專利名稱：尿素生產(chǎn)設(shè)備的改進(jìn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了及一種改裝和提高自汽提尿素設(shè)備能力的方法。
技術(shù)背景自汽提或熱汽提工藝是合成尿素的眾所周知的工藝。它通常指由Snamprogetti于60年代晚期提出的斯那姆(Snamprogetti)工藝。對此工藝和 相關(guān)設(shè)備的公開內(nèi)容可在例如GB 1542371中找到。世界上很多尿素設(shè)備 都應(yīng)用此工藝。基本上，自汽提工藝使氨氣與C02之間在高壓反應(yīng)器內(nèi)約150-160巴 和N/C比通常約3.2-3.4摩爾下反應(yīng)，從反應(yīng)器排出的含有氨和未轉(zhuǎn)化的 氨基甲酸銨的溶液在高壓汽提器中被加熱，以分解氨基甲酸鹽并回收氨。 在汽提器中產(chǎn)生的包括氨和C02的汽相在高壓冷凝器中被冷凝，并且循環(huán) 至反應(yīng)器，該高壓冷凝器和反應(yīng)器、汽提器一起構(gòu)成高壓圈的一部分。通 常此設(shè)備還包括中壓和低壓分解部分，以進(jìn)一步將尿素與未轉(zhuǎn)化的氨和氨 基甲酸鹽分離。采用自汽提工藝運(yùn)行的尿素設(shè)備的主要裝置如下- 高壓合成反應(yīng)器，用氨氣和二氧化碳供給，并且產(chǎn)生包括在水溶液中 的尿素、氨基甲酸鹽和游離氨的混合物；- 由蒸汽加熱的高壓汽提部分，接收所述混合物并且提供氨基甲酸鹽的 部分分解和游離氨的部分分離，得到包括氨和二氧化碳的氣相和包括 尿素、殘留氨基甲酸鹽和氨的水溶液；- 中壓部分，在此部分將所述的包括尿素、殘留氨基甲酸鹽和氨的溶液 加熱，從而部分分解所述的氨基甲酸鹽并分離所述的氨；- 低壓回收部分，接收在所述中壓部分中得到的尿素和殘留氨基甲酸 鹽，并且進(jìn)一步分解氨基甲酸鹽并分離殘留的氨；- 高壓冷凝部分，包括至少一個臥式冷凝器，冷凝來 汽提部分的氣相， 并由此得到包括在水溶液中的回收的氨基甲酸鹽的液流，將其供給至反應(yīng)器。汽提部分包括至少一個汽提器，來自反應(yīng)器的水溶液由此供給至由蒸 汽加熱的管束而不需要另外使用汽提氣。由蒸汽提供的熱量導(dǎo)致氨基甲酸 鹽部分分解成二氧化碳和氨，其與所述混合物中含有的部分游離氨一起， 在汽提單元的頂部被回收，在所述的臥式冷凝器中被冷凝，然后被循環(huán)至 反應(yīng)器。氨也可用作自汽提設(shè)備中的汽提劑。常規(guī)的自汽提尿素設(shè)備的冷凝'器是釜式的管殼式臥式單元，在該單元 中，在從中壓或低壓部分回收并用作冷凝介質(zhì)的循環(huán)氨基甲酸鹽溶液的存 在下，氣相在管側(cè)被冷凝。冷凝熱用來產(chǎn)生蒸汽。對改裝現(xiàn)有自汽提尿素設(shè)備運(yùn)行上述工藝的興趣在不斷增長。在本說 明書中，術(shù)語"改裝"表示改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)備以改善其性能，并且獲得例如更大 的生產(chǎn)能力和/或更好的轉(zhuǎn)化率，或者降低能耗。然而，自汽提工藝有一些缺點(diǎn)，這可能也對有吸收力的改裝的可能性 有負(fù)面的影響。第一個缺點(diǎn)是熱汽提的效率不是最佳的，尤其是在除去氨 方面。此外，汽提器排出的溶液中相應(yīng)的氨含量增加了下游的中壓和低壓 部分的負(fù)擔(dān)。所述的中壓和低壓部分當(dāng)希望提高能力時可能成為瓶頸。提高自汽提尿素設(shè)備能力的工藝公開在WO 2006/061083(WO '1083)中，目的是盡可能避免替換昂貴的設(shè)備，并且其中的條件是在作為汽提氣 的二氧化碳的幫助下，至少一部分來自反應(yīng)器的工藝流由C02汽提器進(jìn)行 汽提，并且增加高壓部分的冷凝能力。根據(jù)WO'1083的公開內(nèi)容，這意味著增加二氧化碳汽提器或者將現(xiàn)有的熱汽提器或氨汽提器轉(zhuǎn)變成co2汽提器。冷凝能力是通過增加與已有冷凝器串聯(lián)或并聯(lián)的高壓洗滌器或者 第二個冷凝器而增加的?？