CN1216041C - 尿素的生产方法和生产装置 - Google Patents

Abstract

在尿素生产方法中，将基本上纯的氨和二氧化碳在反应空间(19)中进行反应，产生进入汽提塔(21)的反应混合物，得到送到尿素回收段的部分纯化的混合物。从回收段得到一稀释的氨基甲酸盐溶液，该溶液进入汽提塔(22)，使至少部分蒸汽循环到反应空间(19)和/或循环到反应混合物的汽提塔(21)。该方法降低了能耗和实施费用，同时提高了转化率。

Description

尿素的生产方法和生产装置

发明领域

最广义地讲，本发明涉及尿素的生产方法。

具体地说，本发明涉及一种尿素的生产方法，包括下述步骤：

—使氨和二氧化碳在反应空间中进行反应，得到含有尿素、氨基甲酸盐和游离氨的水溶液的反应混合物，

—还利用作为反萃取剂的二氧化碳进料对所述混合物进行汽提处理，得到汽相中包括氨和二氧化碳的第一个流体和包括尿素和残留氨基甲酸盐水溶液的流体，

—使所述含有氨和二氧化碳汽相的第一个流体进行基本上全部地冷凝，得到第一部分氨基甲酸盐水溶液，

—将所述第一部分氨基甲酸盐水溶液循环到所述反应空间中，

—将含有尿素和残留氨基甲酸盐的水溶液的所述流体导入尿素回收段，

—在所述回收段从尿素中分离所述残留氨基甲酸盐得到第二部分氨基甲酸盐水溶液。

本发明还涉及实施上述方法的装置和根据所述方法使尿素生产装置现代化的方法。

众所周知，对于尿素生产来说，一方面，越来越需要具有更大生产能力和操作灵活性的装置，另一方面，越来越需要更少的投资和操作费用的装置。

背景技术

利用上述方法制备尿素是众所周知的，它是基于称作“二氧化碳汽提技术”在尿素装置中进行的。

这种装置的特征在于含有合成反应器或反应空间、汽提塔和氨基甲酸盐冷凝器作为主要组成的基本上等压的回路(loop)。

根据汽提技术，大多数没有转化的氨基甲酸铵分解并且大多数过量的氨在接近合成反应器的压力下被除去。

该分解和移除发生在安装在合成反应器下游的汽提塔中。尽管可以单独使用热汽提，但是更经常地是，将含有尿素、氨基甲酸盐和游离氨的水溶液的反应混合物导入汽提塔中，同时使用一种汽提气体，一般是二氧化碳，来分解氨基甲酸铵并从溶液中移除大多数二氧化碳和氨。

来自汽提塔的气流主要含有氨和二氧化碳，并且一般是导入在合成压力或接近合成压力下工作的氨基甲酸盐冷凝器中，得到能够返回合成反应器中的氨基甲酸铵溶液。

一种用于尿素生产厂的构型公开在WO 00/00466中，它是采用了二氧化碳的汽提方法，称作DSM二氧化碳汽提法。

该方法在附图1中进行了简要说明，来自汽提塔的蒸汽流全部在氨基甲酸盐的潜管冷凝器中冷凝，利用以液氨作为驱动液体的喷射器将离开氨基甲酸盐冷凝器的氨基甲酸盐水溶液循环到反应器中。

该方式中，可以将所有的等压循环设备，换句话说合成反应器、冷凝器和汽提塔都放在地平面(水平放置)，降低了投资费用，使建造、维修和操作该装置都更容易。

然而，根据上述方法，需要将绝大部分二氧化碳原料直接送入反应器以确保反应器的热平衡，而不是首先作为汽提气体送入汽提塔中。

这大大降低了汽提效率，使汽提的尿素溶液中含有更高残留量的未反应氨和二氧化碳要在尿素回收段进行处理，这造成更高的投资和操作成本。

为了减少上述缺点，有人提议，将冷凝器作为“冷凝器—反应器”，在冷凝器中生产大多数尿素，从而降低了为了确保热平衡而导入反应器中的二氧化碳的进料量。

然而，冷却器—反应器是一种技术上复杂难以制造和操作的设备，并且牵扯到比常规冷凝器更高的操作和维修费用。

此外，尽管根据WO 00/00466的方法，冷凝器中形成了大多数尿素(参见实施例)，提议采用冷凝器—反应器，但是绝大部分二氧化碳原料(大约21％)仍然要直接送入反应器中。

US5,936,122还描述了尿素生产厂的类似构型(Toyo工艺)，它提议，有可能将部分二氧化碳原料直接送入反应器中，同时在高压冷凝器—反应器中生产大部分尿素。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种尿素生产方法，该方法实现了高的转化产率，同时技术上简单易于实施，同时投资、维修和操作费用都较低。

根据本发明，该问题是通过上述类型的方法解决的，所述方法的特征在于还包括下述步骤：

—将所述尿素回收段中得到的所述第二部分氨基甲酸盐水溶液的至少一部分进行部分分解处理，得到含有氨和二氧化碳汽相的第二流体和含有残留氨基甲酸盐水溶液的流体，

—将含有氨和二氧化碳汽相的所述第二流体的至少一部分循环到所述反应空间中，和/或利用至少部分所述第二流体(含有氨和二氧化碳汽相)用于所述反应混合物(含有尿素、氨基甲酸盐和游离氨水溶液)的汽提处理。

为了得到几乎不含水的蒸汽和易于将其循环到反应器中，优选将第二部分氨基甲酸盐的水溶液的至少一部分在基本上相当于反应空间的压力下进行部分分解处理。

本发明的方法还包括将流体输送到所述尿素回收段的步骤，所述流体含有从部分分解处理第二部分氨基甲酸盐的至少一部分中产生的残留氨基甲酸盐的水溶液。

根据本发明，优选将至少50％离开尿素回收段中的氨基甲酸盐水溶液，最优选70％-100％有利地进行部分分解处理，从富含含有残留氨基甲酸盐的水的溶液中分离未反应的氨和二氧化碳。

