RU2794580C2

RU2794580C2 - Method for urea synthesis

Info

Publication number: RU2794580C2
Application number: RU2021117327A
Authority: RU
Inventors: Леонардо МАРРОНЕ
Original assignee: Касале Са
Priority date: 2018-11-22
Filing date: 2019-11-07
Publication date: 2023-04-21

Abstract

FIELD: synthesis of urea.

SUBSTANCE: method for the synthesis of urea from CO₂ and NH₃. When implementing the method: a) carry out the reaction of CO₂ and NH₃ at a reaction pressure to form an aqueous solution of urea; b) strip off the aqueous solution of urea at a stripping pressure to obtain a purified solution and a gas phase containing ammonia and carbon dioxide, and at the stripping stage, pass said aqueous solution in form of a falling film in a tube bundle with external heating; c) condense the gas phase in at least one condenser at a condensing pressure to form a recycle solution sent back to the reaction stage, thereby forming a synthesis loop; d) generate at least the first steam stream at the first regeneration pressure and the first regeneration temperature using heat removed from the gas phase during condensation step (c); e) use the first steam stream as a heat source in at least one subsequent process step, and f) compress the first steam stream (13) to achieve pressure above the regeneration pressure and a temperature above the regeneration temperature before said use as a heat source in at least one said further step. At the same time, no new CO₂ is added at the condensation stage, and the stage of compressing the first vapor stream (13) is carried out by means of a compressor driven by an electric motor. A unit for synthesis of urea and a method for upgrading the unit are also proposed.

EFFECT: invention makes it possible to optimize operation of the high-pressure circuit while maintaining efficient heat recovery for its use in sections following further in the technological process.

18 cl, 3 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к области производства мочевины. В частности, изобретение относится к способу и установке, включающей реактор, отпарное устройство и конденсатор в контуре высокого давления.The present invention relates to the field of urea production. In particular, the invention relates to a process and plant comprising a reactor, a stripper and a condenser in a high pressure circuit.

Уровень техникиState of the art

Синтез мочевины выполняют реакцией аммиака и двуокиси углерода. Рассмотрение различных процессов и соответствующих установок для производства мочевины можно найти в литературе, например, в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, Wiley-VCH Verlag.The synthesis of urea is carried out by the reaction of ammonia and carbon dioxide. A discussion of the various processes and associated plants for the production of urea can be found in the literature, for example, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH Verlag.

В большинстве установок синтеза мочевины в настоящее время используется так называемый процесс отпарки. В процессе отпарки, отходящий из реактора водный раствор мочевины, содержащий карбамат, подвергается обработке в одном или более отпарном устройстве(-ах) с паровым подогревом, где карбамат разлагается на СО₂ и NH₃; очищенный раствор мочевины из отпарного устройства далее обрабатывается в одной или более регенерационной секции(-ях) при среднем давлении и/или при низком давлении; выходящая из отпарного устройства газовая фаза, содержащая аммиак, диоксид углерода и небольшое количество воды, направляется в конденсатор, и полученный при этом конденсат возвращается в реактор.Most urea synthesis plants currently use the so-called stripping process. During the stripping process, the carbamate-containing aqueous urea solution leaving the reactor is treated in one or more steam-heated stripper(s) where the carbamate is decomposed into CO ₂ and NH ₃ ; the purified urea solution from the stripper is further processed in one or more recovery section(s) at medium pressure and/or at low pressure; the gas phase leaving the stripper, containing ammonia, carbon dioxide and a small amount of water, is sent to the condenser, and the resulting condensate is returned to the reactor.

В отпарное устройство может подаваться отпаривающее средство для обеспечения процесса отпаривания. В качестве отпаривающего средства обычно используется газообразный оксид углерода или газообразный аммиак. В процессе с СО₂, предложенном компанией Стамикарбон (Stamicarbon), используется газообразный диоксид углерода, подаваемый в отпарное устройство в качестве отпаривающего средства. В процессах Снампроджетти (Snamprogetti) с отпаркой аммиаком и самоотпаркой используется газообразный аммиак в качестве отпаривающего средства (в процессе с отпаркой аммиаком) или отпарка достигается только за счет воздействия тепла (самоотпарка).A stripping agent may be supplied to the stripper to enable the stripping process. The stripping agent is usually carbon monoxide gas or ammonia gas. The CO ₂ process proposed by Stamicarbon uses gaseous carbon dioxide fed to the stripper as stripping agent. The Snamprogetti processes with ammonia stripping and self-stripping use gaseous ammonia as a stripping agent (in the ammonia stripping process) or stripping is only achieved by heat (self-stripping).

Реактор, отпарное устройство и конденсатор являются частью так называемого контура высокого давления (ВД), где давление обычно составляет в интервале от 100 до 250 бар.The reactor, stripper and condenser are part of the so-called high pressure (HP) circuit, where the pressure is usually between 100 and 250 bar.

Регенерационная секция содержит, в основном, декомпозер (устройство разложения), сепаратор жидкость-газ и конденсатор. В декомпозере раствор мочевины нагревают для разложения карбамината аммония и испарения аммиака и диоксида углерода, а также воды. Полученный таким образом очищенный раствор может быть направлен в следующую регенерационную секцию, при ее наличии, или в финальную стадию сгущения (концентрирования). Раствор карбамата, образовавшийся в конденсаторе, возвращается в контур синтеза высокого давления. Регенерационная секция среднего давления (СД) обычно работает при давлении 18-20 бар, а регенерационная секция низкого давления (НД) обычно работает при давлении 2-6 бар.The regeneration section mainly contains a decomposer (decomposition device), a liquid-gas separator and a condenser. In the decomposer, the urea solution is heated to decompose the ammonium carbamate and evaporate the ammonia and carbon dioxide, as well as water. The purified solution thus obtained can be sent to the next regeneration section, if any, or to the final stage of thickening (concentration). The carbamate solution formed in the condenser is returned to the high pressure synthesis loop. The medium pressure (LP) regeneration section typically operates at 18-20 bar and the low pressure (LP) regeneration section typically operates at 2-6 bar.

Преимуществом процесса отпарки является то, что большая часть тепла, подводимого к отпарному устройству для разложения карбамата, может быть рекуперирована в конденсаторе высокого давления с вырабатыванием водяного пара. В частности, конденсатором ВД может быть кожухотрубное устройство, в котором охлаждающая вода испаряется в трубках с образованием пара. Полученный в конденсаторе высокого давления пар может быть с успехом использован в качестве нагревающей среды для одной или более секции(-ий) далее в технологической цепи, в частности в регенерационной секции и/или выпарной секции.The advantage of the stripping process is that most of the heat input to the carbamate decomposition stripper can be recovered in the high pressure condenser to generate steam. In particular, the HP condenser may be a shell-and-tube device in which cooling water evaporates in tubes to form steam. The steam produced in the high pressure condenser can advantageously be used as a heating medium for one or more section(s) downstream, in particular in a regeneration section and/or an evaporator section.

