高能效的尿素生产方法技术

尿素生产方法。在该方法中，在反应段生成的尿素溶液经下列程序先后作处理，先在与反应段压力相同的初级热分解器中进行，再将部分残留的氨基甲酸铵分解为各个组分，然后在绝热反萃取器中进行处理，其中游离氨在低于合成压力１－７ＭＰａ的压力下作ＣＯ↓［２］反萃取，而后在降压情况下通过另外两个氨基甲酸铵热分解段。在压力低于合成压力的那些步骤中得到的气态产物，与来自下流段的循环溶液相混合，经上述下流段的热传递而冷凝，并作为液体循环到反应中。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及尿素的生产，特别是由氨和二氧化碳作起始原料的高能效的尿素合成方法。在熟知的工艺中，工业上的尿素生产过程主要是基于在高温(例如175-250℃)、高压(例如12-25MPa)下，由氨和二氧化碳合成氨基甲酸铵，上述反应是按照下列放热反应进行的然后，在同一反应段内并在同样的条件下按照下列吸热反应脱水成尿素这一反应与氨基甲酸铵的形成是连续进行的。然而，在所述条件下，第一步反应很快并且有强烈地向右移动的倾向，而氨基甲酸铵的脱水反应很慢，并且为部分向右移动。氨基甲酸铵向尿素转变的程度取决于所规定的操作条件。在反应器中的停留时间以及氨对于氨和二氧化碳之间化学计量比的过量情况。为了获得较高的尿素转化率并限止其它有害副产品如缩二脲及其同系物的形成，在工业生产过程中反应段内NH3/CO2的摩尔比维持在2.5～5之间。于合成段所得的流出物，实际上包括有尿素溶液，水，未转化的氨基甲酸铵以及游离氨。含于所述流出物中的游离氨以及氨基甲酸铵必须分离出来，并循环进入合成段使之全部转变为尿素，使得从工厂车间排放的实际上仅仅是按照下列总反应式进行反应的产品尿素和其化学计量的水根据该反应式，氨基甲酸铵脱水时，每一摩尔的尿素伴随着有一摩尔水的生成。在某些成功的工业方法中，如以Snamprogetti各义登记注册的英国专利GB2087381以及以Montedison名义登记注册的美国专利4208347等，已开始对未转化的氨基甲酸铵实施最初的回收工作，在同样压力条件下，在用作为合成器的初级分解器中通过热流质(通常是采用中等压力的蒸气)的热传递来加热溶液，使部分未转化的氨基甲酸铵热分解成尿素，并释放出部分溶解的游离氨，较好地是在一个垂直的热交换器中进行，这样尿素溶液作为薄膜形式流动，以利两相之间的质量传递(mass transfes)。利用气态的氨气流注入初级分解器的底部可任意地使氨基甲酸铵的分解更加顺利。此外，流出物中含有的过量的氨可以被用作自身反萃剂。在这些方法中包括具有相同压力下的初级分解步骤作为合成反应，氨基甲酸铵分解所产生的蒸汽通常进入合成段进行再循环利用。该循环既可以直接在气相中进行以维持反应器的热能量，也可分别地回收部分产生自于分解器中气相冷凝放出的热量，并制造出可供工厂立间其它工序使用的蒸气，然后向反应器中注入作为混合相的循环气流。从这个初级分解步骤中，得到了尿素溶液，其含有降低量的氨基甲酸铵以及过量的游离氨。在以Montedison名义登记注册的欧洲专利98396中提出了初级氨基甲酸铵分解步骤之后过量氨的除去步骤，该步骤是在相同压力下作为合成段进行的，其包括在一个薄膜交换器中用二氧化碳气流进行逆流汽提，利用限于管束上部的蒸汽的冷凝同时供给交换器的壳层热量。因此在管束下部的操作是在绝热条件下进行的。然而，从本项专利的描述中暴露出这样一个问题，即残留游离氨除去过程所需的绝热部分造成尿素溶液中残留的氨基甲酸铵的含量升高，从而严重影响了随后的工序，使之不得不在能量不充足的情况下回收氨基甲酸铵，因而大大增加了能耗。在Stamicarbon名义登记注册的欧洲专利213669中提出离开反应段，在反应压力下用部分注入的二氧化碳对尿素溶液进行绝热反萃取，而不对其进行初级热分解处理。但这种处理仅限于流出物的一小部分(30-50%)，对大部分(50-70%)流出物还需使用外部的热量供应，用二氧化碳进行常规的反萃取。在这个过程中，仅有少部分可以进入随后的氨基甲酸铵中压分解步骤，在易控制的温度水平下回收的冷凝热量也仅能用于这一小部分，大部分则直接进入低压热分解步骤，在这里大部分流出物冷凝释放出的热量须在一个较低的温度下进行回收，而这样的温度在工厂生产中是不易获得的，必须用冷凝水进行处理，从而增加了整个生产过程中的能耗。这种通过以正确地保持那些沿着各自途径流动的平行气流的分割的办法也是很难实施的。本专利技术提供了一个尿素合成方法，其克服了前述方法的缺点，包含了一个高能效的循环。根据本专利技术，对离开初级热分解器(其压力与合成器的相同)的尿素溶液在绝热反萃取段用压力为低于合成段1-7MPa的二氧化碳进行处理，从顶部获得一蒸汽混合物，其实质上由氨，二氧化碳和水组成。根据本专利技术，此气态流将与来自中压下的氨基甲酸铵回收步骤的液态循环进行混合，然后通过热传递冷凝，将热量转给在中压下(1-4MPa)进行氨基甲酸铵回收处理的尿素溶液。