此外，优选将至少40％，最优选90％-100％的含有氨和二氧化碳的所述第二流体循环到反应空间中。

这样，便惊奇地发现，如果将上述未反应的物质循环到反应器空间中，用于反应混合物汽提处理的部分二氧化碳原料可以大大地增加，或者甚至所有的二氧化碳原料都能够用于所述的汽提处理，而不需要将其大部分直接输送到反应器，或者如WO 00/00466或US5,936,122中的方法所述，在冷凝器—反应器中产生大多数的尿素。

这样，上述未反应的物质，即汽相中的二氧化碳和氨以及尽可能的少部分二氧化碳直接输送到反应器中，来确保反应空间的热平衡并降低了与现有技术相比的操作费用。

特别是惊奇地发现，至少90％的二氧化碳原料能够用于反应混合物的汽提处理，因此优化了汽提效率。

通过这种方式的操作，由于反应混合物汽提处理的效率高以及至少部分来自本发明的尿素回收段的氨基甲酸盐溶液的分解效率高，因此有可能在反应空间中实现高的转化产率，在高压循环中实现未反应物质的高循环率，同时水中非常少的氨基甲酸盐的高浓度溶液以汽相形式被循环到所述反应空间中。

此外，来自反应混合物的汽提处理的氨和二氧化碳蒸汽的基本上全部冷凝物允许以适当的方式利用，例如被至少部分氨原料驱动的喷射器用于将氨基甲酸盐溶液循环到反应空间中。

这样，有利地是，有可能将所有合成回路(反应器、氨基甲酸盐冷凝器和氨基甲酸盐汽提塔)放置在地平面上，降低了投资费用，并使装置的建造、维修和操作更加容易。

上述全部冷凝物还允许包括在来自反应混合物汽提处理的氨和二氧化碳中的大部分惰性气体分离(主要是通过二氧化碳原料引入的空气来防止设备的腐蚀)，这样将惰性气体在反应空间中的含量最小化，这样就提高了二氧化碳的转化效率。

根据本发明的另一个方面，上面提出的技术问题是通过涉及完成上述尿素生产方法的装置来解决的，包括：

—用于尿素合成的反应器，用于进行氨和二氧化碳之间的反应，得到含有尿素、氨基甲酸盐和游离氨的水溶液的反应混合物，

—第一热汽提单元，也是以二氧化碳作反萃取剂，使所述反应混合物进行氨基甲酸盐的部分分解处理和存在于所述混合物中的水溶液中的游离氨的部分分离，得到含有氨和二氧化碳汽相的第一流体和含有处于水溶液中的尿素和残留氨基甲酸盐的流体，

—用于基本上全部冷凝含有氨和二氧化碳汽相的所述第一流体的设备，得到第一部分氨基甲酸盐水溶液，

—用于将所述第一部分氨基甲酸盐水溶液循环到所述反应器中的设备，

—尿素回收段，用于从离开第一汽提单元中的含有尿素和残留氨基甲酸盐的水溶液的所述流体中分离尿素，得到第二部分氨基甲酸盐的水溶液，

该装置的特征在于包括：

—第二汽提单元，用于将至少部分所述第二部分氨基甲酸盐水溶液进行部分分解处理，得到含有氨和二氧化碳汽相的第二流体，

—用于将至少部分所述含有氨和二氧化碳汽相的第二流体循环到用于尿素合成的反应器和/或第一汽提单元中的设备。

优选地，用于基本上全部冷凝离开第一汽提单元的第一气流的设备包括“潜管型”氨基甲酸盐冷凝器，即一种公知设备，其中液相充满(浸没)管束，并且其中汽相的冷凝是通过汽相通过该液相而进行的。

根据本发明的一个方面，上述装置还包括用于将第一部分液氨原料输入用于尿素合成的反应器的设备，以及用于将第二部分液氨原料输入所述氨基甲酸盐冷凝器中的设备。

优选的是，输入到反应器中的液氨量(第一部分)高于输入到所述氨基甲酸盐冷凝器中的液氨量(第二部分)。

氨基甲酸盐冷凝器中的第二部分氨的进料明显提高了来自第一汽提单元的蒸汽的总冷凝。

根据本发明的另一方面，上述装置还包括：

—预热所述至少部分欲输入到第二汽提单元中的第二部分氨基甲酸盐溶液的设备。

另外，上述装置还包括：

—预热所述欲输入到用于尿素合成的反应器中的第一部分液氨原料和/或所述欲输入到氨基甲酸盐冷凝器中的第二部分液氨原料的设备。

有利地是，上述预热是利用氨基甲酸盐冷凝器中移出的热实现的，保证了能耗的最小化。

根据本发明，用于将第一部分液氨输入到反应器的设备和用于将第一部分氨基甲酸盐水溶液循环到反应器中的设备包括：

—喷射器，

—用于将所述第一部分氨基甲酸盐水溶液输入到喷射器中的设备，

—用于将所述第一部分液氨输入到喷射器中的设备，和

—用于将所述处于第一部分氨基甲酸盐水溶液连同来自喷射器的所述第一部分液氨输入到用于尿素合成的反应器中的设备。

上述喷射器有利地利用所述第一部分液氨原料作为驱动流体。

根据本发明的优选实施方式，第二汽提单元是热汽提单元，并且该装置还包括将全部二氧化碳原料输入到所述第一汽提单元中的设备，或者是用于将大部分二氧化碳原料输入到所述第一汽提单元的设备，和用于将剩余的小部分二氧化碳原料输入到所述用于尿素合成的反应器的设备。

