用于合成尿素的方法和设备技术

一种用于由氨和二氧化碳合成尿素的方法，其中：尿素合成是在合成回路中用汽提方法进行的，合成回路至少包括反应器(1)、汽提塔(2)和冷凝器(3)；在汽提塔中处理反应器流出物以去除未反应的氨和二氧化碳；将来自汽提塔的尿素溶液(14)送至低压回收段(4)；将汽提塔蒸汽分成引导至反应器的第一部分(151)和送至冷凝器的第二部分(152)；冷凝器(3)是壳管式釜式冷凝器，其中汽提塔蒸汽的冷凝在管侧(30)中进行；将来自冷凝器的含氨基甲酸酯的流出物(20)返回至反应器。回至反应器。回至反应器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于合成尿素的方法和设备


[0001]本专利技术涉及一种用于合成尿素的方法和设备。特别地，本专利技术涉及用于合成尿素的CO2汽提方法的改进。

技术介绍

[0002]用于合成尿素的工业方法的概述可以在Meessen,“Urea”,Ullmann
’
sEncyclopedia of Industrial Chemistry,Wiley
‑
VCH Verlag,2010中找到。
[0003]在从反应器中抽出的含尿素的流出物溶液的处理过程中，使用气态CO2作为汽提助剂，从而命名了CO2汽提方法。该汽提步骤通常在蒸汽加热的壳管式汽提塔中进行，其中反应器流出物以降膜方式流过管侧，并且从管底部逆流进料气态CO2。由热蒸汽提供的热量引起包含在溶液中的未转化的氨基甲酸铵的解离，并且气态CO2降低了氨的分压，有助于氨基甲酸酯的分解。
[0004]因此，汽提步骤产生在汽提塔底部收集的尿素溶液，尿素溶液具有降低的未转化的氨基甲酸铵含量，和主要由氨和二氧化碳组成的汽提塔顶部气体流。
[0005]在回收段中进一步处理尿素溶液以去除未转化的氨基甲酸酯。顶部气流通常在循环氨基甲酸酯溶液的帮助下在高压冷凝器中冷凝，并且将如此获得的冷凝物送回至反应器。冷凝器的冷却介质通常是被蒸发而产生蒸汽的水。
[0006]因此，CO2汽提设备通常包括高压合成段，包括反应器、汽提塔、冷凝器和洗涤器。所述部件形成所谓的高压回路，其中，反应器的流出物进入汽提塔，从汽提塔出来的顶部气体进入冷凝器，并且从冷凝器抽出的冷凝物循环回到反应器。
[0007]在CO2汽提设备中遇到的问题是确保在这个高压合成回路中在部件之间的适当循环。为此目的，可能必须将部件安装在不同的高度处，例如，将洗涤器放置在冷凝器上方以确保冷凝物从洗涤器流到冷凝器，并且将冷凝器放置在反应器上方以确保冷凝物从冷凝器流到反应器。然而，这种安装是昂贵的。
[0008]EP 2297094公开了CO2汽提方法的演变，其中冷凝器是提供另外的合成空间的卧式釜装置。冷凝器是壳管式装置，其中汽提塔气体的冷凝在壳侧进行，冷却水进料至管侧。
[0009]由于冷凝器的水平布局和新鲜CO2在反应器和汽提塔之间的分离，这种设计可以降低装备的高度。然而，该解决方案具有缺点。
[0010]第一缺点是在壳侧进行冷凝，这意味着冷凝器的整个压力容器必须抵抗合成压力(远高于100巴)和尿素工艺流体的侵蚀环境。因此，该设计的冷凝器相当昂贵。
[0011]第二个缺点是，偏离部分新鲜CO2直接进入反应器不利于汽提塔氨效率。
[0012]WO 2019/083367公开了用于尿素汽提设备的高压氨基甲酸酯冷凝器。