蛇x擇地，還公開了增加已有冷凝器的冷凝能力。 還建議設(shè)置池式(pool)冷凝器、池式反應(yīng)器或組合反應(yīng)器來提高反應(yīng)能力。 然而WO '1083的工藝還是昂貴的，包括提供新的設(shè)備(新的C02汽提 器和/或新的冷凝器)或?qū)嵸|(zhì)性改造現(xiàn)有設(shè)備。應(yīng)當(dāng)指出的是，汽提器和冷 凝器是高壓圈中最昂貴的部件。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的技術(shù)問題是考慮提供一種用于改裝本文中所述類型的自汽 提尿素設(shè)備的進(jìn)一步的和較不昂貴的工藝。這個問題通過一種改裝自汽提尿素設(shè)備的方法而得到解決，所述設(shè)備 包括接收氨氣供料和二氧化碳供料的高壓合成反應(yīng)器、高壓熱汽提部分和 回收部分，該回收部分包括用于氨基甲酸鹽和氨回收的中壓和低壓裝置 和包括至少一個釜式的管殼式臥式冷凝器的高壓冷凝部分，該方法的特征 在于提供流送管線，所述的流送管線適合在運(yùn)行中將總二氧化碳供料的小 部分供給所述汽提部分，用作汽提劑。所述的總二氧化碳供料的所述小部分優(yōu)選為20至50%，在一個優(yōu)選實(shí)施方案中，大約30%的二氧化碳供料被送至汽提器，并且其余大約70%被送至反應(yīng)器。本發(fā)明工藝的第一個實(shí)施方案中，現(xiàn)有的管殼式的釜式冷凝器被保 留。特別地，如果并不希望提高冷凝能力，現(xiàn)有的釜式冷凝器可被保留以 降低成本。在第二個實(shí)施方案中，增加至少一個與現(xiàn)有的冷凝器并聯(lián)或串聯(lián)的另 外冷凝器來提高冷凝能力。在第三個實(shí)施方案中，去掉原來的釜式冷凝器，用一個新的淹沒型立 式冷凝器來代替。在所述第三個實(shí)施方案的一個實(shí)現(xiàn)例中，適宜時，新的立式冷凝器被 布置在相對于反應(yīng)器和汽提單元的上舉位置，因此允許在高壓圈中由重力 產(chǎn)生的自然循環(huán)。在這種情況下，為立式冷凝器提供合適的支撐結(jié)構(gòu)。根 據(jù)另一個優(yōu)選的實(shí)現(xiàn)例，將冷凝器保持或布置在與反應(yīng)器大致相同的高 度，然后提供泵用來把經(jīng)冷凝的循環(huán)氨基甲酸鹽溶液傳遞到反應(yīng)器。根據(jù)又進(jìn)一步的實(shí)施方案，提供裝置，以將從汽提部分出來的包含氨 和二氧化碳的氣相的小部分直接供給至反應(yīng)器，而將所述氣相的剩余的大 部分送至冷凝部分。本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)。利用部分二氧化碳供料作為汽提劑改進(jìn)了氨 基甲酸鹽汽提工藝，并且還發(fā)現(xiàn)其不需要增加冷凝能力的優(yōu)點(diǎn)。特別是，發(fā)現(xiàn)，與包括必需提供新部件例如新汽提器和/或冷凝器的現(xiàn) 有技術(shù)工藝相比，常規(guī)自汽提設(shè)備的效率以令人驚訝的方式，以較低成本 得到提高。提供新淹沒型立式冷凝器有增加尿素產(chǎn)量的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，這歸功于 在冷凝器的管內(nèi)發(fā)生的氨基甲酸鹽成為尿素的轉(zhuǎn)化。因此，反應(yīng)能力得以提高而不需改進(jìn)反應(yīng)器或提供更昂貴的池式冷凝器。另一個優(yōu)點(diǎn)就是，改進(jìn)汽提減少了來自汽提部分的尿素溶液中氨的含 量；因此，整個設(shè)備無瓶頸的效應(yīng)使下游處理部分的負(fù)擔(dān)減輕。應(yīng)當(dāng)指出的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)上述將總二氧化碳分出小部分直接送至汽提 器，優(yōu)選約30%，并且其余大部分送至反應(yīng)器的過程，在下面的實(shí)施方案 中是特別有利的即在如上所公開的保留了現(xiàn)有釜式冷凝器的實(shí)施方案 中，以及在增加新的冷凝器或者釜式冷凝器被淹沒型單元替換的實(shí)施方案 中是特別有利的。