專(zhuān)利名稱(chēng)：高能效的尿素生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高能效、特別是低熱耗的，通過(guò)由氨和二氧化碳的合成以生產(chǎn)尿素的方法。
尿素系最廣泛用于農(nóng)業(yè)作化學(xué)肥料的化工產(chǎn)品之一，也是化學(xué)工業(yè)本身所廣用的一種中間體，它的生產(chǎn)是重要的，因此對(duì)尿素生產(chǎn)能耗的任何降低都有極為重要的工業(yè)意義。
尿素生產(chǎn)方法基于已知的由氨和二氧化碳合成尿素的原理，并遵循下述反應(yīng)過(guò)程。
進(jìn)入合成段的氨和二氧化碳按照放熱反應(yīng)形成氨基甲酸銨
然后一部分的氨基甲酸銨按照吸熱可逆反應(yīng)生成尿素和水
在通用的條件(即壓力在120和130巴之間和溫度在170℃和250℃之間)下氨基甲酸銨的形成反應(yīng)是非常快而且?guī)缀跬耆?，而脫水反?yīng)向平衡的進(jìn)展緩慢。
脫水形成尿素的那部分氨基甲酸銨的量不僅決定于反應(yīng)溫度和壓力，而且決定于各種反應(yīng)劑之間之比和在合成段中的停留時(shí)間。
常用的摩爾比為氨/二氧化碳2.5-7;
水/二氧化碳0-1。
水既作為反應(yīng)產(chǎn)物存在，又作為一種組分存在于從工廠合成段下游各段的所有循環(huán)液流中。
在合成段中的停留時(shí)間可從20分鐘變動(dòng)到90分鐘。
合成反應(yīng)的產(chǎn)品基本上是一含有氨基甲酸銨、尿素、水和游離氨的溶液。溶液中之所以含有游離氨是因?yàn)樗械墓I(yè)用方法為了得到高的產(chǎn)率和限制有害副產(chǎn)物(例如縮二脲)的形式都是在有大量過(guò)剩氨的情況下操作的。
游離氨和氨基甲酸銨被從由合成段得到的尿素溶液中分離出來(lái)并循環(huán)到合成段，以使它們完全轉(zhuǎn)化成尿素，然后對(duì)尿素溶液作進(jìn)一步加工，以得到符合最近商品規(guī)格的粒狀產(chǎn)品。確切地說(shuō)，各種工業(yè)尿素生產(chǎn)方法的明顯區(qū)別是在分離和循環(huán)那些未轉(zhuǎn)化成尿素的組分所用的方法上。
為了較好的說(shuō)明與本發(fā)明有關(guān)的工藝問(wèn)題，茲對(duì)已知的尿素生產(chǎn)方法作一說(shuō)明。
根據(jù)本發(fā)明中請(qǐng)人在英國(guó)專(zhuān)利第1，542，371號(hào)中所述的和其中一個(gè)有代表性的成功實(shí)施方案，從送入氨和二氧化碳開(kāi)始可將整個(gè)尿素生產(chǎn)過(guò)程分成為以下主要加工步驟。
a)把二氧化碳和超過(guò)化學(xué)計(jì)算量的氨送入操作在高壓下的尿素合成反應(yīng)器，以得到一種含有尿素、氨基甲酸銨和游離氨的水溶液;
b)把上述溶液送入壓力基本上與合成反應(yīng)器相同的高壓分解器中，根據(jù)在有利于產(chǎn)尿素溶液的溫度和壓力等條件下所建立的熱力學(xué)平衡所確定的，使含在上述溶液中的那部分氨基甲酸銨分解成氨和二氧化碳，同時(shí)不斷地供給維持分解反應(yīng)所需要的熱量;
c)在仍然基本上與步驟a)壓力相同的高壓下使步驟b)的分解產(chǎn)物(即所產(chǎn)的氣相氨和二氧化碳)在冷凝器中冷凝，以回收該氣相產(chǎn)物的冷凝熱;
d)將從步驟c)來(lái)的冷凝液循環(huán)到步驟a);
e)將由步驟b)高壓分解器得到的并仍含有大量氨基甲酸銨和溶解氨的尿素溶液送入在相當(dāng)?shù)偷膲毫?大約20巴)下操作的中壓分解器，在這進(jìn)行進(jìn)一步分解，以得到較純的尿素溶液和另一些氣體產(chǎn)物，同時(shí)供給所需要的熱量，以維持該第二分解步驟的分解反應(yīng);
f)將由中壓分解器得到的氣相產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到在相同壓力下的冷凝器，在這里對(duì)其進(jìn)行冷凝;
g)將來(lái)自步驟f)的冷凝液分離成含氨基甲酸銨的第一液相，和含基本純的氨的第二液相;
h)將含氨基甲酸銨的第一液相循環(huán)到高壓冷凝器;
