CN111995592B - 一种尿素与三聚氰胺联产的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种尿素与三聚氰胺联产的方法和装置，将尿素作为生产三聚氰胺的原料，再用水吸收三聚氰胺生产装置排出的尾气制成氨基甲酸铵水溶液；以CO2和/或氨气作为汽提剂，用汽提法制成水含量较小的NH3、CO2气体混合物，作为尿素合成的原料，同时有效利用生成液态氨基甲酸铵的化学反应热。该液态氨基甲酸铵的水含量较小，使得尿素合成反应器中的水碳比变化很小，不会对二氧化碳的转化率产生大的影响，因此不必限制与其联产的三聚氰胺的生产规模，可以实现尿素与三聚氰胺大规模低能耗联产，同时节约了尿素生产过程中尿素的造粒、包装等费用，以及三聚氰胺生产过程中固体尿素的熔融、输送的设备和能耗。
Description
技术领域
本发明涉及尿素与三聚氰胺联产技术领域，具体而言，涉及一种尿素与三聚氰胺联产的方法和装置。
背景技术
生产三聚氰胺的原料是尿素。其反应方程式如下：
6NH2CONH2＝＝＝＝C3N3(NH2)3+6NH3+3CO2
上述反应方程式说明，原料尿素有一半生成三聚氰胺，另一半生成氨和二氧化碳混合气体，一般称之为尾气。而氨和二氧化碳又是生产尿素的原料。
因此，尿素和三聚氰胺联产，有其内在的合理性。
在工业生产尿素时，氨和二氧化碳在高温和高压下进行化学反应，生成尿素和水。反应方程式如下：
2NH3+CO2＝＝＝＝NH2CONH2+H2O
首先是气态的氨和二氧化碳进行反应，生成液态的氨基甲酸铵，并放出大量反应热：
2NH3(g)+CO2(g)＝＝＝＝NH4COONH2(l)
然后，液态的氨基甲酸铵脱水生成尿素。这是一个吸热反应：
NH4COONH2(l)＝＝＝＝NH2CONH2(l)+H2O(l)
工业上，合成尿素的反应必须在高温(160～200℃)、高压(10.0～20.0AMPa)下进行。
氨基甲酸铵脱水转化为尿素的反应是可逆的。投入的氨和二氧化碳不可能全部转化为尿素，通常，以二氧化碳计的转化率约为50％～70％。
氨和二氧化碳生成的氨基甲酸铵在尿素合成反应器中进行反应生成尿素和水。合成反应器中排出的反应物中除含有尿素外，还有水以及氨基甲酸铵、氨和二氧化碳。然后反应物经中、低压循环，分离成较纯净的尿素水溶液和未转化的NH3、CO2和HO2的混合物(通常称为氨基甲酸铵水溶液，简称甲铵液)。较纯净的尿素水溶液经蒸发、浓缩、造粒而制成颗粒状尿素产品；甲铵液返回去合成尿素，进行循环利用。
因此，加入尿素合成反应器的除了NH3、CO2和氨基甲酸铵外，还有由循环的氨基甲酸铵水溶液带入的水。水是尿素合成反应的产物之一，水的加入不利于尿素的生成。
加入尿素合成反应器的水和二氧化碳的摩尔比(H2O/CO2)称为水碳比。水碳比对二氧化碳转化为尿素的转化率影响很大。当其他条件一定时，水碳比每增加0.1，二氧化碳的转化率约下降1.5％～2％。
三聚氰胺与尿素联产，即将尿素装置的熔融尿素送到三聚氰胺装置作为生产三聚氰胺的原料，生产三聚氰胺的尾气送回尿素装置去生产尿素，一般有三种方法。
