專利名稱：含有二氧化碳汽提步驟的尿素生產(chǎn)的改進(jìn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的尿素生產(chǎn)工藝，以及一種改造現(xiàn)存尿素生產(chǎn)設(shè)備的方法，在現(xiàn)存的尿素生產(chǎn)設(shè)備中，離開尿素合成反應(yīng)器的反應(yīng)混合物與二氧化碳一起輸入汽提步驟(Stamicarbon工藝)。
本發(fā)明亦涉及一套用于實(shí)現(xiàn)上述工藝的設(shè)備。
人們共知，常常需要提高現(xiàn)存設(shè)備的尿素生產(chǎn)能力。
為實(shí)現(xiàn)這一目的，迄今人們已提出了各種不同的增加尿素生產(chǎn)能力的方法，諸如本申請人提交的歐洲專利申請EP-A-0479103中描述的。
EP-A-0479103公開了一種工藝，其中高純氨和二氧化碳在第一高產(chǎn)率“單程”反應(yīng)器中反應(yīng)，如此得到的反應(yīng)混合物饋入回收工段，在現(xiàn)存的常規(guī)類型的反應(yīng)器中，進(jìn)行著純度較低的反應(yīng)物，實(shí)際上由回收工段循環(huán)來的(回收混合物)之間的合成反應(yīng)。
在共同申請的瑞士申請01477/92-0，提高依據(jù)Stamicarbon工藝(STC)，即包括有一個(gè)CO2汽提工段，的現(xiàn)存設(shè)備的尿素生產(chǎn)能力和減少其能源消耗的問題是如下解決的，在絕熱條件下(在所謂的“Vulcan”式反應(yīng)器中)在第一高產(chǎn)率反應(yīng)器中進(jìn)行尿素合成，蒸餾離開Vulcan反應(yīng)器的反應(yīng)混合物，以便獲得分別循環(huán)至Vul-can反應(yīng)器本身和現(xiàn)存低產(chǎn)率反應(yīng)器的未反應(yīng)氨和氨基甲酸酯。
該工藝在當(dāng)時(shí)看起來是令人滿意的，似乎不可能進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。
然而，經(jīng)過繼續(xù)研究和實(shí)驗(yàn)，本申請人能夠開發(fā)一種新的更加完善的改進(jìn)工藝，其適用于現(xiàn)存以完全循環(huán)工藝為基礎(chǔ)的設(shè)備，目的在于顯著地提高尿素生產(chǎn)能力和減少能源消耗。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種生產(chǎn)尿素的改進(jìn)工藝，其允許獲得高的轉(zhuǎn)化率，投資和操作費(fèi)用減少，更好的設(shè)備使用性和現(xiàn)有設(shè)備的更充裕的過載界限，和相當(dāng)?shù)墓S去瓶頸作用。
按照本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)上述目的的生產(chǎn)尿素工藝包括以下步驟-在第一反應(yīng)區(qū)反應(yīng)氨和二氧化碳；-用離開該第一反應(yīng)區(qū)的第一反應(yīng)混合物中的二氧化碳進(jìn)行氣體汽提，以獲得純化的尿素溶液和未反應(yīng)氨和二氧化碳?xì)怏w；-將該純化尿素溶液饋入第一尿素回收工段；-在氨基甲酸酯冷凝器中于一預(yù)定壓力下冷凝該未反應(yīng)氨和二氧化碳?xì)怏w；-在第二反應(yīng)區(qū)反應(yīng)氨和二氧化碳；其特征在于它進(jìn)一步包括以下步驟a)在基本上等于氨基甲酸酯冷凝器的壓力下輸送離開該第二反應(yīng)區(qū)的第二反應(yīng)混合物至第一氨基甲酸酯分解處理單元，以便從包括尿素的液流中分離未反應(yīng)的氨和二氧化碳的氣體第一料流；b)循環(huán)未反應(yīng)氨和二氧化碳?xì)怏w的第一料流至該氨基甲酸酯冷凝器；c)輸送包括尿素的液流至第二氨基甲酸酯分解處理單元，以從純化尿素溶液中分離出未反應(yīng)氨和二氧化碳?xì)怏w的第二料流；d)冷凝該未反應(yīng)氨和二氧化碳?xì)怏w的第二料流，和循環(huán)如此獲得的冷凝液至該氨基甲酸酯冷凝器。