技术实现思路

[0013]本专利技术旨在改进CO2汽提尿素方法和相关设备。特别地，本专利技术旨在降低装备的成本并提供低高度的合成回路，与现有的解决方案相比，低高度的合成回路的安装更简单并
且更便宜。因此，本专利技术的另一目的是降低CO2汽提设备的合成段的资本成本。
[0014]这些目的通过根据权利要求的方法和设备来实现。
[0015]在本专利技术中，进料至汽提塔的气态CO2表示输入到合成回路的全部量的新鲜CO2，即，没有CO2直接进料至反应器。相关的优点是汽提塔的效率最佳。
[0016]汽提塔顶部气体(也称为汽提塔蒸汽)，即从汽提塔出来的含氨和二氧化碳的气体分成送入反应器的第一部分和送入冷凝器的第二部分。汽提塔蒸汽的这种划分可以根据EP 1 036 787进行。相关的优点是，惰性气体在反应器中的积聚保持到最小。
[0017]冷凝器是具有管侧和壳侧的壳管式釜式冷凝器，并且将所述汽提塔顶部气体的第二部分送至管侧用于冷凝。相关的优点是将高压和侵蚀性工艺流体限制在冷凝器的管侧中。壳侧和特别是大压力容器必须不能设计成抵抗含氨基甲酸酯的尿素溶液的高压和腐蚀侵蚀。这降低了冷凝器的资本成本。
[0018]从冷凝器中抽出的含氨基甲酸酯的冷凝物流随后循环到反应器中。
[0019]根据本专利技术的合成段需要用于安装的减小的高度。在优选实施例中可以进一步减小高度，例如通过提供喷射器以将冷凝物流进料至反应器中，和/或通过采用具有改进的设计的立式反应器，该立式反应器具有减小的高度和增加的尺寸(例如直径)。因此，合成段的装备的制造和安装的资金成本是有竞争力的。
[0020]本专利技术的优选实施例
[0021]从冷凝器的管侧抽出的含氨基甲酸酯的冷凝物流可以原样或通过氨基甲酸酯分离器循环到反应器。可以提供所述氨基甲酸酯分离器来将冷凝器的流出物(典型地是双相混合物)分离成含氨基甲酸酯的液体和蒸汽相。然后将液体送至反应器。蒸汽相可以主要由不可冷凝的气体组成并且可以被排出。
[0022]含有氨基甲酸酯的液体，优选在上述氨基甲酸酯分离器中相分离之后，可以经由喷射器进料至反应器。更优选地，喷射器的驱动流为新鲜氨流。在替代实施例中，含氨基甲酸酯的液体可以通过重力流向反应器。具有喷射器的实施例是优选的，因为它不需要将冷凝器安装在反应器上方，因此降低了装备的高度。
[0023]进料至喷射器的新鲜氨可表示输入至合成回路的新鲜氨的大部分，优选输入新鲜氨的至少80％。剩余部分的新鲜氨可通过与送至冷凝器的部分汽提塔顶部气体混合而进入回路中。
[0024]根据各种实施例，可以将引导至冷凝器的汽提塔顶部气体与以下的一种或更多种混合：从反应器排出的惰性气体流；新鲜氨流；来自回收段的含氨基甲酸酯的循环溶液。混合可以在引入冷凝器的管侧之前进行。
[0025]在实施例中，尿素合成段(高压回路)不包括高压洗涤器。因此，将从反应器排出的惰性气体流在将所述汽提塔蒸汽引入冷凝器的管侧之前与汽提塔蒸汽的第二部分混合。
[0026]在优选的实施例中，将引导至冷凝器的汽提塔顶部气体的部分与新鲜氨、来自反应器的排气和来自回收段的氨基甲酸酯循环溶液混合。如此引入到冷凝器中的新鲜氨可以是输入到合成回路的氨的较小部分，例如20％或约20％。剩余部分可以例如经由喷射器(当提供时)直接引入到反应器中。
[0027]必须去除反应器的顶部气体以避免惰性气体在反应器本身中积聚。然而，可以从反应器顶端排出的顶部气体包含一些氨和二氧化碳。将这个反应器排气与引导至冷凝器的
汽提塔气体混合具有以下优点：包含在排气中的反应物(氨和二氧化碳)可以经由冷凝回收。
[0028]这个实施例的又一个优点是，通过将废热传递至进料至该合成回路的新鲜氨，以预热所述新鲜氨，可以提高该方法的总效率。提供给该流的所有热量最终在冷凝器中作为可用于回收段的低压蒸汽回收。这可以将汽提塔MP流消耗降低至预热器中传递至氨的热的大约一半的机会。
