本發(fā)明涉及尿素與三聚氰胺組合設(shè)備領(lǐng)域。本發(fā)明公開了一種改進(jìn)技術(shù)，用于回收合成三聚氰胺時(shí)排出的廢氣。

背景技術(shù)：

在尿素與三聚氰胺組合設(shè)備中，以氨和二氧化碳為原料合成尿素，并且，所述尿素的至少一部分被用于制備三聚氰胺。

尿素是按照下列反應(yīng)式合成的：

2NH₃+CO₂→氨基甲酸銨；

氨基甲酸銨尿素+H₂O；

而尿素根據(jù)以下反應(yīng)式被轉(zhuǎn)化為三聚氰胺：

6尿素→三聚氰胺+6NH₃+3CO₂(廢氣)。

在三聚氰胺段生成的廢氣通常被循環(huán)回收至尿素段，這是因?yàn)檫@些廢氣含有相應(yīng)含量的尿素反應(yīng)物，即氨和二氧化碳。

三聚氰胺可以利用低壓催化法或高壓非催化法來合成。低壓法合成三聚氰胺時(shí)生成的廢氣可以以水溶液的形式被循環(huán)回收至尿素反應(yīng)器，但是這些廢氣的缺點(diǎn)是壓力低，并且需將水分引入尿素反應(yīng)器內(nèi)。

高壓法合成三聚氰胺的產(chǎn)生的廢氣更適合應(yīng)用于尿素合成。例如，針對(duì)尿素汽提工藝，通常通過將三聚氰胺廢氣引入尿素合成回路中的高壓甲銨冷凝器，從而將這種廢氣循環(huán)回收至尿素合成的工藝過程，其中在冷凝器中，將這種廢氣與汽提塔排出的氣相一起冷凝。

利用尿素-三聚氰胺組合設(shè)備合成的大部分尿素被用于制備三聚氰胺，然而，這種設(shè)備面臨的問題是可用于反應(yīng)器的氣相二氧化碳含量的降低。特別是當(dāng)設(shè)備按照自汽提法運(yùn)行的時(shí)候和/或尿素段中合成大量用于制備三聚氰胺的尿素的時(shí)候，該問題尤其困擾著尿素設(shè)備。

事實(shí)上，由于二氧化碳與氨的反應(yīng)(生成氨基甲酸銨)是放熱反應(yīng)，產(chǎn)生甲銨脫水吸熱反應(yīng)所需的熱量，因此，氣相二氧化碳可被視為反應(yīng)器的熱源。因?yàn)樵谀蛩?三聚氰胺組合設(shè)備中，部分進(jìn)入反應(yīng)器的二氧化碳來源于三聚氰胺合成過程的廢氣，已經(jīng)被冷凝了，因此在反應(yīng)器中進(jìn)行冷凝的氣相二氧化碳的實(shí)際含量就會(huì)減少。因此，所合成的尿素用于制備三聚氰胺，最終導(dǎo)致尿素反應(yīng)器冷卻，引起更低的轉(zhuǎn)化率，從而導(dǎo)致大型設(shè)備的更高能耗和更高資本性投資。

本發(fā)明的目的是，當(dāng)大部分所合成的尿素用于制備三聚氰胺時(shí)，針對(duì)以上可用于反應(yīng)器的二氧化碳量較少的問題，提供技術(shù)方案。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種更高效的策略，將高壓非催化法合成三聚氰胺時(shí)生成的三聚氰胺廢氣引入尿素合成回路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

利用尿素與三聚氰胺的組合合成工藝，可以實(shí)現(xiàn)上述目的，其中：

尿素是以氨和二氧化碳為原料、利用汽提法合成的，所述汽提法至少包括這樣幾個(gè)步驟：使氨和二氧化碳在反應(yīng)段內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，生成含有尿素、氨基甲酸銨和未反應(yīng)的氨的水溶液，然后在汽提段內(nèi)對(duì)所述溶液進(jìn)行處理，得到尿素溶液以及含有氨氣和二氧化碳的氣相，該汽提法還包括在冷凝段內(nèi)的冷凝步驟；