在第一反應(yīng)區(qū)的尿素合成可在目前STC工廠使用的工藝條件下進(jìn)行，如壓力130-200巴，溫度180-200℃。
氨基甲酸酯冷凝步驟，離開該反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)混合物的CO2汽提步驟和在該回收工段的尿素回收步驟可按在STC工廠中使用的已知的工藝條件下進(jìn)行。
優(yōu)選地，在第二反應(yīng)區(qū)的尿素合成在高產(chǎn)率“單程”反應(yīng)器中進(jìn)行，壓力240-260巴，溫度190-200℃。
可部分除去反應(yīng)熱的“單程”反應(yīng)器特別適于改進(jìn)含有CO2汽提步驟的尿素生產(chǎn)設(shè)備。
最優(yōu)選地，“單程”反應(yīng)器包括兩個(gè)部分可除去反應(yīng)熱的初級工段和常規(guī)類型的第二工段。
對于本發(fā)明的目的，在能源回收方面的特別優(yōu)點(diǎn)當(dāng)“初級反應(yīng)器”是所謂的“釜”形反應(yīng)器時(shí)得以實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明，離開高產(chǎn)率反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)混合物輸至氨基甲酸酯分解處理單元，以從含尿素液流中分離未反應(yīng)氨和二氧化碳?xì)怏w。
更特別地，該反應(yīng)混合物順序輸至二個(gè)氨基甲酸酯分解處理單元。
第一氨基甲酸酯分解處理在高壓分解器中進(jìn)行，其壓力基本上與存在于氨基甲酸酯冷凝器中的壓力相等，該冷凝器安裝在第一反應(yīng)區(qū)的上流。
該壓力優(yōu)選為140-150巴。
更有利的是，得到可直接循環(huán)至上述氨基甲酸酯冷凝器中的未反應(yīng)氨和二氧化碳?xì)怏w的第一料流，并在第一反應(yīng)區(qū)進(jìn)一步反應(yīng)。
離開第一氨基甲酸酯分解器的溶液的第二氨基甲酸酯分解處理在第二氨基甲酸酯分解器中進(jìn)行，其壓力為6-18巴，最優(yōu)選8-14巴。
這樣，在離開尿素回收工段的氨基甲酸酯水溶液的協(xié)助下，得到第一次被冷凝的未反應(yīng)氨和二氧化碳?xì)怏w的第二料流，然后也循環(huán)至氨基甲酸酯冷凝器。
第二氨基甲酸酯分解處理亦產(chǎn)生純化的尿素溶液，其可以饋至尿素回收工段的低壓蒸餾器或者在真空工段的精處理前收集在低壓蒸餾器下流的一容器中。
有利的是，在汽提處理單元的二氧化碳/尿素摩爾比可通過向第一氨基甲酸酯分解處理單元饋入至多20％的離開第一尿素合成反應(yīng)器的反應(yīng)混合物流而調(diào)節(jié)至適宜的值。
優(yōu)選地，10-15％的離開第一尿素合成反應(yīng)器的反應(yīng)混合物流旁通經(jīng)過CO2汽提處理單元和直接饋入第一氨基甲酸酯分解處理單元。
按照本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，在經(jīng)過廣泛研究后發(fā)現(xiàn)，有可能采一種簡單而安全的方法令人驚異地提高現(xiàn)存包括CO2汽提步驟的尿素生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)能力。
當(dāng)要求提高現(xiàn)存設(shè)備的生產(chǎn)能力20％以上時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)減少投資和操作費(fèi)用，改善設(shè)備使用性和現(xiàn)存設(shè)備的更充裕的過載界限，和提高其工廠去瓶頸作用，使用高效平行反應(yīng)器的概念。
