尿素合成工艺中的高压回路的改进制造技术

公开了一种用于生产尿素的工艺及相关设备布局，其中高压回路（１）包括合成反应器（２）、热气提塔（３）、冷凝器（４）及置于所述热气提塔上游的绝热ＣＯ２气提塔（１０），绝热ＣＯ２气提塔用以将包含氨与二氧化碳的气相（１３）从自该反应器排出的尿素溶液（９）中分离出。绝热气提塔（１０）可以包括在反应器（２００）中，所述反应器具有顶部反应区域和底部绝热气提区域。还公开了一种根据本发明专利技术的工艺对传统尿素生产设备进行的改进方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种生产尿素的新工艺。本专利技术提供了对传统工艺的高压合成回路的改进且适于新设备及适于改进现有的自气提尿素生产设备及二氧化碳气提尿素生产设备。
技术介绍
自气提工艺或热气提工艺是用于合成尿素的熟知工艺。其通常称为斯纳姆 (Snamprogetti)工艺，在六十年代末由斯纳姆研究而成。此工艺及相关设备的公开内容例如可以在GB 1M2371中找到。在世界范围内，很多尿素生产设备利用此工艺。基本上，自气提工艺提供了在约150巴-160巴的高压反应器中氨NH3与二氧化碳 CO2之间的反应。该反应器中的氮碳摩尔比N/C通常约为3. 2-3. 4。包含自由态的未反应氨与未转化氨基甲酸铵的尿素水溶液由反应器排出。此尿素溶液在高压气提塔中被加热以分解氨基甲酸铵且回收氨及co2。包含气提塔中产生的氨及 CO2的气相在高压冷凝器中冷凝且回收到所述反应器中。该反应器、气提塔及冷凝器形成所谓的高压部分或高压回路。通常，所述设备还包括具有中压(MP)分解部分及低压(LP)分解部分的回收部分以进一步分解氨基甲酸铵且将氨及氨基甲酸盐回收到反应区域中。气提塔通常为热交换器，在气提塔中，来自反应器的尿素溶液被送入蒸汽加热管束中，不需要另外使用气提气体。由蒸汽提供的热导致氨基甲酸盐部分分解为二氧化碳及氨，该二氧化碳及氨与部分游离氨在气提塔顶部回收。在一些情况下，氨用作气提剂。该冷凝器通常是壳管式、水平釜单元，在该冷凝器中，在回收自MP部分及LP部分且用作冷凝液的回收氨基甲酸盐溶液存在的情况下，气相在管端冷凝。冷凝热用来产生蒸汽。反应器中的转换率很低，通常约为60%。如果该反应器在氨较高程度地过量时操作，则转换率可以较高；然而，这会将过量氨排放到气提塔及下游的中压部分及低压部分中，由于过量氨必须在MP/LP部分中被分离且冷凝，增大了这些设备的负荷。出于这些原因，该反应器通常以小于3. 2-3. 4的NC比工作。因此，需要改进转换率，而不具有增大MP部分及LP部分的负荷的缺点。人们感到需要新生产设备及需要改进以上述步骤操作的现有自气提尿素生产设备。在本说明书中， 术语“改进”表示改进现有设备，以提高其性能且获得例如更大的生产能力和/或更好的转换率或者减少能量消耗，例如减少供给该气提塔的蒸汽。另一熟知的工艺是CO2气提工艺，其中二氧化碳作为气提介质送入高压气提塔。 CO2气提工艺具有一些优势特征，但在大型设备尤其是气提塔中受到限制。尤其是例如每天产生超过3500吨尿素的大型设备能感受到此限制。
技术实现思路
本专利技术的技术问题是克服合成尿素的现有工艺的上述缺点。本专利技术公开了氨与二氧化碳在高压回路中反应的工艺，所述高压回路至少包括合成反应器、热气提部分与氨基甲酸盐冷凝部分，所述工艺的特征在于所述反应器中产生的尿素溶液在绝热气提部分中经历绝热气提处理，以二氧化碳作为气提介质，获得液态尿素溶液及包含氨与二氧化碳的气相；在所述绝热气提工艺中获得的所述尿素溶液在所述热气提部分中进一步经历热气提；所述气相回收到所述合成反应器中的反应区域中。根据本专利技术的一个方面，所述绝热气提处理被控制，使得所述合成反应器中的N/C 比大于所述热气提部分的入口处的尿素溶液的N/C比。优选地，所述合成反应器以在4与 6之间、更优选地约为4. 5的N/C比工作，而所述热气提部分的所述入口处的N/C比约保持在2至4，优选地为2.6。在本说明书中使用了与气提部分相关的术语“热气提部分”，在所述热气提部分中，所述气提处理包括例如通过蒸汽加热的热输入，因此所述热气提部分包括不添加任何气提介质的自气提单元或者包括还通过二氧化碳流促进尿素溶液分解的(X)2气提单元。因此，本专利技术的一方面提出了一些二氧化碳输送到所述热气提部分中以用作气提介质。