CN114072377B - 尿素溶液的制备以及用于制备尿素溶液的设施 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于使用从尿素生产过程回收的水流来生产具有目标尿素浓度的尿素溶液的方法。从尿素生产过程回收的水流中的至少一部分仅部分地纯化以制备尿素溶液。本发明还涉及实施用于生产具有目标尿素浓度的尿素溶液的方法的过程冷凝液处理装置，以及包括这样的过程冷凝液处理装置的尿素生产装置。

Description

尿素溶液的制备以及用于制备尿素溶液的设施
技术领域
本发明涉及一种用于制备尿素溶液的方法，更具体地涉及一种用于制备具有目标尿素浓度的尿素溶液的方法。本发明还涉及用于实施这样的方法的设施。
背景技术
在尿素生产过程期间，NH3和CO2反应成尿素和水的粗制混合物。形成反应包括首先形成氨基甲酸盐，其在第二步中转化为尿素和水。这两个步骤在理论上可以由以下式(I)和(II)表示：
Figure BDA0003442041160000011
Figure BDA0003442041160000012
通常，将以该过程形成的此粗制尿素混合物分离为尿素水溶液和过程冷凝液。通常，过程冷凝液被未反应的原料即NH3和CO2以及甚至少量的尿素污染，并且这有利于包含少得多的未反应原料的尿素水溶液。将粗制尿素混合物分离为过程冷凝液和尿素水溶液一般可以被视为纯化步骤。可以将纯化步骤重复超过一次，每一次都形成冷凝液。通常，根据环境顾虑，这些过程冷凝液不能这样排放，并且首先需要纯化。
在可以将过程冷凝液中的水再用于其他装置或排出至环境之前，NH3、CO2和尿素的量需要减少，或者甚至从过程冷凝液完全移除。然而，此“纯化过程”需要大量能量；通常添加水蒸气以将挥发性污染物从水/过程冷凝液解吸并且将仍存在于水/过程冷凝液中的尿素水解。因此，需要更能量高效的尿素生产方法和/或纯化方法。
此外，这些纯化步骤可能是尿素生产和尿素生产装置中的瓶颈，这限制了尿素生产过程的灵活性。
可以将在粗制尿素混合物分离为过程冷凝液和尿素水溶液之后得到的尿素水溶液进一步浓缩、粒化/造粒或通过其他手段转化为固体粒子，和/或稀释成具有目标尿素浓度的尿素溶液。“目标尿素浓度”可以表示可以针对特定使用的预定尿素浓度。具有目标尿素浓度的尿素溶液用于NOx移除过程，比如选择性催化还原(SRC)，例如用于从如来自卡车的柴油发动机的废气中移除NOx。此处，NOx被还原为环境损害较低的氮化合物，特别地被还原为N2；由此消耗尿素。这样的溶液的一个典型实例是在柴油废气中添加的
Figure BDA0003442041160000021
或柴油废气处理液(Diesel Exhaust Fluid，DEF)。/>
Figure BDA0003442041160000022
或柴油废气处理液(DEF)是一种尿素水溶液，其包含30.0重量％至35.0重量％的尿素和65.0重量％至70.0重量％的水，特别地32.5重量％的尿素和67.5重量％的水。备选地，这样的溶液可以包含50.0重量％至52.0重量％的尿素。通常，这样的尿素溶液不允许多种污染物，由此限制了可以用于制备尿素溶液的水源。特别地，与尿素溶液的总重量相比，这样的尿素溶液的NH3含量为至多0.2重量％。
本发明的目的之一是克服或改善市场上存在的前述缺点中的一个或多个，或者满足市场上存在的任何需求。特别地，本发明还提供了一种能量高效的生产尿素溶液的方法。特别地，本发明还在尿素生产过程和/或生产装置中提供了更多灵活性。
发明内容
本发明人现在已经出人意料地发现，这些目的中的一个或多个可以通过使用至少一些量的在尿素反应过程的下游纯化过程中产生的被部分纯化的水稀释由尿素反应过程得到的尿素溶液来实现。
更特别地，已经发现，使用离开第一解吸塔的第一被部分纯化的流中的至少一部分来稀释在粗制尿素混合物分离之后得到的第一尿素水溶液和/或经浓缩的第二尿素水溶液而提供了更高效的尿素生产过程，特别地更能量高效的尿素生产过程。
在第一方面，本发明提供了一种用于提供具有目标浓度尿素的目标含水尿素组合物的方法，所述方法包括以下步骤：
a)使CO2和NH3在合成工段中反应形成粗制尿素混合物；
b)使用分离工段将所述粗制尿素混合物分离为第一尿素水溶液和过程冷凝液；
c)使所述过程冷凝液通过第一解吸塔以提供第一被部分纯化的流；
d)使所述第一被部分纯化的流中的至少一部分通过水解装置以提供第二被部分纯化的流；
e)使所述第二被部分纯化的流通过第二解吸塔以提供纯化水流；
f)任选地，将所述第一尿素水溶液在预蒸发器中浓缩以提供经浓缩的第二尿素水溶液；
g)将所述第一尿素水溶液和/或所述第二经浓缩的尿素水溶液与所述第一被部分纯化的流中的至少一部分和所述纯化水流中的至少一部分以提供具有所述目标浓度尿素的目标含水尿素组合物的比率混合。
在一些实施方案中，所述目标含水尿素组合物至少具有第一污染物的上限值，所述第一污染物被包含在所述第一被部分纯化的流中；并且，其中在步骤g)中，所使用的所述第一被部分纯化的流的量使得在所述目标含水尿素组合物中，所述第一污染物达到所述限值的至少10％到至多100％。
