分解來自尿素生產廠的尿素回收段的氨基甲酸脂水溶液的方法
2023-10-10 04:51:24 6
專利名稱：分解來自尿素生產廠的尿素回收段的氨基甲酸脂水溶液的方法
技術領域：
最廣泛地說，本發明涉及尿素的生產。
具體地說，本發明涉及一種分解來自於尿素生產廠的尿素回收段的氨基甲酸酯水溶液的方法。上述氨基甲酸酯水溶液在後文中也稱作「循環的氨基甲酸酯溶液」。
背景技術：
本領域中，已知一系列尿素製備方法，基本上是基於在反應空間或反應器中加入氨和二氧化碳進行轉化反應，並回收包括在排出反應空間的尿素溶液中的未反應物，特別是水溶液中的氨、二氧化碳和氨基甲酸酯，並將它們循環到反應空間中。
為此，實施上述方法的工廠包括在反應空間的下遊，在基本上與反應空間相同壓力下操作的氨基甲酸酯分解單元，使離開反應空間的尿素溶液進行氨基甲酸酯的部分分解處理和游離氨的部分分離處理。由此得到包括在汽相中的氨和二氧化碳的流體(被循環到反應空間中)和包括在水溶液中的氨和殘留氨基甲酸酯的流體。
該工廠還包括用於從尿素中分離殘留氨基甲酸酯的尿素回收段，得到在水溶液中的氨基甲酸酯，其被循環到反應空間中。
氨基甲酸酯分解單元通常是含有垂直管束的設備。氨基甲酸酯的分解是這樣進行的，加熱在管內部以降膜的形式向下流動的尿素溶液，並使它們的內壁與管外流動的熱流體例如蒸汽接觸。這樣，未反應的氨和二氧化碳就從尿素溶液中汽提出來(熱汽提)。
二氧化碳汽提時，也可以通過含有二氧化碳的氣流在管內向上流動進行氨基甲酸酯的分解。
公開在EP-A-0796244中的一種製備尿素的改進方法包括增加了尿素回收段所得氨基甲酸酯水溶液的部分分解步驟和循環到反應空間的步驟。
此時，可以大大降低循環到反應空間的水量，因此提高了轉化率和實施該方法的工廠的生產能力。
為此，工廠裡提供了分解單元，用於使至少一部分來自尿素回收段(循環的氨基甲酸酯溶液)的氨基甲酸酯溶液進行部分分解或汽提處理，得到包括在汽相中的氨和二氧化碳的額外流體，該流體被冷凝並循環到反應空間中。
儘管在很多方面是有利的，但是操作上述分解單元所遇到的缺點是其分解效率不令人滿意。
根據本申請人的研究發現，令人驚奇的是，在管束中向下流動的循環的氨基甲酸酯溶液的膜意外地破裂並與管內壁分離，特別是在管的上半部分。當發生時，沒有溼潤內壁。
這引起熱蒸汽和管內流動的循環的氨基甲酸酯溶液的液膜之間熱交換效率低。這樣，循環的氨基甲酸酯溶液的分解單元的汽提效率也比預料的要低。
鑑於此，為了具有可接受的分解效率，分解單元需要製造的比理論要求的尺寸更大，這隨著而來的是高的投資費用。
發明的描述本發明的技術問題是提高進行循環的氨基甲酸酯溶液的汽提(分解)的尿素生產廠的分解單元的分解效率。
為了解決上述問題，本發明的基本思想是以用於代表該分解的分解單元的效率的方式，改變分解循環的氨基甲酸酯溶液的現有方法，而不是改變這些單元的結構，後者複雜並且牽扯相當大的費用。
基於上述思想，本發明要解決的問題是通過根據後面權利要求1-5中分解來自於尿素回收段的氨基甲酸酯水溶液(循環的氨基甲酸酯溶液)的方法來解決的。
循環的氨基甲酸酯溶液中，在尿素回收段出口處的水濃度一般為10％-70％，水溫一般為70℃-120℃。
本發明實現了分解效率的顯著增加，因為它能夠控制分解單元的管束內流動的循環氨基甲酸酯溶液的膜的蒸發。
特別是，驚奇地發現，循環氨基甲酸酯溶液膜與現有單元的管壁的分離主要是由於下述事實，即該溶液在管內，特別是管的上半部分進行了過量和劇烈的蒸發。換句話說，正是這種意料不到的蒸發擾亂了液膜在管內的正常向下流動。
為了有效地抑制這種蒸發現象，根據本發明提出了有利地降低加熱流體的操作溫度(例如210℃)和進入分解單元管內的循環的氨基甲酸酯溶液的溫度(70-120℃)之間的溫度差。
