專利名稱：濃縮含水氨基甲酸銨流的方法
濃縮含水氨基甲酸銨流的方法 本發(fā)明涉及將氣體流用于制備尿素的方法，所述氣體流在制備蜜胺的
工藝中形成，并且基本上由NH3、 C02和可選的H20組成。
這樣的方法公開在WO 98/08808A1中。在該已知工藝中，氣體流由制 備蜜胺的高壓工藝產(chǎn)生，所述氣體流直接供給至用于制備尿素的汽提工藝 的高壓段。
己知方法的一個缺點是難以對所得的制備蜜胺和尿素的組合工藝進(jìn)行
穩(wěn)定操作其中一個工藝的壓力波動容易通過氣體流影響另一個工藝，從 而導(dǎo)致不穩(wěn)定的操作。已知方法的另一個缺點是只有在蜜胺工藝比尿素工 藝的所述高壓段具有更高的壓力的條件下才達(dá)到最佳操作。
本發(fā)明的目的是減少或甚至避免所述缺點，同時仍能提供利用在制備 蜜胺的工藝中形成的氣體流的節(jié)能方法。
上述目的通過將氣體流用于濃縮含水氨基甲酸銨流的方法來實現(xiàn)。所
述含水氨基甲酸銨流在制備尿素的工藝中形成，其壓力為0.20-0.90 MPa， 溫度為35-95'C，并含有至少25 wt。/。的H20，所述用于濃縮含水氨基甲酸 銨流的方法包括
增壓步驟，其中，所述含水氨基甲酸銨流的壓力被升至1.0-7 MPa;
冷凝步驟，其中，所述含水氨基甲酸銨流與氣體流接觸，所述氣 體流在制備蜜胺的工藝中形成，并且基本上由NH3、 C02和可選的 H20組成，且其H20含量低于所述含水氨基甲酸銨流，所述氣體 流被吸收在所述含水氨基甲酸銨流中，以使形成的濃縮氨基甲酸 銨流包含15-35 wt%H20; 排放步驟，其中，所述濃縮氨基甲酸銨流被分離并排放。 本發(fā)明的方法的優(yōu)點是，由蜜胺制備工藝產(chǎn)生的氣體流可以高效且穩(wěn)
定地用于制備尿素。相比已知方法提高的穩(wěn)定性源于以下事實在制備蜜
胺的工藝中產(chǎn)生的原料以液體形式而非氣體形式被引入尿素工藝的高壓合 成段。而且，作為本發(fā)明的方法的另一個優(yōu)點，不需要為了能將氣體流作 為原料引入制備尿素的工藝而將額外的水供給至例如氣體流或制備尿素的 工藝。本發(fā)明的方法的另一個優(yōu)點是來自蜜胺制備工藝的氣體流的壓力無 需至少與尿素工廠的高壓段的壓力一樣高。
DE 1468207A1公開了一種由氨蒸汽制備尿素的工藝，所述氨蒸汽包 含二氧化碳并可能含有水。氨蒸汽可以在由尿素合成蜜胺的過程中產(chǎn)生。 氨蒸汽被引入混合/冷凝設(shè)備，在那里與另一股氣態(tài)含水氨流(其為由尿素 制備反應(yīng)器的流出物生成的循環(huán)流)混合。混合之后，蒸汽被冷凝。然后 液體流被返回到反應(yīng)器中。
WO 02/090323A公開了一種由氨和二氧化碳制備尿素的工藝，其中， 在合成區(qū)形成包含尿素、氨基甲酸銨和未轉(zhuǎn)化的氨的尿素合成溶液，將一 部分尿素合成溶液從合成區(qū)轉(zhuǎn)移至在1-4 MPa的壓力下操作的中壓處理 區(qū)，并且將來自中壓處理區(qū)的氣體流吸收到來自尿素回收段的低壓氨基甲 酸銨溶液中。WO 02/090323A并未涉及在制備蜜胺的工藝中形成的氣體流 的使用。
WO 03/087043A公開了一種在尿素工藝中由氨和二氧化碳制備尿素的 工藝，尿素工藝的合成段包括洗滌器，在其中將來自合成段的廢氣流中的 氨和二氧化碳純化，所述洗滌器是在1-5 MPa的壓力下操作的中壓洗滌 器。WO 03/087043A還涉及一種改進(jìn)現(xiàn)有的尿素工藝和尿素工廠(包括具 有中壓洗滌器的高壓合成段)的方法。WO 03/087043A并未涉及在制備蜜 胺的工藝中形成的氣體流的使用。
WO 2004/011419A公開了一種提高尿素工廠生產(chǎn)能力的方法，所述尿 素工廠包括壓縮段、高壓合成段、形成尿素熔體的尿素回收段以及可選的 ?；?，通過以下方法提高尿素工廠的生產(chǎn)能力額外安裝蜜胺工廠，并 將來自尿素工廠的尿素回收段的尿素熔體全部或部分地供給至蜜胺工廠， 并將來自蜜胺工廠的殘余氣體全部或部分地返回至尿素工廠的高壓合成段 和/或尿素回收段。
DE 2053358A1公開了一種將含二氧化碳的氣體(例如在由尿素合成
蜜胺的過程中產(chǎn)生的廢氣)供給至用于制備尿素的工廠的方法。用于制備 尿素的工廠包括高壓段和用于回收未轉(zhuǎn)化的氨和二氧化碳的低壓循環(huán)段以
及中壓段。氨基甲酸銨溶液作為循環(huán)流在壓力為0.1-0.4 MPa的低壓段中 形成，然后在中壓段中將壓力升至1-3 MPa。將來自中壓段的循環(huán)流的壓 力進(jìn)一步升至1.5-6 MPa，并供給至設(shè)置在高壓段之前的吸收區(qū)。將含二 氧化碳的氣體(例如在由尿素合成蜜胺的過程中產(chǎn)生的廢氣)也供給至吸 收區(qū)。
GB 1148767A公開了一種用于合成蜜胺的工藝，包括用于生產(chǎn)尿素的 二氧化碳-氨含水系統(tǒng)(在180-20(TC和180-220 kg/cn^下操作，產(chǎn)物被減 壓至40-60 kg/cm2)以及用于生成蜜胺的尿素-氨系統(tǒng)(在360-45(TC和60-150kg/cn^下操作)，蜜胺廢氣(尿素-氨系統(tǒng)的副產(chǎn)物)在二氧化碳-氨含 水系統(tǒng)中用于尿素合成，由二氧化碳-氨含水系統(tǒng)得到的尿素被循環(huán)至尿 素-氨系統(tǒng)用于蜜胺合成，其中從蜜胺反應(yīng)器頂部排放的廢氣(包含氨和二 氧化碳)被直接引入尿素生產(chǎn)系統(tǒng)中的含水氨基甲酸銨的循環(huán)回路中的廢 氣吸收單元(在130-16(TC和60-150 kg/cn^下操作)，將所得的濃縮含水 氨基甲酸銨用于尿素生產(chǎn)系統(tǒng)中的尿素合成；將廢氣的顯熱和氨基甲酸銨 的生成熱用于分解未反應(yīng)的氨基甲酸銨并產(chǎn)生蒸汽；在廢氣單元以液體氨 回收過量的氨。