這種概念對現(xiàn)在尿素生產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用包括-尿素合成反應(yīng)器；-位于該尿素合成反應(yīng)器上流的氨基甲酸酯冷凝器；-位于該尿素合成反應(yīng)器下流的二氧化碳汽提塔；-將離開該第一反應(yīng)器的第一反應(yīng)混合物饋入二氧化碳汽提塔的機(jī)構(gòu)；-從離開二氧化碳汽提塔的第一反應(yīng)混合物中分離尿素的尿素回收工段；根據(jù)本發(fā)明，這種概念通過含有以下步驟的改進(jìn)方法而進(jìn)行a)提供與饋入高純氨和二氧化碳的機(jī)構(gòu)相連的第二尿素合成反應(yīng)器；
b)提供第二尿素回收工段，其包括在該第二尿素合成反應(yīng)器下流的順序的第一和第二氨基甲酸酯分解器；c)提供管路機(jī)構(gòu)，用于將離開該第一氨基甲酸酯分解器頂端的未反應(yīng)氨和二氧化碳循環(huán)至該氨基酸酯冷凝器；d)提供冷凝離開該第二氨基甲酸酯分解器的未反應(yīng)氨和二氧化碳?xì)怏w的機(jī)構(gòu)；e)提供將如此得到的冷凝物循環(huán)至該氨基甲酸酯冷凝器的機(jī)構(gòu)。
更特別地，在“單程”型無循環(huán)的附加的高產(chǎn)率反應(yīng)器(75％)中獲得所要求的生產(chǎn)能力的30-50％。
最優(yōu)選地，該反應(yīng)器在操作時(shí)伴隨反應(yīng)熱的部分除去，并含有二部分伴隨反應(yīng)熱除去的初級工段，和常規(guī)的第二工段。
本發(fā)明的進(jìn)一步的方面和優(yōu)點(diǎn)通過如下優(yōu)選但不是限制性的描述將更加明顯，其實(shí)施方案參照附圖進(jìn)行。
附圖中，

圖1表示現(xiàn)有技術(shù)中包括CO2汽提步驟的尿素生產(chǎn)裝置的示意圖。
圖2表示按照本發(fā)明的第一實(shí)施方案改進(jìn)的圖1所示的尿素生產(chǎn)裝置的示意圖。
圖3表示按照本發(fā)明的第二實(shí)施方案改進(jìn)的圖1所示的尿素生產(chǎn)裝置的示意圖。
圖1所示的尿素生產(chǎn)裝置含有尿素合成反應(yīng)器201-D，向其中用常規(guī)壓縮機(jī)104-J/JS和102-J饋入純氨(NH3)和二氧化碳(CO2)。
更特別地，氨首先用管道117饋入氨基甲酸酯冷凝器202-C，同時(shí)二氧化碳通過管道107饋入汽提塔201-C，然后在進(jìn)入尿素合成反應(yīng)器201-D之前，用管運(yùn)201饋入氨基甲酸酯冷凝器202-C。
向汽提塔201-C中也通過管道207饋入離開尿素合成反應(yīng)器201-D的反應(yīng)混合物。
104代表常規(guī)尿素回收工段，其包括帶有相關(guān)分離器301-E的低壓蒸餾器301-C，二個(gè)帶有相關(guān)分離器401-F和402-F的真空蒸發(fā)器401-C或402-C，以及氨真空濃縮工段50。
尿素回收工段104的特征如常規(guī)并在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的，不作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
在操作中，包含在離開反應(yīng)器201-D中的尿素溶液中的大部分氨基甲酸酯和一部分氨在201-C中汽提并循環(huán)至反應(yīng)器中，同時(shí)得到離開汽提塔201-C的含有相對低CO2(7÷7％重量)和NH3(5÷8％重量)殘留物的尿素溶液。
該溶液在尿素回收工段104中處理，此處其在301-C中于3÷4巴(絕對壓力)下蒸餾，如此得到的氣體送至冷凝器302-C，產(chǎn)生氨基甲酸酯溶液，該溶液用泵301-J/JS循環(huán)至尿素合成反應(yīng)器201-D。
CO2的等壓汽提法的主要技術(shù)特征總結(jié)如下合成壓力 約140÷145巴(絕對)反應(yīng)器中的NH3/CO2摩爾 約2.8÷3.0反應(yīng)器中的H2O/CO2摩爾 約0.4÷0.5反應(yīng)器中的溫度約185℃產(chǎn)率 約57÷58％蒸氣消耗 約900÷1000kg/MT尿素按照示于圖2的本發(fā)明的第一實(shí)施方案，一高效反應(yīng)器ROT和提純離開尿素回收工段DIST的尿素溶液的一尿素回收工段平行地聯(lián)接至現(xiàn)存尿素合成反應(yīng)器201-D上。
