CN105102423B - 用于改造自汽提尿素设备的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于改造自汽提尿素设备的方法，包括安装新的CO2‑汽提合成工段(6)，其中，离开所述新的工段(6)的尿素水溶液(10)的至少一部分绕过现有的自汽提高压工段(2)和中压处理工段(3)，被送往所述自汽提设备的现有的低压回收工段(4)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于改造自汽提尿素设备的方法。
背景技术
自汽提工艺或热汽提工艺及相关设备的公开内容可以在德国专利GB 1542371中找到。该工艺还以其研发者的名字命名为斯纳姆(Snamprogetti)。
自汽提尿素设备主要包括高压(HP)合成回路、中压(MP)工段和低压(LP)回收工段。
HP回路通常包括大体上在同一压力(通常大约140bar至160bar)下运转的合成反应器、蒸汽加热汽提塔、和水平釜冷凝器。氨和CO2在合成反应器中反应，获得包括氨与未转化的氨基甲酸铵的尿素水溶液；所述溶液在高压汽提塔中被加热以分解氨基甲酸盐且回收氨；包含气提塔中产生的氨及CO2的气相在高压冷凝器中冷凝且回收到所述反应器中。借助例如由热蒸汽提供的热量(热汽提)或利用在溶液中可得到的一部分氨作为汽提剂(氨汽提)，进行汽提工艺。因此，在该说明书中自汽提尿素设备的术语被用来表示包括高压热汽提工段或氨汽提工段的尿素设备。
MP工段和LP工段大体上用来分解未反应的氨基甲酸盐和从离开HP工段的尿素水溶液中回收氨。离开LP工段且具有通常约70％至80％的浓度的尿素水溶液可以被送往精加工工段，例如制粒装置或造粒塔，用来进一步浓缩和转化成固体产品。
一些自汽提尿素设备包括多个并行的尿素生成线，每个尿素生成线包括单独的高压工段、中压工段、低压工段、可能地和单独的精加工工段。所述并行的尿素生成线通常是完全相同的或大体上彼此相同。
二氧化碳通过合适的压缩工段被送到一个或多个高压工段。由于需要将气态介质压缩至远远超过100bar的高压，所述CO2压缩工段通常包括数个压缩阶段，从而是成本和能量消耗的重要的来源。
自汽提尿素设备占当前尿素生产的大部分，且被安装在世界各地。在改造现有的自汽提尿素设备，尤其是增加其产能，即尿素的产量(MTD，每天公吨尿素)方面，存在浓厚的兴趣。
增加尿素产量的最简单的方法是增加氨和二氧化碳的输入(输入越多，输出越多)；然而，在大部分情况下，现有设备，尤其是HP工段和MP工段的那些设备为额外的流量提供了非常有限的余地，因此，该方法是不适用的。在这方面已经提出了其他解决方案，例如EP-A-2397463公开了在现有的HP工段和MP工段之间加入中高压工段，其中离开高压工段的尿素溶液被至少部分地重新送往所述新设置的工段。
改造现有自汽提尿素设备引起了许多问题，包括：需要高价改造高压工段和/或中压工段；需要用以处理增加的流量的额外设备(例如新的泵)；现场可利用的有限空间。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的用于提高现有的自汽提尿素设备的性能的方法。
本发明下的主题是安装新的合成工段，该新的合成工段根据CO2-汽提工艺运行。该新的工段生产尿素溶液，该尿素溶液优选在现有设备的可利用的LP工段中被处理。
因此，以上目的通过用于改造自汽提尿素设备的方法来达到，所述设备包括：至少包括反应器、热汽提塔或氨汽提塔、和冷凝器的高压尿素合成工段；中压处理工段；低压回收工段，所述方法特征在于以下步骤：
-安装CO2-汽提合成工段，其中，根据CO2-汽提工艺，氨和二氧化碳被转化成尿素水溶液，
-离开所述新的CO2-汽提工段的尿素水溶液的至少一部分绕过现有的自汽提高压工段和中压处理工段，被送往所述现有的低压回收工段。
CO2-汽提工艺和相关设备对于技术人员是已知的。例如在Ullmann’sEncyclopedia of industrial chemistry(Wiley-VCH Verlag，第669页至第674页)中可以找到描述。因此，CO2-汽提合成工段被理解为至少包括尿素反应器；用于未转化的反应物的汽提塔，其中，二氧化碳被用作汽提介质；氨基甲酸盐冷凝器；和可选地反应器尾气洗涤塔。所述反应器、汽提塔、氨基甲酸盐冷凝器和(如果提供的话)所述可选的洗涤塔形成回路且在通常在120bar至150bar的范围内的大体上相同的压力下运行。汽提塔优选被实施作为立式降膜式管热交换器，其中，来自反应器的尿素溶液流到立式管内部，热量例如通过中压蒸汽被供应到管的外部，对于管内部的尿素溶液，新鲜的二氧化碳逆流，从而充当汽提介质且促进氨从液相中转移到气相。
