CN112424164B - 用于尿素制造的方法和装置 - Google Patents

Abstract

提供了用于制造尿素的方法和装置，因而用于原料氨的预热或中压分解的步骤中的加热可以在相对低的压力进行，同时避免总传热系数降低。用于制造尿素的方法包括：生成尿素合成液的合成步骤，加热尿素合成液并且将包含氨和二氧化碳的混合气体与尿素合成液分离的高压分解步骤，将混合气体冷凝的冷凝步骤，将在高压分解步骤中得到的中压蒸汽冷凝液的压力降低至中低压力并且形成中低压蒸汽和中低压蒸汽冷凝液的中低压蒸汽产生步骤，以及中压分解步骤和氨预热步骤之一或两者，其中，在中压分解步骤中，在低于高压分解步骤的压力的压力下使用中低压蒸汽作为预热源来加热在高压分解步骤中处理过的尿素合成液，并且在氨预热步骤中使用中低压蒸汽作为加热源来加热要供应至合成步骤的氨。

Description

用于尿素制造的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于由氨和二氧化碳制备尿素的方法和装置。

背景技术

用于尿素制备的方法一般包括合成步骤、高压分解步骤和冷凝步骤。在合成步骤中，由氨(NH₃)和二氧化碳(CO₂)生成尿素。具体地，如式(1)所示，通过氨(NH₃)和二氧化碳(CO₂)的反应生成氨基甲酸铵(NH₂COONH₄)。此外，如式(2)所示，通过氨基甲酸铵的脱水反应生成尿素(NH₂CONH₂)和水(H₂O)。

2NH₃+CO₂→NH₂COONH₄ (1)

NH₂COONH₄→NH₂CONH₂+H₂O (2)

两个反应都是平衡反应，并且因为式(2)的反应比式(1)的反应慢，所以式(2)的反应是决定速率的。

在高压分解步骤中，将在合成步骤中得到的尿素合成溶液加热以使尿素合成溶液中含有的氨基甲酸铵分解成氨和二氧化碳。由此，得到含有氨和二氧化碳的气体混合物以及具有更高尿素浓度的尿素合成溶液。在冷凝步骤中，使在高压分解步骤中得到的气体混合物冷凝。在高压分解步骤中，使用中压蒸汽作为热源。

关于这样的用于尿素制备的方法，专利文献1公开了在换热器中，通过蒸汽冷凝液将原料氨加热至175℃。专利文献2和3公开了其中将由已经用于在高压分解步骤中的加热的中压蒸汽产生的中压蒸汽冷凝液用作在中压分解步骤中的热源的方法。在中压分解步骤中，使在高压分解步骤中得到的尿素合成溶液中含有的氨基甲酸铵在比高压分解步骤中的压力低的压力分解。

专利文献4公开了在高压分解步骤中使用的汽提器中，使用中压蒸汽加热汽提器的上段，并且通过使用以中压蒸汽作为驱动流体的喷射器对低压蒸汽加压得到的蒸汽被用于加热汽提器的下段。

引用清单

专利文献

专利文献1：JP H10-182587A

专利文献2：GB 1542371A

专利文献3：WO 03/064379 A1

专利文献4：JP S61-10547A

发明概述

技术问题

由专利文献1理解，用于加热原料氨的蒸汽冷凝液是由高压分解步骤中的中压蒸汽产生的中压蒸汽冷凝液。因此，该文献提出了一种其中使用中压蒸汽冷凝液来预热原料氨的方法。如前所述，专利文献2和3公开了其中使用中压蒸汽冷凝液作为中压分解步骤中的热源的方法。

然而，在使用蒸汽冷凝液加热另一种流体的情况下，与使用蒸汽的情况相比，总传热系数倾向于低。另外，由于中压蒸汽冷凝液的压力高，用于通过中压蒸汽冷凝液加热所述另一种流体的设备和管道的设计压力变高。

本发明的一个目的是提供用于尿素制备的方法和装置，其中原料氨的预热或中压分解步骤中的加热可以在相对低的压力进行，同时防止总传热系数降低。

问题的解决方案

本发明的一个方面提供了一种用于尿素制备的方法，所述方法包括：

合成步骤：由氨和二氧化碳合成尿素而生成尿素合成溶液；

高压分解步骤：通过使用中压蒸汽作为热源来加热在所述合成步骤中生成的所述尿素合成溶液，使氨基甲酸铵分解，将含有氨和二氧化碳的气体混合物与所述尿素合成溶液分离，并且得到中压蒸汽冷凝液；

冷凝步骤：在吸收介质中吸收并且冷凝在所述高压分解步骤中得到的所述气体混合物中的至少一部分，并且使用在冷凝期间产生的热量产生低压蒸汽的；

第一中低压力蒸汽产生步骤：通过将在所述高压分解步骤中得到的所述中压蒸汽冷凝液的压力降低至低于所述中压蒸汽的压力并且高于所述低压蒸汽的压力的中低压力，产生中低压力蒸汽和中低压力蒸汽冷凝液；以及