方法一：三聚氰胺尾气制成浓氨基甲酸铵水溶液(水含量约为24％～25％)，然后用高压泵送入尿素合成塔。如：对于低压淬冷法三聚氰胺来说，由于尾气的压力较低，只能将尾气送到尿素装置，与尿素装置的低压分解气一起，进行吸收，制成氨基甲酸铵水溶液(可称为低压甲铵液，水含量约37％)后，再将低压甲铵液送入尿素装置的中压吸收设备，与中压(低于2.0MPa)分解气一起制成中压甲铵液(水含量约为24％～25％)，再用泵将中压甲铵液送入尿素合成塔。上述方法的最大缺点是，增加了进入尿素合成塔的氨基甲酸铵水溶液的量，因而增大了水碳比，降低了二氧化碳转化为尿素的转化率，尾气中氨和CO2再次生成氨基甲酸铵的化学反应热未能得到有效利用。
例如：水溶液全循环法尿素的H2O/CO2比为0.65，CO2转化率为63％。若所产尿素的20％去产生三聚氰胺，尾气制成含水25％的甲铵液送去尿素合成塔。则H2O/CO2比将由0.65升至0.78；若所产尿素的50％去产生三聚氰胺，则H2O/CO2比将升至0.95。CO2转化率将由63％降至57％～58.5％。
上述方法必然影响尿素装置的产能和效益。所以，水碳比的增加必须限定在可忍受的范围之内。也就是说，该方法必须限制与尿素装置联产的三聚氰胺装置的规模，例如：生产三聚氰胺的尿素限定在尿素装置额定产能的20％以内。
方法二：将三聚氰胺尾气经多级压缩，将压力升高至略高于尿素合成塔的压力，送入尿素合成塔。此法的优点是流程简单，没有水被带入尿素合成塔，不会影响水/碳比。其缺点是为了避免氨基甲酸铵固体的形成，压缩机的进口温度一般应高于160℃。因此，为了避免压缩机的出口温度过高，压缩机的压缩比较小，需要经多级压缩，才能将尾气的压力升高到尿素合成塔的操作压力，这对于设备的维护及稳定运行来说，难度较大。
方法三：氨碳分离。三聚氰胺尾气是氨与二氧化碳的混合气体，将氨碳混合气体分离成纯的液氨和二氧化碳气，送回尿素装置，作为合成尿素的原料。本法的最大优点是氨碳分离的工艺成熟，不会给尿素装置带来任何不利影响。其缺点是氨碳分离装置的流程较长，设备多，投资大，能耗较高，成本较高。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明所提供的一种尿素与三聚氰胺联产的方法，将尿素作为生产三聚氰胺的原料，再用水吸收三聚氰胺生产装置排出的尾气(氨、二氧化碳混合气体)，制成氨基甲酸铵水溶液；再以CO2为汽提剂，用汽提法制成水含量较小的NH3、CO2气体混合物，此气体混合物经冷凝，大部分CO2和NH3生成液态氨基甲酸铵，作为尿素合成的原料。并且，该液态氨基甲酸铵的水含量较小，对尿素合成塔进料的水碳比影响较小，不会对二氧化碳的转化率产生大的影响，因此，该方法不必限制联产的三聚氰胺的生产规模，实现尿素与三聚氰胺联产，节约了尿素生产过程中尿素的造粒、包装等的费用，节省了三聚氰胺生产过程中固体尿素的熔融、输送的设备和能耗。
本发明所提供的一种尿素与三聚氰胺联产的装置，在尿素装置和三聚氰胺装置之间增设一套衔接装置，所述的衔接装置包括依次连接的吸收塔、高压泵、汽提塔和冷凝器，将三聚氰胺生产得到的尾气经过衔接装置，制成水含量小于4％的氨基甲酸铵、CO2、NH3、H2O的混合物，然后返回尿素的生成装置中，作为生产尿素的原料，该装置不需要对联产的尿素生产的装置的工艺和设备进行大的改动，不需要限制联产的三聚氰胺的生产装置的规模，该衔接装置具有工艺流程短、设备少、投资省、能耗低等优点。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种尿素与三聚氰胺联产的方法，包括以下步骤：