根据本发明的另一个实施方式，第二汽提单元也是以二氧化碳作为反萃取剂的热汽提单元，并且该装置还包括：

—用于将大部分二氧化碳原料输入到所述第一汽提单元的的设备和用于将剩余小部分二氧化碳原料输入到所述第二汽提单元中和/或所述用于尿素合成的反应器中的设备。

对于上述装置，本发明的方法包括下述步骤：

—使氨和二氧化碳在反应器中反应，得到含有尿素、氨基甲酸盐和游离氨水溶液的反应混合物，

—将所述反应混合物输入到以二氧化碳作为反萃取剂的第一热汽提单元中，并将所述混合物进行氨基甲酸盐的部分分解处理和游离氨的部分分离处理，得到含有氨和二氧化碳汽相的第一流体和含有处于水溶液中的尿素和残留氨基甲酸盐的流体，

—将所述含有氨和二氧化碳汽相的第一流体在氨基甲酸盐冷凝器中进行基本上全部的冷凝，得到第一部分氨基甲酸盐水溶液，

—通过喷射器将所述第一部分氨基甲酸盐循环到所述反应器中，其中喷射器利用液氨作为驱动流体，

—将所述含有尿素和残留氨基甲酸盐的水溶液的第二流体输入尿素回收段，

—在所述回收段，从尿素中分离所述残留氨基甲酸盐得到第二部分氨基甲酸盐水溶液，

该方法的特征在于包括下述步骤：

—将至少部分所述第二部分氨基甲酸盐水溶液输入到第二汽提单元，并使之进行部分分解处理，得到含有氨和二氧化碳汽相的第二流体和含有残留氨基甲酸盐的水溶液的流体，

—将至少部分所述含有氨和二氧化碳汽相的第二流体循环到反应器中和/或第一汽提单元中，所述第一汽提单元用于汽提处理含有尿素、氨基甲酸盐和游离氨的水溶液的所述反应混合物。

优选的是，所述至少部分第二部分氨基甲酸盐水溶液的部分分解处理是在第二汽提单元中，在基本上相当于反应器压力的压力下进行的。

此外，上述方法的特征在于还包括下述步骤：

—将含有残留氨基甲酸盐的水溶液的流体输入尿素回收段，所述流体是从第二部分氨基甲酸盐的部分分解处理中得到的。

根据本发明的这一方面，上述方法还包括下述步骤：

—将第一部分液氨输入所述用于尿素合成的反应器中，和

—将第二部分液氨输入所述氨基甲酸盐冷凝器中。

根据本发明的优选实施方式，第二汽提单元是热汽提单元，并且该方法还包括将所有二氧化碳输入所述第一汽提单元的步骤。

根据本发明另一个优选实施方式，第二汽提单元是热汽提单元，并且该方法还包括下述步骤：

—将大部分二氧化碳原料输入所述第一汽提单元，和

—将剩余的小部分二氧化碳原料输入所述用于尿素合成的反应器中。

根据本发明的另一个实施方式，第二汽提单元也是利用二氧化碳作为反萃取剂的热汽提单元，并且该方法还包括下述步骤：

—将大部分二氧化碳原料输入所述第一汽提单元，

—将剩余的小部分二氧化碳原料输入所述第二汽提单元，和/或所述用于尿素合成的反应器中。

根据本发明，实施尿素生产方法的装置可以是新的，也可以是改进现有装置得到的。后一种情况下，能够实现生产能力的扩大，并可能降低能耗。

因此根据另一方面，本发明有可能提供一种将包括下述设备的尿素生产厂加以改造的方法：

—用于尿素合成的反应器，

—也是以二氧化碳作为反萃取剂的第一热汽提单元，用于将离开反应器的含有尿素、氨基甲酸盐和游离氨水溶液的反应混合物进行氨基甲酸盐的部分分解处理和氨基甲酸盐的部分分离以及游离氨的部分分离，由此分别得到含有氨和二氧化碳汽相的第一流体和含有尿素和残留氨基甲酸盐水溶液的流体，

—尿素回收段，用于从所述离开第一汽提单元的含有尿素和残留氨基甲酸盐的水溶液的所述流体中分离尿素，得到第二部分氨基甲酸盐水溶液，

—至少一个冷凝单元，用于部分冷凝第一流体，该第一流体含有离开第一汽提单元的含有处于蒸汽相中的氨和二氧化碳，由此得到含有氨基甲酸盐水溶液的液流和含有氨和二氧化碳汽相的气流，

