CN101959851B - 用于尿素生产的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了用于生产尿素的设备和方法。在一种或多种实施方案中，一种用于生产尿素的设备可以包括第一区，其可以包括与第一管流体连通的第一流道，该第一管布置在多个塔板的第一端周围，与第二管流体连通的第二流道，该第二管布置在塔板的第一端和塔板的第二端周围，和与第三管流体连通的第三流道，该第三管布置在塔板的第一和第二端周围。该设备可以包括第二区，其可以包括固定床，该固定床包含布置在其中的一种或多种惰性填料来提供另外的表面积。该设备可以包括第三区，其可以包括多个布置在其中的管。第二区可以布置在第一和第三区之间。

Description

用于尿素生产的设备和方法
发明背景
本发明的实施方案通常涉及生产尿素的设备和方法。
现有技术
尿素可以如下来合成：将氨和二氧化碳反应来形成氨基甲酸铵，随后脱水来形成尿素和水。氨和二氧化碳形成尿素的反应可以使用下面的平衡反应描述：
Figure BPA00001211855300011
Figure BPA00001211855300012
生产氨基甲酸铵的第一反应是放热反应，并且基本上进行完全。生产尿素的第二反应是吸热的，并且通常进行不完全。氨基甲酸铵向着尿素的转化率随着温度和NH3/CO2比例的升高而升高，并且随着H2O/CO2比例的升高而降低。所形成的产物可以是含有一种或多种污染物的尿素溶液，包括氨基甲酸铵，氨，二氧化碳和水，其必须除去来产生净化的尿素产品。
常规的除去尿素溶液中污染物的方法使用了多级和多件装置。该装置(即，高压氨基甲酸盐冷凝器，高压排出器，中压装置，泵等等...)的建造，安装，维护和运行是昂贵的。该装置必须用能够经受高温高压和腐蚀环境的材料制成，其是昂贵的。
因此这里需要降低尿素溶液中未转化的氨基甲酸铵，氨和水的量。此外，这里需要减少生产尿素所需的装置成本。
附图说明
因此可以以这样的方式来参考实施方案，即，在其中能够更详细的理解上述简要汇总的本发明的上述特征，更具体的说明本发明，该实施方案的一些表示在附图中。但是，应当注意的是该附图仅仅说明了本发明典型的实施方案，并因此不认为是限制其范围，因为本发明可以采用其他等效的实施方案。
图1表示了根据所述的一种或多种实施方案的一种生产尿素的示例性反应器的局部横截面图。
图2表示了根据所述的一种或多种实施方案的一种生产尿素的示例性系统的示意图。
具体实施方式
现在将提供详细的说明。每个从属权利要求定义了单独的本发明，从侵权保护的目的，其被认为包括了该权利要求中所述的不同元件或者限制的等价物。根据上下文，全部下面提到的“本发明”在某些情况中可以仅仅指的是某些具体的实施方案。在其他情况中提到“本发明”被认为是在一种或多种，但不必是全部的权利要求中所述的主题。现在在下面将更详细的描述每个本发明，包括具体的实施方案，版本和实施例，但是本发明不限于这些实施方案，版本或者实施例，其被包括来使得当本专利的信息与可利用的信息和工艺相结合时，本领域技术人员能够制造和利用本发明。
提供了用于生产尿素的设备和方法。在一种或多种实施方案中，一种用于生产尿素的设备可以包括第一区，其可以包括与第一管流体连通的第一流道，该第一管布置在多个塔板的第一端周围，与第二管流体连通的第二流道，该第二管布置在塔板的第一端和塔板的第二端周围，和与第三管流体连通的第三流道，该第三管布置在塔板的第一和第二端周围。该设备可以包括第二区，其可以包括固定床，该固定床包含布置在其中的一种或多种惰性填料来提供另外的表面积。该设备可以包括第三区，其可以包括多个布置在其中的管，该管限定出贯穿其中的第一流路和在其周围的第二流路，其中该第一和第二流路不是彼此流体连通的，但是处于彼此间接的热交换中，其中该第二区布置在第一和第三区之间。
图1表示了根据一种或多种实施方案的用于生产尿素的示例性反应器100的一部分横截面图。在一种或多种实施方案中，该反应器100可以包括第一区200，第二区300和第三区400。该设备可以包括第四区或者收集区500。在一种或多种实施方案中，第一区200可以包括一种或多种反应区210。多个塔板215可以至少部分的布置在反应区210中。第一区200可以包括一种或多种第一管230，其布置在多个塔板215的第一端周围。第一区200可以包括一种或多种第二管220，其布置在多个塔板215的第一端和第二端周围。第一区200可以包括一种或多种第三管360，其布置在多个管215的第一端和第二端周围。
在一种或多种实施方案中，第二区300可以包括至少一个固定床310。固定床310可以包括但不限于一个或多个填料填充的床。固定床310可以包括一种或多种填料来提供增加的表面积，用于与两种或多种流体接触。第二区300可以包括一个或多个挡板320，一个或多个塔板(未示出)，和/或其他结构(未示出)，其能够提供增加的表面积，用于接触两种或多种流体。
在一种或多种实施方案中，第三区400可以包括但不限于布置在其中的多个管410。多个管410可以限定出通过第三区400的第一流路和在管410周围的第二流路。通过管410的第一流路和在管410周围的第二流路可以是彼此单独的或者独立的(即，不是流体连通)，但是可以处于彼此间接热交换的状态。
