專利名稱：尿素的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)尿素汽提工藝在尿素合成反應(yīng)器中由二氧化碳和氨制備尿素的方法。
例如，在GB 1,542,371中描述了這種方法。根據(jù)該方法，在高壓汽提塔中熱汽提于尿素合成反應(yīng)器中獲得的尿素合成溶液。在該高壓汽提塔中，通過(guò)提供熱量從該尿素合成溶液中除去氨基甲酸銨和剩余的氨。隨后，在高壓冷凝器中冷凝在汽提過(guò)程中獲得的氣態(tài)產(chǎn)物。將汽提過(guò)的尿素合成溶液通到中壓分解器中，在那里仍然存在的氨基甲酸銨被分解成CO2和NH3。中壓分解所需的熱量由在高壓汽提尿素合成溶液過(guò)程中形成的蒸汽冷凝物提供。
此處和下文中的高壓指的是12.5-20MPa的壓力，此處和下文中的中壓指的是1.5-5MPa的壓力。
意想不到地，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在上述方法中使用浸沒(méi)式冷凝器(submerged condenser)作為高壓冷凝器時(shí)，在高壓冷凝器中形成的蒸汽A具有這樣的溫度與壓力以致其可以與蒸汽冷凝物結(jié)合在一起用于中壓分解尿素合成溶液中的氨基甲酸銨。
蒸汽冷凝物和蒸汽A的結(jié)合使用存在以下優(yōu)點(diǎn)，即至少一部分蒸汽冷凝物可用于其它目的。這是因?yàn)樵撜羝淠锞哂忻黠@高于在中壓分解中應(yīng)用所需的溫度和壓力。該蒸汽冷凝物可在尿素制備方法中或以外的其它地方更好地起作用。例如，在尿素制備方法中，該蒸汽冷凝物可以膨脹到1.2MPa的壓力，然后用于驅(qū)動(dòng)真空噴射器或用于驅(qū)動(dòng)例如CO2壓縮機(jī)、NH3或氨基甲酸鹽泵。
蒸汽冷凝物和蒸汽A的使用量取決于中壓分解所需的蒸汽的溫度和壓力。在中壓分解中，較高的所需溫度和壓力比較低的所需溫度和壓力需要更多的蒸汽冷凝物。蒸汽冷凝物和蒸汽A的量還取決于蒸汽冷凝物在尿素制備裝置內(nèi)外的潛在應(yīng)用。如果該蒸汽冷凝物可以用于其它各種用途，則當(dāng)然蒸汽A的量盡可能大是有益的。
優(yōu)選地，只將蒸汽A用于尿素合成溶液中的氨基甲酸銨的中壓分解。這是可能的，因?yàn)樵谑褂媒](méi)式冷凝器的地方，蒸汽A在大多數(shù)情況下具有能夠用于中壓分解的溫度和壓力。如此，也能夠在其它地方使用所有的蒸汽冷凝物。
可以通過(guò)在適當(dāng)?shù)膲毫?例如12-40MPa)和適當(dāng)溫度(例如160-250℃)下將過(guò)量的氨與二氧化碳一起加入到合成區(qū)中來(lái)制備尿素，這首先導(dǎo)致根據(jù)以下反應(yīng)形成氨基甲酸銨
然后，根據(jù)以下平衡反應(yīng)，形成的氨基甲酸銨脫水以形成尿素
這些反應(yīng)完成的程度尤其取決于溫度和使用的氨的過(guò)剩量。作為反應(yīng)產(chǎn)物，獲得基本上由尿素、水、游離氨和氨基甲酸銨組成的溶液。需要從該溶液中除去氨基甲酸銨和氨，優(yōu)選的是將氨基甲酸銨和氨回收到合成區(qū)中。除上述溶液之外，在合成區(qū)中還出現(xiàn)了未轉(zhuǎn)變的氨和二氧化碳以及惰性氣體的氣體混合物。從此氣體混合物中除去氨和二氧化碳，優(yōu)選的是也將它們回收到合成反應(yīng)器中。
通過(guò)例如尿素汽提工藝制備尿素。尿素汽提工藝應(yīng)理解為一種用于制造尿素的方法，其中在與合成反應(yīng)器中壓力基本相等的壓力下，將未轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩氐陌被姿徜@分解，并將通常過(guò)量的氨排出。例如，通過(guò)加入熱量，在位于合成反應(yīng)器下游的一個(gè)或多個(gè)汽提塔中發(fā)生此分解/排出。后者稱為熱汽提。熱汽提指的是，通過(guò)提供熱量分解氨基甲酸銨并從尿素溶液中除去存在的氨和二氧化碳。在高壓氨基甲酸鹽冷凝器中冷凝離開(kāi)汽提塔的、含氨和二氧化碳的氣流，并將其作為含氨基甲酸銨的物流回收到反應(yīng)器中。
尿素汽提工藝通常使用高壓冷凝器的兩個(gè)實(shí)施方案來(lái)冷凝汽提氣體。