在一些实施方案中，所述第一污染物是氨。
在一些实施方案中，与所述目标含水尿素组合物的总重量相比，所述第一污染物的上限值为0.20重量％。
在一些实施方案中，所述方法还包括以下步骤：确定所述第一被部分纯化的流中的所述第一污染物的浓度，并且将所述浓度用于确定步骤g)中的所述比率。
在一些实施方案中，所述方法还包括以下步骤：确定所述第一被部分纯化的流中的尿素浓度和/或所述第一污染物，并且将所述浓度用于确定步骤g)中的所述比率。
在一些实施方案中，所述方法还包括以下步骤：确定所述第一尿素水溶液和/或所述第二尿素水溶液中的尿素的浓度，并且将所述浓度用于确定步骤g)中的所述比率。
在一些实施方案中，所述第一解吸塔位于所述第二解吸塔之上。
在一些实施方案中，在冷凝器中进行步骤b)。
在一些实施方案中，所述合成工段可以包括尿素反应器、氨基甲酸盐冷凝器、NH3汽提器、CO2汽提器和/或氨基甲酸盐分解器。
在一些实施方案中，步骤g)中的所述第一被部分纯化的流相对于所述纯化水流的比率为至少0.5，特别地至少0.7，特别地至少1.0，特别地至少1.2，特别地至少1.3，特别地至少1.4；所述比率表示为重量比。
在一些实施方案中，步骤g)中的所述第一尿素水溶液或所述第二尿素溶液相对于所述第一被部分纯化的流和所述纯化水流的总和的比率为至少1.0，特别地至少1.2，特别地至少1.3，特别地至少1.4，特别地至少1.5，特别地至少1.6，所述比率表示为重量比。
在第二方面，本发明提供了一种过程冷凝液处理装置，所述过程冷凝液处理装置包括：
-第一解吸塔，所述第一解吸塔包括用于过程冷凝液的入口和用于第一被部分纯化的流的出口；
-水解装置，所述水解装置包括用于所述第一被部分纯化的流的入口和用于第二被部分纯化的流的出口；
-第二解吸塔，所述第二解吸塔包括用于所述第二被部分纯化的流的入口和用于纯化水流的出口；
其中所述过程冷凝液处理装置包括用于至少部分地使所述第一被部分纯化的流绕过所述水解装置和所述第二解吸塔的分接点。
在一些实施方案中，所述分接点设置在用于第一被部分纯化的流离开所述第一解吸塔的所述出口和用于第一被部分纯化的流进入所述水解装置的所述入口之间。
在第三方面，本发明提供了一种尿素生产装置，所述尿素生产装置包括根据本发明的第二方面的一个实施方案所述的过程冷凝液处理装置。
在具体实施方式和所附权利要求中公开了本发明的具体实施方案。在以下段落中，更详细地限定了本发明的不同方面。除非明确给出相反指示，否则如此限定的各方面可以与任何一个或多个其他方面组合。特别地，指明为特别的或有利的任何特征可以与指明为特别的或有利的任何其他特征组合。本发明的一个方面的(具体)实施方案也是本发明的所有其他方面的(具体)实施方案。
附图说明
图1提供了可以用于实施本发明的方法的一个实施方案的一种布局的示意性概览图。该布局包括根据本发明的过程冷凝液处理装置的一个实施方案。
图2描绘了根据本发明的过程冷凝液处理装置的一种实际实施方式和实施方案。
具体实施方式
当描述本发明时，除非上下文另外指明，否则所使用的术语应按照以下定义进行解释。
在本说明书全文中提及“一个实施方案(one embodiment)”或“一个实施方案(anembodiment)”意指关于该实施方案描述的特定的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在本说明书全文的各个位置处出现短语“在一个实施方案(oneembodiment)中”或“在一个实施方案(an embodiment)中”不必、但是可以都指相同的实施方案。此外，特定的特征、结构和特性可以在一个或多个实施方案中以任何合适的方式组合，根据本公开，这对本领域技术人员来说会是明显的。此外，尽管本文中描述的一些实施方案包括其他实施方案中所包括的一些特征，而不是其他特征，但是不同实施方案的各特征的组合旨在落入本发明的范围内，并且形成不同的实施方案，这是本领域技术人员会理解的。
如在本说明书中和所附权利要求中使用的，除非上下文另外明确指明，否则单数形式“一个(a)”、“一种(an)”和“所述(the)”包括复数指代物。举例来说，“一个流”意指一个流或多于一个流。
除非另外限定，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与本领域技术人员通常理解的含义相同的含义。本文中引用的所有出版物均通过引用结合于此。
在本申请全文中，术语“约”用来表示数值包括用于测定该数值的设备或方法的误差的标准偏差。
通过端点的数值范围的记载包括在该范围内包含的所有整数以及在适当的情况下分数(例如，1至5在指代例如要素的数量时可以包括1、2、3、4，而在指代例如测量结果时也可以包括1.5、2、2.75和3.80)。端点的记载还包括端点值本身(例如从1.0到5.0包括1.0和5.0二者)。本文中记载的任何数值范围旨在包括其中包含的所有子范围。
本发明人现在已经出人意料地发现，这些目的中的一个或多个可以通过用至少一些量的在尿素反应过程的下游纯化过程中产生的被部分纯化的水稀释由尿素反应过程得到的尿素溶液来实现。
