CN102119148A - 由氨和二氧化碳生产尿素的方法 - Google Patents

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Abstract

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至少一个反应器段、汽提器和冷凝器的高压合成段，其中所有高压设备都被布置在低位置，其特征在于，所述高压段的高度为距离地水准面小于35米，并且所述反应器段中的至少一个包括在所述反应器段的底部的用于氨的单独分配的装置。

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至少一个反应器段、汽提器和冷凝器的高压合成段，其中，所有高压设备都布置在低位置。
本领域已知一种用于生产尿素的汽提工艺，该工艺中，所有高压设备都布置在地水准面上。在GB-1188051中描述了这种工艺的实例。在这个专利公布中描述了这样的工艺可以通过在设备的高压部分中的主循环流中使用喷射器来实现。在根据GB-1188051描述的工艺中，所有设备在地水准面上的工艺可以通过使用将氨基甲酸盐物流从冷凝器运输到反应器的氨驱动喷射器来实现。
在主循环流中使用喷射器的缺点在于，所有氨都需要在喷射器中作为驱动流体，因而不能在高压合成段的其他位置处供应。此外，在喷射器的排出物中，总是得到氨和氨基甲酸盐的组合物流。出于上述原因，尿素工艺不太灵活，而且不可以容易地调节工艺条件。
使用喷射器的另一缺点在于，能量消耗的增加。在喷射器中作为驱动剂使用的氨必须在显著高于主合成压力的压力下被供应到喷射器的运动流体入口。这意味着将氨供应到尿素合成段所使用的泵的能量消耗必定相当大地增加。
本发明的目的在于克服这些缺点。
本发明的特征在于：高压段的高度为距离地水准面小于35米，并且反应器段中的至少一个包括用于在该反应器段的整个容积上单独分配氨的装置。
优选地，高压段的高度为距离地水准面小于30米。
这具有如下优点，可以得到氨在反应器段中更好的分配，因而可以在反应器段中更好地转化成尿素。这具有如下结果：可以在更小的反应器段中获得相同量的转化，从而使得具有较小容积的反应器段就足够了。较小的装置更便宜，因而用于生产尿素的工艺可以以成本效益更佳的方式建造。
或者，可以利用氨在反应段中更好分布的优点来获得在相同容积下的更好转化。在这种情况下，减少了未转化氨基甲酸盐的量，从而使得在这种未转化材料的循环中涉及的装置所使用的能量减少了。
这两个优点也可以组合，从而导致成本降低以及能量消耗降低。根据本发明，氨以优化的方式在高压合成段的至少一个反应器段上分配。在本发明的本语境中，“优化的”是指，在尿素生产工艺中，氨在多个场所被供应到至少一个反应器段的整个容积上。在实践中，氨的上述分配可以通过多种措施来实现。完成此的非常成本高效的方式是通过所谓的喷淋器，所述喷淋器除了一个或多个管道或管道段之外还包含沿着这些管道的氨的流出孔。通过选择这些流出孔的直径的位置，氨在反应器段的容积上的分配可以针对最小容积、或最大转化、或以最小容积和最大转化的组合来优化。
在根据本发明的工艺中，合成溶液从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反应器段的流动优选是重力流动。这意味着，不存在用于提高高压段中的主循环流中的流体压力的喷射器、压缩机或泵。出于这个原因，供给到高压合成段中的氨的全部量可以通过喷淋器有目的地分配到反应器段。
用于生产尿素的工艺包含：高压合成段和在较低压力下的一个或多个回收段。高压合成段包含：反应器段，在其中制备尿素合成溶液；汽提器，在其中汽提尿素合成溶液；和冷凝器，在其中冷凝在汽提区中释放的气体。
合成在一个以上反应器段中进行。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。
反应器段可以以串联方式或并联方式布置，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段组合在一个容器中。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，并且其由此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，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流。二氧化碳的一部分可以被供给到反应器段。
优选地，氨被供给到冷凝器。
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。
根据本发明可以是冷凝器段和反应段的若干组合：
冷凝器段与反应段组合成所谓的沉浸式或池式冷凝器。该沉浸式或池式冷凝器优选以水平方式放置。
冷凝器与反应段组合成单个容器，称为池式冷凝器。
在应用上述冷凝器与反应段组合的情况下，因为尿素的形成与来自汽提器的混合气体的冷凝一起发生，所以特别重要的是：利用用于氨的分配的装置获得液氨在冷凝器中的优化分配，这是因为冷凝器内容物的组成沿着冷凝路径发生相当大地变化。这种沿着冷凝路径的尿素形成(由此水的形成)导致优化的NH3/CO2比沿着冷凝路径变化。此处“优化的”被定义为：导致最高可能温度的比值，其对于提高反应速度以及最大化用于热交换的可得温度差是期望的。以这种方式，沿着冷凝路径优化NH3/CO2比不仅降低了传热所需面积，还降低了氨基甲酸铵脱水反应所需冷凝容积。
当冷凝器是沉浸式冷凝器并且冷凝器段中的保留时间足够长时，超过尿素总量的20wt％在冷凝器中形成，并且其由此起到反应器段的作用。
因此，包含用于氨的分配的装置的反应器段优选是沉浸式冷凝器，其更优选以水平方式放置。
在冷凝器与反应段的第一部分和第二部分在一个容器中组合的情况下，甚至有利的是用于氨的分配的装置延伸到反应段中。以这种方式，在反应段中，NH3/CO2比沿着反应路径也被优化，从而在反应段中得到更高的温度，因而得到最小的反应容积。
优选地，根据本发明的反应器段是水平放置的沉浸式冷凝器与反应器段的组合，其中，用于氨的分配的装置被布置在冷凝段中，并且更优选延伸到反应段中。
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中的压力的差异小于±0.5MPa。
在本发明的优选实施方式中，汽提器以及第二反应段被布置在工厂中的地水准面上。以这种方式，两件重型设备被布置在工厂中的非常低的高度处，这导致对于必须承载这些非常重的设备件的结构的所需投资成本相当可观的减少。这些设备件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，重型设备件的低高度是优选的，因为这使得人类在高水平位置处的活动最少化，并且优化了在装置的建造和操作期间的安全性。
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，从而免受腐蚀。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，高压端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，优选地，反应器段和汽提器的部件由奥氏体-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，存在至少一个低压回收段。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。
在反应器段中未反应的合成气体可以被从反应器段去除，并且可以送到洗涤器，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回收此氨基甲酸盐物流。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。来自中压洗涤器或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反应器段(R)、CO2汽提器(S)以及水平布置的沉浸式冷凝器/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反应器段(R)。在反应器段中形成尿素合成溶液(USS)，所述尿素合成溶液(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)与来自反应器段(R)顶部的反应气体(RG)一起经由喷淋器供给到冷凝器/反应器段。来自中压吸收器(MA)的氨基甲酸盐物流(MC)也经由单独的喷淋器被供给到冷凝器/反应器段。此外，新鲜的氨也经由单独的喷淋器供给到冷凝器/反应器段(C)。用于氨的分配的喷淋器和用于混合气体(SG)的分配的喷淋器都被布置在冷凝器段中，并且都延伸到沉浸式冷凝器/反应器(C)的反应器段。所形成的尿素溶液被送到反应器段(R)，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)中并被冷凝形成氨基甲酸盐物流(MC)。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。
反应器(R)和汽提器(S)都被布置在地水准面上。
高压合成段的高度是距离地水准面26米。

