本發(fā)明涉及用于由氨和二氧化碳合成尿素的裝置的領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在高壓下通過氨和二氧化碳(co2)之間的反應(yīng)生成尿素。在文獻(xiàn)(例如ullmann'sencyclopediaofindustrialchemistry,wiley-vchverlag,第a27卷)中描述了用于尿素合成的已知方法。

尿素合成裝置通常包括高壓合成工段，所述工段包括反應(yīng)器、高壓汽提器和高壓冷凝器。反應(yīng)器產(chǎn)生包含尿素和未反應(yīng)的氨基甲酸銨的水溶液，其被供給至汽提器。汽提器產(chǎn)生尿素的溶液和氣相(主要含有未反應(yīng)的氨和co2)，其被冷凝并被再循環(huán)至反應(yīng)器。汽提過程可以在汽提劑(通常是新鮮的co2或氨)的存在下進(jìn)行。使用co2作為汽提劑的裝置被稱為co2汽提裝置。

根據(jù)裝置的類型，二氧化碳在高壓下被供給至汽提器和/或反應(yīng)器。在任何情況下，需要能夠?qū)o2的壓力提高到合成工段的水平(通常達(dá)100bar之上)的co2壓縮機(jī)。所述co2壓縮機(jī)構(gòu)成裝置的主要能量使用者之一。

在現(xiàn)有技術(shù)中，所述co2壓縮機(jī)直接由蒸汽輪機(jī)或電動(dòng)機(jī)操作。

實(shí)際上，尿素生產(chǎn)裝置包括具有多個(gè)蒸汽水平的復(fù)雜蒸汽系統(tǒng)，包括蒸汽發(fā)生器和蒸汽使用者。在取決于可用熱量的溫度的壓力水平下，通常在需要從工藝流體移走熱量的階段期間產(chǎn)生蒸汽；蒸汽可以用于工藝目的以及用于產(chǎn)生用于機(jī)器操作的機(jī)械作業(yè)。

例如，上述合成工段的汽提器是蒸汽使用者，因?yàn)槠徇^程必須向包含尿素和氨基甲酸鹽的溶液提供熱量。通常，汽提器是管殼式換熱器，其中溶液被供應(yīng)在管內(nèi)，并且管束由約20bar的蒸汽外部加熱。因此，高壓汽提器構(gòu)成重要的能量使用者(能量以熱量形式)。因?yàn)槔淠裏嵬ǔ１会尫乓允顾舭l(fā)，因此氨基甲酸鹽冷凝器反而產(chǎn)生蒸汽。然而，能夠從冷凝器獲得的蒸汽的壓力通常低(例如3bar)。

為了產(chǎn)生機(jī)械作業(yè)，使用一個(gè)或多個(gè)蒸汽輪機(jī)。蒸汽輪機(jī)可以直接驅(qū)動(dòng)機(jī)器(例如壓縮機(jī)或泵)，或者可以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)；這樣獲得的能量能夠被裝置的機(jī)器使用。

在某些情況下，內(nèi)部產(chǎn)生的蒸汽不足以滿足裝置的所有需求。例如，通過從外部輸入蒸汽或引入輔助蒸汽發(fā)生器可以彌補(bǔ)蒸汽不足。然而，外部蒸汽并不總是可用，而輔助蒸汽發(fā)生器消耗燃料并增加成本。

鑒于上述情況，可以理解，蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化及其與裝置的其余部分的集成對(duì)于降低能耗，即對(duì)于增加每單位所用能量的尿素產(chǎn)量特別重要。問題之一在于取決于可用能量水平方便地使用蒸汽。例如，問題之一在于找到對(duì)具有低溫水平和/或低壓的蒸汽的方便使用，因?yàn)樗赡芎写罅康臒崃浚欢@些熱量不容易被利用。在現(xiàn)有技術(shù)中，正在不斷努力以改進(jìn)尿素裝置的這一方面。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在改善用于由氨和二氧化碳高壓合成尿素的裝置的能量效率，特別是降低將二氧化碳提高到合成壓力所需的壓縮機(jī)的消耗以及優(yōu)化工藝和相應(yīng)的蒸汽系統(tǒng)之間的集成。

