含有二氧化碳氣提步驟的尿素生產的改進工藝的製作方法

2023-07-27 21:38:31

專利名稱：含有二氧化碳氣提步驟的尿素生產的改進工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種改進的尿素生產工藝，以及一種改造現存尿素生產設備的方法，在現存的尿素生產設備中，離開尿素合成反應器的反應混合物與二氧化碳一起輸入汽提步驟(Stamicarbon工藝)。
本發明亦涉及一套用於實現上述工藝的設備。
人們共知，常常需要提高現存設備的尿素生產能力。
為實現這一目的，迄今人們已提出了各種不同的增加尿素生產能力的方法，諸如本申請人提交的歐洲專利申請EP-A-0479103中描述的。
EP-A-0479103公開了一種工藝，其中高純氨和二氧化碳在第一高產率「單程」反應器中反應，如此得到的反應混合物饋入回收工段，在現存的常規類型的反應器中，進行著純度較低的反應物，實際上由回收工段循環來的(回收混合物)之間的合成反應。
在共同申請的瑞士申請01477/92-0，提高依據Stamicarbon工藝(STC)，即包括有一個CO2汽提工段，的現存設備的尿素生產能力和減少其能源消耗的問題是如下解決的，在絕熱條件下(在所謂的「Vulcan」式反應器中)在第一高產率反應器中進行尿素合成，蒸餾離開Vulcan反應器的反應混合物，以便獲得分別循環至Vulcan反應器本身和現存低產率反應器的未反應氨和氨基甲酸酯。
該工藝在當時看起來是令人滿意的，似乎不可能進行進一步的改進。
然而，經過繼續研究和實驗，本申請人能夠開發一種新的更加完善的改進工藝，其適用於現存以完全循環工藝為基礎的設備，目的在於顯著地提高尿素生產能力和減少能源消耗。
因此，本發明的目的在於提供一種生產尿素的改進工藝，其允許獲得高的轉化率，投資和操作費用減少，更好的設備使用性和現有設備的更充裕的過載界限，和相當的工廠去瓶頸作用。
按照本發明，實現上述目的的生產尿素工藝包括以下步驟-在第一反應區反應氨和二氧化碳;
-用離開該第一反應區的第一反應混合物中的二氧化碳進行氣體汽提，以獲得純化的尿素溶液和未反應氨和二氧化碳氣體;
-將該純化尿素溶液饋入第一尿素回收工段;
-在氨基甲酸酯冷凝器中於一預定壓力下冷凝該未反應氨和二氧化碳氣體;
-在第二反應區反應氨和二氧化碳;
其特徵在於它進一步包括以下步驟a)在基本上等於氨基甲酸酯冷凝器的壓力下輸送離開該第二反應區的第二反應混合物至第一氨基甲酸酯分解處理單元，以便從包括尿素的液流中分離未反應的氨和二氧化碳的氣體第一料流;
b)循環未反應氨和二氧化碳氣體的第一料流至該氨基甲酸酯冷凝器;
c)輸送包括尿素的液流至第二氨基甲酸酯分解處理單元，以從純化尿素溶液中分離出未反應氨和二氧化碳氣體的第二料流;
d)冷凝該未反應氨和二氧化碳氣體的第二料流，和循環如此獲得的冷凝液至該氨基甲酸酯冷凝器。
在第一反應區的尿素合成可在目前STC工廠使用的工藝條件下進行，如壓力130-200巴，溫度180-200℃。
氨基甲酸酯冷凝步驟，離開該反應區的反應混合物的CO2汽提步驟和在該回收工段的尿素回收步驟可按在STC工廠中使用的已知的工藝條件下進行。
優選地，在第二反應區的尿素合成在高產率「單程」反應器中進行，壓力240-260巴，溫度190-200℃。
可部分除去反應熱的「單程」反應器特別適於改進含有CO2汽提步驟的尿素生產設備。
最優選地，「單程」反應器包括兩個部分可除去反應熱的初級工段和常規類型的第二工段。
對於本發明的目的，在能源回收方面的特別優點當「初級反應器」是所謂的「釜」形反應器時得以實現。
根據本發明，離開高產率反應區的反應混合物輸至氨基甲酸酯分解處理單元，以從含尿素液流中分離未反應氨和二氧化碳氣體。
更特別地，該反應混合物順序輸至二個氨基甲酸酯分解處理單元。