在第一種實(shí)施方案中，使任選與合適溶劑(例如，再循環(huán)的氨基甲酸銨在水中的溶液)結(jié)合的待冷凝氣體混合物通過(guò)立管，無(wú)論是否與溶劑相結(jié)合，該冷凝氣體混合物在管壁上形成降膜。
在第二種實(shí)施方案中，如GB 1,542,371所述，待冷凝的氣體與溶劑一起流過(guò)水平放置的管子，在那里發(fā)生冷凝過(guò)程。
在上述兩個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)使合適的冷卻劑通過(guò)管子外表面來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的冷卻。通常使用水作為冷卻劑。
上述高壓冷凝器的兩個(gè)實(shí)施方案之一中的冷凝的缺點(diǎn)是液體在管子中的停留時(shí)間短。由于停留時(shí)間短，所以，根據(jù)上述兩個(gè)實(shí)施方案，在冷凝器中幾乎沒(méi)有形成任何尿素。
第三類冷凝器是所謂的浸沒(méi)式冷凝器。例如，在EP 155735 A1中描述了浸沒(méi)式冷凝器。在浸沒(méi)式冷凝器中，待冷凝的氣體混合物通過(guò)管殼式換熱器的殼程，也可以使由例如高壓洗滌器產(chǎn)生的稀氨基甲酸鹽溶液通過(guò)該殼程。通過(guò)介質(zhì)，例如水流經(jīng)管子除去溶解和冷凝在這里釋放的熱量，該介質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝鸄。
在尿素制備裝置中，高壓洗滌器從惰性物流中洗掉在反應(yīng)中未轉(zhuǎn)化的原材料，這些材料與惰性氣體一起通過(guò)反應(yīng)器的頂部離開(kāi)該反應(yīng)器。接下來(lái)，排出惰性物流。通過(guò)在尿素回收部分中形成的稀氨基甲酸鹽流實(shí)現(xiàn)洗滌。
浸沒(méi)式冷凝器可以處于水平或垂直位置。然而，在水平浸沒(méi)式冷凝器(亦稱為池式冷凝器(pool condenser)；例如，參見(jiàn)NitrogenNo.222，7月-8月1996，第29-31頁(yè))中實(shí)現(xiàn)冷凝是特別有利的，因?yàn)榕c其它的冷凝器設(shè)計(jì)相比，一般說(shuō)來(lái)，液體在池式冷凝器中具有明顯長(zhǎng)的停留時(shí)間。因此，除氨基甲酸鹽溶液之外，在該池式冷凝器中還形成額外的尿素。這些尿素與氨基甲酸鹽溶液一起回收到尿素反應(yīng)器中。
浸沒(méi)式冷凝器的一個(gè)特定設(shè)備是池式反應(yīng)器。這種反應(yīng)器包括水平冷凝區(qū)和設(shè)計(jì)為浸沒(méi)式冷凝器的換熱器。一部分待冷凝的氣體混合物通過(guò)管殼式換熱器的殼程，氨和稀氨基甲酸鹽溶液也通過(guò)該殼程，用介質(zhì)，通常是水除去溶解和冷凝的熱量，該介質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝鸄。
池式反應(yīng)器具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即將換熱器/冷凝器集成到該反應(yīng)器中，從而使得能以較低的基建投資建造尿素制備裝置。在US5,767,313中更詳細(xì)地描述了池式反應(yīng)器。池式反應(yīng)器中的冷凝區(qū)具有與浸沒(méi)式冷凝器基本相同的優(yōu)點(diǎn)。在此冷凝區(qū)中，在冷凝部分中也早已大量形成尿素，所以導(dǎo)致熱傳遞提高，從而在冷凝區(qū)中可能產(chǎn)生蒸汽A，所述蒸汽A的壓力和溫度使其可以在中壓分解中使用。
蒸汽A的溫度為150-175℃，優(yōu)選為160-170℃。蒸汽A的壓力為0.3-1MPa，優(yōu)選為0.4-0.8MPa，最優(yōu)選為0.6-0.8MPa。
在使用熱汽提的新型尿素制備裝置中可以使用浸沒(méi)式冷凝器、池式冷凝器或池式反應(yīng)器。然而，在使用熱汽提的現(xiàn)有尿素制備裝置中，也可以用浸沒(méi)式冷凝器替換現(xiàn)有的冷凝器。這可以在設(shè)備的定期維修停工期間進(jìn)行。還可以用池式冷凝器替換現(xiàn)有的冷凝器。在現(xiàn)有的尿素制備裝置中，也可以用池式反應(yīng)器替換反應(yīng)器和冷凝器。
