CN102099328A - 由氨和二氧化碳生产尿素的方法 - Google Patents

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本发明涉及在尿素工厂中由氨和二氧化碳生产尿素的方法，尿素装置包含包括两个反应器段、汽提器和冷凝器的高压合成段以及回收段，其中，在第一反应器段中形成被供给到第二反应器段的第一合成溶液；新鲜的二氧化碳被供给到第二反应器段，且在第二反应器段中形成被供给到汽提器的第二合成溶液，其中，利用二氧化碳作为汽提气体对第二合成溶液进行汽提，并且在汽提器中得到的混合气体物流与新鲜的氨和氨基甲酸盐物流一起被送到冷凝器，此后，在冷凝器中形成的冷凝物被供给到第一反应器段，并且在汽提器中得到的尿素物流在回收段中被进一步纯化，其特征在于：第一合成溶液从第一反应器段到第二反应器段的流动、第二合成溶液从第二反应器段到汽提器的流动、混合气体物流从汽提器到冷凝器的流动以及冷凝物从冷凝器到第一反应器段的流动是重力流动。

Description

由氨和二氧化碳生产尿素的方法
本发明涉及一种在尿素工厂中由氨和二氧化碳生产尿素的方法，所述尿素工厂包含包括两个反应器段、汽提器和冷凝器的合成段以及回收段，其中，在第一反应器段中形成第一合成溶液，所述第一合成溶液被供给到第二反应器段；新鲜的二氧化碳被供给到所述第二反应器段，并且在所述第二反应器段中形成第二合成溶液，所述第二合成溶液被供给到所述汽提器，在所述汽提器中，利用二氧化碳作为汽提气体对所述第二合成溶液进行汽提，并且在所述汽提器中得到的混合气体物流与新鲜的氨和氨基甲酸盐物流一起被送到所述冷凝器，此后，在所述冷凝器中形成的冷凝物被供给到所述第一反应器段，并且在所述汽提器中得到的尿素物流在回收段中被进一步纯化。
在US-6680407中描述了上述的尿素生产方法的实例。在该专利中，描述了如下的尿素生产方法，其中，两个反应器段、冷凝器和洗涤器被全部组合在一个容器中。因为该容器用于在高压下进行的尿素合成，所以容器的制造非常昂贵，并且因为在容器内存在不同的段，所以容器的建造也非常困难。而且，包含该容器的尿素工厂非常高。
本发明的目的是克服这些缺点。
本发明的特征在于，第一合成溶液从第一反应器段到第二反应器段的流动、第二合成溶液从第二反应器段到汽提器的流动、混合气体物流从汽提器到冷凝器的流动以及冷凝物从冷凝器到第一反应器段的流动是重力流动。
这具有如下优点：可以采用两个易于布置在建筑中的小反应器段获得低的尿素工厂。
另一优点在于：对于尿素生产方法的高压合成段中的未转化的氨和二氧化碳的主循环，所述方法现在完全依靠重力流动运行，并且耗能泵、压缩机或喷射器的使用变得多余。
在本发明的优选实施方式中，第二反应器段以及汽提器位于工厂中的地水准面上。这样，两个非常重的设备被布置在工厂中非常低的高度上，这导致对于必须承载这些非常重的设备的结构的所需投资成本的相当可观的减少。这些设备的低的位置进一步简化了对于这些设备项目所需要的操作和维护活动。而且，从安全的角度来看，重设备的低高度是优选的，因为这使得人类在高水平位置处的活动最少化，并且优化了在工厂的建造和操作期间的安全性。
尿素生产方法包含在较低压力下的一个或多个低压回收段和高压合成段。高压合成段包括：反应器段，在其中制备尿素合成溶液；汽提器，在其中尿素合成溶液被汽提；以及冷凝器，在其中在汽提区中释放的气体被冷凝。
