CN1270957A - 使氨生产设备和尿素生产设备同时现代化的方法 - Google Patents

使氨生产设备和尿素生产设备同时现代化的方法 Download PDF

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Abstract

一种使氨生产设备和尿素生产设备同时现代化的设备,尤其是提供了氨基甲酸盐合成段和氨基甲酸盐分解段,获得了预定量的氨基甲酸盐水溶液以及气态的氢气和氮气,它们被分别输入到原有的尿素合成段和氨合成段。这一现代化方法可以大大提高生产能力,降低尿素和氨生产设备的能耗,同时不必取代原有脱碳段,甲烷化段和压缩段,也不会使它们过载。

Description

使氨生产设备和尿素生产设备同时现代化的方法
本发明涉及一种使氨生产设备和尿素生产设备同时现代化的方法。
更具体地说，本发明涉及一种使氨生产设备和尿素生产设备同时现代化的方法，其中要现代化的氨生产设备包括：串联的、用于生产含有一氧化碳、氢气和氮气的粗的氨合成气的段、脱碳段、甲烷化段，氨合成气压缩段和氨合成段，尿素生产设备包括：串联的、二氧化碳压缩段、尿素合成段和尿素回收段。
在下述说明书和权利要求书中，术语“现代化”是指改进已经存在的设备以提高其性能，从而获得提高的生产能力和/或转化率，以及降低能耗。
特别地，在这种情况下，术语“同时现代化”是指使原有的氨生产设备和原有的尿素生产设备同时现代化，以提高其生产能力，并保持高压合成段(合成环路)以及脱碳段、甲烷化段和压缩段的主要装置不变。
按照本发明的另一方面，涉及一种联合生产氨和尿素的方法，以及实施这种方法的设备。
本发明特别适用于这样的情况：氨生产设备和尿素生产设备相互紧密关联，也即使在制备氨合成气时的副产物二氧化碳与所有的或至少绝大部分的氨被转化成尿素。
相对于氨和尿素的生产，越来越感觉到，一方面，需要一种能提高生产能力和效率的设备，另一方面，希望投资成本和操作成本更低，并降低能耗。
为了这一目的，在本领域中已提出了各种方法以使原有氨和尿素的生产设备现代化，大都基于改进合成反应器、用生产能力更高的装置和/或提供与原有装置平行的新装置取代合成反应器上游和/或下游的装置。
例如，EP-0202454公开了一种使氨合成反应器现代化的方法，将催化床由轴向型变为轴/径向型，继而提高反应器的转化率，进面提高氨设备的生产能力。
另一方面，EP-A-0796244公开了一种使尿素生产设备现代化的方法，其中添加附加的循环到合成反应器的氨基甲酸盐水溶液的部分分解步骤。使用这种现代化方法，可以大大地降低循环到合成反应器的水量，因此提高转化率，从而提高设备的生产能力。
当考虑同时提高原有氨和尿素设备的生产能力时，因为这些设备是相互关联的，所遇到的问题是需要相应地提高合成反应器上游段的生产能力。
特别地，氨合成气脱碳、甲烷化和氨合成气压缩段，以及氨合成环路内的致冷循环的压缩机和输入到尿素合成段的含有二氧化碳的物流压缩段是提高生产能力的瓶颈，由于不可避免地提高反应物的流量，它们很快就过载了。
当原有设备已按现有技术进行过现代化，前面提到的段或装置已处于其操作极限，这一问题更加严重。
在这种情况下，现有技术的现代化方法仅用生产能力更高的装置或提供与原有装置平行的新装置取代原有装置，以提高合成反应器上游不同段的总生产能力。
这些办法对投资成本和能量消耗都有不非常不利的影响；此外，实施现有技术的现代化方法十分复杂。
在工业上，尽管改进原有设备-代替建立新设备-以用最少的投资提高生产能力和降低能耗的兴趣更加强烈，因为前面提到的缺点，至今，对氨和尿素生产设备的现代化意味着高投资，有时甚至比建立新设备的投资更高。此外，按现有技术进行现代化，提高生产能力通常损害转化率，因此能耗更高。
本发明要解决的技术问题是提供一种使氨生产设备和尿素生产设备同时现代化的方法，该方法能在低投资成本下分别提高其生产能力，降低能耗，且易于实施。
按照本发明，这一问题是通过上面指出的方法解决的，其特征在于包括如下步骤：
-提供一个氨基甲酸盐合成段和一个氨基甲酸盐分解段；
-提供将适当压缩的、含有二氧化碳、氢气和氮气的粗的氨合成气气流输入到氨基甲酸盐合成段的装置；
-提供将一部分在氨合成段获得的、含有氨、氢气和氮气的物流输入氨基甲酸盐合成段的装置；
-提供将至少一部分来自尿素回收段的、含有氨基甲酸盐水溶液的物流输入到氨基甲酸盐分解段的装置；
-提供将在分解段获得的、含有氨和二氧化碳蒸气的物流输入到尿素合成段的装置；
-提供将在氨基甲酸盐分解段获得的、含有稀释的氨基甲酸盐水溶液的物流输入到氨基甲酸盐合成段的装置；
-提供将在氨基甲酸盐合成段获得的、含有氢气和氮气的气流输入到氨合成段的装置；
-提供将在氨基甲酸盐合成段获得的、含有氨基甲酸盐水溶液的物流输入到氨基甲酸盐分解段和/或尿素合成段的装置。
