利用高温汽提的尿素工艺制造技术

一种用于氨基甲酸铵分解和从尿素溶液中回收氨的壳管式汽提塔，包括一束加热管，所述管中用所述尿素溶液和作为汽提介质的二氧化碳进料，该尿素溶液在管的内表面上形成液体降膜，二氧化碳形成逆流气流；所述管包括由超级奥氏体或超级双相不锈钢制成的外层和由锆制成的内层，所述内层达到高于220℃的温度。

Urea process using high temperature stripping

A shell tube type stripper for ammonium carbamate decomposition and recovery of ammonia from a urea solution, including a bundle of heating tubes. The tube uses the urea solution and carbon dioxide as a stripping medium to form a liquid falling film on the inner surface of the tube, and the two carbon dioxide forms a countercurrent flow; the tube includes the tube. The outer layer made of super austenite or super duplex stainless steel and the inner layer made of zirconium, the inner layer reaches a temperature higher than 220 degrees C.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用高温汽提的尿素工艺
本专利技术涉及尿素制备领域。本专利技术特别涉及尿素制备工艺中的高温汽提。
技术介绍
尿素是通过氨和二氧化碳反应而合成的。在文献(例如，Ullmann′sEncyclopediaofIndustrialChemistry，Wiley-VCHVerlag)中可以找到关于尿素制备的各种工艺和相关设备的讨论。尿素的合成包括形成氨基甲酸铵的快速且高度放热的步骤和将氨基甲酸铵转化为尿素和水的轻微吸热步骤。该反应在尿素合成反应器中进行，该反应器通常在130-250巴和180-200℃下操作。由于热力学限制，向尿素的转化是不完全的并取决于组成和合成的操作条件。反应器流出物是含有大量未转化的氨基甲酸铵和氨的尿素水溶液。典型地，在140巴和185℃下操作的尿素反应器的转化率为60-63％，这对应于反应器流出物中浓度为30-34重量％的尿素浓度，剩余物基本上由水、氨基甲酸铵和氨构成。尿素反应器转化率是指转化为尿素的碳的摩尔数(即尿素的摩尔数)与溶液中的碳的总摩尔数(即转化的碳加上未转化的碳)之间的比率。汽提技术是用来回收未转化的氨和氨基甲酸铵并使其再循环回合成反应器的已知技术。根据该技术，反应器流出物在合适的汽提塔中经受热处理，以将氨基甲酸铵分解成氨和二氧化碳并移除大部分未转化的氨，可能借助于汽提介质(如二氧化碳)。汽提塔包括一束外部加热管；反应器流出物在管侧流动，在管的内壁上形成液膜(降膜汽提塔)。热源通常是蒸汽。汽提过程产生贫化液和在汽提塔顶部收集的含有氨和二氧化碳的气相。所述气相在高压氨基甲酸铵冷凝器中冷凝成氨基甲酸铵，并且氨基甲酸铵循环到合成反应器中。贫化液被送至尿素回收区，在此进一步除去未转化的氨基甲酸铵并产生循环溶液流，该溶液也被送至高压冷凝器。循环的溶液含有一些额外的水，这些水可以使蒸汽在较低压力下冷凝并且还可以使液体远离结晶的危险。这些额外的水最终再循环到尿素反应器，对转化率和工厂能耗有负面影响。汽提塔通常是一部分等压回路、合成反应器和冷凝器，这意味着汽提过程在与合成相同的高压下进行。反应器的流出物在约185℃的温度下进入汽提塔的管中。通过每个管的液膜的温度通常在管的第一部分中上升，达到峰值，并在管的第二部分中下降，出口温度低于入口温度，典型地在165到175℃的范围内。典型地在管长度的约30-40％处达到峰值温度。在现有技术中，该工艺以膜的峰值温度不大于200℃的方式进行设计和操作以避免腐蚀。因此，热源蒸汽通常处于不大于25巴的压力。汽提工艺被认为是尿素设备的最新技术，但仍有一些缺点。在尿素反应器出口处，尿素设备的转化率为60-63％，而一旦溶液通过高压汽提塔，则尿素设备的转化率增加到约80％。这是因为未转化的氨基甲酸铵通过汽提塔被部分去除，总的尿素浓度增大。与非汽提技术相比，这是显著的改进，然而在离开汽提塔的水溶液中仍然发现一定量的未转化的氨基甲酸铵。常规地，在低压下在至少一个其他尿素回收单元中进一步处理所述水溶液，所回收的氨和二氧化碳被冷凝并泵送回高压回路。第一个缺点是设备的成本和复杂性增大。另一个缺点是在尿素回收单元中产生的再循环溶液含有一些最终被引入高压回路、特别是引入反应器中的水，这对尿素合成的热力学和动力学具有负面影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是消除现有技术的上述缺点。上述目的通过根据权利要求1的尿素水溶液的汽提工艺得以实现。尿素水溶液是反应器流出物并包括未转化的氨基甲酸铵和氨。在反应器的相同或基本相同的压力(尿素合成压力)下并在使用二氧化碳作为汽提介质的降膜壳管式汽提塔中进行本专利技术的汽提。该工艺的特征在于，在管中形成的所述溶液的液膜具有至少220℃的峰值温度。优选地，所述峰值温度处于220℃至250℃的范围内。