中压分解步骤和氨预热步骤之一或两者，其中

在所述中压分解步骤中，通过在低于所述高压分解步骤中的压力的压力使用在所述第一中低压蒸汽产生步骤中产生的所述中低压蒸汽的至少一部分作为热源来加热所述尿素合成溶液，所述尿素合成溶液已经在所述高压分解步骤中处理过，使氨基甲酸铵分解，并且将含有氨和二氧化碳的气体混合物与所述尿素合成溶液分离；并且

在所述氨预热步骤中，使用在所述第一中低压蒸汽产生步骤中产生的所述中低压蒸汽的至少一部分作为热源来加热要供应至所述合成步骤的氨。

本发明的另一个方面提供了一种用于尿素制备的装置，所述装置包括：

合成反应器，所述合成反应器被配置成由氨和二氧化碳合成尿素而生成尿素合成溶液；

高压分解器，所述高压分解器被配置成：通过使用中压蒸汽作为热源来加热由所述合成反应器生成的所述尿素合成溶液，使氨基甲酸铵分解，将含有氨和二氧化碳的气体混合物与所述尿素合成溶液分离，并且得到中压蒸汽冷凝液；

冷凝器，所述冷凝器被配置成：在吸收介质中吸收并且冷凝由所述高压分解器得到的所述气体混合物中的至少一部分，并且使用在冷凝期间产生的热量产生低压蒸汽；

第一中低压蒸汽发生器，所述第一中低压蒸汽发生器被配置成：通过将由所述高压分解器得到的所述中压蒸汽冷凝液的压力降低至低于所述中压蒸汽的压力并且高于所述低压蒸汽的压力的中低压力，产生中低压力蒸汽和中低压力蒸汽冷凝液；以及

中压分解器和氨预热器之一或两者，其中

所述中压分解器被配置成：通过在低于所述高压分解器中的压力的压力下使用由所述第一中低压蒸汽发生器产生的所述中低压蒸汽中的至少一部分作为热源来加热已经由所述高压分解器处理过的所述尿素合成溶液，使氨基甲酸铵分解，并且将含有氨和二氧化碳的气体混合物与所述尿素合成溶液分离；并且

所述氨预热器被配置成：使用由所述第一中低压蒸汽发生器产生的所述中低压蒸汽中的至少一部分作为热源来加热要供应至所述合成反应器的氨。

发明的有益效果

本发明提供了用于尿素制备的方法和装置，其中原料氨的预热或中压分解步骤中的加热可以在相对低的压力进行，同时防止总传热系数降低。

附图简述

图1是用于举例说明中低压蒸汽的制备和使用的一个实例的示意图；以及

图2是示意性示出用于尿素制备的设备的一个实例的工艺流程图。

实施方案描述

根据本发明的用于尿素制备的方法包括合成步骤、高压分解步骤、冷凝步骤和第一中低压蒸汽产生步骤。该用于尿素制备的方法还包括中压分解步骤和氨预热步骤之一或两者，并且特别地包括中压分解步骤。

[合成步骤]

在合成步骤中，由氨和二氧化碳合成尿素而生成尿素合成溶液。在合成步骤中，还由来自之后将会描述的冷凝步骤的再循环液中含有的氨基甲酸铵合成尿素。

合成步骤中的操作压力一般为130巴(绝对压力，其也适用于以下描述)至250巴，优选140巴至200巴。合成步骤的操作温度一般为160℃至200℃，优选170℃至190℃。

[高压分解步骤]

在高压分解步骤中，使用中压蒸汽作为热源来加热在合成步骤中生成的尿素合成溶液。由此，使在合成步骤中得到的尿素合成溶液中含有的氨基甲酸铵分解，并且将含有氨和二氧化碳的气体混合物与尿素合成溶液分离。在高压分解步骤中得到的气体混合物在下文中可以被称为“高压分解出口气体”。通过作为热源使用的中压蒸汽的冷凝，产生中压蒸汽冷凝液。

高压分解步骤中的加热需要高温加热介质。之后将会描述的冷凝步骤中回收的低压蒸汽不具有足够高的用于加热的温度。因此，在加热中使用压力高于低压蒸汽的压力的中压蒸汽。

中压蒸汽的压力一般为12巴至40巴，优选14巴至25巴。在用于尿素制备的设备中，中压蒸汽通常适当地作为汽轮机的背压蒸汽产生。备选地，可以从用于尿素制备的设备外部供应中压蒸汽。

高压分解步骤的操作温度一般为150℃至220℃，优选160℃至200℃。

具体地，在合成步骤中得到的尿素合成溶液主要由尿素、未反应的氨、未反应的二氧化碳、未反应的氨基甲酸铵和水组成。通常在基本上等于合成步骤中的压力的压力下加热尿素合成溶液。因此，未反应的氨、未反应的二氧化碳、未反应的氨基甲酸铵和水作为主要由氨、二氧化碳和水(蒸汽)组成的气体混合物分离。