本发明允许大大提高氨设备相对于尿素设备的生产能力，用简单而有效的方式实现两种设备之间的部分集成，从而突破位于下述合成段的上游的原有装置的瓶颈，所说合成段与生产能力的提高基本无关。
换句话说，由于提供了与原有氨和尿素设备段适当连接的附加氨基甲酸盐合成和分解段，可以提高这些设备的生产能力，而不必增加通过脱碳、甲烷化和压缩段的反应物的流量，这些段能在最优条件下操作。
事实上，为提高氨和尿素的生产能力所需反应物的量可以在附加的氨基甲酸盐合成和分解段中生产，氨基甲酸盐合成和分解段独立于现有脱碳、甲烷化和压缩段。
特别地，在下面参照附图进行描述会更加清晰，由于该氨基甲酸盐合成段，获得了作为氨合成段附加反应物的、含有氢气和氮气的气流，而由于该氨基甲酸盐分解段，获得了作为尿素合成的附加反应物的、含有氨和二氧化碳的气流。
按照本发明的现代化方法，进一步的优点是由于以下事实得到的：通过提供附加的氨基甲酸盐分解段，使至少一部分在尿素回收段的氨基甲酸盐水溶液经部分分解处理，可以向氨基甲酸盐合成段供应高水含量的一种溶液，同时向尿素合成反应器供应含有氨和基本无水的二氧化碳气流，这样可以降低该反应器H2O/CO2的摩尔比率，从而提高尿素的转化率。
因此，这一特征是有利的，不仅是因为尿素生产能力提高了，而且还因为在提高转化率的同时大大降低了能耗。
进一步说，在这种情况下，不仅可以使尿素合成反应器维持低H2O/CO2摩尔比率，还可以使用至少一部分存在于来自尿素回收段的氨基甲酸盐水溶液中的一部分水，并以简单而经济的方式循环至氨基甲酸盐合成段，以增强二氧化碳的吸收，从而获得和维持产生的在水溶液中的氨基甲酸盐，因此，避免其不必要的结晶。
按照另一方面，本发明涉及一种联合生产氨和尿素的方法，其设备包括，一个生产含有一氧化碳、氢气和氮气的粗的氨合成气的段，一个一氧化碳转化段，一个脱碳段，一个甲烷化段，一个氨合成气压缩段，一个氨合成段，一个二氧化碳压缩段，一个尿素合成段和一个尿素回收段，该方法的特征在于，第一部分氨和尿素是通过以下步骤生产的：
-使含有二氧化碳、氢气和氮气的一个粗氨合成气物流流过脱碳
 段、甲烷化段和合成气压缩段，获得一个适当压缩的含有氢气
 和氮气的气流；
-将适当压缩的含有氢气和氮气的气流输入到氨合成段；
-将一部分在氨合成段获得的氨与来自脱碳段的二氧化碳输入到
 尿素合成段；
而第二部分氨和尿素是通过以下步骤生产的：
 -使至少一部分来自尿素回收段的、含有氨基甲酸盐水溶液的物
  流在氨基甲酸盐分解段中经部分分解处理，因此，获得含有氨
  和二氧化碳蒸气的物流以及含有稀释的氨基甲酸盐水溶液的物
  流；
 -将含有氨和二氧化碳的蒸气物流输入到尿素合成段；
 -将该处理步骤得到的、含有稀释的氨基甲酸盐的水溶液输入到
  氨基甲酸盐合成段；
 -将适当压缩的、含有二氧化碳、氢气和氮气的粗的氨合成气流
  输入到氨基甲酸盐合成段；
 -将一部分在氨合成段获得的、含有氨、氢气和氮气的物流输入
  到氨基甲酸盐合成段；
 -使氨与二氧化碳在氨基甲酸盐合成段中反应，获得含有氨基甲
  酸盐水溶液的物流和含有氢气和氮气的气流；
 -将含有氨基甲酸盐水溶液的物流输入到氨基甲酸盐分解段和/或
  尿素合成段；
 -将含有氢气和氮气的气流输入到氨合成段。
本发明涉及一种实施前述联合生产氨和尿素的方法的设备，其特征在于，该设备包括：
-一个生产含有一氧化碳、氢气和氮气的、粗的氨合成气的段，
 一个一氧化碳转化段，一个脱碳段，一个甲烷化段，一个氨合
 成气压缩段，一个氨合成段、一个二氧化碳压缩段，一个尿素
 合成段，一个尿素回收段，一个氨基甲酸盐合成段和一个氨基
 甲酸盐分解段；
-将适当压缩的、含有二氧化碳、氢气和氮气的粗的氨合成气输
 入到氨基甲酸盐合成段的装置；
-将一部分在氨合成段获得的含有氨、氢气和氮气的物流输入到
 氨基甲酸盐合成的装置；
-将至少一部分来自尿素回收段的、含有氨基甲酸盐水溶液的物
 流输入到氨基甲酸盐分解段的装置；
-将在分解段获得的、含有氨和二氧化碳的物流输入到尿素合成
 段的装置；
-将在氨基甲酸盐分解段获得的、含有稀释的氨基甲酸盐水溶液
 的物流输入到氨基甲酸盐合成段的装置；
-将在氨基甲酸盐合成段获得的、含有氢气和氮气物的气体流输
 入到氨合成段的装置；
-将在氨基甲酸盐合成段获得的、含有氨基甲酸盐水溶液的物流
 输入到氨基甲酸盐分解段和/或尿素合成段的装置。
按照本发明，实施同时生产氨和尿素的方法可能用新建立的设备和-优选地-通过改进原有设备来实现，以提高其生产能力和从能耗上改进其性能。
通过以下参照附图对本发明现代化方法实施例的非限定性描述，本发明的进一步的特征和优点将更加明显。
在附图中，
图1是现有技术中相互关联的氨生产设备和尿素生产设备的方框流程图；
图2是按本发明方案，对图1所示设备进行现代化改造所得到的、同时生产氨和尿素的设备的方框流程图；