新的CO2-汽提合成工段与现有的自汽提合成工段大体上并行运行。
自汽提设备通常提供液氨流和氨基甲酸盐溶液流从中压工段到高压工段的再循环。根据本发明的优选实施方式，所述液氨的一部分和/或所述氨基甲酸盐溶液的一部分被重新送往新的CO2-汽提工段，以便提供必要的氨输入。
当现有的自汽提尿素设备包括并行的两个或多个尿素生产线时，每一条生产线具有其本身的高压工段、中压工段和低压工段，本发明的优选实施方式提供了在新的CO2-汽提工段生产的尿素水溶液在可利用的低压工段中的一些或全部之间进行分配。因此，离开所述CO2-汽提工段且绕过MP工段的溶液被分成多个流，所述流中的每一个流被送往相应的低压回收工段。
类似地，自多生产线设备的中压工段回收的液氨和/或氨基甲酸盐溶液的相应部分可被送往新的CO2汽提工段。
当提及流的送往或重新送往时，应该理解到，本发明包括相关流控部件，例如管道、阀门等的供应和安装。由于它们对于技术人员而言属于习惯做法，故这些细节不被描述。
本发明的很大优点是，生产力可被提高而不增加现有的HP工段和MP工段的负荷，额外的尿素溶液绕过该HP工段和MP工段。该额外的溶液被直接送往LP工段，该LP工段通常能够容许比HP工段和MP工段多的增加的流量，该HP工段和MP工段通常以(或非常接近)其最大的生产力来运行。一旦改造完成，一条或多条自汽提生产线的HP工段和MP工段可以基本上在和以前相同的条件下运行，额外的生产力由新安装的CO2汽提高压工段来提供。
如果可行，则来自CO2汽提工段的一些尿素溶液可被送往现有的中压工段。这通常是当MP工段提供处理额外流量的剩余余地时的情况。然而，在大多数情况下，被送往MP工段的这部分尿素溶液将是较少的部分。因此，所述尿素溶液的更多的部分(多于50％)绕过MP工段，流向LP工段。
继续上文，申请人已发现另一重要的且预料之外的优点，即现有自汽提HP工段的转化率提高，这是因为在反应器中发现较少的水。该理由可以概括如下。
由于利用新鲜的二氧化碳的强烈的汽提，离开新的CO2-汽提工段的尿素溶液含有少量的未转化的游离氨。通过将该低氨尿素溶液送往LP工段，本发明提供了对于过量氨的补偿，换句话说，过量氨是自汽提设备的不利条件。在大多数情况下，与用于合成尿素的化学计算量相比，现有的LP工段(改造前)接收具有相当大的过量的氨的尿素溶液，也就是说，氮与碳的比例(N/C)高于最佳值。为此，LP工段需要相当大数量的水以冷凝回收所述过量的氨。在根据本发明改造之后，来自新工段的低氨尿素溶液将N/C的比例调整到较低的值，从而减少供给到LP工段的水。在供水的成本方面这是优势，但最重要的是，这将引起较少的氨基甲酸盐的单位产量(相对于在所生产的尿素方面的生产力)，并且由于氨基甲酸盐被回收作为水溶液，因此将引起较少的水引入到HP合成工段中。水不利于转化率，因为水是转化的副产物，这意味着以上所有导致更好的转化。
总而言之，本发明的CO2-汽提工段的添加可以不仅提供了增加的生产力，而没有现有的HP工段/MP工段的额外负荷，而且还由于LP工段中N/C比例的有利的再平衡而在现有的HP合成工段的产量方面提供了积极效果。
本发明的其他目的包括：根据所附的权利要求11和权利要求12所述的一种用于合成尿素的设备和一种用于合成尿素的工艺。优选地，权利要求12的工艺可以在根据本发明、特别是根据权利要求1的方法已被改造的设备中实施。
参照示出一些优选的实施方式的附图，将更加详细地描述本发明。
附图说明
图1为根据本发明的实施方式改造的自汽提尿素设备的示意图。
图2为同样根据另一个实施方式改造的具有两条并行生产线的自汽提尿素设备的示意图。
具体实施方式
参照图1，方块1表示二氧化碳压缩工段，方块2至方块5表示常规的自汽提尿素设备。更详细地，方块2表示自汽提HP工段，方块3为中压工段，方块4为低压回收工段，方块5为可选的精加工工段。