這些目的通過根據(jù)權(quán)利要求的裝置得以實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明的尿素合成裝置，包括：合成工段，其包括用于合成尿素的至少一個(gè)反應(yīng)器；并且包括用于向所述合成工段供應(yīng)co2的co2壓縮機(jī)；該裝置的特征在于，其包括用于操作所述co2壓縮機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)，并且其包括熱回收蒸汽發(fā)生器，其中所述熱回收蒸汽發(fā)生器的熱源由所述燃?xì)廨啓C(jī)的排氣構(gòu)成并且其中由所述熱回收蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽流用作所述裝置中的工藝蒸汽。

優(yōu)選地，合成工段包括至少一個(gè)反應(yīng)器、汽提器和冷凝器。在這種情況下，合成工段通常被稱為“合成回路”。

在從屬權(quán)利要求中描述了優(yōu)選特征。

形成本發(fā)明基礎(chǔ)的構(gòu)思是使用燃?xì)廨啓C(jī)來操作所述co2壓縮機(jī)。所述燃?xì)廨啓C(jī)消耗燃料，但是具有釋放能夠在熱回收蒸汽發(fā)生器(hrsg)中利用的熱氣體的大優(yōu)點(diǎn)。所述發(fā)生器產(chǎn)生能夠用于該工藝的蒸汽，更優(yōu)選地用于向所述裝置的高壓汽提器供應(yīng)熱。

更有利地，在熱回收蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生的蒸汽通過蒸發(fā)軟化水流而獲得。軟化處理更優(yōu)選在脫氣器中進(jìn)行，該脫氣器使用通過冷卻合成工段的氨基甲酸鹽冷凝器而供應(yīng)的蒸汽作為熱源。脫氣器的所述加熱蒸汽通常處于低壓，例如小于5bar，通常約3bar。水軟化處理例如在約100℃-120℃下進(jìn)行。

燃?xì)廨啓C(jī)可以直接或間接地操作co2壓縮機(jī)。優(yōu)選地，燃?xì)廨啓C(jī)直接驅(qū)動(dòng)所述壓縮機(jī)，例如燃?xì)廨啓C(jī)軸機(jī)械連接至壓縮機(jī)軸。

本發(fā)明提供了改進(jìn)工藝與相應(yīng)的蒸汽系統(tǒng)之間的集成以及有效使用能量的優(yōu)點(diǎn)。

由燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生的構(gòu)成有價(jià)值能量的機(jī)械動(dòng)力直接用于操作壓縮機(jī)，壓縮機(jī)形成裝置的主要能源消耗者之一。

從燃?xì)廨啓C(jī)的排氣回收的熱量用于向汽提塔供應(yīng)熱。因此，燃?xì)廨啓C(jī)的燃料基本上被利用了兩次。申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)的排氣溫度(通常約400℃-500℃)允許在合成回路汽提器的最佳條件下產(chǎn)生蒸汽。因此，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一是燃?xì)廨啓C(jī)的燃料足以滿足裝置的兩個(gè)主要能源消耗者(即二氧化碳?jí)嚎s機(jī)(需要機(jī)械能)和汽提器(需要熱能))的需要。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，為了產(chǎn)生用于汽提器的蒸汽而供應(yīng)到回收發(fā)生器的水，用低壓例如3bar的蒸氣進(jìn)行脫氣。該低熱蒸汽有利地被氨基甲酸鹽冷凝器回收。因此，本發(fā)明提供了用于使用由氨基甲酸鹽冷凝器供應(yīng)的低壓蒸汽的有效方法。實(shí)際上，這種蒸汽用于對(duì)熱回收蒸汽發(fā)生器的水進(jìn)行脫氣，以這種方式這有助于產(chǎn)生較高壓力的蒸汽。

