作为上述混合气体被残留的原料二氧化碳分离、导入上述冷凝器的底部进行冷凝，或者来自立式冷凝器的冷凝液被以预热的原料液体氨作为驱动流体的喷射器吸引而导入尿素合成塔底部，供于尿素合成。
在专利文献4中记载了在一个容器内进行未反应的氨和二氧化碳混合气体的冷凝和尿素合成，单位产量所需要的设备容积比较小的尿素合成方法。
作为尿素合成方法，公开了：利用原料二氧化碳对未反应的氨和未反应的二氧化碳进行汽提，由此得到的混合气体与吸收介质被供给到立式冷凝合成塔的底部，原料液氨被供给到立式冷凝合成塔的底部和中间部，对从立式冷凝合成塔的底部到中间部进行冷却而进行混合气体的冷凝，同时进行尿素合成，生成的尿素合成液从立式冷凝合成塔的顶部被导入汽提塔的顶部，利用原料二氧化碳对尿素合成液中的未反应氨和二氧化碳进行汽提的方法。
在专利文献5中，公开了在CO2汽提式尿素工艺中，横向放置合成管，使用于进行合成工艺的装置的高度大幅度降低的方法。
在专利文献6和专利文献7中，公开了使用喷射器将来自卧式潜管冷凝器的尿素合成液导入合成管中的工艺。
专利文献1：国际公开WO 00/43358号公报
专利文献2：国际公开WO 01/72700号公报
专利文献3：日本特开平10-182587号公报
专利文献4：日本特开2002-20360号公报
专利文献5：日本特开昭59-122452号公报
专利文献6：日本特开平11-180942号公报
专利文献7：国际公开WO 00/00466号公报
发明内容
目前，将在合成管中得到的尿素合成液送到汽提塔的配管具有朝向下方的部分。即，沿着尿素合成液的流动方向，具有由水平向着垂直下侧倾斜的配管或垂直向下(与水平方向相垂直)的部分。这是用来利用重力输送尿素合成液，因为合成管顶部的位置比汽提塔高。
但是，尿素合成液是含有气体的气液两相流。当气液两相流向下流动时，具有流动不稳定的倾向，也有使流动的阻力增大的倾向。从而，在利用重力的情况下，通过气相分离使尿素合成液成为液相的单相，向下流动。
本发明的目的是在尿素合成装置中，避免作为气液两相流的尿素合成液向下流动，即使为气液两相流也能够保持流动稳定，进行平稳的运转，并且流动阻力变小而抑制能量损失。
本发明提供了一种尿素合成装置，包括：
使氨和二氧化碳反应，得到含有尿素、未反应的氨、未反应的二氧化碳和水的尿素合成液的合成管；
使用至少一部分原料二氧化碳对该尿素合成液进行汽提，分离含有该未反应的氨和未反应的二氧化碳的混合气体的汽提塔；
具有管壳式结构，通过在管侧流通的冷却介质进行冷却，在壳侧使该混合气体在吸收介质中冷凝的立式潜管冷凝器；和
将从该立式潜管冷凝器得到的液体循环到该合成管的循环单元，
该合成管为卧式，
将尿素合成液从该合成管送至汽提塔的配管实质上为水平和/或朝向上方。
所述合成管的上端，配置在垂直方向上与汽提塔的上端相同或比其更低的位置上。
所述循环单元具有以原料氨为驱动源的喷射器。
上述装置优选还具有对在所述立式潜管冷凝器中未冷凝的气体进行洗涤的洗涤器。
所述洗涤器配置在所述立式潜管冷凝器的内部。
按照本发明，在尿素合成装置中，能够避免作为气液两相流的尿素合成液向下流动，其结果，即使为气液两相流也能够保持该流动稳定，由此能够更加平稳地运行，使流动阻力减小，抑制了能量损失。
将卧式合成管(反应器)放置在地面上或者较低的位置，结果使得容易进行安装、运行和保全(检查)。
附图说明
图1是表示本发明尿素合成装置一个实施方式的流程图。
图2是表示本发明尿素合成装置另一个实施方式的流程图。
图3是说明尿素制造装置的方框图。
符号说明
A：合成管
B：冷凝器
C：汽提塔
D：洗涤器
E：喷射器
G：氨预热器
H：二氧化碳压缩机
1：原料氨
2：原料二氧化碳
4：合成管出口合成液
5：汽提塔顶出口气体
6：冷凝器出口液
7：在冷凝器内被气液分离的气体
8：喷射器出口液
9：洗涤器出口液
10：汽提塔出口液
11：回收氨基甲酸铵液体
12：洗涤器出口气体