更特别地，已经发现，使用离开第一解吸塔的第一被部分纯化的流中的至少一部分来稀释在粗制尿素混合物分离之后得到的第一尿素水溶液和/或经浓缩的第二尿素水溶液提供了更高效的尿素生产过程，特别地更能量高效的尿素生产过程。
在第一方面，本发明提供了一种用于提供具有目标浓度尿素的目标含水尿素组合物的方法，所述方法包括以下步骤：
a)使CO2和NH3在合成工段中反应形成粗制尿素混合物；
b)使用分离工段将所述粗制尿素混合物分离为第一尿素水溶液和过程冷凝液；
c)使所述过程冷凝液通过第一解吸塔以提供第一被部分纯化的流；
d)使所述第一被部分纯化的流中的至少一部分通过水解装置以提供第二被部分纯化的流；
e)使所述第二被部分纯化的流通过第二解吸塔以提供纯化水流；
f)任选地，将所述第一尿素水溶液在预蒸发器中浓缩以提供经浓缩的第二尿素水溶液；
g)将所述第一尿素水溶液和/或所述经浓缩的第二尿素水溶液与所述第一被部分纯化的流中的至少一部分和所述纯化水流中的至少一部分以提供具有所述目标浓度尿素的目标含水尿素组合物的比率混合。
这样的方法在需要液体尿素溶液代替干燥或粒化形式的尿素时尤其有利。“具有目标尿素浓度的目标含水尿素组合物”可以表示具有预定尿素浓度的尿素溶液，所述浓度可以针对特定使用。这样的溶液的一个典型实例被称为在柴油废气中添加的
Figure BDA0003442041160000061
或柴油废气处理液(DEF)。/>
Figure BDA0003442041160000062
或柴油废气处理液(DEF)是一种尿素水溶液，其包含30.0重量％至35.0重量％的尿素和65.0重量％至70.0重量％的净水，特别地32.5重量％的尿素和67.5重量％的净水。备选地，这样的溶液可以包含50.0重量％至52.0重量％的尿素。所述方法从尿素组合物移除至少一部分未反应原料，或污染物比如CO2和NH3。因为在步骤g)中使用至少一些被部分纯化的流来制备目标含水尿素组合物，所以所使用的第一被部分纯化的流的那一部分不需要通过水解装置，由此降低了需要加入到水解装置(例如以中压水蒸气的形式加入)的所需能量的量。
此外，第一被部分纯化的流的所述部分部转化为第二被部分纯化的流，因此较少的第二被部分纯化的流需要通过第二解吸塔，由此降低了第二解吸塔所需的能量(例如，低压水蒸气的形式)的量。因此，在步骤g)中使用的第一被部分纯化的流越多，能量节约越多。所述方法进一步减少了通过水解装置和第二解吸塔的流量，由此产生了未使用的容量，这允许在尿素生产过程中的更多灵活性。这还可以导致在某一生产装置中生产更高量的尿素，因为至少部分地缓解了可能的由水解装置和第二解吸塔形成的瓶颈。
如本文中使用的术语“粗制尿素混合物”是指在尿素形成反应和/或氨基甲酸盐分解反应之后得到的尿素混合物。其是尿素((NH2)2CO)在水中的溶液，并且其可能包含污染物，比如二氧化碳(CO2)、氨(NH3)、缩二脲(H2N-C＝O-NH-(C＝O)-NH2)和任选的氨基甲酸铵(H4N+-O-(C＝O)-NH2)，在此也被称为“氨基甲酸盐”。在一些情况下，粗制尿素混合物尚未进行纯化步骤。
在具体实施方案中，与粗制尿素混合物的总重量相比，粗制尿素混合物包含至少10.0重量％的尿素，特别地至少15.0重量％的尿素，更特别地至少20.0重量％的尿素，甚至更特别地至少24.0重量％的尿素。
在具体实施方案中，与粗制尿素混合物的总重量相比，粗制尿素混合物包含至多55.0重量％的尿素，特别地至多40.0重量％的尿素，更特别地至多35.0重量％的尿素，甚至更特别地至多32.0重量％的尿素。
在具体实施方案中，与粗制尿素混合物的总重量相比，粗制尿素混合物包含至少10.0重量％到至多55.0重量％的尿素，特别地至少15.0重量％到至多40.0重量％的尿素，更特别地至少20.0重量％到至多35.0重量％的尿素，甚至更特别地至少24.0重量％到至多32.0重量％的尿素。
在一些实施方案中，与粗制尿素混合物的总重量相比，粗制尿素混合物可以包含至少5.0重量％的尿素，特别地至少7.5重量％的尿素，更特别地至少10.0重量％的尿素。
在一些实施方案中，与粗制尿素混合物的总重量相比，粗制尿素混合物可以包含至少5.0重量％的CO2，特别地至少7.5重量％的CO2，更特别地至少10.0重量％的CO2。
如本文中使用的术语“过程冷凝液”是指与粗制尿素混合物相比包含更高量的尿素的水溶液。在具体实施方案中，与粗制尿素混合物的总重量相比，过程冷凝液包含至少50.0重量％的尿素，特别地至少55.0重量％的尿素，更特别地至少60.0重量％的尿素，甚至更特别地至少65.0重量％的尿素。特别地，过程冷凝液与粗制尿素混合物相比包含更少的尿素。特别地，过程冷凝液包含低于5.0重量％的尿素，特别地低于4.0重量％的尿素，更特别地低于3.0重量％的尿素，甚至更特别地低于2.0重量％的尿素，还甚至更特别地低于1.0重量％的尿素，所述重量％表示为与过程冷凝液的总重量相比较。在一些实施方案中，过程冷凝液与第一尿素水溶液相比可以包含更高浓度的CO2，特别地为至少5倍，更特别地为至少7倍，甚至更特别地为至少10倍，还更特别地为至少15倍，仍更特别地为至少20倍。过程冷凝液可以包含至少1.0重量％的CO2，特别地至少2.0重量％的CO2，更特别地至少4.0重量％的CO2，甚至更特别地至少6.0重量％的CO2，还甚至更特别地至少8.0重量％的CO2，所述重量％表示为与过程冷凝液的总重量相比较。