图3示意地说明了由图2所示方框流程图所代表的本发明设备的详细情况。
在图1中，传统的氨生产设备总体上用1表示，尿素生产设备总体上用2表示。
氨生产设备1和尿素生产设备2通常以这样的方式相互联系：在氨生产设备中获得的至少一部分氨和二氧化碳作为反应产物用于尿素生产设备。
氨生产设备1依次包括：粗合成气生产段3，合成气含有一氧化碳、氢气和氮气；一氧化碳转化段4；脱碳段5；甲烷化段6；合成气压缩段7；氨合成段8。
尿素生产设备2依次包括：二氧化碳压缩段9；尿素合成段10；尿素回收段11。
在段3的入口处，通过合适的装置12和13，分别输入一股含有烃和蒸汽的气流、以及一股含有氮气的气流，例如，空气或富氧空气。
这些输入装置包括管线、连接导管、泵、压缩机、喷嘴、和其它已知类型的装置，它们是用于这种设备的常用装置，因此，在这里不作进一步的描述。
一般来说，在本说明书和后续的权利要求书中，除特别声明外，术语“输入装置”是指管线、连接导管、泵、压缩机、喷嘴、和其它已知类型的装置，它们用于从设备的一个地点向另一地点输送液体或气体物流。
术语“烃”通常是指含氢气和碳的原料，例如，甲烷、液态和/或气态烃的混合物，如天然气和石脑油。术语“富氧空气”是指氧气摩尔含量高于21％的空气，如含有22％至80％氧气的空气。
段3通常包括第一变换步骤，其中用蒸汽使烃发生第一次分解，形成氢气、一氧化碳和二氧化碳，和第二变换步骤，其中通过加入含氮的气体继续分解。
在段3的出口处，获得了粗的氨合成气物流，它包括一氧化碳、氢气和氮气，通过合适的装置14被输入到一氧化碳转化段4。
总之，从本发明的目的看，含有氢气、氮气和一氧化碳的粗的氨合成气流可以在段3用任何已知技术生产，除烃的蒸汽变换之外，还可以通过加入富氧空气、用简单的部分催化氧化来实现。
段4可以包括高温转化步骤和低温转化步骤，以使粗的氨合成气流中的一氧化碳转化成二氧化碳。
来自段4的粗氨合成气流经装置15被输送到脱碳段5，其中二氧化碳被适当地与氨合成气流分离，并经装置16被输送到压缩段9。
来自脱碳段5的、含有氢气和氮气的氨合成气流，在输入氨合成段8之前，经装置17通过传统的甲烷化段7和压缩段8，其中气流被适当纯化和压缩。
特别地，在甲烷化段7，可能的痕量一氧化碳和/或二氧化碳合适地转化成甲烷。在压缩段，如此纯化的气流被压缩到100至200巴的合成压力。
段3-8内的压力和温度操作条件与现有技术中传统氨合成设备的条件相当。
由段8限定的高压合成环路通常包括一个氨合成反应器，以及用于分离和向合成反应器中循环未反应氢气和氮气的合适装置和设备。这些设备进一步包括致冷循环的压缩机。
来自段8的主要含有氨的气流可以经装置18完全输入到段10，以进行尿素的合成。或者按照需要，可以从设备1中通过装置19直接抽出一部分、甚至是大部分，以用于各种用途。如果尿素的生产不是必要的时，在段8中生产的氨可以从设备1通过装置19全部抽出。
含有二氧化碳的气流，一旦在段9中适当压缩后，通过装置20被输送到段10并与氨反应，获得含有尿素、氨基甲酸盐、游离氨在水溶液中的反应混合物。
由段11所限定的高压和高温合成回路通常包括一个或多个尿素合成反应器，可能的是，按照工艺过程的类型，可能包括一个或多个汽提和冷凝单元。
如此获得的反应混合物经装置21被输入到尿素回收段11，在段10中生产的尿素与水溶液中的氨基甲酸盐和液体氨分离，可以已经在未示出的合适段中经进一步浓缩后，并经装置22离开设备2。
尿素回收段通常包括一个或多个中压(约18巴的绝压)和低压(约4巴)的氨基甲酸盐分解反应器，以及相应的氨基甲酸盐冷凝器。
从尿素回收段11获得的水溶液中的氨基甲酸盐和游离氨最终经输入装置23循环到尿素合成段10。值得注意是输入到尿素合成段10的循环物流富含水，这会降低该段的转化率。
现在参看图2，是按照本发明同时生产氨和尿素的设备，是通过对图1所示设备进行现代化改造后得到的。
在图2中，与图1中的设备1和2结构和功能相当的部件用相同的数字表示，在下面不再进一步描述。
由于本发明的现代化方法可以提高设备1和2的生产能力，同时不会使合成段8和10的上游段、特别是段5-7和11以及段8的致冷循环中压缩机过载。
在这种情况下，按照本发明的一个方案，有利地提供如下段和装置，并与以下顺序无关：
-氨基甲酸盐合成段24；
-氨基甲酸盐分解段25；
-将适当压缩的、含有二氧化碳、氢气和氮气的粗的氨合成气流
 输入到氨基甲酸盐合成段24的装置26；
-将在氨合成段8中获得的、含有氨、氢气和氮气的一部分物流
 输入到氨基甲酸盐合成段24的装置27；
-将至少一部分来自尿素回收段11的、含有氨基甲酸盐水溶液的
 物流输入到氨基甲酸盐分解段25的装置28；
-将从分解段25获得的、含有氨和二氧化碳的气相物流输入到尿
 素合成段10的装置29；
