尿素的生產方法和具有不同轉化率反應空間的尿素生產裝置的製作方法
2023-06-13 07:03:56 4
專利名稱：尿素的生產方法和具有不同轉化率反應空間的尿素生產裝置的製作方法
總的方面，本發明涉及尿素生產方法。
具體地講，本發明涉及這種類型尿素生產方法，包括步驟—使氨和CO2在第一反應空間中反應，得到包括尿素、氨基甲酸酯和游離氨的水溶液的第一反應混合物；—上述的混合物進行水溶液中的氨基甲酸酯的部分分解和游離氨的部分分離的處理，得到包括氨和CO2的氣相物流和包括尿素與殘留的氨基甲酸酯的水溶液的物流；—上述包括氨和CO2的氣相物流進行冷凝，得到第一部分氨基甲酸酯水溶液；—將上述第一部分氨基甲酸酯水溶液循環到上述第一反應空間；—將包括尿素和殘留氨基甲酸酯水溶液的上述物流加到尿素回收段；—在回收段中，從尿素中分離上述殘留的氨基甲酸酯，得到第二部分氨基甲酸酯水溶液；本發明還涉及實施上述方法的裝置以及對現有尿素生產裝置改進得到本發明裝置的方法。
眾所周知，在尿素生產領域中，一方面，有更大能力和操作靈活性的尿素生產裝置的需要將增長，另一方面，要求比以往更少投資和操作費用，特別是在能量方面。
背景技術：
為此，在本領域中已經提出和實施了一系列的以在平行設置的反應空間中有不同產率的轉化反應為主要基礎的尿素生產方法，例如如EP-A-0479103號所述。
在這些方法中，總的尿素生產是在用來包括所需生產能力(通常為其60％-80％)的更大部分並在低轉化率條件下操作的主反應空間與輔助反應空間-所謂的「單程」-在高轉化率條件下操作和用來使生產能力達到所要求的最終量之間分配。
在上述方法的方案內，來自主反應空間的反應混合物進行初步純化處理，得到循環到反應空間的氨基甲酸酯的濃縮溶液和尿素溶液，而尿素溶液與離開輔助反應空間的反應混合物一起，在分離和回收段進一步處理和純化。
從這後面的回收段，得到稀的氨基甲酸酯溶液和基本上純的尿素溶液。
按照現有技術的一貫教導，為儘可能多的提高輔助反應空間中轉化率的目的，這個空間只加入基本純的CO2和氨，同時稀的氨基甲酸酯溶液只循環到主反應空間，因此，將在其下遊的純化段中得到的全部氨基甲酸酯轉化成尿素的責任就授予了主反應空間。
雖然基本上滿足了需要，但是這些方法顯示出了受主反應器中相當差的轉化率和以與高循環流率送往主反應器的需要相連的一系列裝置限制的平均加權產率和提供大型輔助反應器及高成本這兩個方面。
而且，溶液中大量的水循環到主反應空間，儘管輔助反應空間的高轉化率-可達到裝置平均轉化率的上限，但是這又造成限制了在高壓水蒸汽消耗減少方面可實現的節能。
本發明的概述因此，構成本發明基礎的技術問題是設想和形成能克服上述現有技術缺點可利用的尿素生產裝置的改進方法。
根據本發明的第一方案，這個問題通過上述類型的方法得到了解決，這種類型方法的特徵在於包括附加的步驟-在上述回收段中得到的氨基甲酸酯水溶液循環到第二反應空間；-在上述第二反應空間，上述第二部分氨基甲酸酯溶液轉化成尿素，得到包括尿素，氨基甲酸酯和游離氨的水溶液的第二反應混合物；-上述第二反應混合物進行蒸餾，得到包括氨和CO2氣相第二物流和包括尿素與殘留氨基甲酸酯水溶液第二物流。
按照本發明，令人驚奇地發現，能夠進一步降低水蒸汽消耗和進一步簡化實施上述方法所代表的裝置，是通過在主反應空間中在高轉化率條件下生產尿素(生產限度的大部分)和在輔助反應器中低轉化率條件下生產尿素(生產限度的小部分)來實現的。
按照本發明，通過將純反應劑加入其中和只濃縮來自離開主反應空間的反應混合物的部分純化操作的氨基甲酸酯溶液(氨基甲酸酯的部分分解，游離氨的部分分離)，就可以實現主反應空間中上述的高轉化率條件。
與現有技術的一貫教導截然相反，來自位於主和輔助反應空間下遊的尿素分離和回收段的稀氨基甲酸酯溶液只進行循環和只循環到輔助反應空間。
由於循環溶液中有大量的水，那麼輔助反應空間將在低轉化率條件下和低生產限度下操作。實施本發明的方式按照本發明的第一個方案，在主反應空間的合成反應是按下述工藝參數進行NH3/CO2mol 2.8-3.4， 優選3.0H2O/CO2mol 0.1-0.25， 優選0.18反應溫度 180-195℃，優選190℃壓力 140-155巴，優選145巴CO2轉化率 69-71％。
通過用NH3/CO2mol比低於4，優選約3操作，可有利地實現高轉化率反應空間體積和預熱反應劑達反應溫度所需要的熱量的減少。
輔助反應空間中的合成反應是按下述工藝參數進行NH3/CO2mol4.2-4.6， 優選4.5H2O/CO2mol 1.2-1.6， 優選1.5反應溫度 180-192℃，優選190℃壓力 140-155巴，優選145巴CO2轉化率 56-60％。