2005年9月1日公布的WO 2005/080321A公開了一種用于尿素和蜜 胺生產(chǎn)的集成方法。尿素在尿素工廠中生產(chǎn)，所述尿素工廠包括高壓尿素 合成段和用于將尿素與氨基甲酸鹽水溶液分離的尿素回收段；蜜胺在蜜胺 工廠中生產(chǎn)，其中將壓力為至少2 bar的廢氣(作為蜜胺合成的副產(chǎn)物) 從蜜胺工廠排出，并循環(huán)至高壓尿素合成段。
本發(fā)明的方法涉及含水氨基甲酸銨流的濃縮。"濃縮"在這里是指減 少H20含量(以重量百分比表示)。如本文所指，濃縮主要優(yōu)選通過向含 水氨基甲酸銨流添加除H20以外的化合物來實現(xiàn)，而不是通過從含水氨基 甲酸銨流中取出H20來實現(xiàn)。如下所述，本發(fā)明的方法優(yōu)選以以下方式操 作含水氨基甲酸銨流的H20含量相對于全部含水氨基甲酸銨流降低至少 3wt%。更優(yōu)選地，H20含量降低至少5 wt%，甚至更優(yōu)選至少8 wt。/。或甚 至10 Wt%，最優(yōu)選至少15 Wt%。考慮到例如下文所述的避免形成固體的
需要所造成的實際限制，優(yōu)選含水氨基甲酸銨流的H20含量降低至多30 wt%，更優(yōu)選至多25wt。/。。
含水氨基甲酸銨流在這里被理解為水為連續(xù)相并含有氨基甲酸銨的基 本上為液體的流，其中氨基甲酸銨要么是溶解形式或固體形式的氨基甲酸 銨，要么是以游離NH3和/或游離C02的形式。
根據(jù)本發(fā)明，含水氨基甲酸銨流在制備尿素的工藝中形成。原則上， 任何類型的基于NH3和C02的制備尿素的工藝都是適合的。這樣的工藝 本身是已知的，例如在Ullmann，s Encyclopaedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co, 1996 或其電子版 (DOI : 10.1002/14356007.a27一333，在線
公開日期為2000年6月15日)的尿素部 分的第3章"Production"中提到的工藝。特別地，上述文獻(xiàn)的章節(jié)3.3.1 描述的所謂常規(guī)工藝以及章節(jié)3.3.2中描述的所謂汽提工藝是合適的。
本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解以及這里所預(yù)期的汽提工藝是基于以下原則 如果確保C02或NH3的分壓被降低，則可以在高的總壓下使尿素合成反應(yīng) 器的流出物中存在的氨基甲酸銨很大程度地分解為NH3和C02。在C02汽 提工藝中，通過將C02引入反應(yīng)器的流出物來實現(xiàn)NH3分壓的降低。在 NH3汽提工藝中，已經(jīng)存在的過量NH3禾Q/或向反應(yīng)器的流出物中引入額外 的NH3導(dǎo)致氨基甲酸銨由于較低或被降低的C02分壓而分解。
因此，在汽提工廠中進(jìn)行的汽提工藝的特點是，借助于或甚至完全基 于熱能的輸入，通常在汽提器中對反應(yīng)器的流出物進(jìn)行汽提作用。在C02
汽提工藝中，C02被加入汽提器，這占被消耗的新鮮C02的主要部分，或
甚至75%、 90%或甚至全部。新鮮C02是指作為獨立原料流被引入的其中 不含或基本不含NH3的C02。
在汽提工廠中進(jìn)行的汽提工藝的另一個特點是汽提發(fā)生的壓力介于 11 MPa與20 MPa之間，優(yōu)選在12.5 MPa與19 MPa之間。優(yōu)選且通常 地，進(jìn)行汽提作用的壓力基本上與反應(yīng)器中的壓力相等?；旧舷嗟仁侵?汽提器中的壓力比反應(yīng)器中的壓力高或低不到0.5 MPa，并且在進(jìn)行汽提 工藝的汽提工廠中，在反應(yīng)器與汽提器之間不存在諸如閥之類的減壓設(shè)
備。
在尿素汽提工廠中，反應(yīng)器和汽提器是進(jìn)行尿素汽提工藝的所謂高壓 段的核心部件。通常且優(yōu)選地，冷凝器(離開汽提器的氣體流在其中冷凝 并被供給至反應(yīng)器)也是所述高壓段的一部分。冷凝器本身可與反應(yīng)器集 成。
汽提工藝中的汽提作用的效果是所產(chǎn)生的氣態(tài)流包含大部分的未轉(zhuǎn)化
為尿素的原料。通常，所有未轉(zhuǎn)化為尿素的原料的至少25 wty。被返回至反 應(yīng)器；優(yōu)選地，至少40、 50、 60或甚至至少70 wt。/。的未轉(zhuǎn)化為尿素的原 料通過汽提器和冷凝器被循環(huán)回到高壓段中的反應(yīng)器中。
根據(jù)汽提工藝的原理的汽提作用的另一個效果是，離開汽提器的氣態(tài) 流包含相對低的H20含量，通常小于10 wt%，或甚至小于8、 6、 5或甚 至4 wt%。