在一些实施方案中，过程冷凝液与第一尿素水溶液相比可以包含更高浓度的NH3，特别地为至少2倍，更特别地为至少4倍，甚至更特别地为至少6倍，还更特别地为至少7倍，仍更特别地为至少8倍。过程冷凝液可以包含至少2.0重量％的NH3，特别地至少4.0重量％的NH3，更特别地至少5.0重量％的NH3，甚至更特别地至少6.0重量％的NH3，还甚至更特别地至少8.0重量％的NH3，所述重量％表示为与过程冷凝液的总重量相比较。
如本文中使用的术语“解吸塔”是指用于移除含水组合物比如过程冷凝液和/或第二被部分纯化的流中的至少一部分CO2的塔。在一些实施方案中，向解吸塔中加入将水蒸气，特别是低压(LP)水蒸气，一般为至少3.0barg到至多10.0barg、特别地至少4.0barg到至多8.0barg、更特别地至少5.0barg到至多6.5barg的水蒸气，一般在饱和温度，如160至170℃。在一些实施方案中，一个或多个解吸塔消耗约7至14t/h的LP水蒸气。特别地，水蒸气和含水组合物在解吸塔中逆流接触。特别地，解吸塔中的压力为至少1.0barg到至多5.0barg，特别地至少1.5barg到至多4.0barg，更特别地至少2.0barg到至多3.0barg。在一些实施方案中，底部液体出口中的温度为约146℃，而顶部出口中的蒸气的温度为约116℃。
如本文中使用的术语“第一被部分纯化的流”是指来源于过程冷凝液的含水流，其与过程冷凝液相比，一般包含更低量的NH3和/或更低量的CO2。特别地，与过程冷凝液相比，第一被部分纯化的流中的NH3的量降低到至多5分之一，更特别地至多7分之一，甚至更特别地至多10分之一，还甚至更特别地至多13分之一，并且仍更特别地至多15分之一。通常，第一被部分纯化的流包含至多2.0重量％的NH3，特别地至多1.5重量％的NH3，更特别地至多1.0重量％的NH3，甚至更特别地至多0.7重量％的NH3，还甚至更特别地至多0.5重量％的NH3，所述重量％表示为与第一被部分纯化的流的总重量相比较。
特别地，与过程冷凝液相比，第一被部分纯化的流中的CO2的量降低到至多10分之一，更特别地至多30分之一，甚至更特别地至多50分之一，还甚至更特别地至多75分之一，并且仍更特别地至多90分之一。通常，第一被部分纯化的流包含至多1.0重量％的CO2，特别地至多0.5重量％的CO2，更特别地至多0.2重量％的NH3，甚至更特别地至多0.1重量％的CO2，还甚至更特别地至多0.5重量％的CO2，所述重量％表示为与第一被部分纯化的流的总重量相比较。
如本文中使用的术语“第二被部分纯化的流”是指来源于第一被部分纯化的流的含水流，其与第一被部分纯化的流相比，一般包含更低量的NH3和/或更低量的CO2。特别地，与第一被部分纯化的流相比，第二被部分纯化的流中的NH3的量降低到至多1.1分之一，更特别地至多1.2分之一，并且甚至更特别地至多1.3分之一。通常，第二被部分纯化的流包含至多1.0重量％的NH3，特别地至多0.8重量％的NH3，更特别地至多0.6重量％的NH3，甚至更特别地至多0.5重量％的NH3，还甚至更特别地至多0.4重量％的NH3，所述重量％表示为与第二被部分纯化的流的总重量相比较。
如本文中使用的术语“纯化水流”是指来源于第二被部分纯化的流的含水流，其与第二被部分纯化的流相比，一般包含更低量的NH3和/或更低量的CO2。特别地，纯化水流包含0.0重量％的CO2和0.0重量％的NH3；所述重量％表示为与纯化水流的总重量相比较。
如本文中使用的术语“水解装置”是指这样的设备：存在于含水流中的尿素在该设备中被水解，即被转化为NH3和CO2。
在一些实施方案中，向水解装置中加入水蒸气，特别是中压(MP)水蒸气，一般为至少10.0barg到至多27.0barg、特别地至少15.0barg到至多25.0barg、更特别地至少18.0barg到至多21barg的水蒸气，一般在饱和温度，如210至217℃。特别地，水蒸气和含水流在水解装置中逆流接触。在具体实施方案中，水解装置消耗2.5至3.5t/h的MP水蒸气。在具体实施方案中，在水解装置的顶部区域向水解装置提供至少一部分的第一被部分的流。在具体实施方案中，在水解装置的底部区域提供中压水蒸气。
在一些实施方案中，将第一尿素水溶液在预蒸发器中浓缩以提供经浓缩的第二尿素水溶液。在一些实施方案中，预蒸发器是一种蒸发器，然而，前缀“预”可以是指该蒸发器的位置，其相当于预蒸发器在用于生产干燥形式的尿素的布局中的位置。
在一些实施方案中，第一尿素水溶液可以包含至少40.0重量％的尿素，特别地至少45.0重量％的尿素，更特别地至少55.0重量％的尿素，甚至更特别地至少60.0重量％的尿素，还甚至更特别地至少65.0重量％的尿素，所述重量％表示为与第一尿素水溶液的总重量相比较。
