TW513396B - Process for preparing urea - Google Patents

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513396 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _ _ B7五、發明説明纟) 本發明係有關於尿素之製法，其中合成蜜胺時釋出之 氣流（主要由氨與二氧化碳所組成）被用來合成尿素。 此類方法已述於’特別是，G B - A -1 309275。其揭示之尿素製法中，係使用高壓蜜胺 法中製備蜜胺時所得廢氣（主要由氨與二氧化碳組成）來 合成尿素。在此法中，令得自蜜胺廠氣/液分離器之氣流 (主要由氨與二氧化碳組成）移送主習用高壓尿素廠之低 壓區。在該低壓區，來自蜜胺廠之氨與二氧化碳於另一反 應器中反應生成尿素溶液，然後加壓此尿素溶液並移送主 同一尿素廠之高壓區。 尿素可如下製成：於適當壓力（如，· 5 — 35 MPa)及適當溫度（如，160 - 250 °C)下令氨與 二氧化碳進入合成區，在此處依下示反應首先形成胺甲酸 銨： 2NH3+C〇2->H2N-CO-ONH4 由此胺甲酸銨，依下示平衡反應脫水而生成尿素： Η 2 N — C 0 一 ΟΝΗ4~>Η2Ν — C Ο — ΝΗ2 + Η2Ο 轉化進行的程度依，特別是，溫度與氨之過量程度而 定。在此方法中，得到的反應產物爲主要由尿素，水，胺 甲酸銨與未反應氨所組成之溶液。胺甲酸銨與未反應氨必 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 、1Τ 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） -4- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 513396 A7 ___B7 五、發明説明έ ) 須自溶液移出，且在大多數例子中，係被送回合成區。合 成區可包括分開的區域，而用來形成胺甲酸銨與尿素。但 是這些區域亦可合倂在一裝置內。 習知高壓尿素廠係如下述者：未轉化成尿素的胺甲酸 錢之分解以及過量氨之排出壓力比合成反應器內之壓力爲 低。習知高壓尿素廠之合成反應器之操作溫度通常爲 18〇一 210°C，操作壓力爲18-30MPa。且將 未反應的反應物在膨脹，分解與冷凝後，以1 · 5至1 〇 MP a的壓力饋回尿素合成。再者，習知高壓尿素廠中係 將氨與二氧化碳直接蝕入尿素反應器中。習知高壓尿素法 之尿素合成中，NH3/C〇2之莫耳比（1 = N/ C比） 爲3至5。 GB - A — 1 3 0 9 2 7 5所述方法的缺點在於需要 額外的反應器，因爲由蜜胺廠饋入的氣流（主要由氨與二 氧化碳組成）壓力太低（即使是高壓蜜胺法）而無法直接 用在習知高壓尿素廠。再者，G B - A— 1 3 0 9 2 7 5 之方法需要額外之幫浦將低壓產出的尿素移主高壓區。 本發明目的在於發現沒有上述缺點的方法。 申請人發現該缺點可以如下述般避免：令來自高壓蜜 胺法之氣流（主要由氨與二氧化碳所組成）於約等於蜜胺 反應器的壓力下冷凝，在此法中，胺甲酸銨饋入尿素氣提 廠之高壓區後，可以生成幾乎無水之胺甲酸銨。 所謂的尿素氣提廠指：未轉化成尿素的胺甲酸銨之分 解以及過量氨之排出係於約等於合成反應器壓力之壓力下 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -5- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 513396 A7 B7 五、發明説明（3 ) 進行。此分解/排出於氣提器（可加入氣提介質）中進行 。在氣提過程中，在計量饋入反應器之前，可用二氧化碳 及/或氨作爲氣提介質。氣提器位於反應器之下游，在該 氣提器中，來自尿素反應器之溶液（除了尿素外，尙含有 胺甲酸銨，水，氨與二氧化碳）以熱加以氣提。亦可使用 熱氣提（thermal stripping)，即，令胺甲酸錢分解，以供應 熱源而將尿素溶液中的氨與二氧化碳充分移除。氣提器釋 出的氣流（含有氨與二氧化碳）經由高壓胺甲酸鹽冷凝送 回反應器。反應器，氣提器與高壓胺甲酸鹽冷凝器爲尿素 氣提廠高壓區之最重要元件。在尿素氣提廠中，合成反應 器較好於1 6〇一 2 2 0 °C的溫度，以1 2 . 5 — 1 7.5MP a的壓力操作。在氣提廠中，合成之N/C比 爲2 . 5至4。 來自高壓蜜胺法之冷凝器的幾乎無水胺甲酸鹽物流係 被饋入尿素氣提廠之高壓區，且可被饋入，例如，尿素反 應器，氣提器，高壓胺甲酸鹽冷凝器，或是其間的管線。 較好該來自高壓蜜胺法冷凝器之幾乎無水胺甲酸鹽直接饋 入尿素反應器。 