根據(jù)所附權(quán)利要求，本發(fā)明還涉及一種用于改造由氨和co2合成尿素的裝置的方法。

改造方法的特征在于，另外安裝用于所述co2壓縮機(jī)的操作的燃?xì)廨啓C(jī)，以及另外安裝熱回收蒸汽發(fā)生器，其中所述熱回收蒸汽發(fā)生器的熱源由所述燃?xì)廨啓C(jī)的排氣構(gòu)成，并且其中由所述熱回收蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的至少一個(gè)蒸汽流被用作所述裝置的至少一個(gè)部件(優(yōu)選合成循環(huán)汽提器)的熱源。

改造方法特別適用于傳統(tǒng)類型的沒有汽提器的較舊的尿素裝置(例如稱為“全再循環(huán)”裝置的裝置)以及對(duì)反應(yīng)器流出物進(jìn)行汽提的更現(xiàn)代的裝置(特別是co2汽提裝置)。

附圖說明

從下面參考圖1的詳細(xì)描述中可以清楚這些和其它優(yōu)點(diǎn)，圖1示意性地示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。

具體實(shí)施方式

圖1示意性地示出尿素合成回路1，其包括反應(yīng)器2、汽提器3、冷凝器4和洗滌器31。合成回路1被供應(yīng)以氨5和二氧化碳6。

所述回路1是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，不需要詳細(xì)描述。該實(shí)施例涉及二氧化碳汽提裝置，其中氨5被供應(yīng)至冷凝器4并且二氧化碳6被供應(yīng)至汽提器3；在其它實(shí)施方式中，氨和co2可以被供應(yīng)至裝置的其它點(diǎn)。離開反應(yīng)器2的含尿素的水溶液20在汽提器3中被濃縮，使用本身已知的技術(shù)在回收工段進(jìn)一步處理離開汽提器的溶液21。

汽提器3由約20bar的蒸汽加熱，蒸汽通過管線7進(jìn)入并通過管線8離開。冷凝器4釋放熱量，產(chǎn)生低壓例如3bar的蒸汽流9。

回路1的部件在預(yù)定高壓下操作，該預(yù)定高壓對(duì)于反應(yīng)器2、汽提器3和冷凝器4基本相同。

通過壓縮機(jī)10將二氧化碳6升高到回路1的所述壓力。所述壓縮機(jī)由燃?xì)廨啓C(jī)單元11機(jī)械地驅(qū)動(dòng)，燃?xì)廨啓C(jī)單元11主要包括空氣壓縮機(jī)12、燃燒器13和渦輪機(jī)14。例如，優(yōu)選地，將二氧化碳?jí)嚎s機(jī)10安裝在所述渦輪機(jī)14的軸上。燃?xì)廨啓C(jī)單元被供給燃料15，例如天然氣或合適的合成氣。

處于高溫的燃?xì)廨啓C(jī)14的排氣16被輸送到熱回收蒸汽發(fā)生器(hrsg)17。所述熱回收蒸汽發(fā)生器17產(chǎn)生用于向汽提器供應(yīng)熱的蒸汽7。特別地，所述蒸汽7是通過對(duì)在脫氣器19內(nèi)經(jīng)預(yù)先脫氣的供給水30進(jìn)行加熱而獲得；所述脫氣器19由在回路1的冷凝器4中產(chǎn)生的蒸汽9加熱。管線22表示離開發(fā)生器17的冷卻氣體。

通常，冷凝器4中的蒸汽產(chǎn)生超過脫氣器19的需求，因此供應(yīng)脫氣器19的蒸汽9可以是實(shí)際產(chǎn)生的蒸汽的一部分。蒸汽的剩余部分9'可能被裝置的其它使用者使用或被輸出。此外，蒸汽7的一部分也可以用于其它裝置使用者或被被輸出，如線7'所示。

從圖中可以看出，以這種方式實(shí)現(xiàn)了蒸汽系統(tǒng)和尿素裝置之間的高效率和良好的集成。由于在渦輪回收蒸汽發(fā)生器組件中的有效使用，燃料15實(shí)際上提供了壓縮機(jī)10的機(jī)械作業(yè)和汽提器3的熱量；本發(fā)明還確保了對(duì)具有低能量水平的蒸汽9的最佳使用。