按照本發明的這個實施方案，離開輔助反應空間的反應混合物與離開主反應空間的反應混合物一起進行部分純化處理(水溶液中氨基甲酸酯的部分分解和游離氨的部分分離)。
在處理的入口在180℃和192℃間的溫度，出口在165-170℃間的溫度和壓力基本等於主反應空間的壓力(140-155巴)下，使用原料CO2作為汽提劑，反應混合物的純化處理可以有利地進行。
優選地，按照本發明的方法，只提供包括來自用CO2汽提操作得到的氣相中的氨和CO2的物流的部分冷凝。
用這種方式，氣相中部分殘留氨和CO2物流加到輔助反應空間，以便使NH3/CO2mol比控制在上述的範圍內和反應空間接近總的熱平衡。
如果需要，也可控制輔助反應空間中的NH3/CO2mol比，並且通過將基本純的氨，優選取自原料氨加入這個空間，可以使NH3/CO2mol比保持在最佳值。
在一個優選的方案中，為再次控制NH3/CO2mol比在上述範圍內和接近總熱平衡的目的，NH3和CO2的上述未冷凝的殘餘物流也可部分地加到主反應空間。
在本發明的另一方案中，離開輔助反應空間的反應混合物在輸送去汽提處理前，進行蒸餾。
在這種情況下，就可以得到送往汽提處理以進行部分純化的液體流率以及為實行這種處理所要求的熱量的有利減少。
通過蒸餾這種反應混合物，得到了一包括NH3和CO2的氣相物流，並將其循環到輔助反應空間，用於控制NH3/CO2mol比和實現其熱平衡的目的。
離開輔助反應空間的反應混合物的蒸餾步驟，優選在壓力基本等於輔助反應空間現存的壓力，通過完全通用的已知步驟來進行。
按照本發明，在輔助反應空間中氨基甲酸酯轉化成尿素的反應或在基本等於主反應空間現存的壓力下，或在4-8巴較低的壓力下進行。
在前一種情況下，離開兩個反應空間的頂部，存在於氣相中的NH3、CO2和H2O的氣流，通過離開尿素回收段的稀氨基甲酸酯溶液吸收後，以液相循環到輔助反應空間。
在後一種情況下，離開主反應空間的頂部的蒸汽，可加入輔助反應空間，以便有利地控制輔助反應空間內的NH3/CO2mol比。
而且，由於輔助反應空間相對於主反應空間升高的要求的排除，就可實現裝置的某些簡化。
在本發明的另一方案中，在壓力基本上等於主反應空間現存的壓力下(優選150巴)，在所謂等壓-或「自汽提」-條件下，進行反應混合物的純化處理。
按照下述的工藝參數，進行主反應空間的合成反應NH3/CO2mol 3.0-3.4， 優選3.2H2O/CO2mol 0.08-0.2， 優選0.1反應溫度185-195℃，優選190℃壓力145-155巴，優選150巴CO2轉化率 70-73％。
在這種情況下，仍然通過用NH3/CO2mol比小於4和優選為3.2下操作，就得到了高轉化率反應空間的體積和用於預熱反應劑達反應溫度所要求熱量同時有利的減少。
在190℃和210℃間的溫度下，進行自汽提處理。
在輔助反應空間的合成反應，按下述工藝參數進行NH3/CO2mol 4.2-4.6， 優選4.5H2O/CO2mol 1.0-1.5， 優選1.3反應溫度 185-195℃，優選190℃壓力 145-155巴，優選150巴CO2轉化率 58-62％。
在本發明的這個方案中，離開輔助反應空間的反應混合物與離開主反應空間的反應混合物一起仍然進行部分純化處理(水溶液中的氨基甲酸酯部分分解和游離氨的部分分離)。
在這種情況下，本發明的方法還優選提供由等壓汽提操作得到的包括NH3和CO2的氣相物流的部分冷凝。
用這種方式，氣相中的NH3和NO2的殘餘物流加到輔助反應空間，以便使NH3/CO2mol比控制在上述範圍內，和接近合成反應的熱平衡。
此外，在這個方案中，離開主反應空間的頂部的物流(包括NH3、CO2和水的氣相)與反應混合物一起進行等壓汽提處理，而離開輔助反應空間頂部的物流直接加到尿素回收段。
與上述的在先的方案相似，在輔助反應空間中氨基甲酸酯轉化成尿素的反應或在基本等於主反應空間現存壓力或在4-8巴較低壓下進行。在後一種情況下，按照本發明的方法進一步包括步驟- 離開輔助反應空間的反應混合物進行蒸餾，得到包括NH3和CO2的氣相物流和包括尿素與殘留的氨基甲酸酯的水溶液分離物流；- 將包括NH3和CO2的氣相物流循環到輔助反應空間；- 將包括尿素和殘留的氨基甲酸酯的水溶液物流加到尿素回收段。
離開輔助反應空間的反應混合物的蒸餾步驟優選在135和155巴間的壓力和在190℃與210℃間的溫度下，用全部通用的已知設備和步驟進行。
在這種情況下，仍然可得到送往汽提處理以進行部分純化的液體的流率以及實施這種處理所需熱量的有利的減少。