—用于分别将含有氨基甲酸盐水溶液的液流和含有氨和二氧化碳汽相的气流输入用于尿素合成的反应器中的设备，

所述改造方法的特征在于包括下述步骤：

—改造总冷凝单元中的所述至少一个冷凝单元，以将所述含有氨和二氧化碳汽相的第一流体基本上全部冷凝，得到含有尿素和氨基甲酸盐水溶液的液流，

—提供第二汽提单元，用于将至少部分所述第二部分氨基甲酸盐水溶液进行部分分解处理，得到含有氨和二氧化碳汽相的第二流体，

一提供一种用于将至少部分第二流体循环到反应器和/或第一汽提单元中的设备，所述第二流体含有氨和二氧化碳汽相。

本发明的其它特征和优点将通过下面非限定性的实施例并参考附图给出的对优选实施方式的详细描述中给出。

附图的简要描述

—图1简要和部分地说明了根据现有技术中利用二氧化碳作为反萃取剂的汽提方法的尿素生产厂，

—图2简要和部分地说明了根据本发明利用二氧化碳作为反萃取剂的汽提方法的尿素生产厂，

—图3简要和部分地说明了根据现有技术中、利用二氧化碳作为反萃取剂的汽提方法的尿素生产厂，

—图4简要和部分地说明了根据以二氧化碳作为反萃取剂的汽提方法的尿素生产厂，该生产厂是根据本发明改造方法的一个优选实施方式，通过改造图3的生产厂得到的。

实施本发明的方式

仅仅是为了简要描述本发明，图中仅仅简要表示了尿素生产厂的一部分，更准确地说是高压合成段(合成回路)，其余部分对于理解本发明并不重要。

此外，对于下面描述的以及图中说明的装置的各个部分中，本身常规的连接导管的具体参考数字仅仅当严格需要时才给出。

参考图1，参考数字1说明了根据WO 00/00466用于尿素生产的DSM装置。

装置1，更具体地说是高压合成回路包括用于尿素合成的反应器或反应空间2，冷凝器3和带有二氧化碳的汽提单元4。

此外，装置1包括用于生产的尿素的回收段，它在图1中没有表示出来。

“潜管型”冷凝器3和汽提单元4通常是在与反应空间2相同的压力条件下工作。

流线6表示来自反应空间2的反应混合物的液流，包括尿素、氨基甲酸盐和游离氨水溶液。

该反应混合物被输送到汽提单元4中，在此经过氨基甲酸盐水溶液的部分分解处理和所述游离氨的部分分离处理。

汽提单元4是利用部分二氧化碳作为反萃取剂进行工作的，其中二氧化碳是通过管线7a输入汽提单元4中，整个二氧化碳原料用流线7表示。

剩余部分的二氧化碳通过流线7b供给反应空间2，以确保反应器的热平衡。

汽提单元4的出口处有流线8和9，分别表示含有氨和二氧化碳汽相的气流和含有尿素和残留氨基甲酸盐的水溶液的液流。

液流9被输入到尿素回收段(没有画出)，在此分离尿素并得到低压氨基甲酸盐水溶液。用流线10表示的该溶液供给冷凝器3作为吸收介质。

气流8也被输入到冷凝器3中，在此汽相中的氨和二氧化碳与来自尿素回收段的氨基甲酸盐水溶液接触，所述氨基甲酸盐溶液促进了所述蒸汽相的冷凝。

通过上述冷凝，在冷凝器3的出口处得到了含有氨基甲酸盐水溶液和大部分尿素的流体。

反应器2的出口处，还画出了表示惰性气体流的流线5，它是预先通过二氧化碳原料引入到高压合成段的。

上述惰性气体流与来自汽提单元4的含有氨和二氧化碳汽相的气流混合，所得流体用流线17表示，它被输送到冷凝器3中，在此分离出惰性气体，并通过流线12从冷凝器3中排出。

流线13表示的氨原料在换热器14中预热，并送入喷射器15，该喷射器15吸收了来自冷凝器3的液流11。氨原料进入喷射器15作为驱动流体，并与液流11一起通过流线16输送到反应空间2。

图2中，与图1所述的那些结构和操作等价的装置1的细节用相同的参考数字表示。

参考图2，本发明用于尿素生产的装置用参考数字18表示。

装置18，更具体地说是高压合成段，包括用于尿素合成的反应器或反应空间19，垂直冷凝器20，带有二氧化碳的第一汽提单元21，用于从来自反应器19(通过流线6)的反应混合物中移除大多数未反应的氨基甲酸盐和游离氨，以及第二汽提单元22。

此外，装置18包括用于生成的尿素的回收段，图2中没有画出。

冷凝器20、第一汽提单元21和第二汽提单元22一般在与反应器19相同的压力条件下工作。

图2的合成段中，等压方法的压力通常为140-160巴。

反应器19的工作温度一般为180℃-200℃，NH₃/CO₂的摩尔比为2.5-4，H₂O/CO₂的摩尔比小于0.5，优选0.1-0.2。

第一汽提单元21和第二汽提单元22的工作温度一般为160℃-210℃，冷凝器20的工作温度一般为150℃-210℃。

根据本发明，来自尿素回收段的氨基甲酸盐溶液流通过流线23输入第二汽提单元22的顶部。根据本发明的实施方式，液流23优选在进入第二汽提单元22中之前在换热器24中，通过从氨基甲酸盐冷凝器20中移除的部分热预热。

第二汽提单元22中，大部分氨基甲酸盐分解，连同游离氨以水含量非常低的氨和二氧化碳蒸汽的形式从氨基甲酸盐溶液中分离出去。在第二汽提单元22的出口处，将由此得到的蒸汽流(用流线25表示)输入反应器19中。

此外，在第二汽提单元22的出口处，用流线26表示的、含有残留氨基甲酸盐和游离氨的水溶液流被送回尿素回收段进行进一步处理。

流线7表示的二氧化碳原料的大部分通过流线7a供给第一汽提单元21中，在此自反应器19经流线6而来的大部分未反应的氨基甲酸盐和游离氨以氨和二氧化碳蒸汽的形式从反应混合物中除去。

在第一汽提单元21的出口处，由此得到的气流通过流线8输送到氨基甲酸盐冷凝器20中。

冷凝器20中，上述气流基本上全部被冷凝，在冷凝器20的出口处，得到用流线11表示的氨基甲酸盐溶液。

离开第一汽提单元21的含有尿素和残留氨基甲酸盐和游离氨的水溶液的液流通过流线9输送到图2中没有画出的尿素回收段中。

剩余的小部分二氧化碳原料可通过流线7b输送到反应器19中，和/或通过流线7c输送到第二汽提单元22中。

本发明还设想了将至少部分从第二汽提单元22的出口处得到的蒸汽流(流线25)输送到第一汽提单元21中的可能性，尽管这种可能在图2中并没有画出。

后一种情况下，所述汽相能够与流线7a表示的部分二氧化碳原料一起有利地用作反萃取剂，或者作为分流，用于自反应器19经流线6而来的反应混合物的汽提处理。

流线13表示的氨原料在换热器14中预热，并部分送入喷射器15中，在此通过流线16作为通过流线11来自氨基甲酸盐冷凝器20的氨基甲酸盐溶液的驱动流循环到反应器19中。利用适当设备例如管道将来自喷射器15的氨原料和氨基甲酸盐溶液输送到反应器19中。