13：冷凝器管侧入口冷却介质(锅炉水)
14：冷凝器管侧出口冷却介质(锅炉水和蒸汽)
15：汽提塔壳侧加热用蒸汽
16：汽提塔壳侧出口冷凝水
21：由分解装置得到的含有氨和二氧化碳的气体
22：由分解装置得到的尿素水溶液
23：熔融尿素
24：粒状尿素
具体实施方式
下面使用附图说明本发明，但本发明并不由此限定。在图1和图2中表示各设备在垂直方向上的位置关系(在此，省略了二氧化碳压缩机)。
下面根据不同情况，将立式潜管冷凝器简称为冷凝器。
所谓立式潜管冷凝器，是冷却管全部浸没在壳侧的液相内，具有立式管壳式热交换器结构的冷凝器。
图1是表示适合于CO2汽提式尿素制造工艺的本发明尿素合成装置一个实施方式的流程图。该装置具有：包括合成区的合成管A、包括冷凝区的冷凝器B、用来处理合成管出口的合成液4中的未反应成分的汽提塔C、在吸收介质中吸收来自冷凝器的冷凝区的未冷凝气体的洗涤器D和用来升压的喷射器E。
在此，合成区意味着在如下所述式1和2的反应当中主要进行式2反应的区域，而冷凝区意味着使氨气和/或二氧化碳气体在吸收介质中冷凝，在进行式1的反应同时，进行在式1的反应中生成的氨基甲酸铵的脱水反应的式2的反应的区域。
这些设备，也可以单独分别设置，优选根据要求将冷凝器和洗涤器等组合设置。
合成管为卧式。所谓从合成管向汽提塔输送尿素合成液的配管实质上是水平的和/或朝向上方，即没有实质上朝向下方的部分，意味着尿素合成液的合成管出口低于汽提塔的入口。在此，所谓该配管实质上是水平的和/或朝向上方，意味着在无损本发明效果的范围内，该配管允许有向下的部分。在布置的关系上，该配管的一部分也有不得不向下的情况，但只要无损本发明的效果，这样的情况也包含在本发明当中。但是，从完美地提高运转的平稳性，充分抑制能量损失的观点出发，优选该配管整体都是水平和/或朝向上方，即该配管不具有朝向下方的部分。
由于合成管采取卧式，能够降低合成管整体的高度，很容易实现上述合成管出口和汽提塔入口的位置关系。例如，很容易将卧式合成管的上端置于在垂直方向上与汽提塔上端相同或更低的位置上。这样的情况下，从合成管将尿素合成液送到汽提塔的配管很容易在水平或/和朝向上方。再者，卧式合成管的上端在垂直方向上配置在与汽提塔的上端相同的位置的情况下，从合成管将尿素合成液送到汽提塔的配管的长度能够达到最短。因为该配管是高压配管，因此，其长度变短有利于较少压力损失，从成本发的方面考虑也优选。
如果将卧式合成管设置在地面上或者靠近地面的位置上，除了使其整体高度降低以外，还容易进行合成管的安装或维修。
在水平和/或朝向上方的输送尿素合成液的配管中，包括沿着尿素合成液的流动方向水平的配管、垂直于垂直方向上方的配管、向着垂直方向的上方倾斜的配管以及其中两种以上组合的配管。
此外，卧式合成管，是以中空的圆筒状物体作为基本结构，实质上水平设置的压力容器。通常在其内部设有多个垂直安放的用来防止液体返混或短路的挡板，在底部设有用于分散气体的分散器。
在冷凝区和合成区，如下述式1和式2所示，通过氨和二氧化碳的反应生成氨基甲酸铵(以下称为氨基甲酸铵)，通过使生成的氨基甲酸铵脱水而生成尿素。氨基甲酸铵生成的反应速度快，而通过氨基甲酸铵脱水生成尿素的反应是平衡反应。
2NH3+CO2→NH2CO2NH4(放热反应)            式1
NH2CO2NH4 CO(NH2)2+H2O  (吸热反应)    式2
原料液氨1利用氨泵(未图示)升压到希望的压力，其一部分1a通过热交换器G被加热供给到喷射器E中。向喷射器中供给来自冷凝器B的尿素合成液6，并且升压。另一方面，原料气体状二氧化碳2被二氧化碳压缩机H升压到所需的压力，其中大半2a被供给到汽提塔C中。残留的一部分二氧化碳2b，为了控制合成管的温度和供给防腐蚀氧供给到合成管A中。防腐蚀的空气，通常供给至二氧化碳压缩机第一段的吸入侧或中间段(未图示)。作为热交换器G可适当采用具有能够加热原料氨结构的公知热交换器。作为在热交换器G中加热用的热介质，可适当采用具有所需温度水平的流体。