[0029]在不同的实施例中，反应器排气可在高压洗涤器中与氨基甲酸酯循环溶液接触，从而获得被送至冷凝器的管侧的溶液。
[0030]优选地，冷凝器的壳侧在压力不大于6巴、优选地2至6巴下被冷却流体穿过，该冷却流体优选地是沸水。冷凝器的管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于由氨和二氧化碳合成尿素的方法，其中：所述尿素合成是在合成段中用汽提方法进行的，所述合成段至少包括反应器(1)、汽提塔(2)和冷凝器(3)；在所述反应器(1)中在合成压力下进行氨和二氧化碳至尿素的转化，同时形成含尿素和未转化的氨基甲酸铵的水状流出物(11)；在所述汽提塔(2)中进行所述反应器流出物(11)的汽提步骤，其中所述反应器流出物被加热并且与作为汽提助剂的气态二氧化碳(12)接触，同时形成含尿素的溶液(14)和主要包含氨和二氧化碳的汽提塔蒸汽(15)；将来自所述汽提塔的所述含尿素的溶液(14)流出物送至低压回收段(4)用于进一步处理；进料至所述汽提塔的所述气态二氧化碳(12)表示新鲜二氧化碳完全输入至所述合成段；将所述汽提塔蒸汽(15)分成被送到所述反应器中的第一部分(151)和被送到所述冷凝器的第二部分(152)，所述冷凝器(3)是具有管侧(30)和壳侧(31)的壳管式釜式冷凝器，并且所述汽提塔蒸汽的第二部分(152)被送至所述管侧(30)用于冷凝；含氨基甲酸酯的冷凝物流(20)从所述冷凝器的管侧被抽出并返回至所述反应器。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含氨基甲酸酯的冷凝物流(20)经由氨基甲酸酯分离器(5)返回至所述反应器，所述氨基甲酸酯分离器(5)将含氨基甲酸酯的液体(21)与所述冷凝器的流出物分离，并且将所述液体送至所述反应器。3.根据权利要求2所述的方法，其中，将在所述氨基甲酸酯分离器中获得的所述含氨基甲酸酯的液体(21)与新鲜氨(22)一起经由喷射器(6)送至所述反应器。4.根据权利要求3所述的方法，其中，进料至所述喷射器(6)的所述新鲜氨(22)表示输入至所述合成段的新鲜氨的大部分，优选地输入的所述新鲜氨的至少80％。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在引入所述冷凝器的所述管侧中之前，将所述汽提塔蒸汽的第二部分(152)与新鲜氨流(17)和/或与来自所述回收段(4)的含氨基甲酸酯的循环溶液(18)混合。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述尿素合成段不包括高压洗涤器，并且在将所述汽提塔蒸汽引入所述冷凝器的管侧之前，将从所述反应器排出的惰性气体流(16)与所述汽提塔蒸汽的第二部分(152)混合。7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述合成段输入的所述新鲜氨经被所述喷射器部分地引入所述反应器中，并在引入所述冷凝器的管侧之前部分地与所述汽提塔蒸汽混合。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述冷凝器的所述壳侧(31)在不大于6巴、优选2至6巴的压力下由冷却流体穿过，所述冷却流体优选为沸水。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在120巴至180巴的压力下合成尿素，...

【专利技术属性】
技术研发人员：莱昂纳多，
申请(专利权)人：卡萨乐有限公司，
类型：发明
国别省市：