i)將含基本純的氨的第二液相循環(huán)到合成反應(yīng)器;
j)把來(lái)自步驟e)中壓分解器的尿素溶液轉(zhuǎn)移到在壓力約4巴下操作的低壓分解器，以產(chǎn)生一作為頂部產(chǎn)物的含有氨、二氧化碳和水的氣流，和一仍含有少量氨和二氧化碳的底部產(chǎn)物尿素液流;
k)使上步驟的頂部氣流在低壓冷凝器中冷凝;
l)將來(lái)自低壓分解器的尿素水溶液在真空濃縮段(一級(jí)或多段)中濃縮，以得熔融尿素和一含有大量水、少量氨、少量二氧化碳和少量尿素的氣流;
m)使來(lái)自步驟l)的含有水、氨和二氧化碳的氣流冷凝;
n)對(duì)來(lái)自步驟m)的冷凝液進(jìn)行處理，以使該污水凈化，使尿素水解，和回收氨和二氧化碳。
高壓氨基甲酸銨分解步驟b)，如同本專(zhuān)利申請(qǐng)人在英國(guó)專(zhuān)利第1，184，004號(hào)中所述的那樣，包括熱分解成氨和二氧化碳，和同時(shí)發(fā)生的過(guò)量氨的自身汽提，并如同本專(zhuān)利申請(qǐng)人在英國(guó)專(zhuān)利第1，552，682中所述的那樣，此步驟一般是在降膜式換熱器中實(shí)現(xiàn)的。
從能量的觀點(diǎn)來(lái)看，步驟c)(即來(lái)自高壓分解器的、含有氨、二氧化碳和水的氣流的冷凝步驟)是這個(gè)方法的基本步驟。在此步驟中所涉及的熱量是大量的;例如根據(jù)Stamicarbon的美國(guó)專(zhuān)利第3，356，723號(hào)，一般是用其生產(chǎn)低壓蒸汽，和用其作維持步驟j)低壓分解反應(yīng)的熱源及步驟l)濃縮尿素溶液的熱源，還可用其于步驟n)的污水凈化段。
但是，高壓冷凝器中所產(chǎn)蒸汽的溫度水平不能滿足送入中壓分解步驟e)所需要的超過(guò)160℃的溫度，因此要在對(duì)過(guò)程的熱平衡有明顯負(fù)作用的情況下為此步驟提供溫度超過(guò)來(lái)自高壓冷凝器的現(xiàn)有蒸汽的溫度的加熱用介質(zhì)。
用于冷凝中壓分解器所產(chǎn)汽流的冷凝步驟f)是使過(guò)程熱效非常低的另一個(gè)問(wèn)題。高壓分解步驟b)所產(chǎn)的尿素溶液不僅含有殘存的氨基甲酸銨、尿素和水，而且含有大量的游離氨，因此中壓分解步驟e)所產(chǎn)氣流的氨量比氨基甲酸銨所需要的化學(xué)計(jì)算比2∶1還要大。這樣高的氨對(duì)二氧化碳之摩爾比會(huì)使溫度降低，從而使得在溫度未降低時(shí)可有效地用于步驟f)中壓冷凝器的、步驟e)所產(chǎn)氣流的冷凝熱，不能有效地在工廠內(nèi)有效回收，這理所當(dāng)然不利于能量平衡。
上述方法的另一個(gè)低能效問(wèn)題涉及由低壓分解步驟j)得到氣相在步驟k)中的冷凝。在此冷凝步驟中，高的氨/二氧化碳比仍然使得冷凝溫度降低，從而使相當(dāng)?shù)睦淠裏岵荒苡行У鼗厥?。除此以外，游離氨的完全吸收需要大量的水，這大量的水最終一定要循環(huán)到合成段，這對(duì)氨基甲酸銨轉(zhuǎn)化成尿素和工廠的能效均有不良影響。
按照本發(fā)明可解決由上述低能效步驟所引起的工藝問(wèn)題，方法是提高回收氨基甲酸銨分解步驟中所產(chǎn)氣流的冷凝熱的溫度，結(jié)果可將這種熱比較有效地用在過(guò)程中。
為了更好地利用步驟b)的氣相產(chǎn)物在冷凝步驟c)中所產(chǎn)的低壓蒸汽，文獻(xiàn)中推薦，通過(guò)壓縮機(jī)或增壓機(jī)提高它的水平，使得它能用于中壓分解步驟e)。這種解決辦法會(huì)使工廠復(fù)雜化，并需要另外的電或高壓蒸汽或中壓蒸汽的消耗，對(duì)于總的能平衡來(lái)說(shuō)，其帶來(lái)的好處是有問(wèn)題的。
還有人推薦，將高壓冷凝熱直接傳遞到中壓分解器。在Stamicarbon的歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)第212，744號(hào)中，這種直接傳遞是用一種方法實(shí)現(xiàn)的，這種方法是，在同時(shí)用二氧化碳汽提的情況下，將源自第一分解步驟的高壓冷凝氣流和尿素溶液轉(zhuǎn)送到中壓分解器。應(yīng)用二氧化碳汽提的意思是，必須限定步驟a)中氨/二氧化碳的比值，因此限制氨基甲酸銨向尿素轉(zhuǎn)化。