按照本發明的另一方面，通過設計實施上述尿素生產方法的裝置來解決上面提出的技術問題，所述的裝置包括- 第一尿素合成反應器；- 汽提設備，用於進行離開上述第一反應器的第一反應混合物，存在於上述第一混合物中的水溶液中的氨基甲酸酯的部分分解和游離氨的部分分離的處理；- 用於至少部分冷凝離開上述汽提設備的蒸汽並將第一氨基甲酸酯溶液循環到上述第一反應器的設備；- 用於尿素合成的與上述第一反應器平行的第二反應器；- 用於分離在上述第一和第二反應器中所產生的來自氨基甲酸酯的第二水溶液的尿素的回收段；- 用於將在反應空間中得到的第二氨基甲酸酯溶液循環到上述第二反應器的設備；- 用於將離開第二反應器的第二反應混合物加到汽提設備的設備。
按照本發明的再一個方案，上述的尿素生產裝置包括- 第一尿素合成反應器；- 汽提設備，用於進行離開上述第一反應器的第一反應混合物，存在於上述第一混合物中的水溶液中的氨基甲酸酯的部分分解和游離氨部分分離的處理；- 用於至少部分冷凝離開上述汽提設備的蒸汽，並將第一氨基甲酸酯溶液循環到上述第一反應器的設備；- 與上述第一反應器平行的第二尿素合成反應器；- 用於分離在上述第一和第二反應器中產生的來自氨基甲酸酯的第二水溶液的尿素的一個回收段；- 用於將在回收段中得到的第二氨基甲酸酯溶液循環到上述第二反應器的設備；- 蒸餾設備，用於進行離開上述第二反應器的第二反應混合物，存在於第二混合物中的水溶液中的氨基甲酸酯的部分分解和游離氨的部分分離的處理；- 用於將離開上述蒸餾設備的蒸汽循環到上述第二反應器的設備。
按照本發明，所提供的實施尿素生產方法的有代表性的裝置，可以是新的，或是通過改進先前的裝置，以便得到擴大生產能力，同時從節能的觀點看改進了性能的裝置。
根據另一方面，本發明提供了用於改進下述類型尿素生產裝置的可利用的方法，所述類型的尿素生產裝置包括- 一個尿素合成反應器；- 一個汽提設備，用於進行離開上述第一反應器的第一反應混合物存在於上述第一混合物中的水溶液中的氨基甲酸酯部分分解和游離氨部分分離的處理；- 用於至少部分冷凝離開上述汽提設備的蒸汽並將第一氨基甲酸酯溶液循環到上述第一反應器的設備；- 用於分離在上述反應器中產生的來自氨基甲酸酯水溶液的尿素的一回收段；這個方法的特徵在於它包括步驟- 在汽提設備的上遊設置一個第二尿素合成反應器；- 第二反應與上述汽提設備連接；- 設置用於將在回收段中得到的第二氨基甲酸酯溶液循環到上述第二反應器。
在另一個方案中，本發明的改進方法包括步驟- 設置位於上述汽提設備上遊的第二尿素合成反應器；- 設置用於將在回收段得到的第二氨基甲酸酯溶液循環到上述第二反應器的設備；- 連接上述第二反應器和蒸餾設備，用於進行離開上述第二反應器的第二反應混合物存在於上述第二混合物的水溶液中的氨基甲酸酯的部分分解和游離氨的部分分離的處理；- 設置用於將離開上述蒸餾設備的蒸汽循環到上述第二反應器的設備；- 連接上述蒸餾設備和尿素回收段。
本發明的進一步的特徵和優點將在其一些優選方案、在下面通過非限制性實例和參考附圖詳細地描述。
附圖的簡要描述
圖1示意地示出按現有技術根據所謂的CO2汽提法的尿素生產裝置；圖2示意地示出了本發明裝置的第一方案，它或是新牌號的裝置，或是圖1所示裝置通過改進而得到的裝置；圖3示意地示出了本發明裝置的第二方案，它或是新牌號的裝置，或是圖1所示的裝置通過改進而得到的裝置；
圖4示意地示出了本發明裝置的第三方案，它或是新的牌號的裝置，或是圖1所示裝置通過改進而得到的裝置；圖5示意地示出了現有技術的按所謂等壓法或自汽提法的尿素生產裝置；圖6示意地示出了本發明裝置的第四方案，它或是一新牌號的裝置，或是圖5所示的裝置通過改進而得到的裝置；圖7示意地示出了本發明裝置的第五方案，它或是一新牌號的裝置，或是圖5所示的裝置通過改進而得到的裝置；圖8示意地示出了本發明裝置的第六方案，它或是一新牌號的裝置，或是圖5所示的裝置通過改進而得到的裝置。
為了簡化本發明的討論這唯一的目的，在下裝置和附圖所示的裝置的各種部件的連接管件利用專門符號，在本質上是通用的，但在此的確需要。
參考圖1，標號1表示按現有技術的所謂CO2汽提型的整個的尿素生產方法。
裝置1包括合成段2和所產生的尿素純化與回收段3，還包括或在低壓或真空下操作的許多設備，下文更詳細地描述。
合成段2順序地包括用於尿素合成的反應器R-1(在反應器形成相應的反應空間)、用於進行離開R-1的存在於反應混合物的水溶液中氨基甲酸酯的部分分解和游離氨部分分離的高壓汽提器4和用於用原料氨吸收汽提蒸汽和用來自段3的氨基甲酸酯溶液吸收汽提蒸汽的氨基甲酸酯冷凝器5。