反應(yīng)器ROT通過壓縮機(jī)KA-1饋入高純二氧化碳，通過泵PA-lA/lS饋入高純氨，然后通過管道108聯(lián)接至尿素回收工段DIST。
有利地，反應(yīng)器ROT為“單程”高產(chǎn)率型，并可部分除去反應(yīng)熱。
“單程”反應(yīng)器ROT包括二部分所謂“釜”形的初級工段R-1，其除去反應(yīng)熱和常規(guī)的第二工段R-2。
尿素回收工段DIST優(yōu)選含有通過管110順序聯(lián)接的至少二個(gè)氨基甲酸酯分解器E-1和E-2。
最有利地，第一氨基甲酸酯分解器E-1在基本上等于汽提塔201-C中的壓力下操作，而第二氨基甲酸酯分解器E-2在約10巴(絕對)壓力下操作。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，離開氨基甲酸酯分解器E-1，包含未反應(yīng)氨和二氧化碳?xì)怏w的第一料流通過管路111直接循環(huán)至在相同壓力下操作的氨基甲酸酯冷凝器202-C。
離開氨基甲酸酯分解器E-2的頂部包含未反應(yīng)氨和二氧化碳?xì)怏w的第二料流首先在E-3中冷凝，然后通過管路112和泵301-J/JS循環(huán)至氨基甲酸酯冷凝器202-C中。
從氨基甲酸酯分解器E-2的底部得到純化的尿素溶液，該溶液可通過管道113饋至尿素回收工段104的低壓蒸餾器301-C，或通過管道M直接收集在貯罐302-F中。
在第一例中，離開氨基甲酸酯分解器E-2的尿素溶液與離開汽提塔201-C的尿素溶液一起在低壓蒸餾器301-C中作進(jìn)一步處理。
按照示于圖3的本發(fā)明的第二實(shí)施方案，現(xiàn)存尿素合成反應(yīng)器201-D通過旁路管道BP聯(lián)連至尿素回收工段DIST＇，該工段在這種情況下包括兩個(gè)專門為承擔(dān)新的負(fù)荷而設(shè)計(jì)的氨基甲酸酯分解器E＇-1，E＇-2。
在該實(shí)施方案中，離開塔E＇-2的純化尿素溶液可饋入低壓蒸餾器301-C中，或旁路通過該蒸餾器并直接收集在貯罐302-F中。
本發(fā)明的進(jìn)一步的特征和優(yōu)點(diǎn)由下列給出的非限制性實(shí)施例將很明顯，其中說明了對現(xiàn)存具有CO2汽提步驟的1500MT尿素生產(chǎn)設(shè)備的改進(jìn)。
實(shí)施例1改進(jìn)的目標(biāo)是通過平行于現(xiàn)存反應(yīng)器增加一新的“單程”型反應(yīng)器，提高現(xiàn)存設(shè)備的生產(chǎn)能力由1500MTD至2250MTD。
在此考慮的情況下，適宜地的生產(chǎn)能力分布如下現(xiàn)存反應(yīng)器1500MTD尿素新反應(yīng)器 750MTD尿素總和 2250MTD尿素反應(yīng)器的操作條件為a)參考情況現(xiàn)存反應(yīng)器(201-D)能力 1500MTDNH3/CO2摩爾 2.85H2O/CO2摩爾 0.40產(chǎn)率 57％P 140巴(絕對)T 183℃b)新條件b.1現(xiàn)存反應(yīng)器(201-D)能力1500MTDNH3/CO2摩爾 3.0H2O/CO2摩爾 0.53產(chǎn)率 57％P 145巴(絕對)T 185℃b.2新反應(yīng)器(ROT)能力750MTDNH3/CO2摩爾 3.6H2O/CO2摩爾 0產(chǎn)率75％P 242巴(絕對)T 193℃平行操作的二反應(yīng)器的平均重量產(chǎn)率為1500×57+750×752250=63%]]>即，比參考情況高出6個(gè)百分點(diǎn)。
這相應(yīng)于120÷150kg/MT尿素的較低的比蒸汽消耗量，盡管生產(chǎn)能力提高了。
實(shí)施例2實(shí)施例1中，現(xiàn)存設(shè)備在新的操作條件下的生產(chǎn)能力是1500MTD尿素，即，等于設(shè)計(jì)值。
這種情況下，現(xiàn)存的汽提塔在進(jìn)行尿素溶液汽提時(shí)比設(shè)計(jì)值具有較少量的CO2氣體(約為設(shè)計(jì)值的83％)，平衡將如氨基甲酸酯溶液。
