CN101591269A - 尿素生产设备的改进方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改装常规自汽提尿素设备的方法，其中二氧化碳供料的少部分(18a)供给至汽提器(7)并且用作汽提剂。在进一步实施方案中，另外设置一个氨基甲酸盐冷凝器，或者将常规的卧式管壳式氨基甲酸盐冷凝器(6)替换成立式淹没型单元。

Description

尿素生产设备的改进方法
技术领域
本发明公开了及一种改装和提高自汽提尿素设备能力的方法。
背景技术
自汽提或热汽提工艺是合成尿素的众所周知的工艺。它通常指由Snamprogetti于60年代晚期提出的斯那姆(Snamprogetti)工艺。对此工艺和相关设备的公开内容可在例如GB 1542371中找到。世界上很多尿素设备都应用此工艺。
基本上，自汽提工艺使氨气与CO2之间在高压反应器内约150-160巴和N/C比通常约3.2-3.4摩尔下反应，从反应器排出的含有氨和未转化的氨基甲酸铵的溶液在高压汽提器中被加热，以分解氨基甲酸盐并回收氨。在汽提器中产生的包括氨和CO2的汽相在高压冷凝器中被冷凝，并且循环至反应器，该高压冷凝器和反应器、汽提器一起构成高压圈的一部分。通常此设备还包括中压和低压分解部分，以进一步将尿素与未转化的氨和氨基甲酸盐分离。
采用自汽提工艺运行的尿素设备的主要装置如下：
-高压合成反应器，用氨气和二氧化碳供给，并且产生包括在水溶液中的尿素、氨基甲酸盐和游离氨的混合物；
-由蒸汽加热的高压汽提部分，接收所述混合物并且提供氨基甲酸盐的部分分解和游离氨的部分分离，得到包括氨和二氧化碳的气相和包括尿素、残留氨基甲酸盐和氨的水溶液；
-中压部分，在此部分将所述的包括尿素、残留氨基甲酸盐和氨的溶液加热，从而部分分解所述的氨基甲酸盐并分离所述的氨；
-低压回收部分，接收在所述中压部分中得到的尿素和残留氨基甲酸盐，并且进一步分解氨基甲酸盐并分离残留的氨；
-高压冷凝部分，包括至少一个卧式冷凝器，冷凝来自汽提部分的气相，并由此得到包括在水溶液中的回收的氨基甲酸盐的液流，将其供给至反应器。
汽提部分包括至少一个汽提器，来自反应器的水溶液由此供给至由蒸汽加热的管束而不需要另外使用汽提气。由蒸汽提供的热量导致氨基甲酸盐部分分解成二氧化碳和氨，其与所述混合物中含有的部分游离氨一起，在汽提单元的顶部被回收，在所述的卧式冷凝器中被冷凝，然后被循环至反应器。氨也可用作自汽提设备中的汽提剂。
常规的自汽提尿素设备的冷凝器是釜式的管壳式卧式单元，在该单元中，在从中压或低压部分回收并用作冷凝介质的循环氨基甲酸盐溶液的存在下，气相在管侧被冷凝。冷凝热用来产生蒸汽。
对改装现有自汽提尿素设备运行上述工艺的兴趣在不断增长。在本说明书中，术语“改装”表示改进现有设备以改善其性能，并且获得例如更大的生产能力和/或更好的转化率，或者降低能耗。
然而，自汽提工艺有一些缺点，这可能也对有吸收力的改装的可能性有负面的影响。第一个缺点是热汽提的效率不是最佳的，尤其是在除去氨方面。此外，汽提器排出的溶液中相应的氨含量增加了下游的中压和低压部分的负担。所述的中压和低压部分当希望提高能力时可能成为瓶颈。
提高自汽提尿素设备能力的工艺公开在WO 2006/061083(WO‘1083)中，目的是尽可能避免替换昂贵的设备，并且其中的条件是在作为汽提气的二氧化碳的帮助下，至少一部分来自反应器的工艺流由CO2汽提器进行汽提，并且增加高压部分的冷凝能力。根据WO‘1083的公开内容，这意味着增加二氧化碳汽提器或者将现有的热汽提器或氨汽提器转变成CO2汽提器。冷凝能力是通过增加与已有冷凝器串联或并联的高压洗涤器或者第二个冷凝器而增加的。可选择地，还公开了增加已有冷凝器的冷凝能力。还建议设置池式(pool)冷凝器、池式反应器或组合反应器来提高反应能力。