冷凝係於冷凝器中進行，冷凝器之操作壓力幾乎約等 於蜜胺反應器之壓力。較好將冷凝器設計成熱交換器。此 時，將冷卻劑饋入套管，而由二氧化碳與氨組成之氣流則 由管束饋入。亦可以套管來饋入氣流，而以管束饋入冷卻 劑。因爲冷凝器中的冷凝溫度爲1 0 0至2 3 0 °C，可用 蒸發煮沸器之水作爲冷卻劑，其額外優點在於冷凝器可有 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -6 - I. - - I - - I 11111 n ^ 111111 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 513396 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _______B7五、發明説明4 ) 利地產生低壓物流（〇 · 3至1 · Ο Μ P a )。若在工廠 周邊沒法有利地用到該低壓物流，當然亦可以冷卻水作爲 冷卻劑。 使用高壓蜜胺廠之胺甲酸鹽物流的優點在於可以由尿 素氣提廠得到幾乎無水的胺甲酸鹽物流，鑑於其幾乎無水 的性質，可以確保尿素廠的高效率（相較於自蜜胺廠得出 令水胺甲酸鹽物流之尿素廠而言）。另一優點爲可將幾乎 無水的胺甲酸鹽物流直接送入尿素反應器中。 高壓蜜胺廠中來自冷凝器之胺甲酸鹽物流的壓力爲5 至80MPa，較好爲8至40MPa。更特別地，其壓 力較尿素反應器壓力高〇 - lOMPa，更特別地，高〇 一 2 Μ P a。該胺甲酸鹽物流的溫度爲1 〇 〇至2 3 0 °C ，更好爲140至200 °C。 尿素合成 以氣提法製備尿素之常用具體例如European Chemical News,Urea Supplement of 17 January 1 969，ρ· 1 7 — 2 0 o 此法中，於合成區，高溫高壓所形成之尿素合成溶液以合 成時之壓力與二氧化碳氣體逆流地接觸，且有熱源供應下 ，進行氣提處理。在此法中，溶液中之胺甲酸銨大部份均 分解成氨與二氧化碳，這些分解產物以氣態自溶液中排出 ，而與少量水氣及氣提所用二氧化碳一同移除。除了如該 文獻所述般以二氧化碳進行氣提處理，亦可用氨氣或其混 合物作爲氣提氣體進行熱處理。氣提處理所得氣體混合物 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝·

、1T 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） -7- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 513396 A7 B7 五、發明説明έ ) 大部分將於高壓胺甲酸鹽冷凝器中冷凝及被吸附，然後將 形成之胺甲酸銨饋入合成區中以形成尿素。亦可於一個或 二個反應器中進行此一合成。以氣提介質氣提尿素合成溶 液時可於一個以上的氣提器中進行。 高壓胺甲酸鹽冷凝器可以設計成，例如，如N L - A —8400839所述之溢流（flooded)冷凝器。於此例 中，將欲冷凝之氣體混合物饋入管式交換器之套管中，且 該套管中亦饋入稀胺甲酸鹽溶液，溶液與冷凝釋出的熱藉 著管中流過的介質（例如水）而移走，而該介質則變成低 壓物流。溢流冷凝器可以水平或垂直地配置。但是水平配 置之溢流冷凝器（所謂的池（pool)冷凝器；參考，例如， Nitrogen No.222 » July-Augnst 1 996，ρ· 2 9 — 3 1 )可產 生特別的優點，因爲與垂直配置者相較時，液體通常會於 冷凝器中停留較長時間。尿素形成會使沸點提高，所以含 尿素之胺甲酸鹽溶液與冷卻劑間的溫度差變大，傳導會更 好。亦可將冷凝區與合成區倂入同一裝置中，例如， NL — Α — 1 〇 〇〇4 1 6所述者。此例中，由二氧化碳 與氨形成胺甲酸銨與尿素係於尿素反應器中以1 2 . 5 -3 5MP a之壓力達成。該尿素反應器包括水平配置之冷 凝區與熱交換器（所謂之池（pool)反應器·，例如參考 Nitrogen No.222,July-August 1996 , p . 2 9 — 3 1 ) 其中將氨與二氧化碳饋入反應器中，使其大量地被尿素合 成溶液所吸附。冷凝所產生的熱主要由熱交換器帶走。選 擇尿素合成溶液於反應器中的滯留時間能夠使至少8 5 % 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 、11 513396 Μ _____ Β7 五、發明説明6 ) ~ 理論產量的尿素被製成，然後將尿素合成溶液加工成尿素 溶液或固體尿素。 尿素合成溶液經氣提後，於低壓下蒸發，將所得尿素 熔體完全地或部分地移至蜜胺廠。 蜜胺合成 製備蜜胺時，較好以尿素作爲起始物而開始，且尿素 較好呈熔體。