-将从氨基甲酸盐分解段获得的、含有稀释氨基甲酸盐水溶液的
 物流输入到氨基甲酸盐合成段24的装置30；
-将从氨基甲酸盐合成段获得的、含氢气和氮气的气流输入到氨
 合成段8的装置31；
-将在氨基甲酸盐合成段24获得的、含氨基甲酸盐的水溶液输入
 到氨基甲酸盐分解段25的装置32。
这样，通过使已有设备部分集成，且不使已在其负荷极限下操作、并已成为提高生产能力障碍的原有脱碳、甲烷化和压缩段(包括氨合成段中的致冷循环压缩机)过载的情况下，可以提高氨生产设备的生产能力，相应地提高尿素生产设备的生产能力。
换句话说，由于本发明的现代化方法，在合成段8和10中使用相应量的反应物，通过以下步骤，可以在原有设备中生产附加量的氨和尿素，这种附加量在图1所示的上述现有传统方式中却不能获得：
-使至少一部分来自尿素回收段11的(装置28)含有氨基甲酸盐
 的水溶液在氨基甲酸盐分解段25中经过部分分解的处理步骤，
 因此获得一个含有氨和二氧化碳蒸气的物流(29)以及一个含有
 稀释的氨基甲酸盐水溶液的物流(30)；
-将含有氨和二氧化碳的蒸气物流(29)输入到尿素合成段10；
-将由处理步骤得到的、含有氨基甲酸盐的水溶液物流(30)输入
 到氨基甲酸盐合成段24；
-将含有二氧化碳、氢气和氮气的粗氨合成气物流(26)输入到氨
 基甲酸盐合成段24；
-将一部分在氨合成段8获得的、含有氨、氢气和氮气的物流输
 入到氨基甲酸盐合成段24；
-在氨基甲酸盐合成段24中使氨与二氧化碳反应，获得含有氨基
 甲酸盐水溶液的物流(32)以及含有氢气和氮气的物流(31)；
-将含有氨基甲酸盐水溶液的物流(32)输入到氨基甲酸盐分解段
 25；
-将含有氢气和氮气的物流(31)输入到氨合成段。
通过装置31和29，分别向段8和段10提供合成氨和相应合成尿素所需的附加量的反应物。
在实施过程中，如何应用这种现代化方法是明显的，可以不必使用或加强原有脱碳段、甲烷化段或压缩段，这能使它们在其低能耗下优化操作。进一步说，按照本发明方法，甚至不必添置任何新的这种段，这种段需要大量能耗，投资成本高。
从投资成本和能耗方面看，通过提供前面描述的图2所示的段和附加装置以获得一定量的反应物，已得到了特别令人满意的结果，与现代化之前相比，实现了氨生产能力的提高，相应地提高了尿素的生产能力，生产能力的提高为10％至50％，优选30％至45％。
此外，如果原有设备1和2已现代化，或者它们与在负荷极限下的脱碳段、甲烷化段和压缩段一起操作，本发明方法可以通过附加的段来分担这种负荷，因此，使原有段减负，从而使它们在其最优状态下操作。这样，能耗可以进一步降低。
为了使尿素合成段10中的转化率最高(降低H2O/CO2摩尔比率)，从而使该段的能耗最小，优选经装置32将所有从段24中获得的、含有氨基甲酸盐的水溶液物流输送到氨基甲酸盐分解段25。
同样，来自尿素回收段11的、含有氨基甲酸盐水溶液的物流优选全部输送到氨基甲酸盐分解段25。
作为一种替代选择，可以预见这种可能性：经装置33(图中用虚线表示)向尿素合成段10供应所有或一部分含有氨基甲酸盐的物流以及-经装置33(图2中用虚线表示)-供应一部分含有氨基甲酸盐水溶液的物流。
有利的是，将含有二氧化碳、氢气和氮气的粗的氨合成气流经装置26以适当压缩的形式输入到氨基甲酸盐合成段24中，也就是说，在基本等于段24的操作压力下输入，该压力相当于氨合成段8的压力。
为了这个目的，按照本发明现代化方法的一个优选方案，可以预见进一步的步骤：提供附加的压缩段34和装置26以将含有二氧化碳、氢气和氮气的粗氨合成气流输入到附加的压缩段34，并从该段输送到氨基甲酸盐合成段。
压缩段34可以包括一个或多个传统压缩单元，它们可以适当地压缩用于氨合成的附加反应物和用于尿素合成的附加量的二氧化碳。
按照图2所示的现代化方法的一个方案，用于将含有二氧化碳、氢气和氮气的粗氨合成气流输入到氨基甲酸盐合成段24的装置26包括，这样一个或一些装置(未示出，如控制阀门)，它或它们用于从来自一氧化碳转化段4的粗氨合成气流采出一部分，并经装置15输送到脱碳段5。
换句话说，在这种情况下，被输送到氨基甲酸盐合成段24的、含有二氧化碳、氢气和氮气的气流是有利地从脱碳段5上游采出的。
在这种情况下，被输送到段24中的气流已在一氧化碳转化段4中部分压缩，因此，减少了将压缩到所需压力的能耗。值得注意的是，对于输送到氨合成段8的反应物流和输送到尿素合成段10的二氧化碳物流，这都有利的。
就这一方面来说，利用一部分来自一氧化碳转化段4的、含有二氧化碳、氢气和氮气的粗氨合成气流，并输入到氨基甲酸盐合成段24，获得了特别令人满意的效果，以来自一氧化碳转化段的粗氨合成气流总量为基准，这一部分为10至50％，优选为30％至45％。
类似地，以氨合成段8得到的、含有氨、氢气和氮气的气流总量为基准计，利用相应于10％至50％，优选30％至45％的一部分来自氨合成段8的物流(装置27)，也获得了特别令人满意的效果。