第一氨基甲酸酯分解處理在高壓分解器中進行，其壓力基本上與存在於氨基甲酸酯冷凝器中的壓力相等，該冷凝器安裝在第一反應區的上流。
該壓力優選為140-150巴。
更有利的是，得到可直接循環至上述氨基甲酸酯冷凝器中的未反應氨和二氧化碳氣體的第一料流，並在第一反應區進一步反應。
離開第一氨基甲酸酯分解器的溶液的第二氨基甲酸酯分解處理在第二氨基甲酸酯分解器中進行，其壓力為6-18巴，最優選8-14巴。
這樣，在離開尿素回收工段的氨基甲酸酯水溶液的協助下，得到第一次被冷凝的未反應氨和二氧化碳氣體的第二料流，然後也循環至氨基甲酸酯冷凝器。
第二氨基甲酸酯分解處理亦產生純化的尿素溶液，其可以饋至尿素回收工段的低壓蒸餾器或者在真空工段的精處理前收集在低壓蒸餾器下流的一容器中。
有利的是，在汽提處理單元的二氧化碳/尿素摩爾比可通過向第一氨基甲酸酯分解處理單元饋入至多20%的離開第一尿素合成反應器的反應混合物流而調節至適宜的值。
優選地，10-15%的離開第一尿素合成反應器的反應混合物流旁通經過CO2汽提處理單元和直接饋入第一氨基甲酸酯分解處理單元。
按照本發明的進一步的方面，在經過廣泛研究後發現，有可能採一種簡單而安全的方法令人驚異地提高現存包括CO2汽提步驟的尿素生產設備的生產能力。
當要求提高現存設備的生產能力20%以上時，為了實現減少投資和操作費用，改善設備使用性和現存設備的更充裕的過載界限，和提高其工廠去瓶頸作用，使用高效平行反應器的概念。
這種概念對現在尿素生產設備的應用包括-尿素合成反應器;
-位於該尿素合成反應器上流的氨基甲酸酯冷凝器;
-位於該尿素合成反應器下流的二氧化碳汽提塔;
-將離開該第一反應器的第一反應混合物饋入二氧化碳汽提塔的機構;
-從離開二氧化碳汽提塔的第一反應混合物中分離尿素的尿素回收工段;
根據本發明，這種概念通過含有以下步驟的改進方法而進行a)提供與饋入高純氨和二氧化碳的機構相連的第二尿素合成反應器;
b)提供第二尿素回收工段，其包括在該第二尿素合成反應器下流的順序的第一和第二氨基甲酸酯分解器;
c)提供管路機構，用於將離開該第一氨基甲酸酯分解器頂端的未反應氨和二氧化碳循環至該胺基酸酯冷凝器;
d)提供冷凝離開該第二氨基甲酸酯分解器的未反應氨和二氧化碳氣體的機構;
e)提供將如此得到的冷凝物循環至該氨基甲酸酯冷凝器的機構。
更特別地，在「單程」型無循環的附加的高產率反應器(75%)中獲得所要求的生產能力的30-50%。
最優選地，該反應器在操作時伴隨反應熱的部分除去，並含有二部分伴隨反應熱除去的初級工段，和常規的第二工段。
本發明的進一步的方面和優點通過如下優選但不是限制性的描述將更加明顯，其實施方案參照附圖進行。
附圖中，

圖1表示現有技術中包括CO2汽提步驟的尿素生產裝置的示意圖。
圖2表示按照本發明的第一實施方案改進的圖1所示的尿素生產裝置的示意圖。
圖3表示按照本發明的第二實施方案改進的圖1所示的尿素生產裝置的示意圖。
圖1所示的尿素生產裝置含有尿素合成反應器201-D，向其中用常規壓縮機104-J/JS和102-J饋入純氨(NH3)和二氧化碳(CO2)。
更特別地，氨首先用管道117饋入氨基甲酸酯冷凝器202-C，同時二氧化碳通過管道107饋入汽提塔201-C，然後在進入尿素合成反應器201-D之前，用管運201饋入氨基甲酸酯冷凝器202-C。
向汽提塔201-C中也通過管道207饋入離開尿素合成反應器201-D的反應混合物。
104代表常規尿素回收工段，其包括帶有相關分離器301-E的低壓蒸餾器301-C，二個帶有相關分離器401-F和402-F的真空蒸發器401-C或402-C，以及氨真空濃縮工段50。
尿素回收工段104的特徵如常規並在現有技術中是公知的，不作進一步的詳細描述。