至少一部分合成的尿素在連接式三聚氰胺設(shè)備中被用于制備三聚氰胺，同時(shí)也得到含有氨氣和二氧化碳的三聚氰胺廢氣流，所述三聚氰胺廢氣流以氣態(tài)或者冷凝后的液態(tài)形式，被循環(huán)返回至所述用于合成尿素的工藝，

所述工藝的特征在于來自于汽提段中的所述氣相中的至少一部分以氣態(tài)的形式直接進(jìn)料到所述的反應(yīng)段。

按照本發(fā)明不同的實(shí)施例，將用來合成三聚氰胺的含有尿素的流體從尿素設(shè)備轉(zhuǎn)移至三聚氰胺設(shè)備，其可以是尿素熔融液，也可以是尿素水溶液。在后一種情況下，該三聚氰胺設(shè)備包括蒸發(fā)段，用來除去所述溶液中的水分。

優(yōu)選地，將來自于所述汽提段的所述氣相的一部分直接送入所述反應(yīng)段，而所述氣相的其余部分被送入所述冷凝段。也就是說，該汽提塔排出的氣體至少分為兩個(gè)部分，其中一部分被直接導(dǎo)入所述的反應(yīng)段，例如反應(yīng)器的底部。

“直接”這個(gè)術(shù)語的意思是，這部分汽提塔排出的氣體未經(jīng)過實(shí)質(zhì)性過程，例如沒有冷凝，就被直接送入反應(yīng)空間。

尿素的合成工藝可以是任何一種汽提法，例如包括二氧化碳汽提法，有時(shí)其指的是“斯塔米卡幫”法；還包括自汽提法，有時(shí)其指的是“斯納姆普羅蓋蒂”法。文獻(xiàn)中可見對(duì)這些尿素汽提法的描述，例如《烏爾曼工業(yè)化學(xué)百科全書》，第5次修訂版，A27卷。

上述反應(yīng)段、汽提段和冷凝段都是所謂的高壓尿素合成回路的一部分。該合成回路中壓力例如是150bar(巴)。在一些實(shí)施例中，所述回路還包括反應(yīng)器廢氣洗滌器。尿素合成過程還可以包括至少一個(gè)在較低壓力下運(yùn)行的回收段，用來從汽提塔排出的溶液中回收未反應(yīng)的甲銨和氨。

按照不同的實(shí)施例，三聚氰胺廢氣可以是以氣態(tài)或者液態(tài)的形式被回收。高壓或者中壓條件下都可以獲得三聚氰胺廢氣。

優(yōu)選地，高壓條件下的三聚氰胺廢氣的壓力最低為80巴，更優(yōu)選地，壓力處于80-200巴范圍內(nèi)，再優(yōu)選地，壓力為大約110巴。優(yōu)選地，所述高壓三聚氰胺廢氣的溫度處于200-250℃之間，更優(yōu)選地，溫度約為215℃。在一些實(shí)施例中，這些廢氣的壓力略低于尿素合成回路的壓力；例如，高壓三聚氰胺廢氣的壓力處于100-120巴之間。

中壓條件下的三聚氰胺廢氣的壓力基本上低于尿素合成回路的壓力，通常處于20-40巴范圍內(nèi)，再優(yōu)選地，壓力為大約22巴。優(yōu)選地，所述中壓三聚氰胺廢氣的溫度處于140-170℃之間，更優(yōu)選地，溫度約為165℃。

優(yōu)選地，高壓條件下的三聚氰胺廢氣以氣態(tài)的形式被回收；這些廢氣可在上述尿素合成回路的冷凝段內(nèi)被部分冷凝或全部冷凝。優(yōu)選地，中壓條件下的三聚氰胺廢氣(例如大約20巴)借助于水或稀釋的甲銨溶液進(jìn)行冷凝，再以液態(tài)的形式被回收至尿素合成過程。

在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例中，從所述汽提段排出的所述尿素溶液進(jìn)入至少一個(gè)回收段內(nèi)被進(jìn)一步處理，得到液態(tài)甲銨溶液和濃縮的尿素溶液，并且所述濃縮溶液中的至少一部分被用于制備三聚氰胺。更優(yōu)選地，所述三聚氰胺廢氣通過以下方式被回收至合成尿素的過程：