通过提高氨和尿素生产设备的生产能力，同时从导入图2所示实施例的原有脱碳段的气流中采出附加量的反应物，提供一个附加段以生产含有一氧化碳、氢气和氮气的粗氨合成气、以取代使碳化段(特别是段3)上游原有段的过载，这可能是有利的。
按本发明方法可以有利地预见，提供附加段35以生产含有一氧化碳、氢气和氮气的粗氨合成气、和装置36以将附加段35中生产的含有一氧化碳、氢气和氮气的粗氨合成气输入到一氧化碳转化段35，这是有利的。
图2所示实施例是基于这样的假设：一般来说，一氧化碳转化段4可以大大提高负荷。无论如何，没有任何东西妨碍提供另一个一氧化碳转化段(未示出)，这防止附加的粗合成氨气流通过段4。
用于生产含有一氧化碳、氢气和氮气的粗合成气的段35可以包括一个或多个变换步骤，优选部分催化氧化步骤。
通过分别从装置37和38向段35中输入含有烃的物流和含有氮气的物流，如空气和优选的富氧空气，获得了附加的一氧化碳、氢气和氮气物流。
值得注意的是本发明可以有利地进行，而与将要输送到氨基甲酸盐合成段24的附加二氧化碳、氢气和氮气的物流是如何获得的无关。
在本发明的现代化方法带来的附加部分和改进的详细情况将参照图3进行更好的说明。
在图3所示的同时生产氨和尿素的设备中，在结构和功能上与图2所示设备中相当的部件用相同的数字表示，在这里不再描述。
为了简化本发明的公开，在图3中，仅示意地描述了图2中所示的联合生产氨和尿素的设备的一部分，其余部分对理解本发明没有意义。
此外，仅当在严格需要时，才参照和提及在下面和图3中所述设备中不同部分的联接管线。这些管线本身是常规的。
在图3中，用于将来自尿素浓缩段(未示出)的含水物流输入到氨基甲酸盐合成段24的装置由39表示。
每当在氨基甲酸盐合成段24需要一定的水时，这种输入(绝对是任选的)总是有利的，所需水量大于来自分解段25(装置30)的、含有稀释氨基甲酸盐的水溶液中所含的水量。
在这种情况下，避免了向段24输送来自过程之外的含水物流，将尿素合成反应器下游段之一获得的水循环，节约了操作成本。
按照本发明的一个有利方案，氨合成段8与氨基甲酸盐合成段24之间提供装置27，以向后者输送含有氨的蒸气，氨立即与存在于段24中的二氧化碳反应，加强了氨基甲酸盐的合成。
在被引入氨合成段8之前，可以优选适当纯化通过装置31的含有氢气和氮气的物流。为了这一目的，在图3中示出合适的甲烷化(40)和干燥(41)传统装置。
特别是在干燥装置41中，含有氢气和氮气的气流通过用液氨洗涤脱水，以除去任何痕量的水。
在这一方面，含有液体氨的物流经装置42导入31，然后与含有氢气和氮气的气流一起输入到干燥装置41。
在该装置中，存在于气流中的水被氨吸收，获得了氨的水溶液，水溶液有利地经装置43和32循环到段25，同时，含有氢气和氮气的无水气流经装置31输入到氨合成段8。
在图3所示实施例中，在氨基甲酸盐合成段24和氨基甲盐分解段25之间提供分离器44，用于经装置45从氨基甲酸盐水溶液物流中采出可能夹带的氢气和氮气。
氨基甲酸盐分解段25可以包括图3所示的分解单元(例如一个汽提器)，或两个或多个串联的在不同温度和压力下操作的分解单元。
优选地，在图3所示实施例中，单个分解单元在类似于尿素合成段10的温度和压力条件下操作。
氨基甲酸盐合成段24可以包括单个反应室，装置26、27和30导入该反应室，或设置在相应装置中的多个反应室，或设置在如图3所示的单个装置中的多个反应室。
达种情况下，段24包括三个室46、47和48，它们由两个吸收器49和50分开，如膜式吸收器。
所提供的第一室46相应于段24的底端，分别与装置26和装置32流通连接，装置26用于向该段输入含有氢气、氮气和二氧化碳的气流，装置32用于向氨基甲酸盐分解段25输入在段24中获得的含氨基甲酸盐水溶液的物流。
所提供的第二室47位于段24的中部，与装置27流通连接，用于输入来自氨合成段8的含有氨、氢气和氨气的物流。
所提供的第三室48相应于段24的顶端，与装置39和30流通连接，用于输入含水、稀释的氨基甲酸盐水溶液，并与装置31流通连接，用于向氨合成段8输入在氨基甲酸盐合成段获得的含有氢气和氮气的气流。
所提供的第一吸收器49位于第一和第二室46与47之间，包括，例如，多个具有相对端头的、分别与第一室和第二室流通连接的管线。
所提供的第二吸收器50位于第二和第三室47与48之间，包括，例如，多个具有相对端头的、分别与第二室和第三室流通连接的管。
由于如此设计的氨基甲酸盐合成段24，可以在结构简单、尺寸限定、低制造-和操作成本的装置中，快速而有效地使氨与二氧化碳反应。
来自氨基甲酸盐分解段25的含有稀释氨基甲酸盐水溶液的物流优选经装置30输入到第三室48，它邻近于第二吸收器50处。