合成在两个反应器段中进行。反应器段在此被定义为其中形成合成段中的尿素总量的至少20wt％的段。
反应器段以串联方式布置，并且可以是两个单独的容器或是布置在一个容器中的两个反应器段。反应器段也可以与冷凝器组合在一个容器中。当冷凝器是沉浸式冷凝器并且冷凝器段中的停留时间足够长时，超过尿素总量的20wt％在冷凝器中形成，因而其起到反应器段的作用。
氨和二氧化碳或是直接或是间接供给到反应器段。氨和二氧化碳可以在高压合成段或回收段中的多个位置处引入到尿素生产工艺中。优选地，氨被供给到冷凝器。优选地，二氧化碳主要用作尿素合成溶液的汽提过程中的逆流气体物流。二氧化碳的一部分可以被供给到第一或第二反应器段。
在汽提器中，通过供应热利用二氧化碳以逆流方式汽提尿素合成溶液。也可以使用热汽提。热汽提表示仅仅通过供应热来分解尿素合成溶液中的氨基甲酸铵并且从尿素溶液去除存在的氨和二氧化碳。汽提也可以以两个或更多个步骤来实现。从汽提器中释放出的包含氨和二氧化碳的气体物流被送到高压冷凝器。在汽提器中得到的气体混合物在高压氨基甲酸盐冷凝器中在去除热的条件下被冷凝并且被吸收，此后所得的氨基甲酸铵被输送到反应器段，用于形成尿素。
高压冷凝器可以例如为降膜冷凝器，或者为NL-A-8400839中所述的所谓的沉浸式冷凝器。沉浸式冷凝器可以水平放置或垂直放置。
在高压合成段中，压力基本上等于反应器段中的尿素合成压力，该压力是进行尿素形成的压力。尿素合成压力通常为11-40MPa，优选12.5-19MPa的压力。高压段的其他部分中的压力基本上等于反应器段中的压力。“基本上等于”是指高压段的其他部分中的压力与反应器段中的压力的差异小于±0.5MPa。
如下的事实：第一合成溶液从第一反应器段到第二反应器段的流动、第二合成溶液从第二反应器段到汽提器的流动、混合气体物流从汽提器到冷凝器的流动以及冷凝物从冷凝器到第一反应器段的流动是重力流动，表示对于上述流动，没有使用流动激励手段，如例如泵、压缩机和喷射器。
为了保护建造材料免受腐蚀，将氧化剂加入尿素生产工艺中。氧化物表层形成在金属部件上保护其免受腐蚀。这个过程被称为钝化。如例如US-A-2,727,069所述，钝化试剂可以是氧或者释放氧的化合物。氧可以以例如空气形式或过氧化物形式添加。
在本尿素生产工艺中，高压段中的腐蚀敏感部件可由奥氏体-铁素体双相钢制成，其中铬含量介于26和35wt％之间，镍含量介于3和10wt％之间。这种类型的钢具有较低的腐蚀敏感性。当这种钢用于建造反应器段和汽提器时，可以减少或省略向尿素生产工艺中引入氧化剂。
优选地，奥氏体-铁素体双相钢的铬含量介于26和30wt％之间。在高压段中，反应器段和汽提器的一部分优选由奥氏体-铁素体双相钢制成。
在回收段中，将在汽提器中没有从尿素合成溶液去除的氨和二氧化碳从在高压合成段中生产的含有尿素的物流中回收，以将其循环到高压段中。在回收段中，压力比高压合成段要低。在根据本发明的尿素生产工艺中，至少存在一个低压回收段。当存在一个以上回收段时，回收段的至少之一在中压下操作，一个回收段在低压下操作。中压是介于1.0和8.0MPa之间、优选介于1.2和3.0MPa之间的压力。低压是介于0.2和0.8MPa之间、优选介于0.3和0.5MPa之间的压力。