在一种或多种实施方案中，第二区300可以布置在第一区200和第三区400之间。第三区400可以布置在第二区300和第四区500之间。在一种或多种实施方案中，第一区200，第二区300和第三区400可以都不具有反应性催化剂。在一种或多种实施方案中，一种或多种反应性催化剂可以布置在第一区200，第二区300和/或第三区400之中。
在一种或多种实施方案中，一个或多个流道或者管道(一个表示为330)可以至少部分的在其第一端布置在第一区200中和至少部分的在其第二端布置在第二区300中。在一种或多种实施方案中，至少一部分的管道330的第一端和第二端的中间部位可以处于反应器100之外。例如管道330可以离开反应器100，并且重新进入反应器壁110来提供在第一区200和第二区300之间的流体连通。在一种或多种实施方案中，一个或多个管道330可以流过(未示出)布置在第一区200和第二区300之间的一个或多个区域分配器290，来在第一区200和第二区300之间提供流体连通。管道330可以终止于固定床310的第一侧380。管道330可以终止于邻近固定床310的第一侧380，该侧具有一个或多个分配单元或者喷嘴340。虽然未示出，但是管道330可以在第一区200和第二区300之间包括一个或多个阀门或者其他流量控制装置。
在一种或多种实施方案中，第二区300可以通过布置在区域分配器290中的一个或多个孔隙或者开口350来与第一区200流体连通。一个或多个孔隙350可以连接到布置在第一区200中的一个或多个第三管360中。
在一种或多种实施方案中，至少两个管或者管道220和360，或者如所示的，三个管或者管道220，230和360可以与反应区210流体连通。在一种或多种实施方案中，一个或多个管或者管道430可以与布置在第三区400中的多个管410流体连通。管430可以与第三区400在第二区300流体连通的对面侧流体连通。
在一种或多种实施方案中，至少部分的布置在反应区210中的多个塔板215可以是穿孔塔板，筛塔板，鼓泡，塔板，浮阀塔板，固定阀塔板，筒式塔板，双流式塔板，挡板塔板，喷淋板式塔板，盘和环式塔板，轨道式塔板，马靴式塔板，扣钩浮阀塔板，烟囱式塔板，裂缝式塔板，或者其任意组合。塔板215可以由加工惰性材料制成或者包括加工惰性材料。例如塔板215可以包括但不限于锆，钛，双相不锈钢，不锈钢合金，非铁金属，非铁金属合金，金属氧化物例如氧化锆，陶瓷，玻璃或者其任意组合。任何两个相邻的塔板215可以是相同类型的塔板或者不同类型的塔板。任何两个相邻的塔板之间的距离或者间隔可以是相同的或者不同的。
在一种或多种实施方案中，一个或多个热交换器270可以与第一区200热交换。热交换器270可以与布置在第一区200中的反应区210间接热交换。在一种或多种实施方案中，热交换器270可以是但不限于与至少一部分的反应器壁110间接热交换的水套。该水套可以布置在包围着反应区210的至少一部分的反应器壁110周围。虽然未示出，但是热交换器270可以是但不限于布置在反应区210中的一种或多种盘管，多个U形管，直管，或者插接管(未示出)。在一种或多种实施方案中，该盘管，U形管，直管或者插接管可以包括但不限于一种或多种翅片，静态混合器，来复线，导热填料，引起紊流的凸片或者其任意组合。
在一种或多种实施方案中，固定床310可以包括一种或多种材料，其能够提高固定床310中的表面积。在一种或多种实施方案中，该一种或多种材料可以包括但不限于任何对于所述加工来说惰性的材料。例如该惰性材料可以包括陶瓷，玻璃，锆，钛，双相不锈钢，不锈钢合金，非铁金属，非铁金属合金，金属氧化物例如氧化锆或者其任意组合。具体的惰性材料可以基于具体的加工组成，加工条件，期望的耐腐蚀性和经济因素例如成本进行选择。
在一种或多种实施方案中，固定床310可以是或者包括但不限于无规填料，结构化填料，一种或多种塔板，一种或多种挡板或者其任意的组合。无规填料可以包括但不限于纳特环填料，I环填料，P环填料，R环填料，拉西环填料，马鞍环填料，A-PAK环填料，颇尔环填料，U形环填料或者任何其他已知类型的填料环或者填料环的组合。结构化填料可以包括但不限于皱纹片，波纹片，薄纱，栅格，丝网，整块蜂窝结构，或者其任意组合。一种或多种塔板和/或挡板可以包括但不限于浮阀塔板，固定阀塔板，筛塔板，泡罩塔板，筒式塔板，双流式塔板，挡板式塔板，喷淋板式塔板，盘和环式塔板，轨道式塔板，马靴式塔板，筒式塔板，扣钩浮阀塔板，烟囱式塔板，裂缝式塔板，平板，穿孔塔板或者其任意组合。
在一种或多种实施方案中，固定床310可以由床载体或者网筛370来支撑，其可以包括一个或多个孔隙或者开口390。固定床310从网筛370到该固定床310的顶部380小于1m。固定床310从网筛370到该固定床310的顶部380大于1m。固定床310的高度可以是大约0.25m-大约5m。在一种或多种实施方案中，固定床310的厚度可以是大约0.25m-大约1.25m，或者大约0.5m-大约2m，或者大约0.5m-大约3m。固定床310的厚度可以是大约0.1m，0.2m，0.3m，0.4m，或者0.5m-大约0.6m，或者0.7m，或者0.8m，或者0.9m，或者1m或者1.1m。