在高压分解步骤中，可以使用其中仅进行加热的分解方法。然而，为了促进分解，可以使用汽提法，在所述汽提法中除加热以外还供应二氧化碳气体并且使其与尿素合成溶液接触。

[冷凝步骤]

在冷凝步骤中，在吸收介质中吸收并且冷凝在高压分解步骤中得到的气体混合物(高压分解出口气体)中的至少一部分。使用在冷凝期间产生的热量，产生低压蒸汽。冷凝步骤中的气体混合物和吸收介质可以被称为冷凝器的“内部流体”。

低压蒸汽的压力一般为3巴至9巴，优选5巴至7巴。可以通过蒸发适当的水例如低压蒸汽冷凝液来得到低压蒸汽。

作为吸收介质，可以适当地使用在用于尿素制备的方法的领域中公知的吸收介质，比如水(其可以含有尿素、氨、二氧化碳和氨基甲酸铵)。

在冷凝步骤中得到的液体(工艺流体)的温度一般为100℃至210℃，优选160℃至190℃。因为尿素制备中的高压过程(包括合成步骤、高压分解步骤和冷凝步骤)除了存在压力损失以外之外不具有导致压力降低的其它情况，所以合成步骤、高压分解步骤和冷凝步骤以基本上相同的压力工作。应注意，进行通过喷射器的加压以用于之后将会描述的再循环。

具体地，将在高压分解步骤中分离的气体混合物(高压分解出口气体)引入到冷凝步骤中，在那里气体混合物与在冷却下的含有水的吸收介质接触，并且气体混合冷凝。在冷凝期间，一部分氨和一部分二氧化碳变为氨基甲酸铵(参见式(1))，并且通过保持高的冷凝温度，尿素合成反应(参见式(2))也得以进行。

当气体混合物在冷凝步骤中冷凝时，在高温产生大量热量。为了有效地使用所产生的热量，进行热量回收。作为用于热量回收的方法，存在一种其中在已经在高压分解步骤中处理过的尿素合成溶液(含有尚未分离的未反应的氨、未反应的二氧化碳、未反应的氨基甲酸铵和水的液体)和冷凝器的内部流体之间交换热量的方法。备选地，存在一种在冷凝器的内部流体和热水(通常使用加压水)之间进行热交换以得到温度升高的热水的方法。然而，在许多情况下，使用在冷凝器的内部流体和蒸汽冷凝液(特别地，低压蒸汽冷凝液)之间进行热交换以产生低压蒸汽的方法。该方法可以与上述两种方法中的至少一种组合使用。

对于冷凝器的内部流体和蒸汽冷凝液之间的热交换，可以使用立式或卧式壳管式换热器。尽管可以在管侧冷凝气体混合物，但是可以在壳侧冷凝气体混合物，使得在冷凝步骤中的停留时间长，以进行冷凝和反应。

当在吸收介质中吸收和冷凝气体并且同时冷却吸收介质时，还未在冷凝步骤中冷凝的气体可以作为回收液回收。通过将回收液返回到高压过程(包括合成步骤、高压分解步骤和冷凝步骤)，典型地返回到冷凝步骤，可以回收未反应的氨和未反应的二氧化碳。作为吸收介质，可以适当地使用在用于尿素制备的方法的领域中公知的吸收介质，比如水(其可以含有尿素、氨、二氧化碳和氨基甲酸铵)。

[再循环]

可以使用其中在冷凝步骤中得到的冷凝液被再次送至合成步骤以使得未反应的氨和未反应的二氧化碳再循环的结构。作为用于使在冷凝步骤中得到的冷凝液再循环的方法，存在其中在下方布置合成反应器(用于进行合成步骤)并且在合成反应器上方布置冷凝器(用于进行冷凝步骤)从而利用重力使冷凝液再循环的方法。作为另一种再循环方法，存在其中这样的一种方法：使用要供应至合成反应器的氨作为驱动流体，通过喷射器对在冷凝步骤中得到的冷凝液进行加压以使冷凝液再循环。利用重力的再循环方法和利用喷射器的再循环方法可以组合使用。

[第一中低压蒸汽产生步骤]

在第一中压蒸汽产生步骤中，将在高压分解步骤中得到的中压蒸汽冷凝液的压力降低至中低压以产生中低压蒸汽和中低压蒸汽冷凝液。中低压意指低于中压蒸汽的压力但是高于低压蒸汽的压力的压力。可以适当地使用减压阀进行减压，并且可以使用气液分离器将产生的中低压蒸汽和中低压蒸汽冷凝液分离。

中低压蒸汽的压力是例如7巴至18巴，优选8巴至12巴。

[中压分解步骤]

