改造高壓三聚氰胺設備的方法與流程

2023-09-16 09:03:35 3

本發明涉及從尿素生產三聚氰胺的領域，具體來說涉及改造高壓三聚氰胺設備的方法。

背景技術：

由尿素合成三聚氰胺的方法包括低壓催化法和高壓非催化法，通常高於7mpa。這些方法是本領域熟知的。

使用高壓非催化法合成三聚氰胺的常規型設備包括高壓段，所述高壓段基本上限於反應器，被稱為三聚氰胺反應器。在所述三聚氰胺反應器中，通過加入熱量，將尿素熔體進料轉化為三聚氰胺粗品，添加的熱量例如來自供應有熔融鹽的加熱體。

尿素轉化成三聚氰胺的過程中還會產生主要由氨和二氧化碳組成的氣體(所謂的「廢氣」)和多種副產物(主要是oat和縮聚物)。反應產物(三聚氰胺和廢氣)、副產物和未反應的尿素進一步在淬火段中進一步加工，該淬火段在明顯較低的壓力和溫度下操作。例如，三聚氰胺反應器在約8mpa和380℃下操作，而淬火段在2-3mpa和約160℃下操作。

在淬火段，三聚氰胺被溶解在氨水溶液中，然後輸送到隨後的純化段；廢氣用水飽和並輸送到冷凝段，然後再循環。

通常，三聚氰胺設備與尿素設備組合，尿素設備以nh3和co2為原料生產尿素熔體進料。已知將三聚氰胺設備產生的廢氣再循環到尿素設備中；為此，通常，廢氣用尿素設備的回收段供應的氨基甲酸鹽溶液冷凝，產生含有nh3和co2的溶液，然後將該溶液輸送回到尿素合成迴路。

這種配置被廣泛使用，但是存在很多缺陷。主要缺陷是廢氣在低壓和低溫下輸出，並且由於淬火段的飽和而具有顯著的含水量。這些條件對於再循環到尿素設備不是最佳的：低壓不允許廢氣直接再循環至尿素合成段；此外，眾所周知，不希望將水引入至尿素設備的合成迴路。這種設備構造的另一個缺點是尿素轉化成三聚氰胺的轉化率低，造成尿素的更大消耗和下遊段更大的能量消耗。

技術實現要素：

本發明的目的是改進上述類型的高壓三聚氰胺設備，以消除或減少上述缺陷。

所述目的通過根據所附權利要求的用於改造高壓三聚氰胺設備的方法來實現。

本發明涉及改造設備，其中：高壓段包括三聚氰胺反應器，其以尿素熔體為進料並產生三聚氰胺粗品；所述三聚氰胺粗品進行減壓並在淬火段進行處理，該淬火段的操作壓力比高壓段的壓力低很多。

根據本發明的方法設想在高壓段中安裝洗滌器和至少一個第二汽提反應器，還設想：

將至少部分尿素熔體進料引導至所述洗滌器，

將從三聚氰胺反應器流出的三聚氰胺粗品進料至所述第二汽提反應器，所述第二反應器還進料有氣態氨作為汽提劑，

由所述三聚氰胺反應器和/或所述汽提反應器收集的廢氣的至少一部分進料至所述洗滌器，使所述廢氣在所述洗滌器中與所述尿素熔體進料接觸。

術語「高壓段」表示基本上在相同的標稱壓力(去除水頭損失)下操作的一組裝置。根據本發明的改造設備中，三聚氰胺反應器，附加的汽提反應器和洗滌器基本上在相同的標稱操作壓力下操作，所述壓力大於7mpa，優選大於10mpa，例如為11mpa。

添加到高壓段的洗滌器基本具有以下功能：利用由第一和/或第二反應器供應的廢氣的熱量，來預熱尿素熔體進料；同時冷卻廢氣；在冷凝之前除去廢氣中所含的三聚氰胺(夾帶或升華)。

第二反應器，被稱為「汽提反應器」，具有以下功能：將由三聚氰胺反應器供應的三聚氰胺粗品進行汽提，以氣態氨作為汽提劑，具體來說用於分離三聚氰胺粗品中所含的二氧化碳；將副產物(主要是縮聚物)轉化為三聚氰胺。將在汽提反應器中獲得的純化的三聚氰胺(三聚氰胺熔體)輸送到淬火段和淨化段，其可以保持原始的構造，或者必要時進行改進。

優選地，根據本發明的方法還包括在所述高壓段中安裝蒸汽發生器，採用來自三聚氰胺反應器和/或第二汽提反應器的廢氣流作為熱源。

增加到高壓段的其他裝置通常包括尿素循環泵和其他輔助裝置，這些裝置不再詳細描述。

在本發明的一個實施例中，可以保留現有的三聚氰胺反應器。這種情況下，高壓段中增加的新安裝的裝置有利地在與現有反應器相同的壓力下操作。在另一個實施例中，三聚氰胺反應器也被改造或用新的反應器替換。改進或替換三聚氰胺反應器可以提高高壓段的操作壓力。