將所述三聚氰胺廢氣流與汽提處理中生成的所述氣相的一部分以及來自于所述回收段的所述液態(tài)甲銨溶液中的至少一部分混合，得到氣-液混合流，

將所述的混合流送入所述的冷凝段進(jìn)行冷凝，得到冷凝液，以及

將所述冷凝液進(jìn)料至所述反應(yīng)段。

按照以上實(shí)施例，從所述汽提塔排出的氣相被分為兩股氣流。其中一股氣流與三聚氰胺廢氣和回收的甲銨溶液混合，從而形成前述混合流；從所述汽提塔排出的其余另一股氣相氣流被輸送至所述反應(yīng)段。

如果冷凝壓力略低于反應(yīng)壓力，可以配備泵。

本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)特征與從屬權(quán)利要求一致。

根據(jù)所附的權(quán)利要求書，本發(fā)明另一方面是提供了一種用于合成尿素與三聚氰胺的組合設(shè)備。根據(jù)這些權(quán)利要求，本發(fā)明再一個(gè)方面是提供了尿素設(shè)備的改進(jìn)，即附加增加。

對(duì)從所述汽提塔排出的氣相進(jìn)行分割具有許多優(yōu)點(diǎn)。第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可以對(duì)分割進(jìn)行調(diào)整，以這種方式，僅將維持熱平衡所需的蒸氣量輸送至反應(yīng)器，而剩余的部分蒸氣與三聚氰胺廢氣和回收的甲銨溶液先混合，再進(jìn)行冷凝。

合成回路的壓力不取決于到達(dá)回路冷凝器的冷凝液的量，也不取決于冷凝器本身產(chǎn)生的蒸氣壓力。

所述氣相中包含的惰性氣體也在反應(yīng)器和冷凝器之間進(jìn)行分割，從而減少了反應(yīng)器中惰性氣體的量，這對(duì)轉(zhuǎn)化成尿素是不利的。反應(yīng)器的鈍化處理需要一定量的氧氣，如果達(dá)到氧氣量的相應(yīng)下限，可以引入專用空氣壓縮機(jī)。

高壓三聚氰胺廢氣中含有的熱量可以在冷凝過程中進(jìn)行高效循環(huán)回收。例如，熱量可以通過產(chǎn)生蒸氣進(jìn)行循環(huán)回收。在一些實(shí)施例中，用于尿素段和三聚氰胺段所產(chǎn)生的蒸氣可以在簡單設(shè)備中進(jìn)行濃縮(即尿素回路中的高壓冷凝器)，從而減少了流水線的成本并降低了復(fù)雜性。

將回收的液態(tài)甲銨溶液混入三聚氰胺廢氣中，有助于對(duì)氣態(tài)氨和二氧化碳進(jìn)行冷凝，同時(shí)降低了該甲銨溶液的結(jié)晶溫度，從而減少了析出甲銨的危險(xiǎn)。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，冷凝形成甲銨溶液是在高壓高溫下進(jìn)行的，并且基本上不含水。所述甲銨溶液可被回收至反應(yīng)階段，即回收至反應(yīng)器，無需使用昂貴的泵送，也不會(huì)將水引入反應(yīng)器。

借助于以下優(yōu)選實(shí)施例的描述，本發(fā)明的這些優(yōu)點(diǎn)和其它優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更明顯地表現(xiàn)出來。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的尿素-三聚氰胺設(shè)備的簡化方框圖，其尿素段按照二氧化碳汽提法運(yùn)行。

圖2為根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的尿素-三聚氰胺設(shè)備的簡化方框圖，其尿素段按照自汽提法或氨汽提法運(yùn)行。

具體實(shí)施方式

圖1為用于合成尿素和三聚氰胺的設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)。該設(shè)備包括一般由1表示的尿素段，以及由方框2表示的三聚氰胺段。