虽然未示出，但是在一种或多种实施方案中，两个或者多个固定床310可以布置在第二区300中。两个或者多个固定床310可以是相同类型的床或者是不同的。例如，一个填料填充的床可以包括无规填料，并且第二个填料填充的床可以包括结构化填料。两个或多个固定床310可以是相同或者不同高度的。例如一个填料填充的床可以是大约0.75m，并且第二个填料填充的床可以是大约0.25m高的。
在一种或多种实施方案中，床载体370中的开口390可以是任何的形状或者形状的任意组合。床载体370中的开口390可以是但不限于下面的形状：圆形，椭圆形，正方形，长方形，三角形，多边形，平行四边形，菱形，梯形，四边形，新月形，卵形，半圆形或者其任意的组合。在一种或多种实施方案中，开口390可以小于布置在填料填充的床中的材料。开口390可以具有下面的直径：从低到大约0.1cm或者大约1cm或者大约2cm到高达大约3cm或者大约4cm或者大约5cm。
在一种或多种实施方案中，第一管板450和第二管板460可以布置在多个管410的周围，该多个管410布置在第三区400中，由此形成封闭空间或者体积415，其包围着多个管410的至少一部分的长度。多个管410可以提供穿过第三区400的流路。封闭空间415可以提供在第三区400周围的流路。在一种或多种实施方案中，一个或多个管道440可以与封闭空间415流体连通。在一种或多种实施方案中，管道470可以与封闭空间415流体连通。在一种或多种实施方案中，管道470，480和490(可以安装更少或者更多的管道)可以与封闭空间415在距离第二管板460不同的距离上流体连通。管道470，480和490可以是独立的可封闭的(未示出)。
在一种或多种实施方案中，多个管410可以延伸在第一管板450上。多个管410可以在第一管板450上延伸大约20cm或者更长，或者大约30cm或者更长，或者大约40cm或者更长，或者大约50cm或者更长。布置在第一管板450之上的体积或者空间和在第一管板450之上的多个管的端部能够提供液体汇集区。
多个管410可以包括任何形状的内壁。例如多个管410可以具有但不限于下面形状的内壁：圆形，椭圆形，正方形，长方形，三角形，多边形，平行四边形，菱形，梯形，四边形，新月形，卵形，半圆形或者其任意的组合。多个管410的长度可以是但不限于大约2m-大约20m的长度。该多个管的长度可以是大约2m，5m，或者8m-大约10m，13m，或者16m。该多个管410可以具有下面的直径：从低到大约1cm，2cm，3cm，4cm或者5cm到高达大约6cm，7cm，8cm，9cm或者10cm。在一种或多种实施方案中，多个管410可以包括但不限于一种或多种的翅片，静态混合器，来复线，导热填料，引起紊流的凸片或者其任意组合。
在一种或多种实施方案中，全部或者至少一部分的反应器100部件和与之流体连通的管道例如220，230，330，430，280和510可以由但不限于下面的材料制成：锆，钛，双相不锈钢，钢，不锈钢，钢合金，不锈钢合金，非铁金属，非铁金属合金或者其任意组合。用于制作反应器100，其中的部件或者与之流体连通的部件的具体材料可以基于加工组成，加工条件，期望的耐腐蚀性和经济因素例如成本进行选择。
在一种或多种实施方案中，经由管线230的第一供料，经由管线220的第二供料，和经由管线360的第三供料可以分别经由管线220，230和360引入到第一区200中。在一种或多种实施方案中，经由管线230的第一供料可以包括氨基甲酸铵，经由管线220的第二供料可以包括氨，和经由管线360的第三供料可以包括氨和二氧化碳。虽然未示出，但是管线230中的第一供料和管线220中的第二供料可以合并，并且经由一个管或者管线例如管线220引入到反应区210中。
在一种或多种实施方案中，经由管线230的第一供料中的氨基甲酸铵可以包含大约25wt％-大约35wt％的氨；大约35wt％-大约45wt％的二氧化碳；和大约25wt％-大约35wt％的水。例如第一供料可以包含大约30.9wt％的氨，大约40wt％的二氧化碳，和大约29.1wt％的水。在一种或多种实施方案中，经由管线220引入到反应器100中的第二供料中的氨浓度可以是大约95wt％，大约97wt％，大约99wt％，大约99.9wt％，大约99.99wt％或者更高。
在一种或多种实施方案中，第一供料，第二供料和第三供料可以以下面的压力引入到第一区200中：从低到大约150kg/cm2(绝对压力)，155kg/cm2(绝对压力)，158kg/cm2(绝对压力)到高达大约162kg/cm2(绝对压力)，165kg/cm2(绝对压力)或者170kg/cm2(绝对压力)。在一种或多种实施方案中，第一供料，第二供料和第三供料可以以大约158kg/cm2(绝对压力)-大约162kg/cm2(绝对压力)的压力引入第一区200中。第二供料可以以下面的温度引入第一区200中：大约10℃，20℃或者30℃-大约50℃，60℃或者70℃。第二供料可以以大约35℃-大约45℃的温度引入第一区200中。