优选的是，换热器14利用了从氨基甲酸盐冷凝器20中除去的部分热。

剩余部分的氨原料通过流线27被输入到氨基甲酸盐冷凝器20中，以促进来自第一汽提单元21的氨和二氧化碳蒸汽的冷凝。

通过流线7输入到回路中并包括在二氧化碳原料中的大多数惰性气体通过流线12从氨基甲酸盐冷凝器的顶部排出。

根据优选实施方式，大部分(至少90％)二氧化碳原料被输送到第一汽提单元21中，剩余小部分被输送到反应器19中。

此时，第二汽提单元22仅仅通过热工作，没有流线7c。

另外，能够将所有二氧化碳原料输送到第一汽提单元21中，因此也没有流线7b。

根据本发明另一个实施方式，上述小部分二氧化碳被输送到反应器19和第二汽提单元22中，因此该第二汽提单元22也是利用二氧化碳工作的。

另外，上述小部分二氧化碳的全部被输送到第二汽提单元22中，因此没有流线7b。

参考图3，参考数字30表示了根据汽提方法的另一个尿素生产厂，该方法也是以二氧化碳作为反萃取剂并且以反应物循环到反应空间为特征。

装置30，更具体地说是高压合成段，包括用于尿素合成的反应器31(或反应空间)，带有二氧化碳的汽提单元32，含有膜型垂直冷凝单元33的冷凝段，和洗涤单元34，其中洗涤单元34用于洗去钝化剂和其它可能对反应惰性的物质。

术语“膜型冷凝单元”是指一种公知设备，其中汽相的冷凝发生在液膜上，该液膜在许多管子中以与汽相并流的形式向下流动。液膜在管内流动，与管的内壁接触，由此汽相在管内部的自由空间中流动。

此外，装置30包括图3中没有画出的用于生成的尿素的回收段。

装置30的合成段是根据所谓的“垂直布置图(vertical layout)”放置，其中反应器31、冷凝单元33和洗涤单元34位于比汽提单元32顶部更高的位置，这样确保了合成段中流体的自然循环。

流线35和36分别表示用于将含有二氧化碳原料的气流在大约150巴下输送到汽提单元32的设备例如管道，和用于将含有原料氨的流体输送到冷凝单元33中的设备例如管道。

通过流线35输送到汽提单元32中的二氧化碳原料被用作反应混合物(离开反应器31的含有尿素、氨基甲酸盐和游离氨的水溶液)的反萃取剂，并通过流线37输送到汽提单元32中。

汽提单元32是利用蒸汽进行外加热的膜型汽提单元。

在单元32中以与含有二氧化碳的气流逆流的形式向下流动的反应混合物进行氨基甲酸盐的部分分解处理和游离氨的部分分离处理，得到含有氨和二氧化碳汽相的流体和含有尿素和残留氨基甲酸盐的水溶液的流体。

含有尿素和残留氨基甲酸盐的水溶液的流体从汽提单元32的底部提取出来，并通过流线38输送到尿素回收段(没有画出)。

汽提单元32中得到的、除了氨和二氧化碳之外还含有少量水的气流从单元32的顶部流出，并通过流线39输送到冷凝单元33的顶端。

冷凝单元33是用于流体部分冷凝的垂直膜型冷凝单元，所述流体含有通过流线39来自汽提单元32、含有氨和二氧化碳汽相。

此外，含有原料氨的流体通过喷射器44和流线40，连同来自洗涤单元34的含有氨和氨基甲酸盐的水溶液的循环流一起输送到冷凝单元33的顶部。

特别是，上述循环流体含有来自尿素回收段的氨基甲酸盐水溶液以及在洗涤单元34中对通过流线41来自反应器31的汽相氨和二氧化碳进行冷凝得到的氨基甲酸盐。这种冷凝是通过含有来自尿素回收段的氨基甲酸盐水溶液的洗涤流的方式进行的，并通过流线42输送到单元34中。

洗涤单元34中，钝化剂和一般通过二氧化碳原料引入这一段的惰性物质通过流线43从高压合成段中排出去。

含有氨和氨基甲酸盐的水溶液的循环流通过流线45输送到含有原料氨的流体中，并且如上所述，将所得流体通过喷射器44和流线40输送到冷凝单元33中。流线46也表示在图3中，将反应器31连接到流线45上，用于将来自反应器的氨基甲酸盐输送到冷凝单元中。

冷凝单元33中，含有氨和二氧化碳汽相部分冷凝，得到含有氨基甲酸盐水溶液的液相，以及含有氨和二氧化碳汽相，所述汽相从冷凝单元33的底部通过流线47输送到反应器31中。

参考图4，图3中的尿素生产厂被有利地根据本发明的改造方法进行适当地改进。

图4中，装置30中与图3中所述结构和操作等价的那些细节用相同的参考数字表示并且不再进行说明。

利用本发明的改造方法，可以有利地对冷凝单元33的内部进行改进，使来自汽提单元32、含有氨和二氧化碳汽相的气流能够基本上全部冷凝。

为此，将已有膜型垂直冷凝单元33按照常规方法有利地改造为“潜管型”垂直冷凝单元。EP-A-1036787中，描述了上述冷凝器改造的实施例，所述文献被引入本文作为参考。

这种变化显著提高了该单元的效率，由此提高了生产能力。

根据本发明的改造方法，装置30也含有第二汽提单元50，所述第二汽提单元50被通过流线42a输入至少部分液流，所述液流含有来自尿素回收段的氨基甲酸盐水溶液。

这种液流在第二汽提单元50中进行氨基甲酸盐的部分分解处理，得到带有少量水的含有氨和二氧化碳汽相的气流和含有残留氨基甲酸盐和游离氨的液流。

含有残留氨基甲酸盐和游离氨的液流通过流线51被送回尿素回收段。

对于离开第二汽提单元50的含有氨和二氧化碳汽相的气流，本发明的改造方法能够，通过适当设备例如管道将该气流，至少部分，输送到反应器31中，图4中通过流线52示出。

此外，本发明的改造方法能够，将氨原料通过换热器53预热，并分成第一部分和第二部分，并分别输送到反应器31和冷凝单元33中。

特别是，第二部分氨原料直接通过流线58输送到冷凝单元33中。

第一部分氨原料通过流线54输送到喷射器44中，该喷射器吸收了通过流线55来自冷凝单元33、含有氨基甲酸盐水溶液的液流。第二部分氨原料进入喷射器44作为驱动流体，并与上述液流一起通过流线56输送到反应器31中。