在第二反应器段中未反应的合成气体可以被从第二反应器段去除，并且可以被送到洗涤器，在洗涤器中，气体流中存在的氨和二氧化碳通过吸收到低压氨基甲酸盐物流中而被从该气体流中去除。从尿素生产工艺的低压回收段循环此氨基甲酸盐物流。洗涤器可以在高压下或在中压下操作。优选地，应用中压洗涤器，因为中压设备的建造更便宜。可以通过使用从过程中吸取热量的热交换器来促进洗涤器中的洗涤过程。来自高压洗涤器的氨基甲酸盐物流可以返回反应器段，可选经由高压氨基甲酸盐冷凝器返回反应器。来自中压洗涤器的氨基甲酸盐物流可以直接返回第一反应器段，或者可以经由高压氨基甲酸盐冷凝器被送到第一反应器段。
第一和第二反应器段、高压氨基甲酸盐冷凝器和高压洗涤器的功能可以被组合在一个或两个高压容器中，这些段的功能性可以由为了高压容器中的小的压差而设计的挡板分隔开。
还可以将某些功能性组合到一个空间中，而不使用分隔挡板。这样的组合的实例是将第一反应器段与冷凝器组合在沉浸式冷凝器中。如果冷凝器的热交换功能以U形管型壳管式热交换器的形式实现(其中高压流体位于壳侧)，则从成本以及操作性角度来看，上述组合是尤其有利的。
作为专门的优点，将不同段组合在一个容器中可以实现对于投资的显著节省，因为要安装的高压管线的量少得多。此外，这提高了设备的可靠性，因为在管线和设备之间形成的对泄露敏感的高压连接的数量被大大减少了。已知的实例是已经提及的反应器段的组合，如US-A-5767313，US-A-5936122和WO 00/43358中所描述的。优选的实施方式是如US-A-5767313中所描述的池式冷凝器与水平反应器段的组合，其中描述了所谓的池式反应器段。
下面将在实施例中更详细说明本发明，但是本发明不限于这些实施例。
实施例I
图1中提供了根据本发明的方法的实施例。根据图1的尿素生产工艺的高压部分包括第二反应器段(R)、CO2汽提器(S)以及水平布置的沉浸式冷凝器/第一反应器段(C)。此外，该工艺包括中压吸收器(MA)和尿素物流(U)在此被进一步纯化的低压回收段。
少量的二氧化碳被供给到第二反应器段(R)。在第二反应器段中，第一尿素合成溶液(CS)与二氧化碳反应，以形成第二尿素合成溶液(USS)，所述第二尿素合成溶液(USS)被送到汽提器(S)，并且通过施加热量、利用二氧化碳作为汽提气体而被汽提。在汽提过程中，获得混合气体物流(SG)，所述混合气体物流(SG)与来自第二反应器段(R)顶部的反应气体(RG)一起经由喷淋器被供给到冷凝器/第一反应器段。来自中压吸收器(MA)的氨基甲酸盐物流(MC)与氨一起也被供给到第一反应器段。此物流也用喷淋器供给到冷凝器/第一反应器段。所形成的第一尿素合成溶液被送到第二反应器段，并且还没有被冷凝的气体(CG)被送到中压吸收器(MA)。在中压吸收器(MA)中，气体被吸收到低压氨基甲酸盐物流(LC)中并被冷凝。没有被吸收的气体(MG)被送到低压回收段。自USS、SG和CS的流动完全是重力流动。没有泵或喷射器被用于移动流体或气体。
在所形成的尿素总量中，65wt％形成于冷凝器，35wt％形成于第二反应器段。
实施例II
图2中提供了根据本发明的方法的实施例。根据图2的尿素生产工艺的高压部分包括第一反应器段(R1)和第二反应器段(R2)、CO2汽提器(S)、降膜冷凝器(C)及高压吸收器(HA)和尿素物流(U)在此被进一步纯化的低压回收段。
少量的二氧化碳被供给到第二反应器段(R2)。在第二反应器段中，来自第一反应器段(R1)的第一尿素合成溶液(RS)与二氧化碳反应，以形成第二尿素合成溶液(USS)，所述第二尿素合成溶液(USS)被送到汽提器(S)，并且通过施加热量、利用二氧化碳作为汽提气体而被汽提。在汽提过程中，获得混合气体物流(SG)，所述混合气体物流(SG)被供给到降膜冷凝器(C)的顶部。来自高压吸收器(HA)的氨基甲酸盐物流(HC)以及新鲜的氨也被供给到冷凝器。