在一种或多种实施方案中，引入到反应器100中的氨与二氧化碳的摩尔比可以是大约3.0-大约4.0。引入到反应器100中的氨与二氧化碳的摩尔比可以是大约3.3-大约3.7。引入到反应器100中的氨与二氧化碳的摩尔比可以是大约3.5。在一种或多种实施方案中，反应区210中的水与二氧化碳的比例可以是大约0.1-大约1。反应区210中的水与二氧化碳的比例可以是大约0.4-大约0.8。反应区中的水与二氧化碳的比例可以是大约0.6。
在一种或多种实施方案中，氨，二氧化碳和氨基甲酸铵可以在反应区210中反应来提供第一溶液。该第一溶液可以包括但不限于尿素，氨基甲酸铵，二氧化碳，氨和水。在一种或多种实施方案中，反应区210可以保持在下面的反应温度：大约170℃，180℃或者185℃-大约191℃，196℃或者205℃。在一种或多种实施方案中，反应区210的运行压力可以是大约150kg/cm2(绝对压力)，155kg/cm2(绝对压力)，158kg/cm2(绝对压力)-大约162kg/cm2(绝对压力)，165kg/cm2(绝对压力)或者170kg/cm2(绝对压力)。在一种或多种实施方案中，未冷凝的气体可以存在于第一区200中。该未冷凝的气体可以经由管线280从第一区200的上部除去。该未冷凝的气体可以包括但不限于氨，二氧化碳，和惰性物质例如氮气和氩气。
在一种或多种实施方案中，传热介质可以经由管线260引入到热交换器270中。该传热介质可以通过间接热交换来除去反应区210中的至少一部分反应热。经由管线265的传热流体可以从热交换器270中回收。经由管线260引入的传热介质可以是例如锅炉供水，其可以经由管线265作为蒸汽回收。
在一种或多种实施方案中，反应区210中的氨基甲酸铵向尿素和水的转化可以通过确保在该反应器中足够长的驻留时间来进行优化。多个塔板215可以确保或者控制氨基甲酸铵和由其产生的尿素的驻留时间。多个塔板215可以防止或者减少氨基甲酸铵和由其产生的尿素的反混。在一种或多种实施方案中，驻留时间可以小于2小时，小于1小时或者小于30分钟。在一种或多种实施方案中，驻留时间可以是10分钟或者更高，20分钟或者更高或者30分钟或者更高。
在一种或多种实施方案中，经由管线330的第一溶液可以分散或者引入到固定床310中。该溶液可以引入第一区200上部中的管道330中。经由管线330的溶液可以流过流道或者管道330到第二区300。在一种或多种实施方案中，第一溶液可以用一个或多个分配单元或者喷嘴340喷涂到固定床310上。该溶液可以流过一个或多个固定床310。该溶液可以与第二气体混合物逆向流过固定床310，该第二气体混合物可以在第一溶液引入侧的对侧引入到固定床310中。在一种或多种实施方案中，第二气体混合物可以包括二氧化碳，氨和水。虽然未示出，但是在一种或多种实施方案中，一种或多种控制阀可以用来控制穿过管道330到第二区300的溶液的流量。该控制阀可以是手动或者自动控制的。
氨基甲酸铵向尿素的转化是一种平衡反应，并且尿素的形成会受到第一区200中存在的水的不利影响。在一种或多种实施方案中，该溶液在它与第二气体混合物逆向流动时，能够吸收该第二气体混合物中存在的至少一部分水，来提供第二溶液和第三供料。固定床310可以在第二区300中提供增加的表面积，其能够允许在第一溶液和第二气体混合物之间更大的接触。离开固定床310的第二溶液可以包含比第一溶液更多的水。在一种或多种实施方案中，第三供料可以包含比第二气体混合物更少的水。在一种或多种实施方案中，第三供料可以通过流过开口350来引入到反应区210中，其可以经由第三流道或者管360与反应区210流体连通。
在一种或多种实施方案中，布置在第一管板450和第一管板450上的多个管的端部之间的体积或者空间可以提供用于第二溶液的汇集区。当该汇集区中的第二溶液的水平达到第一管板450上的多个管的端部时，该溶液可以流过该多个管410。
在一种或多种实施方案中，经由管线430的气体混合物或者第一气体混合物可以引入到第三区400中。该气体混合物可以包括但不限于氨和二氧化碳。在一种或多种实施方案中，该气体混合物可以另外包括一种或多种氧化剂。在一种或多种实施方案中，管线430中的气体混合物可以包含大约10wt％-大约20wt％的氨，大约80wt％-大约90wt％的二氧化碳，和大约0wt％-大约5wt％的氧化剂。该一种或多种氧化剂可以包括氧气，空气，富含氧气的空气或者任何其他含有氧气的气体。该一种或多种氧化剂可以钝化或者保护这样的材料，该材料用来建造反应器100，内部件例如多个塔板215，和一个或多个管道或者管例如管道330。
在一种或多种实施方案中，管线430中的二氧化碳可以用压缩机(未示出)压缩到大约150kg/cm2(绝对压力)-大约170kg/cm2(绝对压力)的压力。虽然未示出，但是在一种或多种实施方案中，一种或多种氧化剂可以分别引入到压缩机中或者与二氧化碳一起引入压缩机中，并且压缩来在管线430中提供压缩的二氧化碳和氧化剂。
在一种或多种实施方案中，氨可以使用氨压缩机或者泵(未示出)压缩到大约150kg/cm2(绝对压力)-大约170kg/cm2(绝对压力)的压力。在一种或多种实施方案中，压缩前的氨温度可以比在它的吸入压力时它的沸点低10℃或者更低。在一种或多种实施方案中，至少一部分的管线220中的氨可以经由管线222引入到管线430中。在一种或多种实施方案中，管线222中的氨可以在热交换器240中通过与传热流体间接热交换来预加热，该传热流体例如是经由管线250引入的蒸汽。氨可以预加热到下面的温度：从低到大约120℃，大约140℃或者大约160℃到高达大约180℃，大约200℃或者大约220℃。