這一較少量的CO2總是足夠在汽提塔201-C中達(dá)到一種好的操作性能。
在任何情況下，按照圖3所示的實(shí)施方案，可能接近或基本上在汽提塔201-C中得到設(shè)計(jì)的二氧化碳/尿素比率。
這種情況下，上述提及的設(shè)計(jì)比率是通過將離開現(xiàn)存反應(yīng)器201-D的反應(yīng)混合物流的約17％饋入與汽提塔201-C旁通的氨基甲酸酯分解器E＇-1。
反應(yīng)混合物的這一等分部分通過管路BP送至新的尿素回收回段DIST＇的氨基甲酸酯分解器E＇一1，用于氨基甲酸酯分解處理。
由于旁通，所有現(xiàn)存的合成，汽提和尿素回收工段將在非常接近或基本上在設(shè)計(jì)條件下運(yùn)行，從而避免對這些工段造成任何超負(fù)荷。
權(quán)利要求
1．一種改進(jìn)現(xiàn)存尿素生產(chǎn)設(shè)備的方法，包括-尿素合成反應(yīng)器(201-D)；-位于該尿素合成反應(yīng)器(201-D)上流的氨基甲酸酯冷凝器(202-C)；-位于該尿素合成反應(yīng)器(201-D)下流的二氧化碳汽提塔(201-C)；-將離開該第一反應(yīng)器(201-D)的第一反應(yīng)混合物饋入二氧化碳汽提塔(201-C)的機(jī)構(gòu)(207)；-由離開二氧化碳汽提塔(201-C)的第一反應(yīng)混合物中分離尿素的尿素回收工段(104)；其特征在于其含有如下步驟a)提供與饋入高純氨和二氧化碳的機(jī)構(gòu)(PA-1A/1S，KA-1)相連的第二尿素合成反應(yīng)器(ROT)；b)提供第二尿素回收工段(DIST)，其包括在該第二尿素合成反應(yīng)器(ROT)下流的順序的至少第一(E-1)和第二(E-2)氨基甲酸酯分解器；c)提供管路機(jī)構(gòu)(111)，用于將離開該第一氨基甲酸酯分解器(E-1)頂端的未反應(yīng)氨和二氧化碳?xì)怏w循環(huán)至該氨基甲酸酯冷凝器(202-C)；d)提供冷凝離開該第二氨基甲酸酯分解器(E-2)的未反應(yīng)氨和二氧化碳?xì)怏w的機(jī)構(gòu)(E-3)；e)提供將如此得到的冷凝物循環(huán)至該氨基甲酸酯冷凝器(202-C)的機(jī)構(gòu)(112，301-J/JS)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于該第二尿素合成反應(yīng)器(ROT)為“單程”高產(chǎn)率型。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于該第二尿素合成反應(yīng)器(ROT)含有可除去反應(yīng)熱的初級工段(R-1)和常規(guī)類型的第二工段(R-2)。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于該初級工段(R-1)為“釜”形。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于其進(jìn)一步含有將該第一尿素合成反應(yīng)器(201-D)聯(lián)接至該第一氨基甲酸酯分解器(E-1)的步驟。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于該第二氨基甲酸酯分解器(E-2)與位于低壓蒸餾器(301-C)的上流的尿素回收工段(104)相聯(lián)接。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于該第二氨基甲酸酯分解器(E-2)與位于低壓蒸餾器(301-C)下流的尿素回收工段(104)相聯(lián)接。
全文摘要
公開了一種改進(jìn)的尿素生產(chǎn)方法及以Stamicarbon工藝為基礎(chǔ)的現(xiàn)存尿素設(shè)備的改進(jìn)方法。
文檔編號C07C273/04GK1284498SQ0010107
公開日2001年2月21日 申請日期2000年1月18日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月7日
發(fā)明者G·帕加尼 申請人:烏里阿·卡薩勒有限公司