В процессе отпарки с СО₂ элементы упомянутого контура ВД обычно работают при одинаковом давлении (изобарический процесс). В процессе с отпаркой аммиаком и процессе с самоотпаркой используется почти изобарический контур, в котором отпарное устройство ВД работает при давлении ниже давления реакции, причем разница между давлением реакции и давлением в отпарном устройстве составляет относительно небольшую величину, обычно не более 20 бар (т.е., примерно 10%-15% давления реакции).In the CO ₂ stripping process, the elements of said HP circuit are usually operated at the same pressure (isobaric process). The ammonia stripping process and the self-stripping process use an almost isobaric circuit in which the HP stripper operates at a pressure below the reaction pressure, with a relatively small difference between the reaction pressure and the stripper pressure, typically no more than 20 bar (i.e. ., about 10%-15% of the reaction pressure).

В приведенных случаях, выбор рабочего давления в реакторе, отпарном устройстве и конденсаторе является результатом компромисса. Высокое давление и высокая температура в контуре синтеза способствуют конверсии карбамината аммония в мочевину (эндотермическая реакция, ограниченная термодинамическим равновесием) в реакторе; с другой стороны, низкое давление (например, менее 100 бар) способствует процессу отпарки и может исключить потребность в регенерационной секции СД. Поэтому желательно иметь контур синтеза, в котором максимальна температура реактора и минимально давление отпарного устройства ВД.In these cases, the choice of operating pressure in the reactor, stripper and condenser is the result of a compromise. The high pressure and high temperature in the synthesis loop promote the conversion of ammonium carbamate to urea (an endothermic reaction limited by thermodynamic equilibrium) in the reactor; on the other hand, low pressure (eg, less than 100 bar) facilitates the stripping process and may eliminate the need for an SD recovery section. Therefore, it is desirable to have a synthesis loop in which the maximum reactor temperature and the minimum pressure of the HP stripper.

Эту задачу невозможно решить в изобарическом контуре или контуре, близком к изобарическому. Другим недостатком большинства установок, использующих изобарический контур процесса отпарки с СО₂, является то, что части оборудования должны располагаться с минимальным превышением по высоте для обеспечения циркуляции жидкой фазы за счет гравитации. В частности, может потребоваться расположить реактор над отпарным устройством для создания движущей силы внутри контура синтеза высокого давления.This problem cannot be solved in an isobaric circuit or a circuit close to isobaric. Another disadvantage of most plants using the isobaric CO ₂ stripping process is that the parts of the equipment must be positioned with a minimum height difference to allow gravity to circulate the liquid phase. In particular, it may be desirable to position the reactor above a stripper to provide a driving force within the high pressure synthesis loop.

Для устранения отмеченных недостатков, была предложена установка с процессом отпарки с СО₂ с неизобарическим контуром, в котором рабочее давление отпарного устройства ВД и конденсатора ВД значительно меньше давления реактора синтеза, в частности, рабочее давление в реакторе превышает 150 бар, а в отпарном устройстве и конденсаторе составляет примерно 90 бар.To eliminate the noted disadvantages, a plant with a CO ₂ stripping process with a non-isobaric circuit was proposed, in which the operating pressure of the HP stripper and HP condenser is significantly lower than the pressure of the synthesis reactor, in particular, the operating pressure in the reactor exceeds 150 bar, and in the stripper and condenser is approximately 90 bar.

Такое решение позволяет оптимизировать давление реакции и давление отпарки/конденсации, однако при этом возникает другой недостаток - снижается тепловой эквивалент тепла, регенерируемого в конденсаторе, а именно, снижается температура и давление пара, который может быть получен в конденсаторе. Пар, вырабатываемый в конденсаторе при давлении примерно 90 бар, может быть непригоден для использования в стадиях процесса далее в технологической цепи, например в регенерационной секции. Соответственно, решение с неизобарическим контуром не подходит, так как снижает количество тепла, регенерируемого внутри процесса, а значит, и энергетическую эффективность.This solution makes it possible to optimize the reaction pressure and the stripping/condensation pressure, however, another drawback arises - the thermal equivalent of the heat regenerated in the condenser decreases, namely, the temperature and pressure of the steam that can be obtained in the condenser decreases. The steam generated in the condenser at a pressure of about 90 bar may not be suitable for use in process steps downstream, such as in the regeneration section. Accordingly, a solution with a non-isobaric circuit is not suitable, as it reduces the amount of heat recovered within the process, and hence the energy efficiency.

Большой интерес также представляет модернизация (переоборудование) существующих установок производства мочевины. Модернизацию существующей установки обычно проводят для повышения ее производительности (т.е., количества производимой мочевины) и/или для снижения энергопотребления. Главные статьи расходов в процессе модернизации включают модификацию оборудования высокого давления и создание дополнительных поверхностей для теплообмена. Даже относительно небольшое повышение производительности может потребовать установки значительной дополнительной теплообменной поверхности, например, в конденсаторе ВД, в регенерационной секции среднего или низкого давления или в испарительной секции. Для этого потребуется также длительная остановка производственного процесса. Сущность изобретенияOf great interest is also the modernization (re-equipment) of existing urea production units. Modernization of an existing installation is usually carried out to increase its productivity (ie, the amount of urea produced) and/or to reduce energy consumption. The main cost items in the modernization process include the modification of high-pressure equipment and the creation of additional surfaces for heat exchange. Even a relatively small increase in capacity may require the installation of a significant additional heat exchange surface, for example in the HP condenser, in the medium or low pressure regeneration section, or in the evaporation section. This will also require a long shutdown of the production process. The essence of the invention

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеописанных недостатков существующих технологий. В частности, задачей изобретения является оптимизация работы контура высокого давления с сохранением эффективной регенерации тепла для его использования в секциях, следующих далее в технологическом процессе. Другой задачей изобретения является создание эффективного с точки зрения материальных затрат, способа модернизации установки по производству мочевины, подходящего для повышения производительности установки по производству мочевины, с сокращением затрат на дополнительные теплообменные поверхности.The objective of the present invention is to eliminate the above-described shortcomings of existing technologies. In particular, the object of the invention is to optimize the operation of the high pressure circuit while maintaining efficient heat recovery for use in downstream sections. Another object of the invention is to provide a cost effective, method for upgrading a urea plant suitable for increasing the capacity of the urea plant while reducing the cost of additional heat exchange surfaces.

Эта задача решается способом синтеза мочевины из СО₂ и NH₃ при высоком давлении, при осуществлении которого:This problem is solved by a method for the synthesis of urea from CO ₂ and NH ₃ at high pressure, during which:

а) проводят реакцию СО₂ и NH₃ при давлении реакции для формирования водного раствора мочевины;a) carrying out the reaction of CO ₂ and NH ₃ at a reaction pressure to form an aqueous solution of urea;

б) проводят отпарку водного раствора мочевины при давлении отпарки с получением очищенного раствора и газовой фазы, содержащей аммиак и диоксид углерода;b) carrying out the stripping of an aqueous solution of urea at a stripping pressure to obtain a purified solution and a gas phase containing ammonia and carbon dioxide;

в) конденсируют газовую фазу в по меньшей мере одном конденсаторе при давлении конденсации для формирования рециркулируемого раствора, направляемого назад в стадию реакции, формируя тем самым контур рециркуляции;c) condensing the gas phase in at least one condenser at a condensing pressure to form a recycle solution sent back to the reaction stage, thereby forming a recirculation loop;

г) вырабатывают по меньшей мере первый поток водяного пара (далее пара) при первом давлении регенерации и первой температуре регенерации, используя тепло, отведенное из газовой фазы в ходе шага в) конденсации;d) producing at least a first stream of water vapor (hereinafter steam) at a first regeneration pressure and a first regeneration temperature using the heat removed from the gas phase during condensation step c);

д) используют первый поток пара в качестве источника тепла на по меньшей мере одной стадии процесса далее в технологической цепи, причем способ характеризуется тем, что:e) using the first steam stream as a heat source in at least one process step downstream, the method being characterized in that:

е) первый поток пара сжимают до достижения давления, превышающего давление регенерации, и температуры, превышающей температуру регенерации, перед использованием в качестве источника тепла в по меньшей мере одной следующей далее (в технологической цепи) стадии процесса.e) the first vapor stream is compressed to a pressure above the regeneration pressure and a temperature above the regeneration temperature before being used as a heat source in at least one downstream process step.

