CN107531618B - 用于一体化生产尿素和三聚氰胺的方法和系统 - Google Patents

用于一体化生产尿素和三聚氰胺的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于生产尿素和三聚氰胺的一体化方法，以及用于实施所述方法的系统。因此，本发明涉及以下类型的一体化方法，其中从三聚氰胺的生产获得的废气通过在水存在下冷凝而进入用于生产三聚氰胺的方法。其典型的实施方案是在从尿素回收获得的氨基甲酸酯水溶液存在下的冷凝。根据本发明，所述冷凝在比获得三聚氰胺废气时的压力显著更低的压力下进行。为此，所述废气的压力通常降低2‑10巴。与此相关，本发明的系统包括在用于所述三聚氰胺废气的出口下游并且在用于冷凝所述废气的区段上游的减压单元。本发明还包括用于改造生产三聚氰胺和尿素的一体化系统的方法。这通过将上述减压单元添加至现有系统来实现。

Description

用于一体化生产尿素和三聚氰胺的方法和系统
技术领域
本发明涉及尿素和三聚氰胺的组合(一体化)生产的领域。具体地讲，本发明涉及用于生产尿素的方法，由此生产三聚氰胺所得到的废气被用作合成尿素的进料。本发明还涉及用于生产尿素和三聚氰胺的一体化系统。
背景技术
尿素通常由氨和二氧化碳生产。可通过在介于12MPa和40MPa之间的压力和介于150℃和250℃之间的温度下将过量氨与二氧化碳一起引入尿素合成区段中来制备尿素。在尿素技术中，这通常被称为“高压”(HP)。所得到的尿素形成可以两个连续反应步骤的形式最好地呈现，在第一步骤中根据以下放热反应形成氨基甲酸铵：
2NH3+CO2→H2N-CO-ONH4
之后所形成的氨基甲酸铵在第二步骤中根据以下吸热平衡反应脱水以生成尿素：
Figure BDA0001441591230000011
典型的尿素生产装置还包括回收区段和精加工区段。在回收区段，未转化的氨和二氧化碳被回收并再循环至合成区段。回收区段后通常是蒸发区段。在蒸发区段中通过水的蒸发进一步增加尿素浓度，从而产生通常被称为尿素熔体的高度浓缩溶液。在精加工区段中，通常将尿素熔体变成所需的固体微粒形式，通常涉及诸如造粒、制粒或粒化的技术。
根据以下反应方程式，通常由尿素生产三聚氰胺：
6(NH2)2CO→C3H6N6+6NH3+3CO2。
通常存在两种用于生产三聚氰胺的技术。一种是催化“低压”方法，其应用大气压(从大气压至约1MPa)。另一种被称为“高压”方法。在三聚氰胺生产中，高压是指处于或高于约70巴(7MPa)、更通常处于或高于80巴(8MPa)的压力。来自高压方法的废气通常具有1MPa至4MPa的压力。应该指出的是，在尿素技术中，这些压力在通常被称为“中压”(“MP”)的范围内。
组合尿素的生产和三聚氰胺的生产是本领域众所周知的。因此，通常将在尿素装置中生产的尿素的至少一部分或全部作为原料送入三聚氰胺装置。三聚氰胺的生产产生包含2:1化学计量比的氨(NH3)和二氧化碳(CO2)的废气，所述化学计量比对应于尿素合成中的反应物的化学计量比。因此，尿素和三聚氰胺的一体化生产通常涉及将从三聚氰胺装置获得的含氨和二氧化碳的气体料流直接或间接地进料至尿素装置的合成区段。
一种上述类型的方法公开于EP 1716111 B1中，并在图1中所给出的框图中示出。在该方法中，将来自三聚氰胺装置的气体料流与在尿素装置的再循环区段中形成的氨基甲酸酯一起进料至废气冷凝区段。该废气冷凝区段包括至少一个冷凝器设备。在冷凝器设备上游，将来自三聚氰胺装置的废气与在尿素装置的再循环区段中形成的氨基甲酸酯水溶液混合。或者，将所述废气和氨基甲酸酯水溶液分开添加至该冷凝器设备。
来自一种过程系统的气态料流(即在此是来自三聚氰胺装置的废气)与另一种过程系统(即在此是尿素装置的冷凝区段中的氨基甲酸酯料流)之间的连接、特别是直接流体连接通常易于在前一气体料流(即来自三聚氰胺装置的废气料流)的上游加工中引起过程混乱。如果所述冷凝区段中的压力增加，则来自三聚氰胺装置的添加的废气的压力也应增加，以便获得正流。然而，废气上游的三聚氰胺加工的压力的增加和波动仅在有限的范围内为可能的。这种压力增加引起过程混乱，并且最终导致三聚氰胺装置的产品损失。
此外，应注意，尿素装置通常(尤其是)从二氧化碳的必要压缩获得热能。在尿素装置将直接加工在三聚氰胺装置中形成的包含二氧化碳的气态料流的情况下，较少二氧化碳将经受压缩，因此将需要额外的热能。根据二氧化碳汽提方法的尿素装置尤其如此。因此，通常以蒸汽消耗量(每生产一吨尿素产品的千克蒸汽)表示的尿素装置的能耗按所联接的三聚氰胺设施的增加容量而增加。因此，这为提高其中尿素装置和三聚氰胺装置被联接的系统的方法经济性的重要性提供了另外原因。应当理解，更稳定的方法通常将更经济。
