CN1944401A - 尿素工厂 - Google Patents

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CN1944401A CNA2006101448792A CN200610144879A CN1944401A CN 1944401 A CN1944401 A CN 1944401A CN A2006101448792 A CNA2006101448792 A CN A2006101448792A CN 200610144879 A CN200610144879 A CN 200610144879A CN 1944401 A CN1944401 A CN 1944401A
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特杰伊·谢恩·特祖
约瑟夫·休伯特·梅森
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    • C07C273/00—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups
    • C07C273/02—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups of urea, its salts, complexes or addition compounds
    • C07C273/12—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups of urea, its salts, complexes or addition compounds combined with the synthesis of melamine

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Abstract

一种用于提高尿素工厂生产能力的方法，包括压缩工段、高压合成工段、其中形成尿素熔融体的尿素回收工段以及可选择的粒化工段，通过额外安装蜜胺工厂提高了所述尿素工厂的生产能力，其中来自尿素工厂的尿素回收工段的尿素熔融体被全部或部分地馈送到蜜胺工厂，来自蜜胺工厂的残余气体被全部或部分地返回到尿素工厂的高压合成工段和/或尿素回收工段。

Description

尿素工厂
本申请是2003年7月10日提交的题为“用于提高尿素工厂生产能力的方法”的专利申请03818031.6的分案申请。
本发明涉及用于提高尿素工厂生产能力的方法，该方法包括压缩工段、高压合成工段、尿素回收工段(在其中形成了尿素熔融体)以及可选择的粒化工段。
尿素工厂及其各工段的生产能力在此及下文与已经合成的或可以合成的尿素的量相关。为了提高尿素工厂的生产能力，已经开发出了多种的方法。
例如，这些方法的例子描述于“Revamping urea plants”，Nitrogen No.157，1985，pp.37-42中。
迄今已知方法的缺点在于，为了提高尿素工厂的生产能力就必须提高组成该尿素工厂的所有工段的生产能力。
为了提高尿素工厂的生产能力，现在开发了这样一种方法，其可以只提高高压合成工段以及尿素回收工段的生产能力。
通过额外地安装蜜胺(melamine)工厂就能够实现这一方法，其中尿素工厂的尿素回收工段的尿素熔融体被全部或部分馈送到该蜜胺工厂，然后蜜胺工厂的残余气体被全部或部分返回到尿素工厂的高压合成工段和/或尿素回收工段。
