CN1902163B - 尿素和三聚氰胺生产的集成工艺 - Google Patents

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Abstract

在尿素和三聚氰胺生产的集成工艺中，在包括高压尿素合成部分(15)和从氨基甲酸盐水溶液中分离尿素的尿素回收部分(16)的尿素设备(12)中生产尿素，在三聚氰胺设备(11)中生产三聚氰胺，其中作为三聚氰胺合成的副产品得到的废气从三聚氰胺设备(11)以至少2巴的压力排出，循环到高压尿素合成部分(15)。

Description

尿素和三聚氰胺生产的集成工艺
技术领域
本发明涉及一种尿素和三聚氰胺集成生产的工艺。
特别地，本发明涉及一种上述类型的工艺，其中在包括高压尿素合成部分和尿素回收部分的尿素设备中生产尿素，并且其中作为三聚氰胺合成的副产品得到的废气再循环到所述的高压尿素合成部分。
在下面的说明书和权利要求书中，“高压尿素合成部分”是指在至少约120巴，通常在130巴和260巴之间的压力下操作的部分。
更特别地，本发明的工艺是其中待再循环的废气具有至少2巴，通常在2巴和30巴之间的压力的类型。
本发明还涉及实施该工艺的集成设备。
已经知道，在尿素和三聚氰胺的领域中，越来越感觉到需要提供集成工艺，其中在三聚氰胺合成中生产的废气能有效地用于尿素生产。
背景技术
为了满足上述要求，已经提出集成工艺，其中在所谓的三聚氰胺设备中使用NH3和尿素作原料(反应物)生产三聚氰胺，在称为尿素设备的尿素生产设备中生产尿素，来自三聚氰胺设备的主要含有NH3和CO2的废气作为原料(反应物)再循环到尿素设备。
根据这些工艺，一般从三聚氰胺设备以2巴和30巴之间的压力排放的废气在供应给尿素设备之前合适地处理。
特别地，废气用稀氨水溶液(氨浓度在0重量％～15重量％之间)在等于或低于其排放压力下浓缩。然后将这样得到的废气溶液供给尿素设备的废水处理部分，一般操作压力约为2～5巴，从该水溶液中回收NH3和CO2，经尿素设备的低压尿素回收部分再循环到高压尿素合成部分。
另外，还提出了合适地压缩上述废气溶液，将它直接再循环到尿素设备的高压合成部分。
尽管上述工艺一定程度地满足了上述需求，但是后者受几个缺点影响。
在第一种情况中，在废水处理部分需要高的能耗从废气溶液中分离NH3和CO2。而且，由于这部分的压力常常比三聚氰胺设备排放的废气压力低一些，因此废气在浓缩之前必须膨胀，再循环到尿素设备的废水处理部分，这样从压力损失上说也存在着能量浪费。
在第二神情况中，将额外的不可忽略量的水经再循环的废气溶液供应给高压尿素合成部分。由于水是尿素合成的副产品，所以它出现在反应物料中对CO2转化成尿素是有害的。这样，尿素转化率受再循环的废气溶液含有的水负面影响，从离开合成部分的尿素溶液中回收尿素和将未转化的反应物再循环回合成部分所需要的能耗肯定增加。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有功能特点的尿素和三聚氰胺生产的集成工艺，这些功能特点例如充分地解决现有技术存在的缺点，能够以较高的转化率和较低的能耗生产尿素。
根据本发明，用尿素和三聚氰胺的集成工艺解决上述问题，在包括高压尿素合成部分和从氨基甲酸盐水溶液中分离尿素的尿素回收部分的尿素设备中生产尿素，在三聚氰胺设备中生产三聚氰胺，作为三聚氰胺合成的副产品得到的废气从三聚氰胺设备以至少2巴的压力排出，再循环到所述的高压尿素合成部分，所述工艺的特征在于它进一步包括步骤：
-将来自所述三聚氰胺设备的所述废气供给废气冷凝部分，废气冷凝部分优选在与废气的压力基本相同的压力下操作；
-将来自所述尿素回收部分的所述氨基甲酸盐水溶液供给所述废气冷凝部分；
-在所述废气冷凝部分中用所述的氨基甲酸盐水溶液凝结所述的废气，得到浓缩的氨基甲酸盐水溶液；
-将这样得到的浓缩的氨基甲酸盐水溶液供给所述的高压尿素合成部分。
在离开尿素回收部分的氨基甲酸盐水溶液的压力比废气冷凝部分的操作压力低的情况中，本发明的工艺有利地进一步包括步骤：-在将来自所述尿素回收部分的所述氨基甲酸盐水溶液供给所述废气冷凝部分之前，将它压缩至与所述废气冷凝部分的操作压力基本相当的压力。