在所述的方法中，氣流不具有這樣的組成，以致能夠在足以用于中壓分解器的高溫下有效地利用所產(chǎn)生的冷凝熱。
為了實(shí)現(xiàn)有效地利用所產(chǎn)生的冷凝熱，必須用通稱(chēng)槽式冷凝器的大容量高壓冷凝器，其大小必須做到使停留時(shí)間足以將大部分冷凝的氨基甲酸銨轉(zhuǎn)化成尿素，例如平衡量的30%。這樣一來(lái)，高壓冷凝器便成了合成預(yù)反應(yīng)器。這種改進(jìn)不但在投資上而且在建造上都是非常昂貴的。
Toyo Eng.Corp.的美國(guó)專(zhuān)利第4，354，040號(hào)用類(lèi)似于歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)第212，744號(hào)的方法但用較高的氨/二氧化碳之比實(shí)現(xiàn)這種直接熱傳遞方法。這種方法需要在整個(gè)高壓段(即合成反應(yīng)器、分解器和冷凝器)中實(shí)行較高的壓力操作，同時(shí)使分解器的效率下降和使壓縮二氧化碳的能耗及循環(huán)來(lái)自較低壓力段的未轉(zhuǎn)化反應(yīng)劑的能耗增加。在任何情況下，氨基甲酸氨的中壓分解步驟都是不能令人滿意的，而且還要例如以高或中壓蒸汽的形式從外部提供補(bǔ)充熱量，以維持中壓分解。
EP-212，744和USA4，354，040所提方法的特點(diǎn)在于，利用在同時(shí)用二氧化碳汽提的情況下的高壓分解步驟產(chǎn)生游離氨含量非常低的氨基甲酸銨溶液，致使分離出的氣流具有適宜于有效利用中壓冷凝熱的氨/二氧化碳之比。
相反，對(duì)那些具有在同時(shí)用合成反應(yīng)器流出物中所含氨自身汽提情況下的高壓分解步驟的方法來(lái)說(shuō)，需要在中壓和低壓冷凝步驟中冷凝的氣流中的氨/二氧化碳之摩爾比，不適宜于有效利用在冷凝過(guò)程所產(chǎn)生的熱，而且由于為它的完全冷凝所引入到循環(huán)中的水或其它水溶液的量也不適宜。
為了改進(jìn)低壓冷凝條件已經(jīng)提出了許多方法。
美國(guó)專(zhuān)利4，350，040提出，將一部分二氧化碳直接送入低壓分解步驟，通過(guò)調(diào)節(jié)NH3/CO2之比以得到較有利的冷凝溫度水平。
但是在低壓冷凝中放出的相應(yīng)的冷凝熱是不可完全利用的，這對(duì)方法的熱效是不利的。
上述歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)EP-212，744提出，使來(lái)自中壓分解步驟的尿素溶液再經(jīng)受另一次汽提，汽提所用的氣流源自前面的對(duì)高壓分解步驟的尿素溶液所進(jìn)行的絕熱膨脹(即閃蒸)步驟。
上述汽提的作用是，使得能夠向低壓分解步驟供給低游離氨含量的尿素溶液，和使得實(shí)行低壓冷凝所需的水或水溶劑量能夠受到限制。但是這種方案并不能完全令人滿意，原因是用于汽提的氣相中有大量的氨。
本發(fā)明通過(guò)使冷凝各分解步驟的氣流所得的熱量能夠比較有效地用在過(guò)程本身的方法，消除了上述各方法的缺點(diǎn)。本發(fā)明方法包括一個(gè)氨基甲酸銨的中壓分解步驟，在該步驟中，上述分解所需要的熱是在不需要外加高溫?zé)嵩吹那闆r下直接由高壓分解所產(chǎn)氣流的冷凝提供的;和一個(gè)使中壓分解步驟所產(chǎn)的尿素溶液經(jīng)受部分原料二氧化碳的絕熱汽提，以得到兩種有益效果的步驟，即得到比較適宜于中壓冷凝步驟的NH3/CO2之比，和向低壓段供給利用效率好的基本上無(wú)游離氨的尿素溶液，以在上述低壓段中產(chǎn)生可完全冷凝并有少量外加水的氣流，這同樣使反應(yīng)效率得到提高。
本發(fā)明提供了一種包括下述主要步驟的尿素生產(chǎn)方法。
所附的流程圖與提供在下面的實(shí)施例有關(guān)，參閱此圖有助于更好地了解流程。
A)合成步驟在溫度為175-195℃(最好為180-195℃)和相應(yīng)壓力為132-220巴(最好為140-180巴)下進(jìn)行，所用的原料含有氨、含有惰性氣體和鈍化空氣(下文總稱(chēng)之為不凝氣)的二氧化碳和未轉(zhuǎn)化的循環(huán)氨基甲酸銨，維持在合成反應(yīng)器內(nèi)NH3/CO2之摩爾比在3.0和5.0之間，而且最好是在3.2和3.7之間。
