CN1083806A

CN1083806A - 改进的尿素生产方法

Info

Publication number: CN1083806A
Application number: CN93107032A
Authority: CN
Inventors: U·扎狄; G·帕戈尼
Original assignee: Urea Casale SA
Current assignee: Casale SA
Priority date: 1992-05-08
Filing date: 1993-05-07
Publication date: 1994-03-16

Abstract

本发明公开了一种改进的尿素生产方法以及一种对以Stamicarbon方法为基础的原有尿素设备的改进方法。根据本发明，将供有高纯度试剂(NH₃和 CO₂)的高产率反应区和离开高产率反应区的溶液的分离部分加到原有的尿素装置中，提供将分离段得到的氨和氨基甲酸酯溶液分别循环到附加的高产率反应区和原有的反应器的设备。

Description

本发明涉及一种改进的尿素生产方法以及一种改进现有尿素生产设备的方法，其中的设备将离开尿素合成反应器的反应混合物提供给用二氧化碳的汽提步骤（Stamicarbon方法）。

此外，本发明涉及实施上述方法的设备。

众所周知，常常需要提高原有设备的尿素生产能力。

为此，已提出各种提高生产能力的方法，例如同一申请人在欧洲专利申请EP-A-0479103中所述的方法。

EP-A-0479103公开了一种方法，这种方法是在第一反应区中高纯度氨和二氧化碳反应，得的反应混合物加到回收段，并且在基本上通过回收段（回收的混合物）的低纯度试剂之间进行合成反应。

人们特别意识到需要提高包括CO₂汽提段的Stamicarbon方法（STC）的现有设备的尿素生产能力和减少能耗。

广泛用于尿素生产的这些种类的设备，一方面提供了非常简单的设备布置，但另一方面具有非常受限制的操作灵活性，这样就增加生产能力和降低能耗而言，设备的改型就非常困难。

例如，众所周知难以使生产能力提高10-20%以上。总之，高额投资费用使得它在经济上没有可能性。

因此，本发明目的是提供一种改进的尿素生产方法，该方法以低成体和对设备布置作最小改型下提高CO₂汽提设备（例如STC型）的生产能力和降低能耗。

上述本发明目的可通过包括下列步骤的生产尿素方法实现：

一在高温和高压下氨和二氧化碳在第一反应区中反应;

一所述第一反应混合物在加到第一尿素回收段以前先用离开所述第一反应区的第一反应混合物的所述二氧化碳汽提气体;

其特征在于还包括下列步骤：

a）将高纯度氨和二氧化碳加到第二反应区;

b）将离开所述第二反应区的包括尿素、氨基甲酸酯和未反应的氨的第二反应混合物加到第二回收段;

c）在所述第二回收段中分离尿素、氨基甲酸酯和未反应的氨;

d）将离开所述第二回收段的氨基甲酸酯和未反应的氨分别循环到第一和第二反应区。

实际上，经充分研究后业已发现按照下述方式意想不到地可以提高生产能力和以简单和完全的方式改进生产尿素的CO₂汽提设备。

根据本发明，在第一反应区中的尿素合成可在STC设备通常所用的条件例如130-200巴的压力和180-200℃温度下进行。

氨基甲酸酯冷凝步骤，离开所述反应区的反应混合物的CO₂汽提步骤以及在所述第一回收段中的尿素回收步骤也可在STC设备所用的已知工艺条件下进行。

第二反应区中的尿素合成最好是在250-450巴压力和200-230℃温度下在高产率的“一次通过”反应器中进行。

根据本发明的另一方面，将第二高产率反应区得到的尿素溶液在10-30巴或较好在16-22巴，最优选在18巴压力下，在包括至少一个所述溶液蒸馏塔和配有分离高级氨的适当的冷凝器的精馏塔的第二回收段中处理。

用该方法得到的产物是：

-将送往设备的第一尿素回收段的低压部分的浓缩成74%尿素的尿素溶液;

-在加入NH₃原料以前将被循环入“一次通过”反应器的高纯度NH₃;

-将被循环到第一反应区的氨基甲酸酯溶液（含20%加到“一次通过”反应器中的CO₂）。

根据本发明，当要求现有设备的生产能力提高20%以上时，为了实现所要求的生产能力的提高和降低能耗，应用高效平行反应器的原理可能是有利的。

将上述原理应用于包括下列设备的原有尿素生产设备：

-第一尿素合成反应器;

-将高纯度氨加到氨基甲酸酯冷凝器的装置;

-将二氧化碳加到提供有离开第一反应器的第一反应混合物的汽提器中的装置;