根據本發明驚奇地發現，如果上述溫度差不高於70℃，優選為20℃-40℃之間，不利的劇烈蒸發現象基本上消失，同時增加了分解單元的分解效率。
如果我們認為，原則上，循環的氨基甲酸酯溶液溫度和加熱流體的操作溫度之間的低溫度差是期望減少氨基甲酸酯分解為氣體氨和二氧化碳，那麼該結果完全是意料不到的。
本發明的其它特徵和優點將通過下面以非限定性實施例的方式給出的優選實施方式的詳細描述中，並參考附圖給出。
附圖的詳細描述
圖1表示簡要表示尿素生產廠的方框圖，其中，根據本發明實現了對來自於尿素回收段的氨基甲酸酯溶液的分解。
圖2簡要地表示了根據本發明用於分解循環的氨基甲酸酯溶液的適當設備。
實施本發明的方式參考圖1，方框1表示用於合成尿素的高壓反應空間，它是通過基本上是純氨的氣流21加料的。
方框2和3都是表示高壓分解單元，方框4表示高壓冷凝單元。
分解單元2和3以及冷凝單元4通常是在基本上與反應空間1相同的壓力下工作。
尿素回收段整個用方框5表示。
流線23表示來自方框1的反應混合物的液流，含有尿素和未反應物，尤其是水溶液中的氨基甲酸酯和游離氨。
液流23流入方框2，在此進行氨基甲酸酯的部分分解處理和游離氨的部分分離處理。
方框2表示的分解單元含有汽提設備，它以加入的二氧化碳氣流24作為汽提劑進行工作。
當單元2中的氨基甲酸酯分解僅僅是通過熱交換(熱汽提)進行時，流線24消失，二氧化碳進料氣流直接進入反應空間1(參見點劃線流線22)。
在方框2的出口處，表示了代表汽相中含有氨和二氧化碳的氣流的流線25和水溶液中含有尿素和殘留氨基甲酸酯的液流的流線26。
流線25通過用方框4表示的冷凝單元，其中汽相中的氨和二氧化碳至少部分冷凝，得到水溶液中含有氨基甲酸酯的液流，以及可能的汽相中含有氨和二氧化碳的氣流。隨後，這兩股流體都通過流線27循環到反應空間1中。
用流線26表示的含有尿素和殘留氨基甲酸酯的流體通過尿素回收段5，該回收段5是由幾個單元組成的，在此殘留的氨基甲酸酯從尿素溶液中分離出來，得到水溶液中的附加部分的氨基甲酸酯。
流線28表示尿素回收段5出口處，上述水溶液中的附加部分的氨基甲酸酯。該氨基甲酸酯溶液的水含量通常為10％-70％，溫度為70℃-120℃。
尿素溶液在尿素回收段5的適當單元中進行造粒，在此，熔融的尿素被固化為最終產品，通過管線29離開尿素生產廠。
根據本發明的優選實施方式，將通過流線28離開方框5的水溶液中的附加部分氨基甲酸酯有利地在方框6表示的換熱器中預熱。然後，將這樣預熱的氨基甲酸酯水溶液在方框3表示的分解單元中進行部分分解處理，這將在下面進行更詳細地描述。
優選的是，方框6中的氨基甲酸酯溶液的上述預熱和方框3中的熱分解是利用冷卻器(方框4)中除去的熱以蒸汽的形式進行的，以確保最小的能耗。
事實上，至少部分該蒸汽作為外部加熱方式通過流線32通過換熱器6，並通過管線33通過分解單元3。
在方框3的出口處，得到在汽相中含有氨和二氧化碳的流線30和在水溶液中含有殘留氨基甲酸酯的流線31。
流線30在方框4中至少部分冷凝得到水溶液中的氨基甲酸酯，該水溶液通過流線27循環到反應空間1中。
相反，水溶液中含有殘留氨基甲酸酯的流線31被送入尿素回收段5用於進一步加工。
圖2中，簡要表示了本發明用於分解循環的氨基甲酸酯溶液的分解單元3的優選實施方式。
該分解單元3包括含有多個水平多孔板38的上區36和含有管束的低汽提區37，其中管束中含有多個垂直安裝於其內的管39。
管39內部通過加熱流體例如蒸汽加熱，其中該加熱流體是通過流線33表示的，其溫度例如大約為210℃-230℃。這樣，汽提區37就在大約170℃-大約210℃的溫度範圍內工作。