在操作中，包含在離開反應器201-D中的尿素溶液中的大部分氨基甲酸酯和一部分氨在201-C中汽提並循環至反應器中，同時得到離開汽提塔201-C的含有相對低CO2(7÷7%重量)和NH3(5÷8%重量)殘留物的尿素溶液。
該溶液在尿素回收工段104中處理，此處其在301-C中於3÷4巴(絕對壓力)下蒸餾，如此得到的氣體送至冷凝器302-C，產生氨基甲酸酯溶液，該溶液用泵301-J/JS循環至尿素合成反應器201-D。
CO2的等壓汽提法的主要技術特徵總結如下合成壓力 約140÷145巴(絕對)反應器中的NH3/CO2摩爾 約2.8÷3.0反應器中的H2O/CO2摩爾 約0.4÷0.5反應器中的溫度 約185℃產率 約57÷58%蒸氣消耗 約900÷1000kg/MT尿素按照示於圖2的本發明的第一實施方案，一高效反應器ROT和提純離開尿素回收工段DIST的尿素溶液的一尿素回收工段平行地聯接至現存尿素合成反應器201-D上。
反應器ROT通過壓縮機KA-1饋入高純二氧化碳，通過泵PA-1A/1S饋入高純氨，然後通過管道108聯接至尿素回收工段DIST。
有利地，反應器ROT為「單程」高產率型，並可部分除去反應熱。
「單程」反應器ROT包括二部分所謂「釜」形的初級工段R-1，其除去反應熱和常規的第二工段R-2。
尿素回收工段DIST優選含有通過管110順序聯接的至少二個氨基甲酸酯分解器E-1和E-2。
最有利地，第一氨基甲酸酯分解器E-1在基本上等於汽提塔201-C中的壓力下操作，而第二氨基甲酸酯分解器E-2在約10巴(絕對)壓力下操作。
按照本發明的一個方面，離開氨基甲酸酯分解器E-1，包含未反應氨和二氧化碳氣體的第一料流通過管路111直接循環至在相同壓力下操作的氨基甲酸酯冷凝器202-C。
離開氨基甲酸酯分解器E-2的頂部包含未反應氨和二氧化碳氣體的第二料流首先在E-3中冷凝，然後通過管路112和泵301-J/JS循環至氨基甲酸酯冷凝器202-C中。
從氨基甲酸酯分解器E-2的底部得到純化的尿素溶液，該溶液可通過管道113饋至尿素回收工段104的低壓蒸餾器301-C，或通過管道M直接收集在貯罐302-F中。
在第一例中，離開氨基甲酸酯分解器E-2的尿素溶液與離開汽提塔201-C的尿素溶液一起在低壓蒸餾器301-C中作進一步處理。
按照示於圖3的本發明的第二實施方案，現存尿素合成反應器201-D通過旁路管道BP聯連至尿素回收工段DIST′，該工段在這種情況下包括兩個專門為承擔新的負荷而設計的氨基甲酸酯分解器E′-1，E′-2。
在該實施方案中，離開塔E′-2的純化尿素溶液可饋入低壓蒸餾器301-C中，或旁路通過該蒸餾器並直接收集在貯罐302-F中。
本發明的進一步的特徵和優點由下列給出的非限制性實施例將很明顯，其中說明了對現存具有CO2汽提步驟的1500MT尿素生產設備的改進。
實施例1改進的目標是通過平行於現存反應器增加一新的「單程」型反應器，提高現存設備的生產能力由1500MTD至2250MTD。
在此考慮的情況下，適宜地的生產能力分布如下現存反應器 1500MTD尿素新反應器 750MTD尿素總和 2250MTD尿素反應器的操作條件為a)參考情況現存反應器(201-D)能力 1500MTDNH3/CO2摩爾 2.85H2O/CO2摩爾 0.40產率 57%P 140巴(絕對)T 183℃b)新條件b.1現存反應器(201-D)能力 1500MTD
NH3/CO2摩爾 3.0H2O/CO2摩爾 0.53產率 57%P 145巴(絕對)T 185℃b.2新反應器(ROT)能力 750MTDNH3/CO2摩爾 3.6H2O/CO2摩爾 0產率 75%P 242巴(絕對)T 193℃平行操作的二反應器的平均重量產率為(1500×57+750×75)/2250 ＝63%即，比參考情況高出6個百分點。
