CN111295370A - 尿素生产方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了用于生产经纯化的尿素溶液的方法和装置。在所述的尿素生产方法中，尿素在不具有高压汽提器的合成区段中生产，并且所述尿素溶液在回收区段之后经受纯化，以得到经纯化的尿素溶液和废气。所述纯化包括例如蒸汽汽提。

Description

尿素生产方法和装置
本发明涉及尿素、特别是尿素溶液的生产，并且尤其涉及任选地在用水稀释之后适用于NOx减排系统的经纯化的尿素溶液的生产。本发明特别涉及DEF(柴油机排气处理液)、可用水稀释成DEF的尿素溶液和其他高纯度尿素溶液的生产。
背景技术
本发明涉及一种用于生产尿素溶液的方法和装置。尿素产物溶液，任选地在添加水之后，优选地适用于催化NOx减少系统，并且优选地为DEF溶液。因此，需要非常高的纯度。例如，DEF用于在具有柴油发动机的车辆中用于NOx减排。用于车辆的DEF的组成在ISO22241-1:2006中已标准化。用于车辆的DEF具有约32.5重量％的尿素(即，基本上为低共熔组合物)并且还具有非常低的杂质。在一些实施方案中，产物尿素溶液也可用于例如工业装置以及轮船和火车中的NOx减少。对于用于铁轨和船舶应用中的NOx减少，根据ISO 186111-1:2014使用约40重量％的尿素溶液。对于(化石燃料)发电装置的NOx减少，通常使用50重量％的尿素溶液。如本申请中所用的术语“DEF”包括例如根据任何所述规格适合、适应和/或标识用于NOx减少的尿素溶液。
对于DEF，尿素的浓度是重要的，以便允许流体向催化剂的精确给料。低浓度的有机杂质对于避免堵塞和在催化剂上形成焦炭是重要的。非常低浓度的无机杂质(特别是重金属)是重要的，因为这些杂质会导致SCR催化剂中毒。金属将聚积在催化剂上，并从而减少寿命。在DEF的参考规格中，金属杂质的最大限制接近从典型的尿素汽提装置获得的尿素流中的典型可实现浓度。特别是在不正常条件或启动条件期间，来自尿素汽提装置的尿素溶液中的金属量超过DEF规格。在专门设计用于仅DEF生产而没有固体尿素生产的尿素装置(例如，不具有尿素固化区段的装置)的情况下，这可能导致超出产物规格的显著量的材料，并且其不能在装置中(例如，在电池极限内)处理。ISO 22241-1:2006规定了小于0.2重量％的以NH3计的碱度限制；一些商业DEF溶液具有低至200ppm(按重量计)的以NH3计的碱度。为了降低与DEF溶液接触的设备的腐蚀风险，低碱度是期望的。
已知的DEF制备方法是通过在添加热量的同时将可商购获得的固体尿素(例如用作肥料，诸如小球和颗粒)溶解在清洁水中。然而，缺点是，由于尿素精加工(例如制粒)通常使用醛作为固化助剂，因此需要对醛进行纯化。
WO 2016/010432描述了一种用于制备适于用水稀释以便形成DEF的尿素产物的方法。该方法涉及在低于大气压下进行闪蒸结晶，并包装结晶后的尿素粉末。
WO 2016/153354描述了一种用于DEF和尿素硝酸铵(UAN)肥料的一体化生产的方法。
US 2008/0286188描述了一种用于制备含尿素的含水流的方法，该含尿素的含水流适用于在单元中用于减少内燃机排放气体中的NOx，其中在尿素生产方法中，该含尿素的含水流直接从回收区段分离或在回收区段之后分离，然后用水稀释直到该含尿素的流包含30重量％至35重量％的尿素。在一个实施方案中，该含尿素的流在优选地涉及蒸汽汽提的解离步骤之后分离。US 2008/0286188没有给出关于来自蒸汽汽提步骤的气态流的处理的信息。
尿素装置通常包括在高压下操作的尿素合成区段和在中压和/或低压下操作的回收区段。如果制备固体尿素产物，则该装置包括在回收区段下游的蒸发区段。蒸发区段，例如包括真空蒸发步骤以蒸发水)用于生产具有高尿素含量的尿素熔体。尿素熔体在尿素固化单元(诸如制粒单元或造粒塔)中固化。
来自蒸发区段的水蒸气被冷凝，并且冷凝物(其通常包含作为杂质的尿素)在废水处理区段中被处理，该废水处理区段通常包括解吸器和通常的水解单元。经处理的冷凝物可用作例如锅炉给水(BFW)，或者用作例如设置在回收区段中的洗涤器的洗涤液体。
对于高压合成区段，通常标识了三代装置。最初，尿素在不具有NH3和CO2再循环的单程反应器中由CO2和NH3制备。这些很快被具有氨基甲酸盐再循环的全再循环方法替代，现在通常将其称为“常规”全再循环装置，以将它们与后来开发的在合成区段中使用高压汽提工艺的第三代装置区分开。在高压(HP)汽提工艺中，高压反应器流出物中未转化的NH3和CO2(包括氨基甲酸铵)的再循环的主要部分是使用高压汽提器和高压氨基甲酸盐冷凝器经由气相进行的。
HP汽提器使用例如高压CO2进料的一部分或全部作为汽提剂，以得到高压汽提的尿素溶液以及在HP冷凝器中冷凝的混合气体流。
随着在合成区段中采用HP汽提器的工艺的发展，常规工艺的重要性迅速降低(Ullmann’s Encyclopaedia,2012，第37卷，Urea，第665页)。
本发明提供了一种优选地以相对简单的设备和低资本支出来生产特别是如上所述的并且特别是具有足够的纯度以用作DEF的经纯化的尿素溶液的方法和装置。
发明内容
本发明涉及一种用于生产经纯化的尿素溶液的方法，该经纯化的尿素溶液优选地适用于NOx减少、特别是用作柴油机排气处理液(DEF)或稀释成DEF，该方法包括：
A)在尿素合成条件下使CO2和NH3在高压下操作的尿素合成反应器中反应，以得到包含尿素、NH3、CO2和一定量的氨基甲酸盐的尿素合成流，
B)在回收区段中使所述尿素合成流膨胀，从而降低所述压力，其中被膨胀的所述尿素合成流包含至少90重量％的所述量的氨基甲酸盐，
以及在一个或多个解离单元中在中压和/或低压下加热经膨胀的尿素合成流的至少部分，以得到含水尿素流以及包含NH3和CO2的回收区段蒸气，
C)在纯化区段中使含水尿素流的至少部分经受纯化，其中纯化优选地通过汽提、更优选地通过低压(LP)汽提执行，和/或其中纯化优选地产生在32.5重量％尿素下时以NH3计的碱度小于0.2重量％的尿素溶液，以去除(过量)氨，从而得到经纯化的尿素溶液以及包含水和氨的纯化区段废气，
D)任选地用水稀释所述经纯化的尿素溶液和/或待纯化的所述含水尿素流的至少部分以获得目标浓度的尿素，
E)其中所述纯化区段废气被冷凝以得到纯化区段冷凝物，并且所述纯化区段冷凝物被再循环到所述尿素合成反应器中。
该方法通常不包括未转化的NH3和CO2的HP汽提，这导致B的特征是，被膨胀的尿素合成流包含至少90重量％的尿素合成流中的初始氨基甲酸盐。在具有HP汽提器的尿素装置中，在包含尿素的流在降低的压力下被膨胀之前，大部分的氨基甲酸盐被去除并被送到氨基甲酸盐冷凝器。
本发明还涉及用于生产经纯化的尿素溶液的装置，其中尿素溶液优选地适用于NOx减少系统，特别是用作柴油机排气处理液(DEF)或稀释成DEF，该装置包括：
A)尿素合成区段，该尿素合成区段包括具有用于CO2的入口和用于NH3的入口的高压尿素合成反应器，其中CO2和NH3在尿素合成条件下反应以形成包含尿素、水和氨基甲酸铵的尿素合成流，
B)回收区段，其中尿素合成流在降低的压力下被加热，从而得到含水尿素流以及包含CO2和NH3的回收区段蒸气，并且其中优选地，所述回收区段蒸气在所述回收区段中被冷凝以得到氨基甲酸盐和氨，优选地利用用于氨和用于氨基甲酸盐的单独的冷凝器，
C)纯化区段，其中含水尿素流在纯化区段处理单元中被处理、优选地被纯化、更优选地被汽提以去除(过量)氨，从而得到经纯化的尿素流和纯化区段废气，
D)任选地尿素稀释区段，其中经纯化的尿素流和/或含水尿素流用水稀释，
其中该装置包括用于氨基甲酸盐从回收区段到尿素合成区段的再循环导管以及优选地用于氨从回收区段到尿素合成区段的单独的第二再循环导管，
其中纯化区段还包括用于将纯化区段废气冷凝成纯化区段冷凝物的纯化区段冷凝器，并且其中该装置包括用于纯化区段冷凝物从所述纯化区段冷凝器到所述尿素合成反应器的液体流连接部。
在一些实施方案中，该装置在合成区段中不包括用于回收未反应的NH3和CO2的高压汽提器。
附图说明
图1示出了根据本发明的示例性工艺方案，其中图1a至图1d放大了其部分。
图2示出了根据本发明的示例性工艺的示意图。
具体实施方式
本发明部分基于令人惊讶的结果，即将尿素合成流膨胀至降低的压力而不使其经受高压汽提导致最终生产的尿素溶液的纯度提高。本发明还部分基于明智的见解，即低NH3含量的经纯化的尿素溶液可通过使用这样的纯化步骤来实现，该纯化步骤除了经纯化的尿素溶液之外还得到包含水和氨的废气，并且其中废气被冷凝并且冷凝物被再循环到尿素合成中。冷凝物特别地通过液体流而再循环，使得冷凝物的液体水级分被供应到尿素合成中并最终存在于产物尿素溶液中。因此，冷凝物不需要在废水处理区段中进行处理。同时，冷凝物中的氨在尿素合成反应器中反应。此外，令人惊讶地，尽管水从纯化区段再循环，由于合成区段优选地是不具有高压汽提器的类型，在尿素合成反应器中仍可实现相对高的尿素转化率。在一个优选的实施方案中，省略了钝化空气，从而从尿素装置的惰性气体洗涤器中得到较少的水再循环流。
如本文所用，对于尿素溶液和工艺介质流，高压(HP)为例如120巴至300巴；中压(MP)为例如10巴至70巴(包括30巴至70巴的中间压力)，特别是15巴至25巴；并且低压(LP)为例如0巴至10巴，特别是1巴至8巴、或2巴至5巴、或3巴至10巴、或3巴至5巴。
步骤A包括在尿素合成反应器中通过CO2和NH3反应以形成被脱水成尿素和水的氨基甲酸铵来进行的尿素合成。反应器优选地在150巴至250巴(例如180巴至250巴)和/或例如在高于190℃的温度下操作。这些压力和温度高于通常用于具有高压汽提器的尿素装置的压力和温度。反应器通常在高压下且通常具有单独的入口来接收NH3进料和CO2进料。CO2进料任选地包含钝化空气以防止反应器中的腐蚀；然而，在优选的实施方案中，使用非常少(例如，小于0.2体积％，优选地小于0.1体积％(例如，小于0.10体积％)，例如小于0.050体积％)或不使用钝化空气。对于反应器，NH3:CO2的摩尔比(N/C比)通常为2.0至6.0，优选地2.7至5.0，并且例如3.3至5.0、3.5至5.0或4.0至5.0，其中该比率反映了尿素生产之前仅由NH3、CO2和H2O组成的所谓初始混合物的组成。H2O:CO2的摩尔比为例如0.10至2.0，例如0.50至1.0，也作为尿素生产之前的初始混合物。例如，来自纯化区段的水再循环物引起相对较高的H2O:CO2摩尔比。3.5至5.0的N/C比高于通常用于根据Stamicarbon CO2汽提工艺的合成区段的3:1的N/C比。可有利地使用高于3:1的N/C比，因为随着反应器中溶剂(水和尿素)的量增加，压力最小值(或温度最大值)向更高的NH3:CO2比偏移。
CO2进料通常还包含惰性气体(即在尿素合成反应器中不发生反应的气体)，诸如例如来自CO2生产过程的H2或来自钝化空气的N2。反应器还接收来自回收区段的氨基甲酸盐再循环流，作为也包含水的氨基甲酸盐溶液。反应器具有用于尿素合成流的出口(例如在顶部处)并且例如仅用作出口。尿素合成反应器出口处的尿素合成流包含尿素、水，并且还包含未反应的NH3、CO2和氨基甲酸盐，以及通常一些惰性气体。尿素合成流通常包含液体和蒸气。
本发明的方法通常不涉及尿素合成流在高压下的汽提。因此，合成区段通常是所谓的用于全再循环尿素装置的“常规”合成区段的类型。在本文中，术语“常规”是指不使用高压汽提器。如本文所用，术语“常规”并不指示本发明的任何一个或多个特征在单独或组合的情况下是已知的或显而易见的。
本发明的方法通常不涉及使全部尿素合成流或其全部液体部分经受加热和/或在高压下(例如在反应器操作压力或高于120巴下)的气/液分离，并且不涉及高压汽提诸如氨汽提、热汽提(自汽提)和CO2汽提。这三种类型的HP汽提在本领域中是众所周知的，并且例如在Ullmann's Encyclopaedia，Urea章节中有所讨论。具有热汽提的合成区段通常具有这样的尿素反应器，该尿素反应器具有连接到喷射器的用于氨基甲酸盐和NH3的混合物的入口，该喷射器由NH3进料驱动以将氨基甲酸盐再循环物供应到反应器中。在一些实施方案中，该方法不涉及在反应器出口的下游和反应器之外的位置处将CO2引入高压尿素合成流中(在本发明中通常将CO2进料引入反应器中)。然而，在一些另选的实施方案中，尿素合成流的一部分经受高压汽提，而一部分不经受高压汽提。在一些实施方案中，尿素合成流的至少一部分不经受高压汽提。在一些其他实施方案中，在包括特定特征的情况下(诸如其中包括旋风分离器)，整个尿素合成流经受高压汽提，但例如用非常少量的汽提气体。
优选地，将至少85％、优选地至少90％、更优选地至少95％的新鲜CO2直接添加到反应器中，即作为气态流被引入反应器中。例如，将其余的新鲜CO2(如果有的话)添加到合成区段的下游，例如以校正N/C比，从而使氨最佳地冷凝为氨基甲酸盐。在此，“新鲜”是指从电池极限接收的流。
此外，尤其是对于本发明的装置，尿素合成区段通常不包含HP汽提器，特别是不包含高压CO2汽提器。高压汽提器(如通常不用于本发明装置中)为例如被构造用于尿素合成流在管道中流动并且蒸汽在壳体侧上流动的管壳式换热器。
此外，尿素合成区段通常不包含(诸如具有U形管束的)HP氨基甲酸盐冷凝器单元，HP冷凝器具有通过管道连接到尿素合成反应器的入口的液体出口。
步骤B包括通常用膨胀阀来降低压力，从而使尿素合成流或所述流的未经受高压汽提的至少一部分膨胀。通常将压力降低至少10巴或至少20巴，并且通常降低至中压。被膨胀的尿素合成流通常包含至少90重量％的量的存在于尿素合成反应器的出口处的氨基甲酸盐并且通常是所有未反应的氨基甲酸盐，因为该方法优选地不包括在所述反应器出口与所述膨胀步骤之间从尿素合成流中分离氨基甲酸盐。
步骤B还包括通常在气/液分离之后加热经膨胀的尿素合成流的至少一部分，以在一个或多个解离单元中解离未反应的氨基甲酸盐。通常，在步骤B中，加热通过间接热交换来进行。
解离单元例如包括精馏塔和分解器，其中分解器包括用于与蒸汽进行间接热交换的换热器。精馏塔提供来自分解器的蒸气与较冷(上游)尿素溶液的逆流接触，使得水蒸气从蒸气冷凝。分解器被布置例如在精馏塔下方。
解离单元在中压(MP)和/或低压(LP)下操作。优选地，MP解离单元和下游LP解离单元串联使用。优选地，LP单元在3巴至7巴下操作。使受热的尿素合成流经受气/液分离。这产生含水尿素流以及包含NH3和CO2的回收区段蒸气。在一个实施方案中，热积聚可通过使用来自MP解离单元的回收区段蒸气(包含气态CO2、NH3和水蒸气)来向LP解离单元的分解器提供至少部分或全部的热量(例如通过该MP回收区段蒸气与供应到LP解离单元的分解器的尿素溶液之间的间接热交换)来实现。特别地，用于MP回收区段蒸气的冷凝器可与此类分解器整合在一起，使得在LP解离单元中与氨基甲酸盐分解的间接热交换接触时发生MP回收区段蒸气的冷凝。
步骤B的解离单元或解离单元中最上游的一个具有用于接收经膨胀的尿素合成流(的至少部分)的入口。在一些实施方案中，在该入口处的尿素合成流(包括液体和任何气体两者)的NH3:CO2摩尔比与反应器出口处的基本上相同，例如相对于在反应器出口处的该比率具有小于10％的偏差，即数值上小于10％，例如出口N/C比为4.0，在所述入口处的N/C比在4.4至3.6的范围内。
每个解离单元优选地被构造用于气/液分离，并且优选地包括用于气体的出口和含尿素液体的单独出口。
此外，该方法通常包括在回收区段冷凝器中冷凝回收区段蒸气以及进行气/液分离，以得到液体氨基甲酸盐再循环流和未冷凝的气体。该冷凝器在比尿素合成反应器低的压力下并且通常在与相应的解离单元相同的压力下(例如在MP或LP下)操作。通常使用泵将液体氨基甲酸盐再循环流供应到尿素合成反应器中。
未冷凝的气体通常包括惰性气体，以及NH3和CO2。未冷凝的气体通常在一个或多个洗涤器中通常以逆流流动的方式用洗涤液体洗涤，以得到洗涤后的气体和液体流。洗涤后的气体可任选地在进一步处理之后排放到环境中。包含氨基甲酸盐的液体流任选地作为清洗流，例如通过冷凝器再循环到尿素合成反应器中。
洗涤液体通常包含水，并且通常补充水被供应到回收区段的洗涤器中的至少一者中。在现有技术的尿素装置中，补充水通常作为来自废水处理区段的经清洁的冷凝物获得。在本发明中，补充水例如由另一装置(诸如上游气化和/或氨装置)供应。为了生产具有32.5重量％至50重量％尿素的经纯化的尿素溶液，无论如何都需要从电池极限添加水，因为尿素形成反应得到1:1的尿素与水的摩尔比，即77重量％的尿素。
优雅地，如果(清洗的)废洗涤液体被送到冷凝器中，则用作吸收器中洗涤液体(的一部分)的补充水可用作冷凝器中的氨基甲酸盐溶剂。
在一个优选的实施方案中，步骤B包括串联的MP和LP解离单元。因此，步骤B优选地包括：B1)将尿素合成流膨胀至中压，任选地进行气/液分离，并且在MP下加热尿素合成流的至少部分，以得到MP回收区段蒸气和MP含水尿素溶液，以及B2)将MP含水尿素溶液膨胀至低压，并且在低压下加热经膨胀的含水尿素溶液，以得到LP回收区段蒸气和LP第二含水尿素溶液。
在这种情况下，步骤B的氨基甲酸盐的再循环优选地包括：a)在中压冷凝器中在中压下冷凝所述MP回收区段蒸气，以得到MP氨基甲酸盐流，以及b)在低压冷凝器中在低压下冷凝所述LP回收区段蒸气，以得到LP氨基甲酸盐流。
在一些实施方案中，该装置具有用于氨基甲酸盐的再循环导管和用于氨从回收区段到HP反应器(特别是从MP冷凝器到反应器)的单独的再循环导管。优选地，来自MP冷凝器的未冷凝的气体在氨冷凝器中被冷凝，并且与MP氨基甲酸盐流分开地被送到HP反应器中。以这种方式，由于反应器中相对高的N/C比，可容纳过量的NH3。氨基甲酸盐再循环物可包括游离的NH3，并且优选地具有2.0至2.5、例如2.0至2.3的N/C比。如果供应到(MP)冷凝器中的气体具有较高的N/C比，则优选地过量的NH3被单独冷凝并再循环到尿素合成中。
步骤B产生通常包含氨(例如未反应的氨(特别是考虑到相对高的N/C比)和/或在步骤B中通过氨基甲酸铵分解形成的氨)的含水尿素流。在步骤B中产生的含水尿素流通常包含特别是基于该流的总重量的小于2.0重量％或小于1.0重量％的氨基甲酸铵，以及例如大于0.20重量％的残余氨基甲酸铵。
步骤C用于以便生产经纯化的尿素溶液，例如期望的DEF或DEF前体溶液。该方法包括步骤C：使从步骤B获得的含水尿素流在纯化区段中经受纯化，从而得到经纯化的尿素溶液流和纯化区段废气。纯化优选地从尿素溶液中去除氨。特别地，纯化优选地去除过量的氨，即高于期望的水平、特别是高于期望的以NH3水平计的碱度的氨。这种去除确保经纯化的溶液具有足够低的碱度。低碱度对于避免与DEF溶液接触的设备的腐蚀风险是重要的。DEF溶液中较低的NH3含量有利地减少氨味。氨的去除是指NH3从液相到气相的转移；液相中的NH3例如至少部分是由于在步骤B和/或步骤C期间液相中氨基甲酸铵的分解，和/或来自步骤A的未反应氨。
纯化、优选地汽提优选地使得通过所述纯化获得的经纯化的溶液具有小于0.20重量％、小于1000ppm、小于500ppm或小于200ppm(所有这些均按重量计)的在32.5重量％尿素下时以NH3计的碱度，即基于根据需要添加或去除的水转化为32.5重量％尿素的碱度，换句话讲，所述碱度水平基于32.5重量％尿素溶液。较低的碱度是优选的。
在一些实施方案中，纯化涉及通过将对应量的氨(以溶液中的任何形式)转移到气相中来将待纯化的尿素溶液的以NH3计的碱度降低作为以NH3值计的初始碱度的相对百分比的至少50％、或至少90％、或至少99％。具有此类低碱度的经纯化的溶液通常具有小于95重量％、或小于90重量％的尿素含量(例如不是尿素熔体)，和/或通常具有大于20重量％、或大于30重量％的尿素含量，诸如在20重量％至95重量％的范围内的尿素含量。在其中纯化产生具有以NH3计的碱度小于0.2重量％的尿素溶液的实施方案中，初始尿素溶液可能已经具有低于规定水平的碱度，在这种情况下，以NH3计的碱度通过纯化进一步降低。
在一些实施方案中，纯化，诸如汽提，特别是低压汽提，涉及将氨基甲酸铵解离成NH3和CO2，并将该形成的NH3从液相转移到气相以从溶液中去除NH3，通常与游离NH3从液相转移到气相一起。通常，利用此类解离，碱度以及碳酸盐含量(以CO2计)降低，例如降低至所述经纯化的溶液的碳酸盐含量(以CO2计)基于32.5重量％尿素溶液小于0.5重量％、或小于0.2重量％、或小于1000ppm、或小于500ppm(按重量计)。
纯化例如涉及压力降低(即绝对压力的降低)、加热、汽提以及这些的组合。在一些实施方案中，纯化涉及加热和/或压力降低而没有汽提。
纯化优选地包括低压汽提。汽提允许降低纯化温度，从而有利地减少缩二脲的形成。汽提优选地涉及使尿素溶液与气态流以逆流流动的方式接触。气态流通常具有比与该气体接触的尿素溶液更低的NH3蒸气分压。汽提优选地涉及蒸汽汽提。也可使用空气汽提。蒸汽汽提优选地涉及使含水尿素溶液与蒸汽以逆流流动的方式接触。蒸汽优选地从电池极限供应。另选地，可通过例如在纯化步骤的下游诸如利用再沸腾从尿素溶液中蒸发水来生成蒸汽。汽提优选地在小于3巴的压力下进行。蒸汽汽提的优点是通过低的氨蒸气分压的汽提作用，优选地另外保持高的水蒸气压以减少水蒸发。利用外部供应的蒸汽直接蒸汽汽提的一些优点是用水稀释尿素溶液可用于制备DEF，并且可避免尿素溶液的下游再沸腾导致的缩二脲形成。