全部氨原料中的很小一部分，可作为原料氨1b被供给到冷凝器，用于冷凝器管板焊接部的防腐蚀。也可以不设置该原料氨1b的供给管线。
二氧化碳2c用作在下游分解工序中的汽提剂，也可以没有该二氧化碳2c管线。
从喷射器E喷出含有氨的合成液8，与二氧化碳同样供给合成管。
该喷射器构成将从冷凝器B中得到的液体6循环到合成管A中的循环单元。在图1中，循环单元具有设置在冷凝器内部的、在气液界面下方具有入口的降液管、喷射器E和管线6、8，在管线6上设有用来调节冷凝器B液面的调节阀。为了进行循环，可以用泵等其他升压单元代替喷射器，但由于喷射器的结构简单、耐久性和维修性能都优异所以优选。喷射器的运行条件(管线6和8的压差)可以取例如0.2Mpa以上1MPa以下。
循环单元也可以没有喷射器等升压单元。根据设备配置的不同，可以仅靠重力将液体6循环到合成管中。但是，如果设有将液体6升压的升压单元，就能够将冷凝器放置在比较低的位置上。从而能够将合成管、冷凝器、汽提塔放置在比较低的位置，特别是靠近地表的位置上，从安装或维修的观点出发优选。
在合成管内部的合成区，进行尿素合成反应优选达到接近平衡的合成率，从而合成尿素。在合成管的内部，压力优选在13MPaG以上，25MPaG以下(在压力单位中G表示表压)，温度在170℃以上，210℃以下，氨(包括氨基甲酸铵和转化为尿素的氨)和二氧化碳(包括氨基甲酸铵和转化为尿素的二氧化碳)的摩尔比(下面称为N/C)在3.0以上，4.5以下，水(除去在尿素合成反应中生成的水)和二氧化碳(包括氨基甲酸铵和转化为尿素的二氧化碳)的摩尔比(下面称为H/C)在1.0以下，停留时间在10分钟以上40分钟以下。
合成温度，可由例如驱动喷射器的氨1a的预热温度和/或供给到合成管中的二氧化碳2b的量进行控制。N/C可通过密度计连续测定例如合成管出口液4的密度，或者定期对合成管出口液4取样进行定量分析来把握。调节N/C，例如可通过调节供给喷射器的氨1a的量进行。H/C经常由回收从合成管排出的未反应物(氨和二氧化碳)的回收装置(在图1中未显示)中吸收其所必需的水量来决定。由于在平衡上水会阻碍尿素合成反应(在合成平衡上，H/C越低越好)，向该回收装置中供给的水量优选为必要的最小限度。关于回收装置将在下面叙述。
在合成管中，以二氧化碳为基准的尿素合成率由化学平衡决定，在N/C在3.0以上，4.5以下的范围内，该合成率在60％以上，75％以下的程度。
所谓以二氧化碳为基准的合成率，是供给到作为考虑对象的设备或区域中的二氧化碳摩尔数与所供给的二氧化碳中转化为尿素的摩尔数的比例，通常用％表示。
合成压力取13MPaG以上，合成尿素的优选温度(170℃以上)，从能够采用对合成的平衡压力有富余的运行压力的观点出发，以及从防止由于气化而降低合成率的观点出发均优选。至于合成压力在25MPaG以下，从能够抑制用于原料氨、原料二氧化碳和未反应的氨基甲酸铵液体6升压的能量的观点出发，或者从成本的观点出发优选。
所谓氨基甲酸铵液体，是通过合成工序在下游的回收工序中将未反应氨和二氧化碳以氨基甲酸铵水溶液回收的液体。
合成温度在170℃以上，从防止尿素生成的反应速度变缓的观点出发优选。而在210℃以下，从防止增加腐蚀速度、防止提高活性腐蚀风险的观点出发，优选。
从平衡合成率的观点出发，N/C优选在3.0以上，而从防止提高氨蒸气压致使容易生成气相的观点出发，优选在4.5以下。
如上述式1和式2所示，在合成尿素时氨和二氧化碳的化学计量比(N/C)为2，但实际上为了提高尿素的平衡合成率，优选供给过量的氨，处于存在有过量的未反应氨的状态。
从尿素合成率的观点出发，H/C优选在1.0以下，更优选在0.7以下。H/C是0也是可以的，但在很多情况下，H/C要以在回收来自尿素合成装置的未反应物(氨和二氧化碳)的回收装置(图1中未显示)中用于其吸收的必要的水分量决定，实际上多少经常会存在水。例如可以取H/C在0.4以上。