在尿素段1中，原料氨3和原料二氧化碳4合成尿素。該尿素段1生成以濃縮水溶液14形式存在的含尿素蒸氣。最后，該尿素溶液14的至少一部分16被用在三聚氰胺段2內(nèi)制備三聚氰胺產(chǎn)物18。在一些實(shí)施例中，剩余部分17可被排出，或者被輸送至精整段用于制備固態(tài)尿素產(chǎn)物。該三聚氰胺段2包括蒸發(fā)段，適用于將原料溶液16處理至所需純度。

該三聚氰胺段2排出的三聚氰胺廢氣19再重新循環(huán)回收至尿素段1。

該尿素段1按照汽提法運(yùn)行。更詳細(xì)的介紹如下，該尿素段1包括高壓回路，該回路又包括反應(yīng)器5、汽提塔6、冷凝器7，還可能包括高壓洗滌器27。優(yōu)選地，該汽提塔6、冷凝器7和洗滌器27都是管殼式換熱器。更優(yōu)選地，該尿素段1包括至少一個(gè)在略低于所述回路壓力下運(yùn)行的回收段8，例如中壓回收段和/或低壓回收段。

根據(jù)本發(fā)明，來自于汽提塔6的氣相11的一部分13被直接進(jìn)料至反應(yīng)器5。可以對(duì)被送入反應(yīng)器5的氣態(tài)二氧化碳的量進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而獲得所需的熱量平衡，即，至少提供甲銨脫水必需的熱量。特別地，相對(duì)于所合成的尿素總量，所述這部分13的量取決于其中用于合成三聚氰胺的尿素量，例如在圖1中，氣態(tài)部分13的量將取決于導(dǎo)入三聚氰胺段(線16)的溶液14的量。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)入三聚氰胺方框2的這部分16的量占溶液14的至少50％或者是占溶液14的全部。

合成三聚氰胺需要高純度的尿素，通常為99.7％。參照?qǐng)D1的實(shí)施例，所述純度可以通過對(duì)蒸氣16進(jìn)行蒸發(fā)來獲得。在其它實(shí)施例中，尿素段生成的高純度熔融尿素適于合成三聚氰胺，可以被導(dǎo)入三聚氰胺段。

圖1展示了利用二氧化碳汽提法合成尿素的優(yōu)選實(shí)施例，其中氣態(tài)二氧化碳原料4被進(jìn)料至所述汽提塔6的底部。

參照?qǐng)D1，更具體地來說，將氨直接進(jìn)料至反應(yīng)器5，而二氧化碳原料在汽提塔6中被利用過之后，才到達(dá)反應(yīng)器5?？蛇x擇地，一部分氨3a，沒有進(jìn)入反應(yīng)器5，而是被送入冷凝器7。該反應(yīng)器5的流出物9是一種含有甲銨和未反應(yīng)氨的尿素水溶液。所述流出物9被送入汽提塔6，用于分解未反應(yīng)的氨基甲酸銨、氨汽提，并生成尿素10的貧化溶液以及含有氨和二氧化碳的氣相11。通過加入氣態(tài)二氧化碳4，對(duì)溶液9的汽提進(jìn)行加速，并且，熱量由例如進(jìn)入該汽提塔6殼側(cè)的熱蒸氣來提供。

所述氣相11的第一部分12被導(dǎo)入冷凝器7，而剩余的所述氣相11的第二部分13被導(dǎo)入反應(yīng)器5。在進(jìn)入冷凝器7之前，第一部分12與來自于三聚氰胺段2的廢氣19、來自于回收段8的液態(tài)甲銨溶液15b混合。

回收段8生成尿素產(chǎn)物14和液態(tài)甲銨溶液15，其中的尿素產(chǎn)物為尿素溶液，根據(jù)其用途進(jìn)行濃縮。優(yōu)選地，液態(tài)甲銨溶液15在中壓條件下生成，例如在所述回收段8中的中壓冷凝器中生成。優(yōu)選地，如15a所指示，回收段8中生成的流出物15中的大部分，被直接送入洗滌器27，而低于50％的其余部分15b與來自于汽提塔6的氣相11中的第一部分12混合。