B)將含有尿素、氨基甲酸銨和游離氨的水溶液的合成產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到高壓分解步驟，該步驟有降膜式換熱器，和基本上在與合成一樣的壓力下操作。氨基甲酸銨的熱分解在同時(shí)進(jìn)行游離氨自身汽提的情況下在上述換熱器中進(jìn)行。
C)將步驟B)得到的和含有氨、二氧化碳和水的氣相轉(zhuǎn)移到中壓分解步驟冷凝。
D)將離開(kāi)高壓分解步驟的尿素溶液送到在10-30巴(最好為13-25巴)下操作的中壓段，在此分出閃蒸氣后，將尿素溶液轉(zhuǎn)移到中壓分解步驟，在這里通過(guò)來(lái)自上步驟C)氣流的部分高壓冷凝所放出熱的直接傳遞實(shí)行仍然含在上述溶液中的氨基甲酸銨的熱分解。
E)將步驟D)冷凝過(guò)程中的氨基甲酸銨溶液和不凝氣轉(zhuǎn)移到另一高壓冷凝步驟，在這里完成高壓氣中可用熱的回收。在此步驟中回收下來(lái)的熱用來(lái)生產(chǎn)供工廠其它工段用的低壓(最好是4-7巴)蒸汽。分出不凝氣，和通過(guò)用原料氨作驅(qū)動(dòng)液的液-液噴射器將氨基甲酸銨溶液循環(huán)到合成步驟。
F)將離開(kāi)中壓分解步驟的尿素溶液用在壓力基本上與中壓分解步驟相同的絕熱汽提步驟，在這里分出由氨基甲酸銨分解所產(chǎn)的氣體后，使含有尿素、殘存氨基甲酸銨和游離氨的溶液與氣態(tài)二氧化碳進(jìn)行逆流接觸。用于上述處理的二氧化碳是一部分原料二氧化碳，這部分二氧化碳的量為原料二氧化碳的3-20%，最好為原料二氧化碳的5-15%。這種處理可得到一含少量游離氨和NH3/CO2之比為2.2-4.0(最好為2.5-3.5)的尿素水溶液。
G)將中壓分解步驟所得到的氣相和中壓二氧化碳絕熱汽提所得的氣相轉(zhuǎn)移到尿素溶液真空預(yù)濃縮步驟，以回收上述氣流的冷凝熱。
H)將來(lái)自中壓汽提步驟F)的尿素和氨基甲酸銨溶液轉(zhuǎn)移到操作壓力約4巴和設(shè)有降膜式換熱器的低壓分解步驟，在這里仍含在溶液中的氨基甲酸銨再被分解，以得到一含有殘存量氨和二氧化碳的尿素溶液(為底部產(chǎn)物)。
I)將步驟H)中所得的尿素溶液轉(zhuǎn)移到真空預(yù)濃縮步驟，其中降膜換熱器的操作壓力為0.3-0.95巴(絕對(duì))，最好為0.35-0.5巴(絕對(duì))。該溶液在這時(shí)通過(guò)直接傳遞部分冷凝步驟G)氣流所放出的熱被預(yù)濃縮到尿素濃度為80-95%(重量)，最好為85-94%(重量)。
L)將預(yù)濃縮后的尿素溶液送到最終濃縮步驟和通過(guò)塔使它固化成晶體，以生產(chǎn)結(jié)晶狀尿素，或使它成粒，以生產(chǎn)粒狀尿素。
M)冷凝濃縮步驟I)和L)中所產(chǎn)的氣流，處理冷凝液以得到基本潔凈的流出物，和將氨和二氧化碳循環(huán)到低壓冷凝步驟。
N)步驟H)和M)所得的氣流在操作壓力基本上與低壓分解步驟相同的冷凝段低壓冷凝，所得的冷凝熱用于預(yù)熱去高壓合成段的原料氨，冷凝氣體方所得的冷凝液被循環(huán)到步驟I)。
O)將從在步驟I)降膜式換熱器殼程中部分冷凝得到的氨基甲酸銨溶液和氣體轉(zhuǎn)移到冷凝/分離步驟，在這里產(chǎn)生含氨基甲酸銨的第一液相和含基本純氨的第二液相。
P)將含氨基甲酸銨的第一液相循環(huán)到高壓氣冷凝步驟(D)和E)。
Q)使含基本純氨的第二液相與工廠的原料氨混合，預(yù)熱低壓冷凝步驟N)以前所有的氨，和通過(guò)循環(huán)氨基甲酸銨用液/液噴射器(液氨用作驅(qū)動(dòng)液)將它送到高壓合成工段A。
步驟C)、D)、F)、G)、I)、和N)構(gòu)成本發(fā)明的特征部分。
與現(xiàn)有技術(shù)的方法相比，本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)在于重復(fù)利用各氨基甲酸銨分解步驟所產(chǎn)氣流的冷凝熱于過(guò)程本身內(nèi)，從而大大地減少了外部所供的熱量。
本發(fā)明特別重要的優(yōu)點(diǎn)如下-高壓冷凝步驟中所放出的熱用于中壓分分解步驟，而不需要外加的高溫?zé)?