因为残余气体被从蜜胺工厂返回到尿素工厂的高压合成工段和/或尿素回收工段，所以尿素的产量得以增加，但却无需扩充压缩工段的生产能力。额外生产的尿素是以尿素熔融体的形式被定量供给到蜜胺工厂的，因此也不需要提高粒化工段的生产能力。该方法的优点在于，在仅有工厂中的某些部分的生产能力被提高的同时获得了额外生产的尿素，使得扩充生产能力所需的投资成本降低了。
如果在尿素工厂中不存在粒化工段，那么，因为尿素熔融体以不同的方式被回收或以此形式被移走，所以该方法也是有利的，因为无论何种情形压缩工段都是不需要被扩充的。
在本发明的架构中，尿素工厂例如可以是传统尿素工厂、尿素汽提工厂，或传统尿素工厂和尿素汽提工厂的组合。
对于这两种尿素工厂，压缩工段形成这样的工段，在该工段中二氧化碳和/或氨被给予高压，即高压合成工段中的压强。
传统的尿素工厂被理解为指这样的尿素工厂，其中尚未转变为尿素的氨基甲酸铵的分解和尚未转变的氨和二氧化碳的排出基本上在压强比合成反应器本身中的要低的情形下进行。在传统的尿素工厂中，高压合成工段一般仅由合成反应器组成，尿素合成溶液在合成反应器中形成，随后被移送到尿素回收工段。在传统的尿素工厂中，合成反应器一般工作在180-250℃的温度和15-40MPa的压强下。在传统的尿素工厂中尚未转变为尿素的原料，在尿素回收工段进行膨胀、离解和浓缩之后，在1.5和10MPa之间的压强下被分离并作为氨基甲酸铵物流被返回到尿素合成部分。而且，在传统的尿素工厂中，氨和二氧化碳被直接馈送到合成反应器。随后，在尿素回收工段中一般在0.1-0.8MPa的较低的压强下，几乎所有剩余的尚未转变的氨和二氧化碳从尿素合成溶液中被移除，得到尿素水溶液。然后，在减压下，该尿素水溶液通过水的蒸发被转变为浓缩尿素熔融体。尿素-水混合物的分离有时也通过结晶的方式来实现，总体地替代所述蒸发方式，在结晶之后晶体被熔化以形成尿素熔融体。尿素熔融体然后可选择地进一步在粒化工段中被处理，得到具有所需粒子大小的尿素颗粒。
尿素汽提工厂被理解为指这样的尿素工厂，其中尚未转变为尿素的氨和二氧化碳的排出在很大程度上在压强基本上几乎等于合成反应器中的情形下进行。在尿素汽提工厂中，合成反应器、汽提器和氨基甲酸盐浓缩器一般一道形成高压合成工段。
尚未转变的氨基甲酸铵大部分的分解和过量氨的排出是在汽提器中进行的，而无论添加汽提气体与否。在汽提过程中，二氧化碳和/或氨这些成分在被馈送到合成反应器之前被用作汽提气体。在这里，也可以应用“热汽提”，其含义是指氨基甲酸铵单独地通过供热的方式分解，所出现的氨和二氧化碳则从尿素溶液中被移除。汽提可以以一个或多个步骤进行。例如，已知这样的过程，其中首先单独地进行热汽提，之后在提供有更多热量的情形下进行CO2汽提步骤。从汽提器中释放的气流可选择地经由高压氨基甲酸盐浓缩器被返回到反应器，其中该气流含有氨和二氧化碳。
在尿素汽提工厂中的合成反应器一般工作于温度160-240℃，优选地工作于温度170-220℃。合成反应器中的压强是12-21MPa，优选地是12.5-19.5MPa。
尿素汽提方法描述于Ullmann’s Encyclopaedia of Industrial Chemistry，Vol.A 27，fifth ed.，pp.344-350中。尿素汽提方法的例子有Stamicarbon®CO2汽提方法，ACES方法，IDR方法以及Snamprogetti Self-Stripping方法。
在汽提器的下游，被汽提的尿素合成溶液在尿素回收工段中以一个或多个压力级被膨胀至较低的压强并蒸发，得到浓缩的尿素熔融体，并且低压氨基甲酸铵物流被返回到高压合成工段。根据该方法，该氨基甲酸铵可以以单一步骤或工作于不同压强下的几个处理步骤被回收。
在粒化工段，尿素熔融体被处理成颗粒。尿素熔融体也可以在球化塔中而不是在粒化工段被处理为球粒。