蜜胺製備時，氨與二氧化碳爲副產物，其根 據下示方程式進行： 6 C 0 ( Ν Η 2 ) 2-^〇3ΝθΗ6+6ΝΗ3+3 C〇2 其製備可於5至8 OMP a的壓力，無觸媒存在時進 行。反應溫度爲300至500 °C，較好爲350至 4 2 5 °C。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 適合本發明製備蜜胺之裝置可包括，例如，蜜胺滌氣 器，反應器，且任意再倂有氣-液分離器或是具有分離之 氣-液分離器，任意之位於前述反應器下游之後反應器或 老化器，以及產物冷卻器/產物單離純化區。在蜜胺滌氣 器下游有-冷凝器用來將蜜胺滌氣器排出的氣流轉化成幾 乎無水的胺甲酸銨。 此方法一具體例中係令蜜胺於下述裝置中由尿素製成 :該裝置包括，例如，冷凝器，蜜胺滌氣器，生產蜜胺之 反應器，任意之後反應器或老化器以及產物冷卻器。此例 -9- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 513396 kl __________B7 五、發明説明f ) 中，尿素熔體由尿素廠饋入蜜胺滌氣器，且壓力爲5 — 80MPa ，較好爲8-40MPa ，溫度爲高於尿素之 熔點。該蜜胺滌氣器可配有套管以得到額外之冷卻，且可 再配有內部冷卻裝置。在蜜胺滌氣器中，液態之尿素與來 自蜜胺反應器或是反應器下游之另一分離器的反應氣體接 觸。此反應氣體主要由二氧化碳與氨組成，且亦含有一些 蜜胺蒸氣。熔融之尿素會將廢氣中的蜜胺蒸氣滌出，並將 其帶回反應器。 前述廢氣（主要由氨與二氧化碳組成）從蜜胺滌氣器 之頂部移出，於冷凝器中轉化成胺甲酸銨後送回尿素廠之 高壓區（該尿素廠以氣提法7生產尿素），再次作爲生產 尿素之原料。 該胺甲酸鹽物流的壓力約等於蜜胺反應器的壓力，且 爲5至80MPa，較好爲8至40MPa。更特別地係 其壓力比尿素反應器壓力高〇-10MPa ，最好是高於 0 — 2 Μ P a。 該胺甲酸鹽物流的溫度較好爲1 4 0至2 0 0 °C。 預熱之尿素自蜜胺滌氣器移出，然後以，例如，高壓 幫浦連同滌氣過之蜜胺一同饋入反應器（其壓力爲5至 80MPa，較好爲8至40MPa)，在將尿素熔體送 入蜜胺反應器時，可藉著將蜜胺滌氣器放在反應器之上而 以重力來達成。 反應器中之熔融尿素被加熱至300 — 500 °C，較 好約350 — 425 °C，壓力爲5至80MPa，較好爲 ----11^--,--辦衣------、訂------i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家椋準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -10- 513396 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明s ) 8至4 OMP a，在此條件下，尿素令被轉化成蜜胺，二 氧化碳與氨。 可將氨計量送入反應器中，而作爲，例如，防止反應 器底部堵塞之淸除劑，或是避免蜜胺縮合產物（如，蜜白 胺’蜜勒胺與蜜等）之生成，或是促進反應器中之混合情 形。饋入反應器之量爲0-10mo1/mo1尿素，較 好爲0 — 5mo 1 ’更好爲〇 — 2mo 1。反應中產生的 二氧化碳與氨，以及額外加入的氨，係收集於分離區中， 其位於’例如，反應器之頂部，但是亦可用位於反應器下 游之分開的分離器，然後以氣態與液態蜜胺分離。生成的 氣體混合物經蜜胺滌氣器而移除蜜胺蒸氣，並將尿素熔點 預熱。在此具體例中，從反應器移出液態蜜胺而送入，例 如，後反應器中，或是直接送入產物冷卻器。 若使用後反應器或是老化器，令液態蜜胺與〇 · 〇 1 —10mo 1氨/mo 1蜜胺（較好爲0 · 1 — 2 m ο 1 / m ο 1 )接觸，接觸時間爲1分鐘至1 〇小時。 後反應器與老化器中的溫度與壓力與尿素轉化成蜜胺之反 應器幾乎相同。液態蜜胺自後反應器與老化器移出後送入 產物冷卻器，令液態蜜胺與冷卻劑接觸而冷卻。冷卻劑較 好爲氨，更好爲液態氨。此製程中將蜜胺轉化成粉末狀， 由產物冷卻器的底部移出。 本發明方法的另一具體例，係於反應器或後反應器與 產物冷卻器之間加入蒸發步驟。在該蒸發步驟中，將液態 蜜胺轉化成氣態蜜胺，而副產物，如，蜜白胺，則留在蒸 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝_