在一优选实施方式中，供给的全部二氧化碳分成导引到所述绝热气提部分的第一部分、导引到所述反应器的第二部分及导引到所述热气提部分的第三部分。优选地，供给的全部二氧化碳的20%到60%输送到所述热气提部分，且剩余部分在所述反应器与所述气提部分之间分摊。所述剩余部分更优选地以大体相同的部分在所述反应器与所述气提部分之间分配。所述绝热气提处理在与所述反应器的压力大致相同的压力下执行。根据不同实施方式，所述绝热气提部分可以通过以下实现在所述反应器与现有气提部分之间的(多个) 外部单元或者包括在所述反应器自身中的气提单元。在本说明书中，为了简洁，还提到热 “气提塔”或绝热“气提塔”，指的是上述气提部分。本专利技术的工艺是对生产尿素的已知技术，包括传统的自气提工艺和(X)2气提工艺， 的大幅改进。本专利技术提供了包括反应器与绝热气提塔的用于氨再循环的第一回路以及包括绝热气提塔和热气提塔的第二回路。因此，反应器中的N/C比在一定限度内是独立于热气提塔和回收部分中N/C比的。此自由度可以用来在没有不期望的过量氨被排放到气提塔和 MP/LP部分的情况下增大转换率。由此，反应器可以在一定的过量氨下操作，而保持热气提塔中的N/C比和回收部分中的N/C比几乎不变。视环境而定，与传统的自气提设备的约为60%的转换率相比，本专利技术的转换率可以达到68% -75%。另一优势在于，由于反应器中的N/C比，热气提塔耗费的蒸汽通常降低 15%-30%。此降低的耗费本身就是优势，且为增强整个设备的性能留有空间。将一部分 CO2输送到热气提塔中具有其它优势在下游的MP部分中需要回收较少的氨。回收的NH3 与氨基甲酸盐可以减少约30 %。在新设备中，此意味着对于给定的尿素产能，该中压部分比现有技术中的中压部分简单、价廉；在改进的旧设备中，此意味着MP部分的某些设施可以停止操作，或者另一方面，现有的MP部分对增大产率留有大量余地。优于传统的自气提工艺的另一优势在于，冷凝器中的N/C比可以降低，允许较高的冷凝温度。冷凝器的出口处的溶液的N/C比优选地为2到3. 5，且更优选地为2. 5，即远小于现有技术中所用的值3. 5-4。此意味这冷凝器中的Δ T(温度差)较大且因此冷凝更有效。另一相关优势在于，由于温度较高，在冷凝器中形成更多的尿素。由于水作为产物，还可以降低HC比(H2O与CO2之间的比率)，对反应平衡的右移有积极作用。例如，在自气提设备中，所述HC比从典型值0.9变化到较低值0.6-0. 7。一种适于根据上述工艺进行运行的用于生产尿素的设备包括高压回路，所述高压回路至少具有合成反应器，其接收供给的氨及二氧化碳；热气提部分，其包括至少一个气提塔；及冷凝部分，其包括至少一个氨基甲酸盐冷凝器；且所述设备的特征在于至少另一气提部分，所述至少另一气提部分担当绝热二氧化碳气提部分且设置在所述反应器与所述热气提部分之间；将所述反应器中产生的所述尿素溶液输送到所述绝热气提部分的装置，及将自所述绝热气提部分回收的尿素溶液输送到下游的热气提部分的装置；用于将在所述绝热气提部分中回收且包含二氧化碳及氨的气相回收到所述合成反应器中的所述反应区域的装置。如上文，提到的“热气提部分”指的是包括至少一个加热(例如，蒸汽加热)气提塔的气提部分，所述至少一个加热气提塔可以根据自气提工艺或(X)2气提工艺运行。在另一实施方式中，气提部分包括在反应器中，所述反应器包括上部反应区域与下部绝热气提区域。所述下部绝热气提区域接收来自本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于生产尿素的工艺，在所述工艺中，氨与二氧化碳在高压回路（１）中反应，所述高压回路（１）至少包括合成反应器（２，２００）、热气提部分（３）及氨基甲酸盐冷凝部分（４），所述工艺的特征在于：在绝热气提部分（１０）中用二氧化碳进料（１１）作为气提介质，对通过使所述氨与二氧化碳反应而产生的尿素溶液（９）进行绝热气提处理，获得液态尿素溶液（１２）和包含氨与二氧化碳的气相（１３）；在所述热气提部分（３）中对在所述绝热气提处理中获得的尿素溶液（１２）进一步进行热气提；及所述气相（１３）被回收到所述合成反应器的反应区域中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：费德里柯·扎尔迪，
申请(专利权)人：卡萨尔尿素公司，
类型：发明
国别省市：CH