在所有這些已知并包括常規(guī)工藝以及汽提工藝的制備尿素的工藝中， 形成的含水氨基甲酸銨流的壓力為0.20-0.90 MPa，或0.20-0.60 MPa，并 包含至少25 wt。/。的水；特別是對于未反應(yīng)原料與形成的尿素分離并被直接 或間接低返回至合成段的工藝和進(jìn)行該工藝的工廠的那些部分。所述部分 包括低壓段。低壓在這里是指在大約大氣壓與1 MPa之間的壓力。所述部 分還可以包括中壓段。中壓在這里是指在1 MPa與10 MPa之間的壓力。 制備尿素的工廠還包括高壓段。高壓在這里是指在10 MPa與約30 MPa之 間的壓力，或在10-30 MPa內(nèi)的一個更窄范圍(應(yīng)用時在本文中指出)。
在本文中，術(shù)語"高壓"和"低壓"還在制備蜜胺的工藝中使用；在 那里，這些術(shù)語根據(jù)那里所述具有不同的含義。
在進(jìn)行增壓步驟之前，含水氨基甲酸銨流的壓力優(yōu)選為或達(dá)到0.20-0.80 MPa、 0.20-0.60 MPa、 0.25-0.60 MPa或0.25-0.55 MPa，更優(yōu)選0.30-0.50 MPa。含水氨基甲酸銨流的溫度為35-95。C或50-95°C;優(yōu)選地，該溫 度為60-90°C，更優(yōu)選65-85。C。如果在制備尿素的工廠的低壓段中形成的 含水氨基甲酸銨流不具有處于本發(fā)明的期望范圍內(nèi)的溫度，則在增壓步驟 之前或其間應(yīng)當(dāng)進(jìn)行預(yù)熱步驟或預(yù)冷卻步驟，以確保使含水氨基甲酸銨流 的溫度處于期望范圍內(nèi)。含水氨基甲酸銨流的H20含量為至少25 wt。/?；?br> 30 wt%;在實踐中需要這種含量以防止在0.20-0.90 MPa的所述壓力下大 量形成固體顆粒。所述固體顆粒通常由氨基甲酸銨組成?？紤]到制備尿素 的工藝中的限制氨基甲酸銨流中的水量的一般目標(biāo)，特別是當(dāng)那些流被直 接或通過中間操作間接地供給至尿素合成段時，含水氨基甲酸銨流通常不 會包含超過60wt。/。的H20，優(yōu)選小于50wt。/0。
含水氨基甲酸銨流的NH3/C02摩爾比通常且優(yōu)選介于1與5或4之 間，更優(yōu)選該比值介于1.5與3或2.5之間，已知該比值通過將所有由NH3 和C02得到的化合物(例如氨基甲酸銨)轉(zhuǎn)換成NH3和C02摩爾當(dāng)量并將 其統(tǒng)計在內(nèi)來計算。
本發(fā)明的方法包括增壓步驟，其中將含水氨基甲酸銨流的壓力升至1-7MPa?？梢酝ㄟ^任何合適的方式實現(xiàn)壓力增加，例如借助于泵；這樣的 方法本身是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，條件是要考慮含水氨基甲酸銨流的腐 蝕特性。含水氨基甲酸銨流中的水量(至少在防止氨基甲酸銨結(jié)晶出所需 要的)依賴于壓力等壓力越高，所需的水的最小量越低。已知的是，影 響固體氨基甲酸銨存在和形成的另一個重要因素是溫度。
增壓步驟的結(jié)果是可以在不存在(或不增加)結(jié)晶氨基甲酸銨的條件 下減少含水氨基甲酸銨流的H20含量。優(yōu)選地，壓力在增壓步驟中被升至 1-7 MPa;更優(yōu)選地，壓力在增壓步驟中被升至1.5-6或5 MPa，最優(yōu)選被 升至2-4.5或4 MPa。
增壓步驟中的壓力增加優(yōu)選為至少0.5或1 MPa，更優(yōu)選至少1.5或2 MPa。較高的壓力增加的優(yōu)點是可以更大程度地濃縮含水氨基甲酸銨流而 不形成固體顆粒(例如氨基甲酸銨結(jié)晶顆粒)。壓力增加不應(yīng)過高，以使 壓力被升至高于7MPa的值。
在本發(fā)明的方法中，在增壓步驟后進(jìn)行冷凝步驟。在此步驟中，含水 氨基甲酸銨流與氣體流接觸。該氣體流在制備蜜胺的工藝中形成；這是指 氣體流在制備蜜胺的工藝中形成并包含在由尿素合成蜜胺的過程中直接或 間接形成的副產(chǎn)物。己知這些副產(chǎn)物主要是NH3和C02。原則上，氣體流 可以在任何由尿素制備蜜胺的工藝中形成，例如在Ullmann's Encyclopaedia of Industrial Chemistry (電子片反，Wiley-VCH Verlag GmbH & Co, DOI: 10.1002/14356007.a27—333，在線
公開日期為2001年3月15 日)的"Mdamine and Guanamines" —章中公開的工藝。這樣的工藝的實 例是所謂的非催化高壓液相工藝，其中在5-25 MPa的壓力和325-45(TC的 溫度下不借助催化劑將熔融尿素轉(zhuǎn)化為液體蜜胺；以及所謂的催化低壓氣 相工藝，其中在大氣壓與1、 2或3 MPa之間的壓力下借助于催化劑將尿 素轉(zhuǎn)化為氣態(tài)蜜胺。
形成氣體流的實例是通過已知的分離方法在液相工藝的反應(yīng)器中或在 安裝在反應(yīng)器下游的氣/液分離設(shè)備中將氣體產(chǎn)物與液體蜜胺分離。如果需 要，氣體流在用于本發(fā)明的方法之前可以穿過供給至工藝的液體尿素。氣 體流基本上由NH3禾n C02組成。術(shù)語"基本上由...組成"及等價表述具有 通常含義如果存在其它化合物或采用其它手段，則它們對本發(fā)明的運行 和效果沒有明顯影響。
形成氣體流的另一個實例是，通過己知的分離方法將氣態(tài)產(chǎn)物分離， 所述氣態(tài)產(chǎn)物是在利用含水流將在制備蜜胺的低壓氣相工藝中形成的氣態(tài) 反應(yīng)混合物冷卻時形成的。如此形成的氣體流除了 NH3和C02外還包含 H20。