与其中获得水性氨基甲酸酯冷凝物并将其循环至尿素合成的系统相关的另一个问题涉及水的量。参考上述用于合成尿素的反应方程式，将显而易见的是，水的额外存在将使平衡移至原料侧。有利的是，水的量应尽可能高以便具有可输送的氨基甲酸酯溶液，但也应尽可能低以便将尽可能少的水送至尿素合成区段。另外的废气冷凝区段的存在(诸如在EP 1716111中)因此会有向合成区段送入不想要的额外水的风险。
发明内容
为了更好地解决上述需要中的一者或多者，本发明在一个方面提供用于生产尿素和三聚氰胺的一体化方法，所述方法包括
(a)使氨和二氧化碳经受尿素形成条件以便获得尿素合成水溶液；
(b)使所述尿素合成溶液经受未反应的氨和二氧化碳的回收，从而获得氨基甲酸酯水溶液和尿素；
(c)在三聚氰胺装置中生产三聚氰胺，由此由三聚氰胺合成产生的废气在15巴至35巴的压力下获得；
(d)将获得的尿素作为用于生产三聚氰胺的原料进料至三聚氰胺装置；
(e)在水存在下冷凝所述废气以便形成氨基甲酸酯水溶液；
(f)将从所述废气获得的氨基甲酸酯和从所述尿素回收区段获得的氨基甲酸酯作为生产尿素的原料再循环至尿素合成区段；
其中在冷凝之前，将废气的压力降低，以便将其控制在比获得废气时的压力低2巴至10巴范围内的压力。
在另一方面，本发明提出用于生产尿素和三聚氰胺的系统，所述系统包括尿素生产区；所述尿素生产区包括高压尿素合成区段以及在高压尿素合成区段下游并与高压尿素合成区段流体连通的低压尿素回收区段，所述低压尿素回收区段适于分开获得尿素溶液和氨基甲酸酯水溶液；该系统还包括三聚氰胺生产区；所述三聚氰胺生产区包括高压三聚氰胺合成区段以及在高压三聚氰胺合成区段下游并与高压三聚氰胺合成区段流体连通的三聚氰胺废气处理区段，所述三聚氰胺废气处理区段用于获得三聚氰胺废气；所述生产区彼此连接，以便允许从回收区段获得的尿素溶液优选地经由蒸发区段输送至三聚氰胺合成区段，并允许来自三聚氰胺废气处理区段的三聚氰胺废气输送至尿素生产区，由此所述尿素生产区包括适于接收所述三聚氰胺废气的中压冷凝区段，所述冷凝区段具有用于冷凝的氨基甲酸酯的出口，所述出口与尿素合成区段的入口流体连通并且与其流体连通，其中压力控制元件设置在三聚氰胺废气处理区段与中压冷凝区段之间。
在另一方面，本发明是一种用于改造尿素装置的方法，所述尿素装置包括高压尿素合成区段以及在高压尿素合成区段下游并与高压尿素合成区段流体连通的低压尿素回收区段，所述低压尿素回收区段适于分开获得尿素溶液和氨基甲酸酯水溶液，所述方法包括将尿素装置与三聚氰胺装置连接，所述三聚氰胺装置包括高压三聚氰胺合成区段以及在高压三聚氰胺合成区段下游并与高压三聚氰胺合成区段流体连通的三聚氰胺废气处理区段，所述三聚氰胺废气处理区段用于获得三聚氰胺废气；所述装置彼此连接，以便允许从尿素回收区段获得的尿素溶液优选地经由蒸发区段输送至三聚氰胺合成区段，并允许来自三聚氰胺废气处理区段的三聚氰胺废气输送至尿素装置，所述方法还包括添加适于接收所述三聚氰胺废气的中压冷凝区段，所述冷凝区段具有用于冷凝的氨基甲酸酯的出口，所述出口与尿素合成区段的入口流体连通，并且在三聚氰胺废气处理区段与所述中压冷凝区段之间设置减压元件。
在另一方面，本发明提供用于改造生产尿素和三聚氰胺的现有系统的方法，所述现有系统包括尿素生产区和三聚氰胺生产区；所述尿素生产区包括高压尿素合成区段，所述高压尿素合成区段与适于分开获得尿素溶液和氨基甲酸酯水溶液的低压尿素回收区段流体连通，以及在低压尿素回收区段下游并经由增压元件(诸如泵)与低压尿素回收区段流体连通的中压冷凝区段；所述三聚氰胺生产区包括高压三聚氰胺合成区段以及在所述高压三聚氰胺合成区段下游并与所述高压三聚氰胺合成区段流体连通的三聚氰胺废气处理区段，所述三聚氰胺废气处理区段用于获得三聚氰胺废气；所述生产区彼此连接，以便允许从尿素回收区段获得的尿素溶液优选地经由蒸发区段输送至三聚氰胺合成区段，并允许来自三聚氰胺废气处理区段的三聚氰胺废气输送至中压冷凝区段，该方法包括将压力控制元件设置在三聚氰胺废气处理区段与中压冷凝区段之间，所述压力控制元件适于用作减压单元。
附图说明
图1是根据现有技术的用于生产尿素和三聚氰胺的一体化系统的示意图。
图2至图4是根据本发明的实施方案的用于生产尿素和三聚氰胺的一体化系统的示意图。
具体实施方式
本发明是基于以下见解：进行尿素和三聚氰胺的生产的一体化，以使得有效地实现所述过程之间的分离。在用于三聚氰胺和尿素的一体化生产的常规系统中，一种过程中的过程变化(例如在操作期间的不稳定性，诸如压力波动)将影响另一种过程。
为此，本发明明智而审慎地避免了EP 1716111的教导内容，根据所述教导内容来自三聚氰胺装置的废气被进料至在基本上等于所述废气压力的压力下操作的废气冷凝区段。根据本发明，这通过在从三聚氰胺装置获得作为输出的氨和二氧化碳(即，如从三聚氰胺装置的废气处理区段获得的废气)的步骤与将所述氨和二氧化碳作为输入引入尿素装置(即，如进料至尿素装置的中压冷凝区段中的废气)的步骤之间引入减压步骤来完成。由此将压力控制在比获得废气时的压力低2巴至10巴的范围内。
在本发明的方法中，可通过任何合适的方法来合成尿素。经常使用的根据汽提方法制备尿素的方法是二氧化碳汽提方法，如例如Ullmann's Encyclopedia of IndustrialChemistry,Vol.A27,1996,pp 333-350(乌尔曼工业化学百科全书，第A27卷，1996年，第333-350页)中所描述。在这种方法中，合成区段后接一个或多个回收区段。合成区段包括反应器、汽提器、冷凝器和涤气器，其中操作压力为12MPa至18MPa并且优选为13MPa至16MPa。在合成区段中，将离开尿素反应器的尿素溶液进料至汽提器，其中大量的未转化的氨和二氧化碳与尿素水溶液分离。这种汽提器可以是壳管式热交换器，其中尿素溶液在管侧进料至顶部并且进料至合成的二氧化碳被添加至汽提器的底部。在壳侧，添加蒸汽以加热溶液。尿素溶液在底部离开热交换器，而蒸气相在顶部离开汽提器。离开所述汽提器的蒸气含有氨、二氧化碳和少量的水。所述蒸气在降膜型热交换器或者可为水平型或垂直型的浸没型冷凝器中冷凝。水平型浸没式热交换器描述于Ullmann's Encyclopedia of IndustrialChemistry,Vol.A27,1996,pp 333-350(乌尔曼工业化学百科全书，第A27卷，1996年，第333-350页)中。在所述冷凝器中由放热氨基甲酸酯缩合反应释放的热量通常用于产生蒸汽，所述蒸汽被用于下游尿素加工区段(通常被指示为蒸发区段)中以对尿素溶液进行加热和浓缩。由于在浸没型冷凝器中产生特定液体滞留时间，因此一部分尿素反应已在所述冷凝器中发生。所形成的含有冷凝氨、二氧化碳、水和尿素以及非冷凝的氨、二氧化碳和惰性蒸气的溶液被送至反应器。在反应器中，从氨基甲酸酯到尿素的上述反应接近平衡。离开反应器的尿素溶液中的氨与二氧化碳的摩尔比一般介于2.5mol/mol和4mol/mol之间。也有可能将冷凝器和反应器组合在一台设备上。这种设备的示例如Ullmann's Encyclopedia ofIndustrial Chemistry,Vol.A27,1996,pp 333-350(乌尔曼工业化学百科全书，第A27卷，1996年，第333-350页)中所述。离开尿素反应器的所形成的尿素溶液被供给至汽提器并且含有非冷凝氨和二氧化碳的惰性蒸气被送至在与反应器类似的压力操作的洗擦区段。在所述洗擦区段中，从惰性蒸气中洗擦氨和二氧化碳。来自下游回收系统的所形成的氨基甲酸酯溶液被用作所述洗擦区段中的吸收剂。在上述合成区段中离开汽提器的尿素溶液需要至少45重量％且优选至少50重量％的尿素浓度在汽提器下游的一个单一回收系统中进行处理。回收区段包括加热器、液体/气体分离器和冷凝器。上述回收区段中的压力介于200kPa至600kPa之间。在回收区段的加热器中，通过对尿素溶液进行加热来使大部分氨和二氧化碳与尿素和水相分离。通常使用蒸汽作为加热剂。尿素和水相含有少量溶解的氨和二氧化碳，其离开回收区段并被送至下游尿素处理区段，在所述尿素处理区段中通过从所述溶液中蒸发水来浓缩尿素溶液。
本发明不限于任何特定的尿素生产方法。其它方法和装置包括基于以下技术的那些方法和装置，诸如总循环装置，由Urea Casale公司开发的HEC方法，由东洋工程公司(Toyo Engineering Corporation)开发的ACES方法，以及由斯那姆公司(Snamprogetti)开发的方法。所有这些方法和其它方法可用于本发明的方法中。
在本发明的方法中，根据任何方法合成三聚氰胺，从而产生压力在15巴至35巴范围内的废气，其通常来自高压三聚氰胺生产方法。此类方法描述于Ullmann'sEncyclopedia of Industrial Chemistry；Melamine and Guanamines,2002,vol.22,377-392(乌尔曼工业化学百科全书；三聚氰胺和胍胺，2002年，第22卷，第377-392页)中。
在本说明书中，提及由三聚氰胺合成产生的废气，其在15巴至35巴的压力获得。应当理解，由高压三聚氰胺合成直接产生的废气将具有高得多的压力。在常规三聚氰胺装置中，来自合成的废气被进一步处理，然后在三聚氰胺装置的界区、在所述15巴至35巴的压力获得。
应该指出的是，术语“低压”(LP)、“中压”(MP)和“高压”(HP)的含义是本领域的技术人员已知的。具体地讲，就尿素生产而言，HP通常表示12-40MPa(120巴至400巴)、优选地140巴至160巴的压力。就三聚氰胺生产而言，HP通常表示处于或高于7MPa(70巴)，优选地处于或高于8MPa(80巴)，并且更优选地为80巴至150巴。就尿素生产而言，MP通常表示在1MPa至8MPa、优选地1MPa至4MPa(10-40巴)、更优选地15巴至35巴且最通常20巴至25巴范围内的压力。尿素生产中的LP代表低于1MPa、优选地0.3-0.5MPa(3-5巴)、优选地约4巴的压力。