、1T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） -11 - 513396 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明6 ) 發器中。所以其優點使在於蜜胺中之副產物量降低，所以 可製成高純度之蜜胺。在蒸發期間亦可再加入氨。依此方 法’氣態之蜜胺於產物冷卻器中以氨冷卻。 本發明以下述實例詳細說明。 實例1 : 將由蜜胺滌氣器出來的氣流以5 3 · 6 k g /小時送 入冷凝器。該氣流的壓力爲8MPa，溫度爲186°C’ 組成如下： 5 0 · 3 w t % 氨， 49 · 3wt%二氧化碳， 0 · 2 w t % 水， 0 · 2 w t % 尿素。 令冷凝器的壓力維持在約8 Μ P a並降低溫度。在 1 4 4 °C時幾乎所有的氣流均已冷凝。所得液體混合物以 幫浦送到尿素合成之高壓區。 實例2 : 將由蜜胺滌氣器出來的氣流以6 0 k g /小時送入冷 凝器。該氣流的壓力爲1 5 Μ P a，溫度爲2 0 2 °C ’組 成如下： 5 0 · 3 w t % 氨， 49 · 2wt%二氧化碳， 〇· 3 w t %水， 1紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）-12 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝·

、1T 線 513396 A7 B7 五、發明説明（jo ) 〇 . 2 w t % 尿素。 令冷凝器的壓力維持在約1 5 Μ P a並降低溫度。在 1 6 6 °C時幾乎所有的氣流均已冷凝。所得液體混合物直 接送到尿素合成之高壓區，並由此處送至高壓胺甲酸鹽冷 凝器的入口。 實例3 : 將由蜜胺滌氣器出來的氣流以5 1 · 2 k g /小時送 入冷凝器。該氣流的壓力爲20MPa，溫度爲207°C ，組成如下： 5 0 · 4 w t % 氨， 49 · 2wt%二氧化碳， 〇· 2 w t %水， 0 · 2 w t % 尿素。 令冷凝器的壓力維持在約2 0 Μ P a並降低溫度。在 1 7 5 °C時幾乎所有的氣流均已冷凝，同時生成〇 . 3 Μ P a之氣流。所得液體混合物直接送到尿素合成之高壓 區，並由此處送至尿素反應器的饋入管線。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝·

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Claims (1)

1. 513396 坪 f\ ΰ 7且修正 附件la:第 87100694 號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國89 4 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 · 一種尿素之製法，其中合成蜜胺（melamine)時 釋出的氣流（基本上由氨與二氧化碳所組成）被用來合成 尿素，其特徵在於令來自高壓蜜胺法之氣流（基本上由氨 與二氧化碳所組成）於實質上等於蜜胺反應器壓力之壓力 下（該壓力爲5MP a至8 OMP a )藉由降低該氣流的 溫度到1 0 0至2 3 0 °C之方式而冷凝，在該法中形成實 質上無:水之胺甲酸銨後，把該胺甲酸銨饋入尿素氣提廠之 局壓區。 2 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中來自高壓蜜 胺法之胺甲酸鹽物流被饋入尿素反應器，氣提器，高壓胺 甲酸鹽冷凝器，或是其間的管線。 3 ·如申請專利範圍第1或2項之方法，其中尿素廠 的合成反應器於1 6 0 — 2 2 0 °C的溫度操作。 4 ·如申請專利範圍第1或2項之方法，其中尿素廠 的合成反應器於12·5-17·5MPa的壓力操作。 5 ·如申請專利範圍第1或2項之方法，其中來自蜜 胺法之胺甲酸鹽物流的溫度爲1 4 0至2 0 0 t。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6 ·如申請專利範圍第1或2項之方法，其中來自蜜 胺法之胺甲酸鹽物流的壓力爲8至4 0 Μ P a。 7 .如申請專利範圍第6項之方法，其中來自蜜胺法 之胺甲酸鹽物流的壓力高於尿素反應器的壓力達0至10 Μ P a 〇 8 ·如申請專利範圍第7項之方法，其中來自蜜胺法 之胺甲酸鹽物流的壓力高於尿素反應器的壓力達0至2 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ - 513396 A8 Βδ C8 D8 六、申請專利範圍 Μ P a 〇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Μ裝· 、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐）_ 2 -