如本文中使用的术语“经浓缩的第二尿素水溶液”是指与第一尿素水溶液相比具有更高浓度的尿素的含水尿素组合物。特别地，经浓缩的第二尿素水溶液中的尿素的浓度为第二被部分纯化的流中的尿素的浓度的至少1.05倍，更特别地至少1.10倍，甚至更特别地至少1.15倍，还更特别地至少1.17倍。
在一些实施方案中，经浓缩的第二尿素水溶液可以包含至少60.0重量％的尿素，特别地至少65.0重量％的尿素，更特别地至少70.0重量％的尿素，甚至更特别地至少75.0重量％的尿素，还甚至更特别地至少80.0重量％的尿素，所述重量％表示为与经浓缩的第二尿素水溶液的总重量相比较。
在一些实施方案中，经浓缩的第二尿素水溶液中的NH3的浓度为第一尿素水溶液中的NH3的浓度的之多5分之一，更特别地之多7分之一，甚至更特别地之多10分之一，还甚至更特别地之多13分之一，并且仍更特别地之多15分之一。通常，经浓缩的第二尿素水溶液包含至多0.20重量％的NH3，特别地至多0.17重量％的NH3，更特别地至多0.15重量％的NH3，甚至更特别地至多0.13重量％的NH3，还甚至更特别地至多0.10重量％的NH3，所述重量％表示为与经浓缩的第二尿素水溶液的总重量相比较。
在一些实施方案中，所述目标含水尿素组合物至少具有第一污染物的上限值，所述第一污染物被包含在所述第一被部分纯化的流中；并且
其中在步骤g)中，所使用的第一被部分纯化的流的量使得在所述目标含水尿素组合物中，所述第一污染物达到所述限值的至少10％到至多100％。在一些实施方案中，所述第一污染物也可以被包含在所述第一尿素水溶液和/或所述经浓缩的第二尿素水溶液中。
在一些实施方案中，所述第一污染物的限值表示为与所述目标含水尿素组合物的总重量相比较的重量％。
在一些实施方案中，所述第一污染物是氨(NH3)。
在一些实施方案中，与所述目标含水尿素组合物的总重量相比，所述第一污染物的上限值为0.20重量％。这样的上限值导致尿素组合物可以用于废气如柴油废气中的选择性催化还原(SRC)。
在一些实施方案中，所述方法还包括以下步骤：确定所述第一被部分纯化的流中的所述第一污染物的浓度，并且将所述浓度用于确定步骤g)中的所述比率。所确定的第一污染物的浓度可以用于优化用来形成目标含水尿素组合物的第一被部分纯化的流的量并且使纯化水流的量最小化。第一被部分纯化的流越多，节约的能量越多，因为需要向水解装置中加入更少的中压水蒸气，并且需要向第二解吸塔中加入更少的低压水蒸气。这还可以加速尿素生产过程，因为水解装置中的反应是典型的瓶颈。
在一些实施方案中，第一污染物的浓度得自测量pH、电导率和/或第一污染物专用测量方法。在一些实施方案中，通过适合于这样的浓度测定的测量设备所测定的第一污染物的浓度用于控制步骤g)中的第一被部分纯化的流的流量，特别地通过控制在分接点下游的阀门进行控制。在一些实施方案中，可以使用诸如离子选择性电极之类的测量设备。
在一些实施方案中，所述方法还包括以下步骤：确定所述第一被部分纯化的流中的尿素浓度和/或所述第一污染物，并且将所述浓度用于确定步骤g)中的所述比率。相关浓度的这种确定可以允许能够基于第一被部分纯化的流中的波动改变步骤g)中的比率的方法。
在一些实施方案中，所述方法还包括以下步骤：确定所述第一尿素水溶液和/或所述第二尿素水溶液中的尿素的浓度，并且将所述浓度用于确定步骤g)中的所述比率。
在一些实施方案中，所述方法包括以下步骤：确定所述第一尿素水溶液和/或所述第二尿素水溶液中的所述第一污染物的浓度，并且将所述浓度用于确定步骤g)中的所述比率。
相关浓度的这种确定可以允许能够基于第一尿素水溶液和/或第二尿素水溶液中的波动改变步骤g)中的比率的方法。
在一些实施方案中，所述方法包括以下步骤：将至少一部分所述第一被部分纯化的流与至少一部分所述纯化水流预混合以得到预混物，然后将所述预混物与所述第一尿素水溶液和/或所述第二经浓缩的尿素水溶液混合。
在一些实施方案中，在将所述预混物与所述第一尿素水溶液和/或所述第二经浓缩的尿素水溶液混合之前，确定所述预混物中的尿素浓度，将所述尿素浓度用于确定步骤g)中的比率。这可以是确定所述第一被部分纯化的流中的所述第一污染物的浓度的一种替代方案。
在一些实施方案中，在将所述预混物与所述第一尿素水溶液和/或所述第二经浓缩的尿素水溶液混合之前，确定所述预混物中的所述第一污染物的浓度，将所述第一污染物的浓度用于确定步骤g)中的比率。
在一些实施方案中，所述方法包括以下步骤：确定在步骤g)之后的所述目标尿素含水组合物中的尿素浓度和/或所述第一污染物，并且将此信息用于调整步骤g)中的所述比率。在一些实施方案中，至少每周、特别地至少每天进行所述方法步骤。
在一些实施方案中，可以认为第一被部分纯化的流中的第一污染物的浓度稳定至少一天，特别地至少三天，特别地至少一周，特别地至少一个月，特别地至少一年，特别地永远。
在一些实施方案中，可以认为第一尿素水溶液和/或第二经浓缩的尿素水溶液中的第一污染物的浓度稳定至少一天，特别地至少三天，特别地至少一周，特别地至少一个月，特别地至少一年，特别地永远。
在一些实施方案中，所述第一解吸塔位于所述第二解吸塔之上。