本發(fā)明的一個目標(biāo)是一種用于合成尿素的設(shè)備，包括高壓圈，所述 高壓圈至少包含用來接收氨氣供料和二氧化碳供料的合成反應(yīng)器；包含至 少一個熱汽提器的汽提部分；和其包含至少一個氨基甲酸鹽冷凝器的冷凝 部分，并且所述設(shè)備進(jìn)一步包含用以回收氨基甲酸鹽和氨的中壓和低壓 裝置，所述設(shè)備特征在于流送管線，所述的流送管線適合在運(yùn)行中將總 二氧化碳供料的小部分供給所述汽提部分用作汽提劑。本發(fā)明的另一個目標(biāo)是一種在自汽提尿素設(shè)備中合成尿素的工藝，其 中高壓圈接收氨氣供料和二氧化碳供料，所述的高壓圈包括合成反應(yīng)器、 包含至少一個熱汽提器的汽提部分和包含至少一個氨基甲酸鹽冷凝器的 冷凝部分，該工藝的特征在于，將總二氧化碳供料的小部分供給至所述的汽提部分，用作汽提劑，所述的小部分優(yōu)選20至50%，更優(yōu)選約30%。從參考附圖對一些示例性實(shí)施方案的下列描述中，本發(fā)明的另外的特 征和優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚。


圖1是常規(guī)自汽提尿素設(shè)備的簡圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施方案改裝的圖1設(shè)備的簡圖。
具體實(shí)施方式
圖l是常規(guī)自汽提或熱汽提尿素設(shè)備l的示意圖。該示意圖被簡化了， 并且僅參考對理解本發(fā)明有用的詳細(xì)內(nèi)容。設(shè)備1包括在例如大約150巴下運(yùn)行的高壓合成部分或合成圈2;在 15-25巴下運(yùn)行的中壓處理部分3;和低壓尿素回收部分4。合成圈2包括在大致相同的壓力下運(yùn)行的反應(yīng)器5、冷凝器6和汽提器7，并且包括洗滌器8。冷凝器6是臥式管殼式釜式單元，接收來自中壓部分經(jīng)由管線29的 氨基甲酸鹽進(jìn)料34和由汽提器7經(jīng)由魯線32、 33排出的氣相。冷凝在管 側(cè)實(shí)現(xiàn)，并且冷凝熱用于產(chǎn)生蒸汽。汽提器7大致上是管束型蒸汽加熱的交換器。來自反應(yīng)器5的氨基甲 酸鹽溶液在管束的管內(nèi)形成液膜，而管外流動的熱蒸汽提供分解氨基甲酸 鹽必需的熱量。氨和二氧化碳在汽提器頂部的氣相中被回收。中壓處理部分3包括分解單元10和用于回收氨氣的精餾塔11以及氨 氣冷凝器lla。低壓處理部分4包括一系列常規(guī)的裝置，并且沒有進(jìn)一步 描述。向設(shè)備1的部件供給各種物流的裝置用15-36統(tǒng)一表示。這些供給裝 置可以包括連接管或?qū)Ч?、泵、壓縮機(jī)、噴射器和其它的已知部件，因此 不應(yīng)當(dāng)對它們進(jìn)行更詳細(xì)的描述。在本說明書中，并且除非另外指明，術(shù) 語流送管線或管線是指管、導(dǎo)管、泵、壓縮機(jī)、噴射器或適合傳輸液體或 氣體流的其它已知裝置?；旧厦鞔_地，圖1的常規(guī)自汽提設(shè)備按如下運(yùn)行。二氧化碳供料經(jīng) 由管線15和壓縮機(jī)16被送到合成反應(yīng)器5。液態(tài)合成氨經(jīng)由管線18、泵 19和預(yù)加熱器20被供給同一反應(yīng)器5。在低壓部分3中被回收的氨經(jīng)由 管線22被添加到新的氨供料中。包含尿素、未轉(zhuǎn)化的氨基甲酸鹽和游離 氨的混合物從反應(yīng)器5經(jīng)由流送管線23、 24排出到汽提器7。然后，溶液 在汽提器7中被分解，從而得到由尿素、 一些殘留氨基甲酸鹽和氨的混合 物，該混合物經(jīng)由管線26并且氨氣和二氧化碳經(jīng)在管線32供給至中壓蒸 餾單元10。分解單元10得到包含氨和二氧化碳的氣相，并且得到尿素和殘留氨 基甲酸鹽的水溶液。氣相的氨和二氧化碳與在中壓部分3的下游進(jìn)一步得 到的循環(huán)氨基甲酸鹽溶液混合，并且將得到的混合物在熱交換器27中冷 卻，并且經(jīng)由管線28供給精餾塔11。