反應器R-1在其底部用管6與汽提器4連接，來自汽提器4的氣相(包括氨、二氧化碳和水蒸汽)通過管7送往氨基甲酸酯冷凝器5，而液相(包括部分純化過的尿素溶液)通過管14送往回收和純化段3。
反應器R-1在其頂部用管31還與洗滌器8連接，在洗滌器8中，反應R-1出來的蒸汽(主要包括氨、二氧化碳和水蒸汽)用經管9從回收純化段3來的循環氨基甲酸酯的稀溶液吸收。
標號10和11分別表示將CO2經管30a送往汽提器4的離心壓縮機和將氨經管30b加到氨基甲酸酯冷凝器5的高壓泵。
噴射器12通過管9a將來自洗滌器8的循環氨基甲酸酯溶液送往氨基甲酸酯冷凝器5，或從反應器R-1的底部附近取出氨基甲酸酯水溶液。
管13在氨基甲酸酯冷凝器5和反應器R-1間延伸，循環包括循環的氨基甲酸酯以及氨和原料CO2的水溶液。
如上所述，管14將離開合成段2的部分純化的尿素溶液送往回收段3 。
回收段3還順序地包括與一對通用的真空蒸餾器16、17連接的低壓蒸餾器15(在約3-4巴壓力下操作)，尿素溶液收集罐18設置在低壓蒸餾器15與真空蒸餾16、17之間。
標號19表示用於將離開段3的純化的尿素送往通用精製設備(沒示出)的管。
用標號20和21表示將含氨蒸汽的管加到真空段22的兩根管，在真空段22中，這些蒸汽按已知方式冷凝。
得到的冷凝物和含一定量殘留氨的冷凝物經管23送往水處理段。
離開蒸餾器15的蒸汽與來自段22的回收的稀氨溶液合併後，在24處冷凝，作為稀的氨基甲酸酯溶液通過高壓泵25和上述的管9送往洗滌器8。
參考上述的裝置1，現在將描述圖2-4所示的本發明裝置的一些方案。
在下述的描述和圖中，與圖1的上述討論的在結構上或功能上等效的裝置1的部件都用相同的標號表示，且不進一步描述。
此外，在本發明的特徵中，裝置1的下述方案，或表示一新牌號裝置，或表示通過改進先存裝置得到的裝置，下文更詳細解釋。
參考圖2，按照本發明的裝置1的合成段2進一步包括與反應器R-1平行的第二尿素合成反應器R-2。
按照本發明的一個特徵，反應器R-1將用作主反應器，在轉化率和尿素生產方面都佔優，而R-2將用作輔助反應器，在轉化率和尿素生產方面都佔少，這是因為輔助反應器執行將來自回收段3的稀氨基甲酸酯溶液轉化成尿的任務。
為此，裝置1包括適當的設備，在這種具體情況下，管26用於將離開洗滌器8的稀氨基甲酸酯溶液循環到輔助反應器R-2。
按照本發明的另一特徵，輔助反應器R-2(其中構成相應的反應空間)通過管27與洗滌器4連接，在洗滌器4中進行離開反應器R-1和R-2的反應物中存在的氨基甲酸酯的部分分解和游離氨的部分分離的處理。
管27在輔助反應器(R-2)和管6的支管6a間延伸，使裝置相當有利地簡化。
為了控制NH3/CO2mol比和在主反應器R-1中與在輔助反應器R-2中的反應接近熱平衡，管28的支管28a、28b將使在氨基甲酸酯冷凝器5中不冷凝的氨和CO2蒸汽部分送往主反應器R-1和輔助反應器R-2。
通過在NH3原料管30b和管26間延伸的管29排出部分原料氨，可以進一步有利地控制輔助反應器R-2內的NH3/CO2mol。
按照本發明的另一個特徵，輔助反應器R-2的底部，相對於地面比主反應器R-1的底部設置在一較高處，便於經管28b將來自氨基甲酸酯冷凝器5未冷凝的富氨蒸汽加入R-2。
標號32表示將離開輔助反應器R-2的頂部蒸汽送到洗滌器8的一管件。
如上所述，圖2的裝置1或是一新牌號的裝置，或是一先存裝置如圖1所示裝置通過改進得到的一裝置。
圖1所示裝置的改進，優選用下述步驟進行，所述的步驟是- 在洗滌器4的上遊，設置與現有反應器R-1平行的輔助反應器R-2；- 用管27連接反應器R-2和汽提器4；- 設置用於將在回收段3得到的和離開洗滌器8的稀氨基甲酸酯溶液循環到反應器R-2的管26。
按照圖2所示的方案，輔助反應器2優選排列成它的底部設置在相對於地面比反應器R-1的底部的較高處。
本發明的改進方法還優選包括設置用於將在氨基甲酸酯冷凝器5中不冷凝的富氨蒸汽循環到反應器R-2的管28b和設置用於將離開反應器R-2的頂部的蒸汽送往洗滌器8的管32。
在按照本發明的裝置1的另一方案中，如圖3所示，合成段2包括蒸餾器35，經管27離開反應器R-2的反應混合物在其中被蒸餾，以便產生通過另一管36循環到反應器R-2的富氨蒸汽流。
蒸餾器35經管37與汽提器連接，管37將通過蒸餾而部分純化過的反應混合物加入汽提器。
而且，在裝置1的這個方案中，來自氨基甲酸酯冷凝器5的富氨蒸汽通過管28的支管28b加到蒸餾器35，不加到反應器R-2，因此簡化了蒸餾操作。