在一些实施方案中，将离开所述第二解吸塔的气体进料到所述第一解吸塔中。
在一些实施方案中，所述第一解吸塔和所述第二解吸塔共用相同的低压水蒸气入口，特别地位于第二解吸塔中的水蒸气入口。
在一些实施方案中，所述第一解吸塔和所述第二解吸塔是单个解吸塔中彼此分开的两个工段，使得蒸气可以从所述第一解吸塔行进到所述第二解吸塔，特别地，没有液体直接从所述第二解吸塔行进到所述第一解吸塔，而是首先通过所述水解装置。
在一些实施方案中，在冷凝器和/或闪蒸器中进行步骤b)。特别地，与第一尿素水溶液的总重量相比，生产包含约65.0至70.0重量％的尿素的第一尿素水溶液。
在一些实施方案中，所述合成工段可以包括尿素反应器、氨基甲酸盐冷凝器、NH3汽提器、CO2汽提器和/或氨基甲酸盐分解器。在一些实施方案中，所述合成工段可以形成其中气态反应物可以循环的反应回路。
在一些实施方案中，步骤g)中的所述第一被部分纯化的流相对于所述纯化水流的比率为至少0.5，特别地至少0.7，特别地至少1.0，特别地至少1.2，特别地至少1.3，特别地至少1.4；所述比率表示为重量比。
在一些实施方案中，步骤g)中的所述第一被部分纯化的流相对于所述纯化水流的比率为至少0.5到至多5.5，特别地至少0.7到至多5.0，特别地至少1.0到至多4.0，特别地至少1.2到至多3.0，特别地至少1.3到至多2.5，特别地至少1.4到至多2.0；所述比率表示为重量比。
在一些实施方案中，步骤g)中的所述第一尿素水溶液或所述第二尿素溶液相对于所述第一被部分纯化的流和所述纯化水流的总和的比率为至少1.0，特别地至少1.2，特别地至少1.3，特别地至少1.4，特别地至少1.5，特别地至少1.6，所述比率表示为重量比。
在一些实施方案中，步骤g)中的所述第一尿素水溶液或所述第二尿素溶液相对于所述第一被部分纯化的流和所述纯化水流的比率为至少1.0到至多5.5，特别地至少1.2到至多5.0，特别地至少1.3到至多4.0，特别地至少1.4到至多3.5，特别地至少1.5到至多3.0，特别地至少1.6到至多2.6；所述比率表示为重量比。
本发明还涉及一种过程冷凝液处理装置，所述过程冷凝液处理装置包括：
-第一解吸塔，所述第一解吸塔包括用于过程冷凝液的入口和用于第一被部分纯化的流的出口；
-水解装置，所述水解装置包括用于所述第一被部分纯化的流的入口和用于第二被部分纯化的流的出口；
-第二解吸塔，所述第二解吸塔包括用于所述第二被部分纯化的流的入口和用于纯化水流的出口。
特别地，本发明还涉及一种过程冷凝液处理装置，其中所述过程冷凝液处理装置包括用于至少部分地使所述第一被部分纯化的流绕过所述水解装置和所述第二解吸塔的分接点。
在一些实施方案中，所述分接点设置在用于第一被部分纯化的流离开所述第一解吸塔的所述出口和用于第一被部分纯化的流进入所述水解装置的所述入口之间。在一些实施方案中，所述过程冷凝液处理装置还包括用于将尿素溶液与绕道的第一被部分纯化的流和纯化水流混合的混合设备。
在一些实施方案中，所述过程冷凝液处理装置包括用于所述水解装置的旁路，特别地用于将至少一部分所述第一被部分纯化的流送到所述第二被部分纯化的流的旁路。
另外，本发明还提供了一种尿素生产装置，所述尿素生产装置包括根据本发明的一个实施方案的过程冷凝液处理装置。
通过参照以下实施例将会更容易理解本发明，以下实施例仅出于举例说明本发明的某些方面和实施方案的目的而被包括，并且不打算限制本发明。
实施例
实施例1
图1提供了可以用于实施本发明的一个实施方案的一种布局的示意性概览图。
在图1中，向合成工段3中提供CO21和NH32，应用形成粗制尿素混合物4的反应条件。将粗制尿素混合物4在属于分离工段23的冷凝器中分割为过程冷凝液6和第一尿素水溶液5，其典型组成参见表1。可以将分离工段23中的气态流出物20进料返回到合成工段3以用于进一步反应。
可以将第一尿素水溶液5在预蒸发器15中进一步浓缩以得到经浓缩的第二尿素水溶液14，其典型组成参见表1。
将过程冷凝液6进料到位于第二解吸塔8之上的第一解吸塔7中，使得来自第二解吸塔8的气态流出物被进料到第一解吸塔7的底部，但是没有液体可以直接从第一解吸塔7行进到第二解吸塔8。将低压水蒸气18进料到第二解吸塔8的底部。第一被部分纯化的流9、13离开第一解吸塔7的底部。存在于过程冷凝液6中的大部分CO2和NH3在第一解吸塔7中被移除，如表1中所示，并且作为气态流出物21经由第一解吸塔7的顶部离开，其可以被进料返回到合成工段3或分离工段23中。
第一被部分纯化的流9、13然后在分接点24分割。将第一被部分纯化的流的第一部分9进料到水解装置10中。将第一被部分纯化的流的第二部分13用于稀释第二经浓缩的尿素水溶液14。
在水解装置10中，在底部供应中压水蒸气以使第一被部分纯化的流9中的尿素分解为CO2和NH3。第二被部分纯化的流11在底部离开水解装置，并且被进料到第二解吸塔8的顶部中。在第二解吸塔8中，移除剩余的NH3和CO2，如表1中所示，并且纯化水流12在底部离开第二解吸塔8。