然而，通过向邻近段24上端的第三室48或向邻近第二吸收器50的第二室47中送入含有稀释氨基甲酸盐水溶液的物流，如图3中的虚线所示，已获得了令人满意的结果。
有利的是，第三室48-优选在绝热条件下操作-包括多个传统的水平多孔板，以提高吸收能力。
按照图3所示的氨基甲酸盐合成段24的特定结构，含有氢气、氮气和二氧化碳的物流经导管26输入第一室46。
该物流从室46经管侧进入第一吸收器49，与来自第二室47的含有氨和氨基甲酸盐水溶液的物流逆向流动。
在这一区域，大部分二氧化碳与氨反应，优选在气相和液相中反应，形成氨基甲酸盐，并收集在室46中。
来自第一吸收器49的气流与经装置27来自氨合成段8的氨、氢气和氮气的物流在室47中混合，在管侧进入第二吸收器50，在其中，气相的大部分二氧化碳和氨被吸收在来自第三室48的稀释氨溶液中。
第三室48，通过装置39和30分别输入了来自尿素浓缩段的含水物流和来自氨基甲酸盐分解段25的、含有氨基甲酸盐水溶液的物流，它允许最终除去残留的氨和二氧化碳。
由于本发明，例如，可以在第三室49的出口处(装置31)获得含有氢气和氮气的物流，残留氨的摩尔含量相当于1％，残留二氧化碳的摩尔含量相当于约0.05％。
有利的是，氨基甲酸盐合成段24中产生的反应热通过与冷却流体(如水)间接换热除去，冷却流体优选流过吸收器49和50的壳侧。
这样，可以将氨基甲酸盐合成段24的温度维持在能避免氨基甲酸盐在吸收器管内结晶的温度范围内。
例如，在氨基甲酸盐合成段24内的温度和压力为140-200巴(绝)，优选180巴(绝)，相应温度为110-150℃，优选130℃。
按本发明的现代化方法获得的联合生产氨和尿素的设备也可以重新建造。
这样的设备包括图2中所描述的段和装置。生产氨和尿素的设备限定在权利要求15-20中。
参照对原有氨和尿素生产设备同时现代化所描述的优点都存在于重新建立的设备中，例外的是投资成本不同，它明显高得多。
由于本发明的设备，不论是通过上述现代化方法获得的还是重新建立的，都可以同时实现权利要求7-14所限定的、同时生产氨和尿素的方法。
实施例
先如下假设：所要现代化的同时生产氨和尿素的设备中，其原有段不能扩容放大，也不能由传统方法进行进一步的开发。该现代化方法用于提高设备的生产能力。
生产能力的提高是这样定义的：-NH3设备：从1300 MTD NH3提高到2000 MTD NH3；-尿素设备从2300 MTD尿素提高到3500 MTD尿素。
由于通过使两部分生产进行集成，本发明可以获得多余的生产能力(700 MTD NH3和1200 MTD尿素)，只需提高生产能力，不必对原有设备进行大规模改进。
在这一实施例中，考虑两种不同的尿素合成设备，其中氨生产设备相同：
-情形1：尿素生产设备基于用CO2的汽提方法；
-情形2：尿素生产设备基于自汽提方法(用氨)。
情形1：尿素合成段(合成反应器)的操作条件如下：
-压力：
Figure A0010531900231
140÷150巴，绝压
-温度：183÷188℃
-NH3/CO2摩尔比：
Figure A0010531900232
3
-H2O/CO2摩尔比：
Figure A0010531900233
0.5
-η：60％(转化率)
来自合成反应器的尿素溶液在汽提器中用CO2作为汽提剂按传统方式汽提。如此获得的蒸气在氨基甲酸盐冷凝器中部分冷凝，并与来自尿素合成段的氨基甲酸盐循环水溶液一起供应到合成反应器。
前面描述的按本发明方法同时现代化的氨生产设备和尿素生产设备可以实现的尿素生产能力为3500 MTD。此外，尿素合成段的操作条件如下：
-压力：
Figure A0010531900234
140÷150巴，绝压
-温度：185÷189℃
-NH3/CO2摩尔比：
Figure A0010531900241
3
-H2O/CO2摩尔比：
Figure A0010531900242
0.15
-η：65％(转化率)
除生产能力的提高外，由于H2O/CO2的摩尔比率从0.5％下降到了0.15％，还可以将产率从60％提高到65％，同时还节约了能耗。
情形2：尿素合成段(合成反应器)的操作条件如下：
-压力：
Figure A0010531900243
140÷150巴，绝压
-温度：185÷190℃
-NH3/CO2摩尔比：
Figure A0010531900244
3.2
-H2O/CO2摩尔比：
Figure A0010531900245
0.5
-η：62％(转化率)
来自合成反应器的尿素溶液在汽提器中按照自汽提条件、以传统方式汽提。如此获得的蒸气在第一冷凝器中冷凝，并循环到反应器。然后，来自汽提器的尿素在18巴绝压的中压步骤和在4巴绝压的低压步骤中蒸馏，并通过真空浓缩段，以获得99.7重量％的熔融尿素。在有循环氨基甲酸盐水溶液存在的条件下，来自中压蒸馏段的富含氨的蒸汽在第二冷凝器中部分冷凝，并通过一个蒸馏塔：塔顶产物是纯NH3，浓缩后循环到反应器；塔釜产物是氨基甲酸盐水溶液，被输送到第一冷凝器，因此也输送到反应器。