在一种或多种实施方案中，至少一部分管线220中的氨可以引入到反应区210中。经由管线220引入到反应区210中的氨可以是引入到反应器100中的氨总量的大约70-大约90％。在一种或多种实施方案中，经由管线430引入到第三区400中的氨可以是引入到反应器100中的氨总量的大约10-大约30％。在一种或多种实施方案中，经由管线220引入的氨与经由管线430引入的氨的比例可以是大约75∶25，或者大约80∶20，或者大约85∶15。
在一种或多种实施方案中，经由管线430的气体混合物可以在下面的压力范围引入到第三区400中：大约150kg/cm2(绝对压力)，155kg/cm2(绝对压力)，158kg/cm2(绝对压力)到高达大约162kg/cm2(绝对压力)，165kg/cm2(绝对压力)或者170k/cm2(绝对压力)。在一种或多种实施方案中，经由管线430的气体混合物可以以大约158kg/cm2(绝对压力)-大约162kg/cm2(绝对压力)压力引入第三区400中。在一种或多种实施方案中，经由管线430的气体混合物可以在大约100℃-大约200℃的温度引入。
在一种或多种实施方案中，如上所述，该气体混合物可以与第二溶液逆向流过多个管410，并且流向第二区300。第一气体混合物可以分解第二溶液中的至少一部分氨基甲酸铵，来提供尿素溶液和第二气体混合物。该尿素溶液可以包含比第二溶液少的氨基甲酸铵和多的水。第二气体混合物可以包含比经由管线430引入第三区中的气体混合物多的氨，二氧化碳和水。在一种或多种实施方案中，该尿素溶液可以经由管线510从收集区500中收集。
在一种或多种实施方案中，管线510中的尿素溶液可以包含尿素，氨基甲酸铵，水，氨和二氧化碳。该尿素溶液中的尿素的组成可以是大约40wt％，45wt％，或者50wt％-大约55wt％，60wt％或者65wt％的尿素。在一种或多种实施方案中，该尿素溶液可以包含大约3wt％-大约15wt％的氨，大约5wt％-大约20wt％的二氧化碳，大约20wt％-大约30wt％的水，和大约45wt％-大约65％的尿素。在一种或多种实施方案中，该尿素溶液可以包含大约7.7wt％-大约11wt％的氨，大约9.9wt％-大约14wt％的二氧化碳，大约24wt％-大约26wt％的水，和大约52wt％-大约56wt％的尿素。
在一种或多种实施方案中，第三区400中的多个管410可以通过经由管线440的传热流体来间接加热。在一种或多种实施方案中，该传热流体可以是低压蒸气，中压蒸气，高压蒸气，低温二氧化碳变换气，中温二氧化碳变换气或者高温二氧化碳变换气。在一种或多种实施方案中，二氧化碳变换气可以使用合成气生产装置(未示出)，通过将一氧化碳转化成为二氧化碳来提供。经由管线410的传热流体可以流过在多个管周围的第二流路，通过将传热流体引入到封闭空间415中来间接加热该多个管405。该传热流体可以从该封闭体积415中经由一个或多个管线470，480或者490而除去。
在一种或多种实施方案中，该一个或多个管线470，480和/或490可以基于在空间425中期望的冷凝物水平或者量来选择。例如，如所示的，管线490可以允许将冷凝物从第二管板460收集到管线490的水平。如所示的，管线470可以允许较少量的冷凝物收集在多个管410的周围，并且管线480允许处于管线490和管线470之间的冷凝物量。期望的冷凝物水平可以通过具体的加工条件例如流量，温度和压力来确定，并因此经由具体的管线(即470，480，490)进行调整。经由管线440引入的传热流体的压力可以是大约16kg/cm2(绝对压力)-大约24kg/cm2(绝对压力)。
在一种或多种实施方案中，在第二气体混合物中的水可以在第二气体混合物离开第三区400之后，通过一种或多种的挡板320，固定床310，或者其他结构例如另外的填料填充的床或者塔板(未示出)冷凝出来。该冷凝的水可以加入或者用溶液和/或第二溶液吸收，由此提供第三供料。
图2表示了根据一种或多种实施方案的生产尿素的示例性系统的示意图。在一种或多种实施方案中，该生产尿素的系统可以包括一种或多种反应器100，低压分解器550，低压氨基甲酸盐冷凝器600，闪蒸槽650，大气冷凝器700，大气洗涤器750，除水系统800，和清洁或者净化系统900。
在一种或多种实施方案中，氨可以经由管线220引入到反应器100中，如上面所讨论的。氨可以通过氨装置或者其他来源(未示出)来提供。在一种或多种实施方案中，经由管线430的二氧化碳可以与任选的氧化剂(未示出)一起供给到反应器100。该二氧化碳还可以由氨装置或者其他来源(未示出)来提供。管线220中的至少一部分氨可以通过在热交换器240中间接热交换来预热，并且经由管线222(参见图1)引入到管线430中的二氧化碳和氧化剂中。氨基甲酸铵可以经由管线230引入到反应器100中，其可以是来自下游加工步骤例如低压氨基甲酸盐冷凝器600的再循环的氨基甲酸铵。经由管线510的尿素溶液和经由管线280的未冷凝的气体可以参考图1，如上面所讨论和所述从反应器100中回收。