本發明的一個重要優點在於以下事實：廢氣基本上在與合成三聚氰胺相同的壓力及高溫下產生，具體來說以無水形式產生。這允許廢氣(冷凝之後)再循環至已經處於高壓和高溫下的氨基甲酸鹽流的尿素設備，即不需要能量就能被壓縮和/或再加熱，並且是無水的，從而避免了將水引入尿素合成迴路的缺點。其他優點如下：由於廢氣的熱量，有可能在高壓段中增加的蒸汽發生器內，在相當大的壓力通常約為0.6mpa下產生蒸汽；尿素轉化成三聚氰胺的速度很快；由於第二反應器內的汽提作用，可以有效地去除溶解在生三聚氰胺粗品中的二氧化碳。

本發明的另一方面設想安裝適於冷凝高壓廢氣的廢氣冷凝段。

上述優點會產生如下結果：由於轉化率提高，尿素具體消耗(用於所生成的三聚氰胺的尿素)降低；由於高壓段蒸汽發生器和廢氣冷凝器內產生的蒸汽，蒸汽具體消耗量較低。

藉助於下面多個優選實施例的詳細描述，這些優點將更加清楚。

附圖說明

圖1是根據本發明的優選實施例改進的三聚氰胺設備的高壓段的示意圖。

圖2是根據圖1的設備的廢氣冷凝段的示意圖。

具體實施方式

參見圖1，三聚氰胺設備的高壓段100最初大體上包括以尿素熔體為進料的三聚氰胺反應器1，所述反應器1中產生的三聚氰胺粗品進行減壓，並輸送到淬火段(未示出)。

改進高壓段100：安裝第二汽提反應器2和洗滌器3以及圖中所示的連接管線。

特別地，高壓段100改進之處在於安裝了：用於將尿素熔體4進料至洗滌器3而不是直接進料至三聚氰胺反應器1的管線；用於將離開洗滌器3底部的尿素熔體5進料至三聚氰胺反應器1的管線；將從反應器1輸出的三聚氰胺粗品8輸送到新的汽提反應器2的管線。此外，還提供了用於收集來自反應器1和2的氣體並將其輸送到洗滌器3的管線，如下所述。

管線5包括尿素泵6，以及有利地還包括管線7，用於使洗滌器3內部的尿素熔體的一部分再循環。有利地，沿再循環管線7安裝熱交換器16以冷卻尿素，例如產生蒸汽。

汽提反應器2還進料有氣態氨9作為汽提劑。通過管線8進料的三聚氰胺粗品在反應器2內與氣態氨9逆流接觸。離開汽提反應器2的經純化的三聚氰胺10進料至設備的淬火段，該淬火段通常在比高壓段100更低的壓力下操作。

將分別來自三聚氰胺反應器1和汽提反應器2的廢氣流11、12合併為流13並引入至洗滌器3。廢氣流12還含有作為汽提劑引入至反應器2中的氣態氨9。在洗滌器3內部，氣態流13用尿素熔體流4和7進行洗滌，尿素熔體流4和7分別為進料流和再循環流。主要由氨和二氧化碳組成的無水廢氣14的高壓流從洗滌器3中引出，並被引導到冷凝段，例如以如圖2所示的方式來實現。

管線15表示熱載體流體，其向三聚氰胺反應器1提供熱量以促進尿素轉化為三聚氰胺的吸熱反應。通常，所述熱載體流體由熔鹽組成，所述熔鹽在反應器的適於加熱的管內循環。

在一些實施例中，改進了三聚氰胺反應器1，優選地使其能夠承受更高的壓力。例如可以這樣改進反應器1：維持內部件不變，將外殼替換為適於承受更高壓力的新殼體。以這種方式，根據本發明的方法還可以包括使高壓段100的操作壓力的增加。例如，高壓段原來在約7-8mpa下操作，可以改進為在約10-11mpa下操作。在其它實施例中，可以用新的反應器替換反應器1。

尿素熔體4例如在尿素設備中生產，所述尿素設備與包含高壓段100的三聚氰胺設備連接。廢氣14，鑑於其含有nh3和co2(其為獲得尿素的試劑)，優選地被循環至尿素設備。

應當注意，廢氣流14大體上在高壓段100的操作壓力下產生。除了不存在水之外，這種其它壓力與原始構造相比是重要的優點。有利地，廢氣流14總是在高壓下冷凝，獲得可以直接供給到合成迴路以進行高壓合成尿素的循環溶液。

圖2示出了為此目的而設計的冷凝段200的優選實施例，即用於冷凝所述高壓廢氣流14。

所述冷凝段200大體上包括串聯操作的廢氣冷凝器20和氨基甲酸鹽儲存罐21(也稱為氨基甲酸鹽接收器)，還包括氨基甲酸鹽泵送段22。

無水廢氣流14與由尿素設備供給的少量氨基甲酸鹽溶液23混合，產生兩相流24。

在冷凝器20的上遊加入的所述氨基甲酸鹽溶液23，具有促進蒸汽冷凝和降低氨基甲酸鹽溶液的結晶溫度的雙重作用。

所述兩相流24進入高壓廢氣冷凝器20，在此發生廢氣的冷凝，產生冷凝的氨基甲酸鹽溶液25。所述溶液25被輸送到氨基甲酸鹽儲存罐21，由此獲得的流27通過泵送段22直接注入尿素設備的合成段中。應該注意的是，流27在高壓下產生，所述高壓與高壓段100的壓力具有相同的數量級(去除水頭損失)，因此本發明減少了泵送段22的成本和能量消耗。

利用冷凝器20的殼側產生流26來吸收廢氣的冷凝熱。該流26隨後用於尿素或三聚氰胺設備，從而進一步節能。