前面描述的按本发明方法同时现代化的氨生产设备和尿素生产设备可以实现的尿素生产能力为3500MTD。此外，尿素合成段的操作条件如下：
-压力： 140÷150巴，绝压
-温度：185÷190℃
-NH3/CO2摩尔比：
Figure A0010531900247
3.2
-H2O/CO2摩尔比：
Figure A0010531900248
0.2
-η：65％(转化率)
在这种情形中，除提高生产能力外，还提高了转化率，实现了低能耗的优点。

Claims (20)

1.一种使氨生产设备和尿素生产设备同时现代化的方法，氨生产设备包括一个生产含有一氧化碳、氢气和氮气的粗氨合成气的段，一个一氧化碳转化段，一个脱碳段，一个甲烷化段，一个氨合成气压缩段和一个氨合成段，它们串联连接，尿素生产设备包括一个二氧化碳压缩段，一个尿素合成段和一个尿素回收段，所述方法的特征在于包括如下步骤：-提供一个氨基甲酸盐合成段和一个氨基甲酸盐分解段；-提供将适当压缩的、含有二氧化碳、氢气和氮气的粗氨合成气气流输入到所述氨基甲酸盐合成段的装置；-提供将一部分在氨合成段获得的、含有氨、氢气和氮气的物流输入到所述氨基甲酸盐合成段中的装置；-提供将至少一部分来自尿素回收段的、含有氨基甲酸盐水溶液物流输入到所述氨基甲酸盐分解段的装置；-提供将在所说分解段获得的含有氨和二氧化碳蒸气的物流输入到所述尿素合成段的装置；-提供将在氨基甲酸盐分解段获得的、含有稀释氨基甲酸盐水溶液的物流输入到所述氨基甲酸盐合成段的装置；-提供将在氨基甲酸盐合成段获得的、含有氢气和氮气的气流输入到所述氨合成段的装置；-提供将在氨基甲酸盐合成段获得的、含有氨基甲酸盐水溶液的物流输入到所述氨基甲酸盐分解段和/或到尿素合成段的装置。
2.权利要求1的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：-提供一个附加的压缩段；-提供将含有二氧化碳、氢气和氮气的粗合成氨气流输入到所述附加压缩段、并从其中再输入到所述氨基甲酸盐合成段的装置。
3.权利要求1的方法，其特征在于，用于将含有二氧化碳、氢气和氮气的粗合成氨气流输入到所述氨基甲酸盐合成段的所述装置包括，从来自所述一氧化碳转化段的粗氨合成气流中采出一部分并输入所述脱碳段的装置。
4.权利要求3的方法，其特征在于，进一步包括如下步骤：-提供一个生产含有一氧化碳、氢气和氮气的粗氨合成气的附加段；-提供将在所述附加段中获得的、含有一氧化碳、氢气和氮气的气流输入到所述一氧化碳转化段的装置。
5.权利要求1的方法，其特征在于，所述氨基甲酸盐合成段包括：-一个第一室，它分别与所述用于将含有氢气、氮气和二氧化碳的粗氨合成气流输入到所述氨基甲酸盐合成段的装置、和所述用于将在所述氨基甲酸盐合成段获得的含有氨基甲酸盐的水溶液输入到所述氨基甲酸盐分解段和/或所述尿素合成段流的装置流体连通；-一个第二室，它与所述用于将在所述氨合成段获得的、含有氨、氢气和氮气的物流输入到所述氨基甲酸盐合成段的装置流体连通；-一个第三室，它与所述用于将含有稀释氨基甲酸盐水溶液输入到所述氨基甲酸盐合成段的装置、和与所述用于将在所述氨基甲酸盐合成段获得的合有氢气和氮气的气流输入到所述氨合成段的装置流体连通；-设置在所述第一室和所述第二室之间的、包括多个具有相对的端头的管的第一膜式吸收器，它分别与所述第一室和第二室流体连通；-设置在所述第二室和所述第三室之间的、包括多个具有相对的端头的管的第二膜式吸收器，它分别与所述第二室和第三室流体连通。
6.权利要求1的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：-提供将来自尿素浓缩段的含水物流输入到所述氨基甲酸盐合成段的装置。
7.一种联合生产氨和尿素的方法，进行该方法的设备包括，一个生产含有一氧化碳、氢气和氮气的粗氨合成气的段，一个一氧化碳转化段，一个脱碳段，一个甲烷化段，一个氨合成气压缩段，一个氨合成段，一个二氧化碳压缩段，一个尿素合成段和一个尿素回收段，该方法的特征在于，第一部分氨和尿素是通过以下步骤生产的：-使含有二氧化碳、氢气和氮气的物流流过脱碳段、甲烷化段和合成气压缩段，获得适当压缩的含有氢气和氮气的气流；-将适当压缩的含有氢气和氮气的气流输入到氨合成段；-将一部分在氨合成段获得的氨与来自脱碳段的二氧化碳输入到尿素合成段；第二部分氨和尿素是通过以下步骤生产的：-使至少一部分来自尿素回收段的含有氨基甲酸盐水溶液的物流在氨基甲酸盐分解段中经部分分解处理，因此，获得含有氨和二氧化碳蒸气的物流以及含有稀释氨基甲酸盐水溶液的物流；-将含有氨和二氧化碳的蒸气物流输入到尿素合成段；-将所说处理步骤得到的、含有稀释氨基甲酸盐水溶液的物流输入到氨基甲酸盐合成段；-将适当压缩的含有二氧化碳、氢气和氮气的粗氨合成气流输入到氨基甲酸盐合成段；-将一部分在氨合成段获得的含有氨、氢气和氮气的物流输入到氨基甲酸盐合成段；-使氨与二氧化碳在氨基甲酸盐合成段中反应，获得含有氨基甲酸盐水溶液的物流和含有氢气和氮气的气流；-将含有氨基甲酸盐水溶液的物流输入到氨基甲酸盐分解段和/或尿素合成段；-将含有氢气和氮气的气流输入到氨合成段。