从进行尿素合成反应的观点出发，工艺流体在合成管中的停留时间优选在10分钟以上。即使停留时间超过40分钟，由于已经接近达到平衡合成率，几乎不能期待上升到在此以上的合成率，所以优选在40分钟以下。
在冷凝器B内的冷凝区和合成管A内的合成区中合成尿素，从合成管出来的含有尿素的流出物4被供给到汽提塔C。在合成管出口的流出物4中，存在着作为液相的合成尿素、水、氨基甲酸铵和未反应的氨，而一部分未反应的氨和二氧化碳与不活泼气体一起以气相存在。
在此，所谓不活泼气体，是在例如合成管、汽提塔、冷凝器、洗涤器和连接它们的配管等构成的尿素合成装置中导入用来防止腐蚀的空气和原料二氧化碳中所含的氢、氮等杂质的统称。
在本发明中，该合成管流出物4的流动，是在水平方向和/或朝向上方流动的，即不会向下方流动。在图1中，合成管流出物从合成管向上方流动，然后水平流动进入汽提塔。由此避免了作为气液两相流的合成管流出物向下流动，可使流动稳定化，降低流动的阻力。
供给到汽提塔C中的合成管流出物4被加热用蒸汽加热，使在合成管流出物中所含的氨基甲酸铵被加热分解。由供给的原料二氧化碳2a对在合成管流出物中的未反应氨或未反应二氧化碳进行CO2汽提，使含有二氧化碳、氨和不活泼气体的气体状成分5与合成液10分离。这样的合成液中尿素浓度通常在40质量％以上60质量％以下。
所谓汽提，指的是通过加热和/或与汽提剂(通常是不溶解于或难溶解该溶液的气体)相接触使在溶液中溶解的成分从溶液中逸出，作为气相而被分离的操作。
汽提塔C具有管壳型热交换器的结构，在壳侧供给加热用蒸汽15，该蒸汽冷凝的冷凝水16被排出。当合成管流出物通过管侧时被加热。如上所述，通过加热进行汽提和通过二氧化碳进行汽提两者都进行，所以不仅汽提效果优异，还有使氨基甲酸铵分解的效果，所以优选。由于汽提塔C还具有气液分离的功能，所以无需另设使合成管流出物4气液分离的气液分离器。
从汽提塔出来的气体状成分5被供给到冷凝器中。为此冷凝器的壳侧与汽提塔相连接。另一方面，来自汽提塔的合成液10被送到分解装置(在图1中未显示)，进行尿素成分的精制。
向洗涤器D供给吸收介质。作为该吸收介质，使用在分解装置和回收装置(在图1中未显示)中回收的回收氨基甲酸铵溶液11。有关分解装置、回收装置和回收氨基甲酸铵溶液将在下面叙述。
在此，在冷凝器B的内部，特别是在冷凝器上部的气相部设有洗涤器D。在冷凝器上部设置气相部分，就在冷凝器内进行气液分离。根据情况不同，可以在冷凝器中不设气相部，将洗涤器和气液分离器分别设置在冷凝器的外部，以达到同样的效果。
在此，向洗涤器D中供给上述回收氨基甲酸铵溶液11作为吸收介质。在洗涤器中回收氨基甲酸铵溶液与在冷凝器中被气液分离的气体状成分7接触，吸收在气体状成分7中所含的一部分氨和二氧化碳，通过降液管将该流体9供给至冷凝器下部。没有被氨基甲酸铵溶液11吸收的氨、二氧化碳、不活泼气体从管线12被送回收装置。
所谓洗涤，指的是使在气体中的某些成分通过气液接触而被吸收到液体中，从而使气体净化的操作。
冷凝器优选在下述条件下运行：压力在13MPaG以上25MPaG以下、温度在160℃以上200℃以下、N/C在2.5以上4.0以下、H/C在1.0以下、停留时间在10分钟以上30分钟以下。
冷凝器的N/C由合成管的N/C间接决定。即，合成管的N/C大致决定了汽提塔出口气体5的组成，也决定了冷凝器的N/C。冷凝器的H/C由用来回收从尿素合成装置出来的未反应物(氨和二氧化碳)的回收装置中将其吸收所必需水分的量来决定。由于在平衡时水会阻碍尿素合成反应(在合成平衡时H/C越低越好)，所以向该回收装置中供给的水量优选限制在必要的最小限度。
冷凝部和汽提塔，实质上在与合成管相同的压力下运行。
从生成尿素的反应速度的观点出发，在冷凝器内工艺流体的温度优选在160℃以上，从伴随着蒸气压上升冷凝率降低和抑制设备材料腐蚀的观点出发，优选在200℃以下。