然而WO‘1083的工艺还是昂贵的，包括提供新的设备(新的CO2汽提器和/或新的冷凝器)或实质性改造现有设备。应当指出的是，汽提器和冷凝器是高压圈中最昂贵的部件。
发明内容
本发明的技术问题是考虑提供一种用于改装本文中所述类型的自汽提尿素设备的进一步的和较不昂贵的工艺。
这个问题通过一种改装自汽提尿素设备的方法而得到解决，所述设备包括接收氨气供料和二氧化碳供料的高压合成反应器、高压热汽提部分和回收部分，该回收部分包括：用于氨基甲酸盐和氨回收的中压和低压装置和包括至少一个釜式的管壳式卧式冷凝器的高压冷凝部分，该方法的特征在于提供流送管线，所述的流送管线适合在运行中将总二氧化碳供料的小部分供给所述汽提部分，用作汽提剂。
所述的总二氧化碳供料的所述小部分优选为20至50％，在一个优选实施方案中，大约30％的二氧化碳供料被送至汽提器，并且其余大约70％被送至反应器。
本发明工艺的第一个实施方案中，现有的管壳式的釜式冷凝器被保留。特别地，如果并不希望提高冷凝能力，现有的釜式冷凝器可被保留以降低成本。
在第二个实施方案中，增加至少一个与现有的冷凝器并联或串联的另外冷凝器来提高冷凝能力。
在第三个实施方案中，去掉原来的釜式冷凝器，用一个新的淹没型立式冷凝器来代替。
在所述第三个实施方案的一个实现例中，适宜时，新的立式冷凝器被布置在相对于反应器和汽提单元的上举位置，因此允许在高压圈中由重力产生的自然循环。在这种情况下，为立式冷凝器提供合适的支撑结构。根据另一个优选的实现例，将冷凝器保持或布置在与反应器大致相同的高度，然后提供泵用来把经冷凝的循环氨基甲酸盐溶液传递到反应器。
根据又进一步的实施方案，提供装置，以将从汽提部分出来的包含氨和二氧化碳的气相的小部分直接供给至反应器，而将所述气相的剩余的大部分送至冷凝部分。
本发明具有如下的优点。利用部分二氧化碳供料作为汽提剂改进了氨基甲酸盐汽提工艺，并且还发现其不需要增加冷凝能力的优点。
特别是，发现，与包括必需提供新部件例如新汽提器和/或冷凝器的现有技术工艺相比，常规自汽提设备的效率以令人惊讶的方式，以较低成本得到提高。
提供新淹没型立式冷凝器有增加尿素产量的进一步的优点，这归功于在冷凝器的管内发生的氨基甲酸盐成为尿素的转化。因此，反应能力得以提高而不需改进反应器或提供更昂贵的池式冷凝器。
另一个优点就是，改进汽提减少了来自汽提部分的尿素溶液中氨的含量；因此，整个设备无瓶颈的效应使下游处理部分的负担减轻。
应当指出的是，已经发现上述将总二氧化碳分出小部分直接送至汽提器，优选约30％，并且其余大部分送至反应器的过程，在下面的实施方案中是特别有利的：即在如上所公开的保留了现有釜式冷凝器的实施方案中，以及在增加新的冷凝器或者釜式冷凝器被淹没型单元替换的实施方案中是特别有利的。
本发明的一个目标是一种用于合成尿素的设备，包括：高压圈，所述高压圈至少包含用来接收氨气供料和二氧化碳供料的合成反应器；包含至少一个热汽提器的汽提部分；和其包含至少一个氨基甲酸盐冷凝器的冷凝部分，并且所述设备进一步包含：用以回收氨基甲酸盐和氨的中压和低压装置，所述设备特征在于：流送管线，所述的流送管线适合在运行中将总二氧化碳供料的小部分供给所述汽提部分用作汽提剂。
本发明的另一个目标是一种在自汽提尿素设备中合成尿素的工艺，其中高压圈接收氨气供料和二氧化碳供料，所述的高压圈包括合成反应器、包含至少一个热汽提器的汽提部分和包含至少一个氨基甲酸盐冷凝器的冷凝部分，该工艺的特征在于，将总二氧化碳供料的小部分供给至所述的汽提部分，用作汽提剂，所述的小部分优选20至50％，更优选约30％。
从参考附图对一些示例性实施方案的下列描述中，本发明的另外的特征和优点将变得更清楚。
附图说明
图1是常规自汽提尿素设备的简图。