將水溶液在中壓部分3中進(jìn)一步處 理，得到低氨基甲酸鹽含量的溶液，其在低壓部分4中進(jìn)一步處理。然后，將來自精餾塔11的氣相氨在一系列常規(guī)冷卻和壓縮段中冷凝， 并且經(jīng)由管線22循環(huán)至反應(yīng)器5的氨供料。精餾塔11中得到的氨基甲酸鹽溶液經(jīng)由泵30和管線29循環(huán)至氨基甲酸鹽冷凝器6，與氣相在33中混合，因此該冷凝器接收經(jīng)由管線34的 液/氣混合物。在所述冷凝器6中以氨基甲酸鹽溶液作為冷凝液，氣體(不 包括惰性氣體)基本上完全冷凝。冷凝器6的輸出在管線35是氨基甲酸鹽 溶液，將其經(jīng)由分離器8和供給管線36循環(huán)至反應(yīng)器5。圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案改裝的設(shè)備1的示意圖。提供新的二 氧化碳流送管線18a，用來供給總二氧化碳的小部分至汽提器7，所述的 小部分用作汽提劑。操作中，改裝后，經(jīng)由管線18a送至汽提器7的部分 是總C02供料的小部分，優(yōu)選為20%至50%之間，更優(yōu)選為約30%。其 余部分經(jīng)由現(xiàn)有管線1S送至反應(yīng)器5?？煞奖愕貙⒖諝饧拥剿龅墓芫€ 18引導(dǎo)至反應(yīng)器。在第一實(shí)施方案中，對設(shè)備沒有進(jìn)一步的實(shí)質(zhì)性改裝。在另一實(shí)施方案中(沒有示出)，改裝工藝包含進(jìn)一步的步驟，即提供 與現(xiàn)有的釜式冷凝器6并聯(lián)或串聯(lián)增添的另一個冷凝器。在又一實(shí)施方案中，臥式釜式冷凝器6被新的立式淹沒型冷凝器替換， 并且履行來自汽提器7的氣相氨和二氧化碳以及循環(huán)氨基甲酸鹽溶液的流 送管線，以將它們供給至所述的新冷凝器的管中。優(yōu)選替換現(xiàn)有單元6的 所述新冷凝器的詳細(xì)內(nèi)容和操作與EP-A-1 516 664公開內(nèi)容的一致。在這 個實(shí)施方案中，將原來引導(dǎo)至釜式冷凝器6(圖l)的流送管線33改造成供 給新的淹沒型冷凝器。在所有上述的實(shí)施方案中，在汽提器7底部得到的水溶液具有非常低 的氮含量，因此顯著減輕了中壓部分3的負(fù)擔(dān)，尤其是塔11和氨氣冷凝 器lla的負(fù)擔(dān)。高壓氨泵19的負(fù)擔(dān)也得到了減輕。部分3和泵19的負(fù)擔(dān) 的減輕是本發(fā)明的一個重要的優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)置新的立式淹沒型冷凝器的實(shí)施方案中，替換釜式冷凝器6，新 的冷凝器可排列在相對于反應(yīng)器5和汽提器7的上舉位置(raised position), 如此獲得自然循環(huán)由冷凝器到合成反應(yīng)器5的氨基甲酸鹽溶液和從反應(yīng) 器5到汽提器7的包含尿素、氨基甲酸鹽和游離氨的水溶液靠重力驅(qū)動。 在這樣的情況下，優(yōu)選在與汽提器相同的壓力下運(yùn)行反應(yīng)器，以實(shí)現(xiàn)所述 的自然循環(huán)。還可以將所述的新的立式冷凝器設(shè)置在與反應(yīng)器5和汽提器7大體上相同的高度。優(yōu)選地，還需要泵，以將氨基甲酸鹽溶液從所述的新的冷凝 器傳遞到合成反應(yīng)器5。需要指出的是，氨基甲酸鹽成為尿素的轉(zhuǎn)變也可在淹沒型冷凝器的管內(nèi)發(fā)生；并已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于采用所述的冷凝器，常規(guī)自汽提設(shè)備的尿素產(chǎn) 量可提高約30%。
權(quán)利要求