優(yōu)選地，三聚氰胺段2按照高壓非催化三聚氰胺合成法來運(yùn)行。

三聚氰胺段2生成三聚氰胺產(chǎn)物18以及含有氨氣和二氧化碳的廢氣流19。

在圖1所示的實(shí)施例中，高壓條件下，三聚氰胺段2排放所述氣流19，優(yōu)選為大約110巴，并且基本上不含水分。從而，廢氣可被引入尿素合成回路中的冷凝器7。

更優(yōu)選地，所述氣流19與來源于汽提塔6的氣相11中的第一部分12混合，再與液態(tài)甲銨溶液15中的至少一部分，即15b混合。為此，利用泵21提升甲銨溶液15的壓力。優(yōu)選地，為了冷凝來自于反應(yīng)器5和接收器23的蒸氣，其余部分15a被送至洗滌器27。

將廢氣流19與所述溶液15b和所述氣流12混合，形成雙相混合流20，再進(jìn)入冷凝器7。將廢氣19與液態(tài)甲銨溶液15b混合具有雙重優(yōu)勢(shì)，即不僅改善了蒸氣的冷凝，而且減少了冷凝器7中甲銨的析出。

來自于冷凝器7的冷凝液流22被循環(huán)至反應(yīng)器5，優(yōu)選為途經(jīng)甲銨接收器23。經(jīng)所述甲銨接收器23，冷凝液流22被分離為液態(tài)甲銨溶液24與含有非冷凝氣體和惰性氣體的氣相25。該液態(tài)溶液24被泵入反應(yīng)器5；而氣相25被送入高壓洗滌器27，與來自于反應(yīng)器5的塔頂蒸氣26一起進(jìn)行冷凝。惰性氣體31從洗滌器27排出。

優(yōu)選地，該冷凝器7中的冷凝過程為全冷凝，這就意味著，除了小部分不可避免的非冷凝氣體和惰性氣體之外，進(jìn)入的氣體全部被冷凝，即冷凝液流22為液態(tài)的。

例如，氣流19和12中的熱量可以通過在冷凝器7的殼側(cè)生成熱蒸氣被循環(huán)。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了上述目的。三聚氰胺廢氣中的氣流19以高效的方式被回收至尿素合成段，減少了新反應(yīng)物的消耗和能量損耗。含有二氧化碳的氣態(tài)原料13被直接導(dǎo)入反應(yīng)器，防止了反應(yīng)器5的冷卻，即使在全部尿素溶液14用于制備三聚氰胺的情況下也是如此。

在圖2所示的實(shí)施例中，附圖標(biāo)記與圖1中代表的含義相同，在此不再詳細(xì)說明。然而，在CO₂原料4導(dǎo)入反應(yīng)器5的情況下，NH₃原料3進(jìn)入回收段8，再通過噴射器30到達(dá)反應(yīng)器5。更詳細(xì)的介紹如下，從冷凝器7排出的冷凝液流22通過所述噴射器30被回收至反應(yīng)器5，形成反應(yīng)器輸入流32。線31表示從所述冷凝器7排出的惰性氣體。

同時(shí)在這個(gè)實(shí)施例中，從汽提塔6排出的氣相11被分為兩股氣流，即被導(dǎo)入冷凝器7的第一股氣流12和直接被進(jìn)料至反應(yīng)器5的第二股氣流13。

本發(fā)明的另一方面是對(duì)基于汽提法的尿素設(shè)備運(yùn)行的改進(jìn)，所述尿素設(shè)備至少包括反應(yīng)器和汽提塔。例如，所述尿素設(shè)備可以運(yùn)行自汽提過程或二氧化碳汽提過程。

這種改進(jìn)包括增加連接式三聚氰胺設(shè)備，用于將所述尿素設(shè)備合成的尿素中的一部分轉(zhuǎn)化為三聚氰胺。優(yōu)選的是大部分尿素，更優(yōu)選地是全部尿素可以用于制備三聚氰胺。所述三聚氰胺設(shè)備排出的廢氣被循環(huán)回收至尿素設(shè)備，并且尿素設(shè)備中的汽提塔分離出的含有氨氣和二氧化碳的所述氣相的一部分被導(dǎo)入反應(yīng)器。