图2是根据本发明一个实施方案改装的图1设备的简图。
具体实施方式
图1是常规自汽提或热汽提尿素设备1的示意图。该示意图被简化了，并且仅参考对理解本发明有用的详细内容。
设备1包括在例如大约150巴下运行的高压合成部分或合成圈2；在15-25巴下运行的中压处理部分3；和低压尿素回收部分4。
合成圈2包括在大致相同的压力下运行的反应器5、冷凝器6和汽提器7，并且包括洗涤器8。
冷凝器6是卧式管壳式釜式单元，接收来自中压部分经由管线29的氨基甲酸盐进料34和由汽提器7经由管线32、33排出的气相。冷凝在管侧实现，并且冷凝热用于产生蒸汽。
汽提器7大致上是管束型蒸汽加热的交换器。来自反应器5的氨基甲酸盐溶液在管束的管内形成液膜，而管外流动的热蒸汽提供分解氨基甲酸盐必需的热量。氨和二氧化碳在汽提器顶部的气相中被回收。
中压处理部分3包括分解单元10和用于回收氨气的精馏塔11以及氨气冷凝器11a。低压处理部分4包括一系列常规的装置，并且没有进一步描述。
向设备1的部件供给各种物流的装置用15-36统一表示。这些供给装置可以包括连接管或导管、泵、压缩机、喷射器和其它的已知部件，因此不应当对它们进行更详细的描述。在本说明书中，并且除非另外指明，术语流送管线或管线是指管、导管、泵、压缩机、喷射器或适合传输液体或气体流的其它已知装置。
基本上明确地，图1的常规自汽提设备按如下运行。二氧化碳供料经由管线15和压缩机16被送到合成反应器5。液态合成氨经由管线18、泵19和预加热器20被供给同一反应器5。在低压部分3中被回收的氨经由管线22被添加到新的氨供料中。包含尿素、未转化的氨基甲酸盐和游离氨的混合物从反应器5经由流送管线23、24排出到汽提器7。然后，溶液在汽提器7中被分解，从而得到由尿素、一些残留氨基甲酸盐和氨的混合物，该混合物经由管线26并且氨气和二氧化碳经在管线32供给至中压蒸馏单元10。
分解单元10得到包含氨和二氧化碳的气相，并且得到尿素和残留氨基甲酸盐的水溶液。气相的氨和二氧化碳与在中压部分3的下游进一步得到的循环氨基甲酸盐溶液混合，并且将得到的混合物在热交换器27中冷却，并且经由管线28供给精馏塔11。将水溶液在中压部分3中进一步处理，得到低氨基甲酸盐含量的溶液，其在低压部分4中进一步处理。
然后，将来自精馏塔11的气相氨在一系列常规冷却和压缩段中冷凝，并且经由管线22循环至反应器5的氨供料。
精馏塔11中得到的氨基甲酸盐溶液经由泵30和管线29循环至氨基甲酸盐冷凝器6，与气相在33中混合，因此该冷凝器接收经由管线34的液/气混合物。在所述冷凝器6中以氨基甲酸盐溶液作为冷凝液，气体(不包括惰性气体)基本上完全冷凝。冷凝器6的输出在管线35是氨基甲酸盐溶液，将其经由分离器8和供给管线36循环至反应器5。
图2是根据本发明第一实施方案改装的设备1的示意图。提供新的二氧化碳流送管线18a，用来供给总二氧化碳的小部分至汽提器7，所述的小部分用作汽提剂。操作中，改装后，经由管线18a送至汽提器7的部分是总CO2供料的小部分，优选为20％至50％之间，更优选为约30％。其余部分经由现有管线18送至反应器5。可方便地将空气加到所述的管线18引导至反应器。
在第一实施方案中，对设备1没有进一步的实质性改装。
在另一实施方案中(没有示出)，改装工艺包含进一步的步骤，即提供与现有的釜式冷凝器6并联或串联增添的另一个冷凝器。
在又一实施方案中，卧式釜式冷凝器6被新的立式淹没型冷凝器替换，并且履行来自汽提器7的气相氨和二氧化碳以及循环氨基甲酸盐溶液的流送管线，以将它们供给至所述的新冷凝器的管中。优选替换现有单元6的所述新冷凝器的详细内容和操作与EP-A-1 516 664公开内容的一致。在这个实施方案中，将原来引导至釜式冷凝器6(图1)的流送管线33改造成供给新的淹没型冷凝器。