所添加的蜜胺工厂可以是根据气相方法的工厂，但是也可以是根据高压方法的工厂。气相方法是一种低压方法，其中蜜胺反应器工作于0.1到3MPa的压强之间。蜜胺生产方法例如描述于Ullmann’s Encyclopaedia ofIndustrial Chemistry，Vol.A 16，fifth ed.，pp.174-179中。
取决于原尿素工厂的技术，提高尿素工厂中高压合成工段和尿素回收工段的生产能力可以通过不同方法完成。该尿素工厂优选地是尿素汽提工厂。
离开尿素回收工段的尿素熔融体被全部或部分地馈送到蜜胺工厂，在这里，熔融的尿素一般在进行了少量预处理之后被馈送到反应器。
在蜜胺工厂中，尿素根据如下的反应被转变为蜜胺：
               蜜胺处理的残余气体主要是二氧化碳和氨气，可以照此原样被返回到尿素工厂，但是也可以以含氨基甲酸盐的物流被返回到尿素工厂。含氨基甲酸盐的物流是一种液体流，其中含有二氧化碳和氨，而这些气体继续全部或部分地根据如下的反应来形成氨基甲酸铵(以下简称“氨基甲酸盐”)：
                
含氨基甲酸盐的物流通常含有水。二氧化碳、氨和氨基甲酸盐溶解在水中。水常常存在于含氨基甲酸盐的物流中以防止氨基甲酸盐结晶。
待返回的残余气体在被返回到尿素工厂之前也可以被分裂为富含二氧化碳的物流和富含氨的物流。进行这样分裂操作的优点在于不同的气流可以被返回到尿素工厂中不同的位置。富含二氧化碳的物流例如可以被馈送到汽提器作为汽提气体，而富含氨的物流则被返回到氨基甲酸盐浓缩器。一部分富含氨的物流也可以被返回到蜜胺工厂，在这里它可以被用于蜜胺的生产。
由于从蜜胺工厂供给了残余气体，因此该残余气体可以满足尿素工厂的高压合成工段中部分的CO2需求。相对于被馈送到尿素工厂的CO2总量，来自蜜胺工厂的CO2重量分数大于5％，优选地大于10％，更优选地大于25％，最优选地大于40％。该重量分数通常将低于80％，更优选地低于70％，甚至更优选地低于60％。如果被馈送到尿素工厂的残余气体还含有NH3，则来自蜜胺工厂的NH3和CO2总的重量分数相对于被馈送到尿素工厂的CO2和NH3的总量大于5％，优选地大于10％，更优选地大于25％，最优选地大于50％。该重量分数通常将低于80％，更优选地低于70％，最优选地低于60％。
来自气相蜜胺工厂的残余气体常常被浓缩以形成富水的含氨基甲酸盐的物流。该富水的含氨基甲酸盐的物流必须被施加合成压力，并且在含氨基甲酸盐的物流可以被返回到尿素工厂之前，该含氨基甲酸盐的物流中的水含量也必须被降低。下面的几个实施方案被作为对来自气相蜜胺工厂的残余气体处理或对富水的含氨基甲酸盐的物流处理的例子，注意本发明并不限于所述的这些实施方案。
富水的含氨基甲酸盐的物流例如可以通过解吸而成为贫水的，在此之后经解吸的气体主要由二氧化碳和氨组成，随后被浓缩及通过泵定量供给到尿素工厂的高压合成工段。
富水的含氨基甲酸盐的物流也可以首先被施加合成压强，之后在独立的氨基甲酸盐汽提器中被汽提。该汽提操作可以热方式实现，但是也可以通过供给二氧化碳和/或氨作为汽提气体来实现。主要由二氧化碳和氨组成的气流离开氨基甲酸盐汽提器，被返回到尿素工厂的高压合成工段。
下面是回收残余气体的一种方法：残余气体被馈送到一个或多个连续的局部浓缩和压缩步骤，并结合多个分离步骤而降低残余气体中的水含量。此外，通过逐步地将残余气体的压力增加(可选地通过中间局部浓缩)到略微高于尿素工厂的高压合成工段中的压强，所得到的气流可以被馈送到尿素工厂的高压合成工段。残余气体例如可以被馈送到尿素反应器、汽提器、氨基甲酸盐浓缩器或被馈送到它们之间的管线中。
在该方法的优选实施方案中，来自气相蜜胺工厂的残余气体或含氨基甲酸盐的物流被馈送到氨基甲酸盐浓缩器或通向该氨基甲酸盐浓缩器的管线。
残余气体或含氨基甲酸盐的物流也可以被馈送到尿素回收工段，在此之后它们可以与来自尿素回收工段的含氨基甲酸盐的物流一道被返回到高压合成工段。该方法的优点在于不需要对残余气体施加高压，因为尿素回收工段的压强要大大低于高压合成工段的压强。