這相應於120÷150kg/MT尿素的較低的比蒸汽消耗量，儘管生產能力提高了。
實施例2實施例1中，現存設備在新的操作條件下的生產能力是1500MTD尿素，即，等於設計值。
這種情況下，現存的汽提塔在進行尿素溶液汽提時比設計值具有較少量的CO2氣體(約為設計值的83%)，平衡將如氨基甲酸酯溶液。
這一較少量的CO2總是足夠在汽提塔201-C中達到一種好的操作性能。
在任何情況下，按照圖3所示的實施方案，可能接近或基本上在汽提塔201-C中得到設計的二氧化碳/尿素比率。
這種情況下，上述提及的設計比率是通過將離開現存反應器201-D的反應混合物流的約17%饋入與汽提塔201-C旁通的氨基甲酸酯分解器E′-1。
反應混合物的這一等分部分通過管路BP送至新的尿素回收回段DIST′的氨基甲酸酯分解器E′-1，用於氨基甲酸酯分解處理。
由於旁通，所有現存的合成，汽提和尿素回收工段將在非常接近或基本上在設計條件下運行，從而避免對這些工段造成任何超負荷。
權利要求
1.一種製備尿素的方法，包括如下步驟-在第一反應區(201-D)使氨和二氧化碳反應；-用離開該第一反應區(201-D)的第一反應混合物中的二氧化碳進行氣體汽提，以獲得純化的尿素溶液和未反應氨和二氧化碳氣體；-將該純化尿素溶液饋入第一尿素回收工段(104)；-在氨基甲酸酯冷凝器(202-C)中於預定壓力下冷凝該未反應氨和二氧化碳氣體；-在第二反應區(ROT)使氨和二氧化碳反應；其特徵在於它進一步包括以下步驟a)在基本上等於氨基甲酸酯冷凝器的壓力下輸送離開該第二反應區(ROT)的第二反應混合物至第一氨基甲酸酯分解處理單元，以從包括尿素的液流中分離未反應的氨和二氧化碳氣體的第一料流；b)循環未反應氨和二氧化碳氣體的第一料流至該氨基甲酸酯冷凝器(202-C)；c)輸送包括尿素的液流至第二氨基甲酸酯分解處理單元，以從純化尿素溶液中分離出未反應氨和二氧化碳氣體的第二料流；d)冷凝該未反應氨和二氧化碳氣體的第二料流，和循環如此獲得的冷凝液至該氨基甲酸酯冷凝器(202-C)。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於該第一氨基甲酸酯分離處理單元在140-150巴的壓力下進行處理。
3.根據權利要求1的方法，其特徵在於該第二氨基甲酸酯分離處理單元在6-18巴的壓力下進行處理。
4.根據權利要求1的方法，其特徵在於在第二反應區(ROT)中的尿素合成通過具有部分除去反應熱的高產率「單程」反應器在240-260巴的壓力下和在190-200℃溫度下進行。
5.根據權利要求1的方法，其進一步包括將由該第二氨基甲酸酯分解處理單元得來的純化尿素溶液饋入該尿素回收工段(104)的低壓蒸餾器(301-C)中的步驟。
6.根據權利要求5的方法，其特徵在於由該第二氨基甲酸酯分解處理單元得來的純化尿素溶液饋入下流的該尿素回收工段(104)的低壓蒸餾器(301-C)中。
7.根據權利要求1的方法，其進一步包括以下步驟將離開該第一反應區的部分第一反應混合物送至該第一和第二氨基甲酸酯分解處理單元。
8.一種製備尿素的設備，其含有-尿素合成反應器(201-D);-位於該尿素合成反應器(201-D)上流的氨基甲酸酯冷凝器(202-C);-位於該尿素合成反應器(201-D)下流的二氧化碳汽提塔(201-C);-一種將離開該第一反應器(201-D)的第一反應混合物饋入二氧化碳汽提塔(201-C)的機構(207);-由離開二氧化碳汽提塔(201-C)的第一反應混合物分離尿素的第一尿素回收工段(104);-與該第一反應器(201-D)並行的第二尿素合成反應器(ROT);-由離開第二尿素合成反應器(ROT)的第二反應混合物中分離未反應氨和二氧化碳的第二尿素回收工段(DIST)，該工段(DIST)順序包括至少第一(E-1)和第二(E-2)氨基甲酸酯分解器;-將離開第一氨基甲酸酯分解器(E-1)的未反應氨和二氧化碳氣體循環至該氨基甲酸酯冷凝器(202-C)的機構(111);-冷凝離開第一氨基甲酸酯分解器(E-1)的未反應氨和二氧化碳的機構(E-3);-循環如此獲得的冷凝物至該氨基甲酸酯冷凝器(202-C)的機構(112，301-J/JS)。