在本發(fā)明的一種實施方式中，氣體流從所謂的解吸器被分離，解吸器 是一種已知的塔，在制備蜜胺的低壓氣相工藝中形成的含水氨基甲酸銨流 供給到該塔中，并從該塔釋放氣體流，該氣體流的組成(特別是H20含 量)使其適合作為氣體流用于本發(fā)明的方法。
氣體流基本由NH3、 C02和可選的H20組成。如上所述，&0的存在 和量通常取決于其中形成氣體流的蜜胺工藝。氣體流中的NH3和C02可以 在蜜胺工藝中以副產(chǎn)物形成，也可以作為輔助材料供給到其中(這是已知 的)。此外，氣體流可以包含至多10wty。的其它化合物，例如尿素或蜜 胺。優(yōu)選地，氣體流包含小于7 wt%、更優(yōu)選小于5 wt。/?；蛏踔粱緸? wt。/。的其它化合物。
氣體流在下面將討論的冷凝步驟中與含水氨基甲酸銨流接觸，目的是 濃縮該含水氨基甲酸銨流。應(yīng)當(dāng)注意，與含水氨基甲酸銨流相比，氣體流 應(yīng)當(dāng)包含更少的水。優(yōu)選地，氣體流的水含量比含水氨基甲酸銨流的水含
量低至少10 Wt%，更優(yōu)選低至少20 Wt%，其中重量百分比基于全部流。 這具有的優(yōu)點是可以更大程度地濃縮含水氨基甲酸銨流。優(yōu)選地，氣體流 包含小于40wty。的水；在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，氣體流包含小于
15wt%、或甚至小于10wt。/。、小于5wt。/。的水，或幾乎不含水。
氣體流在制備蜜胺的工藝中進(jìn)行，優(yōu)選地(如果可能)，氣體流的壓 力和溫度在下面將討論的冷凝歩驟開始時不改變。優(yōu)選地，增壓步驟以可 使氣體流直接(不存在進(jìn)一步的壓力變化，特別是不存在壓力增加)與含 水氨基甲酸銨流接觸的方式進(jìn)行。然而，在本發(fā)明的另一種實施方式中， 氣體流獨立并且至少部分地冷凝，從而形成氨基甲酸銨中間流。氨基甲酸
銨中間流可以是基本上無水的，并且類似于WO 98/32731A (第3頁9-14 行和第4頁20-36行)中公開的氨基甲酸銨流。氨基甲酸銨中間流也可以 是含水的，可以是液體或氣/液混合物。在本發(fā)明的這種實施方式中，氨基 甲酸銨中間流代替氣體流被供給至冷凝步驟。而且，在此替代性實施方式 中，氨基甲酸銨的形成過程中釋放的熱量的如果不是全部的話也是大部分 已經(jīng)在氨基甲酸銨中間流的形成過程中被釋放，該熱量可通過已知方法回
在冷凝步驟中，含水氨基甲酸銨流與氣體流彼此接觸，以使氣體流中 的NH;和C02全部或至少部分地被含水氨基甲酸銨流吸收。接觸可以使用 本身已知的方法進(jìn)行，例如通過在冷凝器中冷凝氣體流，釋放的冷凝熱消 耗在冷卻水中，含水氨基甲酸銨流也被供給至冷凝器以使氣體流被吸收 (就其本身或以冷凝形式)。接觸還可以例如在塔中進(jìn)行，將兩股流供給 到塔中并使其并流或逆流接觸。這樣的塔可被設(shè)計成以氣體流為連續(xù)相， 也可以以含水氨基甲酸銨流為連續(xù)相。已知的是，可以使用填料來促進(jìn)兩 股流之間的接觸。接觸也可以使用所述冷凝器與塔的組合來進(jìn)行。
在將氣體流吸收到含水氨基甲酸銨流的過程中，由NH3和C02形成氨 基甲酸銨導(dǎo)致釋放熱量。因此，如上所述，在冷凝步驟中排放熱量是有利 的。這可以通過本身已知的技術(shù)來完成，例如熱交換器，其隨后可例如用 于產(chǎn)生蒸汽。
在含水氨基甲酸鈸流中吸收氣體流或?qū)被姿徜@中間流與含水氨基
甲酸銨流混合，均導(dǎo)致形成濃縮氨基甲酸銨流。重要的是控制和避免了形 成固體形式的氨基甲酸銨，因為在濃縮氨基甲酸銨中含有過高量的固體是 不利的。如上所述，同時也是已知的，可溶解在水中的氨基甲酸鹽的量依 賴于壓力。因此，被吸收的氣體流的量優(yōu)選可使?jié)饪s氨基甲酸銨流在通用
壓力下包含小于10或8 wt。/。的固體形式的氨基甲酸銨、優(yōu)選小于6、 5或 4wt%、最優(yōu)選3、 2、 1 wt。/。的固體形式的氨基甲酸銨，或者幾乎不含或 甚至根本不含固體形式的氨基甲酸銨。優(yōu)選地，在冷凝步驟中利用熱交 換，以使所形成的濃縮氨基甲酸銨流的溫度為75-16(TC或80-140°C，更優(yōu) 選85-130。C或90-12(TC，最優(yōu)選95-ll(TC。熱交換可以通過已知的裝置實 現(xiàn)，例如熱交換器。為了使?jié)饪s氨基甲酸銨流在形成時達(dá)到所述溫度，可 能需要以在含水氨基甲酸銨流被濃縮時將其冷卻的方式進(jìn)行熱交換；然 而，發(fā)現(xiàn)同樣重要的是，考慮到固體沉淀的風(fēng)險，應(yīng)避免含水氨基甲酸銨 流在冷卻時溫度下降得過低(即使是局部性的)。因此，優(yōu)選的是，用于 熱交換作用的冷卻介質(zhì)的溫度介于4CTC與ll(TC之間，優(yōu)選70-10(TC。冷
卻介質(zhì)(優(yōu)選為水)的這些較高溫度意味著需要較大的熱交換表面，這是 本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的或者可通過常規(guī)計算得出。甚至可能意味著，在一 部分冷凝步驟過程中，冷卻介質(zhì)實際上升高了形成的濃縮氨基甲酸銨流的溫度。
在制備蜜胺的工藝中形成的氣體流的N/C摩爾比可能不同于含水氨基 甲酸銨流的N/C比。在這種情況下，濃縮氨基甲酸銨流的N/C比也將偏離 含水氨基甲酸銨流的N/C比；這種偏離會使N/C比超出后續(xù)制備尿素所期 望的范圍。如果出現(xiàn)這種情況，則優(yōu)選引入額外的NH3或C02以使尿素合 成反應(yīng)器中的N/C比落入期望范圍。額外的NHs或C02的引入形式可以是 在冷凝歩驟期間或之后將NH3或C02與濃縮氨基甲酸銨流混合，但也可以
是直接供給至反應(yīng)器或?qū)⑵渌鞴┙o至反應(yīng)器。在一種優(yōu)選實施方式中， 濃縮氨基甲酸銨的N/C摩爾比為2.0-3.0，優(yōu)選2.3-2.6;優(yōu)選地，這是通過 注入額外的NH3或C02來完成的。
在本發(fā)明的方法的冷凝步驟之后，如果需要并且還未通過本身進(jìn)行， 將濃縮氨基甲酸銨流從氣體流和含水氨基甲酸銨流中分離，然后排放。
在本發(fā)明的一種實施方式中，濃縮氨基甲酸銨流被用于合成尿素。優(yōu)
選地，將濃縮氨基甲酸銨流的壓力升至12.5-20 MPa或13-19 MPa，并將其
供給至制備尿素的汽提工藝的高壓段，所述高壓段通常也在12.5-20 MPa 的壓力下操作。優(yōu)選地，將濃縮氨基甲酸銨流的壓力升至如下水平可以 在不進(jìn)行進(jìn)一步的壓力調(diào)節(jié)的條件下將該流直接供給至汽提工藝的高壓 段。這樣的高壓段本身是已知的，至少包括反應(yīng)器、汽提器并且優(yōu)選還包 括冷凝器。優(yōu)選將濃縮氨基甲酸銨直接或通過中間管線或裝置供給至所述 高壓段的冷凝器或反應(yīng)器。制備尿素的汽提工藝優(yōu)選是所謂的C02汽提工 藝、NH3或自汽提工藝、或ACES汽提工藝。所述工藝本身是已知的，可 以參考本發(fā)明的前文或例如前面提到的Ullmann，s Encyclopaedia of Industrial Chemistry的尿素部分的章節(jié)3.3.2.1、 3.3.2.2和3.3.2.3。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，汽提工藝是制備尿素的C02汽提工 藝。本發(fā)明特別適用于那些進(jìn)行C02汽提工藝的不具有中壓段(即在約1-10MPa的壓力下操作的工段)的工廠，可使在低壓段(即在約大氣壓與約 1 MPa之間的壓力下)形成的含水氨基甲酸銨流(在已知方法中直接被供 給至高壓段)通過本發(fā)明的方法被濃縮，以使較少的水被供給至尿素合成 反應(yīng)器，結(jié)果可使合成反應(yīng)器在更高的效率下操作。因此，在不具有在中 壓下進(jìn)行的工藝步驟的C02汽提工藝(或任何其它不具有在中壓下進(jìn)行的 工藝步驟的制備尿素的工藝)中實施本發(fā)明，相當(dāng)于引入了一系列中壓步 驟，即至少根據(jù)本發(fā)明的增壓步驟、冷凝步驟和排放步驟。
如果在制備尿素的C02汽提工藝中實施本發(fā)明的方法，則優(yōu)選考慮從 制備蜜胺的工藝引入的C02 (CM)與用作汽提劑的新鮮C02 (Cs)的比 值。優(yōu)選地，CM/Cs摩爾比至多為3，更優(yōu)選至多2或1，最優(yōu)選至多0.5 或0.25。該比值優(yōu)選至少0.05或0.1。盡管本發(fā)明對方法的優(yōu)點是降低了 負(fù)面影響汽提作用效率的風(fēng)險(與將來自蜜胺制備工藝的含NH3和C02的 流直接供給至尿素工廠的高壓段的情況相比)，但仍然優(yōu)選使得大量新鮮 C02保持可用，以使汽提作用可以令人滿意地進(jìn)行。
類似地，如果在制備尿素的NH3汽提工藝中實施本發(fā)明的方法，則優(yōu) 選考慮從制備蜜胺的工藝引入的NH3 (NM)與引入汽提工藝的新鮮NH3
(Ns)的比值。優(yōu)選地，NM/Ns摩爾比至多為3，更優(yōu)選至多2或1，最優(yōu) 選至多0.5或0.25。該摩爾比值NM/Ns優(yōu)選至少0.05或0.1。
因此，本發(fā)明的方法可用于提高尿素合成工廠的穩(wěn)定性和/或生產(chǎn)能 力。這可以通過使尿素合成工廠適于進(jìn)行本發(fā)明的工藝來實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā) 明，這樣的工廠包括高壓合成段，即在約10-30 MPa的壓力下或在10 MPa 與30 MPa之間的更窄壓力范圍(應(yīng)用時在本文中指出)內(nèi)操作的工段。 根據(jù)本發(fā)明，這樣的工廠還包括低壓循環(huán)段以及用于將在低壓循環(huán)段形成 的含水氨基甲酸銨流供給至高壓合成段的其它裝置。如果工廠不包括用于 將含水氨基甲酸銨流的壓力升至l-7MPa的裝置，則在本發(fā)明的方法中額 外安裝這樣的裝置。另外，根據(jù)本發(fā)明的方法，額外安裝裝置用于使壓力 為1.0-7 MPa的含水氨基甲酸銨流與氣體流或氣/液流或液體流(在制備蜜 胺的工藝中形成并且基本上由NH3、 C02和可選的H20組成)接觸，額外 安裝的裝置可使氣體流至少部分但優(yōu)選全部吸收在含水氨基甲酸銨流中， 從而可以形成濃縮氨基甲酸銨流。為了適應(yīng)尿素合成工廠增大的生產(chǎn)能 力，優(yōu)選或甚至必須提高一個或更多個其它設(shè)備的生產(chǎn)能力；對于先前沒 有將在制備蜜胺的工藝中形成的含NH3和C02的流作為原料引入尿素合成 工廠的情況，尤為如此。