所形成的氨基甲酸盐溶液(CS)与没有被冷凝的气体一起送到第一反应器段(R1)。来自第一和第二反应器顶部的反应气体(RG)被送到高压吸收器(HA)。在高压吸收器中，气体被吸收到低压氨基甲酸盐物流(LC)中并被冷凝。没有被吸收的气体(HG)被送到低压回收段。
自USS、SG、CS和RS的流动完全是重力流动。没有泵或喷射器被用于移动流体或气体。
在所形成的尿素总量中，70wt％形成于第一反应器段，30wt％形成于第二反应器段。

Claims (12)

1.一种在尿素工厂中由氨和二氧化碳生产尿素的方法，所述尿素装置包含包括两个反应器段、汽提器和冷凝器的高压合成段以及回收段，其中，在第一反应器段中形成第一合成溶液，所述第一合成溶液被供给到第二反应器段；新鲜的二氧化碳被供给到所述第二反应器段，并且在所述第二反应器段中形成第二合成溶液，所述第二合成溶液被供给到所述汽提器，在所述汽提器中，利用二氧化碳作为汽提气体对所述第二合成溶液进行汽提，并且在所述汽提器中得到的混合气体物流与新鲜的氨和氨基甲酸盐物流一起被送到所述冷凝器，此后，在所述冷凝器中形成的冷凝物被供给到所述第一反应器段，并且在所述汽提器中得到的尿素物流在所述回收段中被进一步纯化，其特征在于：所述第一合成溶液从所述第一反应器段到所述第二反应器段的流动、所述第二合成溶液从所述第二反应器段到所述汽提器的流动、所述混合气体物流从所述汽提器到所述冷凝器的流动以及所述冷凝物从所述冷凝器到所述第一反应器段的流动是重力流动。
2.如权利要求1的方法，其中，所述第二反应器段以及所述汽提器都位于地水准面上。
3.如权利要求1或2的方法，其特征在于：从所述第二反应器段的顶部释放出气体流，并且所述气体流被送到中压洗涤器，在所述中压洗涤器中，所述气体流中存在的氨和二氧化碳通过吸收到低压氨基甲酸盐物流中而被从所述气体流中去除。
4.如权利要求1的方法，其特征在于：从所述第二反应器段的顶部释放出气体流，并且所述气体流被送到高压洗涤器，在所述高压洗涤器中，所述气体流中存在的氨和二氧化碳通过吸收到低压氨基甲酸盐物流中而被从所述气体流中去除。
5.如权利要求1的方法，其特征在于：从所述第一反应器段的顶部和所述第二反应器段的顶部释放出气体流，并且所述两个反应器段的合并气体流被送到中压洗涤器或高压洗涤器，在所述洗涤器中，所述合并气体流中存在的氨和二氧化碳通过吸收到低压氨基甲酸盐物流中而被从所述气体流中去除。
6.如权利要求1的方法，其特征在于：所述第一反应器段和所述第二反应器段被组合在一个容器中。
7.如权利要求1的方法，其特征在于：所述第一反应器段和所述冷凝器被组合在一个容器中。
8.如权利要求7的方法，其特征在于：所述容器水平放置。
9.如权利要求1的方法，其特征在于：所述冷凝器是水平放置的沉浸式冷凝器。
10.如权利要求9的方法，其特征在于：所述沉浸式冷凝器是壳管型的，并且高压流体处于壳侧。
11.如权利要求10的方法，其特征在于：所述壳管型热交换器是U形管型的。
12.如前述权利要求中任意一项的方法，其特征在于：所述反应器段或汽提器段中的至少一部分由奥氏体-铁素体双相钢制成，所述奥氏体-铁素体双相钢的铬含量介于26和35wt％之间，镍含量介于3和10wt％之间。
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