在中压分解步骤中，使用在第一中低压蒸汽产生步骤中产生的中低压蒸汽中的至少一部分作为热源，在低于高压分解步骤中的压力的压力下加热已经在高压分解步骤中处理过的尿素合成溶液。由此，使已经在高压分解步骤中处理过的尿素合成溶液中含有的氨基甲酸铵分解。在中压分解步骤中，得到含有氨和二氧化碳的气体混合物(该气体混合物在下文中可以被称为“中压分解出口气体”)以及氨基甲酸铵浓度进一步降低的尿素合成溶液。

具体地，通过减压和加热对已经在高压分解步骤中处理过的尿素合成溶液(含有尚未分离的未反应的氨、未反应的二氧化碳、未反应的氨基甲酸铵和水的液体)进行处理。由此，未反应的氨、未反应的二氧化碳、未反应的氨基甲酸铵和水作为主要由氨、二氧化碳和水(蒸汽)组成的气体混合物分离。

当在吸收介质中吸收和冷凝气体并且同时冷却吸收介质时，中压分解出口气体可以作为回收液回收。在该情况下，如果如之后所述在多个阶段进行通过加压和加热的处理，则以上提及的“中压分解出口气体”意指在各个阶段得到的含有氨和二氧化碳的气体混合物。通过将回收液返回到高压过程，典型地返回到冷凝步骤，可以回收未反应的氨和未反应的二氧化碳。作为吸收介质，可以适当地使用在用于尿素制备的方法的领域中公知的吸收介质，比如水(其可以含有尿素、氨、二氧化碳和氨基甲酸铵)。

通过尽可能地降低已经在高压分解步骤中处理过的尿素合成溶液的压力，尚未分离的未反应的氨、未反应的二氧化碳、未反应的氨基甲酸铵和水可以更容易地作为气体混合物分离。另一方面，为了使气体混合物被吸收到在冷却下的吸收介质中，作为回收液回收，并且返回到操作压力高的冷凝步骤，有利的是尿素合成溶液的压力尽可能地高。因此，优选的是将通过减压和加热的处理分为多个阶段，并且对已经在高压分解步骤中处理过的尿素合成溶液进行所述多个阶段。由此，可以有效地降低未反应的氨、未反应的二氧化碳、未反应的氨基甲酸铵和水的含量并且得到高纯度产物尿素。优选的是，在中压分解步骤之后在低于中压分解步骤中的压力(但是等于或高于大气压)的压力加热已经在中压分解步骤中处理过的尿素合成溶液。

在中压分解步骤中，直接在已经在高压分解步骤中处理过尿素合成溶液之后，在低于高压分解步骤中的压力的压力下加热尿素合成溶液(含有尚未分离的未反应的氨、未反应的二氧化碳、未反应的氨基甲酸铵和水)以得到气体混合物(中压分解出口气体)。然而，如前所述，可以存在直接在已经在高压分解步骤中处理过尿素合成溶液之后，在冷凝步骤中通过冷凝器的内部流体和尿素合成溶液之间的热交换进行热回收的情况。在此情况下，中压分解步骤意指在低于高压分解步骤中的压力的压力下加热已经通过此热回收加热过的尿素合成溶液以分离气体混合物的步骤。

中压分解步骤中的操作压力取决于通过减压和加热的处理的阶段的数量。例如，在两个阶段(中压分解步骤和低压分解步骤)的情况下，操作压力一般为3巴至130巴，优选6巴至70巴，并且更优选10巴至20巴。中压分解步骤的操作温度取决于操作压力，但是一般为100℃至180℃，优选大约130℃至160℃。

可以将在中压分解步骤中得到的尿素合成溶液送至浓缩步骤。在该情况下，如果在多个阶段进行通过减压和加热的处理，则以上提及的“在中压分解步骤中得到的尿素合成溶液”意指在最后的阶段得到的尿素合成溶液。在浓缩步骤中，通过在真空下加热来降低尿素合成溶液中含有的水的含量。在浓缩步骤中得到的尿素可以是产物尿素。备选地，可以在浓缩步骤之后进行造粒步骤以得到粒状产物尿素。

用于进行中压分解步骤的中压分解器可以具有用于中低压蒸汽和工艺流体(尿素合成溶液)之间的热交换的结构。相对于工艺流体(尿素合成溶液)的流动方向，可以在中压分解器的下游布置用于进行减压的减压阀。

[氨预热步骤]

在氨预热步骤中，使用在第一中低压蒸汽产生步骤中产生的中低压蒸汽中的至少一部分作为热源，对要供应至合成步骤的氨进行加热。合成步骤中的温度越高，从氨基甲酸铵到尿素的平衡合成速率越高，并且转化速度越高，并且进一步地，在停留时间相同的情况下转化率越高。结果，减少了使氨基甲酸铵分解所需的蒸汽的量。作为用于提高合成步骤中的温度的方法，提高要供应至合成步骤的原料氨的方法是有效的。

可以在氨预热步骤中使用适当的换热器以在氨和中低压蒸汽之间进行热交换。

[第二中压蒸汽产生步骤]