这些工段在本技术中是熟知的，不需要全面详细地描述。基本上，高压工段2包括反应器、热汽提塔或氨汽提塔、和冷凝器；中压工段3通常包括分解工段和氨回收工段；低压工段4包括在低压下运转的另一个分解工段和氨回收工段。
精加工工段5可以包括真空浓缩工段和适合于浓缩的尿素转化成固体产品U的设备，例如制粒机或造粒塔。
通常，工段2在大约120bar至140bar的压力下运行，工段3在大约20bar的压力下运行，工段3在大约2bar至4bar的压力下运行，但是这些值可以根据被改造的特定设备而变化。
图1还示出新鲜的二氧化碳CO2的输入和新鲜的氨NH3的输入。新鲜的氨可以进入中压工段3(如图所示)，其后与从MP工段3和LP工段4中回收的氨一起到达工段2的反应器。
本发明提供了CO2-汽提合成工段6的安装，其中，根据已知的CO2-汽提工艺，氨和二氧化碳转化成尿素水溶液。
所述新的工段6从现有的二氧化碳压缩工段1中接收二氧化碳输入7，虽然在某些实施方式中，如果必要的话，则可以安装新的压缩工段或者可以改造现有的压缩工段。
通过来自现有MP工段3的氨流8和氨基甲酸盐流9，给出了用于所述工段6的氨输入，这意味着在所述工段3中获得的至少部分的氨和氨基甲酸盐将被重新送往新的CO2-汽提工段6(最初送往工段2)。
在一些情况下，新鲜的氨还可以被送到新的CO2-汽提工段6。无论如何，供给新鲜的氨的方法对于本发明并不是至关重要的。
所述新的工段6在高压下运转，该压力优选与工段2的压力相同(或大体上相同)。如前所述，所述压力优选在120bar至150bar的范围内，更优选是大约140bar。
如图所示，离开所述CO2-汽提工段6的尿素水溶液10绕过现有的自汽提高压工段2和中压处理工段3，被送往低压回收工段4。在本发明的某些实施方式中，如虚流线17所示，离开CO2-汽提工段6的一部分尿素溶液也可以被送往中压工段3。例如，当可利用的MP工段仍能够应对一定的生产力的增长时，可以实施该实施方式。然而，由于MP工段的余地(如果有的话)将受限制，故所述尿素溶液的被送往LP工段4的部分通常多于被送往MP工段3的部分。
应当注意到，与最初的HP工段2的流出物相比，尿素溶液10具有低含量的氨，在多数情况下，该最初的HP工段2的流出物含有大量的过剩氨。因此，本发明的有益效果是LP工段4中的N/C比被降低，并且如上所述，对于转化产率的优势，在工段2的反应器中将发现较少的水。
对于具有数个并行的生产线的尿素设备，图2示出本发明的优选应用的实施例。示出了生产线A，生产线B，但本发明同样适用于任何数目的并行的尿素生产线。
每一条生产线包括高压工段2A、高压工段2B，中压工段3A、中压工段3B，低压工段4A、低压工段4B，和可选地精加工工段5A、精加工工段5B。压缩工段1可以是独立的或共用的。在生产线A，生产线B中，在所示工段之间交换的流相似于图1，因此，不再详细描述。
来自新工段6且绕过MP工段的尿素流出物10被分成被送往第一生产线的低压工段4A的第一部分10A和被送往第二生产线的低压工段4B的第二部分10B。同样地，输入到工段6的氨分别由来自尿素生产线A和尿素生产线B的中压工段的氨流8A、氨流8B和氨基甲酸盐流9A、氨基甲酸盐流9B提供。在某些情况下，如上所述，新鲜的氨也可以被送到新的CO2-汽提工段6。
以相似的方式，本发明可以应用于具有任何数目的尿素生产线的设备。同样地，在图2的实施方式中，只要有可能且认为合适的，如线17所示，来自新工段6的一些尿素流出物可以被送往一个或多个中压工段。
回到图1，线11和线12表示从HP工段2到MP工段3然后从MP工段3到LP工段4的尿素的水溶液。流线13表示离开LP工段4的浓缩的尿素(通常大约70％)，该浓缩的尿素可以如此被输出或在将加工工段5中被进一步加工。
线14和线14’通常表示从MP工段到HP合成工段的再循环，其可以包括：具有液体氨流的第一流，该第一流与新鲜的氨输入混合然后被送往工段2的高压反应器；包括精馏塔的底部溶液的第二流，该第二流与高压汽提塔的塔顶蒸汽混合然后被送往工段2的高压冷凝器。在某些实施方式中，由线14和线14’所示的所述两个流可以被混合。
线15表示从LP工段到MP工段的再循环，该再循环可以主要包括在所述LP工段4的低压冷凝器中冷凝的富含氨的碳酸盐溶液。线16表示碳酸盐溶液的另外的流，其回收自例如真空浓缩工段中的精加工工段5。