在一种或多种实施方案中，经由管线510的尿素溶液可以引入到低压分解器550中，来提供经由管线570的第一浓缩的尿素溶液，其可以包含比管线510中的尿素溶液更少的氨基甲酸铵。管线570中的尿素溶液可以包含大约65wt％，大约69wt％，大约74wt％或者更多的尿素。管线570中的尿素溶液可以包含小于大约5wt％，小于大约4wt％，小于大约3wt％或者小于大约2wt％的氨。管线570中的尿素溶液可以包含小于大约4wt％，小于大约3wt％，小于大约2wt％或者小于大约1wt％的二氧化碳。低压分解器550的运行压力可以是大约2kg/cm2(绝对压力)，4kg/cm2(绝对压力)，或者5kg/cm2(绝对压力)-大约7kg/cm2(绝对压力)，8kg/cm2(绝对压力)，或者10kg/cm2(绝对压力)。尿素溶液可以喷涂或者分散到布置在低压分解器550中的填料填充的床552中。尿素溶液可以从填料填充的床552流到一种或多种分解器管555中，在这里尿素溶液中至少一部分的氨基甲酸铵可以解离和蒸发来提供经由管线570的第一浓缩的尿素溶液。解离和蒸发至少一部分的氨基甲酸铵可以冷却该尿素溶液。
在一种或多种实施方案中，来自第一区200的未冷凝的气体可以经由管线280引入到分解器管555中。该未冷凝的气体可以与尿素溶液逆向流过分解器管555。低压分解器管555可以通过与经由管线520引入的传热介质间接热交换，来加热到大约130℃-大约150℃的温度。该传热介质可以经由管线530回收。传热介质可以是低压或者中压蒸气。分解器管555可以是壳管类型的排列。未冷凝的气体和来自传热介质的热可以分解(解离和蒸发)尿素溶液中的至少一部分氨基甲酸铵，来提供蒸发的氨基甲酸铵气体和第一浓缩的尿素溶液。该蒸发的和解离的氨基甲酸铵气体(其可以包括来自经由管线280引入的未冷凝的气体中的氨，二氧化碳和水和惰性物质)可以经由管线560从低压分解器550中回收。该经由管线560的蒸发的和解离的氨基甲酸铵气体可以引入到低压氨基甲酸盐冷凝器600，其可以提供经由管线230的至少一部分的氨基甲酸盐溶液。
该经由管线560的蒸发的和解离的氨基甲酸铵气体可以以下面的温度离开低压分解器550：大约50℃-大约150℃；或者大约60℃-大约135℃；或者大约65℃-大约90℃。该经由管线560的蒸发的和解离的氨基甲酸铵气体可以以下面的压力离开低压分解器550：大约2kg/cm2(绝对压力)，或者4kg/cm2(绝对压力)，或者5kg/cm2(绝对压力)-大约7kg/cm2(绝对压力)，或者8kg/cm2(绝对压力)，或者10kg/cm2(绝对压力)。该低压氨基甲酸盐冷凝器600可以以浸入的方式来运行，并且它可以通过经由管线680引入的冷却水进行冷却，并且经由管线685回收。来自低压氨基甲酸盐冷凝器600的未冷凝的气体可以经由管线610引入到大气冷凝器700中。
在一种或多种实施方案中，管线570中的第一浓缩的尿素溶液可以具有下面的尿素浓度：大约55wt％，60wt％，65wt％-大约70wt％，或者75wt％，或者80wt％。例如，管线570中的第一浓缩的尿素溶液可以具有大约65wt％-大约75wt％的尿素浓度。在一种或多种实施方案中，第一浓缩的尿素溶液的平衡量物质可以是水和少量的氨和二氧化碳。水可以是大约15wt％，20wt％，或者25wt％-大约30wt％，35wt％或者40wt％。氨和二氧化碳可以是大约1wt％，2wt％，或者3wt％-大约4wt％，或者5wt％，或者6wt％。
在一种或多种实施方案中，管线570中的第一浓缩的尿素溶液可以引入到一个或多个闪蒸槽650中，其的运行压力可以是大约0.5kg/cm2(绝对压力)，0.8kg/cm2(绝对压力)，或者1.0kg/cm2(绝对压力)-大约1.3kg/cm2(绝对压力)，1.5kg/cm2(绝对压力)，或者1.7kg/cm2(绝对压力)。例如该一个或多个闪蒸槽650的运行压力可以是大约1.2kg/cm2(绝对压力)。虽然未示出，在一种或多种实施方案中，可以使用一种或多种控制阀来控制管线570中的第一浓缩尿素溶液的流量。该一种或多种控制阀可以是手动的或者自动的。
第一浓缩尿素溶液可以绝热闪蒸到大约100℃-大约120℃的温度。闪蒸槽650可以从第一浓缩尿素溶液中除去(“闪蒸”)氨基甲酸铵气体来提供经由管线670的第二浓缩尿素溶液，所述的第一浓缩尿素溶液可以包括氨，二氧化碳，和惰性物质例如氮气和/或氧气。在一种或多种实施方案中，经由管线660的闪蒸气体可以从闪蒸槽650中除去。该闪蒸的气体可以引入到管线610中的未冷凝的气体中，其然后可以引入到大气冷凝器700中。该大气冷凝器700可以冷凝气体中的至少一部分的氨和二氧化碳，来提供经由管线710的稀氨基甲酸盐溶液和经由管线715的未冷凝的气体。
在一种或多种实施方案中，经由管线710的稀氨基甲酸盐溶液可以送入大气洗涤器750的上部区域中，并且经由管线710的未冷凝的气体可以送入大气洗涤器750的下部区域中。该大气洗涤器750可以通过将残留气体与该稀氨基甲酸盐溶液接触，来回收至少一部分的任何残留的氨和二氧化碳气体。该稀氨基甲酸盐溶液可以经由管线760从大气洗涤器750中回收，并且未冷凝的气体可以经由管线795排空到大气中。