将制备三聚氰胺得到的尾气制成氨基甲酸铵水溶液，对所述氨基甲酸铵水溶液进行加压处理，然后采用汽提剂对所述加压处理后的氨基甲酸铵水溶液进行汽提，所得到的汽提气，作为尿素合成的原料进行尿素合成，所得到的熔融尿素全部或部分作为制备三聚氰胺的原料。
优选的，所述加压处理的压力高于14Mpa。
优选的，所述汽提剂选自CO2和/或氨气。
优选的，将得到的所述汽提气进行冷却，将所述冷却得到的产物部分或全部作为尿素合成的原料进行尿素合成。
优选的，采用水和/或所述汽提得到的汽提液对制备三聚氰胺得到的尾气进行吸收制成氨基甲酸铵水溶液。
优选的，所述汽提气的含水量小于4％。
一种尿素与三聚氰胺联产的装置，适用于所述的尿素与三聚氰胺联产的方法，包括三聚氰胺生产装置、尿素生产装置和连接在二者之间的衔接装置；
所述衔接装置包括依次连接的吸收塔、高压泵、汽提塔和冷凝器；
所述吸收塔包括进气口、进水口和汽提液入口，优选的，所述吸收塔的汽提液入口与所述汽提塔的汽提液出口相连接；
所述进气口与所述三聚氰胺生产装置的尾气出口相连接；
所述汽提塔包括汽提剂入口、汽提气出口和汽提液出口；
所述汽提气出口与所述尿素生产装置的进料口相连接；
所述尿素生产装置的尿素熔融泵出料口与所述三聚氰胺生产装置的尿素洗涤塔或尿素系统相连接。
优选的，所述汽提塔和所述冷凝器之间还连接有高压冷凝器。
优选的，所述尿素生产装置为水溶液全循环法生产尿素的装置。
优选的，所述汽提剂入口与所述尿素生产装置的二氧化碳压缩机的出口相连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明将三聚氰胺生产装置排出的尾气进行吸收、汽提、冷凝，得到水含量较小的液态氨基甲酸铵作为尿素合成的原料，对尿素合成反应器进料的水碳比影响较小，不会对二氧化碳的转化率产生大的影响，因而不必限制联产过程中的三聚氰胺的生产规模，实现尿素与三聚氰胺联产。
(2)本发明在尿素装置和三聚氰胺装置之间增设一套衔接装置，将三聚氰胺生产得到的尾气经过衔接装置制成含水量较小的氨基甲酸铵，作为生产尿素的原料，该装置不需要对联产的尿素生成的工艺和设备进行大的改动，不需要限制联产的三聚氰胺的生产装置的规模，该衔接装置具有工艺短、设备少、投资省、能耗低等优点。
(3)本发明在实现尿素与三聚氰胺联产的过程中，对于尿素的生产，节约了尿素造粒、包装等的费用；对于三聚氰胺的生产，节省了固体尿素的熔融、输送的设备和能耗。
(4)本发明循环使用的稀甲铵水溶液(汽提液)和尿素装置外排的水对尾气进行吸收，进行循环利用，提高尾气的利用率，减少水资源的浪费。
(5)本发明以合成尿素的原料高压CO2为汽提剂，从而得到水含量低的NH3、CO2气体混合物。
(6)本发明冷凝过程中释放的热量可以用于生产水蒸气，降低联产的能耗。
(7)本发明汽提塔的操作压力略高于尿素合成塔的操作压力，以便于汽提气经汽提气冷凝器冷凝后流入尿素合成塔。
(8)本发明中三聚氰胺尾气由三聚氰胺装置中压力最高的载气压缩机出口引出，可以提高吸收后得到的氨基甲酸铵的浓度，减少汽提后的汽提液量，有利于减少循环量，降低能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的尿素与三聚氰胺联产的装置连接示意图；