9.根據權利要求8的設備，其特徵在於該第二尿素合成反應器(ROT)為「單程」高產率型，並可部分除去反應熱。
10.根據權利要求9的設備，其特徵在於該第二尿素合成反應器(ROT)含有可除去反應熱的初級工段(R-1)和常規類型的第二工段(R-2)。
11.根據權利要求10的設備，其特徵在於該初級工段(R-1)為所謂的「釜」形。
12.根據權利要求8的設備，其進一步包括將第一尿素合成反應器(201-D)聯接至該第一氨基甲酸酯分解器(E-1)的管路(BP)。
13.根據權利要求8的設備，其進一步包括將第二氨基甲酸酯分解器(E-2)聯接至第一尿素回收工段(104)的低壓蒸餾器(301-C)的管路(113)。
14.根據權利要求8的設備，其進一步包括將第二氨基甲酸酯分解器(E-2)聯連至位於第一尿素回收工段(104)的低壓蒸餾器(301-C)的下流的該尿素回收工段(104)的管路(M)。
15.一種改進現存尿素生產設備的方法，包括-尿素合成反應器(201-D);-位於該尿素合成反應器(201-D)上流的氨基甲酸酯冷凝器(202-C);-位於該尿素合成反應器(201-D)下流的二氧化碳汽提塔(201-C);-將離開該第一反應器(201-D)的第一反應混合物饋入二氧化碳汽提塔(201-C)的機構(207);-由離開二氧化碳汽提塔(201-C)的第一反應混合物中分離尿素的尿素回收工段(104);其特徵在於其含有如下步驟a)提供與饋入高純氨和二氧化碳的機構(PA-1A/1S，KA-1)相連的第二尿素合成反應器(ROT);b)提供第二尿素回收工段(DIST)，其包括在該第二尿素合成反應器(ROT)下流的順序的至少第一(E-1)和第二(E-2)氨基甲酸酯分解器;c)提供管路機構(111)，用於將離開該第一氨基甲酸酯分解器(E-1)頂端的未反應氨和二氧化碳氣體循環至該氨基甲酸酯冷凝器(202-C);d)提供冷凝離開該第二氨基甲酸酯分解器(E-2)的未反應氨和二氧化碳氣體的機構(E-3);e)提供將如此得到的冷凝物循環至該氨基甲酸酯冷凝器(202-C)的機構(112，301-J/JS)。
16.根據權利要求15的方法，其特徵在於該第二尿素合成反應器(ROT)為「單程」高產率型。
17.根據權利要求16的方法，其特徵在於該第二尿素合成反應器(ROT)含有可除去反應熱的初級工段(R-1)和常規類型的第二工段(R-2)。
18.根據權利要求17的方法，其特徵在於該初級工段(R-1)為所謂的「釜」形。
19.根據權利要求15的方法，其特徵在於其進一步含有將該第一尿素合成反應器(201-D)聯接至該第一氨基甲酸酯分解器(E-1)的步驟。
20.根據權利要求15的方法，其特徵在於該第二氨基甲酸酯分解器(E-2)與位於低壓蒸餾器(301-C)的上流的尿素回收工段(104)相聯接。
21.根據權利要求15的方法，其特徵在於該第二氨基甲酸酯分解器(E-2)與位於低壓蒸餾器(301-C)下流的尿素回收工段(104)相聯接。
全文摘要
本發明公開了一種改進的尿素生產方法及以Stamicarbon工藝為基礎的現存尿素設備的改進方法。
文檔編號B01J12/02GK1100717SQ9410011
公開日1995年3月29日 申請日期1994年1月6日 優先權日1993年1月7日
發明者G·帕加尼 申請人:烏裡阿·卡薩勤有限公司