CN1498204A - 尿素生产方法 - Google Patents

Abstract

一种从液氨和气体二氧化碳生产合成尿素的方法，该方法包括分别将分开的液氨和气体二氧化碳流体(6，8)连续地送入到基本上垂直的或水平的塔合成反应器(1)中，其特征在于：将液氨的进料分开送入到所述塔的至少两个相邻部分(Z1－Z7)。

Description

尿素生产方法

技术领域

本发明涉及一种从连续加入到垂直的或水平的塔合成反应器中的液氨与气体二氧化碳连续生产合成尿素的方法。

本发明还涉及一种实现前面所述方法的合成反应器。

背景技术

如已知，从氨和二氧化碳合成尿素基本上通过两个反应产生：生成氨基甲酸酯的第一反应和将刚刚生成的氨基甲酸酯分解为尿素和水的第二反应。

第一反应非常快并且是强放热反应；第二反应即分解反应是吸热反应；相对于由氨基甲酸酯自身的生成反应所产生与提供的热量而言，完成氨基甲酸酯分解所需要的热量相当少。因此，尿素合成反应总体而言是相当大地放热的。此外，也是在相当短时间产生的大量的热量，将这样决定送入到研究中的尿素生产工艺类型的合成反应器的相应量液氨的迅速蒸发。

在气相中，氨不与二氧化碳反应生成氨基甲酸酯并且将其作为未反应的组分从反应器中排放出来，在气流中还包括未反应的产品和该反应的可能的气体副产物。

当在工业规模上实现前面所述的合成尿素生产时，即其必须要达到一个可接受的收率，一方面必须控制第一反应的放热程度，以便尽可能控制液氨的蒸发。另一方面，必须将几乎所有未反应的氨回收，使其再次回到液体状态并将其循环到反应器中。一般而言，通过下面的方法可以完成这两个任务：将液氨转变为氨基甲酸酯(通过与二氧化碳反应)并将因此得到的氨基甲酸酯循环至合成反应器。

为了达到从工业方面考虑的可接受的收率，必须在特定设备中提供合成反应器顺流条件下，连续地重复前面所述的操作。

除了前面所述操作的技术/操作的复杂性外，下面两个方面所认可的负担相当明显地影响研究工艺中合成的尿素生产的费用：实现它们所要求的设备费用和用于此设备的操作和维护费用。

本发明根本的技术难题在于：提供一种基于下列功能性特征的从液氨和气体二氧化碳合成尿素生产的方法，即：相对于现有技术允许增加收率，以这样一种方式来基本上减少，如果不是完全取消的话，严重干涉合成反应器顺流的需要，以完成上面所提的未反应的氨的不经济的回收和循环。

发明概述

根据本发明，通过下面的方法可以解决此难题：前面所述类型的合成尿素生产的方法，其包括分别将分开的液氨和气体二氧化碳流体连续地加入到基本上垂直的或水平的塔合成反应器的步骤，其特征在于：将液氨的进料分开送入到所述塔的至少两个相邻的部分。

优选将分开的液氨和气体二氧化碳流体同向送入到合成反应器中。

根据本发明的方法，还考虑将气体二氧化碳的进料分开送入到合成塔的至少两个相邻部分的可能性。

本发明基于下面惊人的发现，即如果与通过尿素生产的常规方法可以得到的反应器中的收率相比而言，所有的其它操作条件相同，通过将液氨的进料分开送入到塔合成反应器的至少两个相邻部分相当明显地提高了在反应器中二氧化碳和氨转化成为尿素的转化率。

事实上，使用本发明的方法，所有其它的操作条件相同，在反应器中转化为尿素的转化率高于70％，而在传统的方法中此收率被限制在低于70％的数值上。

在尿素转化收率被如上限制的常规方法中，其包括将液氨和气体二氧化碳作为原料加入到反应器中的常规方法，和将未反应的循环物料如气相中的氨和二氧化碳和氨基甲酸酯的水溶液也加入到反应器中的许多常规方法。

具体而言，已发现将液氨的进料分开送入到合成反应塔的至少两个相邻部分有利地允许有效地控制尿素的第一合成反应的放热程度。接着在这样的第一反应期间产生的热沿着反应塔更均匀的分布。

这样，相当明显地减少在合成反应器内的液氨的蒸发，得到更高的尿素转化效率的所有益处。事实上，减少在反应器中的气态氨含量。如已提到的，此气态氨不再能够与二氧化碳反应生成氨基甲酸酯。