此外，图4中表示的实施方式中，本发明的改造方法能够，将二氧化碳原料分成两部分，分别通过流线57输入到反应器31和通过流线59输入到汽提单元32中。该实施方式中，汽提单元50是热汽提单元。

另外，所有的二氧化碳原料能够输入到第一汽提单元32，这样省去流线57。

根据另一个实施方式，第二汽提单元50也是带有二氧化碳的汽提单元。

该实施方式中，本发明的改造方法能够提供适当的设备例如管道用于将大部分二氧化碳输送到汽提单元32中，以及适当的设备例如管道用于将剩余小部分二氧化碳输送到第二汽提单元50和/或用于尿素合成的反应器31中。

最后，根据本发明加以现代化的装置30还包括适当的设备例如管道(用流线60表示)，用于将来自冷凝单元33的汽相输送到洗涤单元34中。

上述汽相含有惰性和钝化剂，用于尿素合成反应器以及汽相中可能存在的痕量未冷凝的氨和二氧化碳。

在下面的实施例中，说明了实施本发明方法的装置可以得到的转化率。但这些实施例仅用于说明而非限定本发明。

实施例

实施例1

该实施例中，模拟了在图2中所述的实施本发明方法的一个品牌新装置中运转的反应器的转化率。

该装置基于二氧化碳汽提工艺，其中首先将要输入反应器19中的90％的二氧化碳输送到第一汽提单元21中作为反萃取剂，并将剩余的10％二氧化碳直接输送到反应器19中。这样，省去了流线7c，第二汽提单元22是热汽提单元。

此外，将75％的氨原料通过喷射器15输送到反应器19中，而剩余的25％氨原料被输送到冷凝器20中来促进氨基甲酸盐的冷凝。

还有，将75％来自尿素回收段的氨基甲酸盐溶液输送到第二汽提单元22，并且，根据本发明的优选实施方式，将100％的离开所述第二汽提单元22的蒸汽直接输送到反应空间19中用于保证热平衡。

尿素合成反应器19中的工作条件如下：

—输入时NH₃/CO₂的摩尔比为3.2，

—输入时H₂O/CO₂的摩尔比为0.2，

—压力大约150巴，

—温度：188℃，

—生产能力：2000MTD尿素。

离开第二汽提单元22的蒸汽中的二氧化碳的百分含量为52％。直接输入反应器19中并来自第二汽提单元22中的二氧化碳总量是二氧化碳原料的35％。

本发明反应器得到的由二氧化碳转变为尿素的转化率非常高，为70％。此外，循环到反应器中的氨基甲酸盐溶液中的水含量特别低。

在缺乏第二汽提单元22的情况下，并且在与反应器19和氨原料相关的上述条件基本上相同的条件下操作装置，大约35％的二氧化碳原料将要被输送到反应器19中来保证热平衡。

这样，由于不超过65％的二氧化碳原料被输送到第一(唯一的)汽提单元21，因此如果与本发明方法相比，降低了汽提处理的效率，由此降低了转化率、增加了尿素回收段的负担，蒸汽消耗更高。

实施例2

为了根据图4中所述方法操作，将图3中描述的根据现有方法操作的已有装置进行改造。

装置改造之前，尿素合成反应器的操作条件如下：

—输入时NH₃/CO₂的摩尔比为3.0，

—输入时H₂O/CO₂的摩尔比为0.5，

—压力大约150巴，

—温度：185℃，

—生产能力：1500MTD尿素，

—反应器转化率为：60％。

如图4所述，通过下述方法改造已有装置：即，向第二汽提单元50中输入75％来自尿素回收段的氨基甲酸盐溶液，将90％二氧化碳原料通过流线59输入到汽提单元32和将剩余的10％二氧化碳原料通过流线57输入到反应器31中，以及通过将离开所述第二汽提单元50的蒸汽直接通过流线52输入到反应器31中，反应器的新的工作条件如下：

—输入时NH₃/CO₂的摩尔比为3.2，

—输入时H₂O/CO₂的摩尔比为0.2，

—压力大约150巴，

—温度：188℃，

—生产能力：2250MTD尿素，

—反应器转化率为：67％。

离开第二汽提单元50的蒸汽中的二氧化碳的百分含量为50％。直接地加入到反应器19中并来自第二汽提单元50的二氧化碳的总量为二氧化碳原料的35％。

由于本发明，有可能将转化率增加7个百分点，生产能力增加750MTD尿素，即比原生产能力提高50％。

此外，这种情况下，仅仅需要对已有装置进行小的改进和低的投资费用，即可实现生产能力和转化率的增大。

上面的描述以及下面的权利要求中，术语“输送设备”、“循环设备”和“输入设备”是指用于将流体从装置中的一个位置输送到另一个位置的连接导管、泵、阀门喷射器和其它常规设备。

Claims (30)