图2为本发明另一实施例提供的尿素与三聚氰胺联产的装置连接示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明所提供的一种尿素与三聚氰胺联产的方法，包括以下步骤：
将制备三聚氰胺得到的尾气制成氨基甲酸铵水溶液，对所述氨基甲酸铵水溶液进行加压处理，然后采用汽提剂对所述加压处理后的氨基甲酸铵水溶液进行汽提，所得到的汽提气，作为尿素合成的原料进行尿素合成，所得到的熔融尿素全部或部分作为制备三聚氰胺的原料。
本发明将三聚氰胺生产装置排出的尾气进行吸收、汽提，得到水含量少的液态氨基甲酸铵作为尿素合成的原料，使得进入尿素合成反应器的水较少，尿素合成反应器中的水碳比变化很小，不会对二氧化碳的转化率产生大的影响，并且不必限制联产过程中的三聚氰胺的生产规模，实现尿素与三聚氰胺联产，节约了尿素生产过程中尿素的造粒、包装等的费用，节省了三聚氰胺生产过程中固体尿素的熔融、输送的设备和能耗。
在本发明一些优选的实施例中，所述加压处理的压力高于14Mpa。
在本发明一些优选的实施例中，所述汽提剂选自CO2和/或氨气。
在本发明一些优选的实施例中，将得到的所述汽提气进行冷凝，得到液态氨基甲酸铵，将所述液态氨基甲酸铵作为尿素合成的原料进行尿素合成。
在本发明一些优选的实施例中，将得到的所述汽提气进行冷却，将所述冷却得到的产物部分或全部作为尿素合成的原料进行尿素合成。
在本发明一些优选的实施例中，采用水和/或所述汽提得到的汽提液对制备三聚氰胺得到的尾气进行吸收制成氨基甲酸铵水溶液，循环使用的稀甲铵水溶液(汽提液)和尿素装置的外排废水对尾气进行吸收，进行循环利用，提高尾气的利用率，减少水资源的浪费。
在本发明一些优选的实施例中，所述汽提气的含水量小于4％。
本发明所提供的一种尿素与三聚氰胺联产的装置，如图1所示，适用于所述的尿素与三聚氰胺联产的方法，包括三聚氰胺生产装置、尿素生产装置和连接在二者之间的衔接装置；
所述衔接装置包括依次连接的吸收塔、高压泵、汽提塔和冷凝器；
所述吸收塔包括进气口、进水口和汽提液入口，优选的，所述吸收塔的汽提液入口与所述汽提塔的汽提液出口相连接；
所述进气口与所述三聚氰胺生产装置的尾气出口相连接；
所述汽提塔包括汽提剂入口、汽提气出口和汽提液出口；
所述汽提气出口与所述尿素生产装置的进料口相连接；
所述尿素生产装置的尿素熔融泵出料口与所述三聚氰胺生产装置的尿素洗涤塔或尿素系统相连接。
进一步地，所述汽提塔和所述冷凝器之间还连接有高压冷凝器。
进一步地，所述尿素生产装置为水溶液全循环法生产尿素的装置。
进一步地，所述汽提剂入口与所述尿素生产装置的二氧化碳压缩机的出口相连接。
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
水溶液全循环法尿素生产装置所产尿素的50％作为三聚氰胺的原料，尿素生产装置所产的熔融尿素的50％由熔融尿素泵送入三聚氰胺生产装置的尿素洗涤塔，作为生产三聚氰胺的原料，生产流程如图2所示。
三聚氰胺生产装置的尾气(氨、碳混合气，压力0.5～0.55MPa)由三聚氰胺生产装置的载气压缩机出口管引出，进入尾气吸收塔塔釜，循环的汽提液和水分别进入塔的中部和上部，进行吸收，生成水含量为30％氨基甲酸铵水溶液。