因此，由于使用本发明方法获得的尿素转化效率的增加意味着这类未反应的组分的量相当明显地减少，工厂的投资与维护费用以及实现未反应组分回收和循环至反应器的操作费用被相当明显地降低。

本发明还涉及一种从气体二氧化碳和液氨连续生产尿素的反应器，所述的反应器具有塔形，所述塔具有水平的或垂直的纵轴和预定交叉方向，其包括：配有对向底板的外壳，含有气体二氧化碳流的进口，液氨流的进口，含有尿素的液体流的出口，其特征在于：还包括将液氨的进料分开送入到塔的至少两个相邻部分的装置。

优选分开液氨进料的装置包括：至少一个内部的输送管，其从液氨流的进口伸出并且穿过塔的所述至少两个相邻部分，和在每个所述至少两个相邻部分中用于分配或注入液氨的装置，所述的装置安装在塔的所述至少一个输送管的预定位置。

根据本发明一个优选的实施方案，连续生产尿素的方法包括如下步骤：

—提供一种具有塔形的反应器，所述塔具有水平的或垂直的纵轴和预定的交叉方向，其包括：配有对向底板的外壳，含有气体二氧化碳的流体的进口，液氨流的进口，含有尿素的液体流的出口，至少一个内部的输送管，其从液氨流的进口伸出并且经过塔的所述至少两个相邻部分，和安装在塔的所述至少一个输送管的预定位置的装置，所述的装置在每个所述至少两个相邻部分中用于分配或注入液氨，

—连续将所述的气体二氧化碳流和液氨流同向加入到反应器中，

—使所述的气体二氧化碳流在所述的反应器中以穿过每一个所述的至少两个相邻部分的方式前进，

—使所述的液氨流在所述的至少一个输送管中前进，并且在所述至少两个相邻部分中的每一部分分配和注入液氨，液氨因此与气体二氧化碳在所述至少两个相邻部分中的每一部分反应，和

—从反应器中连续排放所述的含有尿素的液体流。

从本发明的一个优选实施方案指明和非限制的实施例并且结合附图所做的下述中，本发明的特征和益处将变得更加清楚。

附图简述

图1所示为实现本发明连续生产尿素方法所用的合成反应器的示意图。

详细描述

参考附图，数字1表示连续生产尿素的整个合成反应器。

反应器1具有塔形，所述塔具有垂直的纵轴，并且该反应器包括在两个对向端提供一个下底板3和上底板4的外壳2。

一般而言，反应器1在温度为220至340℃和压力为120-400巴下操作。

反应器1还包括：在下底板3上，含有气体二氧化碳流6的进口5，液氨流8的进口7，和由循环的氨基甲酸酯溶液形成的流12的进口1。

将液流8、12和气流6、10同向加入并且向上穿过反应器1，即从下底板3到上底板4。

在上底板4上，反应器1还包括：含有与未反应物质在一起的尿素的含水溶液流14的进口13，具体而言，未反应物质指氨基甲酸酯和氨。

反应器1还包括：在不同高度水平安置的多块多孔塔盘15(在本例中为6块塔盘)，并且优选其互相的距离相等。

具体而言，多孔塔盘15在反应器1中限定多个相邻反应部分(在本例中为7个相邻部分)，所述的每个部分通过多孔塔盘15或反应器1的下底板3确定在其下部的界线。

多孔塔盘15本身是常规的并且有利地允许在反应器1中从下底板3到上底板4同向流动的液流和气流间的均匀混合。

在本实施方案中，在反应器1中限定：下端反应部分Z1，由下底板3确定其下部的界线和由塔盘15确定其上部的界线；5个中间反应部分Z2、Z3、Z4、Z5和Z6，分别通过一对相邻的塔盘确定其下部的和上部的界线；还有上端反应部分Z7，由塔盘15确定其下部的界线和上底板4确定其上部的界线。

根据本发明，在图中所示的实例中，反应器1还包括：基本上中心的内部输送管16，其从进口7垂直地伸出并且穿过下端反应部分Z1，中间反应部分Z2-Z6和部分上端反应部分Z7。

液氨流8流经输送管16并且在其预定的位置配备有分布或注入的装置(例如喷嘴分布器)，以便将液氨分开送入相邻反应部分Z1-Z7的每一部分。

具体而言，在本实施方案中，将进料液氨分布和注入到反应器1内的装置被安置在Z1-Z7的每一个部分中，由箭头示意性的指示，彼此隔开的离开输送管16。

使用本发明，通过提供反应物即液氨和气体二氧化碳间的接触，在多个分开的部分分开并且同向送入至反应器1，得到通过第一放热的氨基甲酸酯生成反应所产生的反应热沿着反应器1真实的分布。