Предпочтительно, стадия отпарки включает пропускание упомянутого водного раствора в виде падающей/стекающей пленки в трубном пучке с внешним подогревом. Соответственно, отпарное устройство может включать вертикальный трубный пучок с падающей пленкой. В частности, трубный пучок имеет паровой подогрев.Preferably, the stripping step comprises passing said aqueous solution in the form of a falling/drip film in an externally heated tube bundle. Accordingly, the stripper may include a vertical falling film tube bundle. In particular, the tube bundle is steam heated.

В некоторых вариантах осуществления, стадия (г) может включать вырабатывание более одного потока пара. Давление и температура любого дополнительного потока пара могут быть такими же, что и у первого потока пара, либо отличающимися. Стадия (е) может включать сжатие одного или более дополнительных потоков пара, согласно разным вариантам осуществления. Соответственно, пар, подвергаемый сжатию, может включать весь пар, полученный на стадии конденсации, либо его часть. В частности, подвергаемый сжатию пар может включать один или более выбранных потоков пара, когда генерируется несколько потоков пара, и/или часть потока пара.In some embodiments, step (d) may include generating more than one steam stream. The pressure and temperature of any additional vapor stream may be the same as the first vapor stream or different. Step (e) may include compressing one or more additional vapor streams, according to various embodiments. Accordingly, the vapor to be compressed may include all or part of the vapor produced in the condensation step. In particular, the vapor to be compressed may include one or more selected vapor streams when multiple vapor streams are generated and/or a portion of the vapor stream.

В некоторых вариантах осуществления, стадия (г) может включать генерирование отличающегося потока пара в других конденсаторах карбамата высокого давления (ККВД). В частности, контур высокого давления может содержать два ККВД, и первый поток пара генерируется в одном из двух конденсаторах. В предпочтительном варианте осуществления, стадия (г) включает генерирование первого потока пара и второго потока пара в первом ККВД и втором ККВД, соответственно, причем первый ККВД и второй ККВД соединены последовательно.In some embodiments, step (d) may include generating a different vapor stream in other high pressure carbamate condensers (HPCs). In particular, the high pressure circuit may comprise two HPCCs and the first steam stream is generated in one of the two condensers. In a preferred embodiment, step (d) comprises generating a first vapor stream and a second vapor stream in a first HPC and a second HPC, respectively, the first HPC and the second HPC being connected in series.

В предпочтительном применении, давление отпарки и давление конденсации ниже давления реакции, а контур синтеза не является изобарическим. В особенно предпочтительном варианте осуществления, давление отпарки и давление конденсации по меньшей мере на 50 бар ниже давления реакции, более предпочтительно, ниже на 100 бар.In the preferred application, the stripping pressure and the condensing pressure are below the reaction pressure, and the synthesis loop is not isobaric. In a particularly preferred embodiment, the stripping pressure and the condensing pressure are at least 50 bar below the reaction pressure, more preferably 100 bar below.

В неизобарических вариантах осуществления, рециркулируемый раствор может быть получен при конденсации при значительно меньшем давлении, чем давление реакции, поэтому для рециркулирования в среду реакции требуется повышение его давления. Предпочтительно, раствор нагнетается до давления реакции посредством центробежного насоса.In non-isobaric embodiments, the recycled solution can be obtained by condensing at a pressure significantly lower than the reaction pressure, so that it needs to be pressurized to be recycled to the reaction medium. Preferably, the solution is pressurized to reaction pressure by means of a centrifugal pump.

В предпочтительном варианте осуществления, первое давление регенерации составляет от 1,8 до 3,5 бар изб., и первый поток пара сжимается до давления от 3,0 бар изб. до 6,0 бар изб.In a preferred embodiment, the first regeneration pressure is 1.8 to 3.5 barg and the first vapor stream is compressed to a pressure of 3.0 barg. up to 6.0 barg

Обозначение бар изб. означает, что давление измеряется как избыточное, относительно атмосферного (по манометру).Designation barg means that the pressure is measured as excess, relative to atmospheric (by pressure gauge).

Сжатие пара также сопровождается повышением температуры пара. Повышение температуры пара на стадии сжатия составляет, предпочтительно от 10 до 30°С. Первая температура регенерации, предпочтительно, не превышает 145°С, а температура пара после сжатия предпочтительно составляет по меньшей мере 150°С.Compression of the steam is also accompanied by an increase in the temperature of the steam. The temperature rise of the steam during the compression stage is preferably 10 to 30°C. The first regeneration temperature preferably does not exceed 145°C, and the steam temperature after compression is preferably at least 150°C.

Сжатие пара предпочтительно носит адиабатический или по существу адиабатический характер. Сжатие может быть многоступенчатым процессом.The vapor compression is preferably adiabatic or substantially adiabatic. Compression can be a multi-step process.

В особенно предпочтительном варианте осуществления, давление конденсации составляет от 70 до 90 бар, предпочтительно 80 бар или примерно 80 бар.In a particularly preferred embodiment, the condensation pressure is between 70 and 90 bar, preferably 80 bar or about 80 bar.

В неизобарическом контуре отпарка может осуществляться при том же давлении, что и конденсация, или при отличающемся давлении. Предпочтительно, давление отпарки равно давлению конденсации.In a non-isobaric circuit, stripping can be carried out at the same pressure as the condensation, or at a different pressure. Preferably, the stripping pressure is equal to the condensing pressure.

Как упоминалось выше, высокое давление реакции обычно более предпочтительно, так как способствует более высокой степени конверсии. В предпочтительных вариантах осуществления, давление реакции превышает 140 бар и, предпочтительно, более 200 бар.As mentioned above, a high reaction pressure is generally preferred as it promotes higher conversions. In preferred embodiments, the reaction pressure is greater than 140 bar and preferably greater than 200 bar.

По меньшей мере одна стадия процесса далее в технологической цепи, в которой пар, выработанный при конденсации высокого давления, используется в качестве источника тепла, может включать регенерацию неконвертированного карбамата и/или сгущение для удаления воды из раствора мочевины.At least one further process step in which high pressure condensation steam is used as a heat source may include regeneration of the unconverted carbamate and/or thickening to remove water from the urea solution.

В частности, регенерация неконвертированного карбамата может осуществляться при среднем давлении или пониженном давлении в регенерационной секции, включающей декомпозер, нагретый паром, вырабатываемым в конденсаторе высокого давления.In particular, regeneration of the unconverted carbamate may be carried out at medium pressure or reduced pressure in a regeneration section including a decomposer heated by steam generated in a high pressure condenser.