本发明的方法涉及使用在尿素装置中生产的尿素作为三聚氰胺合成中的原料。取决于相互的装置容量，这可以是尿素装置中生产的全部尿素或其一部分。在并非所有生产的尿素用于三聚氰胺生产中的情况下，尿素的其余部分可经受常规尿素精加工，例如作为颗粒或小颗粒获得。此外，这种尿素可作为水溶液获得，诸如具有30重量％-35重量％的尿素并且具有足够的纯度以便适合作为所谓的柴油机尾气处理液(DEF)的溶液。这些和其它精加工的尿素产品是本领域技术人员已知的，并且不需要在此阐明。
由三聚氰胺合成产生的废气(如所提及的包含2:1比例的NH3和CO2)最终被用作尿素合成的原料。这是按根据本发明的特定方式进行的。废气通常在三聚氰胺装置中在15巴至35巴的压力获得。这些压力低于三聚氰胺合成本身的压力。这是来自原始废气通常经受的一个或多个常规纯化(洗涤)步骤的结果。
使如从三聚氰胺合成获得的废气在水的存在下经受冷凝，以便形成氨基甲酸酯水溶液。这种氨基甲酸酯水溶液以常规方式再循环回至尿素合成。在尿素生产方法中，来自低压回收的氨基甲酸酯水溶液也被再循环至尿素合成。这种氨基甲酸酯水溶液优选地与三聚氰胺废气再循环流体合并。这可在废气冷凝之前或之后进行。
来自三聚氰胺合成的废气通常可作为下游加工或后处理(诸如洗涤步骤)的结果获得，以便除了氨和二氧化碳外还包含大量的水，诸如3重量％至40重量％并且更具体地介于5重量％和30重量％之间。在所述情况下，所需的水由废气本身的组成提供，并且冷凝可以在不存在来自尿素装置的氨基甲酸酯水溶液的情况下进行。还可设想，来自尿素回收的氨基甲酸酯水溶液的部分被用于三聚氰胺废气的冷凝，并且部分被直接送至尿素合成。
在根据本发明的方法的一个令人感兴趣的实施方案中，废气在其存在下冷凝的水包括从尿素合成水溶液的绝热膨胀获得的水。为此，尿素生产区合适地包括用于使从尿素合成区段获得的合成溶液经受绝热膨胀的单元，诸如闪蒸容器。该单元位于尿素合成区段的下游和尿素回收区段的上游，并与两个区段流体连通。应当理解，为了能够使用从三聚氰胺废气的冷凝过程中的绝热膨胀释放的蒸气，用于绝热膨胀的单元具有适于将所述蒸气输送至中压冷凝区段的气体出口，在所述中压冷凝区段中三聚氰胺废气被冷凝。
水的量优选地足够高以便避免氨基甲酸酯的结晶。为此，取决于发生冷凝的压力，可限定水的优选最小量。如上所述，冷凝在中压(MP)发生。如所提及，MP通常表示在1MPa至8MPa、优选地1MPa至4MPa(10-40巴)、更优选地15巴至35巴且最通常20巴至25巴范围内的压力。在本发明的方法中，冷凝最优选地在20巴至22巴范围内的压力下发生。表1表示，所形成的氨基甲酸酯中水的优选最小量与MP冷凝压力的范围有关，以便防止所述氨基甲酸酯的结晶。
表1
冷凝压力[巴] 优选的最小水含量[重量％]
10 26.9
12 25.5
14 24.1
16 22.8
18 21.4
20 20.0
22 18.6
24 17.3
26 15.9
28 14.5
30 13.1
本发明是基于使三聚氰胺废气在冷凝之前经受减压的出人意料地简单但有效的步骤。相对于获得废气时的压力，这种压力的降低通常为2巴至10巴。优选地，压力被降低2巴至5巴，更优选地降低3-4巴。所述压力的降低据信导致三聚氰胺装置和尿素装置中的过程的分离，同时保持两种过程和装置的一体化。因此，任一装置的压力变化不会影响另一装置中的操作(即，避免将阻止装置正常操作的压力变化和变动)。
进行减压以便将送至冷凝区段的气体的压力控制至低于获得废气时的压力2巴至10巴范围内的压力。压力的控制不一定涉及将经受冷凝的气体的压力调整至恒定值。因此，受控压力可涉及界限，诸如2巴至10巴，优选地2巴至5巴且更优选地3-4巴。然而，优选控制送至冷凝的气体的压力，以便在单一固定值下进行调整，所述值是在上述减压范围内的任一个。送至冷凝的气体的优选绝对压力值是18-24巴，优选地20-22巴。
优选地，在三聚氰胺装置的下游，即在其界区之外施加减压。然而，还有可能降低仍在三聚氰胺装置的界区内的压力。通常通过使废气穿过减压阀来降低压力。这种减压阀可控制冷凝区中的所需的降低的压力。
前述意味着废气在其中经受冷凝的区段在比获得废气时的压力低2-10巴的压力操作。如所述，这种冷凝可能与从尿素回收获得氨基甲酸酯水溶液同时进行。为此，来自尿素回收的氨基甲酸酯水溶液的压力将增加。应当理解，这可通过压力泵定期进行。