优选地，来自蜜胺工厂的富水的含氨基甲酸盐的物流以及来自尿素工厂的尿素回收工段的含氨基甲酸盐的物流被一道回收，并且所得到的含氨基甲酸盐的物流被返回到尿素工厂的高压合成工段。这样，一个回收工段就足够了，并不需要这样的两个回收工段：一个用于回收来自尿素工厂的含氨基甲酸盐的物流，一个用于回收来自蜜胺工厂的含氨基甲酸盐的物流。对于投资理由而言，这是有利的。
优选地，来自气相蜜胺工厂的含氨基甲酸盐的物流被输送到尿素工厂，在该物流中水的量低于40wt％，特别是低于25wt％。该被发送到尿素工厂的含氨基甲酸盐的物流优选地含有不低于10wt％的水，特别优选地不低于15wt％的水，以防止在该含氨基甲酸盐的物流中形成固体。
来自高压蜜胺处理的气流主要由氨和二氧化碳组成，可以被馈送到尿素汽提工厂的尿素回收工段和/或高压合成工段，并且在那里例如可以被馈送到尿素反应器、汽提器、氨基甲酸盐浓缩器或馈送到它们之间的管线。优选地，来自蜜胺处理的气流被馈送到尿素汽提工厂的高压合成工段。更优选地，来自蜜胺处理的气流被馈送到氨基甲酸盐浓缩器或通向该氨基甲酸盐浓缩器的管线。
气流也可以被馈送到安装于反应器和汽提器之间的预汽提器中，或馈送到安装于汽提器和氨基甲酸盐浓缩器之间的闪蒸器。该预汽提器以绝热方式操作。
使用来自高压蜜胺工厂的气流的优点在于，对于尿素汽提工厂可以获得由氨和二氧化碳组成的几乎无水的气流，因为尿素汽提工厂具有几乎无水的特性，所以与被馈送以来自气相蜜胺工厂的富水的氨基甲酸盐的物流的尿素工厂相比，它为尿素工厂提供了更高的效率。而且，根据该方法，来自蜜胺工厂的气流并不必进行脱水步骤，因为该气流已经基本上无水，并且具有足够的高压。而且，在对来自高压蜜胺工厂的气流进行浓缩时所释放的额外热量可以被用于附加的蒸汽生产。
来自高压蜜胺工厂的气流主要由氨和二氧化碳组成，它的压强在5-50MPa之间，优选地在8-30MPa之间。具体地，来自高压蜜胺工厂的气流的压强在0-10MPa之间，更具体地，比尿素反应器中的压强高0-2MPa。来自蜜胺工厂的气流的压强可以首先在该气流被传送到尿素工厂之前被降低或增加。该气流的温度在135到275℃之间，优选地在160到235℃之间。
在另一个实施方案中，来自高压蜜胺工厂的气流在它被返回到尿素工厂之前，通过浓缩和/或吸附到另一含氨基甲酸盐的物流而首先被转变为含氨基甲酸盐的物流。在被返回到尿素工厂的来自高压蜜胺工厂的含氨基甲酸盐的物流中，水含量优选地低于25wt％，特别地低于10wt％。
浓缩可以在浓缩器中进行，该浓缩器的工作压强基本上等于蜜胺反应器中的压强。优选地，该浓缩器被设计为热交换器。在这种情形中，冷却剂被馈送到外罩侧，由二氧化碳和氨组成的气流被馈送通过管束。由于在所述浓缩器中的浓缩温度在100到230℃之间，气化锅炉供给水可以被用作冷却剂，这具有的额外优点在于浓缩生热可以被有利地用来产生低压蒸汽(0.3到1.0MPa)。如果在工厂环境中不存在对于所述低压蒸汽的有利利用，当然也可以使用冷却水作为冷却剂。
由于浓缩在高压下进行，在此可能达到更高的温度，因此水含量可以比来自气相蜜胺处理的含氨基甲酸盐的物流中的要低，而不会带来形成不希望的固体的危险。
在氨基甲酸盐物流中NH3/CO2的摩尔比优选等于或大于2，优选地低于6，特别是低于4。