Claims (12)
1.一种用于改造自汽提尿素设备的方法，所述设备包括：至少包括反应器、热汽提塔或氨汽提塔、和冷凝器的自汽提高压工段(2)；中压处理工段(3)；和低压回收工段(4)，所述方法的特征在于以下步骤：
-安装CO2-汽提合成工段(6)，其中，根据CO2-汽提工艺，氨和二氧化碳被转化成尿素水溶液，
-离开所新安装的CO2-汽提合成工段(6)的所述尿素水溶液(10)的至少一部分绕过现有的所述自汽提高压工段(2)和所述中压处理工段(3)，被送往现有的所述低压回收工段(4)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述新安装的CO2-汽提合成工段(6)至少包括：作为高压回路的一部分的合成反应器、汽提塔、冷凝器、和可选的洗涤塔。
3.根据权利要求2所述的方法，所述高压回路在与现有的所述自汽提高压工段(2)大体上相同的压力下运行。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，离开所述新安装的CO2-汽提合成工段(6)的所述尿素水溶液(10)的第一部分被送往所述低压回收工段(4)，同时所述尿素水溶液的第二剩余部分(17)被送往所述中压处理工段(3)。
5.根据权利要求4所述的方法，所述尿素水溶液的第一部分多于所述第二剩余部分。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，回收自现有的所述中压处理工段(3)的一部分液氨(8)和/或一部分氨基甲酸盐溶液(9)被送往所述新安装的CO2-汽提合成工段(6)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述一部分液氨和/或所述一部分氨基甲酸盐溶液通过现有的自汽提设备的泵被送往所述新安装的CO2-汽提合成工段。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：现有的所述自汽提尿素设备包括多于一个的并行的尿素生产线，离开所述新安装的CO2-汽提合成工段且绕过所述中压处理工段的所述尿素水溶液被分成多个流，所述流中的每一个流被送往现有的所述尿素生产线的相应的低压回收工段。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，来自所述新安装的CO2-汽提合成工段的一些尿素溶液也被送往所述中压处理工段中的一个或多个中压处理工段。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，回收自所述尿素生产线的所述中压处理工段的液氨和/或氨基甲酸盐溶液的各个部分被送往所述新安装的CO2-汽提合成工段。
11.一种通过权利要求1至10中任一项所述的改造自汽提尿素设备的方法能够实现的用于尿素合成的设备，所述设备包括：至少包括反应器、热汽提塔或氨汽提塔、和冷凝器的自汽提高压工段(2)，中压处理工段(3)，和低压回收工段(4)，所述设备的特征在于包括：
-CO2-汽提合成工段(6)，其中，根据CO2-汽提工艺，氨和二氧化碳被转化成尿素水溶液，和
-流线，所述流线被布置成将离开所述CO2-汽提合成工段(6)的所述尿素水溶液(10)的至少一部分绕过现有的所述自汽提高压工段(2)和所述中压处理工段(3)送往所述低压回收工段(4)。
12.一种用于由氨和二氧化碳合成尿素的工艺，所述工艺包括：
-根据自汽提工艺合成第一数量的尿素，其中，在中压处理工段(3)和低压回收工段(4)中处理自汽提高压工段(2)的流出物，以获得所期望的尿素产品，所述工艺的特征在于：
-在外加的CO2-汽提合成工段(6)中合成第二数量的尿素，所述外加的CO2-汽提合成工段(6)根据CO2-汽提工艺运行且生产尿素水溶液(10)，和
-将离开所述CO2-汽提合成工段(6)的所述尿素水溶液(10)处理进入所述中压处理工段(3)和所述低压回收工段(4)，其中，通过所述CO2汽提工艺生产的所述尿素水溶液(10)的至少一部分绕过所述中压处理工段，然后在所述低压回收工段中被直接处理。
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