并且，在从三聚氰胺设备排放的废气的压力比尿素合成部分的压力低的情况中，本发明的工艺有利地进一步包括步骤：-在将来自所述废气冷凝部分的所述浓缩的氨基甲酸盐水溶液供给所述高压尿素合成部分之前，将它压缩至与所述高压尿素合成部分的操作压力基本相当的压力。
本发明的工艺的主要优点是利用在尿素设备的尿素回收部分得到的并且再循环到高压尿素合成部分的氨基甲酸盐水溶液中含有的少量水进行废气的浓缩。因此，和现有技术的工艺相反，当将废气从三聚氰胺设备循环到尿素设备时，不再向废气加入额外的水。由于本发明，可以将更加浓缩的氨基甲酸盐溶液再循环到尿素设备的高压尿素合成部分，结果，尿素的转化率有利地增加，回收尿素和将未转化的反应物循环到合成部分所需要的能耗有利地相当地降低。
参照附图，以非限定的实施例方式，从实施方案的下述说明中进一步得到本发明的特点和优点。
附图说明
图1示意地表示根据本发明的工艺的尿素和三聚氰胺生产的集成设备；
图2示意地表示图1的尿素和三聚氰胺生产的集成设备的详细内容。
具体实施方式
参照图1，数字10概括地示意地表示本发明的尿素和三聚氰胺生产的集成设备。集成设备10包括生产三聚氰胺的设备11和生产尿素的设备12。
本发明的三聚氰胺设备11是催化低压型(最高70巴)或非催化高压型(高于70巴)，其前提条件是三聚氰胺设备排放的废气具有至少2巴的压力。设备11包括低压或高压三聚氰胺合成部分13。
优选地，但不排外地，三聚氰胺设备11是非催化高压型，其中作为三聚氰胺合成的副产品排放的废气具有3巴和30巴，优选20巴和25巴之间的压力。当然，根据生产三聚氰胺的压力，本发明的三聚氰胺设备排放的废气也可以具有更高的压力。
本发明的尿素设备12是全循环型，其中在与尿素回收部分16流体连通的高压尿素合成部分15中，在至少120巴，一般在约130～260巴的压力下生产尿素。
一般地，尿素回收部分16包括(未表示出)在约15～30巴的压力下操作的中压回收部分和/或在约2～10巴的压力下操作的低压回收部分。
优选地，尿素设备12是所谓的CO2或氨汽提型，高压尿素合成部分15在约130～170巴下操作，包括至少一个尿素合成反应器、汽提塔和氨基甲酸盐冷凝器(未表示出)，它们相互连接以形成基本恒压的回路。
例如，本发明的尿素设备12是CO2汽提型，尿素回收部分16仅仅包括低压部分。
根据本发明的有利特点，所述集成设备10进一步包括布置在生产三聚氰胺的设备11和生产尿素的设备12之间的废气冷凝部分17。特别地，如下面详细描述的，废气冷凝部分17与三聚氰胺合成部分13、尿素回收部分16和高压合成部分15流体连通。
如图2所示，废气冷凝部分17包括至少一个冷凝器装置40，在本实施例中冷凝器装置40包括管束41换热器。
而且，分别根据离开尿素回收部分16和废气冷凝部分17的溶液的压力，本发明的集成设备10还非必要地包括第一压缩部分18和第二压缩部分19，第一压缩部分18布置在尿素回收部分16和废气冷凝部分17之间并和它们流体连通，第二压缩部分19布置在废气冷凝部分17和高压尿素合成部分15之间并和它们流体连通。压缩部分18和19一般包括至少一个普通型用于液体流动的压缩机或泵(未表示出)。
本发明的集成设备10的操作描述如下。
CO2和氨经管线30供给尿素设备12的高压尿素合成部分15。浓缩的氨基甲酸盐水溶液经管线31也供应给部分15。在下面的说明书中更加详细地描述浓缩的氨基甲酸盐水溶液。
在高压尿素合成部分15中，使上述反应物反应，得到包含尿素、氨基甲酸铵、游离氨和水的尿素溶液。
尿素溶液经管线32从部分15排出，供给尿素回收部分16，为了从溶液的其它组分(主要是水和未转化的反应物)中分离出尿素，在部分16中再进行处理。
然后经管线33从尿素回收部分16排放出浓缩的尿素溶液(例如包含约70重量％的尿素)，至少部分用作三聚氰胺生产的设备11中的反应物。
备选地，尿素以熔化尿素的形式从布置在尿素回收部分16下游的尿素成品部分(未表示出)供应给三聚氰胺设备11的三聚氰胺合成部分13。
为了该目的，浓缩的尿素溶液或其一部分经管线34供应给三聚氰胺合成部分13。在图1的例子中，为了生产例如尿素粒或颗粒，不是生产的所有尿素都用于三聚氰胺合成，而是一部分浓缩的尿素溶液经管线35供应给尿素设备12的浓缩部分(未表示出)以进一步提纯尿素。