通过使用中压蒸汽作为驱动流体通过喷射器对低压蒸汽进行加压，可以进行产生压力低于中压蒸汽的压力并且高于低压蒸汽的压力的中低压蒸汽的第二中低压蒸汽产生步骤。使用喷射器进行此步骤。在此步骤中，可以通过使用压力高于中压蒸汽的高压蒸汽作为驱动流体的喷射器对低压蒸汽进行加压来产生中低压蒸汽。使用中压蒸汽作为驱动流体的喷射器和使用高压蒸汽作为驱动流体的喷射器可以一起使用。高压蒸汽是例如要供应至汽轮机的蒸汽。通过此步骤，可以增加温度高于低压蒸汽的温度的热源，同时有效地利用低压蒸汽。

在中压分解步骤和氨预热步骤之一或两者中，可以使用在第二中低压蒸汽产生步骤中产生的中低压蒸汽中的至少一部分作为热源。

在第二中低压蒸汽产生步骤中得到的中低压蒸汽的压力可以与在第一中低压蒸汽产生步骤中得到的中低压蒸汽的压力相似或相同。可以适当地将在第二中低压蒸汽产生步骤中得到的中低压蒸汽与在第一中低压蒸汽产生步骤中得到的中低压蒸汽混合。

[在高压分解步骤中通过中低压蒸汽的加热]

在高压分解步骤中，可以在使用中压蒸汽作为热源来加热在合成步骤中产生的尿素合成溶液之后，使用中低压蒸汽作为热源来加热尿素合成溶液。作为用于此目的的中低压蒸汽，可以使用在第一中低压蒸汽产生步骤中产生的中低压蒸汽中的至少一部分。作为用于此目的的中低压蒸汽，可以使用在第二中低压蒸汽产生步骤中产生的中低压蒸汽中的至少一部分。

例如，相对于工艺流体(尿素合成溶液)的流动方向，可以将高压分解器(典型为汽提器)的加热部分分成上游部分和下游部分，并且可以分别使用中压蒸汽和中低压蒸汽来加热上游部分和下游部分。由此，可以有效地使用中低压蒸汽，并且减少中压蒸汽的总消耗量、尿素的水解和缩二脲的产生。

[中低压蒸汽冷凝液的使用]

当中低压蒸汽作为热源消耗时，中低压蒸汽冷凝而产生中低压蒸汽冷凝液。另外，如前所述，在第一中低压蒸汽产生步骤中产生中低压蒸汽冷凝液。在中压分解步骤和氨预热步骤之一或两者中可以使用中低压蒸汽冷凝液作为热源。作为用于此目的的中低压蒸汽冷凝液，可以使用通过在第一中低压蒸汽产生步骤中产生的中低压蒸汽的冷凝形成的中低压蒸汽冷凝液中的至少一部分。另外，作为用于此目的的中低压蒸汽冷凝液，可以使用在第一中低压蒸汽产生步骤中产生的中低压蒸汽冷凝液中的至少一部分。作为用于此目的的中低压蒸汽冷凝液，可以使用通过在第二中低压蒸汽产生步骤中产生的中低压蒸汽的冷凝形成的中低压蒸汽冷凝液中的至少一部分。

因此，在中压分解步骤或/和氨预热步骤中可以有效地使用中低压蒸汽冷凝液作为热源。因此，中压分解器可以具有用于工艺流体和中低压蒸汽冷凝液之间的热交换的结构。另外，可以使用在原料氨和中低压蒸汽冷凝液之间进行热交换的适当换热器。备选地，可以将中低压蒸汽冷凝液的压力降低至低压以产生低压蒸汽。

在中压分解步骤中加热流体比如原料氨或工艺流体的情况下，例如，可以依次进行通过低压蒸汽的加热、通过中低压蒸汽冷凝液的加热和通过中低压蒸汽的加热。

[其他]

因为在冷凝步骤中也进行尿素合成反应，所以可以在单一压力容器中进行冷凝步骤和合成步骤。因此，可以使用其中集成有冷凝器和合成反应器的单一压力容器。

在通过中低压蒸汽预热原料氨之前，可以通过低压蒸汽预热原料氨。

根据本发明，因为使用蒸汽作为热源，所以与使用蒸汽冷凝液的情况相比，总传热系数变得更高。另外，因为与中压蒸汽冷凝液相比，中低压蒸汽的压力更低，所以设备和管道的设计压力可以设置得更低，并且可以降低设备成本。此外，与中压蒸汽冷凝液相比，中低压蒸汽易于分配到诸如中压分解步骤、氨预热步骤和高压分解步骤之类的多个步骤进行加热。换言之，关于热量分配，设计和操作的灵活性高。

[工艺实施例]