根据本专利技术，得自中压下回收步骤的蒸汽混合物与低压下(约0.35MPa)的循环溶液进行混合，然后在一个使热量能有效地用于最终的尿素溶液真空浓缩步骤的温度水平下进行冷凝。基于这种考虑，反应混合物的NH3/CO2比应围绕“共沸点”变化，即处于该点时，液相和气相的组成恰好能提供一个最高可能温度下的冷凝，而根据本专利技术的方法，可使潜在的热量，甚至产自于中压步骤的气相中的热量得到有效的回收利用。这种操作方式导致了氨基甲酸铵冷凝过程所释放量的有效回收，明显地改善了此过程的能效。这种中压下用围绕共沸点的NH3/CO2摩尔比来冷凝分解产物的方法，能使从冷凝步骤中加入的稀释水降至最小量，从而也使进入合成段的水循环降至最低限度，因此大大改善了氨基甲酸铵向尿素的转化，因为水的存在可阻碍该反应的进行。按照本专利技术，操作方法必然包括下列处理步骤-在NH3/CO2摩尔比为2.5～5，最好为3.5～4.5，温度为175-220℃，最好是185～200℃，相应压力为13～23MPa条件下的该高压反应段操作，生成含有未转化氨基甲酸铵和游离氨的尿素溶液。选择适宜的反应条件以获得反应器中液体和蒸汽之间的实质平衡即反应混合物实际上处于沸腾状态，作这种选择时应考虑到不冷凝物的存在。-将得自反应段的溶液送入初级的分解器中，操作温度为200-210℃，在供给热量的条件下最初一部分氨基甲酸铵分解，并有部分溶解于来自反应器的流出物中的氨释放出来，操作是在与反应段相同压力下进行的，此初级分解器的气态产物将以气体形式进入反应段进行循环。-将未转化成尿素的具有NH3/CO2在6～12，最好是在8～10之间的，得自初级分解器的尿素溶液送入一个绝热的反萃器中，通过占优势部分进行逆流接触，使游离的溶解氨从溶液中反萃取出来，所述的占优势部分一般多于70%，最好多于90%，或者与全部送入工序的CO2进行接触，操作是在低于反应段1-7MPa，最好是低于2-5MPa的条件下进行的。-得自于绝热反萃取器中的尿素溶液具有的未转化成尿素的NH2/CO2摩尔比在2.0～4.0，最好是2.5～3.5之间。将其送入1～4MPa中等压力的二级热分解器中，在此分解所需的热量由蒸汽混合物的冷凝提供，该蒸汽混合物得自居前的绝热反萃取步骤(在分解步骤的循环氨基甲酸铵溶液混合之后)。-将用于维持二级分解器热量的，来自绝热反萃器产生的蒸汽的部分冷凝而成的液气混合物，送入二级最终冷凝段，在此产生可供其它工序使用的蒸汽，然后以液相形式进入合成反应器，再循环利用。-用NH3/CO2摩尔比为2～4，最好是2.5～3.5的冷凝物，使得自二级分解器(其操作是在中压下进行的)的蒸汽混合物冷凝，其中至少有一个冷凝步骤是在与二级分解器相同的压力下进行的。冷凝过程释放出来的热量将用于下一步浓缩段中尿素溶液的浓缩。所产生的冷凝物循环进本文档来自技高网...

【技术保护点】
从氨和二氧化碳经合成来生产尿素的方法，在该方法中，合成反应器Ｒ１操作条件为：ＮＨ↓［３］／ＣＯ↓［２］摩尔比在２．５至５之间；温度为１７５－２２０℃且较可取的为１８５－２００℃；且相应地在１３－２３ＭＰａ的压力下，Ｒ１反应器在此条件下生产出尿素溶液，而后使该尿素溶液进入初级分解器ＨＥｌ中在外部加热下分解那些未脱水成尿素的氨基甲酸铵，上述初级分解器实质上是在与合成反应器相同的压力下进行操作的，分解产物呈气相循环入合成反应器中，由初级分解器在２００－２１０℃下操作而产生的尿素溶液含有未转化为尿素的ＮＨ↓［３］与ＣＯ↓［２］之率在６－１２之间，且较可取地与８－１０之间，将其投入到处理部分以除去溶解性的游离氨，然后，至一个或多个部分中进行热分解和残余氨基甲酸铵的冷凝，较可取地为两个部分，操作在中等压力（１－４ＭＰａ）及低压（０．３－０．５ＭＰａ）下进行，其特征在于：－－将与合成压力相同压力的初级分解器中流出的尿素溶液，在绝热反萃取柱Ｃ１中与进料ＣＯ↓［２］的优势部分，即多于７０％的ＣＯ↓［２］进料，进行逆流处理，操作压力为低于合成压力的１－７ＭＰａ，在上述绝热反萃取中产生的蒸汽相与在初级连续性氨基甲酸铵冷凝段中所产生的循环氨基甲酸铵溶液相混合，然后在至少两个串联的冷凝段ＨＥ２和ＨＥ３中进行冷凝，其中初级段进行部分冷凝，二级段完成氨基甲酸铵冷凝，操作实质是在与产生冷凝物时相同的压力下进行的，冷凝物作为液相循环至合成器中；－－经用二氧化碳从绝热反萃取中所得到的，且未转化为尿素的氨／二氧化碳之比率在２．０－４．０间的尿素溶液，被加到分离器Ｖ２中的二级热分解段进行热分解，操作压力为１－４ＭＰａ，分解所需热量由在上述热交换器ＨＥ２中进行的部分冷凝来提供。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：F格拉尼里，G卡洛尼，
申请(专利权)人：斯南普罗吉蒂联合股票公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]