-中壓冷凝步驟中所放出的熱用于在降膜式設(shè)備中的尿素溶液的真空濃縮，使得從此步驟所得尿素溶液的濃度能高達(dá)90-95%(重量);
-低壓冷凝步驟可有效地將外加的吸收水量減少到最低，可有效地提高氨基甲酸銨向尿素轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化率，并且處在溫度仍然高到足以預(yù)熱原料氨的狀況下。
從下面的實(shí)施例可以更清楚地看出本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。該實(shí)施例用來(lái)說(shuō)明以所附流程圖為基準(zhǔn)的本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施方案。
實(shí)施例一個(gè)流程如所附流程圖所示的工廠被用來(lái)生產(chǎn)尿素。其所產(chǎn)的尿素量為300噸/天，相當(dāng)于12500千克/時(shí)。將9167千克/時(shí)的二氧化碳、21千克/時(shí)的惰性氣和61千克/時(shí)的空氣(用作鈍化劑)通過(guò)管線1進(jìn)入壓縮機(jī)K1的吸入端，然后進(jìn)入裝置。
從K1的中級(jí)取出壓力為17巴和溫度為220℃下的910千克/時(shí)的二氧化碳和附帶的8千克/時(shí)的惰性氣，通過(guò)管線2進(jìn)入絕熱汽提塔C1。將其余的8257千克/時(shí)的二氧化碳和74千克/時(shí)的惰性氣通過(guò)管線3送入在120℃和155巴下的合成反應(yīng)器R1。
同時(shí)將一含有18970千克/時(shí)的氨、6184千克/時(shí)的二氧化碳和2954千克/時(shí)的水的混合物通過(guò)管線4送入反應(yīng)器R1。
在停留時(shí)間達(dá)到30分鐘后，在溫度為190℃和壓力為150巴下離開(kāi)反應(yīng)器的反應(yīng)混合物含有11717千克/時(shí)的氨、5054千克/時(shí)的二氧化碳、12800千克/時(shí)的尿素、6794千克/時(shí)的水和74千克/時(shí)的不凝物。通過(guò)管線5將該混合物送入操作壓力基本上與反應(yīng)器R1相同的降膜式分解器HE1。
通過(guò)管線101將5875千克/時(shí)的22巴壓力飽和蒸汽送入分解器HE1的殼程，使該蒸汽冷凝。通過(guò)管線102將所得的冷凝液送入氨基甲酸銨冷凝器HE3的殼程，以再產(chǎn)生蒸汽，此時(shí)得的蒸汽是低壓的。
從分解器HE1的底部可得到一溫度為202℃的尿素溶液，其含有7588千克/時(shí)的氨、2582千克/時(shí)的二氧化碳，12560千克/時(shí)的尿素和6286千克/時(shí)的水。通過(guò)管線6將該尿素溶液送到膨脹閥X1，在這里使壓力由150巴減低到17巴。然后通過(guò)管線7將所得的混合物送入分離器V2，在這里分出閃蒸氣，底部的尿素溶液通過(guò)管線15進(jìn)入中壓分解器HE2。
從高壓分解器HE1頂部出來(lái)的在壓力150巴和溫度190℃下的氣流含有4265千克/時(shí)的氨、2648千克/時(shí)的二氧化碳、436千克/時(shí)的水和74千克/時(shí)的不凝物。該氣流在循環(huán)氨基甲酸銨溶液混合后，通過(guò)管線8進(jìn)入中壓分解器HE2，以提供中壓分解所需要的熱量。循環(huán)氨基甲酸銨溶液是通過(guò)管線9送來(lái)的，該溶液含有4427千克/時(shí)的氨、3536千克/時(shí)的二氧化碳和2518千克/時(shí)的水。這種物流對(duì)供水非常有用，供水使冷凝能夠?qū)崿F(xiàn)最大的熱回收。這種物流也是可變動(dòng)的，方法是把它分散在換熱器HE2的上游側(cè)和下游側(cè)之間。使高壓氣在中壓分解器HE2中部分冷凝，和將在170℃下離開(kāi)的液/氣送到氨基甲酸銨冷凝器HE3(最好是臥式的釜式重沸器)，在這里利用仍可用的冷凝熱生產(chǎn)4925千克/時(shí)的溫度147℃和壓力4.4巴蒸汽。通過(guò)管線103將該蒸汽送到低壓蒸汽歧管。
通過(guò)管線11將在155℃下離開(kāi)氨基甲酸銨冷凝器HE3的氨基甲酸銨冷凝液和不凝物的混合物送入分離器V1，在這里分出的液相含有7767千克/時(shí)的氨、6184千克/時(shí)的二氧化碳和3954千克/時(shí)的水。通過(guò)管線12將該液相送入液/液噴射器J1的吸入端，此噴射器用通過(guò)管13在200巴和100℃下送來(lái)的11203千克/時(shí)的氨作驅(qū)動(dòng)液。然后，通過(guò)管線4將所得的混合物送入合成反應(yīng)器R1。
從分離器V1頂部排出的、含有925千克/時(shí)的氨和74千克/時(shí)的不凝物的氣相，通過(guò)管線14和膨脹閥X2進(jìn)入氨冷凝/分離段Z1。離開(kāi)分離器V2的尿素溶液通過(guò)管線15進(jìn)入中壓分解器HE2，在這里分解為一頂部產(chǎn)物和一底部產(chǎn)物。該頂部產(chǎn)物為氣相，通過(guò)管線16循環(huán)到分離器V2;該底部產(chǎn)物為溫度155℃的尿素溶液，它含有1344千克/時(shí)的氨、536千克/時(shí)的二氧化碳、12560千克/時(shí)的尿素和5269千克/時(shí)的水，該尿素溶液通過(guò)管線17進(jìn)入絕熱汽提塔C1，在這里它與從壓縮機(jī)K1中級(jí)引出和通過(guò)管線2送來(lái)的二氧化碳進(jìn)行密切的逆流接觸。
從汽提塔出來(lái)的底部產(chǎn)物為溫度147℃的尿素溶液，它含有803千克/時(shí)的氨、669千克/時(shí)的二氧化碳、12560千克/時(shí)的尿素和5085千克/時(shí)的水，并具有3.1的NH3/CO2之摩爾比。
然后使這種溶液通過(guò)管線18和膨脹閥X3進(jìn)入在4巴下操作的低壓降膜式分解器HE4。
把從分離器V2和絕熱汽提塔C1兩者頂部得到的氣流(含有6785千克/時(shí)的氨、2823千克/時(shí)的二氧化碳、1201千克/時(shí)的水和8千克/時(shí)的不凝物)合并，并在與低壓循環(huán)氨基甲酸銨混合后通過(guò)管線19進(jìn)入預(yù)濃縮器HE5的殼程。所述的循環(huán)氨基甲酸銨是通過(guò)管線20送來(lái)的含有837千克/時(shí)的氨、713千克/時(shí)的二氧化碳和917千克/時(shí)的水，具有55℃的溫度。
低壓氣在換熱器HE5中被部分冷凝，所得的液/氣混合物(含有氨基甲酸銨溶液和氨氣)通過(guò)管線21在110℃的溫度下循環(huán)到氨冷凝/分離段Z1。
在結(jié)構(gòu)和操作方面，氨冷凝/分離段Z1，與本發(fā)明人在上述英國(guó)專(zhuān)利第1，542，371號(hào)中已作充分說(shuō)明的氨冷凝分離段類(lèi)似。此外，還要通過(guò)管線22向段Z1送入400千克/時(shí)的水。這種水是用來(lái)洗滌惰性氣和完全脫除含在其中的氨的。
從冷凝/分離段Z1可得到以下物流-含有4427千克/的氨、3536千克/時(shí)的二氧化碳和2518千克/時(shí)的水的、溫度85℃的氨基甲酸銨溶液，該溶液通過(guò)管線23進(jìn)入高壓氨基甲酸銨泵P1的吸入端。上述氨基甲酸銨溶液被從段22來(lái)的工藝?yán)淠涸趽Q熱器HE6中預(yù)熱到120℃之后，通過(guò)管線9循環(huán)到高壓冷凝段。HE6的作用是實(shí)現(xiàn)管線33和9中的兩種流體的熱交換。為了簡(jiǎn)化流程，換熱器HE6在圖中出現(xiàn)了兩次，一次是在管線9上，另一次是在管線33上，但事實(shí)上是同一設(shè)備。
-含有4120千克/時(shí)的循環(huán)液氨的物流，該物流與通過(guò)管線24送入的7093千克/時(shí)的新鮮氨合并，所得的總量為11203千克/時(shí)的氨通過(guò)管線25進(jìn)入高壓氨泵P2的吸入端。氨被泵壓到200巴，接著在換熱器HE7中預(yù)熱到100℃的溫度，然后通過(guò)管線13進(jìn)入反應(yīng)段，該氨在用于合成之前用于噴射器J1作驅(qū)動(dòng)液。氨是用在低壓冷凝段中的氣流冷凝熱預(yù)熱的。象換熱器HE6的情況一樣，為了簡(jiǎn)化引線，HE7在流程圖中出現(xiàn)了兩次，都是在有關(guān)的管線上，但只有一個(gè)換器HE7。