1、一種改裝自汽提尿素設(shè)備(1)的方法，所述設(shè)備包括高壓圈，所述高壓圈至少包含用來接收氨氣供料(18)和二氧化碳供料(15)的合成反應(yīng)器(5)；包含至少一個熱汽提器(7)的汽提部分；和包含至少一個氨基甲酸鹽冷凝器(6)的冷凝部分，并且所述設(shè)備還包括用來回收氨基甲酸鹽和氨的中壓和低壓裝置，該方法特征在于提供流送管線(18a，39)，其適于在運(yùn)行中將總二氧化碳供料的小部分供給所述汽提部分用作汽提劑。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中總二氧化碳供料中用作汽提劑的所 述小部分在20至50°/。之間，優(yōu)選約30%。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中增加與所述自汽提尿素設(shè)備(l) 的已有冷凝器(6)并聯(lián)或串聯(lián)的另 一個冷凝器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述的自汽提尿素設(shè)備(l)包含 臥式管殼式氨基甲酸鹽冷凝器(6)，且所述的冷凝器(6)用淹沒型立式冷凝器 替換。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述的淹沒型立式冷凝器布置在相 對于所述尿素設(shè)備(1)的已有反應(yīng)器(5)和汽提器(7)的上舉位置，以致在改裝設(shè)備的運(yùn)行期間在所述的高壓圈內(nèi)由重力作用形成自然循環(huán)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中給布置在相對于已有反應(yīng)器和汽提 器上舉位置中的所述冷凝器提供合適的支撐結(jié)構(gòu)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述的淹沒型立式冷凝器布置在與 反應(yīng)器(5)大致相同的高度。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中設(shè)置泵，用來將冷凝的循環(huán)氨基甲 酸鹽溶液從所述冷凝器傳遞至反應(yīng)器。
9、 根據(jù)上述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于提供流送管線，其適 于將來自所述設(shè)備(l)的汽提部分的包含氨和二氧化碳的氣相的小部分直 接供給至反應(yīng)器(5)。
10、 一種合成尿素的設(shè)備(l)，包括高壓圈(2)，高壓圈(2)至少包含用 來接收氨氣供料(18)和二氧化碳供料(15)的合成反應(yīng)器(5);包含至少一個 熱汽提器(7)的汽提部分；和包含至少一個氨基甲酸鹽冷凝器(6)的冷凝部 分，并且所述設(shè)備(l)還包括中壓和低壓裝置，用來回收氨基甲酸鹽和氨，其特征在于流送管線(18a)，其適于在運(yùn)行中將總二氧化碳供料的小部分 物流供給所述汽提部分用作汽提劑。
11、 一種在自汽提尿素設(shè)備中合成尿素的工藝，其中高壓圈(2)接收氨 氣供料(18)和二氧化碳供料(15)，所述的圈包括合成反應(yīng)器(5)，包含至少 一個熱汽提器(7)的汽提部分，和包含至少一個氨基甲酸鹽冷凝器(6)的冷凝 部分，該工藝的特征在于將總二氧化碳供料的小部分供給至所述的汽提部 分，用作汽提劑。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11的工藝，其中所述的小部分在20%至50%之間， 優(yōu)選約30%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改裝常規(guī)自汽提尿素設(shè)備的方法，其中二氧化碳供料的少部分(18a)供給至汽提器(7)并且用作汽提劑。在進(jìn)一步實(shí)施方案中，另外設(shè)置一個氨基甲酸鹽冷凝器，或者將常規(guī)的臥式管殼式氨基甲酸鹽冷凝器(6)替換成立式淹沒型單元。
文檔編號C07C273/16GK101591269SQ20091014976
公開日2009年12月2日 申請日期2009年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日
發(fā)明者安德烈亞·斯科托, 弗德里科·扎迪 申請人:烏里阿·卡薩勒有限公司