本发明还涉及用于根据如上所述的方法生产尿素和三聚氰胺的系统。所述系统包括尿素生产区。所述尿素生产区可以是单独的尿素装置，或者它可以是作为用于生产尿素和三聚氰胺的一体化装置的一部分的区。尿素生产区包括高压尿素合成区段以及在高压尿素合成区段下游并与高压尿素合成区段流体连通的低压尿素回收区段，所述低压尿素回收区段适于分开获得尿素和氨基甲酸酯水溶液。系统还包括三聚氰胺生产区，所述三聚氰胺生产区同样可以是独立的装置或包括于一体化装置中的区。三聚氰胺生产区包括高压三聚氰胺合成区段。应当理解，术语“高压”就尿素生产区和三聚氰胺生产区而言具有不同的含义，如上文所解释。在三聚氰胺生产区下游并且与三聚氰胺生产区流体连通，该系统包括用于获得三聚氰胺废气的三聚氰胺废气处理区段。上述生产区彼此连接，以便允许从尿素回收区段获得的尿素溶液优选地经由蒸发区段输送至三聚氰胺合成区段，并允许来自三聚氰胺废气处理区段的三聚氰胺废气输送至尿素生产区。
如技术人员将意识到，从回收区段获得的尿素溶液通常将在用作三聚氰胺合成中的原料之前经受浓缩。如前所述，这种浓缩将优选地在形成高度浓缩的尿素溶液(例如具有超过90重量％尿素，诸如超过95重量％尿素，诸如超过99重量％尿素)的程度上发生，针对所述高度浓缩的尿素溶液在本领域中使用术语“尿素熔体”。应当理解，这种浓缩在尿素回收与三聚氰胺合成之间，优选地在尿素装置的蒸发区段中发生。通常，尿素溶液在蒸发区段中浓缩至具有0.2重量％至5.0重量％的最终含水量的尿素熔体。
尿素生产区包括适于接收所述三聚氰胺废气的中压冷凝区段。该冷凝区段设置有与合成区段的入口流体连通的用于冷凝的氨基甲酸酯的出口。就此而言，冷凝区段可被认为在尿素合成区段的上游并且与其流体连通。然而，应当理解，尿素合成和再循环过程作为环路进行。即，从冷凝的氨基甲酸酯角度看，上述冷凝器位于尿素合成区段的上游。然而，当从在合成区段下游的再循环区段中回收的未反应气体的角度看时，冷凝器也可被认为是在合成区段的下游。
根据本发明，适于用作减压单元的压力控制元件(压力控制单元)设置在三聚氰胺废气处理区段与中压冷凝区段之间。这种单元通常是孔口或阀，并且优选地是减压阀。
在另一方面，本发明提供用于改造生产尿素和三聚氰胺的现有系统的方法。这是指优选地诸如EP1716111中公开的现有系统。该现有系统包括尿素生产区(诸如尿素装置)和三聚氰胺生产区(诸如高压型三聚氰胺装置)。尿素生产区包括高压尿素合成区段，所述高压尿素合成区段与适于分开获得尿素和氨基甲酸酯水溶液的低压尿素回收区段流体连通，以及在低压尿素回收区段下游并经由增压单元(诸如泵)与低压尿素回收区段流体连通的中压冷凝区段。三聚氰胺生产区包括高压三聚氰胺合成区段以及在高压三聚氰胺合成区段下游并与高压三聚氰胺合成区段流体连通的三聚氰胺废气处理区段，所述三聚氰胺废气处理区段用于获得三聚氰胺废气。
上述生产区彼此连接，以便允许从尿素回收区段获得的尿素溶液优选地经由蒸发区段输送至三聚氰胺合成区段，并允许来自三聚氰胺废气处理区段的三聚氰胺废气输送至中压冷凝区段，基本上如上文所述。本发明的改造方法在于，在三聚氰胺废气处理区段与中压冷凝区段之间设置适于用作减压单元的压力控制元件。
在一个优选的实施方案中，本发明的改造方法还包括，向尿素生产区添加适于使从尿素合成区段获得的合成溶液经受绝热膨胀的单元。该单元添加在尿素合成区段的下游和尿素回收区段的上游，并与两个区段流体连通。用于绝热膨胀的单元设置有气体出口，所述气体出口适于将通过绝热膨胀释放的蒸气输送至中压冷凝区段。
参考附图进一步说明本发明。应当理解，附图并不限制本发明。例如，本发明不限于所示的具体类型的设备和具体装置系统。所有附图示出与本发明的实施方案相关的设备部件和过程流的示意图。
图1是根据EP 1716111的用于生产尿素和三聚氰胺的一体化系统的示意图。
将二氧化碳和氨作为给料分别经由管线(a)和管线(b)引入至尿素装置中的尿素合成区段(URSYN)。离开尿素合成区段的尿素溶液膨胀并经由管线(c)添加至在基本上低于尿素合成区段中压力的压力下操作的再循环区段(URREC)。在此示例中，再循环区段中的压力为大约0.4MPa的量值。在此再循环区段(URREC)中，使本发明的未冷凝的氨和二氧化碳的大部分与尿素水溶液分离。随后使这种分离的氨和二氧化碳冷凝以形成氨基甲酸酯水溶液。
离开再循环区段(URREC)的尿素溶液通常在蒸发区段中浓缩(图中未示出)为尿素熔体，所述尿素熔体适合用作三聚氰胺装置(MELAM)的给料。将这种浓缩的尿素熔体经由管线(e)送至三聚氰胺装置(MELAM)并且可以但不一定部分地经由管线(d)送至(即)尿素精加工区段，以获得适合作为肥料的尿素产品。
在三聚氰胺装置(MELAM)中，根据下式将尿素用作三聚氰胺产品的给料：
Figure BDA0001441591230000121