尿素汽提工廠中的可能需要提高生產(chǎn)能力的設(shè)備 的實例包括高壓段的反應(yīng)器和/或汽提器和/或冷凝器。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明額外安裝的裝置包括工藝控制裝置，該工藝控制 裝置能夠設(shè)定被吸收的氣體流的量，以使?jié)饪s氨基甲酸銨流包含15-35 wt。/。的H20。然后，濃縮氨基甲酸銨流被供給至高壓合成段，全部或部分 地代替含水氨基甲酸銨流。制備尿素的工廠可以是常規(guī)工廠；優(yōu)選地，制 備尿素的工廠是汽提工廠，即適于操作汽提工藝的工廠，其中汽提工廠的 高壓段包括反應(yīng)器和汽提器，用熱量和/或C02在汽提器中處理反應(yīng)器的流 出物，并且在反應(yīng)器與汽提器之間不存在減壓設(shè)備。優(yōu)選地，被改造的工 廠不具有在i-io MPa的壓力下操作的包括吸收器或冷凝器的工段。
與上述用于提高尿素合成工廠的處理能力的方法密切相關(guān)，本發(fā)明還 涉及一種尿素合成工廠，該工廠包括高壓合成段和低壓循環(huán)段，并且該工 廠包括用于將在低壓循環(huán)段中形成的含水氨基甲酸銨流供給至高壓合成段
的裝置。本發(fā)明的工廠包括用于將含水氨基甲酸銨流的壓力升至1-7 MPa 的裝置；本發(fā)明的工廠還包括用于使壓力為1-7 MPa的含水氨基甲酸銨流 與氣體流或氣/液流或液體流(在制備蜜胺的工藝中形成并且基本上由 NH3、 C02和可選的H20組成)接觸的裝置，該裝置可使氣體流被吸收在 含水氨基甲酸銨流中，從而可以形成濃縮氨基甲酸銨流。優(yōu)選地，該工廠 包括用于設(shè)定被吸收的氣體流的量的裝置，以使?jié)饪s氨基甲酸銨流包含 15-35 wt。/。的H20。然后，濃縮氨基甲酸銨流被供給至高壓合成段，全部 或部分地代替含水氨基甲酸銨流。制備尿素的工廠可以是常規(guī)工廠；優(yōu)選 地，制備尿素的工廠是汽提工廠，即適于操作汽提工藝的工廠。 將參照


本發(fā)明的方法的一些實施方式。
在附圖中，圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的制備尿素的汽提工廠的一種實 施方式，其中不使用由制備蜜胺的工藝產(chǎn)生的氣體流；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，其中由制備蜜胺的非催化高 壓工藝產(chǎn)生的氣體流被吸收在含水氨基甲酸銨流中；
圖3示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一種實施方式，其中由制備蜜胺的低壓催 化工藝產(chǎn)生的氣體流在作為含水氨基甲酸銨流被供給至制備尿素的汽提工 廠之前在濃縮段中被處理；
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，其中由制備蜜胺的低壓催化 工藝產(chǎn)生的氣體流被吸收在含水氨基甲酸銨流中；
圖5示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一種實施方式，其中由制備蜜胺的高壓非 催化工藝產(chǎn)生的氣體流被直接引入尿素汽提工廠的高壓段；
圖6示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一種實施方式，其中與圖2中根據(jù)本發(fā)明 的實施方式相比，不進(jìn)行增壓步驟，而是對含水氨基甲酸銨流直接進(jìn)行冷 凝步驟。
附圖中的數(shù)字的第一位數(shù)與圖號相同。如果不同附圖中的數(shù)字的后兩 位數(shù)相同，則它們表示相同的元件。
在圖1中，在約14 MPa的合成壓力下，在合成塔102中制備尿素。 通過管線104將流出物(合成溶液)供給至高壓汽提器106，在此用通過 管線108供給的C02將合成溶液汽提，以使大部分的未反應(yīng)原料以蒸汽形
式與合成溶液分離，并通過管線110供給至高壓冷凝器112。合成流出物
通過管線114排放，通過閥116減壓至約0.4MPa，并供給至低壓循環(huán)段 118。在這里，用本身已知的方法將殘余的未反應(yīng)原料以含水氨基甲酸銨 流的形式回收，然后通過管線120供給至壓縮器122。尿素本身以水溶液 的形式從低壓循環(huán)段回收，該水溶液通過管線124排放。在壓縮器122中 將氨基甲酸銨水溶液的壓力升至合成壓力，然后通過管線126供給至洗滌 器128，在此盡可能在最大程度上吸收來自合成塔102的通過管線130供 給的廢氣。通過管線129排放殘余氣體(例如惰性氣體)。然后通過管線 132將氨基甲酸銨水溶液吸入由通過管線136供給的NH3驅(qū)動的噴射器 134。通過管線138將離開噴射器的流供給至高壓冷凝器112，與從汽提器 106供給的氣態(tài)流一起冷凝，得到原料流，通過管線140將該原料流供給 至合成塔102。合成塔102、汽提器106、冷凝器112和洗滌器128是工廠 高壓段的組成部分。
在圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的工廠和方法。與圖l所示的情形相比，現(xiàn) 在首先利用泵242將通過管線220從低壓循環(huán)段218釋放的含水氨基甲酸 銨流的壓力升至約2 MPa，然后通過管線244供給至冷凝器246。通過管 線248將由制備蜜胺的高壓非催化工藝產(chǎn)生的氣體流供給至冷凝器246。 氣體流基本上由NH3和C02組成，且其壓力為2 MPa。在冷凝器246中， 氣體流被吸收在含水氨基甲酸銨流中，并形成濃縮氨基甲酸銨流。濃縮氨 基甲酸銨流通過管線250被排放，并輸送至壓縮器222，以使其壓力升至 合成壓力。通過管線252排放未在冷凝器246中被吸收的任何氣體。
在圖3中，通過管線354將由制備蜜胺的低壓非催化工藝產(chǎn)生的含水 氨基甲酸銨流供給至解吸器356，所述含水氨基甲酸銨流包含40-50 wt% 的H20，且其壓力為約2MPa。而且，通過管線358將蒸汽供給至解吸器 356。解吸器356的底部流基本上由H20組成，并通過管線360排放。從 解吸器356頂部排放氣體流，該氣體流基本上由NH3、 C02和H20組成， 并通過管線362供給至吸收器364。此外，通過管線366將水供給至吸收 器364，以防止結(jié)晶。吸收器364的頂部流基本上由NH3組成，通過管線 368排放并通過管線370部分地循環(huán)(可能在已冷卻或者部分或全部冷凝
之后)。吸收器364的底部流是含水氨基甲酸銨流，通過管線372排放至 壓縮器374，以使其壓力升至大約尿素合成壓力，因而可以通過管線376 將此含水氨基甲酸銨流與管線326中的含水氨基甲酸銨流合并。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的工廠和方法。與圖3所示的實施方式相比， 將一部分來自低壓循環(huán)段418的含水氨基甲酸銨流供給至泵442，在此將 壓力升至約2 MPa，然后通過管線478供給至吸收器464，以使含水氨基 甲酸銨流可以吸收通過462供給的氣體流，從而形成濃縮氨基甲酸銨流， 通過管線472將濃縮氨基甲酸銨流排放至壓縮器474，在此升高壓力，并 通過管線476供給至尿素汽提工廠的高壓段。在本發(fā)明的這種實施方式 中，不向被供給至尿素合成段的流中提供水，而在圖3的已知實施方式 中，必須提供水并且通過管線366實現(xiàn)。
圖5示出了根據(jù)WO 98/08808A1中公開的現(xiàn)有技術(shù)的實施方式。在此 實施方式中，由制備蜜胺的高壓非催化工藝產(chǎn)生的氣體流以氣態(tài)形式通過 管線580被直接引入尿素汽提工廠的高壓段。氣體流的壓力比尿素汽提工 廠的高壓段中的壓力高約0.3 MPa，將該氣體流引入汽提器與冷凝器之間 的管線。
圖6示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的實施方式。與圖2所示的根據(jù)本發(fā)明的實 施方式相比，不像在242中那樣進(jìn)行增壓步驟，而是將含水氨基甲酸銨流 從618通過管線620直接供給至冷凝器646，并進(jìn)行冷凝步驟。
通過一個實施例來闡述本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于該實施例。
實施例1
在根據(jù)圖2的尿素C02汽提工廠中進(jìn)行C02汽提工藝，工廠的操作方 式可使管線220中的含水氨基甲酸銨流的組成如下 NH3 = 9522 kg/h C02 = 7125 kg/h H20 = 5344 kg/h
這意味著壓力為0.4 MPa的含水氨基甲酸銨流包含24.3 wt。/。的H20， 該值代表了根據(jù)圖1所示現(xiàn)有技術(shù)的汽提工廠的實際情況，在這樣的工廠
中，隨后將此含水氨基甲酸銨流的壓力升高并用于尿素合成。
根據(jù)本發(fā)明，在泵242中將含水氨基甲酸銨流的壓力從0.4 MPa升至 1.8MPa，然后使其溫度為90°C。然后，通過管線244將含水氨基甲酸銨 流供給至冷凝器246。通過管線248將氣體流供給至冷凝器，該氣體流的 組成為18641 kg/h的NH3和16082 kg/h的C02。氣體流由制備蜜胺的高壓 工藝產(chǎn)生，并且基本上不含水。氣體流在8 MPa的壓力下在蜜胺工藝中形 成。在冷凝器中，氣體流以穩(wěn)定方式被完全吸收在氨基甲酸銨流中，因而 形成具有以下組成的濃縮氨基甲酸銨流(溫度為12(TC，壓力為5.7MPa):
麗3 = 28163 kg/h
C02 = 23207 kg/h
H20 = 5344 kg/h
利用熱交換來維持12(TC的溫度，以此方式，以蒸汽形式回收56 GJ/h 的能量。氣體流的吸收使得水的相對量從23.4 wtW降至9.4 wt%，而不形 成任何固體(例如，固體氨基甲酸銨)。在形成濃縮氨基甲酸銨流的過程 中，從蜜胺工藝供給的氣體流進(jìn)料中的任何不穩(wěn)定物質(zhì)被容易地吸收。因 此，不會將不穩(wěn)定的影響傳遞給工廠的高壓段。通過管線250將濃縮氨基 甲酸銨流供給至泵222，在此將壓力升至MMPa。
權(quán)利要求
1.用于濃縮含水氨基甲酸銨流的方法，其中所述含水氨基甲酸銨流在制備尿素的工藝中形成，其壓力為0.20-0.9MPa，溫度為35-95℃，并且包含至少25wt％的H2O，所述方法包括·增壓步驟，其中，所述含水氨基甲酸銨流的壓力被升至1.0-7MPa；·冷凝步驟，其中，所述含水氨基甲酸銨流與氣體流接觸，所述氣體流在制備蜜胺的工藝中形成，并且基本上由NH3、CO2和可選的H2O組成，且其H2O含量低于所述含水氨基甲酸銨流，所述氣體流被吸收在所述含水氨基甲酸銨流中，以使形成的濃縮氨基甲酸銨流包含15-35wt％的H2O；·排放步驟，其中，所述濃縮氨基甲酸銨流被分離并排放。
2. 如權(quán)利要求1的方法，其中被引入所述增壓步驟的所述含水氨基甲酸銨流的壓力為0.20-0.60 MPa，溫度為50-95℃，并且其中所述含水氨基甲酸銨流的壓力在所述增壓步驟中被升至1-7 MPa。
3. 如權(quán)利要求1或2的方法，其中在所述冷凝步驟中進(jìn)行熱交換，所述熱交換借助于冷卻介質(zhì)完成，所述冷卻介質(zhì)的溫度介于40℃與110℃之 間。
4. 如權(quán)利要求l-3中任何一項的方法，其中 所述含水氨基甲酸銨流在制備尿素的C02汽提工藝中形成； 所述濃縮氨基甲酸銨流的壓力被升至12.5-20 MPa，并被供給至制備尿素的汽提工藝的高壓段。
5. 如權(quán)利要求4的方法，其中 所述含水氨基甲酸銨流在制備尿素的C02汽提工藝中形成，其中 在反應(yīng)器中合成尿素的步驟和在汽提器中用C02汽提所述反應(yīng)器的流出物的步驟在高壓段中、并在基本上相同的壓力下進(jìn)行，所述壓力介于12.5 MPa與20 MPa之間； 所述濃縮氨基甲酸銨流的壓力被升至12.5-20 MPa，并被供給至其中進(jìn)行至少所述C02汽提工藝的合成和汽提步驟的所述高壓段。
6. 如權(quán)利要求4或5的方法，其中由所述制備蜜胺的工藝產(chǎn)生的C02 (CM)與用作汽提劑的新鮮C02 (Cs)的摩爾比介于0.05與3之間。
7. 如權(quán)利要求1-6中任何一項的方法 催化低壓氣相工藝中形成。
8. 如權(quán)利要求1-6中任何一項的方法 非催化高壓液相工藝中形成。
9. 如權(quán)利要求1-8中任何一項的方法 述冷凝步驟之前至少部分地冷凝，由此形成氨基甲酸銨中間流，所述氨基 甲酸銨中間流被供給至所述冷凝步驟。
10. 改造尿素合成工廠以使其適于進(jìn)行權(quán)利要求l-9中任何一項的方法 的方法，所述工廠包括高壓合成段和低壓循環(huán)段，并且所述工廠包括用于 將在所述低壓循環(huán)段中形成的含水氨基甲酸銨流供給至所述高壓合成段的 裝置，其特征在于 如果所述工廠不包括用于將所述氨基甲酸銨的壓力升至1-7 MPa 的裝置，則額外安裝這種裝置； 額外安裝用于使壓力為1.0-7 MPa的所述含水氨基甲酸銨流與氣體 流或氣/液流或液體流接觸的裝置，所述氣體流或氣/液流或液體流 在制備蜜胺的工藝中形成并且基本上由NH3、 C02和可選的H20 組成，所述額外安裝的裝置可使所述氣體流被吸收在所述含水氨 基甲酸銨流中，從而可以形成濃縮氨基甲酸銨流。
11. 如權(quán)利要求10的方法，其中所述額外安裝的裝置包括工藝控制裝 置，所述工藝控制裝置可用于設(shè)定被吸收的氣體流的量，以使所述濃縮氨 基甲酸銨流包含15-35 wt％的H20。
12. 如權(quán)利要求10或11的方法，其中待改造的所述工廠不具有包括 在1-10 MPa的壓力下操作的吸收器或冷凝器的工段。
13. 如權(quán)利要求10-12中任何一項的方法，其中所述工廠的所述高壓段包括反應(yīng)器和汽提器，其中，用熱量和/或C02在所述汽提器中處理所述反應(yīng)器的流出物，并且在所述反應(yīng)器與所述汽提器之間不存在減壓設(shè)備。
14. 尿素合成工廠，所述工廠包括高壓合成段和低壓循環(huán)段，并且所 述工廠包括用于將在所述低壓循環(huán)段中形成的含水氨基甲酸銨流供給至所 述高壓合成段的裝置，其特征在于 所述工廠包括用于將所述含水氨基甲酸銨流的壓力升至1-7 MPa的裝置； 所述工廠包括用于使壓力為1-7 MPa的所述含水氨基甲酸銨流與 氣體流接觸的裝置，所述氣體流在制備蜜胺的工藝中形成并且基 本上由NH3、 C02和可選的H20組成，所裝置可使所述氣體流被 吸收在所述含水氨基甲酸銨流中，從而可以形成濃縮氨基甲酸銨 流。
15. 如權(quán)利要求14的工廠，所述工廠包括可用于設(shè)定被吸收的氣體的 量的裝置，以使所述濃縮氨基甲酸銨流包含15-35 wt。/。的H20。
16. 如權(quán)利要求14或15的工廠，其中所述工廠是用于制備尿素的汽提 工廠。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于濃縮含水氨基甲酸銨流的方法，其中所述含水氨基甲酸銨流在制備尿素的工藝中形成，其壓力為0.20-0.9MPa，溫度為35-95℃，并包含至少25wt％的H₂O，所述方法包括增壓步驟，其中，所述含水氨基甲酸銨流的壓力被升至1.0-7MPa；冷凝步驟，其中，所述含水氨基甲酸銨流與氣體流接觸，所述氣體流在制備蜜胺的工藝中形成，并且基本上由NH₃、CO₂和可選的H₂O組成，且其H₂O含量低于所述含水氨基甲酸銨流，所述氣體流被吸收在所述含水氨基甲酸銨流中，以使形成的濃縮氨基甲酸銨流包含15-35wt％的H₂O；排放步驟，其中，所述濃縮氨基甲酸銨流被分離并排放。
文檔編號C07C273/12GK101175717SQ200680016466
公開日2008年5月7日 申請日期2006年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月13日
發(fā)明者特杰伊·謝恩·特祖, 約翰內(nèi)斯·亨利克斯·孟內(nèi) 申請人:帝斯曼知識產(chǎn)權(quán)資產(chǎn)管理有限公司