纯化例如基于加热溶液以引起氨蒸发，并且优选地还涉及通过汽提和/或降低绝对压力来降低NH3的气相分压。由于加热和优选的(绝对)压力降低，水也被蒸发。纯化区段废气可主要包含水蒸气(例如大于50重量％、大于70重量％、大于90重量％或大于99重量％的水)以及例如0.5重量％和/或至多5重量％的NH3。在一些实施方案中，纯化区段废气和/或纯化区段冷凝物包含至少0.010重量％的相应量的NH3和/或最大5.0重量％的由纯化区段接收的尿素溶液。纯化区段优选地基于直接热交换，并且优选地包括使尿素溶液与温度高于尿素溶液的流体流接触(例如混合)。
纯化例如包括含水尿素溶液的蒸汽汽提。蒸汽汽提通常涉及通常含水尿素流中以逆流流动的方式的直接蒸汽注入，诸如其中液体向下流动并且蒸汽向上流动。蒸汽的流优选地包含至少90重量％的H2O、更优选地至少95重量％的H2O。蒸汽优选地从电池极限(例如从另一装置，诸如从公用装置)供应。注入时蒸汽的压力为例如1巴至30巴(绝对压力)，优选地2巴至15巴，通常为2巴至6巴(绝对值)。纯化步骤可通过低压(LP)汽提进行，并且可包括蒸汽汽提。低压汽提在小于10巴、或小于5巴、小于3.0巴、小于2.0巴、或小于1.5巴(绝对压力)、或在0.10至1.1巴(绝对压力)(例如小于1.0巴(绝对压力)，例如在0.010至0.50巴、或在0.4至0.5巴(绝对压力))下进行。此类操作压力特别用于蒸汽汽提器。该方法包括例如在3巴至7巴下使从步骤B获得的尿素溶液膨胀至汽提步骤的压力，例如小于1.5巴(绝对压力)。用于步骤C的蒸汽汽提器是例如被构造用于蒸汽和液体的逆流流动的容器，该容器具有在顶部处的液体入口和在底部处的液体出口以及在底部部分的蒸汽入口和在顶部处的气体出口。该容器例如包括托盘和/或填料。
纯化区段的优选的低操作(绝对)压力有利地允许通过在较低温度下的氨蒸发来进行纯化，并因此减少缩二脲的形成。因此，在一个优选的实施方案中，步骤C包括使从步骤B获得的含水尿素溶液、优选地从LP解离(B2)获得的第二含水尿素溶液膨胀至纯化区段的操作压力，并且随后蒸汽汽提该经膨胀的含水尿素流，其中蒸汽汽提涉及向经膨胀的含水尿素流中直接注入蒸汽。
该方法涉及将纯化区段废气冷凝成纯化区段冷凝物。本发明提供了一种通过将纯化区段冷凝物优选地通过液体流再循环回到尿素合成反应器而不使用废水处理区段来处理包含氨的纯化区段冷凝物的优雅的方法。以这种方式，氨不会最终存在于经纯化的尿素产物溶液中，而是在合成区段中与尿素反应。通过再循环，冷凝物的水级分也被供应到尿素反应器中。
纯化区段冷凝物到合成区段的再循环优选地通过液体流，即通过一个或多个液体的流动。因此，该装置优选地包括从纯化区段冷凝器直接或间接到合成区段的液体流连接部。
冷凝步骤可利用气/液分离作为氨在含水流(例如补充水)中的吸收来进行，以得到冷凝流和第二废气。
该方法通常涉及在回收区段冷凝器中回收区段蒸气的冷凝以得到氨基甲酸盐流，以及氨基甲酸盐流到尿素合成反应器的再循环。优选地，纯化区段冷凝物被送到回收区段冷凝器中。以这种方式，将纯化区段冷凝物再循环流与回收区段的氨基甲酸盐再循环流合并。以这种方式，优雅地，在纯化步骤C中使用的蒸汽和用于吸收氨的任何水可提供在回收区段的冷凝器中所需的以用于防止氨基甲酸盐结晶的冷凝水的至少部分。在一些实施方案中，氨基甲酸盐再循环流穿过气/液分离器，以从氨基甲酸盐溶液中分离氨气，氨气可任选地通过NH3进料压缩机被单独地再循环到反应器中。
纯化区段冷凝器可涉及气/液分离，从而得到纯化区段冷凝流和第二废气。优选地，所述第二废气的至少部分被供应到回收区段的冷凝器中。优选地，例如使用喷射器使用蒸汽将第二废气供应到洗涤器中。
用于第二废气的洗涤器优选地为这样的洗涤器，用于来自解离单元的蒸气的至少一个回收区段冷凝器的未冷凝的气体任选地通过附加的冷凝器被送到该洗涤器。该洗涤器优选地用于用洗涤液体(例如补充水)进行洗涤，以得到洗涤后的气体(其通常被排出)和废洗涤液体。例如，该废洗涤液体的清洗流被供应到附加的冷凝器中，并且随后被供应到用于来自解离单元的蒸气的冷凝器中。
在具有串联的MP和LP解离单元的实施方案中，第二废气优选地被供应到LP洗涤器中，更优选地在用于冷凝LP回收区段蒸气的LP冷凝器与所述LP洗涤器之间具有附加的LP冷凝器。该附加的LP冷凝器接收来自LP冷凝器的未冷凝的气体，并且具有通向LP洗涤器的气体出口。
经纯化的尿素溶液为具有例如50重量％至70重量％的尿素的尿素溶液。在一些实施方案中，来自步骤C的经纯化的尿素溶液作为DEF前体溶液的产物获得，并且可被包装和/或储存。在一些实施方案中，从步骤C获得的经纯化的尿素溶液的水含量比由纯化区段接收的水含量低不超过10个百分点(算术差)或低不超过5百分点，和/或纯化区段废气包含小于10重量％或小于5重量％的由纯化区段接收的含水尿素溶液的量的水蒸气。因此，步骤C通常不涉及水的大量蒸发。
该方法任选地包括步骤D，即用水(即通过添加水)将经纯化的尿素溶液稀释至期望的目标尿素浓度，例如至根据ISO 22241-1:2006用于DEF的约32.5重量％的尿素(诸如至30重量％至35重量％的尿素)，至根据ISO 186111-1:2014的约40重量％的尿素溶液(诸如至33重量％至45重量％的尿素)，或例如至在工业装置中用于NOx减少的约50重量％的尿素溶液(诸如至45重量％至55重量％)，或稀释至任何其他期望的目标值。任选的稀释步骤例如在尿素稀释区段中进行，该尿素稀释区段为例如其中将水添加到尿素溶液中的混合器、混合容器、或管、或导管。稀释步骤得到例如尿素溶液产物流。
稀释水为例如来自公用装置的软化水(例如去离子水)，或例如来自另一装置(诸如上游气化或氨装置)的例如经纯化的工艺冷凝物，或如果尿素装置包括废水处理区段，则稀释水来自例如尿素工艺。稀释水也可为例如来自该装置的蒸汽系统或来自另一(公用)装置的蒸汽冷凝物。原则上，稀释水也可(和另选地)在该工艺的上游添加，因此除了在所述纯化下游的稀释之外，或者作为所述纯化下游的此类稀释的另选(代替)。纯化步骤上游的稀释可用于防止纯化步骤期间尿素的结晶，并用于防止步骤B与步骤C之间的结晶，例如在回收区段与纯化区段之间的尿素储存罐中的结晶。因此，在一些实施方案中，在步骤C中被纯化之前，含水尿素流通过添加水来稀释，这种稀释也可在稀释区段中进行。稀释区段可包含两个稀释单元，例如一个单元在纯化区段的上游，并且一个单元在所述区段的下游。