在一个实施方案中，几乎所有来自尿素工厂的尿素都被馈送到蜜胺工厂。这可以被理解为指，除正常的尿素损耗(在废水中的，到空气的或在比如过滤器/吸附器的纯化元件中的)外，并除送到蜜胺工厂以外，没有单独的尿素产物物流离开尿素工厂。在特定的实施方案中，近乎所有的残余气体都可以从蜜胺工厂被输送到尿素工厂。这可以被理解为指，除正常的残余气体损耗外，并除送到尿素工厂外，没有单独的残余气体离开蜜胺工厂。如果残余气体作为液体氨基甲酸盐的物流被发送到尿素工厂，那么在一个实施方案中，该氨基甲酸盐的物流的温度可以被升高大于20℃，优选地被升高大于40℃来增进尿素反应器中的转化。该加热器可以被设置在尿素工厂或蜜胺工厂中。该氨基甲酸盐的物流可以照原样被加热或可以与来自尿素工厂的另一氨基甲酸盐的物流混合之后再被加热。液体氨基甲酸盐的物流在被加热后温度低于250℃，优选地低于220℃。
本发明还涉及一种尿素工厂，该尿素工厂包括压缩工段、高压合成工段、尿素回收工段以及可选择地包括粒化工段，其中，高压合成工段和尿素回收工段拥有比压缩工段和/或可选择的粒化工段更高的生产能力。优选地，来自蜜胺工厂的残余气体被馈送到尿素工厂的高压合成工段或尿素回收工段。优选地，尿素工厂的高压合成工段和尿素回收工段的生产能力比压缩工段和/或可选择的粒化工段的生产能力高5-50wt％。
下面，将在图1-4的基础上对本发明进行详尽地阐述，但是本发明并不限于这些实施方案。
图1示出了根据现有技术的尿素工厂，该尿素工厂包括压缩工段(COM)，在该压缩工段中二氧化碳(CO2)和氨(NH3)被施加合成压强。CO2和NH3从COM被转移到高压合成工段(HP)，在这里尿素被形成，随后所形成的尿素在尿素回收工段(UOP)被回收。在此之后，所形成的尿素熔融体(UM)被馈送到粒化工段(GRAN)。
图2示出了根据本发明的尿素工厂，该尿素工厂包括压缩工段(COM)，在该压缩工段中二氧化碳(CO2)和氨(NH3)被施加合成压强。CO2和NH3被从COM转移到高压合成工段(HP)，在这里尿素被形成，随后所形成的尿素在尿素回收工段(UOP)被回收。在此之后，一部分所形成的尿素熔融体(UM1)被馈送到粒化工段(GRAN)，另一部分(UM2)被馈送到高压蜜胺工厂(MELAF)。来自MELAF的残余气体(RG)被馈送到HP中的氨基甲酸盐浓缩器。UM1和UM2的总量大于图1中所示的根据现有技术的尿素工厂中所生产的UM的量。
图3示出了根据现有技术的尿素工厂，该尿素工厂包括压缩工段(COM)，在该压缩工段中二氧化碳(CO2)和氨(NH3)被施加合成压强。CO2和NH3被从COM转移到高压合成工段(HP)，在这里尿素被形成，随后所形成的尿素在尿素回收工段(UOP)被回收。在此之后，所形成的尿素熔融体(UM)被馈送到粒化工段(GRAN)，并且低压氨基甲酸盐的物流(LPC)从UOP被返回到HP中的氨基甲酸盐浓缩器。LPC含有30wt％的水。
图4示出了根据本发明的尿素工厂，该尿素工厂包括压缩工段(COM)，在该压缩工段中二氧化碳(CO2)和氨(NH3)被施加合成压强。CO2和NH3被从COM转移到高压合成工段(HP)，在这里尿素被形成，随后所形成的尿素在尿素回收工段(UOP)被回收。在此之后，一部分所形成的尿素熔融体(UM1)被馈送到粒化工段(GRAN)，另一部分(UM2)被馈送到气相蜜胺工厂(MELAF)。来自MELAF的残余气体(RG)被馈送到氨基甲酸盐回收工段(CAR)，在这里它们与来自UOP的低压氨基甲酸盐的物流(LPC)一起被浓缩。LPC含有30wt％的水。氨基甲酸盐的物流(C)被浓缩，然后以20wt％的水含量被返回到HP中的氨基甲酸盐浓缩器。UM1和UM2的总量大于图3中所示根据现有技术的尿素工厂中所生产的UM的量。

Claims (2)

1.一种尿素工厂，包括压缩工段、高压合成工段、尿素回收工段，其特征在于，所述高压合成工段和尿素回收工段具有比所述压缩工段要高的生产能力。
2.根据权利要求1的尿素工厂，其特征在于，所述高压合成工段和尿素回收工段的生产能力比所述压缩工段和/或粒化工段的生产能力要高5-50重量％。
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