蒸餾器35允許有利地減少送往汽提器4的液體流率(在R-2中產生的反應混合物)，因此那個設備的熱負荷減少了。
當在必須改進的先存的裝置中的汽提器已經以滿負載操作時，這種特徵特別有利。
在圖4所示的本發明裝置1的另一方案中，輔助反應器R-2的底部與主反應器R-1的底部在同一水平面上，而且在任何情況下，都基本在地面上，這樣就避免了必須升高反應器R-2的工作，這種工作常常是複雜而昂貴的。
在這種情況下，輔助反應空間中的壓力相對於主要反應空間減少4-8巴。
在這個方案中，在輔助反應器R-2中的NH3/CO2mol比和熱平衡都通過將經管33離開主反應器R-1頂部的蒸汽，代替從氨基甲酸酯冷凝器5排出未冷凝蒸汽送到輔助反應器R-2來控制。
在這種情況下，管28僅在氨基甲酸酯冷凝器5和主反應器R-1之間延伸。
由於在反應器R-2中存在較低的合成壓力，因此，離開這裡的反應混合物就用設置在汽提器上遊的管27上的泵34送往汽提器4。
參考圖5，下面將描述按照現有技術的所謂等壓汽提(自汽提)型的尿素生產裝置。
同樣，在這種情況下，在結構或功能方面都與圖1-4所示的上述的討論過部件相當的裝置1的部件都用同一標號表示，並且不進一步地描述。
在圖5所示裝置1的合成段2中，和按照自汽提裝置的通用的工藝條件下，所加入的CO2和NH3分別直接送往反應器R-1和收集罐38，收集罐38是尿素回收段3的組成部分。
因此，裝置1包括在離心壓縮機和高壓泵(沒示出)之間適當延伸的管39、40和上述的反應器R-1和罐38。
在反應段2中，在氨基甲酸酯冷凝器5的下遊，還設置分離器41，用來分離通過管42和噴射器43循環到反應器R-1的氨基甲酸酯溶液中不冷凝的包括NH3、CO2和水蒸汽的蒸汽。
離開分離器41的蒸汽經管44送往中間壓力蒸餾器45(在約18巴壓力下操作)，蒸餾器45直接設置在汽提器4的下遊。
在這種情況下，除了上述中間壓力蒸餾器45、低壓蒸餾器15和真空蒸餾器16、17外，回收段3還包括一蒸餾塔46，它用於從稀氨基甲酸酯溶液和循環到反應器R-1的物料中分離基本上純的氨。
特別是，離開蒸餾塔46的底部的稀氨基甲酸酯溶液經管47和泵48循環到氨基甲酸酯冷凝器5，而在塔46頂部的純氨蒸汽在49中冷凝後，經管50送往罐38。
因此，氨與加入的新鮮氨經泵51、52和安裝在噴射器43上的管53循環到R-1。
標號54表示泵51下遊的另一管的延長，它用於將足夠的液態氨加入塔46，用於精餾操作的回流。
在蒸餾塔46進行稀氨基甲酸酯溶液的精餾中，通過冷凝離開中壓和低壓蒸餾器45和15的頂部的蒸汽而得到的相應冷凝物用55和56表示。
回收段3還包括收集來自冷凝器56的稀氨基甲酸酯溶液的罐57和將稀氨基甲酸酯溶液加入塔46的泵58。
參考圖5的裝置1，現有描述圖6-8所示的本發明裝置的一些其它的方案。
參考圖6，裝置1的合成段2包括與反應器R-1平行設置的第二尿素合成反應器R-2。
與上述的本發明在先的方案相似，反應器R-1用作主反應器，在轉化率和生產能力方面起主要作用，而反應器R-2用作輔助反應器，在尿素轉化率和尿素生產方面起次要作用，輔助反應器(反應器R-2)是執行將來自回收段3的稀氨基甲酸酯溶液轉化成尿素的任務。
裝置1包括適當的設備，在這種具體的情況下，管66用於將來自泵48和離開蒸餾塔46的底部的稀氨基甲酸酯溶液循環到輔助反應器R-2。
輔助反應器R-2通過管59又與進行離開反應器R-1和R-2的反應混合物中的氨基甲酸酯的部分分解和游離氨的部分分離的汽提器4連接。
為了控制輔助反應器R-2中的NH3/CO2mol比和熱平衡，管44將離開氨基甲酸酯冷凝器5的未冷凝的富氨蒸汽加入輔助反應器R-2。
在本發明的這一方案中，通過另一管60將離開輔助反應器R-2的頂部的蒸汽加入蒸餾器45。
將輔助反應器R-2的底部比主反應器R-1的底部相對於地面支撐在一較高的位置是有利的，這樣簡化了將來自分離器41的未冷凝蒸汽加入R-2的操作。
圖6所示的裝置可以是新牌號的裝置，或是通過改進的先存裝置，例如，圖5所示裝置，用一系列與上述相當的步驟進行改進，參考圖2的裝置。
在本發明的裝置1的另一方案中，如圖7所示，輔助反應器R-2設置在低於或等於主反應器R-1的一水平面，而輔助反應空間的壓力相對於存在的主反應空間的壓力降低4-8巴。
由於反應器R-2中的低合成壓力，從這裡離開的反應混合物就用設置在反應器R-2的上遊的管59上的泵61送往汽提器4。
同樣，在這種情況下，當輔助反應器R-2在以低於主反應器R-1的壓力操作時，就能夠實現裝置簡化，和裝置1的製造(或改造)費用就可減少。