在混合器16中，将纯化水流12、第一被部分纯化的流的第二部分13和经浓缩的第二尿素水溶液14以表1中的实施例1所示的比率混合。
Figure BDA0003442041160000161
表1：流组成
实施例3
图2描绘了根据本发明的过程冷凝液处理装置的一种实际实施方式和实施方案。在第一解吸塔7的顶部提供过程冷凝液6b和回收的过程冷凝液6a。第一解吸塔7位于第二解吸塔8之上，使得来自第二解吸塔8的气态流出物被进料到第一解吸塔7的底部中。将低压水蒸气18进料到第二解吸塔8的底部中，但是没有液体可以直接从第一解吸塔7行进到第二解吸塔8。第一被部分纯化的流9、13离开第一解吸塔7的底部。存在于过程冷凝液6中的大部分CO2和NH3在第一解吸塔7中被移除，如表1中所示，并且作为气态流出物21经由第一解吸塔7的顶部离开。将气态流出物21进料到冷凝器(未示出)中以回收过程冷凝液6a。
第一被部分纯化的流9、13然后在分接点24分开。将第一被部分纯化的流的第一部分9进料到水解装置10中。将第一被部分纯化的流的第二部分13用于稀释第二经浓缩的尿素水溶液14，如表1中所示，所述第二经浓缩的尿素水溶液14可以在尿素生产过程中得到，特别地在(预)蒸发步骤之后得到，如使尿素溶液通过具有位于上方的分离器的加热器得到。
在水解装置10中，在底部供应中压水蒸气以使第一被部分纯化的流9中的尿素分解为CO2和NH3，如表1中所示。第二被部分纯化的流11在底部离开水解装置，并且被进料到第二解吸塔8的顶部中。将离开水解装置10的顶部的气态流出物25进料到第一解吸塔7的底部中。在第二解吸塔8中，移除剩余的NH3和CO2，参见表1，并且纯化水流12在底部离开第二解吸塔8。
分别通过换热器30、31和33冷却纯化水流12和第一被部分纯化的流的第二部分13，换热器30和33通过冷却水26冷却。可以将纯化水流12储存在槽29中，其中泵35可以将其送至混合设备16以生产目标含水尿素组合物17。
应理解，尽管已经关于提供根据本发明的实施方案讨论了具体的实施方案和/或材料，但是在不背离本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种改变或变化。
实施例4
本实施例提供了不同流和尿素浓度之间的关系。
假如：
-纯化水流12＝“A”(以t/h计表示)
-第一被部分纯化的流13＝“B”(以t/h计表示)
-第二经浓缩的尿素水溶液14的流量＝“C”(以t/h计表示)
-目标含水尿素组合物17的流量＝“D”(以t/h计表示)
-第二经浓缩的尿素水溶液14中的尿素的重量分数为“X”(一般为80重量％，因此为0.80的重量分数)
-目标尿素水溶液17中的尿素的重量分数为“Y”(一般为50重量％至52重量％，因此为0.52)
-“A”与“B”之间的比率(总数A+B中的“A”的分数)为“Z”(一般为0.40至0.60)
于是：
D＝C/X*Y(或者，当然：C＝D/Y*X)
A+B＝(C*X/Y)*(1-Y)-C*(1-X)
另外，A＝(A+B)*Z
因此，B＝(A+B)*(1-Z)
实施例5：
使用实施例4的等式，以下给出典型的实例：
如果D＝100t/h；
Y＝0.52；并且
X＝0.80
则C＝100/0.52*0.80＝65t/h
另外，A+B＝(65*0.80/0.52)*(1-0.52)-65*(1-0.80)＝35t/h
并且：
A＝35*0.4＝14t/h
B＝35*(1-0.4)＝21t/h
分析方法
为了分析不同流的组成，可以使用如用于检查水和废水的标准方法第20版(Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 20theditions)(Lenore S.Clesceri，Arnold E.Greenberg和Andrew D.Eaton编著)中所列的方法。
为了测定流中的尿素的量，可以使用几种选择，比如使用脲酶，即酶转化为NH3和随后的酸量滴定；HPLC，即标准的色谱检测；在与pDAB反应后的比色测定；等等。
为了测定流中的CO2的量，可以使用蒸馏到重晶石溶液中并且滴定。
为了测定流中的NH3的量，可以使用几种选择，如使用奈斯勒(Nessler)试剂、酸量滴定、蒸馏到硼酸中然后滴定、或离子色谱法。特别地，为了连续在线测量例如用于过程控制，离子选择性电极可以是最合适的。
如本文中使用的，NH3的量还包括溶解在流中的NH4 +的量。在本文中类似地，CO2的量还包括溶解在流中的H2CO3的量。

Claims (19)

1.一种用于提供具有目标浓度尿素的目标含水尿素组合物(17)的方法，所述方法包括以下步骤：
a)使CO2(1)和NH3(2)在合成工段(3)中反应形成粗制尿素混合物(4)；
b)使用分离工段(23)将所述粗制尿素混合物(4)分离为第一尿素水溶液(5)和过程冷凝液(6)；
c)使所述过程冷凝液(6)通过第一解吸塔(7)以提供第一被部分纯化的流(9、13)；
d)使所述第一被部分纯化的流(9)的至少一部分通过水解装置(10)以提供第二被部分纯化的流(11)；
e)使所述第二被部分纯化的流(11)通过第二解吸塔(8)以提供纯化水流(12)；