以下将参照附图详细地描述本发明，但是本发明不限于此。

图1示意性地示出了在尿素制备工艺的一个实例中的中低压蒸汽的制备和使用的一个实施方案。在附图中，分别地，“MP STM”意指中压蒸汽；“MLP STM”意指中低压蒸汽；“LPSTM”意指低压蒸汽；“MP SC”意指中压蒸汽冷凝液；“MLP SC”意指中低压蒸汽冷凝液；以及“LP SC(图2中所示)”意指低压蒸汽冷凝液。

将中压蒸汽经由管线1和2供应至高压分解器的使用中压蒸汽进行加热的加热部A1。此中压蒸汽在加热部A1中用作热源，并且冷凝而变成中压蒸汽冷凝液(管线3)。将此中压蒸汽冷凝液供应至第一中低压蒸汽发生器F。第一中低压蒸汽发生器F一般设置有减压阀，并且此外还可以设置有气液分离器(容器)。在第一中低压蒸汽发生器F中，中压蒸汽冷凝液压力降低，并且产生中低压蒸汽。在此时，可以产生液相(中低压蒸汽冷凝液)。在图1所示的实施方案中，从管线4取出中低压蒸汽，并且从管线9取出中低压蒸汽冷凝液。

将中低压蒸汽分别经由管线5、6、7和8供应至高压分解器的使用中低压蒸汽进行加热的加热部A2、中压分解器的使用中低压蒸汽进行加热的加热部C2、使用中低压蒸汽进行加热的氨预热器E以及消耗中低压蒸汽的其他设备D2，并且用作热源。

管线9的中低压蒸汽冷凝液例如通过减压阀减压，并且产生低压蒸汽和低压蒸汽冷凝液。这些通过气液分离器进行分离。此低压蒸汽冷凝液通过冷凝器B进行加热(换言之，用于回收冷凝的热量)，并且变成低压蒸汽。图1中未示出减压阀和气液分离器。应理解，在图1中，在表示冷凝器B的框中包括减压阀和气液分离器。

将低压蒸汽经由管线10从冷凝器B取出，分别经由管线11和12供应至中压分解器的使用低压蒸汽进行加热的加热部C1和消耗低压蒸汽的其他设备D1，并且用作热源。还将来自管线10的低压蒸汽经由管线13供应至第二中低压蒸汽发生器(喷射器)G。

喷射器G通过来自管线14的中压蒸汽进行驱动，并且对低压蒸汽(管线13)进行加压以产生中低压蒸汽(管线15)。将来自管线15的中低压蒸汽与来自管线4的中低压蒸汽混合。

图2是示意性示出尿素制备方法的一个实例的工艺流程图。将通过泵(未示出)适当加压的原料氨经由管线101、102和103供应至合成反应器H。将原料二氧化碳经由管线104和105供应至合成反应器H。原料氨可以在氨预热器E中通过与中低压蒸汽的热交换来加热，之后可以用作用于喷射器I的驱动流体。将尿素合成溶液经由管线110从合成反应器H送至高压分解器A。

在高压分解器A中，将尿素合成溶液在使用中压蒸汽进行加热的加热部A1中加热，然后在使用中低压蒸汽进行加热的加热部A2中加热。相对于工艺流体(尿素合成溶液)的流动方向，高压分解器A具有在上游侧的用于中压蒸汽和工艺流体之间的热交换的结构(加热部A1)和在下游侧的用于中低压蒸汽和工艺流体之间的热交换的结构(加热部A2)。将二氧化碳作为汽提气从管线106供应至高压分解器A的底部。

将高压分解出口气体经由管线112从高压分解器A供应至冷凝器B。另外，将已经从中分离了高压分解出口气体的尿素合成溶液在流过管线111之后通过减压阀J减压，并且经由112供应至中压分解器C。

供应至冷凝器B的高压分解出口气体被从管线120供应的吸收液(吸收介质)吸收，并且冷凝。将得到的冷凝液在流过管线121之后通过喷射器I进行加压，并且从管线103再循环至合成反应器H。将尚未冷凝的气体(冷凝器出口气体)从管线122取出，并且通过减压阀K减压。将低压蒸汽冷凝液作为冷却源供应至冷凝器B。通过冷凝器B的内部流体(工艺流体)加热低压蒸汽冷凝液以产生低压蒸汽。

将从管线112供应至中压分解器C的尿素合成溶液(其可以是气液两相流)在使用低压蒸汽进行加热的加热部C1中加热，然后在使用中低压蒸汽进行加热的加热部C2中加热。相对于工艺流体(尿素合成溶液)的流动方向，中压分解器C具有在上游侧的用于低压蒸汽和工艺流体之间的热交换的结构(加热部C1)和在下游侧的用于中低压蒸汽和工艺流体之间的热交换的结构(加热部C2)。