根據該實施方式，流線28表示的循環氨基甲酸酯溶液首先在換熱器6中通過流線32表示的蒸汽進行間接熱交換而部分預熱，然後在接近其上端部輸入到冷凝單元3。
特別是，當離開尿素回收段5時，上述循環的氨基甲酸酯溶液的溫度一般為70℃-120℃，並在方框6中部分預熱到例如大約110℃-160℃。
輸入分解單元3、且預熱的循環的氨基甲酸酯溶液的液流28依靠重力作用向下流過上區36的板38，與來自汽提區37且含有氨和二氧化碳的氣流相遇。
圖2中，冷凝單元3中汽相和液相的流動分別用參考標記Fg和Fl表示。
這種接觸的結果是，循環的氨基甲酸酯溶液在上區36被進一步預熱，以使進入冷凝單元3的汽提區37之前，氨基甲酸酯溶液的溫度達到例如大約150℃-190℃。
預熱的循環氨基甲酸酯溶液從上區36進入汽提區37的管39，並通過重力作用以降膜的形式向下流動。
根據本發明，來自上區36的循環氨基甲酸酯溶液有利地具有類似於加熱流體(流線33)的操作溫度的溫度，以使上述溫度之間的差值不高於70℃，優選20℃-40℃之間。
這樣，與現有方法相比，管39內部特別是管39的較上部分中的不利蒸發現象不再那麼劇烈、難以控制。
正是由於控制了循環氨基甲酸酯溶液在汽提區37內流動時液膜的蒸發，該膜連續並且保持與管39的內壁接觸，由此使氨基甲酸酯在整個所有管長中實際上實現了均勻的分解。
因此，提高了分解單元3的分解效率，並實現了汽相中氨和二氧化碳的高回收率。
圖2中簡要表示的分解單元3僅僅是能夠用於分解本發明的循環氨基甲酸酯溶液的優選設備的一個實例。
另一方面，分解單元可以不使用板38，僅僅包括汽提區37。這樣，循環的氨基甲酸酯溶液的所有預熱步驟都在方框6中進行。
此外，在特殊情況下，方框6的換熱器可以省略，單元3內的循環氨基甲酸酯溶液僅僅在分解單元3的上區36中進行預熱。
最後，分解單元3也可以用二氧化碳氣流作為汽提劑進行工作(沒有表示)。
權利要求
1.分解來自於尿素生產廠的尿素回收段中的氨基甲酸酯水溶液的方法，該方法通過在預定溫度下與具有不同預定溫度的加熱流體間接熱交換進行，包括降低所述氨基甲酸酯水溶液和所述加熱流體之間的溫度差值到不高於70℃的步驟。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於所述溫度差值被降低到20℃-40℃之間。
3.根據權利要求1的方法，包括下述步驟—將所述氨基甲酸酯水溶液輸入到至少具有汽提區(37)的分解單元(3)中；—通過與加熱流體的間接熱交換，使氨基甲酸酯水溶液在所述至少一個汽提區(37)中至少進行部分分解處理，得到汽相中含有氨和二氧化碳的流體；其特徵在於所述氨基甲酸酯水溶液是在所述至少一個汽提區(37)中進行分解之前被加熱的。
4.根據權利要求3的方法，其特徵在於所述氨基甲酸酯溶液是在進入所述分解單元(3)中之前，在換熱器(6)中加熱的。
5.根據權利要求3-4的方法，其特徵在於所述氨基甲酸酯溶液是通過與所述流體發生熱交換而被加熱的，其中該流體是在所述至少一個汽提區(37)中得到的，且汽相中含有氨和二氧化碳。
全文摘要
一種分解來自尿素生產廠的尿素回收段的氨基甲酸酯水溶液的方法，該方法通過在預定溫度下與具有不同預定溫度的熱流體間接熱交換來進行，其中所述氨基甲酸酯水溶液和所述熱流體之間的溫度差降低到不高於70℃。
文檔編號B01J12/02GK1433400SQ01810764
公開日2003年7月30日 申請日期2001年6月15日 優先權日2000年6月15日
發明者喬治·帕加尼, 費代裡科·扎爾迪, 多梅尼科·羅米蒂 申請人:烏裡阿·卡薩勒有限公司