从由尿素合成液中的二氧化碳分压上升抑制冷凝率降低的观点出发，冷凝器内工艺流体的N/C优选在2.5以上，而从氨蒸气压上升抑制冷凝率降低的观点出发，则优选在4.0以下。
从尿素合成率的观点出发，H/C优选在1.0以下。
从通过降低尿素合成率来抑制蒸气压上升和冷凝率降低的观点出发，在冷凝器内的停留时间优选在10分钟以上。由于即使超过30分钟，也不能期望尿素合成率有显著地上升，所以优选在30分钟以下。
吸收了一部分从汽提塔C经由冷凝器内供给到洗涤器D中气体状成分7的氨基甲酸铵溶液9，从降液管被供给冷凝器的下部。在冷凝器中，该氨基甲酸铵溶液9与气体状成分5接触，氨基甲酸铵溶液吸收氨和二氧化碳而且冷凝，通过在式1中所示的氨基甲酸铵生成反应和在式2中所示的氨基甲酸铵脱水反应而生成尿素。
在冷凝器内以二氧化碳为基准的转化率在例如20％以上60％以下。
在冷凝区没有冷凝的氨和二氧化碳，与不活泼气体一起在冷凝器顶部或气液分离器中分离，被送到回收装置或洗涤器中。在此，这样的混合气体在冷凝器顶部被分离，被送到在其上部整体设置的洗涤器中。
另一方面，在冷凝器内气液界面处进行气液分离得到的液体6，由在冷凝器内部气液界面下面具有入口的降液管供给到喷射器E中，以原料氨作为驱动源，再送到合成管中，供于尿素合成反应。
下面详细说明各个构成设备。
合成管A是卧式反应器，在内部可设有挡板、气体分散器等。
汽提塔可适当采用进行气液接触的结构和/或可通过加热使合成液4中的氨基甲酸铵分解和释放出溶解的气体的结构。
汽提塔，可如图1中所示，具有立式管壳型热交换器的结构。在这种情况下，可向壳侧供给蒸汽等热介质，向管侧供给合成液4，从壳侧向管侧供给热量。如此结构以外的汽提塔，可以使用板式塔或填料塔。也可以采用它们的组合。
作为洗涤器的结构，可适当采用能够洗涤的结构，也可以采用填充有填料的填料塔、管壳式结构、板式塔和它们的组合。洗涤器在与合成管实质上相同的压力下运行，温度通常在100℃以上180℃以下。在洗涤器中由于吸收气体会释放出吸收热，而如果采用管壳式结构，就能够通过冷却介质除去吸收热并将其回收。
洗涤器可与冷凝器组装配置或与冷凝器制成一体，也可以与冷凝器分别设置。
作为冷凝器，可适当采用能够进行气体状成分的冷凝、氨和二氧化碳的吸收和通过式1和式2进行尿素合成反应的结构的立式潜管冷凝器。当其是立式时，具有气体在冷凝器内容易均匀分散，设置面积小，更容易延长气体停留时间等优点。而由于尿素合成反应是在液相发生的反应，所以希望将冷却管插入到液体中。因此，使用立式潜管冷凝器。
如图1中所示，作为冷凝器可以采用设置U形管作为冷却单元的结构。该结构作为潜管型很合适。即，很容易使U形管处于完全浸没在液相中的状态。可在管侧供给锅炉水等冷却介质。当流过作为冷却介质的液氨、尿素液等工艺流体时，在壳侧流体冷却的同时，还能够进行该方法的预热或加热。
如果使用U形管，只用一块管板即可。由此可实现减轻重量的效果。
升高压力的原料氨1a和从冷凝器得到的液体6被供给到喷射器E中，这些混合流体8被供给到合成管A的下部。含有空气(例如从升压单元H的中间段供给)的被升压的原料二氧化碳中的一部分2b，被供给到合成管中。如此供给的原料，通过合成管内，此时在合成管内按照反应式1和反应式2进行反应，生成尿素。在合成管内，优选设置挡板，用于防止液相的逆混合和短路。优选大致达到反应平衡的合成液，从合成管上部经由没有向下部分的管线4被供给到汽提塔的上部。被升压的原料二氧化碳2a，从汽提塔下部被供给，对合成液4中未反应的氨和氨基甲酸铵的分解产物进行汽提。
如在图1中所示的汽提塔，具有立式管壳型热交换器结构。在管侧来自合成管的合成液4与原料二氧化碳2a逆流接触，合成液4中的未反应物(氨基甲酸铵)和过量的氨以气体成分(氨和二氧化碳)被汽提出。在壳侧供给蒸汽作为使氨基甲酸铵分解的热源使用。
来自汽提塔上部的气体成分5被供给到冷凝器下部。来自洗涤器的氨基甲酸铵溶液9经由降液管也同样供给到冷凝器下部。