来自步骤C和任选的步骤D的经纯化的溶液具有低杂质。优选地，杂质与设想用作DEF或用于稀释成DEF一致，特别是符合ISO 22241-1:2006(即，具有32.5重量％的尿素)和/或ISO 186111-1:2014的DEF。因此，在一些实施方案中，缩二脲为最大0.3重量％和/或NH3为最大0.2重量％，例如以NH3计的碱度为最大0.2重量％。优选地，以CO2计的碳酸盐为最大0.2重量％。此外，优选地，醛为最大5ppm(按重量计)和/或不溶性物质为最大20ppm(按重量计)。优选地，PO4、Ca、Fe、Al、Mg、Na和K各自为最大0.5ppm。Cu、Zn、Cr和Ni优选地各自为最大0.2ppm(所有ppm均以重量计)。对于DEF前体溶液，杂质优选地使得所述杂质在通过添加水稀释到DEF规格的尿素含量(例如，31.8重量％尿素)之后获得。因此，在一些实施方案中，步骤C为处理，优选地汽提，从而产生具有最大0.3重量％的缩二脲和/或最大0.2重量％的NH3的尿素溶液。在一些实施方案中，步骤C为处理、优选地汽提，从而产生在32.5重量％尿素下时(即在尿素含量通过根据需要添加或去除水被设定为32.5重量％时)具有最大0.3重量％的缩二脲和/或最大0.2重量％的NH3的尿素溶液。
令人惊讶地发现，通过使用本发明的装置和方法，(重)金属杂质和缩二脲水平显著低于现有技术的装置。不希望受理论的束缚，发明人相信，尽管本发明方法中的反应器在比汽提型的典型尿素装置中的反应器更高的压力和/或更高的温度下操作，但高压单元的较少数量和/或与腐蚀性氨基甲酸盐溶液接触的较少表面积导致最终DEF溶液中显著较低的金属浓度。缩二脲的较低水平是由与汽提装置相比不同的工艺条件提供的，特别是较高的N/C比，使得回收区段中存在更多的NH3。经纯化的溶液中缩二脲的较低水平，诸如最大0.20重量％、或最大0.10重量％、或最大0.05重量％(例如基于32.5重量％尿素)，指示产物质量较高，因为更多的尿素通过尿素与NOx的(催化)反应可用于减少NOx。
溶液(例如DEF和/或DEF前体溶液)任选地在稀释步骤之后作为产物获得。因此，在电池极限下溶液被作为产物抽出。溶液例如被储存在储罐中。例如将产物溶液从储罐中分批计量。例如，将批料包装在例如优选保持纯度的容器或器皿中，和/或在运输单元(诸如车辆或轮船)中供应。产物溶液例如包含约30重量％至约50重量％、或约32.5重量％至约40重量％、或约40重量％至约50重量％的尿素。该装置优选地设置有经纯化的尿素溶液储罐和用于分批计量经纯化的尿素溶液的单元，并且优选地设置有用于从储罐到产物分配单元的运输管线，该产物分配单元用于将经纯化的尿素溶液产物分配到容器中和/或分配进入可移动运输单元(诸如轮船、火车或车辆)。
在一个令人感兴趣的实施方案中，尿素装置不包括尿素固化单元，诸如造粒塔或制粒单元。此外，在一些实施方案中，尿素装置不涉及用于通过水蒸发来浓缩尿素的蒸发区段，特别是不涉及用于从回收区段获得的尿素溶液中蒸发水的真空蒸发器。(真空)蒸发区段在已知的装置中通常被布置在回收区段与固化区段之间，以便通过水蒸发来提供具有例如大于90重量％尿素的尿素熔体。在已知的尿素装置中，在蒸发区段蒸发的水不被再循环到高压合成区段，因为水基本上是尿素合成的副产物。这与来自回收区段的解离器的气体流中的水蒸气不同，后者通常作为氨基甲酸盐再循环流的一部分被再循环到合成区段并有助于防止氨基甲酸盐结晶。
已知的尿素装置通常包括废水处理区段，该废水处理区段用于处理来自蒸发区段的蒸气冷凝的冷凝物。在示例性已知废水处理区段中，冷凝物中的尿素被水解成用蒸汽汽提的NH3和CO2，并且清洗经纯化的工艺冷凝物。在许多环境法规下，只有经纯化的冷凝物才能释放到环境中。
在本发明的一些实施方案中，该装置不包括废水处理(WWT)区段。在一些实施方案中，该装置不包括包含解吸单元和/或水解单元的WWT区段。含水纯化区段冷凝物被再循环到尿素合成反应器。
优选地，纯化区段包括纯化区段处理单元和冷凝器。处理单元优选地为蒸汽汽提器，更优选地为低压蒸汽汽提器。蒸汽汽提器具有用于蒸汽的供应构件和/或入口，该供应构件和/或入口通常连接到蒸汽源，例如在电池极限下(诸如公用装置)。优选地，蒸汽汽提器包括汽提塔，该汽提塔包括在顶部处的旋风分离器、液体分配托盘和填充床。填充床优选地包括鲍尔环，并且通常被布置在液体分配托盘下方。在操作中，经膨胀的含水尿素流的两相流体进入旋风分离器；气体在顶部处离开，液体从旋风分离器向下流动到例如液体分配托盘上，该液体分配托盘将液体分配到填充床上。气体例如通过液体分配托盘上的烟囱上升。
优选地，纯化区段被构造用于在低压下、例如在最多1.5巴绝对压力下、优选地低于1.0巴绝对压力下操作。优选地，纯化区段包括用于保持低压、例如低于1.0巴绝对压力的喷射器、鼓风机和/或真空泵，优选地为喷射器。
优选地，该装置包括用于氨基甲酸盐从回收区段到尿素合成区段的再循环导管以及优选地用于氨从回收区段到尿素合成区段的单独的第二再循环导管。用于氨的单独的再循环导管(例如任选地通过氨接收容器)可用于在比氨基甲酸盐再循环更低的温度下过量的氨(与氨基甲酸盐再循环物相比)的再循环。过量的氨可通过合成区段的相对高的N/C比来提供。优选地，回收区段包括用于冷凝回收区段蒸气以得到氨基甲酸盐的冷凝器，并且优选地包括以得到氨的第二单独的冷凝器。第二冷凝器优选地接收来自其中形成氨基甲酸盐的回收区段冷凝器的未冷凝的气体。
优选地，该装置包括从纯化区段到废气冷凝器的气体流管线、从废气冷凝器到回收区段的所述冷凝器的具有用于回收区段蒸气的入口的液体流管线以及从回收区段的所述冷凝器到所述尿素合成反应器的液体流管线。因此，来自纯化区段废气的氨优选地通过回收区段被再循环到反应器中。
反应器优选地为竖式反应器。反应器优选地具有用于CO2进料的入口，并且优选地具有用于压缩后的NH3的入口，这些入口可任选地合并。
尿素合成反应器优选地包括铁素体-奥氏体双相不锈钢，例如至少部分地由此类钢制成，此类钢例如如WO 95/00674中所述，并且例如如以
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商标出售，并且例如如以ASME编号2295-3和例如如以UNS S32906注册；或如WO 2017/014632中所述。例如，铁素体-奥氏体双相不锈钢具有28重量％至35重量％的铬含量和3重量％至10重量％的镍含量，优选地具有以下组成：C：最大0.05重量％；Si：最大0.8重量％；Mn：0.3至4.0重量％；Cr：28至35重量％；Ni：3至10重量％；Mo：1.0至4.0重量％；N：0.2至0.6重量％；铜：最大1.0重量％；W：最大2.0重量％；S：最大0.01重量％；Ce：最大0.2重量％；余量由Fe和常见杂质以及添加剂组成，例如余量为Fe和不可避免的杂质，其中铁素体为30体积％至70体积％。另外的合适的双相不锈钢为DP28W(TM)，它也由ASME编号2496-1和UNS S32808命名。此类双相不锈钢优选地具有以下组成(质量％)：C：0.03或更少；Si：0.5或更少；Mn：2或更少；P：0.04或更少；S：0.003或更少，Cr：26或更多但小于28，Ni：6至10，Mo：0.2至1.7，W：大于2但不大于3，N：大于0.3但不大于小于0.4，余量为Fe和杂质，其中作为杂质的Cu含量不大于0.3％，优选地为如EP2801396中所述的钢。