氨基甲酸铵水溶液由高压泵送入汽提塔的上部，由尿素生产的原料二氧化碳经压缩机送来的温度为125℃、压力为20.1MPa的二氧化碳气进入汽提塔的下部，汽提所需的热量由压力为4.0MPa的蒸汽提供。在汽提塔内，氨基甲酸铵水溶液与CO2气逆流接触，氨基甲酸铵分解生成的氨和二氧化碳，以及原有的氨和二氧化碳进入气相，与加入的汽提剂CO2一起，由汽提塔顶流出(此气体称为“汽提气”，汽提气的水含量为3.7％)。由汽提塔底部流出的由水和少量溶于水的氨和二氧化碳组成的液体称为“汽提液”，汽提液返回尾气吸收塔，进行循环利用。
汽提塔所消耗的加热蒸汽的量，为每吨三聚氰胺尾气消耗水蒸气1.15吨。
在冷凝器内，大部分NH3气体与CO2气体反应生成液体氨基甲酸铵。放出的反应热使水气化产生0.6MPa蒸汽，蒸汽作为副产品送出，每吨三聚氰胺尾气产生副产蒸汽0.65吨，节约能源。
汽提气经冷凝器冷凝后流入尿素合成塔，由于汽提气的水含量很低，尿素合成塔的H2O/CO2仅由0.65增加至0.69，对CO2的转化率影响不大，不必限制联产过程中的三聚氰胺的生产规模，实现尿素与三聚氰胺联产。
实施例2
本实施例除水溶液全循环法尿素装置所产尿素全部(100％)作为生产三聚氰胺的原料外，其他同例1。
尿素合成塔H2O/CO2由0.65增加至0.73，每吨三聚氰胺尾气耗蒸汽1.17吨。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。
Claims (4)
1.一种尿素与三聚氰胺联产的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将制备三聚氰胺得到的尾气制成氨基甲酸铵水溶液，对所述氨基甲酸铵水溶液进行加压处理，然后采用汽提剂对所述加压处理后的氨基甲酸铵水溶液进行汽提，所得到的汽提气，作为尿素合成的原料进行尿素合成，所得到的熔融尿素全部或部分作为制备三聚氰胺的原料；
采用水和/或所述汽提得到的汽提液对制备三聚氰胺得到的尾气进行吸收制成氨基甲酸铵水溶液；
所述汽提剂的含水量小于4%；
所述加压处理的压力高于14Mpa；
所述汽提剂选自CO2和/或氨气。
2.根据权利要求1所述的尿素与三聚氰胺联产的方法，其特征在于，将得到的所述汽提气进行冷却，将所述冷却得到的产物部分或全部作为尿素合成的原料进行尿素合成。
3.一种尿素与三聚氰胺联产的装置，适用于权利要求1-2任一项所述的尿素与三聚氰胺联产的方法，其特征在于，包括三聚氰胺生产装置、尿素生产装置和连接在二者之间的衔接装置；
所述衔接装置包括依次连接的吸收塔、高压泵、汽提塔和冷凝器；
所述吸收塔包括进气口、进水口和汽提液入口，所述吸收塔的汽提液入口与所述汽提塔的汽提液出口相连接；
所述进气口与所述三聚氰胺生产装置的尾气出口相连接；
所述汽提塔包括汽提剂入口、汽提气出口和汽提液出口；
所述汽提气出口与所述尿素生产装置的进料口相连接；
所述尿素生产装置的尿素熔融泵出料口与所述三聚氰胺生产装置的尿素洗涤塔或尿素系统相连接；
所述汽提剂入口与所述尿素生产装置的二氧化碳压缩机的出口相连接；
所述冷凝器在冷凝过程中释放的热量用于使水气化生产水蒸气；
所述尿素生产装置为水溶液全循环法生产尿素的装置。
4.根据权利要求3所述的尿素与三聚氰胺联产的装置，其特征在于，所述汽提塔和所述冷凝器之间还连接有高压冷凝器。
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