申请人已经发现，常规的汽提工艺的效率有限的一个原因在于反应器流出物中残留的氨基甲酸铵的分解温度在尿素合成的典型压力下高于200℃。因此，将降膜的峰值温度保持在200℃的现有技术工艺导致液膜明显低于管的第二部分的分解温度，该管的第二部分通常对应于管的总长度的约60-70％。结果，主要由于用作汽提介质的二氧化碳的汽提作用，从液膜中去除了未转化的氨基甲酸铵和氨。具体地，二氧化碳显著降低了氨分压，以促进未转化的氨基甲酸铵和氨根据传质效应(masstransfereffect)从液体释放到气相。这对汽提塔的回收能力产生很大的限制，因为对于管长的约60-70％其通过传质来驱使，而仅对于管总长的剩余30-40％其通过热分解来驱使。相反，根据本专利技术的220℃或更高的峰值温度促使在高压回路中氨基甲酸铵回收的急剧和预料不到的改进，这是因为汽提工艺的平均温度保持高于氨基甲酸铵的分解温度。与现有技术相比，本专利技术提供了二氧化碳向尿素的更好的转化。在一些实施例中，与常规汽提塔的80％的转化率相比，本专利技术实现了在汽提塔出口处96％或更高的转化率。所述至少96％的转化率对应于浓度为至少70重量％的尿素。在优选的实施例中，汽提塔流出物含有对应于不大于2重量％、更优选不大于1重量％浓度的量的未转化氨和/或对应于不大于4重量％、更优选不大于3重量％浓度的量的未转化氨基甲酸铵。考虑到二氧化碳具有44的分子量，氨具有17的分子量，氨基甲酸铵具有78的分子量，未转化的氨基甲酸铵3-4重量％的浓度也可以用作未转化的二氧化碳的约2重量％的浓度加上未转化的氨的约1.5重量％的浓度。这是将未转化的氨基甲酸铵浓度直接对应于反应物(即二氧化碳和氨)的方式。由于该工艺的较高平均温度，本专利技术的汽提可以称为“高温汽提”，并且相关设备可以称为“高温汽提塔”。本专利技术的高温汽提塔的管优选用不锈钢的外层以及耐热和耐腐蚀的内层来实现。优选地，所述内层由锆制成。更优选地，所述外层由超级奥氏体不锈钢(例如25Cr22Ni2Mo)或超级双相不锈钢(例如Safurex，DP28W)制成。优选地，通过在至少30巴的压力、更优选在35至50巴范围内的压力下的冷凝蒸汽来加热所述管。优选地，沿着汽提塔的管的液体降膜具有：在管入口处的第一温度，所述第一温度在175℃至195℃的范围内、优选在180℃至185℃的范围内；在管的中间区域中的峰值温度，所述峰值温度在220℃至250℃的范围内、优选是240℃；在所述管出口处的第二温度，所述第二温度比所述第一温度高5℃至10℃，优选是190℃至195℃。在高压回路中实现二氧化碳向尿素的较高转化(即在流出物中少量未转化的氨基甲酸铵)是本专利技术的一大优点，并且降低了随后的低压回收段的尺寸和成本，以及不可避免地再循环到反应器的水量。在本专利技术的一些实施方案中，高压汽提塔的流出物直接送至浓缩和精制段，即，在低于合成压力的压力下无需任何氨基甲酸铵分解的步骤。本专利技术还实现了更高的能量效率。通过向反应器中再次引入少量的水，本专利技术获得了较高的反应器转化率(即，70％，而普通反应器转化率为60-63％)，因此与现有技术相比，汽提塔和整个设备的能量消耗较低。而且，冷凝器能够输出更大量的能量，优选是以蒸汽的形式的能量。例如，另外的蒸汽可以用于对二氧化碳压缩机的蒸汽涡轮驱动提供动力。在所附权利要求中陈述了本专利技术的其他目的。借助于以下关于优选实施例的描述，这些优点将更加明显。附图说明图1示出了根据本专利技术的一个实施例的尿素设备的方框图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种汽提尿素水溶液的工艺，所述尿素水溶液包括未转化的氨基甲酸铵和氨，其中，所述溶液与充当汽提介质的气态二氧化碳接触，并且所述汽提基本上在所述溶液的合成压力下进行，其特征在于，所述工艺在降膜壳管式的汽提塔中实施，其中，在所述汽提塔的管中形成的所述溶液的液膜具有至少220℃的峰值温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.11 EP 15199482.91.一种汽提尿素水溶液的工艺，所述尿素水溶液包括未转化的氨基甲酸铵和氨，其中，所述溶液与充当汽提介质的气态二氧化碳接触，并且所述汽提基本上在所述溶液的合成压力下进行，其特征在于，所述工艺在降膜壳管式的汽提塔中实施，其中，在所述汽提塔的管中形成的所述溶液的液膜具有至少220℃的峰值温度。2.根据权利要求1所述的工艺，所述峰值温度在220℃至250℃的范围内。3.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述汽提塔的管包括不锈钢的外层以及耐热和耐腐蚀的内层。4.根据权利要求3所述的工艺，所述外层是超级奥氏体不锈钢的或超级双相不锈钢的。5.根据权利要求3或4所述的工艺，所述耐热和耐腐蚀的内层由锆制成。6.根据上述权利要求中任一项所述的工艺，其中，通过处于至少30巴的压力下的冷凝蒸汽加热所述管。7.根据上述权利要求中任一项所述的工艺，提供一种贫化液，所述贫化液包括浓度为至少70重量％的尿素。8.根据上述权利要求中任一项所述的工艺，提供一种贫化液，所述贫化液含有对应于不大于2重量％、更优选不大于1重量％浓度的量的未转化的氨和/或对应于不大于4重量％、更优选不大于3重量％浓度的量的未转化的氨基甲酸铵。9.根据上述权利要求中任一项所述的工艺，所述液膜具有：在管入口处的第一温度，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢卡·鲁尼奥内，
申请(专利权)人：卡萨尔公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH