專利名稱：制備尿素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從氨和二氧化碳制備尿素的方法。
尿素可以通過(guò)在12-40 MPa的壓力和150-250℃的溫度下將氨和二氧化碳引入合成區(qū)來(lái)制備。在這里尿素的形成最好通過(guò)兩個(gè)連續(xù)反應(yīng)步驟來(lái)表示，其中按照如下放熱反應(yīng)在第一步形成氨基甲酸銨
然后按照如下吸熱的平衡反應(yīng)在第二步將形成的氨基甲酸銨脫水導(dǎo)致尿素的形成
除了其他的因素之外，這些反應(yīng)進(jìn)行的程度取決于溫度和使用的過(guò)量的氨。作為反應(yīng)產(chǎn)物獲得的是主要由尿素、水、游離氨和氨基甲酸銨組成的溶液。從溶液中除去氨基甲酸銨和氨并且優(yōu)選將其返回到合成區(qū)。除了上述的溶液之外，在合成區(qū)還形成了氣體混合物，其由未轉(zhuǎn)化的氨和二氧化碳加上惰性氣體組成。從該氣體混合物中除去氨和二氧化碳并且也優(yōu)選將其返回到合成區(qū)。合成區(qū)可以包括用于形成氨基甲酸銨和尿素的分開的區(qū)。然而這些區(qū)也可以聯(lián)合在單個(gè)裝置中。
實(shí)際上，可用不同的方法制備尿素。起先，在所謂傳統(tǒng)的高壓尿素設(shè)備中制備尿素，其在六十年代末通過(guò)在所謂的尿素汽提設(shè)備中進(jìn)行而取得成功。
目前仍然運(yùn)行的傳統(tǒng)的高壓尿素設(shè)備被理解為這樣的尿素設(shè)備，其中未轉(zhuǎn)化為尿素的氨基甲酸銨的分解以及通常過(guò)量的氨的排出在實(shí)質(zhì)上低于合成反應(yīng)器本身壓力的壓力下進(jìn)行。在傳統(tǒng)的高壓尿素設(shè)備中，合成反應(yīng)器通常在180-250℃溫度和15-40MPa的壓力運(yùn)行。此外，在傳統(tǒng)的高壓尿素設(shè)備中氨和二氧化碳被直接送入尿素反應(yīng)器。在傳統(tǒng)的高壓尿素方法中，尿素合成中的NH3/CO2的摩爾比(＝N/C比)在3-6之間。
至于將未轉(zhuǎn)化的氨和二氧化碳再循環(huán)到合成區(qū)，可分為單程的傳統(tǒng)尿素設(shè)備(沒(méi)有再循環(huán))、部分再循環(huán)的傳統(tǒng)尿素設(shè)備(僅僅再循環(huán)一部分氨和/或二氧化碳)以及全部再循環(huán)的設(shè)備(氨和二氧化碳均被再循環(huán))。
尿素汽提設(shè)備被理解為這樣的尿素設(shè)備，其中沒(méi)有轉(zhuǎn)化為尿素的氨基甲酸銨的分解以及通常過(guò)量的氨的排出大部分在實(shí)質(zhì)上幾乎等于合成反應(yīng)器中壓力的壓力下進(jìn)行。該分解和排氣借助于例如二氧化碳和/或氨的汽提氣以及加熱在一個(gè)或多個(gè)安裝在合成反應(yīng)器下游的汽提塔中進(jìn)行。也可應(yīng)用熱汽提。熱汽提意思指通過(guò)供熱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。離開汽提塔的含有氨和二氧化碳的氣流在高壓氨基甲酸鹽冷凝器中冷凝。
在尿素合成中還未反應(yīng)的氣體混合物從合成區(qū)中放空。除了可冷凝的氨和二氧化碳之外，該氣體混合物(反應(yīng)器排出氣)還含有惰性氣體。在惰性氣體被放空之前，可冷凝的組分(氨和二氧化碳)可以例如在合成壓力下在高壓洗滌器中被吸收。在這樣的高壓洗滌器中，優(yōu)選從反應(yīng)器排出氣體中將可冷凝的組分——氨和二氧化碳——吸收至進(jìn)一步回收形成的低壓氨基甲酸鹽流中。含有從反應(yīng)器排出氣體中吸收的氨和二氧化碳的來(lái)自高壓洗滌器的氨基甲酸鹽流經(jīng)過(guò)或不經(jīng)過(guò)高壓氨基甲酸鹽冷凝器返回到合成中。反應(yīng)器、高壓洗滌器、汽提塔和高壓氨基甲酸鹽冷凝器是尿素汽提設(shè)備的高壓區(qū)中最重要的部分。
在尿素汽提設(shè)備中，合成反應(yīng)器在160-240℃、優(yōu)選170-220℃的溫度運(yùn)行。合成反應(yīng)器中的壓力是12-21MPa、優(yōu)選12.5-19MPa。在汽提設(shè)備的合成中N/C比在2.5-5之間。該合成可以在單個(gè)反應(yīng)器或多個(gè)并聯(lián)或串聯(lián)的反應(yīng)器中進(jìn)行。當(dāng)使用兩個(gè)并聯(lián)的反應(yīng)器時(shí)，第一個(gè)反應(yīng)器可以使用幾乎新鮮的原料運(yùn)行，第二個(gè)反應(yīng)器使用例如來(lái)自尿素回收中全部或部分再循環(huán)的原料。
按照汽提方法制備尿素經(jīng)常使用的實(shí)施方案是如在歐洲化學(xué)報(bào)導(dǎo)(European Chemical News)，尿素增刊(Urea Supplement)，1969年1月17日，第17-20頁(yè)中描述的Stamicarbon CO2汽提方法。
優(yōu)選將Stamicarbon CO2汽提方法中的高壓氨基甲酸鹽冷凝器設(shè)計(jì)為如在NL-A-8400839中描述的所謂的潛管冷凝器。該潛管冷凝器可以安裝在水平或垂直的位置。然而特別有利的是用水平的潛管冷凝器進(jìn)行冷凝(所謂的池冷凝器；參見例如Nitrogen No 222，1996年7月-8月，第29-31頁(yè))，因?yàn)榕c冷凝器的其他設(shè)計(jì)相比，液體在池冷凝器中通常具有較長(zhǎng)的停留時(shí)間。這將導(dǎo)致在池冷凝器中形成額外的尿素。在池冷凝器中形成的尿素量比理論上可能形成的尿素量高30％。
汽提處理之后，汽提過(guò)的尿素合成溶液的壓力在尿素回收中降低，蒸發(fā)溶液，其后回收尿素。在回收中生成低壓氨基甲酸鹽流。該低壓氨基甲酸鹽流優(yōu)選經(jīng)過(guò)高壓洗滌器返回到在合成壓力下運(yùn)行的區(qū)中。
在高壓氨基甲酸鹽冷凝器中，來(lái)自汽提塔的氣流在來(lái)自高壓洗滌器的氨基甲酸鹽流中冷凝。來(lái)自高壓氨基甲酸鹽冷凝器的氨基甲酸鹽溶液優(yōu)選與反應(yīng)需要的氨一起送入合成反應(yīng)器。
在尿素汽提方法的特定的實(shí)施方案中，反應(yīng)器、池冷凝器和高壓洗滌器的功能被聯(lián)合在單個(gè)高壓容器中，在其中這些工序的功能在該高壓容器中被設(shè)計(jì)為小壓差的低壓內(nèi)件分開。在Nitrogen No.222，1996年7月-8月，第29-31頁(yè)中描述了這種實(shí)施方案的例子，其中描述了如US-A-5,767,313中的池反應(yīng)器。該池反應(yīng)器優(yōu)選被安置在水平位置。
本發(fā)明的目的在于提供一種制備尿素的改進(jìn)方法，該方法還具有較低的投資成本。
該申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一種從氨和二氧化碳制備尿素的改進(jìn)方法，其特征在于該制備在立式聯(lián)合反應(yīng)器中全部或部分地進(jìn)行。
該聯(lián)合反應(yīng)器由冷凝區(qū)、反應(yīng)區(qū)和洗滌區(qū)組成，其中冷凝區(qū)最通常被設(shè)置在反應(yīng)區(qū)下方，洗滌區(qū)被安置在反應(yīng)區(qū)上方。反應(yīng)區(qū)、洗滌區(qū)和冷凝區(qū)中的溫度和壓力條件幾乎等同，如此以致于該聯(lián)合反應(yīng)器在高壓下運(yùn)行。壓力優(yōu)選在12-22MPa之間，特別在13-21MPa之間。溫度在150-250℃之間，優(yōu)選在170-200℃之間。從氨和二氧化碳制備尿素的方法在此的特征為來(lái)自汽提塔的氣流被送到垂直聯(lián)合反應(yīng)器的冷凝區(qū)。具體地講，該氣流在從洗滌器經(jīng)過(guò)下降管傳遞至冷凝區(qū)的氨基甲酸鹽流中被全部或部分地冷凝。該冷凝器優(yōu)選為潛管式。來(lái)自汽提塔的氣流主要由氨和二氧化碳組成。汽提氣借助于例如氣體分流器在冷凝器的底部分配并且在經(jīng)過(guò)下降管來(lái)源于洗滌器的氨基甲酸鹽中全部或部分地冷凝。
隨后形成的氣體/液體混合物通過(guò)冷凝管，在此進(jìn)行放熱的氨基甲酸鹽反應(yīng)。作為在該放熱的氨基甲酸鹽反應(yīng)中放熱的結(jié)果，在管子周圍形成低壓蒸汽。一部分形成的氨基甲酸鹽可以借助于漏斗返回到冷凝區(qū)的底部。
由于下降管中氨基甲酸鹽流和管子中氨基甲酸鹽/氣體混合物之間密度差的結(jié)果，氨基甲酸鹽在冷凝區(qū)中循環(huán)。這確保氨基甲酸鹽在冷凝區(qū)中均勻混合并且產(chǎn)生適于傳熱的湍流。通過(guò)將該冷凝器設(shè)計(jì)為潛管冷凝器以提供液體氨基甲酸鹽在冷凝器中的停留時(shí)間，以致于在這里已經(jīng)部分地形成了尿素。
來(lái)自冷凝器的剩余的氨基甲酸鹽連同惰性物質(zhì)和未轉(zhuǎn)化的氨和二氧化碳與已經(jīng)形成的尿素和水一起被送入聯(lián)合反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)。剩余部分的吸熱的尿素反應(yīng)在該反應(yīng)區(qū)中進(jìn)行。所需熱量通過(guò)來(lái)自冷凝器的未轉(zhuǎn)化的氨和二氧化碳之間放熱的氨基甲酸鹽反應(yīng)來(lái)提供。
反應(yīng)區(qū)優(yōu)選被設(shè)計(jì)為高壓泡罩塔。該反應(yīng)區(qū)優(yōu)選裝有確保液體基本上以活塞流方式流過(guò)反應(yīng)器的裝置。為此，該反應(yīng)區(qū)優(yōu)選通過(guò)篩板分成幾乎相同容量的隔室，以致于該反應(yīng)器成為級(jí)聯(lián)型反應(yīng)器，并由此接近活塞流。使用的篩板可以是有關(guān)生產(chǎn)尿素文獻(xiàn)中描述的任何一種類型。該尿素溶液被送入到下游反應(yīng)器或下游氣體/液體分離器中。
仍然含有游離氨和二氧化碳的惰性物質(zhì)，在洗滌區(qū)用進(jìn)一步回收形成的低壓氨基甲酸鹽流洗滌?？梢栽谠撓礈炱髦袑⑽崔D(zhuǎn)化的氨和二氧化碳或者完全地或者部分地洗凈。惰性物質(zhì)可以擺脫任何殘留在聯(lián)合反應(yīng)器外面的氨和二氧化碳。
聯(lián)合反應(yīng)器可以用于新建設(shè)備和現(xiàn)有設(shè)備中。
本發(fā)明還涉及通過(guò)加入聯(lián)合反應(yīng)器改進(jìn)和優(yōu)化(改造)現(xiàn)有尿素設(shè)備的方法。這樣的加入可以在傳統(tǒng)的設(shè)備和汽提設(shè)備中進(jìn)行。
該聯(lián)合反應(yīng)器是立式反應(yīng)器，這種垂直定位使該反應(yīng)器僅僅需要有限的占地面積。可利用的占地面積常常是有限的，特別是在改造的項(xiàng)目中，據(jù)此理由該聯(lián)合反應(yīng)器在這里是特別適合的。聯(lián)合反應(yīng)器對(duì)于例如池反應(yīng)器還是一個(gè)有吸引力的替代裝置。
聯(lián)合反應(yīng)器可以在傳統(tǒng)的尿素設(shè)備使用，用于單程、部分再循環(huán)或全部再循環(huán)設(shè)備改造項(xiàng)目。在改造傳統(tǒng)的尿素設(shè)備情況下，除聯(lián)合反應(yīng)器之外還優(yōu)選增加汽提塔和氣體/液體分離器。
在改造傳統(tǒng)設(shè)備中，聯(lián)合反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是可利用與汽提設(shè)備蒸汽消耗量相當(dāng)?shù)恼羝牧?，即每噸尿素大約925千克蒸汽，實(shí)現(xiàn)能力增加1500-4000噸/天。這對(duì)于傳統(tǒng)的尿素設(shè)備來(lái)說(shuō)是一個(gè)顯著的進(jìn)步。聯(lián)合反應(yīng)器提供了增加現(xiàn)有合成的冷凝器容量和反應(yīng)體積的可能性。
在改造項(xiàng)目中，聯(lián)合反應(yīng)器在稍微低于下游現(xiàn)有反應(yīng)器壓力的壓力下運(yùn)行。反應(yīng)溶液從聯(lián)合反應(yīng)器流至下游反應(yīng)器需要的推動(dòng)力通過(guò)高壓氨噴射泵提供。這樣，聯(lián)合反應(yīng)器可以安置在地平面上。
尿素反應(yīng)在下游現(xiàn)有的反應(yīng)器中完成。如對(duì)于工藝有必要，可向下游尿素反應(yīng)器中加入小部分新鮮的二氧化碳，其是在該反應(yīng)器中進(jìn)行放熱的氨基甲酸鹽反應(yīng)所需要的，該反應(yīng)提供吸熱反應(yīng)需要的熱量。在改造傳統(tǒng)尿素設(shè)備項(xiàng)目的情況下，尿素溶液被送入高壓汽提塔、優(yōu)選新安裝的高壓CO2汽提塔，其中未轉(zhuǎn)化的氨基甲酸鹽被離解成氨和二氧化碳。新鮮的汽提氣、優(yōu)選新鮮的二氧化碳和熱量被用于這種離解。形成的汽提氣與在下游現(xiàn)有的尿素反應(yīng)器中形成的蒸氣一起被送到聯(lián)合反應(yīng)器中。
汽提設(shè)備的改造原理基本上與上面描述的用于改造傳統(tǒng)尿素設(shè)備的相同。在這里，現(xiàn)有的反應(yīng)器也充當(dāng)下游尿素反應(yīng)器，高壓氨噴射泵是克服聯(lián)合反應(yīng)器和現(xiàn)有反應(yīng)器之間壓差的推動(dòng)力。這樣，聯(lián)合反應(yīng)器在汽提單元中也可以安置在地平面上。然而，汽提塔和氣體/液體分離器不必加入到汽提設(shè)備中。在這里聯(lián)合反應(yīng)器又提供了這樣的可能性，即，增加現(xiàn)有合成的冷凝器能力和反應(yīng)體積、增加汽提設(shè)備的能力至4000噸/天或以上，而沒(méi)有增加生成每噸尿素所需的蒸汽消耗量。
實(shí)質(zhì)上，可以是降膜型冷凝器或潛管冷凝器的現(xiàn)有高壓氨基甲酸冷凝器可以并入該設(shè)計(jì)。這種用于汽提設(shè)備的改造技術(shù)也可以用于CO2汽提設(shè)備和NH3汽提設(shè)備以及應(yīng)用熱汽提的汽提設(shè)備。
利用聯(lián)合反應(yīng)器的新建設(shè)備基本上與改造傳統(tǒng)的尿素設(shè)備所述的原理相同。然而，在新建設(shè)備中不需要下游反應(yīng)器，因?yàn)槟蛩胤磻?yīng)在聯(lián)合反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)中能夠完成。
本發(fā)明還涉及一種尿素設(shè)備，其中高壓區(qū)基本上由聯(lián)合反應(yīng)器、氣體/液體分離器和汽提塔、優(yōu)選CO2汽提塔組成。
由于在新建設(shè)備中聯(lián)合反應(yīng)器也安置在地平面上，排出的尿素經(jīng)過(guò)高壓氨噴射泵被送入氣體/液體分離器。該分離器排出的液體被送到高壓CO2汽提塔，在其中分離未轉(zhuǎn)化的氨基甲酸。同樣含有新鮮的二氧化碳的汽提氣與來(lái)自下游分離器的尾氣一起被排至聯(lián)合反應(yīng)器的冷凝區(qū)。
本發(fā)明方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于其能夠以確定較低的投資費(fèi)用在設(shè)備中體現(xiàn)，因?yàn)闊峤粨Q器/冷凝器和洗滌器整合在一個(gè)反應(yīng)器中需要更少的在高度腐蝕的環(huán)境下必須抗高壓的裝置和管道。進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是在地平面上安裝，使設(shè)備結(jié)構(gòu)較低。這提供了更多投資的優(yōu)點(diǎn)并且提供了更好的安全性。
可通過(guò)在聯(lián)合反應(yīng)器中為反應(yīng)混合物提供足夠長(zhǎng)的停留時(shí)間來(lái)完成氨基甲酸鹽向尿素和水的轉(zhuǎn)化。停留時(shí)間通常大于10分鐘、優(yōu)選大于20分鐘。停留時(shí)間通常小于2小時(shí)、優(yōu)選小于1小時(shí)。在聯(lián)合反應(yīng)器中較高的溫度和壓力下，較短的停留時(shí)間通常足以獲得高轉(zhuǎn)化率。
通常將聯(lián)合反應(yīng)器設(shè)計(jì)為直徑在1-5米之間、優(yōu)選在2-4米之間的寬管。聯(lián)合反應(yīng)器的長(zhǎng)度通常在5-60米之間、優(yōu)選在10-40米之間。
聯(lián)合反應(yīng)器通常裝有確保液體基本上以活塞流方式流過(guò)反應(yīng)器的裝置。為此該反應(yīng)器裝有例如整裝填料(在一個(gè)或多個(gè)位置)或?qū)⒎磻?yīng)器分成隔室的擋板。這些隔室本身形成一系列的連續(xù)攪拌槽反應(yīng)器(CSTR)。在下文中多處將涉及到CSTR和隔室，以便更好理解本發(fā)明。使用這些術(shù)語(yǔ)并不意味著本發(fā)明局限于此。
在聯(lián)合反應(yīng)器中作為串聯(lián)CSTR的隔室的數(shù)量?jī)?yōu)選大于2、尤其大于5。作為CSTR的隔室的數(shù)量通常小于40、優(yōu)選小于20。
聯(lián)合反應(yīng)器中的隔室優(yōu)選由幾乎水平的擋板形成。這種擋板的表面積優(yōu)選不小于垂直反應(yīng)器水平橫截面積的50％、優(yōu)選不小于85％。擋板的表面積優(yōu)選幾乎是垂直位置放置的反應(yīng)器的水平斷面的100％。
反應(yīng)器中釋放的熱量可以通過(guò)流經(jīng)換熱器管的水帶走，其中水轉(zhuǎn)化為3-10巴、優(yōu)選4-7巴的低壓蒸汽。該熱量也可以通過(guò)傳遞給需要受熱的工藝物流而帶走，該工藝物流例如是在2-8巴濃縮的尿素溶液或在15-40巴膨脹的尿素溶液。熱交換器安裝在反應(yīng)器的冷凝區(qū)。該區(qū)占反應(yīng)器總長(zhǎng)的10-70％、優(yōu)選20-50％。
優(yōu)選將聯(lián)合反應(yīng)器的冷凝區(qū)和熱交換器設(shè)計(jì)為所謂的潛管冷凝器。在這里，一部分待冷凝的氣體混合物通過(guò)管式熱交換器的管程，其中稀釋的氨基甲酸鹽溶液通過(guò)殼程，溶液和冷凝釋放的熱量通過(guò)介質(zhì)例如圍繞管子流動(dòng)的水而帶走，水轉(zhuǎn)化為低壓蒸汽。
本發(fā)明將通過(guò)參照下列圖的實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)地闡明，其中

圖1表示現(xiàn)有技術(shù)的的狀況，圖2至5表示本發(fā)明的實(shí)施方案。
圖1根據(jù)Stamicarbon CO2汽提方法的尿素汽提設(shè)備區(qū)的示意圖。
圖2根據(jù)Stamicarbon CO2汽提方法其中增加了聯(lián)合反應(yīng)器的尿素汽提設(shè)備區(qū)的示意圖。
圖3根據(jù)傳統(tǒng)原理、引入聯(lián)合反應(yīng)器和CO2汽提塔的尿素設(shè)備區(qū)的示意圖。
圖4根據(jù)聯(lián)合反應(yīng)器原理的新的尿素汽提設(shè)備區(qū)的示意圖。
圖5本發(fā)明聯(lián)合反應(yīng)器區(qū)的示意圖。
在圖1中，R表示Stamicarbon CO2汽提設(shè)備中的反應(yīng)器，其中二氧化碳和氨轉(zhuǎn)化為尿素。離開反應(yīng)器的尿素合成溶液(USS)被送到CO2汽提塔(S)中，其中通過(guò)用CO2汽提USS將USS轉(zhuǎn)化為氣流(SG)和液流(SUSS)。離開CO2汽提塔的氣流(SG)基本上由氨和二氧化碳組成，SUSS是被汽提的USS。含有汽提的尿素合成溶液SUSS的物流被送入至尿素回收(UR)，其中回收尿素(U)并且排出水(W)。在UR中得到低壓氨基甲酸銨流(LPC)并且將其送到高壓洗滌器(SCR)中。在該洗滌器中，LPC和來(lái)自反應(yīng)器并且基本上由氨和二氧化碳以及存在于二氧化碳原料和氨原料中的惰性物質(zhì)(不可冷凝的組分)組成的氣流(RG)接觸。通常熱量在SCR中也被轉(zhuǎn)移。在該實(shí)施例中，離開SCR的富集的氨基甲酸鹽流(EC)被送至高壓氨基甲酸鹽冷凝器(C)，其中借助于EC冷凝SG流。該冷凝也可以通過(guò)不加入EC至C中而完成；在那種情況下將EC直接加入到反應(yīng)器R中是合理的。產(chǎn)生的高壓氨基甲酸鹽流(HPC)被返回到反應(yīng)器。在該實(shí)施例中，新鮮的氨經(jīng)過(guò)高壓氨基甲酸鹽冷凝器(C)再循環(huán)，但是當(dāng)然在別處也可以容許在R-＞S-＞C-＞R回路或R-＞SCR-＞C-＞R回路中再循環(huán)。
在圖2中，R表示Stamicarbon CO2汽提設(shè)備中的反應(yīng)器，其中二氧化碳和氨轉(zhuǎn)化為尿素。離開反應(yīng)器的尿素合成溶液(USS)被送入到CO2汽提塔(S)中，其中通過(guò)用CO2汽提USS將USS轉(zhuǎn)化為氣流(SG)和液流(SUSS)。離開CO2汽提塔的氣流(SG)基本上由氨和二氧化碳組成，SUSS是被汽提的USS。含有被汽提的尿素合成溶液SUSS的物流回到尿素回收(UR)，其中回收尿素(U)并且排出水(W)。
在UR中得到低壓氨基甲酸銨流(LPC)并且將其送到高壓洗滌器(SCR)中。在該洗滌器中，LPC和來(lái)自聯(lián)合反應(yīng)器并且基本上由氨和二氧化碳以及存在于二氧化碳原料和氨原料中的惰性物質(zhì)(不可冷凝的組分)組成的氣流(CRG)接觸。熱量可以任選在該高壓洗滌器(SCR)中被轉(zhuǎn)移。離開SCR的富集的氨基甲酸鹽流(EC)被送入聯(lián)合反應(yīng)器的洗滌區(qū)中。形成的高壓氨基甲酸鹽流在聯(lián)合反應(yīng)器的冷凝區(qū)中經(jīng)過(guò)下降管與氨和氣態(tài)的二氧化碳接觸。氨基甲酸鹽和在聯(lián)合反應(yīng)器的冷凝區(qū)中形成的尿素被送入聯(lián)合反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)中。也含有未轉(zhuǎn)化的氨基甲酸鹽(HPC)的尿素溶液借助于必需的氨供以動(dòng)力的噴射泵被送入反應(yīng)器(R)中。離開尿素反應(yīng)器(R)基本上由氨和二氧化碳以及惰性物質(zhì)組成的氣流(RG)回到聯(lián)合反應(yīng)器的冷凝區(qū)中。
在圖3中，R表示傳統(tǒng)的尿素設(shè)備中的反應(yīng)器。離開反應(yīng)器的反應(yīng)產(chǎn)物以混合流(MS)的形式回到氣體/液體分離器(GLS)中，其中反應(yīng)產(chǎn)物被分成氣流(RG)和液流(USS)?；旧嫌赡蛩亍被姿徜@和水組成的液流被送入汽提塔(S)，用二氧化碳并在加熱下汽提。離開汽提塔的汽提氣體(SG)與氣流(RG)結(jié)合，其中兩者基本上都由氨和二氧化碳組成，并且被轉(zhuǎn)移到聯(lián)合反應(yīng)器的冷凝區(qū)中。離開汽提塔的被汽提的尿素溶液(SUSS)被轉(zhuǎn)移到尿素回收，其中回收尿素(U)并且回收水(W)。在尿素回收中也形成含水的低壓氨基甲酸鹽流(LPC)，其被送入聯(lián)合反應(yīng)器的洗滌區(qū)。形成的高壓氨基甲酸鹽流在聯(lián)合反應(yīng)器的冷凝區(qū)中經(jīng)過(guò)下降管與氨和氣態(tài)的二氧化碳接觸。氨基甲酸鹽和在聯(lián)合反應(yīng)器的冷凝區(qū)中形成的尿素被送入聯(lián)合反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)中。也含有未轉(zhuǎn)化的氨基甲酸鹽(HPC)的尿素溶液借助于通過(guò)必需的氨供以動(dòng)力的噴射泵被送入反應(yīng)器(R)中。
在圖4中，CR是在新的設(shè)備設(shè)計(jì)的區(qū)中含有冷凝器、反應(yīng)區(qū)和洗滌器的聯(lián)合反應(yīng)器的示意圖。聯(lián)合反應(yīng)器中形成的反應(yīng)產(chǎn)物以混合流(MS)的方式借助于氨-供以動(dòng)力的噴射泵被轉(zhuǎn)移到氣體/液體分離器(GLS)中。在這里，反應(yīng)產(chǎn)物被分成氣流(RG)和液流(USS)。氣流(RG)基本上由氨和二氧化碳組成，液流(USS)基本上由水、氨基甲酸銨和尿素組成。液流(USS)在汽提塔(S)中用二氧化碳并在加熱下汽提。在該方法中形成基本上由氨和二氧化碳組成的氣流(SG)和基本上由尿素和水組成的液流(SUSS)。該氣流與氣流(RG)一起被送入聯(lián)合反應(yīng)器的冷凝區(qū)。尿素溶液(SUSS)在尿素回收中被轉(zhuǎn)化為尿素(U)、水(W)和低壓氨基甲酸銨(LPC)。該低壓氨基甲酸鹽(LPC)回到聯(lián)合反應(yīng)器的洗滌區(qū)中。
圖5顯示一種聯(lián)合反應(yīng)器(CR)實(shí)施方案的示意圖。在這里，1表示聯(lián)合反應(yīng)器的壁，2表示洗滌區(qū)，3表示反應(yīng)區(qū)以及4表示冷凝區(qū)。A和B是蒸汽容器。離開汽提塔(S)的氣體(SG)在5處進(jìn)入冷凝器并且在冷凝器的底部通過(guò)氣體分流器6被分配。反應(yīng)混合物以混合流(MS)的方式經(jīng)過(guò)管7離開聯(lián)合反應(yīng)器。來(lái)自尿素回收(UR)的低壓氨基甲酸鹽(LPC)在8處進(jìn)入聯(lián)合反應(yīng)器。來(lái)自洗滌區(qū)的氨基甲酸鹽經(jīng)過(guò)下降管9進(jìn)入冷凝區(qū)。潛管冷凝區(qū)的管子用10表示。11標(biāo)明漏斗的合適位置，盡管漏斗不是必需的。該漏斗確保液體經(jīng)下降管穿過(guò)冷凝區(qū)進(jìn)一步循環(huán)。這是有利的，因?yàn)槠淠艽龠M(jìn)冷凝區(qū)中的熱傳遞。
本發(fā)明通過(guò)下面的實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明。對(duì)比實(shí)施例A下面的表1給出如圖1所示Stamicarbon CO2汽提設(shè)備中不同物流的組成(重量百分?jǐn)?shù))。該組成表明幾乎所有的尿素在反應(yīng)器(R)中被轉(zhuǎn)化并且氨基甲酸鹽在高壓冷凝器(C)中冷凝。
表1
實(shí)施例1下面的表2給出Stamicarbon CO2汽提設(shè)備中不同物流的組成(重量百分?jǐn)?shù))，其中如圖2所示，該設(shè)備中已經(jīng)增加了聯(lián)合反應(yīng)器以全部或部分地代替高壓氨基甲酸鹽冷凝器(C)。物流的組成表明相當(dāng)部分的尿素反應(yīng)在聯(lián)合反應(yīng)器中進(jìn)行，部分或全部氨基甲酸鹽也在聯(lián)合反應(yīng)器中冷凝。如果能力保持相同的水平，在聯(lián)合反應(yīng)器(CR)中進(jìn)行的尿素反應(yīng)可以增加尿素設(shè)備的能力或減少該尿素設(shè)備的蒸汽消耗量。在該實(shí)施例中，生產(chǎn)每噸產(chǎn)品節(jié)省100千克高壓蒸氣(300℃和2.2MPa絕對(duì)壓力)。
表權(quán)利要求
1.從氨和二氧化碳制備尿素的方法，其特征在于該制備在立式聯(lián)合反應(yīng)器中全部或部分地完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于聯(lián)合反應(yīng)器中的冷凝區(qū)被設(shè)置在反應(yīng)區(qū)下方，洗滌區(qū)被放置在反應(yīng)區(qū)上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2任一項(xiàng)的方法，其特征在于聯(lián)合反應(yīng)器中的壓力在12-22MPa之間，溫度在150-250℃之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的方法，其特征在于離開汽提塔的氣流被送到立式聯(lián)合反應(yīng)器的冷凝區(qū)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的方法，其特征在于離開汽提塔的氣流在從洗滌區(qū)經(jīng)下降管轉(zhuǎn)移到冷凝區(qū)的氨基甲酸鹽流中被全部或部分地冷凝。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的方法，其特征在于聯(lián)合反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)裝有確保液體基本上以活塞流方式流過(guò)反應(yīng)器的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的方法，其特征在于聯(lián)合反應(yīng)器中反應(yīng)混合物的停留時(shí)間大于20分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)的方法，其特征在于聯(lián)合反應(yīng)器中反應(yīng)混合物的停留時(shí)間小于1小時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)的方法，其特征在于聯(lián)合反應(yīng)器被設(shè)計(jì)成直徑為1-5米、長(zhǎng)度為5-60米的管子。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)的方法，其特征在于作為串聯(lián)的CSTR的聯(lián)合反應(yīng)器中隔室的數(shù)量大于2。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)的方法，其特征在于作為串聯(lián)的CSTR的聯(lián)合反應(yīng)器中隔室的數(shù)量小于20。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)的方法，其特征在于將聯(lián)合反應(yīng)器的冷凝區(qū)和熱交換器設(shè)計(jì)為潛管冷凝器。
13.改進(jìn)和優(yōu)化現(xiàn)有尿素設(shè)備的方法，其特征在于增加聯(lián)合反應(yīng)器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于在傳統(tǒng)的尿素設(shè)備中還增加了汽提塔和氣體/液體分離器。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于在尿素汽提設(shè)備中增加了聯(lián)合反應(yīng)器。
16.尿素設(shè)備，其特征在于高壓區(qū)基本上由聯(lián)合反應(yīng)器、氣體/液體分離器和汽提塔組成。
17.基本上如說(shuō)明書、附圖和實(shí)施例中描述的方法、尿素設(shè)備和工藝。
全文摘要
本發(fā)明涉及從氨和二氧化碳制備尿素的方法,該制備在立式聯(lián)合反應(yīng)器中完全或部分地完成。離開汽提塔的氣流被送到垂直聯(lián)合反應(yīng)器的冷凝區(qū)中,其中該氣流在從洗滌區(qū)經(jīng)下降管轉(zhuǎn)移到冷凝區(qū)的氨基甲酸鹽流中被全部或部分地冷凝。在該聯(lián)合反應(yīng)器的冷凝區(qū)中氨和二氧化碳被部分地轉(zhuǎn)化為尿素。在聯(lián)合反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)中完成尿素的轉(zhuǎn)化。
文檔編號(hào)C07C273/00GK1337942SQ00803050
公開日2002年2月27日 申請(qǐng)日期2000年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月25日
發(fā)明者J·H·門寧, K·榮克斯 申請(qǐng)人:Dsm有限公司