f)任选地，将所述第一尿素水溶液(5)在预蒸发器(15)中浓缩以提供经浓缩的第二尿素水溶液(14)；
g)将所述第一尿素水溶液(5)和/或所述第二经浓缩的尿素水溶液(14)与所述第一被部分纯化的流(13)的至少一部分和所述纯化水流(12)的至少一部分以提供具有所述目标浓度尿素的目标含水尿素组合物(17)的比率混合。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标含水尿素组合物(17)至少具有第一污染物的上限值，所述第一污染物被包含在所述第一被部分纯化的流(13)中；并且
其中在步骤g)中，所使用的第一被部分纯化的流(13)的量使得在所述目标含水尿素组合物(17)中，所述第一污染物达到所述限值的至少10％到至多100％。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一污染物是氨。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其中与所述目标含水尿素组合物(17)的总重量相比，所述第一污染物的上限值为0.20重量％。
5.根据权利要求2或3所述的方法，所述方法还包括以下步骤：确定所述第一被部分纯化的流(13)中的所述第一污染物的浓度，并且将所述浓度用于确定步骤g)中的所述比率。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：确定所述第一被部分纯化的流(13)中的尿素浓度和/或所述第一污染物，并且将所述浓度用于确定步骤g)中的所述比率。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：确定所述第一尿素水溶液(5)和/或所述第二尿素水溶液(14)中的尿素的浓度，并且将所述浓度用于确定步骤g)中的所述比率。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中将所述第一解吸塔(7)布置在所述第二解吸塔(8)之上。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中在冷凝器(23)中进行步骤b)。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述合成工段(3)可以包括尿素反应器、氨基甲酸盐冷凝器、NH3汽提器、CO2汽提器和/或氨基甲酸盐分解器。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中步骤g)中的所述第一被部分纯化的流(13)相对于所述纯化水流(12)的比率为至少0.5，所述比率表示为重量比。
12.根据权利要求11所述的方法，其中步骤g)中的所述第一被部分纯化的流(13)相对于所述纯化水流(12)的比率为至少1.0；所述比率表示为重量比。
13.根据权利要求12所述的方法，其中步骤g)中的所述第一被部分纯化的流(13)相对于所述纯化水流(12)的比率为至少1.3，所述比率表示为重量比。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中步骤g)中的所述第一尿素水溶液(5)或所述第二尿素溶液(14)相对于所述第一被部分纯化的流(13)和所述纯化水流(12)的总和的比率为至少1.0，所述比率表示为重量比。
15.根据权利要求14所述的方法，其中步骤g)中的所述第一尿素水溶液(5)或所述第二尿素溶液(14)相对于所述第一被部分纯化的流(13)和所述纯化水流(12)的总和的比率为至少1.3，所述比率表示为重量比。
16.根据权利要求15所述的方法，其中步骤g)中的所述第一尿素水溶液(5)或所述第二尿素溶液(14)相对于所述第一被部分纯化的流(13)和所述纯化水流(12)的总和的比率为至少1.5，所述比率表示为重量比。
17.一种过程冷凝液处理装置，所述过程冷凝液处理装置包括：
-第一解吸塔(7)，所述第一解吸塔(7)包括用于过程冷凝液(6)的入口和用于第一被部分纯化的流(9、13)出口的出口；
-水解装置(10)，所述水解装置(10)包括用于所述第一被部分纯化的流(9)的入口和用于第二被部分纯化的流(11)的出口；
-第二解吸塔(8)，所述第二解吸塔(8)包括用于所述第二被部分纯化的流(11)的入口和用于纯化水流(12)的出口；
其特征在于，所述过程冷凝液处理装置包括用于至少部分地使所述第一被部分纯化的流绕过所述水解装置(10)和所述第二解吸塔(7)的分接点(24)。
18.根据权利要求17所述的过程冷凝液处理装置，其中所述分接点(24)设置在用于第一被部分纯化的流(9、13)离开所述第一解吸塔(7)的所述出口和用于第一被部分纯化的流(9)进入所述水解装置(10)的所述入口之间。
19.一种尿素生产装置，所述尿素生产装置包括根据权利要求17或权利要求18所述的过程冷凝液处理装置。
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