1.一种生产尿素的方法，包括下述步骤：

—使氨和二氧化碳在反应空间中进行反应，得到含有尿素、氨基甲酸盐和游离氨的水溶液的反应混合物，

—也是利用二氧化碳原料作为反萃取剂对所述混合物进行汽提处理，以得到包括氨和二氧化碳汽相的第一个流体和包括尿素和残留氨基甲酸盐的水溶液的流体，

—使所述含有氨和二氧化碳汽相的第一个流体基本上全部地进行冷凝，以得到第一部分氨基甲酸盐水溶液，

—将所述第一部分氨基甲酸盐水溶液循环到所述反应空间中，

—将含有尿素和残留氨基甲酸盐的水溶液的所述流体加入尿素回收段，

—在所述回收段从尿素中分离所述残留氨基甲酸盐以得到第二部分氨基甲酸盐水溶液，

该方法的特征在于还包括下述步骤：

—将所述尿素回收段中得到的所述第二部分氨基甲酸盐水溶液中的至少一部分进行部分分解处理，得到含有氨和二氧化碳汽相的第二流体和含有残留氨基甲酸盐的水溶液的流体，

—将含有氨和二氧化碳汽相的所述第二流体的至少一部分循环到所述反应空间中，和/或利用至少部分所述第二流体用于所述反应混合物的汽提处理，其中所述第二流体含有氨和二氧化碳汽相，所述反应混合物含有尿素、氨基甲酸盐和游离氨的水溶液。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于所述至少部分第二部分氨基甲酸盐的水溶液的部分分解处理是在基本上相应于反应空间的压力的压力下进行的。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于还包括将流体输送到所述尿素回收段的步骤，其中所述流体含有残留氨基甲酸盐水溶液，所述残留氨基甲酸盐水溶液来自对第二部分氨基甲酸盐的至少一部分进行的部分分解处理。

4.一种用于尿素生产的装置(18)，包括：

—尿素合成反应器(19)，用于进行氨和二氧化碳之间的反应，得到含有尿素、氨基甲酸盐和游离氨的水溶液的反应混合物，

—第一热汽提单元(21)，带有二氧化碳作反萃取剂，用于使所述反应混合物进行氨基甲酸盐的部分分解处理和存在于所述混合物中的游离氨水溶液的部分分离，得到含有氨和二氧化碳汽相的第一流体和含有尿素和残留氨基甲酸盐的水溶液的流体，

—设备(20)，用于基本上全部冷凝含有氨和二氧化碳汽相的所述第一流体，得到第一部分氨基甲酸盐水溶液，

—设备(11、15、16)，用于将所述第一部分氨基甲酸盐水溶液循环到所述反应器(19)中，

—尿素回收段，用于从离开所述第一汽提单元(21)中的含有尿素和残留氨基甲酸盐的水溶液的所述流体中分离尿素，得到第二部分氨基甲酸盐的水溶液，

该装置的特征在于包括：

—第二汽提单元(22)，用于将至少部分所述第二部分氨基甲酸盐水溶液进行部分分解处理，得到含有氨和二氧化碳汽相的第二流体，

—设备(25)，用于将至少部分含有氨和二氧化碳汽相的第二流体循环到所述反应器(19)和/或所述第一汽提单元(21)中。

5.根据权利要求4的装置，其特征在于用于全部冷凝含有氨和二氧化碳汽相的第一流体的所述设备包括潜管型氨基甲酸盐冷凝器(20)。

6.根据权利要求5的装置，其特征在于还包括：

用于将第一部分液氨原料输入尿素合成反应器(19)的设备(13，15，16)，以及

用于将第二部分液氨输入所述氨基甲酸盐冷凝器(20)中的设备(13，27)。

7.根据权利要求6的装置，其特征在于还包括：

—预热所述至少部分欲输入到第二汽提单元(22)中的第二部分氨基甲酸盐溶液的设备(24)。

8.根据权利要求6的装置，其特征在于还包括：

—预热欲输入到尿素合成反应器(19)中的所述第一部分液氨和/或所述欲输入到氨基甲酸盐冷凝器(20)中的所述第二部分液氨的设备(14)。

9.根据权利要求6的装置，其特征在于，用于将第一部分液氨输送到所述反应器(19)的所述设备(13、15、16)和用于将第一部分氨基甲酸盐水溶液输入到所述反应器(19)的所述设备(11、15、16)包括：

—喷射器(15)，

—用于将所述第一部分氨基甲酸盐水溶液输入到喷射器(15)中的设备(11)，

—用于将所述第一部分液氨输入到喷射器(15)中的设备(13)，和

—用于将所述第一部分氨基甲酸盐水溶液连同来自喷射器(15)的所述第一部分液氨送到尿素合成用反应器(19)中的设备(16)。

10.根据权利要求4-9中任一项的装置，其特征在于所述第二汽提单元(22)是热汽提单元。

11.根据权利要求10的装置，其特征在于还包括用于将所有二氧化碳原料输送到所述第一汽提单元(21)中的设备(7，7a)。

12.根据权利要求10的装置，其特征在于还包括：

—用于将大部分二氧化碳原料输送到所述第一汽提单元(21)中的设备(7，7a)，和

—用于将剩余小部分二氧化碳原料输送到所述尿素合成用反应器(19)中的设备(7，7b)。

13.根据权利要求4-9中任一项的装置，其特征在于所述第二汽提单元(22)也是利用二氧化碳作为反萃取剂的热汽提单元。

14.根据权利要求13的装置，其特征在于还包括：

—用于将大部分二氧化碳原料输送到所述第一汽提单元(21)中的设备(7，7a)，和

—用于将剩余小部分二氧化碳原料输送到所述第二汽提单元(22)和/或所述尿素合成用反应器(19)中的设备(7，7b，7c)。

15.一种生产尿素的方法，包括下述步骤：

—使氨和二氧化碳在反应器(19)中反应，得到含有尿素、氨基甲酸盐和游离氨的水溶液的反应混合物，

—将所述反应混合物输入到以二氧化碳作为反萃取剂的第一热汽提单元(21)中，并将所述混合物进行氨基甲酸盐的部分分解处理和游离氨的部分分离处理，得到含有氨和二氧化碳汽相的第一流体和含有尿素和残留氨基甲酸盐的水溶液的流体，