-分离离开第一反应器的尿素和未反应产物的水溶液的第一尿素回收段，根据本发明，上述应用是通过包括下列步骤的改进方法来进行的：

a）提供一个与加入高纯度氨和二氧化碳的装置相连接的第二尿素合成反应器;

b）在第二尿素合成反应器的下游提供一个包括至少一个蒸馏塔和一个精馏塔的第二回收段;

c）所述精馏塔顶部和底部分别与第二尿素合成反应器和第一尿素合成反应器连接;

d）提供将离开所述精馏塔顶部和底部的未反应的氨和氨基甲酸酯溶液分别循环到所述第二和第一尿素合成反应器中的装置。

更确切地说，大部分所要求的生产能力的提高（80%）是在不循环下的“一次通过”型的附加高产率反应器（80%）中进行的。

所述反应器最优选是所谓“Vulcan”型反应器。

一个实例是，在1000MTD尿素下使具有CO₂汽提的设备的生产能力提高50%的改进，将得到下述分布：

-新的“一次通过”型反应器（产率80%）的生产能力：

400MTD尿素;

-上述新的“一次通过”型反应器中产生的相当的氨基甲酸酯溶液的生产能力：100MTD;

-原有转化器的新的生产能力：1000+100＝1100MTD;

-总的新的生产能力：1500MTD。

原管线高压部分HP仅超载10%，如果没有特殊问题可以超载。

仅要求较高地提高低压段LP和减压部分的生产能力，这在技术上既不困难也不过分昂贵。

由于原STC转化器的转化率等于57%（设计）和本发明附加的高效平行反应器的转化率为80%，故改进的设备的平均转化率为：

(0.57×1100+0.8×400)/1500 ×100＝63%

总的转化率相对于现有设备提高了6%。

较小蒸气消耗，至少150公斤蒸汽/吨尿素（新操作条件下产生）有助于转化率增加。

本发明其他方面优点可以从附图1所示的下述优选的非限制性的本发明设备的实施方案中更清楚地看出。

上述设备包括用普通压缩机装置C-102和C-1供给纯氨（NH₃）和二氧化碳（CO₂）的尿素合成反应器D-101。

更准确地说，氨是通过管线117加到氨基甲酸酯冷凝器E-103中，同时二氧化碳通过管线107加到汽提器E-102中，然后在进入尿素合成反应器D-101以前先通过管线201加到氨基甲酸酯冷凝器E-103中。