为了控制三聚氰胺合成，也可以选择性地向部分13供应额外的氨，在图1中用管线14表示。
从三聚氰胺合成部分13经管线36排放出三聚氰胺溶液以进一步处理，例如冷却(未表示出)，此处，三聚氰胺转化为粉末，离开设备11。
而且，作为三聚氰胺合成的副产品在部分13中也得到CO2和NH3废气，经管线37离开部分13。一般地，为了除去可能夹带在废气中的液体三聚氰胺，在离开三聚氰胺合成部分13之前，用浓缩的尿素溶液合适地洗涤(净化)废气，未表示出。
有利地，然后将这样得到的废气经管线37供给本发明的集成设备10的废气冷凝部分17。
有利地还将来自尿素设备12的尿素回收部分16的氨基甲酸盐水溶液经管线38供给废气冷凝部分17。
该氨基甲酸盐水溶液包含至少一部分上述在尿素回收部分16中从尿素溶液中分离出的水和未转化的反应物。在本领域中，由于该溶液是循环(合适地压缩)到高压尿素合成部分的溶液，所以它通常称为循环氨基甲酸盐溶液。本发明的氨基甲酸盐水溶液的组成的例子包含：20重量％～40重量％的氨、20重量％～40重量％的CO2和余量的水。根据尿素合成工艺，这些组分的量可以变化。
优选地，废气冷凝部分17在与离开三聚氰胺合成部分13的废气的压力基本相同的压力下操作。
在来自三聚氰胺合成部分13的废气的压力比从尿素回收部分16排出的氨基甲酸盐水溶液的压力高的情况中，后者在第一压缩部分18中有利地压缩至这些废气的压力，即压缩至废气冷凝部分17的操作压力。
在废气冷凝部分17中，来自三聚氰胺合成部分13的废气和来自尿素回收部分的氨基甲酸盐水溶液混合在一起，经管线39供给冷凝器装置40。在冷凝器装置40中，用冷却流体(例如水)的间接热交换将废气完全浓缩(微量的不可浓缩的惰性组分除外)在氨基甲酸盐水溶液中，这样有利地得到浓缩的氨基甲酸盐水溶液。
根据本实施例，使供给冷凝器装置40的废气和氨基甲酸盐水溶液的混合物在管束41的外侧(壳程)流动，使经管线42供给冷凝器装置40并且经管线43从其排出的冷却流体在管束41内(管程)流动。
在本发明的备选实施方案(未表示出)中，废气和氨基甲酸盐水溶液可以在供应给废气冷凝部分17之前混合，或它们可以直接单独地供应给冷凝器装置40，而不事先混合。
然后将这样得到的浓缩的氨基甲酸盐水溶液经管线31循环到高压合成部分15，同时将微量(可忽略量)的未浓缩的惰性组分从冷凝器装置40经管线44排出。特别地，浓缩的氨基甲酸盐水溶液循环到高压合成部分15的一个单元，例如合成反应器、汽提塔或氨基甲酸盐冷凝器。
如经常的情况，高压合成部分15的操作压力应该比废气冷凝部分17的操作压力高，然后，离开冷凝部分17的浓缩的氨基甲酸盐水溶液有利地在第二压缩部分19中压缩至尿素合成部分15的操作压力。
在集成设备10中，图1和2中用符号14、30～39、42～44表示的管线示意地表示普通型的连接导管或管子。
上述设备10特别适合进行本发明的尿素和三聚氰胺生产的集成工艺，其中在包括高压尿素合成部分15和从氨基甲酸盐水溶液中分离尿素的尿素回收部分16的尿素设备12中生产尿素，在三聚氰胺设备11中生产三聚氰胺，作为三聚氰胺合成的副产品得到的废气从三聚氰胺设备以至少2巴的压力排出，再循环到所述的高压尿素合成部分15，所述工艺的特征在于它进一步包括步骤：
-将来自所述三聚氰胺设备11的所述废气供给废气冷凝部分17，废气冷凝部分17优选在与废气的压力基本相同的压力下操作；
-将来自所述尿素回收部分16的所述氨基甲酸盐水溶液供给所述废气冷凝部分17；
-在所述废气冷凝部分17中用所述氨基甲酸盐凝结所述废气，得到浓缩的氨基甲酸盐水溶液；以及
-将这样得到的浓缩的氨基甲酸盐水溶液供给所述的高压尿素合成部分15。
根据本发明的另一方面，本工艺可以合适用于现有尿素和三聚氰胺设备的改造或改进以及用于现有尿素和三聚氰胺生产的集成设备的修改。
在这种情况中，除了上述优点，值得注意的是由于本发明，特别是用尿素回收部分排放的氨基甲酸盐水溶液凝结三聚氰胺设备的废气以得到浓缩的氨基甲酸盐水溶液，它再循环到高压尿素合成部分的特点，不需要修改现有的高压尿素合成部分的装置，例如高压合成反应器、汽提塔和浓缩器。
这样设计的本发明容易适合另外的实施方案和修改，都落在本领域的技术人员的技术内，同样落在本发明本身的保护范围内，如权利要求书所限定的。

Claims (8)