在冷凝器内，设置U形管作为冷却单元，向U形管供给冷却用水(锅炉用水)13，供冷却使用的流体14(锅炉用水和蒸汽的混合流体)从U形管中排出。
供给到冷凝器壳部的作为吸收介质的从降液管出来的氨基甲酸铵液体9和来自汽提塔的气体成分5，在冷凝器内部边上升边互相接触而被冷却，气体成分冷凝而且被吸收到氨基甲酸铵溶液中生成氨基甲酸铵，再次引发尿素合成反应。
在冷凝器上部设有U形管的情况下，构成为U形管从管板向下延伸的结构。在这样的情况下，当在冷凝器内部产生气相时，气液界面就与管外表面相接触。即，该管横跨气相部与液相部两者。在这种情况下，有时由于氨基甲酸铵冷凝容易引起管的腐蚀。但是，在图1中所示的冷凝器中，管板设置在冷凝器的下部，特别是设置在底部，U形管从管板向上延伸，能够在冷凝器的上部设置不存在U形管的区域。从而，即使在冷凝器内部存在有气相部，U形管也能够完全浸没在液体中。因此，就完全没有上述对腐蚀的担心，所以优选。
而在图2中，合成管的上端被设置在与汽提塔上端在垂直方向上相同的位置上，表示从合成管将尿素合成液送到汽提塔的配管处于水平(既不向上也不向下)的状态。在此形态下，合成管出口流体4通过水平的配管，能够实现更为简单的流动，使配管的长度尽可能短，因此优选。由于该配管是高压配管，缩短其长度在压力损失或成本方面优选。
在此，说明包括尿素合成装置的尿素制造装置的例子。在图3中表示尿素制造装置的大致情况。尿素制造装置具有尿素合成装置、回收装置、分解装置、浓缩装置和产品化装置。向尿素合成装置中供给原料氨1和原料二氧化碳2。来自尿素合成装置并经过汽提的尿素合成液10被送到分解装置。
在分解装置中，通过在减压下对供给的尿素合成液加热，使在尿素合成液中所含的未反应氨和氨基甲酸铵分解，以含有氨和二氧化碳的气体21的形式被分离。残留的液相成为例如68质量％左右的尿素水溶液22，被送到分解装置下游的浓缩装置中。
在浓缩装置中，在真空下通过对在分解装置中得到的尿素水溶液22加热，使水分几乎完全蒸发分离，得到例如99.7质量％左右的熔融尿素23。该熔融尿素被送到在浓缩装置下游的产品化装置中进行冷却和固化，形成粒状的尿素24。
此外，在分解装置中被分离的含有氨和二氧化碳的气体21和在洗涤器中没有被吸收到回收氨基甲酸铵溶液中的含有氨、二氧化碳和不活泼气体的气体12，在回收装置中被水吸收，以氨基甲酸铵水溶液的形式被回收，该水溶液在升压后作为回收氨基甲酸铵溶液11返回到尿素合成装置中。
实施例
下面，通过实施例更详细的说明本发明，但本发明并不限于这些实施例。
[实施例1]
在使用如图1所示的尿素合成装置的情况下，研究日产1725t(t表示103kg)尿素的生产例，在表1中表示物质的收支和温度、压力。
对于压力23MPaG，温度为30℃的原料氨1，以39.7t/小时经过热交换器G加热到140℃，由管线1a供给到喷射器E中，以1.0t/小时经由管线1b供给到冷凝器B。另一方面，压力0.1MPaG，温度40℃的二氧化碳2被压缩机H升压，成为压力16MPaG、温度120℃的二氧化碳，通过管线2a，以41.2t/小时被送到汽提塔C中，以9.1t/小时通过管线2b被供给到合成管A中，生产尿素。
被供给的氨1a在喷射器E中与来自冷凝器B的压力15.2MPaG的合成液6混合，在15.5MPaG的压力下通过管线8被供给到合成区的某个合成管A中。
合成管A，在压力：15.5MPaG，温度：182℃，N/C：3.7，H/C：0.58，停留时间：20分钟的条件下运行，合成尿素。在合成管中以二氧化碳为基准的转化率是63％。
从合成管A排出的含有尿素的合成液4，被供给到汽提塔C中。向汽提塔C的壳侧供给中压蒸汽15，供给用来分解氨基甲酸铵的热量，变成冷凝水16排放出。在汽提塔C的管侧，在上部温度：184℃，下部温度：171℃，压力：15.4MPaG下进行氨基甲酸铵的分解和汽提，气体状成分在上部分离，气体状成分5被送到冷凝器B中，在汽提塔C的底部排出合成液10，送到分解装置中。