8.权利要求7的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：-在被输入到所述氨基甲酸盐合成段之前，使所述含有二氧化碳、氢气和氮气的粗氨合成气流在一个附加的压缩段中经受压缩。
9.权利要求7的方法，其特征在于，被输入到所述氨基甲酸盐合成段的含有二氧化碳、氢气和氮气的所述粗氨合成气流包括一部分来自所述一氧化碳转化段、并导入所述脱碳段的粗氨合成气流。
10.权利要求9的方法，其特征在于，进一步包括如下步骤：-使烃物流燃烧，以获得一股含有一氧化碳、氢气和氮气的附加粗氨合成气流；-将来自所述烃部分氧化段的含有一氧化碳、氢气和氮气的所述附加粗氨合成气流输入到所述一氧化碳转化段。
11.权利要求7的方法，其特征在于，来自所述氨合成段的所述物流包括氨蒸气。
12.权利要求7的方法，其特征在于，来自所述氨合成段的所述物流占在所述氨合成段获得的、含有氨、氢气和氮气的气流总量的10％至50％，优选30％至45％。
13.权利要求9的方法，其特征在于，来自所述一氧化碳转化段并输入到所述氨基甲酸盐合成段的含有二氧化碳、氢气和氮气的粗氨合成气流占来自所述一氧化碳转化段的粗氨合成气流总量的10％至50％，优选30％至45％。
14.权利要求7的方法，其特征在于，进一步包括将来自尿素浓缩段的含水物流输入到所述氨基甲酸盐合成段的步骤。
15.一种同时生产氨和尿素的设备，其特征在于，该设备包括：-一个生产含有一氧化碳、氢气和氮气的粗氨合成气的段，一个一氧化碳转化段，一个脱碳段，一个甲烷化段，一个氨合成气的压缩段，一个氨合成段，一个二氧化碳压缩段，一个尿素合成段，一个尿素回收段，一个氨基甲酸盐合成段和一个氨基甲酸盐分解段；-将适当压缩的含有二氧化碳、氢气和氮气的粗氨合成气输入到氨基甲酸盐合成段的装置；-将一部分在氨合成段获得的、含有氨、氢气和氮气的物流输入到氨基甲酸盐合成段的装置；-将至少一部分来自尿素回收段的、含有氨基甲酸盐水溶液的物流输入到氨基甲酸盐分解段的装置；-将在所说分解段获得的、含有氨和二氧化碳物的流输入到尿素合成段的装置；-将在氨基甲酸盐分解段获得的、含有稀释氨基甲酸盐水溶液的物流输入到氨基甲酸盐合成段的装置；-将在氨基甲酸盐合成段获得的、含有氢气和氮气的物流输入到氨合成段的装置；-将在氨基甲酸盐合成段获得的、含有氨基甲酸盐水溶液的物流输入到氨基甲酸盐分解段和/或尿素合成段的装置。
16.权利要求15的设备，其特征在于，进一步包括：-一个附加的压缩段；-将含有二氧化碳、氢气和氮气的所述气流输入到所述附加压缩段、并从这里再输入到所述氨基甲酸盐合成段的装置。
17.权利要求15的设备，其特征在于，将含有二氧化碳、氢气和氮气的所述气流输入到所述氨基甲酸盐合成段的装置包括从来自所述一氧化碳转化段、并导入所述脱碳段的粗氨合成气流中采出一部分的装置。
18.权利要求17的设备，其特征在于，进一步包括：-一个生产含有一氧化碳、氢气和氮气的粗氨合成气流的附加段；-将在所述附加段内获得的、含有一氧化碳、氢气和氮气的粗氨合成气流输入到所述一氧化碳转化段的装置。
19.权利要求15的设备，其特征在于，进一步包括：-一个第一室，它分别与所述用于将含有氢气、氮气和二氧化碳的粗氨合成气流输入到所述氨基甲酸盐合成段的装置、和所述用于将在所述氨基甲酸盐合成段获得的、含有氨基甲酸盐水溶液的物流输入到所述氨基甲酸盐分解段和/或到所述尿素合成段流的装置流体连通；-一个第二室，它与所述用于将在所述氨合成段获得的、含有氨、氢气和氮气的物流输入到所述氨基甲酸盐合成段的装置流体连通；-一个第三室，它与所述用于将含有稀释氨基甲酸盐水溶液的物流输入到所述氨基甲酸盐合成段的装置、和与所述用于将在所述氨基甲酸盐合成段获得的、含有氢气和氮气的气流输入到所述氨合成段的装置流体连通；-设置在所述第一室和所述第二室之间的、包括多个具有相对的端头的管的第一膜式吸收器，它分别与所述第一室和第二室流体连通；-设置在所述第二室和所述第三室之间的、包括多个具有相对的端头的管的第二膜式吸收器，它分别与所述第二室和第三室流体连通。
20.权利要求15的设备，其特征在于，进一步包括：-将含水物流输入到所述氨基甲酸盐合成段的、与尿素浓缩段流体连通的装置。
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