从管线132取出中压分解出口气体，并且从管线131取出已经从中分离了中压分解出口气体的尿素合成溶液。

可以将中压分解出口气体(管线132)与已经通过减压阀K减压的冷凝器出口气体(管线122)混合以得到气体混合物(管线133)。当在吸收介质中吸收和冷凝气体混合物并且同时冷却吸收介质(未示出)时，该气体混合物可以作为回收液回收。作为吸收介质，可以适当地使用在用于尿素制备的方法的领域中公知的吸收介质，比如水(其可以含有尿素、氨、二氧化碳和氨基甲酸铵)。

可以将以此方式回收的回收液适当地加压并且用作冷凝步骤中的吸收介质。另外，可以将已经从中分离了中压分解出口气体的尿素合成溶液(管线131)送至浓缩步骤(未示出)。可以从浓缩步骤得到产物尿素，或者在浓缩步骤之后经由造粒步骤得到粒状产物尿素。

附图标记清单

MP STM：中压蒸汽

MLP STM：中低压蒸汽

LP STM：低压蒸汽

MP SC：中压蒸汽冷凝液

MLP SC：中低压蒸汽冷凝液

LP SC：低压蒸汽冷凝液

A：高压分解器

A1：高压分解器的使用中压蒸汽进行加热的加热部

A2：高压分解器的使用中低压蒸汽进行加热的加热部

B：冷凝器

C：中压分解器

C1：中压分解器的使用低压蒸汽进行加热的加热部

C2：中压分解器的使用中低压蒸汽进行加热的加热部

D1：消耗低压蒸汽的其他设备

D2：消耗中低压蒸汽的其他设备

E：使用中低压蒸汽进行加热的氨预热器

F：第一中低压蒸汽发生器(降低中压蒸汽冷凝液的压力)

G：第二中低压蒸汽发生器(喷射器)

H：合成反应器

I：用于再循环的喷射器

Claims (18)

1.一种用于尿素制备的方法，所述方法包括：

合成步骤：由氨和二氧化碳合成尿素而生成尿素合成溶液；

高压分解步骤：通过使用压力为12-40巴的中压蒸汽作为热源来加热在所述合成步骤中生成的所述尿素合成溶液，使氨基甲酸铵分解，将含有氨和二氧化碳的气体混合物与所述尿素合成溶液分离，以及得到中压蒸汽冷凝液；

冷凝步骤：在吸收介质中吸收并且冷凝在所述高压分解步骤中得到的所述气体混合物中的至少一部分，以及使用在冷凝期间产生的热量产生低压蒸汽；

第一中低压力蒸汽产生步骤：通过将在所述高压分解步骤中得到的所述中压蒸汽冷凝液的压力降低至低于所述中压蒸汽的压力并且高于所述低压蒸汽的压力的中低压力，产生中低压力蒸汽和中低压力蒸汽冷凝液；以及

氨预热步骤和操作压力为3-130巴的中压分解步骤之一或两者，其中

在所述中压分解步骤中，通过在低于所述高压分解步骤中的压力的压力下使用在所述第一中低压蒸汽产生步骤中产生的所述中低压蒸汽中的至少一部分作为热源来加热所述尿素合成溶液，所述尿素合成溶液已经在所述高压分解步骤中处理过，使氨基甲酸铵分解，并且将含有氨和二氧化碳的气体混合物与所述尿素合成溶液分离；并且

在所述氨预热步骤中，使用在所述第一中低压蒸汽产生步骤中产生的所述中低压蒸汽中的至少一部分作为热源来加热要供应至所述合成步骤的氨。

2.根据权利要求1所述的用于尿素制备的方法，其中，在所述高压分解步骤中，在使用中压蒸汽作为热源来加热在所述合成步骤中生成的所述尿素合成溶液之后，使用在所述第一中低压蒸汽产生步骤中产生的所述中低压蒸汽中的至少一部分作为热源来加热所述尿素合成溶液。

3.根据权利要求1所述的用于尿素制备的方法，其中，在所述中压分解步骤和所述氨预热步骤之一或两者中，使用通过在所述第一中低压蒸汽产生步骤中产生的所述中低压蒸汽的冷凝而形成的第二中低压蒸汽冷凝液和在所述第一中低压蒸汽产生步骤中产生的所述中低压蒸汽冷凝液之一或两者中的至少一部分作为热源。

4.根据权利要求1所述的用于尿素制备的方法，所述方法包括第二中低压蒸汽产生步骤：产生压力低于所述中压蒸汽的压力并且高于所述低压蒸汽的压力的中低压蒸汽；其中

所述第二中低压蒸汽产生步骤包括以下之一或两者：

通过使用所述中压蒸汽作为驱动流体的喷射器对所述低压蒸汽进行加压，以及

通过使用高压蒸汽作为驱动流体的喷射器对所述低压蒸汽进行加压。

5.根据权利要求4所述的用于尿素制备的方法，其中，在所述中压分解步骤和所述氨预热步骤之一或两者中，使用在所述第二中低压蒸汽产生步骤中产生的所述中低压蒸汽中的至少一部分作为热源。