将未转化的气态氨和二氧化碳经由新安装的废气冷凝区段(MPCOND)返回至尿素装置(管线h)。该废气冷凝区段由至少一个冷凝器组成。所述返回至尿素装置的蒸气的压力为1MPa至4MPa且更具体地为1.5MPa至3.5MPa。该蒸气除了氨和二氧化碳还可包含水。新安装的废气冷凝区段(MPCOND)中的压力基本上等于来自三聚氰胺装置(MELAM)的蒸气的压力。使来自三聚氰胺装置的蒸气在从尿素装置经由管线(g)的所述再循环区段(URREC)中形成的氨基甲酸酯溶液的存在下冷凝。释放的冷凝热通常消散在冷却水中。将废气冷凝区段(MPCOND)中形成的、包含与添加至所述废气冷凝中的氨基甲酸酯溶液中的水浓度相比更小水浓度的氨基甲酸酯溶液经由管线(i)运送至尿素装置中的合成区段。将经由管线(j)离开废气冷凝区段(MPCOND)的包含未冷凝的氨和二氧化碳的蒸气在尿素装置中的下游加工(未示出)中进行加工，并导致尿素装置的废水处理区段(未示出)的负荷增加。
图2是根据本发明的用于生产尿素和三聚氰胺的一体化系统的一个实施方案的示意图。设备部件和流线具有与图1中相同的含义。在本发明的本实施方案中，废气冷凝(MPCOND)发生的压力基本上低于蒸气从三聚氰胺设备(MELAM)释放的压力。通过使用通常为控制阀的压力控制元件(PCD)，使所述经由管线(h)从三聚氰胺装置释放的蒸气的压力降低0.2MPa至1MPa。将压力降低的蒸气经由管线(m)排放至在基本上相等压力下操作的废气冷凝(MPCOND)中。所述蒸气可在所形成的液体/蒸气混合物进入废气冷凝区段(MPCOND)之前与来自管线(g)的氨基甲酸酯溶液混合，或者与所述氨基甲酸酯溶液分开地引入废气冷凝区段(MPCOND)中。
图3是根据本发明的用于生产尿素和三聚氰胺的一体化系统的另一个实施方案的示意图。此方案涉及三聚氰胺装置，从所述三聚氰胺装置释放的蒸气含有大量的水，诸如通常为5重量％至30重量％的浓度。
将二氧化碳和氨作为给料分别经由管线(a)和管线(b)引入至尿素装置中的尿素合成区段(URSYN)。离开尿素合成区段的尿素溶液膨胀并经由管线(c)添加至在基本上低于尿素合成区段中压力的压力下操作的再循环区段(URREC)。在此示例中，再循环区段中的压力为大约0.4MPa的量值。在此再循环区段(URREC)中，使本发明的未冷凝的氨和二氧化碳的大部分与尿素水溶液分离。随后使这种分离的氨和二氧化碳冷凝以形成氨基甲酸酯水溶液。
离开再循环区段(URREC)的尿素溶液在蒸发区段中浓缩(图中未示出)为尿素熔体，所述尿素熔体适合用作三聚氰胺装置(MELAM)的给料。将这种浓缩的尿素熔体经由管线(e)送至三聚氰胺装置(MELAM)并且可以但不一定部分地经由管线(d)送至(即)尿素精加工区段，以获得适合作为肥料的尿素产品。
将来自三聚氰胺装置的通常含有上述大量水的未转化的气态氨和二氧化碳在通过压力控制元件(PCD)降低压力后返回至尿素装置(管线m)。所述压力基本上低于经由管线(h)从三聚氰胺装置释放所述蒸气时的压力。经由管线(m)离开三聚氰胺装置到达废气冷凝区段的蒸气可在所述冷凝区段(MPCOND)上游与经由管线(k)离开尿素装置的再循环区段的氨基甲酸酯溶液混合，或者可被分开引入所述冷凝区段(MPCOND)中。将在尿素装置的再循环区段(URREC)中形成的氨基甲酸酯溶液经由管线(k)部分地送至废气冷凝区段(MPCOND)。还可能的是，送至所述废气冷凝区段的所述氨基甲酸酯溶液的量为零。
将离开废气冷凝区段的包含少量水分的未冷凝的氨和二氧化碳蒸气经由管线(j)送至废气吸收元件(ABSORB)。在此元件中，所述蒸气与经由管线(g)离开尿素装置的再循环区段(URREC)的氨基甲酸酯溶液逆流接触。所述蒸气中的未冷凝的氨和二氧化碳被吸收在所述氨基甲酸酯溶液中，并且包含非常少量的氨和二氧化碳的蒸气经由管线(n)排放至尿素装置中的下游加工以用于进一步纯化。将经由管线(o)离开废气吸收元件(ABSORB)的氨基甲酸酯溶液与经由管线(p)离开废气冷凝区段(MPCOND)的所形成的氨基甲酸酯溶液一起收集在氨基甲酸酯收集容器(VESS)中。废气吸收元件(ABSORB)中的压力可等于或低于废气冷凝区段(MPCOND)中的压力。废气吸收元件(ABSORB)中的压力高于尿素装置的尿素再循环区段(URREC)中的压力。
将离开收集容器(VESS)的收集的氨基甲酸酯溶液经由管线(i)运送至尿素装置的合成区段(URSYN)。
图4是根据本发明的用于生产尿素和三聚氰胺的一体化系统的又一个实施方案的示意图。同样，这涉及释放含有大量水的蒸气的三聚氰胺装置。