在本發明裝置1的另一方案中，如圖8所示，合成段2包括蒸餾器62，在其中對通過管63離開反應器R-2的反應混合物進行蒸餾，結果產生了通過另一管64循環到反應器R-2的富氨蒸汽物流。
蒸餾器62經管65又與中壓蒸餾器45連接，管65用來將蒸餾反應混合物加入中壓蒸餾器45 。
在這個方案中，也使用管65-用管65的最後一段-將經管14來自汽提器4的反應混合物輸送到中壓蒸餾器45。
蒸餾器62允許有利地減少送往汽提器4的液體流率(在R-2中產生的反應混合物)，和有利地減少了汽提器4的熱負荷。
這一特徵是特別有利的，但是，希望在改進的先存裝置中，汽提器已經以滿負載操作。
權利要求
1.這種類型的尿素生產方法，包括步驟- 使氨和CO2在第一反應空間(R-1)中反應，得到包括尿素、氨基甲酸酯和游離氨的水溶液的第一反應混合物；- 上述的混合物進行水溶液中的氨基甲酸酯的部分分解和游離氨的部分分離的處理，得到包括氨和CO2的氣相物流和包括尿素與殘留的氨基甲酸酯的水溶液的物流；- 上述包括氨和CO2的氣相物流進行冷凝，得到第一部分氨基甲酸酯水溶液；- 將上述第一部分氨基甲酸酯水溶液循環到上述第一反應空間(R-1)；- 將包括尿素和殘留氨基甲酸酯水溶液的上述物流加到尿素回收段(3)；- 在回收段(3)中，從尿素中分離上述殘留的氨基甲酸酯，得到第二部分氨基甲酸酯水溶液；其特徵在於進一步包括步驟- 將在上述回收段中得到的第二部分氨基甲酸酯水溶液循環到第二反應空間(R-2)；- 在上述第二反應空間(R-2)中將上述第二部分氨基甲酸酯水溶液轉化成尿素，得到包括尿素、氨基甲酸酯和游離氨的水溶液的第二反應混合物；- 上述第二反應混合物與上述第一反應混合物一起進行水溶液中的氨基甲酸酯的部分分解和游離氨的部分分離處理。
2.按權利要求1的方法，其特徵在於包括氨和CO2的氣相上述物流進行部分冷凝步驟後，氨和CO2的未冷凝的殘餘物流加到上述第二反應空間(R-2)。
3.按權利要求2的方法，其特徵在於氨和CO2的上述未冷凝的殘餘物流至少部分加到上述第一反應空間(R-1)。
4.按權利要求1的方法，其特徵在於上述第一(R-1)和第二(R-2)反應空間保持在140巴和155巴間的壓力，而溫度保持180℃和195℃間。
5.按權利要求4的方法，其特徵在於上述第二反應空間(R-2)保持在135巴和150巴間的壓力。
6.按權利要求1的方法，其特徵在於在第一反應空間(R-1)中的NH3/CO2比保持在2.8和3.4之間的一個值。
7.按權利要求1的方法，其特徵在於在第二反應空間(R-2)中NH3/CO2的比保持在4.2和4.6之間的一個值。
8.按權利要求4的方法，其特徵在於水溶液中氨基甲酸酯的部分分解和游離氨的部分分離的上述處理是在140巴和155巴間的壓力下，利用CO2原料氣作汽提劑進行。
9.按權利要求4的方法，其特徵在於氨基甲酸酯的部分分解和游離氨的部分分離的上述處理是在140巴和155巴間的壓力下在過量氨存在下進行。
10.按權利要求1的方法，其特徵在於進一步包括將基本上純的氨加到上述第二反應空間(R-2)的步驟。
11.按權利要求1的方法，其特徵在於進一步包括將包括氨和CO2的離開上述第一反應空間(R-1)的氣相物流加到上述第二反應空間(R-2)的步驟。
12.按權利要求1或8的方法，其特徵在於進一步包括將包括氨和CO2的離開上述第二反應空間(R-2)的氣相物流加到上述尿素回收段(3)。
13.按權利要求1的方法，其特徵在於還包括步驟- 上述反應混合物進行蒸餾，得到包括氨和CO2的氣相第二物流和包括尿素與殘留氨基甲酸酯的水溶液的第二物流；- 將這樣得到的包括氨和CO2的氣相物流循環到第二反應空間(R-2)；- 這樣得到的包括氨和殘留氨基甲酸酯水溶液的物流與第一反應混合物一起進行氨基甲酸酯的部分分解和游離氨的部分分離的上述處理。
14.這種類型的尿素生產方法包括步驟- 氨和CO2在第一反應空間(R-1)中反應，生成包括尿素、氨基甲酸酯和游離氨的水溶液的第一反應物流；- 上述的混合物進行水溶液中的氨基甲酸酯的部分分解和游離氨的部分分離的處理，得到包括氨和CO2的氣相物流和包括尿素與殘留的氨基甲酸酯的水溶液的物流；- 包括氨和CO2氣相的上述物流進行冷凝，得到第一部分的氨基甲酸酯水溶液；- 將上述第一部分氨基甲酸酯水溶液循環到上述第一反應空間(R-1)；- 將包括尿素和殘留氨基甲酸酯的水溶液物流加到尿素回收段(3)；- 在回收段(3)中從尿素中分離上述殘留的氨基甲酸酯，得到第二部分氨基甲酸酯的水溶液；其特徵在於還包括步驟- 將在上述回收段(3)中得到的第二部分氨基甲酸酯水溶液循環到第二反應空間(R-2)；- 在上述第二反應空間(R-2)中，上述第二部分氨基甲酸酯水溶液轉化成尿素，得到包括尿素、氨基甲酸酯和游離氨的水溶液的第二反應混合物；- 上述第二反應混合物進行蒸餾，得到包括氨和CO2氣相的第二物流和包括尿素與殘留氨基甲酸酯水溶液的第二物流；- 包括氨和CO2的氣相上述第二物流循環到上述第二反應空間(R-2)；- 包括尿素和殘留氨基甲酸酯的水溶液的上述第二物流加到上述尿素回收段(3)。