这种分布允许合适地控制第一反应的放热程度和有益地限制液氨的蒸发，因而提高二氧化碳和氨转化为尿素的转化率。

为了满足附属的和特定的要求，本领域的技术人员可以对合成反应器做所有落入如后附权利要求所定义的发明范围内的大量的改进和改变。

例如，可以根据特定的要求任意改变液氨被分开加入的相邻反应部分的数目与形状，和至在所述的部分装备有相应的分布或注入液氨装置的反应器内的输送管数目。

此外，取代前面所解释的解决方法，即提供具有相应液体分布装置的输送管的方法，可以通过下面的方法实现液氨分开送入相邻反应部分，在所述部分的每一部分提供一个或多个液氨送入到反应器中的进口。

Claims (9)

1.从液氨和气体二氧化碳生产合成尿素的方法，该方法包括分别将分开的液氨和气体二氧化碳流体(6，8)连续地加入到基本上垂直的或水平的塔合成反应器(1)的步骤，其特征在于：将液氨的进料分开送入到所述塔的至少两个相邻的部分(Z1-Z7)。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于：将气体二氧化碳的进料分开送入到所述塔的相邻部分(Z1-Z7)。

3.用于从气体二氧化碳和液氨连续生产尿素的反应器(1)，所述的反应器为塔形，具有水平的或垂直的纵轴和预定的交叉方向，包括：配有对向的底板(3，4)的外壳(2)，含有气体二氧化碳的流体(6)的进口(5)，液氨流(8)的进口(7)，含有尿素的液体流(14)的出口(13)，其特征在于，还包括装置(16)，其用于将液氨的进料分开送入到塔的至少两个相邻部分(Z1-Z7)中。

4.根据权利要求3的反应器(1)，其特征在于，其包括将二氧化碳的进料分开送入到所述塔的相邻部分(Z1-Z7)。

5.根据权利要求3的反应器(1)，其中用于分开液氨进料的装置包括至少一个内部的输送管(16)，其从液氨流(8)的进口(7)伸出并且经过所述塔的至少两个相邻部分(Z1-Z7)，和安装在所述至少一个内部输送管(16)的预定位置的装置，所述的装置在所述至少两个相邻部分(Z1-Z7)中用于分配或注入液氨。

6.根据权利要求4的反应器(1)，其中用于分开二氧化碳进料的装置包括至少一个内部的输送管(16)，其从液氨流(8)的进口(7)伸出并且经过所述塔的至少两个相邻部分(Z1-Z7)，和安装在所述至少一个内部输送管(16)的预定位置的装置，所述的装置在所述至少两个相邻部分(Z1-Z7)中用于分配或注入液氨。

7.根据前述权利要求3-6中任何一项的反应器(1)，其特征在于，其包含多块多孔塔盘(15)，其以与塔的纵轴基本上垂直的关系安置在塔的相邻部分，所述多孔塔盘(15)在塔中限定所述的相邻部分(Z1-Z7)。

8.根据前述权利要求3-7中任何一项的反应器(1)，其特征在于，其包含循环的氨基甲酸酯溶液流(12)的进口(11)。

9.从气体二氧化碳和液氨生产合成尿素的方法，该方法包括如下步骤：

—提供具有塔形的反应器(1)，所述塔具有水平的或垂直的纵轴和预定的交叉方向，所述反应器包括：配有对向的底板(3，4)的外壳(2)，含有气体二氧化碳的流体(6)的进口(5)，液氨流(8)的进口(7)，含有尿素的液体流(14)的出口(13)，至少一个内部的输送管(16)，其从液氨流(8)的进口(7)伸出并且经过塔的至少两个相邻部分(Z1-Z7)，和安装在塔的所述至少一个输送管(16)的预定位置的装置，所述的装置在每个所述至少两个相邻部分(Z1-Z7)中用于分配或注入液氨，

—连续将所述的气体二氧化碳流(6)和液氨流(8)同向送入到反应器(1)中，

—使所述的气体二氧化碳流(6)在所述的反应器(1)中以穿过每一个所述的至少两个相邻部分(Z1-Z7)的方式前进，

—使所述的液氨流(8)在所述的至少一个输送管(16)中前进，并且在所述至少两个相邻部分(Z1-Z7)中的每一部分分配和注入液氨，液氨因此与气体二氧化碳在所述至少两个相邻部分(Z1-Z7)的每一部分中反应，和

—从反应器(1)中连续排放所述的含有尿素的液体流(14)。

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