在大多数方面，本实施方案与属于图3的示例中所述的实施方案类似。然而，在本示例中，使经由管线(x)离开尿素合成区段(URSYN)的尿素溶液经受绝热膨胀步骤(DIAB)，然后使所述溶液经由管线(c)经受尿素装置中的再循环区段(URREC)。膨胀步骤(DIAB)中的压力介于尿素合成区段(URSYN)的操作压力与废气冷凝区段(MPCOND)的操作压力之间。将通过绝热膨胀释放的蒸气经由管线(y)排放至废气冷凝区段(MPCOND)。通过在尿素合成区段与尿素再循环区段之间应用绝热膨胀步骤(DIAB)，实现了相较于根据示例3的方法概念的OPEX，总尿素装置的OPEX减少。所实现的OPEX减少是每生产一吨的尿素约50kg至100kg蒸汽。所述蒸汽的质量是：
压力≈2.4MPa
温度≈320℃
虽然在附图和以上说明中详细地说明并描述了本发明，但是这种说明和描述应被认为是说明性或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施方案。
例如，冷凝区段(MPCOND)中释放的冷凝热有可能用于预浓缩通常从再循环区段排出的尿素溶液。此外，有可能将两个不同的尿素装置联接至单个三聚氰胺装置。如果如此，例如，来自这些装置中的任一个或两个的尿素可被进料至三聚氰胺合成，而来自三聚氰胺合成的废气将根据本发明经受减压和冷凝，其中氨基甲酸酯水溶液来自所述尿素装置中的一个。
通过研究附图、本公开内容和所附权利要求书，实践受权利要求保护的本发明的本领域技术人员可理解并实施所公开实施方案的其它变型。在权利要求书中，词语“包括”并不排除其它要素或步骤，并且不定冠词“一个”或“一种”并不排除复数。本发明的某些特征在相互不同的从属权利要求中引用的这一不争事实并不表明这些特征的组合不能被有效利用。
在本说明书中，在提到“流体连通”的情况下，这是指在装置的第一部分或区段与装置的第二部分或区段之间的任何直接或间接的连接，经由所述连接，流体(特别是液体或气体)可从装置的第一部分流到装置的第二部分。这种流体连通通常由管道系统、软管、气体流线或本领域技术人员熟知的用于输送液体和/或气体的其它元件提供。根据本文包括的方法描述，将完全清楚在哪些情况下所关注的流体是液体或气体。
总之，本发明包括用于生产尿素和三聚氰胺的一体化方法，以及用于实施所述方法的系统。因此，本发明涉及以下类型的一体化方法，其中从三聚氰胺的生产获得的废气通过在水存在下冷凝而进入用于生产三聚氰胺的方法。其典型实施方案是在从尿素回收获得的氨基甲酸酯水溶液存在下的冷凝。根据本发明，所述冷凝在比获得三聚氰胺废气时的压力显著更低的压力下进行。为此，废气的压力通常降低2-10巴。与此相关，本发明的系统包括在用于三聚氰胺废气的出口下游并且在用于冷凝废气的区段上游的减压单元。本发明还包括用于改造生产三聚氰胺和尿素的一体化系统的方法。这通过将上述减压单元添加至现有系统来实现。

Claims (21)

1.一种用于生产尿素和三聚氰胺的一体化方法，所述方法包括：
(a)使氨和二氧化碳经受尿素形成条件以便获得尿素合成水溶液；
(b)使所述尿素合成溶液经受未反应的氨和二氧化碳的回收，从而获得氨基甲酸酯水溶液和尿素；
(c)在三聚氰胺装置中生产三聚氰胺，由此由三聚氰胺合成产生的废气在15巴至35巴的压力获得；
(d)将获得的尿素作为用于生产三聚氰胺的原料进料至所述三聚氰胺装置；
(e)在水存在下冷凝所述废气以便形成氨基甲酸酯水溶液；
(f)将从所述废气获得的氨基甲酸酯和从所述尿素回收区段获得的氨基甲酸酯作为生产尿素的原料再循环至所述尿素合成区段；
其中在冷凝之前，将所述废气的压力降低，以便将其控制在比获得所述废气时的所述压力低2巴至10巴范围内的压力。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述压力的降低在所述三聚氰胺装置的下游进行。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述压力降低在2巴至5巴的范围内。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述压力降低在3巴至4巴的范围内。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中控制所述降低的压力以便以2-5巴的界限调整。
6.根据权利要求5所述的方法，其中控制所述降低的压力以便以3-4巴的界限调整。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中经受冷凝的所述气体的所述压力在18巴至24巴的范围内。
8.根据权利要求7所述的方法，其中经受冷凝的所述气体的所述压力在20巴至22巴的范围内。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述废气在其存在下冷凝的所述水包括在所述废气中所含的水蒸气。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述废气在其存在下冷凝的所述水包括在通过从所述尿素合成溶液中回收获得的所述氨基甲酸酯水溶液中所含的水。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述废气在其存在下冷凝的所述水包括从所述尿素合成水溶液的绝热膨胀获得的水。