15.按權利要求14的方法，其特徵在於上述第一(R-1)和第二(R-2)反應空間保持在140巴和155巴間的壓力，而溫度保持在180℃和195℃之間。
16.按權利要求14的方法，其特徵在於上述第二反應混合物的蒸餾步驟在135巴和155巴之間的壓力下進行。
17.按權利要求14的方法，其特徵在於包括，包括氨和CO2的氣相的上述第一物流進行部分冷凝的步驟後，氨和CO2氣相的殘留物流加到上述第二反應空間(R-2)。
18.按權利要求14的方法，其特徵在於還包括，將包括氨和CO2的離開上述第二反應空間(R-2)的物流加到上述尿素回收段(3)。
19.尿素生產裝置包括- 第一尿素合成反應器(R-1)；- 汽提設備(4)，用於進行離開第一反應器(R-1)的第一反應混合物，存在於上述第一混合物的水溶液中的氨基甲酸酯的部分分解和游離氨的部分分離的處理；- 設備(5)，用於至少部分冷凝離開上述汽提器(4)的蒸汽，並將第一氨基甲酸酯溶液循環到上述第一反應器(R-1)；- 與上述第一反應器(R-1)平行的第二尿素合成反應器(R-2)；- 回收段(3)，用於自第二氨基甲酸酯水溶液中分離在上述第一反應器(R-1)和第二反應器(R-2)中產生的尿素；- 設備(9、25、26、47、48、66)，用於將在回收段(3)中得到的第二氨基甲酸酯溶液循環到上述第二反應器(R-2)；- 設備(27、34、37、59、61)，用於將離開上述第二反應器(R-2)的第二反應混合物加到上述汽提設備(4)。
20.按權利要求19的裝置，其特徵在於還包括將原料CO2物流加到上述汽提設備(4)的設備(10、30a)。
21.按權利要求19的裝置，其特徵在於上述第二反應器(R-2)的底部高於上述第一反應器(R-1)的底部。
22.按權利要求19的裝置，其特徵在於還包括將來自上述汽提設備(4)的未冷凝的蒸氣循環到上述第一反應器(R-1)和/或第二反應器(R-2)的設備(28a、28b、44)。
23.按權利要求19的設備，其特徵在於還包括用於冷凝離開上述第一反應器(R-1)和/或第二反應器(R-2)的頂部的蒸汽並將這樣得到的溶液循環到上述第二反應器(R-2)的設備(8、26)。
24.按權利要求19的裝置，其特徵在於還包括至少一管件(33)，用於將離開上述第一反應器(R-1)的蒸汽循環到上述第二反應器(R-2)。
25.按權利要求19的裝置，其特徵在於還包括至少一管件(60)，用於將離開上述第二反應器(R-2)的頂部的蒸汽加到上述尿素回收段(3)。
26.尿素生產裝置包括- 第一尿素合成反應器(R-1)；- 汽提設備(4)，用於進行離開上述第一反應器(R-1)的第一反應混合物，存在於其中的水溶液中的氨基甲酸酯的部分分解和游離氨的部分分離的處理；- 設備(5)，用於至少部分冷凝離開上述汽提設備(4)的蒸汽，並將第一氨基甲酸酯溶液循環到上述第一反應器(R-1)；- 第二尿素合成反應器(R-2)，與上述第一反應器(R-1)平行；- 回收段(3)，用於自第二氨基甲酸酯水溶液中分離在上述第一(R-1)和第二(R-2)反應器中產生的尿素；- 設備(9、25、26、47、48、66)，用於將回收段(3)中得到的第二氨基甲酸酯溶溶循環到上述第二反應器(R-2)；- 設備(35、62)，用於進行離開上述第二反應器(R-2)的第二反應混合物的蒸餾，得到包括氨和CO2的氣相物流和部分純化過的反應混合物；- 設備(36、64)用於將包括氨和CO2的氣相的上述物流循環到上述第二反應器(R-2)。
27.按權利要求26的裝置，其特徵在於還包括設備(65)，用於將離開上述蒸餾設備(62)的部分純化過的反應混合物加到尿素回收段(3)。
28.按權利要求26的裝置，其特徵在於還包括設備(37)，用於將離開上述蒸餾設備(35)的部分純化過的反應混合物加到上述汽提設備(4)。
29.按權利要求26的裝置，其特徵在於還包括設備(44)，用於將離開上述汽提設備(4)的未冷凝蒸汽循環到上述第二反應器(R-2)。
30.按權利要求26的裝置，其特徵在於還包括設備(28b)，用於將離開上述汽提設備(4)的未冷凝蒸汽循環到上述蒸餾設備(35)。