来自汽提塔C的气体状成分，以134.6t/小时(管线5)，与回收氨基甲酸铵溶液6，以2.2t/小时(管线11)都被送到冷凝器中。冷凝器在温度：180℃，压力：15.2MPaG，N/C：2.9，H/C：0.65和停留时间：20分钟的条件下运行，合成了尿素等。在冷凝器中以二氧化碳为基准的转化率是46％。
表1
管线编号   1   1a    1b     2     2a     2b     2c     4     5     6     8     10     11     12
尿素  t/h 77.3 50.8 50.8 73.5 0.3
氨  t/h   40.7   39.7     1.0     86.9     69.7     62.3     102.0     19.2     21.9     1.6
二氧化碳  t/h     52.7     41.2     9.1     2.4     33.6     58.5     43.9     43.9     18.9     24.7     2.2
水  t/h     44.6     6.4     36.7     36.7     37.2     15.3     0.2
合计  t/h   40.7   39.7     1.0     52.7     41.2     9.1     2.4     242.4     134.6     193.7     233.4     148.8     62.2     4.0
温度  ℃   30   140     30     40     120     120     150     182     184     180     170     171     105     160
压力  MPaG   23.0   23.0     23.0     0.1     16.0     16.0     0.5     15.4     15.4     15.2     15.5     15.4     16.0     152
N/C  mol/mol     3.7     2.9
H/C  mol/mol     0.58     0.65
CO2转化率  ％     63     46
产业上利用的可能性
本发明的尿素合成装置适合于用来由氨和二氧化碳制造尿素。

Claims (5)

1.一种尿素合成装置，具有：
使氨和二氧化碳反应，得到含有尿素、未反应的氨、未反应的二氧化碳和水的尿素合成液的合成管；
使用至少一部分原料二氧化碳对该尿素合成液进行汽提，分离含有该未反应的氨和未反应的二氧化碳的混合气体的汽提塔；
具有管壳式结构，通过在管侧流通的冷却介质进行冷却，在壳侧使该混合气体在吸收介质中冷凝的立式潜管冷凝器；和
将从该立式潜管冷凝器得到的液体循环到该合成管的循环单元，
该合成管为卧式，
将尿素合成液从该合成管送至汽提塔的配管基本上为水平和/或朝向上方。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述合成管的上端，配置在垂直方向上与汽提塔的上端相同或比其更低的位置上。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述循环单元具有以原料氨为驱动源的喷射器。
4.如权利要求1～3中任一项所述的装置，其特征在于，还具有对在所述立式潜管冷凝器中未冷凝的气体进行洗涤的洗涤器。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述洗涤器配置在所述立式潜管冷凝器的内部。
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