12.一种用于生产尿素和三聚氰胺的装置，所述装置包括尿素生产区；所述尿素生产区包括高压尿素合成区段以及在所述高压尿素合成区段下游并与所述高压尿素合成区段流体连通的低压尿素回收区段，所述低压尿素回收区段适于分开获得尿素溶液和氨基甲酸酯水溶液；所述装置还包括三聚氰胺生产区；所述三聚氰胺生产区包括高压三聚氰胺合成区段以及在所述高压三聚氰胺合成区段下游并与所述高压三聚氰胺合成区段流体连通的三聚氰胺废气处理区段，所述三聚氰胺废气处理区段用于获得三聚氰胺废气；所述生产区彼此连接，以便允许从所述回收区段获得的尿素溶液输送至所述三聚氰胺合成区段，并允许来自所述三聚氰胺废气处理区段的三聚氰胺废气输送至所述尿素生产区，由此所述尿素生产区包括适于接收所述三聚氰胺废气的中压冷凝区段，所述冷凝区段具有用于冷凝的氨基甲酸酯的出口，所述出口与所述尿素合成区段的入口流体连通并且与其流体连通，其中压力控制元件设置在所述三聚氰胺废气处理区段与所述中压冷凝区段之间的废气料流管线中，其中，所述压力控制元件适于用作减压单元。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述生产区彼此连接，以便允许从所述回收区段获得的尿素溶液经由蒸发区段输送至所述三聚氰胺合成区段。
14.根据权利要求12或13所述的装置，包括从所述尿素回收区段至所述中压冷凝区段的连接，所述连接设置有压力控制元件，以便允许将来自所述回收区段的所述氨基甲酸酯水溶液进料至所述中压冷凝区段。
15.根据权利要求12或13所述的装置，包括在所述尿素合成区段下游和所述尿素回收区段上游并且与两个区段流体连通的用于使从所述尿素合成区段获得的合成溶液经受绝热膨胀的单元，由此所述用于绝热膨胀的单元具有适于将通过绝热膨胀释放的蒸气输送至所述中压冷凝区段的气体出口。
16.根据权利要求12或13所述的装置，其中所述尿素生产区和所述三聚氰胺生产区是独立的装置。
17.一种用于改造尿素装置的方法，所述尿素装置包括高压尿素合成区段以及在所述高压尿素合成区段下游并与所述高压尿素合成区段流体连通的低压尿素回收区段，所述低压尿素回收区段适于分开获得尿素溶液和氨基甲酸酯水溶液，所述方法包括将所述尿素装置与三聚氰胺装置连接，所述三聚氰胺装置包括高压三聚氰胺合成区段以及在所述高压三聚氰胺合成区段下游并与所述高压三聚氰胺合成区段流体连通的三聚氰胺废气处理区段，所述三聚氰胺废气处理区段用于获得三聚氰胺废气；所述装置彼此连接，以便允许从所述尿素回收区段获得的尿素溶液送至所述三聚氰胺合成区段，并允许来自所述三聚氰胺废气处理区段的三聚氰胺废气输送至所述尿素装置，所述方法还包括添加适于接收所述三聚氰胺废气的中压冷凝区段，所述冷凝区段具有用于冷凝的氨基甲酸酯的出口，所述出口与所述尿素合成区段的入口流体连通，并且在所述三聚氰胺废气处理区段与所述中压冷凝区段之间的废气料流管线中设置减压元件。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述装置彼此连接，以便允许从所述尿素回收区段获得的尿素溶液经由蒸发区段输送至所述三聚氰胺合成区段。
19.一种用于改造生产尿素和三聚氰胺的现有装置的方法，所述现有装置包括尿素生产区和三聚氰胺生产区；所述尿素生产区包括高压尿素合成区段，所述高压尿素合成区段与适于分开获得尿素和氨基甲酸酯水溶液的低压尿素回收区段流体连通，以及在所述低压尿素回收区段下游并经由增压单元与所述低压尿素回收区段流体连通的中压冷凝区段；所述三聚氰胺生产区包括高压三聚氰胺合成区段以及在所述高压三聚氰胺合成区段下游并与所述高压三聚氰胺合成区段流体连通的三聚氰胺废气处理区段，所述三聚氰胺废气处理区段用于获得三聚氰胺废气；所述生产区彼此连接，以便允许从所述尿素回收区段获得的尿素溶液输送至所述三聚氰胺合成区段，并允许来自所述三聚氰胺废气处理区段的三聚氰胺废气输送至所述中压冷凝区段；所述方法包括在所述三聚氰胺废气处理区段与所述中压冷凝区段之间的废气料流管线中设置适于用作减压单元的压力控制元件。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述增压单元是泵。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述生产区彼此连接，以便允许从所述尿素回收区段获得的尿素溶液经由蒸发区段输送至所述三聚氰胺合成区段。
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