如果使用的话，钝化空气的量优选地为CO2进料的0重量％至0.6重量％、优选地0重量％至0.3重量％、更优选地0重量％至0.1重量％。如果使用钝化空气或氧气，则可例如通过NH3进料和/或CO2进料将其引入。在一些实施方案中，不向CO2进料中添加钝化空气，特别是如果反应器包含耐腐蚀材料(诸如所述钢合金)。此类少量的钝化空气在尿素合成流中提供较少的惰性气体，并且可提供较低的洗涤器负荷，并因此可将相对少量的废洗涤液体例如与图1中的流533和515一起供应到尿素合成反应器中。
本发明适于改良现有装置以及基层装置(即新建装置)。本发明适于所有尺寸的尿素装置，在有吸引力的实施方案中，该装置和/或方法是例如具有例如50MTPD至1000MTPD(公吨/天)生产能力、例如50MTPD至500MTPD生产能力的小规模尿素装置或方法。在一些实施方案中，本发明被实现为不具有HP汽提器的具有50MTPD至1000MTPD、或50MTPD至500MTPD生产能力的全再循环装置类型。本发明还涉及一种建造此类装置的方法，优选地包括新建区段A、区段B和区段C。本发明的装置提供了相对较低的资本支出和较低的建造空间需求。
尿素装置通常接收来自氨装置的NH3进料，并且氨装置优选地设置有氨储罐和用于分批计量待用作肥料的氨产物的单元，并且优选地设置有用于氨从氨储罐到产物分配单元的运输管线，该产物分配单元用于将氨肥料产物分配到容器中和/或分配进入可移动运输单元(诸如轮船、火车或车辆)。对于包括氨装置和尿素装置的装置，其中尿素装置如所描述的，氨装置优选地具有通向尿素装置的NH3进料的可切换氨运输管线，使得氨产物可以可变的比率(例如使得0至100％的氨产物进入氨产物分配单元的可变比率)进入氨产物分配单元和尿素装置。
有利地，合成区段可具有反应器作为唯一的高压单元，从而减少汽提型工艺的资本支出。缺少高压汽提器(以及在此类汽提器中加热，特别是在氨汽提器和热汽提器的情况下，以及也在CO2汽提器的情况下)导致尿素溶液中较低的缩二脲含量，这在DEF中尤其重要。通过省略汽提(和HP氨基甲酸盐冷凝器)，尿素溶液具有较低的金属含量，并且该工艺涉及腐蚀性较低的工艺条件。特别地，中间产物氨基甲酸铵在高温下诸如在高压汽提器中是极具腐蚀性的。特别地，在汽提装置中，反应器可在例如约185℃下操作(与例如用于常规尿素装置的反应器的195℃相比)，但HP汽提器顶部处的峰值温度为例如210℃至220℃。此外，高压汽提器通常是在管道中具有尿素溶液和在壳体侧具有蒸汽的管壳式换热器，并且在高压汽提器中，由于管道的数量大，与氨基甲酸铵溶液接触的金属表面的量很高。在不具有尿素固化区段和/或专门设计用于仅生产经纯化的尿素溶液的本发明的装置的实施方案中，较低的金属含量是特别有利的。
尿素合成溶液和尿素产物溶液的较低金属含量对于在NOx减少系统中用作DEF和还原剂是重要的，因为这些系统包含用于选择性催化还原的(昂贵的)催化剂。尿素溶液的金属含量由于金属聚积而降低催化剂的寿命。因此，经纯化的尿素溶液的低金属含量(即金属浓度)提供了更长的催化剂寿命。
在一个具体实施方案中，不使用或基本不使用钝化空气，例如CO2进料中氧气小于0.05重量％或小于0.010重量％、或甚至小于0.0010重量％。在已知的(CO2)汽提型尿素装置中，即使在使用耐腐蚀材料(例如用于高压合成设备的
Figure BDA0002478301050000181
)时，鉴于苛刻的条件，特别是高压汽提器，通常也使用一些钝化空气(例如，CO2进料中氧气为约0.3重量％)。例如由于较高的温度，工艺介质(含氨基甲酸铵)在HP汽提器(的顶部)中的条件下通常比在HP合成反应器中的条件下更具腐蚀性。通过使用不包括高压汽提器的合成区段，任选地消除钝化空气。这提供了可省略从CO2进料中去除氢气的步骤的优点。因为CO2进料通常由天然气在气化装置中生产，所以进料包含H2，如果使用钝化空气来降低来自尿素合成反应器的废气(氧气和氢气)爆炸的风险，则需要去除H2。因此，在其中不使用钝化空气的实施方案中，CO2进料可包含按重量计大于20ppm或大于100ppm的H2。另一个优点是，由于不添加钝化空气，惰性气体(包括N2)的量较低，从而降低洗涤器的负荷。
本发明还涉及一种用于生产经纯化的尿素溶液的方法，该方法包括：
A)在尿素合成条件下使CO2和NH3在高压下操作的尿素合成反应器中反应，以得到包含尿素、NH3、CO2和一定量的氨基甲酸盐(通常还有水)的尿素合成流，其中尿素合成在不包括高压汽提器的高压合成区段和/或在接收CO2和NH3的反应器中进行，
B)在回收区段中使尿素合成流膨胀，从而降低压力，其中优选地，被膨胀的尿素合成流包含至少90重量％的所述量的氨基甲酸盐，并且在一个或多个解离单元中在中压和/或低压下加热经膨胀的尿素合成流的至少部分，以得到含水尿素流以及包含NH3和CO2的回收区段蒸气，
C)在纯化区段中使含水尿素流的至少部分经受纯化以去除(过量)氨，从而得到经纯化的尿素溶液以及包含水和氨的纯化区段废气，
D)任选地用水稀释经纯化的尿素溶液和/或含水尿素流的至少部分以获得目标浓度的尿素，
E)其中所述纯化区段废气被冷凝以得到纯化区段冷凝物，并且所述纯化区段冷凝物被再循环到所述尿素合成反应器中。此外优选地具有所述的特征。在一些实施方案中，步骤C的纯化是汽提和/或得到在32.5重量％尿素下时以NH3计的碱度小于0.20重量％的尿素溶液；具有如本文所述的用于汽提、稀释和纯化的进一步优选的特征。
附图的详细描述
图1示出了不限制本发明或权利要求的方法和装置的示例性实施方案。
液体氨109从电池极限通过加热器E100被供应到氨接收容器V106。使用增压泵P101，将氨109X、110A泵送到高压氨泵P102中，并压缩至约200巴。泵P102的密封水可能泄漏到工艺流中，如流1204所示。然后，氨111、112经由预热器E103被送到高压反应器R201的混合室中。
来自电池极限的二氧化碳103任选地与少量空气104一起例如经由鼓风机S101作为气体105被供应到二氧化碳压缩机K102中，然后其被压缩至约200巴，任选地还得到水冷凝物106以去除水滴以及CO2吹出流108。任选地例如在压缩机K102之后提供氢气转化器R101。在该任选的转化器R101中，存在于二氧化碳117中的氢气通过催化燃烧被去除。所供应的空气的一部分用于这种催化燃烧，而其余部分用于钝化合成区段的设备并由此防止腐蚀。脱氢二氧化碳118也被引入高压尿素合成反应器R201的混合室中。在一些实施方案中，不使用钝化空气，并且省略转化器101。
氨基甲酸铵脱水为尿素和水发生在高压反应器R201中。反应器的最高温度控制在约200℃。满足该最高温度所需的其余的热通过在氨被供应到混合室之前在加热器E103中加热氨来控制。