尿素汽提工藝的一個(gè)例子是如GB 1,542,371中描述的方法。
在如GB 1,542,371中描述的尿素汽提工藝中，通過(guò)壓力為26atm(2.6MPa)、溫度為225℃的蒸汽實(shí)現(xiàn)尿素合成溶液的高壓汽提。此蒸汽用于中壓分解。在此汽提工藝中，由高壓冷凝器產(chǎn)生的蒸汽不適于在中壓分解中使用，因?yàn)榇苏羝膲毫χ挥?.45MPa，溫度只有147℃。而中壓分解在約1.8MPa的壓力和約155℃的溫度下實(shí)現(xiàn)。
如果在上述方法中使用浸沒(méi)式冷凝器，則可以產(chǎn)生溫度為160-170℃、壓力為0.6-0.8MPa的蒸汽A。此蒸汽A適于在壓力為1.8MPa和溫度為155℃的中壓分解中使用。
權(quán)利要求
1.一種由二氧化碳和氨制備尿素的方法，該方法采用包括一種高壓冷凝器和一種高壓汽提塔的尿素汽提工藝，由此形成尿素合成溶液，其中在高壓汽提尿素合成溶液過(guò)程中形成的蒸汽冷凝物用于尿素合成溶液中氨基甲酸銨的中壓分解，其特征在于在該高壓冷凝器中形成的蒸汽冷凝物和蒸汽A的組合用于中壓分解，其中該高壓冷凝器是浸沒(méi)式冷凝器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于使用池式冷凝器作為浸沒(méi)式冷凝器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于只有蒸汽A被用于中壓分解。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于在池式反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)高壓冷凝。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的方法，其特征在于蒸汽A的溫度為160-170℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的方法，其特征在于蒸汽A的壓力為0.6-0.8MPa。
7.一種用于改善尿素制備裝置的方法，所述裝置包括熱汽提工藝和冷凝器，其特征在于用浸沒(méi)式冷凝器替換現(xiàn)有的冷凝器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于該浸沒(méi)式冷凝器為池式冷凝器。
9.一種用于尿素制備裝置的方法，所述裝置包括熱汽提工藝、冷凝器和尿素反應(yīng)器，其特征在于用池式反應(yīng)器替換現(xiàn)有的冷凝器和現(xiàn)有的尿素反應(yīng)器。
10.一種包括熱汽提工藝的尿素制備裝置，其特征在于該尿素制備裝置包括一種浸沒(méi)式冷凝器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的尿素制備裝置，其特征在于該浸沒(méi)式冷凝器為一種池式冷凝器。
12.一種包括熱汽提工藝的尿素制備裝置，其特征在于該尿素制備裝置包括一種池式反應(yīng)器。
全文摘要
一種由二氧化碳和氨制備尿素的方法，該方法采用包括一種高壓汽提塔和一種高壓冷凝器的尿素汽提工藝，由此形成尿素合成溶液，并且其中在高壓汽提尿素合成溶液過(guò)程中形成的蒸汽冷凝物用于尿素合成溶液中氨基甲酸銨的中壓分解，其特征在于在該高壓冷凝器中形成的蒸汽冷凝物和蒸汽A的組合用于中壓分解，其中該高壓冷凝器是一種浸沒(méi)式冷凝器。本發(fā)明還涉及一種改善包括熱汽提工藝的尿素制備裝置的方法。
文檔編號(hào)C07C273/00GK1617853SQ02827637
公開(kāi)日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2002年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月28日
發(fā)明者J·H·米斯森 申請(qǐng)人:Dsm Ip 財(cái)產(chǎn)有限公司