—将所述含有氨和二氧化碳汽相的第一流体在氨基甲酸盐冷凝器(20)中进行基本上全部的冷凝，得到第一部分氨基甲酸盐水溶液，

—通过喷射器(15)将所述第一部分氨基甲酸盐循环到所述反应器(19)中，其中喷射器(15)利用了液氨作为驱动流体，

—将所述含有尿素和残留氨基甲酸盐的水溶液的第二流体输入尿素回收段，

—在所述回收段，从尿素中分离所述残留氨基甲酸盐，得到第二部分氨基甲酸盐水溶液，

该方法的特征在于，包括下述步骤：

—将至少部分所述第二部分氨基甲酸盐水溶液输入到第二汽提单元(22)，并使之进行部分分解处理，以得到含有氨和二氧化碳汽相的第二流体和含有残留氨基甲酸盐的水溶液的流体，

—将至少部分所述含有氨和二氧化碳汽相的第二流体循环到反应器(19)中和/或第一汽提单元(21)中，所述第一汽提单元(21)是用于汽提处理含有尿素、氨基甲酸盐和游离氨的水溶液的所述反应混合物。

16.根据权利要求15的方法，其特征在于，所述至少部分第二部分氨基甲酸盐水溶液的部分分解处理是在第二汽提单元(22)中，在基本上相当于反应器(19)的压力的压力下进行的。

17.根据权利要求16的方法，其特征在于还包括下述步骤：

—将含有残留氨基甲酸盐的水溶液的流体输入所述尿素回收段，所述流体是从第二部分氨基甲酸盐的部分分解处理中得到的。

18.根据权利要求17的方法，其特征在于还包括下述步骤：

—将第一部分液氨输入所述用于尿素合成的反应器(19)中，和

—将第二部分液氨输入所述氨基甲酸盐冷凝器(20)中。

19.根据权利要求18的方法，其特征在于，所述第二汽提单元(22)是热汽提单元，还在于，它还包括将所有二氧化碳输入所述第一汽提单元(21)中的步骤。

20.根据权利要求18的方法，其特征在于，所述第二汽提单元(22)是热汽提单元，并且该方法的特征还在于，它还包括：

—将大部分二氧化碳原料输入所述第一汽提单元(21)，和

—将剩余小部分二氧化碳输入所述尿素合成用反应器(19)。

21.根据权利要求18的方法，其特征在于，所述第二汽提单元(22)也是以二氧化碳作为反萃取剂的热汽提单元，还在于，其包括：

—将大部分二氧化碳输入所述第一汽提单元(21)，和

—将剩余小部分二氧化碳输入所述第二汽提单元(22)和/或所述尿素合成用反应器(19)。

22.根据权利要求20或21的方法，其特征在于，所述大部分二氧化碳原料是整个二氧化碳原料的至少90％。

23.一种改造下述类型的尿素生产厂的方法，该类型包括：

—用于尿素合成的反应器(31)，

—也是以二氧化碳作为反萃取剂的第一热汽提单元(32)，用于将离开反应器(31)的含有尿素、氨基甲酸盐和游离氨的水溶液的反应混合物进行氨基甲酸盐的部分分解处理和氨基甲酸盐的部分分离处理以及游离氨的部分分离处理，由此分别得到含有氨和二氧化碳汽相的第一流体和含有尿素和残留氨基甲酸盐的水溶液的流体，

—尿素回收段，用于从所述离开第一汽提单元(32)的含有尿素和残留氨基甲酸盐的水溶液的所述流体中分离尿素，得到第二部分氨基甲酸盐水溶液，

—至少一个冷凝单元(33)，用于部分冷凝第一流体，该第一流体含有离开第一汽提单元(32)的含有氨和二氧化碳的蒸汽相，由此得到含有氨基甲酸盐水溶液的液流和含有氨和二氧化碳的蒸汽相的气流，

—用于分别将含有氨基甲酸盐水溶液的流体和含有氨和二氧化碳汽相的气流输入用于尿素合成的反应器(31)中的设备，

所述改造方法的特征在于包括下述步骤：

—改变总冷凝单元中的所述至少一个冷凝单元(33)，其用于将所述含有氨和二氧化碳汽相的第一流体进行基本上全部冷凝，得到含有尿素和氨基甲酸盐的水溶液的液流，

—提供第二汽提单元(50)，用于将至少部分所述第二部分氨基甲酸盐水溶液进行部分分解处理，得到含有氨和二氧化碳汽相的第二流体，

—提供一种用于将至少部分第二流体循环到反应器(31)和/或第一汽提单元(32)中的设备，所述第二流体含有氨和二氧化碳汽相。

24.根据权利要求23的方法，其中所述用于部分冷凝离开第一汽提单元(32)的第一流体的冷凝单元(33)是膜型垂直冷凝单元，并且它可以根据常规方法改造为潜管型垂直冷凝单元，其中所述第一流体含有氨和二氧化碳汽相。

25.根据权利要求24的方法，其特征在于还包括以下步骤：

—提供用于将第一部分液氨输入所述尿素合成用反应器(31)中的设备(54、44、56)，

—提供用于将第二部分液氨输入所述冷凝单元(33)的设备(58)。

26.根据权利要求25的方法，其特征在于，所述第二汽提单元(50)是热汽提单元。

27.根据权利要求26的方法，其特征在于，还包括提供用于将所有二氧化碳原料输入到所述第一汽提单元(32)的设备的步骤。

28.根据权利要求26的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

—提供将大部分二氧化碳原料输入所述第一汽提单元(32)中的设备(59)，和

—提供将剩余小部分二氧化碳输入所述尿素合成用反应器(31)中的设备(57)。

29.根据权利要求25的方法，其特征在于，所述第二汽提单元(50)也是以二氧化碳作为反萃取剂的热汽提单元。

30.根据权利要求29的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

—提供将大部分二氧化碳原料输入所述第一汽提单元(32)中的设备(59)，和

—提供将剩余小部分二氧化碳输入所述第二汽提单元(50)和/或所述尿素合成用反应器(31)中的设备。

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