Сгущение может выполняться, в частности, в испарительной секции ниже по потоку от одной или более регенерационной секции(-ий), где удаляется вода для получения высококонцентрированного плава мочевины, пригодного для заключительной операции, например, приллирования или гранулирования.The thickening may take place in particular in a flash section downstream of one or more recovery section(s) where water is removed to produce a highly concentrated urea smelt suitable for a final operation such as prilling or granulation.

Процесс сгущения также может осуществляться в секции кристаллизации. Процесс кристаллизации известен в уровне техники. В ходе этого процесса вырабатываемая мочевина частично кристаллизуется и образовавшийся пар конденсируется в кристаллизаторе, в то время как покидающий кристаллизатор раствор мочевины, включающий сформировавшиеся кристаллы мочевины, направляется в сепаратор, разделяющий раствор на жидкую и твердую фазы. Основная часть раствора отделяется от кристаллов мочевины, после чего кристаллы попадают в центрифугу, где они промываются с использованием маточного раствора, содержащего водный раствор мочевины.The thickening process can also be carried out in the crystallization section. The crystallization process is known in the art. During this process, the produced urea partially crystallizes and the resulting vapor condenses in the crystallizer, while the urea solution leaving the crystallizer, including the formed urea crystals, is sent to a separator that separates the solution into liquid and solid phases. The main part of the solution is separated from the urea crystals, after which the crystals enter the centrifuge, where they are washed using a mother liquor containing an aqueous solution of urea.

В работе секции кристаллизации может использоваться низкопотенциальный пар. Пар, не находящийся под давлением после его получения, может быть с успехом использован для нагревания секции кристаллизации. Это означает, что использование процесса кристаллизации для сгущения раствора мочевины позволяет снизить количество пара, подлежащего механическому сжатию. Соответственно, в варианте осуществления изобретения стадия г) включает вырабатывание по меньшей мере второго потока пара, который не подвергается сжатию после вырабатывания и используется для подведения тепла к секции кристаллизации для сгущения раствора мочевины.The crystallization section can use low-grade steam. The steam, which is not under pressure after it has been produced, can advantageously be used to heat the crystallization section. This means that using the crystallization process to thicken the urea solution reduces the amount of steam that must be mechanically compressed. Accordingly, in an embodiment of the invention, step d) comprises generating at least a second vapor stream that is not compressed after generation and is used to supply heat to the crystallization section to thicken the urea solution.

Отпарка раствора может быть выполнена с использованием газообразных отпаривающих средств. В качестве отпаривающих средств могут быть, в частности, использованы СО₂ или аммиак. В некоторых вариантах осуществления процесса отпарки с СО₂ подводимое новое сырье газообразного СО₂ частично направляется в отпарное устройство, для использования в качестве отпаривающего средства, а частично направляется в реактор.The stripping of the solution can be carried out using gaseous stripping agents. As stripping agents, in particular CO ₂ or ammonia can be used. In some embodiments of the CO ₂ stripping process, the input of new CO ₂ gas feed is partly sent to the stripper for use as a stripping agent, and partly sent to the reactor.

В предпочтительном варианте осуществления, никакая часть подводимого нового СО₂ сырья не направляется непосредственно в конденсатор. Соответственно, новый СО₂ может быть направлен в реактор и, возможно, в случае процесса отпарки с СО₂, может быть частично направлен в отпарное устройство.In a preferred embodiment, no part of the new CO ₂ input is sent directly to the condenser. Accordingly, the new CO ₂ may be directed to the reactor and possibly, in the case of a CO ₂ stripping process, may be partly directed to the stripper.

Контур высокого давления может включать более одного шагов конденсации, например, в двух последовательно включенных конденсаторах карбамата высокого давления (ККВД). В интересующем нас варианте осуществления, двухфазный раствор, полученный на первом шаге конденсации, подвергается по меньшей мере одному второму шагу конденсации. Во втором шаге конденсации может быть получен насыщенный водяной пар. Этот насыщенный пар может быть с успехом использован для подогрева аммиачного сырья и/или на стадии предварительного сгущения раствора мочевины, выходящего из регенерационной секции. В альтернативном случае, этот пар может быть также использован для удаления воды в секции сгущения с использованием технологии кристаллизации.The high pressure circuit may include more than one condensing step, for example in two high pressure carbamate condensers (HPC) connected in series. In the embodiment of interest to us, the biphasic solution obtained in the first condensation step is subjected to at least one second condensation step. In the second condensation step, saturated water vapor can be obtained. This saturated steam can be successfully used for heating the ammonia feed and/or at the stage of preliminary thickening of the urea solution leaving the regeneration section. Alternatively, this steam can also be used to remove water in the thickening section using crystallization technology.

В некоторых вариантах осуществления, двухфазный раствор, полученный на первой стадии конденсации, может быть использован непосредственно в качестве нагревающей среды в подогревателе аммиака и/или в некоторых из декомпозеров регенерационной секции или в секции сгущения.In some embodiments, the biphasic solution obtained from the first condensation stage may be used directly as a heating medium in the ammonia heater and/or in some of the decomposers in the regeneration section or in the thickening section.

В предпочтительном варианте осуществления, сжатие пара выполняется электрическим компрессором, т.е., компрессором, приводимым в действие электродвигателем, вместо обычного компрессора, работающего от паровой турбины. В частности, в случае модернизации, установка электрического компрессора может давать выигрыш в сравнении с обычными компрессорами, соединенными с паровой турбиной (турбокомпрессорами). Заявитель установил, что, неожиданно, установка электрического компрессора может снизить общее энергопотребление установки производства мочевины в Гкал на метрическую тонну произведенной мочевины.In a preferred embodiment, the vapor compression is performed by an electric compressor, ie a compressor driven by an electric motor, instead of a conventional compressor driven by a steam turbine. In particular, in the case of retrofits, the installation of an electric compressor can be advantageous compared to conventional compressors coupled to a steam turbine (turbocompressors). The Applicant has found that, surprisingly, the installation of an electric compressor can reduce the total energy consumption of the urea plant in Gcal per metric tonne of urea produced.

Другой особенностью изобретения является установка в соответствии с формулой изобретения.Another feature of the invention is the installation according to the claims.

Другой особенностью изобретения является способ модернизации установки производства мочевины, включающей:Another feature of the invention is a method for upgrading a urea plant, comprising:

реактор, в котором происходит реакция СО₂ и NH₃ при давлении реакции, с образованием водного раствора мочевины;a reactor in which CO ₂ and NH ₃ react at a reaction pressure to form an aqueous urea solution;

отпарное устройство, питаемое водным раствором мочевины, который обрабатывается при давлении отпарки с получением очищенного раствора и газовой фазы, содержащей аммиак и диоксид углерода;a stripping device fed with an aqueous solution of urea, which is processed at stripping pressure to obtain a purified solution and a gas phase containing ammonia and carbon dioxide;

конденсатор для конденсации газовой фазы из отпарного устройства при давлении конденсации, для формирования рециркулируемого раствора, направляемого назад в реактор, с образованием, тем самым, контура синтеза;a condenser for condensing the gas phase from the stripper at a condensing pressure to form a recycle solution sent back to the reactor, thereby forming a synthesis loop;

паровую систему, содержащую паропровод, приспособленную для вырабатывания по меньшей мере первого потока пара, отводимого из конденсатора и используемого в качестве источника тепла в по меньшей мере одной секции установки, расположенной ниже по потоку;a steam system comprising a steam line adapted to generate at least a first steam stream withdrawn from the condenser and used as a heat source in at least one downstream section of the plant;

причем при осуществлении способа в паровую систему добавляют компрессор пара, приспособленный для повышения давления первого потока пара.moreover, during the implementation of the method, a steam compressor is added to the steam system, adapted to increase the pressure of the first steam stream.