6.根据权利要求4所述的用于尿素制备的方法，其中，在所述高压分解步骤中，在使用中压蒸汽作为热源来加热在所述合成步骤中生成的所述尿素合成溶液之后，使用在所述第二中低压蒸汽产生步骤中产生的所述中低压蒸汽中的至少一部分作为热源来加热所述尿素合成溶液。

7.根据权利要求4所述的用于尿素制备的方法，其中，在所述中压分解步骤和所述氨预热步骤之一或两者中，使用通过在所述第二中低压蒸汽产生步骤中产生的所述中低压蒸汽的冷凝而形成的中低压蒸汽冷凝液中的至少一部分作为热源。

8.根据权利要求1所述的用于尿素制备的方法，其中，在同一压力容器中进行所述合成步骤和所述冷凝步骤。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的用于尿素制备的方法，所述方法包括所述中压分解步骤。

10.一种用于尿素制备的装置，所述装置包括：

合成反应器，所述合成反应器被配置成：由氨和二氧化碳合成尿素而生成尿素合成溶液；

高压分解器，所述高压分解器被配置成：通过使用压力为12-40巴的中压蒸汽作为热源来加热由所述合成反应器生成的所述尿素合成溶液，使氨基甲酸铵分解，将含有氨和二氧化碳的气体混合物与所述尿素合成溶液分离，以及得到中压蒸汽冷凝液；

冷凝器，所述冷凝器被配置成：在吸收介质中吸收并且冷凝由所述高压分解器得到的所述气体混合物中的至少一部分，以及使用在冷凝期间产生的热量产生低压蒸汽；

第一中低压蒸汽发生器，所述第一中低压蒸汽发生器被配置成：通过将由所述高压分解器得到的所述中压蒸汽冷凝液的压力降低至低于所述中压蒸汽的压力并且高于所述低压蒸汽的压力的中低压力，产生中低压力蒸汽和中低压力蒸汽冷凝液；以及

氨预热器和其中操作压力为3-130巴的中压分解器之一或两者，其中

所述中压分解器被配置成：通过在低于所述高压分解器中的压力的压力下使用由所述第一中低压蒸汽发生器产生的所述中低压蒸汽中的至少一部分作为热源来加热所述尿素合成溶液，所述尿素合成溶液已经由所述高压分解器处理过，使氨基甲酸铵分解，并且将含有氨和二氧化碳的气体混合物与所述尿素合成溶液分离；并且

所述氨预热器被配置成：使用由所述第一中低压蒸汽发生器产生的所述中低压蒸汽中的至少一部分作为热源来加热要供应至所述合成反应器的氨。

11.根据权利要求10所述的用于尿素制备的装置，其中所述高压分解器被配置成：在使用中压蒸汽作为热源来加热由所述合成反应器生成的所述尿素合成溶液之后，使用由所述第一中低压蒸汽发生器产生的所述中低压蒸汽中的至少一部分作为热源来加热所述尿素合成溶液。

12.根据权利要求10所述的用于尿素制备的装置，其中所述中压分解器和所述氨预热器之一或两者被配置成：使用通过由所述第一中低压蒸汽发生器产生的所述中低压蒸汽的冷凝而形成的第二中低压蒸汽冷凝液和由所述第一中低压蒸汽发生器产生的所述中低压蒸汽冷凝液之一或两者中的至少一部分作为热源。

13.根据权利要求10所述的用于尿素制备的装置，所述装置包括第二中低压蒸汽发生器，所述第二中低压蒸汽发生器被配置成：产生压力低于所述中压蒸汽的压力并且高于所述低压蒸汽的压力的中低压蒸汽；其中

所述第二中低压蒸汽发生器包括以下之一或两者：

用于使用所述中压蒸汽作为驱动流体对所述低压蒸汽进行加压的喷射器，以及

用于使用高压蒸汽作为驱动流体对所述低压蒸汽进行加压的喷射器。

14.根据权利要求13所述的用于尿素制备的装置，其中，所述中压分解器和所述氨预热器之一或两者被配置成：使用由所述第二中低压蒸汽发生器产生的所述中低压蒸汽中的至少一部分作为热源。

15.根据权利要求13所述的用于尿素制备的装置，其中所述高压分解器被配置成：在使用中压蒸汽作为热源来加热由所述合成反应器生成的所述尿素合成溶液之后，使用由所述第二中低压蒸汽发生器产生的所述中低压蒸汽中的至少一部分作为热源来加热所述尿素合成溶液。

16.根据权利要求13所述的用于尿素制备的装置，其中所述中压分解器和所述氨预热器之一或两者被配置成：使用通过由所述第二中低压蒸汽发生器产生的所述中低压蒸汽的冷凝而形成的中低压蒸汽冷凝液中的至少一部分作为热源。

17.根据权利要求10所述的用于尿素制备的装置，所述装置包括其中集成有所述合成反应器和所述冷凝器的同一压力容器。

18.根据权利要求10至17中任一项所述的用于尿素制备的装置，所述装置包括所述中压分解器。

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