包含未冷凝的蒸气的尿素合流(202、212)与在顶部处离开尿素反应器R201的尿素溶液一起利用膨胀阀X1被膨胀至MP，约20巴(501、511)。由于膨胀，留在溶液中的氨基甲酸盐的一部分分解并蒸发，以得到部分蒸气505。其余的尿素溶液512被分配到精馏塔C501中，例如分配到鲍尔环床上。尿素/氨基甲酸盐溶液513从精馏塔底部被送到分解器E501中，在那里其温度被升高到约160℃以分解尿素溶液中其余的氨基甲酸盐。这种分解所需的热量由蒸汽提供。在分离器中，在精馏塔的底部部分处，气相502与液相514分离。气体502被送到精馏塔的精馏部分C501，在那里气体503被较冷的尿素/氨基甲酸盐溶液512冷却。这导致包含在气体中的水蒸气的一部分冷凝。离开精馏塔的气体504、505(作为气体508X、521X)被引入中压氨基甲酸盐冷凝器E503的底部部分，在那里它们大部分被冷凝为氨基甲酸盐。冷凝的热量被耗散到调温冷却水系统中。来自中压氨基甲酸盐冷凝器的闪蒸容器V501的未冷凝的富氨蒸气521被送到洗涤塔C502中。在该洗涤塔C502中，通过添加来自容器V106的含氨液体(110B、113和114)例如作为回流，将氨与二氧化碳水混合物分离。液体流515经由底部离开洗涤塔C502，并被添加到气体流505中。仅包含痕量的二氧化碳的氨蒸气523离开洗涤塔C502塔顶，并且在氨冷凝器E101中被冷凝。冷凝后的氨530被转移到氨接收容器V106中，并以这种方式与氨基甲酸盐再循环流510分开地再循环到反应器R201中。
未冷凝的气体524(主要是惰性气体)从冷凝器E101与来自容器V106的气体109A一起被供应到大气吸收器C102中，并用软化水1205洗涤。排出未冷凝的气体526。来自大气吸收器C102底部的液体流531经由泵P103被送到冷却器E102中，并且经冷却的流532的部分533A用作大气吸收器C102中的洗涤液体，并且其余的清洗部分533用作洗涤塔C502中的洗涤液体。
离开中压分解器的尿素溶液514使用膨胀阀X2被膨胀至LP(约4巴)。由于膨胀，留在溶液中的氨基甲酸盐的一部分分解并蒸发，以得到被供应到低压精馏塔C303顶部的两相体流301、311。在低压精馏塔C303顶部处的气/液分离得到尿素溶液312和部分蒸气305。
其余的液体312在低压精馏塔C303中分配，例如分配到鲍尔环床上。尿素/氨基甲酸盐溶液313从精馏塔的底部被送到加热器E302中，在那里其温度被升高到约135℃以分解其余的氨基甲酸盐。这种分解所需的热量由低压蒸汽提供。在分离器中，在精馏塔的底部部分处，气相302与液相314分离。气体302被送到精馏塔的精馏部分，在那里气体303、304被较冷的尿素/氨基甲酸盐溶液312冷却。这导致包含在气体中的水蒸气的一部分冷凝。离开精馏塔的气体304、305被引入低压氨基甲酸盐冷凝器E303的底部部分中，在那里它们几乎被完全冷凝。冷凝的热量被耗散到调温冷却水系统中。在容器V301中将未冷凝的气体321与溶液308分离。使用泵P302将所形成的氨基甲酸盐溶液308、310输送到中压再循环区段中的中压氨基甲酸盐冷凝器E503，并通过洗涤塔C502。
尿素溶液314离开精馏塔的底部，使用阀X3被绝热膨胀至大气压(例如1巴至2巴)，然后被排放到大气闪蒸容器S304中。由于绝热膨胀和闪蒸，部分水和几乎所有的氨、二氧化碳从液体中释放。在闪蒸容器S304的出口处的尿素溶液319具有比尿素溶液314更高的尿素浓度和更低的温度。所释放的蒸气701在顶部处离开大气闪蒸容器S304，并且与来自低压氨基甲酸盐冷凝器的未冷凝的蒸气321一起被送到大气闪蒸罐冷凝器E311中，在那里其几乎被完全冷凝。在大气闪蒸罐冷凝器E311中形成的贫氨基甲酸盐冷凝物722、723用泵P308被输送到低压氨基甲酸盐冷凝器E303中。尿素溶液319被引入纯化区段中。
尿素溶液319包含约59重量％的尿素和1至2重量％的氨，并且具有约1.1巴的压力。将尿素溶液319用泵P350泵送，用膨胀阀X4膨胀，并在蒸汽汽提塔C350中通过与在约0.47巴(绝对值)下的低压蒸汽922逆流接触而汽提。
汽提塔C350的废气353任选地与一些泄漏空气785一起被送到真空冷凝器E701中，还向该真空冷凝器供应例如软化水1206。冷凝器E701的冷凝物712使用泵P701被送到低压氨基甲酸盐冷凝器E303中。以这种方式，特别是通过有效地将水和氨两者再循环到反应器R201中来处理还包含氨的含水冷凝物712。
汽提塔C350的由金属鲍尔环组成的填充床提供了尿素溶液319与低压蒸汽922之间的良好液-气接触。经由塔350的底部，经汽提的液体352流向任选的DEF混合容器V350。混合容器在大气条件下操作，因此在该示例中，在汽提塔C350的底部与混合容器之间约8米的静态高度用于从塔中适当排出液体。
在混合容器V350中，经汽提的尿素溶液任选地用软化水1203稀释至期望的浓度(例如32.5重量％、40重量％或约50重量％的尿素)。基于混合容器中可例如被测量的尿素溶液的尿素浓度来确定水的量。使用循环泵P351经由稀释后的尿素溶液354、355在容器V350和循环冷却器E350上的循环并抽出清洗产物溶液356来进行混合和冷却。该循环冷却器E350用冷却水操作，从而将混合区段的尿素溶液冷却至约30℃。
来自大气闪蒸罐冷凝器E311的未冷凝的气体705被送到洗涤塔C305中，在那里将其用软化水1202洗涤，以得到被排放的经清洁的气体341和液体流342，用泵P309和冷却器E312再循环来自该液体流的一部分344，并且其余的清洗流343被送到大气闪蒸罐冷凝器E311中。利用喷射器J701使用低压蒸汽921将来自冷凝器E701的未冷凝的气体703送到洗涤塔C305中。
在塔C350的例示的示例性实施方案中，塔C350的顶部包括分离经膨胀的液体的两相流的气-液旋风分离器C350A。气体353经由旋风分离器离开塔C350的顶部，而液体向下流到液体分配托盘C350B上。液体分配器托盘C350A经由液体孔将工艺液体均匀地分配到填充床C350C上。液体分配托盘具有例如烟囱以确保从塔C350底部上升的气体可流动到塔的顶部。氨基甲酸盐再循环物508从闪蒸容器V501被送到泵P501中，并且压缩后的氨基甲酸盐再循环物510被送到反应器R201中。流1201指示密封水的可能泄漏。对于图1，一些特征明确地被标识为任选的，其他特征也可为任选的。
图2示出了说明但不限制本发明或权利要求的另外的示例性工艺方案。在压缩区段A(任选地包括氢气去除)，NH3进料1和CO2进料2被压缩至高压，并且任选地将空气3添加到CO2进料中以用于钝化。在一些实施方案中，不使用钝化空气3和氢气去除。尿素在HP合成区段B中形成，并且合成流包含含NH3、CO2、水和惰性气体(不参与尿素形成反应的气体)的组分9以及包含含水尿素溶液的组分10。包含混合组分9和10的合成流被送到MP回收区段C。在MP回收区段C中，部分NH3和CO2被去除，并且作为氨基甲酸盐再循环流6被送到合成区段B中。过量的氨作为再循环流7通过压缩区段A通常与氨基甲酸盐再循环流6分开地被提供到合成区段B中。在区段C和区段D中洗涤后，惰性气体8被排出。包含组分9和10的流被送到LP回收区段D中。氨基甲酸盐再循环物6从区段D被送到区段C中。含水尿素溶液10在纯化区段E中被纯化，例如使用来自水4的蒸汽利用蒸汽汽提。尿素溶液10任选地在E区段中通过添加水来稀释，以得到经纯化的尿素溶液5。从区段E到区段D的流9包含一些NH3和通常大部分的水。水4通常从外部源供应到单元E，并且通常还供应到区段C和区段D中的洗涤器。