Claims (10)

1.一种在尿素工厂中由氨和二氧化碳生产尿素的方法，所述尿素工厂包含包括至少一个反应器段、汽提器和冷凝器的高压合成段，其中所有高压设备都被布置在低位置，其特征在于，所述高压段的高度为距离地水准面小于35米，并且所述反应器段中的至少一个包括用于在所述反应器段的整个容积上单独分配氨的装置。
2.如权利要求1的方法，其特征在于，所述高压合成段的高度为距离地水准面小于30米。
3.如权利要求1的方法，其特征在于，所述的用于单独分配氨的装置是喷淋器。
4.如权利要求1的方法，其特征在于，合成溶液从所述反应器段到所述汽提器的流动、混合气体物流从所述汽提器到所述冷凝器的流动以及冷凝物从所述冷凝器到所述反应器段的流动是重力流动。
5.如权利要求1的方法，其特征在于，所述汽提器和所述反应器段都位于地水准面上。
6.如权利要求1的方法，其特征在于，包含所述的用于单独分配氨的装置的所述反应器段是沉浸式喷淋器。
7.如权利要求1的方法，其特征在于，所述反应器段是水平放置的沉浸式冷凝器和反应器段的组合，其中，所述的用于单独分配氨的装置被布置在冷凝段中。
8.如权利要求6的方法，其特征在于，所述沉浸式冷凝器水平放置。
9.如权利要求7的方法，其特征在于，所述的用于单独分配氨的装置被布置在所述冷凝段中，并且延伸到所述反应段中。
10.如权利要求1至9中任意一项的方法，其中，所述反应器段和汽提段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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