离开尿素合成反应器D-101的反应混合物通过管线207也加到汽提器E-102中。

104表示常规尿素回收部分，其包括具有相关分离器D-102的蒸馏器E-105。两个具有相关分离器D-3和D-4的减压蒸发器E-5和E-6以及氨的减压浓缩段50。

尿素回收部分104其本身特别是普通的和本领域熟知的，不需作进一步详细描述。

根据本发明，建议高效反应器R-1和用于分离离开反应器R-1的尿素、氨基甲酸酯和未反应的氨的回收段107与尿素合成反应器D-101平行配置。

正如下面进一步描述的那样，反应器R-1通过压缩机KA-1加入高纯度二氧化碳，用一系列泵加入高纯度氨。

反应器R-1最好是“一次通过”高产率型，最优选“Vulcan”型。

回收段107优选包括至少一个离开反应器R-1的溶液的蒸馏塔E-1和串联的精馏塔C-1。

E-1顶部产物沿管线7加到精馏塔中并且从顶部产生高纯度氨和从底部产生氨基甲酸酯溶液。

根据本发明的一个方面，将精馏塔C-1得到的纯氨在用E-2冷凝之后通过管线2和4并借助于泵PC-1/1S和PA-1/1S循环入R-1。

回流氨在泵PC-1/1S和PA-1/1S之间的30位置排出并沿着管线3送往塔C-1顶部。

根据本发明的另一方面，利用泵PA-2/2S和管线10将离开塔C-1底部的氨基甲酸酯溶液循环入先有转化器D-101。

有利的是，将减压浓缩段50得到的含NH₃和CO₂的含水稀溶液用泵PC-2A/2S和通过管线9循环入精馏塔C-1。

通过管线8将蒸馏塔E-1底部得到的尿素溶液送入尿素回收段104的蒸馏器E-105。

Claims

1、一种生产尿素的方法，包括下列步骤：

在高温和高压下氨和二氧化碳在第一反应器中反应；

所述第一反应混合物在加到第一尿素回收段以前用离开所述第一反应区的第一反应混合物的所述二氧化碳汽提气体；

其特征在于该方法还包括下列步骤：

a)将高纯度氨和二氧化碳加到第二反应区；

b)将离开所述第二反应区的包括尿素、氨基甲酸酯和未反应的氨的第二反应混合物加到第二回收部分中；

c)在所述第二回收部分中分离尿素、氨基甲酸酯和未反应的氨；

d)将离开所述第二回收部分的氨基甲酸酯和未反应的氨分别循环到所述第一和第二反应区中。

2、根据权利要求1的方法，其包括将所述第二回收部分排出的尿素循环到所述第一尿素回收部分的附加步骤。

3、根据权利要求1的方法，其特征在于所述第二反应混合物在第二回收部分中通过至少一个蒸馏塔和精馏塔分离。

4、根据权利要求3的方法，其特征在于所述的尿素、氨基甲酸酯和未反应的氨的分离步骤是在10-30大气压下进行。

5、根据权利要求3的方法，其特征在于尿素是在至少一个蒸馏塔中分离。

6、根据权利要求3的方法，其特征在于氨基甲酸酯和未反应的氨是在所述精馏塔中相互分离。

7、根据权利要求3的方法，还包括将在所述第一尿素回收段的减压浓缩部分中得到的包括氨和二氧化碳的含水溶液加到所述精馏塔中的步骤。

8、根据上述任一权利要求的方法，其特征在于第二反应区中的尿素合成是在250-450巴压力和200-230℃温度下进行的。

9、一种实施权利要求1-8之任一方法的设备，包括：

第一尿素合成反应器（D-101）;

将高纯度氨加到氨基甲酸酯冷凝器（E-103）中的装置（C-102）;

将二氧化碳加到提供有第一反应器（D-101）排出的第一反应混合物的汽提器（E-102）中的装置（C-101）;

与所述第一反应器（D-101）平行的第二尿素合成反应器（R-1）;

用于分离第二尿素合成反应器（R-1）产生的尿素、氨基甲酸酯和未反应的氨的回收部分（107）;

将离开所述回收部分（107）的未反应的氨循环到所述第二尿素合成反应器（R-1）的装置（PC-1/1S）;

将离开所述回收部分（107）的氨基甲酸酯循环到所述第一尿素合成反应器（D-101）的装置（PA-2/2S）。

10、根据权利要求9的设备，其特征在于所述第二尿素合成反应器（R-1）是“一次通过”高产率型。

11、根据权利要求10的设备，其特征在于所述的第二尿素合成反应器（R-1）是所谓的“Vulcan”型。

12、根据权利要求9的设备，其特征在于所述回收部分（107）包括至少一个蒸馏塔（E-1）和一个精馏塔（C-1）。

13、根据权利要求9的设备，其特征在于该设备还包括将所述第一尿素合成反应器（D-101）下游的减压浓缩部分（50）得到的包括氨和二氧化碳的含水溶液加到所述精馏塔（C-1）中的装置（PC-2A/2S）。

14、一种改进现有尿素生产设备的方法，包括：

第一尿素合成反应器（D-101）;

将二氧化碳加到提供有所述第一反应器（D-101）排出的第一反应混合物的汽提器（E-102）中的装置（C-101）;

将第一反应器（D-101）排出的尿素与未反应产物的水溶液分离开的第一尿素回收部分（104），其特征在于该方法包括下列步骤：

a）提供一个与高纯度氨和二氧化碳加料装置连接的第二尿素合成反应器（R-1）;

b）提供一个包括至少一个位于所述第二尿素合成反应器（R-1）下游的蒸馏塔（E-1）和精馏塔（C-1）的第二回收部分（107）;

c）将所述精馏塔（C-1）的顶部和底部分别与第二尿素合成反应器（R-1）和第一尿素合成反应器（D-101）连接;

d）提供将离开所述精馏塔（C-1）的顶部和底部的未反应的氨和氨基甲酸酯溶液（PA-2/2S）分别循环到所述第二（R-1）和第一（D-101）尿素合成反应器的装置（PC-1/1S，PA-1/1S）。

15、根据权利要求14的方法，其特征在于所述第二尿素合成反应器（R-1）是“一次通过”高产率型。

16、根据权利要求15的方法，其特征在于所述第二尿素合成反应器（R-1）是所谓的“Vulcan”型。

17、根据权利要求14的方法，其特征在于该方法还包括提供将所述第一尿素回收部分（104）的减压浓缩部分（50）得到的包括氨和二氧化碳的水溶液加到精馏塔（C-1）中的装置（PC-2A/2S）的步骤。