1.一种尿素和三聚氰胺生产的集成工艺，其中在所谓的CO2或氨汽提型尿素设备中生产尿素，所述的尿素设备包括高压尿素合成部分和从氨基甲酸盐水溶液中分离尿素的尿素回收部分，所述的高压尿素合成部分在约130～170巴下操作并且包括至少一个尿素合成反应器、汽提塔和氨基甲酸盐冷凝器，它们相互连接以形成基本恒压的回路，并且在三聚氰胺设备中生产三聚氰胺，其中作为三聚氰胺合成的副产品得到的废气从三聚氰胺设备以2巴和30巴之间的压力排出，并且循环到所述的高压尿素合成部分，所述工艺的特征在于它进一步包括如下步骤：
-将来自所述三聚氰胺设备的所述废气供给在与所述废气的压力基本上相等的压力下操作的废气冷凝部分；
-将来自所述尿素回收部分的所述氨基甲酸盐水溶液供给所述废气冷凝部分；
-在所述废气冷凝部分中用所述的氨基甲酸盐水溶液凝结所述废气，得到浓缩的氨基甲酸盐水溶液；
-将这样得到的浓缩的氨基甲酸盐水溶液供给所述的高压尿素合成部分。
2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，来自所述尿素回收部分的所述氨基甲酸盐水溶液直接供应给所述废气冷凝部分。
3.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述工艺还包括如下步骤：
-在将来自所述尿素回收部分的所述氨基甲酸盐水溶液供给所述废气冷凝部分之前，将它压缩至与所述废气冷凝部分的操作压力基本相当的压力。
4.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的浓缩的氨基甲酸盐水溶液直接供应给所述的高压尿素合成部分。
5.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述工艺还包括如下步骤：
-在将来自所述废气冷凝部分的所述浓缩的氨基甲酸盐水溶液供给所述高压尿素合成部分之前，将它压缩至与所述高压尿素合成部分的操作压力基本相当的压力。
6.用于尿素和三聚氰胺生产的集成设备，其中在所谓的CO2或氨汽提型尿素设备(12)中生产尿素，所述的尿素设备(12)包括高压尿素合成部分(15)和从氨基甲酸盐水溶液中分离尿素的尿素回收部分(16)，所述的高压尿素合成部分(15)包括至少一个尿素合成反应器、汽提塔和氨基甲酸盐冷凝器，它们相互连接以形成基本恒压的回路，并且在包括三聚氰胺合成部分(13)的三聚氰胺设备(11)中生产三聚氰胺，其中作为三聚氰胺合成的副产品得到的废气以2巴和30巴之间的压力从三聚氰胺设备(11)排出，并且循环到所述的高压尿素合成部分(15)，所述设备的特征在于它进一步包括：
-布置在所述三聚氰胺生产设备(11)和所述尿素生产设备(12)之间的废气冷凝部分(17)，并且废气冷凝部分(17)与所述的三聚氰胺合成部分(13)、所述的尿素回收部分(16)和所述的高压合成部分(15)流体连通；
-将来自所述三聚氰胺合成部分(13)的所述废气供应给所述废气冷凝部分(17)的连接装置(37)；
-将来自所述尿素回收部分(16)的所述氨基甲酸盐水溶液供应给所述废气冷凝部分(17)的连接装置(38)，其中用所述氨基甲酸盐水溶液凝结所述废气，得到浓缩的氨基甲酸盐水溶液；
-将得到的浓缩的氨基甲酸盐水溶液供应给所述的高压尿素合成部分(15)的连接装置(31)。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括布置在所述尿素回收部分(16)和所述废气冷凝部分(17)之间并和它们流体连通的第一压缩机部分(18)，用于将来自所述尿素回收部分(16)的所述氨基甲酸盐水溶液压缩至与所述废气冷凝部分(17)的操作压力基本相当的压力。
8.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括布置在所述废气冷凝部分(17)和所述高压尿素合成部分(15)之间并和它们流体连通的第二压缩机部分(19)，用于将来自所述废气冷凝部分(17)的所述浓缩的氨基甲酸盐水溶液压缩至与所述高压尿素合成部分(15)的操作压力基本相当的压力。
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