31.按權利要求26的裝置，其特徵在於還包括管件(60)，用於將離開上述第二反應器(R-2)的頂部的蒸汽加到上述尿素回收段(3)。
32.按權利要求26的裝置，其特徵在於還包括設備(8)，用於冷凝離開上述第一(R-1)和/或第二(R-2)反應器的頂部的蒸汽，並將這樣得到的溶液循環到上述第二反應器(R-2)。
33.用於改進這種類型尿素生產裝置的方法，所述方法包括- 尿素合成反應器(R-1)；- 汽提設備(4)，用於進行離開上述第一反應器(R-1)的第-反應混合物，存在於其中的水溶液中的氨基甲酸酯的部分分解和游離氨的部分分離的處理；- 設備(5)，用於至少部分冷凝離開上述汽提設備(4)的蒸汽和將第一氨基甲酸酯溶液循環到上述反應器(R-1)；- 回收段(3)，用於自第二氨基甲酸酯水溶液中分離在上述反應器(R-1)中產生的尿素；其特徵在於還包括步驟- 在上述汽提設備(4)的上遊，設置第二尿素合成反應器(R-2)；- 連接上述第二反應器(R-2)與上述汽提設備(4)；- 設置設備(9、25、26、47、48、66)，用於將在回收段(3)中得到的第二氨基甲酸酯溶液循環到上述第二反應器(R-2)。
34.按權利要求33的方法，其特徵在於設置的上述第二反應器(R-2)的底部高於第一反應器(R-1)的底部。
35.按權利要求33的方法，其特徵在於包括設置設備(28a、28b、44)的步驟，這些設備用於將來自汽提設備(4)的未冷凝蒸汽循環到上述第二反應器(R-2)。
36.按權利要求33的方法，其特徵在於還包括設置設備(8、26)的步驟，用於冷凝離開上述第一(R-1)和/或第二(R-2)反應器頂部的蒸汽和並將這樣得到的溶液循環到上述第二反應器(R-2)。
37.按權利要求33的方法，其特徵在於還包括設置管件(33)的步驟，管件(33)用於將離開上述第一反應器(R-1)頂部的蒸汽循環到上述第二反應器(R-2)。
38.按權利要求33的方法，其特徵在於還包括設置管件(60)的步驟，管件(60)用於將離開上述第二反應器(R-2)頂部的蒸汽加到上述尿素回收段(3)。
39.按權利要求33的方法，其特徵在於還包括步驟- 連接上述第二反應器(R-2)和蒸餾設備(35)，用於進行離開上述第二反應器(R-2)的第二反應混合物，存在於其中的水溶液中的氨基甲酸酯的部分分解和游離氨的部分分離的處理；- 設置設備(36)，用於將離開上述蒸餾設備的蒸汽循環到上述反應器(R-2)；- 連接上述蒸餾設備(35)與上述汽提設備(4)。
40.這種類型的尿素生產裝置的改進方法包括- 尿素合成反應器(R-1)；- 汽提設備(4)，用於進行離開上述反應器(R-1)的第一反應混合物，存在於其中的水溶液中的氨基甲酸酯的部分分解和游離氨的部分分離的處理；- 裝置(5)，用於至少部分冷凝離開汽提設備(4)的蒸汽，和將第一氨基甲酸酯溶液循環到上述反應器(R-1)；- 回收段(3)，用於自第二氨基甲酸酯水溶液中分離在上述反應器(R-1)中產生的尿素；其特徵在於包括步驟- 在汽提設備(4)的上遊設置第二尿素合成反應器(R-2)；-設置設備(47、48、66)，用於將在回收段(3)中得到的第二氨基甲酸酯溶液循環到上述第二反應器(R-2)；- 連接上述第二反應器(R-2)與蒸餾設備(62)，用於進行離開上述第二反應器(R-2)的上述第二反應物，存在於其中的水溶液中的氨基甲酸酯的部分分解和游離氨的部分分離的處理；- 設置設備(64)，用於將離開上述蒸餾設備(62)的蒸汽循環到上述反應器(R-2)；- 連接上述蒸餾設備(62)與上述尿素回收段(3)。
41.按權利要求40的方法，其特徵在於還包括設置設備(44)的步驟，用於將離開汽提設備(4)的蒸汽循環到上述第二反應器(R-2)。
42.按權利要求40的方法，其特徵在於還包括設置管件(60)的步驟，用於將離開上述反應器(R-2)的頂部的蒸汽加到上述尿素回收到段(3)。
全文摘要
在尿素的生產方法中,基本上純的氨和二氧化碳在主反應空間(R－1)中反應,從主反應空間離開的反應混合物進行汽提,得到部分純化的混合物送往尿素回收段(3)。從段(3)得到的稀氨基甲酸酯溶液循環到輔助反應空間(R－2),在輔助反應空間(R－2)中將殘留的氨基甲酸酯轉化成尿素。這種方法達到高平均轉化率,並降低了能耗。
文檔編號B01D1/00GK1173171SQ95197460
公開日1998年2月11日 申請日期1995年12月21日 優先權日1994年12月23日
發明者G·帕加尼 申請人:烏裡阿·卡薩勒有限公司