-含有82千克/時(shí)的不凝物的物流，該物流通過(guò)管線26和壓力控制閥X4從工廠排出。
通過(guò)管線104將1150千克/時(shí)的低壓蒸汽送入低壓膜式分解器HE4，以使殘存氨基甲酸銨進(jìn)一步分解，以得到溫度為138℃的底部產(chǎn)物形式的尿素溶液，該溶液含有254千克/時(shí)的氨、70千克/時(shí)的二氧化碳、12560千克/時(shí)的尿素和4594千克/時(shí)的水。該溶液通過(guò)管線27和膨脹閥X5進(jìn)入在絕對(duì)壓力為0.35巴下操作的膜式濃縮器HE5，在這里利用通過(guò)管線19進(jìn)入的中壓氣流的部分冷凝，使尿素溶液的濃度達(dá)到90.1%(重量)。
尿素溶液通過(guò)管線28從預(yù)濃縮器HE5進(jìn)入最終濃縮器HE8，接著進(jìn)入分離器V3，在這里分出一含有12500千克/時(shí)的尿素和25千克/時(shí)的水的熔融尿素流。將此熔融尿素流送到最終的產(chǎn)品成?；虺删Чざ?。
最終濃縮器所需的1825千克/時(shí)的低壓蒸汽是通過(guò)管線105供給的。
在最后幾個(gè)設(shè)備中(即在HE5和HE8/V3中)產(chǎn)生的氣流通過(guò)管線30和31進(jìn)入冷凝/處理污水段Z2。通過(guò)管線106向該段送入1950千克/時(shí)的低壓蒸汽，以真空排氣和汽提含在過(guò)程冷凝水中的氨和二氧化碳。通過(guò)管線107同時(shí)向段Z2送入250千克/時(shí)的高壓蒸汽，以使在預(yù)濃縮器HE5和最終濃縮工段HE8/V3中被氣體夾帶的尿素完全水解。
在結(jié)構(gòu)和操作方面，最終處理段Z2與本申請(qǐng)人在上述英國(guó)專(zhuān)利第1，542，371號(hào)中已詳細(xì)說(shuō)明的最終處理段類(lèi)似。
從段Z2可得到以下物流-含有279千克/時(shí)的氨、114千克/時(shí)的二氧化碳和426千克/時(shí)的水的氣流，該氣流通過(guò)管線32循環(huán)到低壓冷凝段。
-溫度為139℃、含有6325千克/時(shí)的凈化水的物流，該物流在用于預(yù)熱循環(huán)到高壓冷凝段的氨基甲酸銨的換熱器HE6中回收了它的顯熱后，通過(guò)管線33排出工廠。
從段Z2出來(lái)的通過(guò)管線32的循環(huán)氣流和離開(kāi)HE4頂部的通過(guò)管線34的氣流在混合后進(jìn)入低壓氨基甲酸銨冷凝器HE7和HE9。
在冷凝器HE7中部分冷凝熱用于預(yù)熱通過(guò)管線13送往高壓段的高壓氨。在冷凝器HE9中，氣體在55℃下完全被冷凝，冷凝熱用冷卻水移走。
離開(kāi)冷凝器HE9的氨基甲酸銨溶液(含有837千克/時(shí)的氨、713千克/時(shí)的二氧化碳和917千克/時(shí)的水)通過(guò)管線35進(jìn)入泵P3的吸入端，用泵使氨基甲酸銨溶液通過(guò)管線20循環(huán)到中壓冷凝段。
最終加工段所需要的低壓蒸汽是可用冷凝器HE3得到的低壓蒸汽來(lái)滿足的。
上述實(shí)施方案所需的能耗是非常低的。包括處理所產(chǎn)的污水在內(nèi)，每噸尿素產(chǎn)品的比動(dòng)力消耗為-中壓蒸汽 470千克/小時(shí)-高壓蒸汽 20千克/噸-電 20千瓦小時(shí)/噸＊-冷卻水 60立方米/噸＊＊
注＊不包括CO2壓縮用電。