При установке дополнительного компрессора пара, сжатый поток пара подается в по меньшей мере одну секцию далее в технологической цепи. Это может выполняться новым паропроводом или существующим паропроводом.When an additional steam compressor is installed, the compressed steam stream is supplied to at least one section downstream in the process chain. This can be done with a new steam line or with an existing steam line.

Способ модернизации в соответствии с изобретением применим к установкам для производства мочевины с изобарическим или неизобарическим контуром синтеза. Способ применим, среди прочего, к установкам, где используется процесс отпарки с СО₂, процесс с самоотпаркой и процесс с отпаркой аммиаком.The modernization method according to the invention is applicable to urea plants with an isobaric or non-isobaric synthesis loop. The method is applicable, inter alia, to plants using a CO ₂ stripping process, a self-stripping process and an ammonia stripping process.

Главным преимуществом изобретения является то, что давление и температура пара, вырабатываемого конденсатором высокого давления для использования в оборудовании далее в технологической цепи, больше не диктуется давлением конденсации и связанным с ним давлением регенерации пара. В соответствии с изобретением, один или более потоков пара, генерируемых конденсацией, сжимаются и подводятся к потребителям тепла с давлением и температурой более высокими, чем на выходе конденсатора. Температура, при которой происходит внутренняя рециркуляция тепла от конденсации высокого давления к стадии среднего или низкого давления, не определяется выбором давления конденсации в конденсаторе карбамата высокого давления.The main advantage of the invention is that the pressure and temperature of the steam produced by the high pressure condenser for use in downstream equipment is no longer dictated by the condensing pressure and associated steam recovery pressure. In accordance with the invention, one or more steam streams generated by condensation are compressed and supplied to heat consumers at a pressure and temperature higher than at the condenser outlet. The temperature at which internal heat is recirculated from the high pressure condensation to the medium or low pressure stage is not determined by the selection of the condensation pressure in the high pressure carbamate condenser.

Можно сказать, что в изобретении реализован тепловой насос между контуром высокого давления и секцией среднего или низкого давления далее в технологической цепи, где пар используется в качестве источника тепла для одного или более потребителей тепла. Этот тепловой насос получает тепловую энергию, высвобождаемую конденсатором при первой температуре (например, пар, вырабатываемый при 135°С), и передает эту энергию в заданную секцию при более высокой температуре (например, пар, конденсирующийся при 150°С).It can be said that the invention implements a heat pump between a high pressure circuit and a medium or low pressure section downstream, where steam is used as a heat source for one or more heat consumers. This heat pump receives the heat energy released by the condenser at a first temperature (eg steam generated at 135°C) and transfers this energy to a given section at a higher temperature (eg steam condensing at 150°C).

Благодаря этому, давление конденсации может быть выбрано так, чтобы оптимизировать процесс конденсации и процесс отпарки, причем последний процесс желательно проводить при том же давлении. С другой стороны, выбор относительно низкого давления конденсации (например, 80 бар) не влияет на внутренний возврат тепла в секции, расположенные далее в технологической цепи, благодаря сжатию потока, выработанного в ККВД.Due to this, the condensation pressure can be chosen so as to optimize the condensation process and the stripping process, the latter being preferably carried out at the same pressure. On the other hand, the selection of a relatively low condensing pressure (eg 80 bar) does not affect the internal heat return to the downstream sections due to the compression of the flow generated in the HPC.

Можно заметить, что сжатие требует подачи энергии, однако на практике степень сжатия очень невелика (обычно менее 2), что означает, что коэффициент производительности (СОР от англ. coefficient of performance) теплового насоса достаточно велик, например 10 или более. В некоторых вариантах осуществления, СОР этого теплового насоса составляет примерно 20. Упомянутый СОР означает отношение выделенного тепла к работе сжатия.It can be seen that compression requires energy, but in practice the compression ratio is very low (usually less than 2), which means that the coefficient of performance (COP) of the heat pump is quite large, for example 10 or more. In some embodiments, the COP of this heat pump is about 20. Said COP means the ratio of heat released to compression work.

Другое преимущество изобретения состоит в сокращении необходимого обслуживания частей оборудования. Работа в стадиях отпарки и конденсации при давлении 70-90 бар и соответственно более низкой температуре подразумевает ослабление коррозионного воздействия на оборудование карбамината аммония. Более того, снижается вероятность образования побочных продуктов, например, карбамилмочевины, в ходе стадии разложения ВД, чем обеспечивается более высокое качество товарной мочевины. Другим преимуществом является ослабление гидролиза мочевины из-за пониженной температуры в декомпозере ВД.Another advantage of the invention is the reduction in the necessary maintenance of the equipment parts. Operating the stripping and condensing stages at 70-90 bar pressure and correspondingly lower temperatures means less corrosive attack on the ammonium carbamate equipment. Moreover, the possibility of formation of by-products, for example, carbamyl urea, during the stage of decomposition of HP is reduced, which ensures a higher quality of commercial urea. Another advantage is the reduced hydrolysis of urea due to the reduced temperature in the HP decomposer.

Еще одним преимуществом изобретения является то, что для данной температуры конденсации в процессе, может быть снижено давление регенерации для генерируемого пара с тем, чтобы улучшить характеристики теплообмена для данной поверхности теплообмена конденсатора. Сниженная температура полученного таким образом пара не влияет на последующую регенерацию благодаря промежуточному сжатию и нагреванию пара.Another advantage of the invention is that for a given condensing temperature in the process, the regeneration pressure for the generated steam can be reduced in order to improve the heat transfer characteristics for a given condenser heat exchange surface. The reduced temperature of the steam thus obtained does not affect the subsequent regeneration due to the intermediate compression and heating of the steam.

Изобретение также представляет интерес для модернизации установки получения мочевины. Изобретение может быть использовано при модернизации установки получения мочевины с изобарическим и неизобарическим контуром высокого давления. Преимущества модернизации в соответствии с изобретением включают: возможность достижения небольшого, но заметного увеличения производительности без реконструкции существующего ККВД и существующих декомпозеров среднего и низкого давления и/или испарителей; непродолжительный простой установки; ограниченные капиталовложения. Повышение производительности достигается за счет дополнительного перепада (ДТ) температуры на входе ККВД и декомпозеров СД и НД, что увеличивает количество передаваемого тепла, обеспечивая постоянство площади теплообмена.The invention is also of interest for the modernization of a urea plant. The invention can be used in the modernization of a urea production plant with an isobaric and non-isobaric high pressure circuit. The advantages of retrofitting in accordance with the invention include: the ability to achieve a small but noticeable increase in productivity without the reconstruction of the existing HPC and existing medium and low pressure decomposers and/or evaporators; short simple installation; limited investment. The increase in productivity is achieved due to the additional temperature difference (DT) at the inlet of the KKVD and decomposers SD and LP, which increases the amount of heat transferred, ensuring the constancy of the heat exchange area.