如本文所用，短语诸如“通常”、“一般”，“特别”和“常常”指示对于本发明而言不是必需的特征。附图中的附图标号是为了方便而使用，并不限制本发明或权利要求。所述的方法优选地在所述的装置中进行。所述装置优选地被构造用于所述的方法。

Claims (15)

1.一种用于生产经纯化的尿素溶液的方法，所述经纯化的尿素溶液优选地适用于NOx减少，特别是用作柴油机排气处理液(DEF)或稀释成DEF，所述方法包括：
A)在尿素合成条件下使CO2和NH3在高压下操作的尿素合成反应器中反应，以得到包含尿素、NH3、CO2和一定量的氨基甲酸盐的尿素合成流，
B)在回收区段中使所述尿素合成流膨胀，从而降低所述压力，其中被膨胀的所述尿素合成流包含至少90重量％的所述量的氨基甲酸盐，
以及在一个或多个解离单元中在中压和/或低压下加热经膨胀的尿素合成流的至少部分，以得到含水尿素流以及包含NH3和CO2的回收区段蒸气，
C)在纯化区段中使所述含水尿素流的至少部分经受纯化，其中所述纯化是汽提以去除氨，和/或其中所述纯化产生在32.5重量％尿素下时以NH3计的碱度小于0.2重量％的尿素溶液，从而得到经纯化的尿素溶液以及包含水和氨的纯化区段废气，
D)任选地用水稀释所述经纯化的尿素溶液和/或待纯化的所述含水尿素流的至少部分以获得目标浓度的尿素，
E)其中所述纯化区段废气被冷凝以得到纯化区段冷凝物，并且所述纯化区段冷凝物被再循环到所述尿素合成反应器中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述纯化区段冷凝物通过液体流被供应到所述尿素合成反应器中，并且其中所述纯化是低压蒸汽汽提，并且涉及使所述含水尿素溶液与压力小于3巴的蒸汽以逆流流动的方式接触。
3.根据权利要求1或2所述的方法，包括：
a)在回收区段冷凝器中冷凝所述回收区段蒸气以得到液体氨基甲酸盐再循环流，其中所述冷凝器在比所述尿素合成反应器低的压力下操作，
b)优选地使用泵将所述氨基甲酸盐再循环流供应到所述尿素合成反应器中，
c)以及将所述纯化区段冷凝物供应到所述回收区段冷凝器中。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括以下步骤：任选地通过附加的冷凝器供应来自所述回收区段冷凝器的未冷凝的气体至在洗涤器中利用洗涤液体的洗涤步骤，从而得到洗涤后的气体和废洗涤液体，其中所述方法还包括将来自所述纯化区段冷凝器的第二废气供应到所述洗涤器，并且优选地将部分所述废洗涤液体任选地通过所述附加的冷凝器供应到所述回收区段冷凝器中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中步骤B包括
B1)将所述尿素合成流膨胀至中压，任选地进行气/液分离，并且在中压下加热所述尿素合成流的至少部分，以得到MP回收区段蒸气和MP含水尿素溶液，以及
B2)将所述MP含水尿素溶液膨胀至低压，并且在低压下加热所述经膨胀的含水尿素溶液，以得到LP回收区段蒸气和LP含水尿素溶液。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中将至少85％的新鲜CO2进料直接添加到所述反应器中。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述步骤C包括将所述含水尿素流、优选地第二含水尿素溶液膨胀至所述纯化区段的操作压力，其中所述纯化区段操作压力优选地在0.010巴至1.5巴绝对压力的范围内，并且其中步骤C包括蒸汽汽提所述经膨胀的含水尿素流，其中所述蒸汽汽提涉及在所述经膨胀的含水尿素流中直接注入蒸汽。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述蒸汽汽提在汽提塔中在0.010巴至1.5巴绝对压力下进行，所述汽提塔具有在所述塔的顶部处的旋风分离器、液体分配托盘和填充床，其中在所述旋风分离器中气体与所述经膨胀的含水尿素溶液流分离，所述气体通过在所述顶部处的出口离开，液体从所述旋风分离器向下流动到所述液体分配托盘上，并且所述液体分配托盘将所述液体分配到所述填充床上。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中不使用钝化空气和/或其中所述CO2进料包含小于0.05重量％的氧气。
10.一种用于生产经纯化的尿素溶液的装置，其中尿素溶液优选地适用于NOx减少系统，特别是用作柴油机排气处理液(DEF)或稀释成DEF，所述装置包括：
A)尿素合成区段，所述尿素合成区段包括具有用于CO2的入口和用于NH3的入口的高压尿素合成反应器，其中CO2和NH3在尿素合成条件下反应以形成包含尿素、水和氨基甲酸铵的尿素合成流，
B)回收区段，其中所述尿素合成流在降低的压力下被加热，从而得到含水尿素流以及包含CO2和NH3的回收区段蒸气，并且其中所述回收区段蒸气被冷凝以得到氨基甲酸盐和氨，优选地利用用于氨和用于氨基甲酸盐的单独的冷凝器，
C)纯化区段，其中所述含水尿素流在纯化区段处理单元中被汽提以去除氨，从而得到经纯化的尿素流和纯化区段废气，
D)任选地尿素稀释区段，其中所述经纯化的尿素流和/或所述含水尿素流用水稀释，
其中所述装置包括用于氨基甲酸盐从所述回收区段到所述尿素合成区段的再循环导管和用于氨从所述回收区段到所述尿素合成区段的单独的第二再循环导管，
其中所述纯化区段还包括用于将所述纯化区段废气冷凝成纯化区段冷凝物的纯化区段冷凝器，并且其中所述装置包括用于纯化区段冷凝物从所述纯化区段冷凝器到所述尿素合成反应器的液体流连接部。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述纯化区段处理单元包括接收所述含水尿素流的低压蒸汽汽提器，其中所述蒸汽汽提器具有用于蒸汽的入口，并且其中所述纯化区段包括用于从所述纯化区段抽出气体的喷射器。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述蒸汽汽提器包括在所述顶部处的旋风分离器、液体分配托盘和填充床，所述蒸汽汽提器被构造成使得在操作中经膨胀的含水尿素流的两相流体进入所述旋风分离器，气体在所述顶部处离开，液体从所述旋风分离器向下流动到所述液体分配托盘上，并且所述液体分配托盘将所述液体分配到所述填充床上。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的装置，其中所述回收区段还包括用于所述回收区段蒸气的回收区段冷凝器，其中所述装置包括从所述纯化区段冷凝器到所述回收区段冷凝器的液体流管线和从所述回收区段冷凝器到所述尿素合成反应器的液体流管线。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的装置，其中所述尿素合成反应器包括铁素体-奥氏体双相不锈钢。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的装置，其中所述装置不包括废水处理区段。
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