＊＊溫度10℃。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)由氨和二氧化碳合成的尿素生產(chǎn)方法，該方法包括一個(gè)在壓力130-220巴和溫度175-200℃下操作，所用的氨對(duì)二氧化碳之摩爾比在3和5之間的合成步驟；和至少二個(gè)連續(xù)的未轉(zhuǎn)化為尿素的氨基甲酸銨分解步驟，其中一個(gè)是操作壓力基本上與合成反應(yīng)器相同的高壓分解步驟，另一是操作壓力為10-30巴的中壓分解步驟，上述分解步驟的產(chǎn)物被冷凝以回收其冷凝熱，該方法的特征在于--第一分解步驟在壓力與合成相同下通過(guò)熱分解方法進(jìn)行，在分解過(guò)程中同時(shí)用來(lái)自合成反應(yīng)器的物流中所含的過(guò)量氨自身汽提，上述分解步驟所產(chǎn)氣體的冷凝是在高壓下在兩個(gè)不同溫度的步驟中進(jìn)行，其中第一步驟是在較高的溫度下，該步驟中的冷凝熱在換熱器HE2中直接傳遞到將進(jìn)入第二中壓熱分解步驟的尿素素液，第二步驟是在較低的溫度下，該步驟的冷凝熱在換熱器HE3中傳遞給水，以生產(chǎn)低壓蒸汽；--第二氨基甲酸銨分解步驟分兩部分實(shí)行，在第一部分中通過(guò)在換熱器HE2中由氣流冷凝所傳遞的熱實(shí)行熱分解，所述的氣流是由壓力與合成相同的第一分解步驟產(chǎn)生的；第二部分包括在塔C1中用部分合成用氣態(tài)二氧化碳原料的絕熱逆流汽提，然后將第二分解步驟兩部分得的氣體產(chǎn)物合并和一同冷凝，以回收它們的冷凝熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿素生產(chǎn)方法，其特征在于中壓下進(jìn)行的第二分解步驟所產(chǎn)氣態(tài)產(chǎn)物的冷凝熱是在立式降膜管殼換熱器中將上述直接傳遞到預(yù)濃縮步驟中的尿素溶液來(lái)回收的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的尿素生產(chǎn)方法，其特征在于中壓分解步驟所產(chǎn)氣體產(chǎn)物的部分冷凝發(fā)生在換熱器HE5中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿素生產(chǎn)方法，其特征在于，來(lái)自低壓加工步驟的循環(huán)氨基甲酸銨溶液是在源自高壓分解步驟的氣體產(chǎn)物流在換熱器HE2和(或)HE3中冷凝之前加到其中的，高壓冷凝是在HE2和(或)HE3中進(jìn)行的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的尿素生產(chǎn)方法，其特征在于，高壓冷凝所得的氨基甲酸銨溶液通過(guò)用反應(yīng)原料氨作驅(qū)動(dòng)液的液-液噴射器J1被循環(huán)到合成反應(yīng)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5的任一項(xiàng)所述的尿素生產(chǎn)方法，其特征在于，供在塔C1中中壓絕熱汽提用的二氧化碳，取自二氧化碳?jí)嚎s機(jī)K1的中級(jí)，該二氧化碳量相當(dāng)于裝置用二氧化碳原料的3-20%，最好為5-15%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的尿素生產(chǎn)方法，其特征在于，在塔C1中所進(jìn)行的絕熱汽提是為了使離開(kāi)塔C1的尿素溶液中氨對(duì)二氧化碳的摩爾比降低到在2.2和4之間，而且最好是降低到在2.5和3.5之間。
全文摘要
公開(kāi)了一種高能效的尿素生產(chǎn)方法，其中合成步驟所得的尿素溶液經(jīng)受第一步驟的未轉(zhuǎn)化為尿素的氨基甲酸銨高壓熱分解，與此同時(shí)用過(guò)量氨自身汽提。上述分解步驟所產(chǎn)的氣體產(chǎn)物是在兩個(gè)不同溫度的冷凝步驟冷凝的，在第一冷凝步驟中的冷凝熱直接傳遞到第二氨基甲酸銨分解步驟。該分解步驟分為兩部分，即第一熱分解部分和包括用部分過(guò)程用二氧化碳原料絕熱汽提的第二部分。
文檔編號(hào)C07C273/04GK1050184SQ9010772
公開(kāi)日1991年3月27日 申請(qǐng)日期1990年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1989年9月15日
發(fā)明者蓋思皮·卡羅尼, 佛蘭卡·蘭尼里 申請(qǐng)人:斯南普羅吉蒂聯(lián)合股票公司