Изобретение применимо к различным процессам обработки мочевины, в частности, известному процессу отпаривания с СО₂ и процессу самоотпарки. В обоих случаях изобретение обеспечивает уменьшенное потребление пара по сравнению с исходной технологией.The invention is applicable to various urea treatment processes, in particular the known CO ₂ stripping process and the self-stripping process. In both cases, the invention provides reduced steam consumption compared to the original technology.

Одним из преимуществ изобретения является снижение энергопотребления. В частности, заявитель обнаружил, что использование изобретения может снизить энергопотребление на 0,1 Гкал/мт (Гигакалорий на метрическую тонну мочевины) в процессе с самоотпаркой и на 0,12 Гкал/мт в процессе с самоотпаркой.One of the advantages of the invention is the reduction in energy consumption. In particular, Applicant has found that using the invention can reduce energy consumption by 0.1 Gcal/mt (Gigacalories per metric tonne of urea) in a self-stripping process and by 0.12 Gcal/mt in a self-stripping process.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:Below the invention is discussed in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:

на фиг. 1 представлена блок-схема установки производства мочевины с процессом отпарки с СО₂, модернизированной в соответствии с первым вариантом выполнения изобретения;in fig. 1 is a block diagram of a urea plant with a CO ₂ stripping process, modified in accordance with the first embodiment of the invention;

на фиг. 2 представлена блок-схема установки производства мочевины с процессом отпарки с СО₂ в соответствии со вторым вариантом выполнения изобретения;in fig. 2 is a block diagram of a urea plant with a CO ₂ stripping process according to a second embodiment of the invention;

на фиг. 3 представлена блок-схема установки производства мочевины с самоотпаркой в соответствии с третьим вариантом выполнения изобретения.in fig. 3 is a block diagram of a self-stripping urea plant according to a third embodiment of the invention.

Подробное описание осуществления изобретенияDetailed description of the invention

На фиг. 1 представлен в упрощенном виде обычный контур синтеза мочевины с процессом отпарки с СО₂, содержащий реактор 1, отпарное устройство 2 и конденсатор 3, которые работают в основном при одинаковом давлении, например, от 120 до 210 бар. Соответственно, реактор 1, отпарное устройство 2 и конденсатор 3 образуют изобарический контур высокого давления (ВД). Контур может включать дополнительные элементы (например, сепаратор газа), не показанные на схеме.In FIG. 1 shows a simplified view of a conventional urea synthesis loop with a CO ₂ stripping process, comprising a reactor 1, a stripper 2 and a condenser 3, all operating at essentially the same pressure, eg 120 to 210 bar. Accordingly, reactor 1, stripper 2 and condenser 3 form an isobaric high pressure (HP) circuit. The circuit may include additional elements (for example, a gas separator) that are not shown in the diagram.

Поток 7 нового СО₂ подается в отпарное устройство 2, а исходный реагент NH₃ 8 подается в конденсатор 3, например, посредством эжектора (не показан). В другом варианте осуществления изобретения, сырьевая подача нового СО₂ может быть разделена на два потока, питающих реактор 1 и отпарное устройство 2 (не показано).Stream 7 of the new CO ₂ is fed into the stripper 2, and the original reagent NH ₃ 8 is fed into the condenser 3, for example, by means of an ejector (not shown). In another embodiment of the invention, the raw feed of new CO ₂ can be divided into two streams feeding the reactor 1 and stripper 2 (not shown).

Поток 7 СО₂ выполняет функцию отпаривающих средств в отпарном устройстве 2.Stream 7 CO ₂ performs the function of the strippers in the stripper 2.

Водный раствор 4, содержащий мочевину и карбамат, сформированный в реакторе 1, направляется в отпарное устройство 2, где получается очищенный раствор 9 мочевины и газовая фаза 5.An aqueous solution 4 containing urea and carbamate formed in the reactor 1 is sent to a stripper 2, where a purified urea solution 9 and a gas phase 5 are obtained.

Очищенный раствор 9 мочевины направляют в одну или более регенерационную стадию(-ии), в частности, в регенерационную секцию 10 под низким давлением (например, 2-6 бар), пропуская через дроссельный вентиль 11.The purified urea solution 9 is sent to one or more regeneration stage(s), in particular to the regeneration section 10 under low pressure (for example, 2-6 bar), passing through a throttle valve 11.

В регенерационной секции 10 раствор 9 мочевины после снижения давления подвергается дальнейшей обработке, включающей разложение карбамата и конденсацию паров аммиака и диоксида углерода. Полученный таким образом раствор карбамата 16 закачивается обратно в конденсатор 3 высокого давления. Очищенный раствор 19 мочевины направляется в секцию заключительной обработки далее в технологической цепи.In the regeneration section 10, the urea solution 9, after depressurization, undergoes further processing, including the decomposition of the carbamate and the condensation of ammonia and carbon dioxide vapors. The carbamate solution 16 thus obtained is pumped back into the high pressure condenser 3. The purified urea solution 19 is sent to the final processing section further in the process chain.

Газовая фаза 5 из отпарного устройства 2 по меньшей мере частично конденсируется в конденсаторе 3 и возвращается по линии 6 обратно в реактор 1.The gas phase 5 from stripper 2 is at least partially condensed in condenser 3 and returned via line 6 back to reactor 1.

В конденсаторе 3 тепло конденсации газовой фазы 5 передается воде 12 и используется для вырабатывания пара 13 для использования в секции, находящейся далее в технологической цепи установки, в частности, в регенерационной секции 10, как это показано на фиг. 1, или в секции заключительной обработки после регенерационной секции 10.In the condenser 3, the condensation heat of the gas phase 5 is transferred to the water 12 and used to generate steam 13 for use in the downstream section of the plant, in particular in the regeneration section 10, as shown in FIG. 1, or in the finishing section after the regeneration section 10.

В частности, пар 13, вырабатываемый в конденсаторе 3, сжимается в компрессоре 14 пара для повышения его давления и температуры. Полученный таким образом сжатый/нагретый пар 15, подаваемый компрессором 14, может быть направлен в регенерационную секцию 10, где он передает тепло в одну или более соответствующих единиц оборудования, например в один или более декомпозеров, работающих при среднем давлении и/или при низком давлении.In particular, the steam 13 generated in the condenser 3 is compressed in the steam compressor 14 to increase its pressure and temperature. The compressed/heated steam 15 thus obtained, supplied by the compressor 14, can be sent to the recovery section 10, where it transfers heat to one or more appropriate pieces of equipment, for example, one or more medium pressure and/or low pressure decomposers. .

Компрессором 14 пара может быть многоступенчатый компрессор. В некоторых вариантах осуществления, компрессором 14 пара может быть электрический компрессор.Steam compressor 14 may be a multi-stage compressor. In some embodiments, vapor compressor 14 may be an electric compressor.

В другом варианте осуществления, по меньшей мере часть пара 15 может быть использована в секции заключительной обработки после регенерационной секции 10. Эта секция заключительной обработки может включать выпарную секцию или кристаллизационную секцию для удаления воды из раствора 19. Для снабжения теплом выпарной секции или кристаллизационной секции может быть использован, в частности, горячий пар 15.In another embodiment, at least a portion of the steam 15 may be used in the finishing section after the regeneration section 10. This finishing section may include an evaporator section or a crystallization section to remove water from solution 19. To supply heat to the evaporator section or crystallization section, be used, in particular, hot steam 15.