在所有上述的实施方案中，在汽提器7底部得到的水溶液具有非常低的氨含量，因此显著减轻了中压部分3的负担，尤其是塔11和氨气冷凝器11a的负担。高压氨泵19的负担也得到了减轻。部分3和泵19的负担的减轻是本发明的一个重要的优点。
在设置新的立式淹没型冷凝器的实施方案中，替换釜式冷凝器6，新的冷凝器可排列在相对于反应器5和汽提器7的上举位置(raised position)，如此获得自然循环：由冷凝器到合成反应器5的氨基甲酸盐溶液和从反应器5到汽提器7的包含尿素、氨基甲酸盐和游离氨的水溶液靠重力驱动。在这样的情况下，优选在与汽提器相同的压力下运行反应器，以实现所述的自然循环。
还可以将所述的新的立式冷凝器设置在与反应器5和汽提器7大体上相同的高度。优选地，还需要泵，以将氨基甲酸盐溶液从所述的新的冷凝器传递到合成反应器5。
需要指出的是，氨基甲酸盐成为尿素的转变也可在淹没型冷凝器的管内发生；并已经发现，由于采用所述的冷凝器，常规自汽提设备的尿素产量可提高约30％。

Claims (12)

1、一种改装自汽提尿素设备(1)的方法，所述设备包括高压圈，所述高压圈至少包含：用来接收氨气供料(18)和二氧化碳供料(15)的合成反应器(5)；包含至少一个热汽提器(7)的汽提部分；和包含至少一个氨基甲酸盐冷凝器(6)的冷凝部分，并且所述设备还包括用来回收氨基甲酸盐和氨的中压和低压装置，该方法特征在于：提供流送管线(18a，39)，其适于在运行中将总二氧化碳供料的小部分供给所述汽提部分用作汽提剂。
2、根据权利要求1的方法，其中总二氧化碳供料中用作汽提剂的所述小部分在20至50％之间，优选约30％。
3、根据权利要求1或2的方法，其中增加与所述自汽提尿素设备(1)的已有冷凝器(6)并联或串联的另一个冷凝器。
4、根据权利要求1或2的方法，其中所述的自汽提尿素设备(1)包含卧式管壳式氨基甲酸盐冷凝器(6)，且所述的冷凝器(6)用淹没型立式冷凝器替换。
5、根据权利要求4的方法，其中所述的淹没型立式冷凝器布置在相对于所述尿素设备(1)的已有反应器(5)和汽提器(7)的上举位置，以致在改装设备的运行期间在所述的高压圈内由重力作用形成自然循环。
6、根据权利要求5的方法，其中给布置在相对于已有反应器和汽提器上举位置中的所述冷凝器提供合适的支撑结构。
7、根据权利要求4的方法，其中所述的淹没型立式冷凝器布置在与反应器(5)大致相同的高度。
8、根据权利要求7的方法，其中设置泵，用来将冷凝的循环氨基甲酸盐溶液从所述冷凝器传递至反应器。
9、根据上述任一权利要求的方法，其特征在于提供流送管线，其适于将来自所述设备(1)的汽提部分的包含氨和二氧化碳的气相的小部分直接供给至反应器(5)。
10、一种合成尿素的设备(1)，包括高压圈(2)，高压圈(2)至少包含用来接收氨气供料(18)和二氧化碳供料(15)的合成反应器(5)；包含至少一个热汽提器(7)的汽提部分；和包含至少一个氨基甲酸盐冷凝器(6)的冷凝部分，并且所述设备(1)还包括中压和低压装置，用来回收氨基甲酸盐和氨，其特征在于：流送管线(18a)，其适于在运行中将总二氧化碳供料的小部分物流供给所述汽提部分用作汽提剂。
11、一种在自汽提尿素设备中合成尿素的工艺，其中高压圈(2)接收氨气供料(18)和二氧化碳供料(15)，所述的圈包括合成反应器(5)，包含至少一个热汽提器(7)的汽提部分，和包含至少一个氨基甲酸盐冷凝器(6)的冷凝部分，该工艺的特征在于将总二氧化碳供料的小部分供给至所述的汽提部分，用作汽提剂。
12、根据权利要求11的工艺，其中所述的小部分在20％至50％之间，优选约30％。
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