经由管线760的稀氨基甲酸盐溶液可以经由管线920引入到低压氨基甲酸盐冷凝器600中。该稀氨基甲酸盐溶液中至少一部分的任何其余的气体可以送过冷却器(未示出)，并且再循环回到大气洗涤器750中，其中氨和二氧化碳可以从该气体中洗涤，冷凝，加入到稀氨基甲酸盐溶液中，和经由管线760回收。
在一种或多种实施方案中，经由管线670的第二浓缩尿素溶液可以包含大约63wt％，67wt％，或者70wt％-大约73wt％，76wt％，或者80wt％的尿素。该第二浓缩的尿素溶液的其余成分可以是水和少量的氨和二氧化碳。水可以是大约20wt％，23wt％，或者25wt％-大约27wt％，30wt％或者35wt％。氨和二氧化碳可以是大约0.5wt％，0.7wt％，或者1wt％-大约1.3wt％，1.5wt％，或者2.0wt％。
在一种或多种实施方案中，经由管线670的第二浓缩尿素溶液可以引入到一种或多种除水系统800中。一种或多种实施方案中，除水系统800可以包括一个多个存储槽和真空蒸发器/分离器系统(未示出)。该一个多个存储槽如果需要，可以临时存储尿素。在一种或多种实施方案中，第二浓缩的尿素溶液可以经由管线670或者从一个或多个存储槽送到除水系统800的一个或多个真空蒸发器/分离器单元中。在至少一种具体的实施方案中，第二浓缩尿素溶液可以送到除水系统800的两个真空蒸发器/分离器(未示出)中。第一真空蒸发/分离器的运行压力可以是大约0.1kg/cm2(绝对压力)，0.2kg/cm2(绝对压力)，或者0.25kg/cm2(绝对压力)-大约0.35kg/cm2(绝对压力)，0.4kg/cm2(绝对压力)或者0.5kg/cm2(绝对压力)。在一种或多种实施方案中，除水系统800中的第一真空蒸发器/分离器的运行温度可以是大约105℃，115℃，或者125℃-大约135℃，140℃，或者145℃。在一种或多种实施方案中，除水系统800的第二真空蒸发器/分离器运行压力可以是大约0.01kg/cm2(绝对压力)，0.02kg/cm2(绝对压力)，或者0.030.02kg/cm2(绝对压力)-大约0.04kg/cm2(绝对压力)，0.05kg/cm2(绝对压力)或者0.07kg/cm2(绝对压力)。除水系统800的第二真空分离器的运行温度可以是大约135℃-大约145℃。在一种或多种实施方案中，第二浓缩尿素溶液可以依次的、平行的或者其组合的来引入到一个或多个真空蒸发/分离器中。
在一种或多种实施方案中，经由管线850的尿素产品(“尿素熔融物”)可以从除水系统800中提供。尿素熔融物可以是大约90wt％-99.99wt％的尿素。管线850中的尿素熔融物可以包含大约97wt％-大约99.99wt％的尿素和大约0.01wt％-大约3wt％的水。经由管线850回收的尿素熔融物中的尿素浓度会取决于所使用的真空分离步骤的数目和期望的尿素熔融物纯度。在一种或多种实施方案中，尿素熔融物可以进一步加工来提供脲醛树脂，三聚氰胺，酰基脲，氨基甲酸酯，三聚氰胺-甲醛，尿素颗粒和粒子，其衍生物，及其组合。在一种或多种实施方案中，管线850中的尿素熔融物可以用作肥料或者用于其他肥料的合成中。
在一种或多种实施方案中，经由管线825的加工冷凝物可以由除水系统800来提供，其可以包含水，氨，二氧化碳和尿素。该加工冷凝物可以包含大约0.3wt％，0.5wt％，或者0.7wt％-大约0.9wt％，1.1wt％，或者1.3wt％的尿素。该加工冷凝物可以包含大约3.5wt％，4.0wt％，或者4.5wt％-大约5.0wt％，5.5wt％，或者6.0wt％的氨。该加工冷凝物可以包含大约1.5wt％，1.8wt％，或者2.0wt％-大约2.2wt％，2.3wt％，或者2.5wt％的二氧化碳。
在一种或多种实施方案中，经由管线825的加工冷凝物可以送到清洁系统900中，来提供净化的加工冷凝物，其可以送到合适的位置用于进一步净化或者作为锅炉供水，经由管线930用于复杂的或者其他的用途(未示出)。一种示例性清洁系统900可以包括一个或多个第二阶段真空冷凝器，水槽，和解吸附和水解装置(未示出)，其可以提供经由管线920的稀氨基甲酸盐溶液和经由管线910的一个或多个未冷凝的气体。该稀氨基甲酸盐溶液可以包含水，二氧化碳和氨。管线910中未冷凝的气体可以包含二氧化碳，氨和惰性物质例如氩气。未冷凝的气体可以经由管线910引入到大气洗涤器750用于进一步洗涤和/或经由管线795排空到大气中。稀氨基甲酸盐溶液可以经由管线920引入到低压氨基甲酸盐冷凝器。
已经使用了一组数字上限和一组数字下限来描述了某些实施方案和特征。应当理解从任何一个下限到任何一个上限的范围是可以预期的，除非另有指示。某些下限，上限和范围出现在下面的一个或多个权利要求中。全部的数值是“大约”或者“大概”的所示值，并且考虑了本领域技术人员可以预想到的试验误差和偏差。
已经在上面定义了不同的术语。对于权利要求中所用的术语没有在上面定义的情况，它应当理解为给出了相关领域的技术人员已经在至少一个印刷的出版物或者公开的专利中所给出的该术语的最宽范围的定义。此外，本申请中所引用的全部的专利，测试方法和其他文件是完全引入的，并且参考到这样的程度，即，该公开文献不与本申请和允许这样引入的全部的权限相矛盾。