На фиг. 2 представлена установка отпарки с СО₂ в соответствии со вторым вариантом осуществления, где элементы, соответствующие схеме на фиг. 1, имеют те же цифровые обозначения.In FIG. 2 shows a CO ₂ stripper according to the second embodiment, where the elements corresponding to the diagram in FIG. 1 have the same numerical designations.

Показанный на фиг. 2 контур высокого давления, сформированный реактором 1, отпарным устройством 2 и конденсатором 3, является неизобарическим. В частности, отпарное устройство 2 и конденсатор 3 работают при более низком давлении, чем реактор 1. В частности, реактор 1 работает при давлении 210 бар, в то время как отпарное устройство 2 и конденсатор 3 работают при давлении примерно 80 бар.Shown in FIG. 2, the high pressure circuit formed by the reactor 1, the stripper 2 and the condenser 3 is non-isobaric. In particular, stripper 2 and condenser 3 operate at a lower pressure than reactor 1. In particular, reactor 1 operates at a pressure of 210 bar, while stripper 2 and condenser 3 operate at about 80 bar.

Отходящий поток 4 реакции подвергается снижению давления на вентиле 17 до давления отпарки, а рециркулируемый раствор, отводимый из конденсатора 3, доводится до давления реакции насосом 18.The reaction effluent 4 is subjected to pressure reduction at the valve 17 to the stripping pressure, and the recirculated solution removed from the condenser 3 is brought to the reaction pressure by the pump 18.

Преимущество варианта осуществления, показанного на фиг. 2, состоит в том, что отпарное устройство и конденсатор могут быть использованы при относительно низком давлении, в сравнении с давлением реакции; при этом рекуперация тепла из конденсатора 3 в регенерационную секцию 10 не ухудшается из-за относительно низкого давления конденсации, благодаря промежуточному сжатию в компрессоре 14. При этом сжатии повышается температура пара, благодаря чему пар 15 становится пригодным для нагревания регенерационной секции 10, в частности, ее декомпозера.An advantage of the embodiment shown in FIG. 2 is that the stripper and condenser can be used at a relatively low pressure compared to the reaction pressure; while the heat recovery from the condenser 3 to the regeneration section 10 is not impaired by the relatively low condensing pressure due to the intermediate compression in the compressor 14. This compression raises the temperature of the steam, making the steam 15 available for heating the regeneration section 10, in particular its decomposer.

Кроме того, в варианте осуществления, представленном на фиг. 2, новое подводимое сырье 7 в виде СО₂ может быть разделено на два потока 7а и 7b, направляемых, соответственно, в реактор 1 и отпарное устройство 2, как это показано на схеме на фиг. 2.Moreover, in the embodiment shown in FIG. 2, the new feedstock 7 in the form of CO ₂ can be divided into two streams 7a and 7b, sent respectively to the reactor 1 and the stripper 2, as shown in the diagram in FIG. 2.

Новый аммиак 8 разделяется на поток 8а, направляемый в реактор 1, и поток 8b, направляемый в конденсатор 3.New ammonia 8 is separated into stream 8a sent to reactor 1 and stream 8b sent to condenser 3.

Компрессором 14 реализован тепловой насос, переносящий тепло от конденсатора 3 к регенерационной секции 10, с одновременным увеличением температуры этого тепла.The compressor 14 implements a heat pump that transfers heat from the condenser 3 to the regeneration section 10, with a simultaneous increase in the temperature of this heat.

В предпочтительном варианте осуществления, поток 13, вырабатываемый конденсатором 3, имеет температуру примерно 135°С и давление примерно 2,1 бар абс; пар 15, подаваемый компрессором 14, имеет температуру по меньшей мере 150°С и давление примерно 3,5 бар абс.In a preferred embodiment, stream 13 produced by condenser 3 has a temperature of about 135° C. and a pressure of about 2.1 bar abs; the steam 15 supplied by the compressor 14 has a temperature of at least 150° C. and a pressure of about 3.5 bar abs.

В других предпочтительных вариантах осуществления изобретения, контур высокого давления может включать более одного конденсатора. В частности, в процессе синтеза мочевины, включающем неизобарический контур высокого давления, двухфазный раствор, вырабатываемый в конденсаторе 3, подвергается второй конденсации, где вырабатывается насыщенный водяной пар. Этот насыщенный пар может быть использован для подогревания аммиака и/или на шаге предварительного сгущения раствора 19 перед подачей раствора в выпарную секцию, для удаления воды и получения плава мочевины. В альтернативном случае, этот пар может быть также использован для удаления воды в секции сгущения с использованием технологии кристаллизации.In other preferred embodiments of the invention, the high pressure circuit may include more than one condenser. In particular, in a urea synthesis process involving a non-isobaric high pressure circuit, the two-phase solution produced in the condenser 3 undergoes a second condensation where saturated water vapor is generated. This saturated steam can be used to preheat the ammonia and/or in the solution pre-thickening step 19 before the solution is fed into the evaporation section, to remove water and produce urea smelt. Alternatively, this steam can also be used to remove water in the thickening section using crystallization technology.

Этот шаг предварительного сгущения может выполняться, в частности, в кожухотрубном устройстве предварительного сгущения при подаче двухфазного раствора в межтрубное пространство устройства.This pre-thickening step can be carried out in particular in a shell-and-tube pre-thickening device by supplying a two-phase solution to the shell annulus of the device.

На фиг. 3 представлена блок-схема установки получения мочевины с процессом самоотпарки, включающей реактор 1, отпарное устройство 2 и конденсатор 3.In FIG. 3 shows a block diagram of a urea plant with a self-stripping process, including a reactor 1, a stripper 2 and a condenser 3.

Поток 7 нового СО₂ и сырье NH₃ 8 подаются в реактор 1. Отходящий поток 4 реактора подвергается снижению давления при прохождении вентиля 17 и направляется в отпарное устройство 2. После отпарки, очищенный отходящий поток 9 мочевины направляется в одну или более регенерационную секцию(-и) 10 далее в технологической цепи, после прохождения дроссельного вентиля 11. Обычно регенерационные секции включают регенерационную секцию среднего давления и регенерационную секцию низкого давления. После обработки в регенерационных секциях, очищенный раствор 19 направляется в секцию заключительной обработки.Stream 7 of new CO ₂ and raw material NH ₃ 8 are fed into the reactor 1. Exhaust stream 4 of the reactor is subjected to pressure reduction when passing valve 17 and is sent to the stripper 2. After stripping, the purified effluent stream 9 of urea is sent to one or more regeneration sections (- i) 10 downstream, after passing through the throttle valve 11. Typically, the regeneration sections include a medium pressure regeneration section and a low pressure regeneration section. After processing in the regeneration sections, the purified solution 19 is sent to the final processing section.

Газовая фаза 5, образовавшаяся на шаге самоотпарки, соединяется с рециркулируемым раствором 16 карбамата из регенерационных секций. Полученный таким образом поток 26 по меньшей мере частично конденсируется в конденсаторе 3, и конденсированный раствор 20 карбамата направляется в сепаратор 21 карбамата, где вырабатываются жидкий раствор 23 и газовая фаза 22.The gas phase 5 formed at the step of self-stripping is combined with the recirculated carbamate solution 16 from the regeneration sections. The stream 26 thus obtained is at least partially condensed in a condenser 3 and the condensed carbamate solution 20 is sent to a carbamate separator 21 where a liquid solution 23 and a gas phase 22 are produced.