虽然前述内容涉及了本发明的实施方案，但是可以设想本发明其他的和另外的实施方案，而不脱离其基本范围，并且其范围是通过下面的权利要求来确定的。

Claims (20)

1.一种生产尿素的设备，其包含：
第一区，该第一区包含与第一管流体连通的第一流道，该第一管布置在多个塔板的第一端周围，与第二管流体连通的第二流道，该第二管布置在该塔板的第一端和该塔板的第二端周围，和与第三管流体连通的第三流道，该第三管布置在该塔板的第一和第二端周围；
第二区，该第二区包含固定床，该固定床包含布置在其中的一种或多种惰性填料来提供另外的表面积；和
第三区，该第三区包含多个布置在其中的管，该管限定出贯穿其中的第一流路和在其周围的第二流路，其中该第一和第二流路不是彼此流体连通的，但是处于彼此间接的热交换中，其中该第二区布置在第一和第三区之间。
2.权利要求1的设备，其进一步包含布置在第二和第三区之间的挡板，该挡板在其周围限定出环形流路。
3.权利要求1的设备，其进一步在多个管的第一端处包含布置在第三区中的管板，其中所述管的第一端延伸超过该管板，来提供液体的汇集区。
4.权利要求1的设备，其进一步包含与第一区间接热交换的热交换器。
5.权利要求1的设备，其中该固定床包含无规填料，结构化填料，或者二者。
6.权利要求1的设备，其中该多个塔板包含筛塔板，浮阀塔板，固定阀塔板，鼓泡塔板，筒式塔板，双流式塔板，挡板式塔板，喷淋板式塔板，盘和环式塔板，轨道式塔板，马靴式塔板，筒式塔板，扣钩浮阀塔板，烟囱式塔板，裂缝式塔板，平板，穿孔塔板或者其任意组合。
7.权利要求1的设备，其中该固定床的深度是0.25m-1.25m。
8.一种生产尿素的设备，其包含：
第一区，该第一区包含至少三个流道，该流道至少部分的布置在一组具有第一端和第二端的塔板的周围，其中：
第一流道至少部分的布置在该塔板的第一端周围，
第二流道至少部分的布置在该塔板的第一和第二端周围，和
第三流道至少部分的布置在该塔板的第一和第二端周围，其中所述流道是彼此不流体连通的，
第二区，该第二区包含固定床，该固定床包含布置在其中的一种或多种惰性填料来提供另外的表面积；和
第三区，该第三区包含多个布置在其中的管，该管限定出贯穿其中的第一流路和在其周围的第二流路，其中该第一和第二流路不是彼此流体连通的，但是处于彼此间接的热交换中，其中该第二区布置在第一和第三区之间，和其中第四流道至少部分的在其第一端布置在第一区中和至少部分的在其第二端布置在第二区中，和其中至少一部分的第四流道处于第一区之外。
9.权利要求8的设备，其中分配单元布置在该第四流道的第二端，来将流体分配到固定床上。
10.权利要求8的设备，其进一步包含布置在第二和第三区之间的挡板，该挡板在其周围限定出环形流路。
11.权利要求8的设备，其进一步在多个管的第一端处包含布置在第三区中的管板，其中所述管的第一端延伸超过该管板，来提供液体的汇集区。
12.权利要求8的设备，其进一步包含与第一区间接热交换的热交换器。
13.权利要求8的设备，其中该固定床包含无规填料，结构化填料，或者二者。
14.权利要求8的设备，其中该多个塔板包含筛塔板，浮阀塔板，固定阀塔板，鼓泡塔板，筒式塔板，双流式塔板，挡板式塔板，喷淋板式塔板，盘和环式塔板，轨道式塔板，马靴式塔板，筒式塔板，扣钩浮阀塔板，烟囱式塔板，裂缝式塔板，平板，穿孔塔板或者其任意组合。
15.权利要求8的设备，其中该固定床的深度是0.25m-1.25m。
16.权利要求8的设备，其中该第一区，第二区和第三区都不具有反应性催化剂。
17.一种生产尿素的方法，其包含：
将氨，氨基甲酸铵和二氧化碳引入到生产尿素的设备中，该设备包含：
第一区，该第一区包含与第一管流体连通的第一流道，该第一管布置在多个塔板的第一端周围，与第二管流体连通的第二流道，该第二管布置在该塔板的第一端和该塔板的第二端周围，和与第三管流体连通的第三流道，该第三管布置在该塔板的第一和第二端周围；
第二区，该第二区包含固定床，该固定床包含布置在其中的一种或多种惰性填料来提供另外的表面积；和
第三区，该第三区包含多个布置在其中的管，该管限定出贯穿其中的第一流路和在其周围的第二流路，其中该第一和第二流路不是彼此流体连通的，但是处于彼此间接的热交换中，其中该第二区布置在第一和第三区之间，
在第一区中，在足以提供包含尿素，氨基甲酸铵，二氧化碳，氨和水的溶液的条件下将氨，氨基甲酸铵和二氧化碳接触；
使该溶液流向第二区，其中将该溶液分配到固定床的周围；和
使该分配的溶液流过第三区，其中该溶液与含有氨和二氧化碳的气体混合物逆向地流过所述的管，由此提供第二气体混合物和第二溶液，该第二溶液包含尿素，氨，氨基甲酸铵和水；其中该第二气体混合物逆向流过第二区，与分配的溶液接触，并且继续流向第一区，与其中的氨和氨基甲酸铵接触。
18.权利要求17的方法，其中该第一区的运行压力是150kg/cm2绝对压力-170kg/cm2绝对压力，温度是175℃-200℃。
19.权利要求17的方法，其中将氨引入到第一区和第三区中，其中引入第一区的氨与引入第三区的氨的比例是75∶25-85∶15。
20.权利要求17的方法，其中氨和二氧化碳是以3.3-3.5的比例供给到所述设备的。
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