Жидкий раствор 23 рециркулируют в реактор 1 посредством насоса 24, который возвращает давление раствора 23 к уровню давления реакции. Перед тем, как попасть в реактор 1, поданный насосом 24 жидкий раствор 25 объединяется с подводимым снаружи аммиачным сырьем 8, формируя поток 26. Далее поток 26 направляется в реактор 1.Liquid solution 23 is recycled to reactor 1 via pump 24 which returns the pressure of solution 23 to the reaction pressure level. Before entering the reactor 1, the liquid solution 25 supplied by the pump 24 is combined with the ammonia feed 8 supplied from the outside, forming a stream 26. Then the stream 26 is sent to the reactor 1.

Газовая фаза 22, вырабатываемая сепаратором 21 карбамата, направляется в регенерационную секцию, в частности, в декомпозер среднего давления.The gas phase 22 produced by the carbamate separator 21 is sent to a regeneration section, in particular to a medium pressure decomposer.

В варианте, представленном на фиг. 3, отпарное устройство 2 и конденсатор 3 могут работать при давлении, величина которого только незначительно меньше давления реакции. В этом случае, раствор 23 может подводиться к реактору 1 посредством эжектора (вместо насоса 24), при этом движущим потоком эжектора является подводимое аммиачное сырье 8.In the variant shown in FIG. 3, stripper 2 and condenser 3 can be operated at a pressure that is only slightly less than the reaction pressure. In this case, the solution 23 can be supplied to the reactor 1 by means of an ejector (instead of a pump 24), while the driving stream of the ejector is the supplied ammonia raw material 8.

Схемы на фиг. 1-3 иллюстрируют результат модернизации существующей установки, включающей добавление компрессора 14 и, при необходимости, использования соответствующего паропровода.The schemes in Fig. 1-3 illustrate the result of retrofitting an existing plant, including the addition of a compressor 14 and, if necessary, the use of an appropriate steam line.

Claims

1. A method for the synthesis of urea from CO ₂ and NH ₃ , during which:

a) carrying out the reaction of CO ₂ and NH ₃ at a reaction pressure to form an aqueous solution (4) of urea;

b) an aqueous solution of urea is stripped off at a stripping pressure to obtain a purified solution (9) and a gas phase (5) containing ammonia and carbon dioxide, and at the stripping stage, said aqueous solution is passed in the form of a falling film in a tube bundle with external heating;

c) condensing the gas phase in at least one condenser at a condensing pressure to form a recycle solution (6) sent back to the reaction stage, thereby forming a synthesis loop;

d) generating at least a first steam stream (13) at a first regeneration pressure and a first regeneration temperature using heat removed from the gas phase (5) during condensation step (c);

e) using the first steam stream as a heat source in at least one further stage (10) of the process,

characterized in that:

e) compressing the first steam stream (13) to achieve a pressure greater than the regeneration pressure and a temperature greater than the regeneration temperature before said use as a heat source in said at least one further step,

moreover, no new CO ₂ is added in the condensation stage, and the stage of compressing the first vapor stream (13) is carried out by means of a compressor driven by an electric motor.

2. Process according to claim 1, wherein the stripping pressure and the condensing pressure are below the reaction pressure and the synthesis loop is non-isobaric.

3. Process according to claim 2, wherein the stripping pressure and the condensing pressure are at least 20 bar below the reaction pressure.

4. Process according to any of the preceding claims, wherein the condensing pressure is between 70 and 90 bar, preferably 80 bar or about 80 bar.

5. A method according to any one of the preceding claims, wherein the stripping pressure is equal to the condensing pressure.

6. A method according to any one of the preceding claims, wherein the compression in step (e) is carried out with a compression ratio not exceeding 2.

7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the first regeneration pressure is from 1.8 to 4.0 bar abs and the compression in step (e) is carried out to a pressure of from 3 to 6 bar abs.

8. A process according to any of the preceding claims, wherein the first regeneration temperature does not exceed 145°C and the steam after compression in step (e) has a temperature of at least 150°C.

9. A method according to any one of the preceding claims, wherein in step (d) at least two steam streams with different pressures are generated, at least one of these steam streams being compressed in step (e).

10. Process according to any one of the preceding claims, wherein the reaction pressure is greater than 140 bar and preferably greater than 200 bar.

11. The method according to any of the previous paragraphs, which use compressed steam as a heat source in any of the stages: regeneration (10) unconverted carbamate; evaporation to remove water from the urea solution; crystallization to remove water from the urea solution.

12. The method according to any of the preceding claims, wherein the stripping of the solution is carried out with a gas stripping agent, which is CO ₂ or ammonia.

13. A method according to any one of the preceding claims, wherein in step (d) at least a second vapor stream is additionally produced, which is incompressible after its creation and is used to supply heat to the crystallization section, to thicken the urea solution.

14. The method according to any one of paragraphs. 2-13, in which the pressure of the recirculating solution obtained by condensation is increased to the reaction pressure by means of a centrifugal pump (18).

15. Installation for the synthesis of urea from CO ₂ and NH ₃ , including at least:

a reactor (1) in which CO ₂ and NH ₃ are reacted at a reaction pressure to form an aqueous urea solution;

a stripping device (2), into which an aqueous solution of urea is supplied and in which this solution is processed at a stripping pressure to obtain a purified solution (9) and a gas phase (5) containing ammonia and carbon dioxide, the stripping device includes a vertical tube bundle with an incident film;

a condenser (3) for condensing the gas phase from the stripper at a condensing pressure to form a recycle solution sent back (6) to the reactor, thereby forming a synthesis loop;

a steam system containing at least the first steam line and adapted to generate at least the first steam stream removed from the condenser and used as a heat source in at least one section of the installation (10) located downstream,

characterized in that:

the steam system comprises a steam compressor (14) adapted to increase the pressure of the first steam stream and supply the resulting compressed steam stream to said at least one downstream section, and

the steam compressor is driven by an electric motor.

16. Plant according to claim 15, wherein the synthesis loop is non-isobaric and the operating pressure of the stripper and condenser is lower than the reactor pressure, preferably at least 20 bar lower.

17. Plant according to claim 16, wherein the synthesis loop comprises a centrifugal pump (18) adapted to supply the recirculated solution (6) from the condenser to the reactor, with the solution pressurized to the reaction pressure.

18. A method for upgrading a urea plant, which includes:

a reactor in which CO ₂ and NH ₃ react at a reaction pressure to form an aqueous urea solution;

a stripping device into which an aqueous solution of urea is supplied and in which the solution is processed at a stripping pressure to obtain a purified solution and a gas phase containing ammonia and carbon dioxide, and the stripping device includes a vertical tube bundle with a falling film;

a condenser for condensing the gas phase from the stripper at a condensing pressure to form a recycle solution sent back to the reactor, thereby forming a synthesis loop;

a steam system comprising at least a first steam line and adapted to generate at least a first steam stream removed from the condenser and used as a heat source in at least one downstream section of the plant, and

when implementing the method:

a steam compressor (14) is added to the steam system, adapted to increase the pressure of the first steam stream and driven by an electric motor.