專利名稱:尿素的制備方法
本發(fā)明是關于一種從氨和二氧化碳制備尿素的方法。
如果把氨和二氧化碳在適當?shù)膲毫ο?例如125-350atm)和適當?shù)臏囟认?例如170-250℃)引入一個合成區(qū)。根據(jù)反應
首先生成的是氨基甲酸銨。
從此反應得到的氨基甲酸銨，根據(jù)可逆反應;接著脫水生成尿素。
轉化成尿素的程度取決于溫度和使用的過量的氨。
作為反應產(chǎn)物得到的一種溶液。它主要由尿素，水，氨基甲酸銨和游離氨組成。氨基甲酸銨和氨從此溶液分出，大部分重新送回合成區(qū)，合成區(qū)可由幾個生成氨基甲酸鹽的和尿素的互相分離的區(qū)所組成。也可以把這些區(qū)納于一個設備之中。
在1969年《歐洲化學報》一月十七日的尿素增刊第17-20頁描述了一種廣泛地用于制備尿素的方法。在這個方法中，在合成區(qū)高溫高壓下生成的尿素合成液與含有二氧化碳而供熱的溶液逆流接觸經(jīng)受汽提處理。以使這些溶液中的大部分氨基甲酸鹽分解成氨和二氧化碳。這些分解產(chǎn)物從氣態(tài)與溶液分開并和少量的水蒸汽及用于汽提的二氧化碳一起排出。這樣的汽提處理的實現(xiàn)不僅要用二氧化碳，據(jù)在報道中的描述還要用氨氣，惰性氣體或至少兩種所說的氣體的混合物。在汽提處理中得到的氣體混合物，較大部分在冷凝區(qū)冷凝，并在對含尿素溶液進一步處理而來的水溶液中吸收。隨后，這樣生成的氨基甲酸鹽液體和非凝縮性氣體混合物被送至合成區(qū)以生產(chǎn)尿素，這里氨基甲酸鹽轉變成尿素所需的熱量通過氣體混合物的進一步冷凝而獲得。
在美國書3，356，723中，陳述了相對低的壓力下例如110-140atm對進行尿素合成更有利。因為這樣可允許完成一個使未轉變成尿素的過量的氨和氨基甲酸鹽在與合成反應相同的壓力下除去的汽提處理。在另一方面，如果合成反應在實質上較高的壓力下，例如大約200atm進行，然后合成溶液的壓力在此溶液經(jīng)受汽提之前最好就先降壓。然而當合成溶液的汽提變低時，需要有更多的水在溶液中去保持在冷凝期形成氨基甲酸酯(在由汽提處理得來的氣體混合物汽提操作壓力下)并且這水拌隨著氨基甲酸鹽一起進入合成區(qū)，在合成區(qū)水有害地影響了合成的效率，再者，由于低壓的結果，在汽提過程中得到的混合氣體在低溫下發(fā)生冷凝，以致使冷凝和溶解釋放的熱都將在相對低的溫度下散去，必須要有一個相對大的熱交換面，在這種低熱下，僅能產(chǎn)生2-3巴的低壓蒸汽，它在本工藝中和其它地方都沒有用處。另一方面，如果在所需的相對高的壓力和溫度下實現(xiàn)汽提，則尿素水解和生成縮二脲的危險達到不能容許的程度是可以想象的到的?；谶@些原因，上述的美國書3，356，723建議汽提區(qū)壓力50-140atm。
本發(fā)明的目的在于提供一個好的合成方法，它有好的合成效率，并且在汽提處理中尿素水解和生成縮二脲都能保持在容許的范圍之內(nèi)，并且在汽提處理中得到的混合氣體的進一步冷凝是在這樣一個溫度之下，在此溫度下能使用顯著小的熱交換表面去完成將釋放轉為低壓(3-5巴)蒸汽或所能產(chǎn)生出的高壓蒸汽中去，或者釋放出的熱可以直接用于加熱流程中的流體。
根據(jù)本發(fā)明，是汽提處理所得氣體混合物冷凝期間在冷凝區(qū)也可以得到尿素?？紤]到存在相對地多的尿素和水(它們作為由汽提獲得的混合氣體冷凝時得到的氨基甲酸鹽的溶劑)冷凝熱和溶解熱，在較高溫度下比不用這些溶劑時變得更有用了。
因此，本發(fā)明是關于制備尿素的方法，在壓力為125-350巴下，在合成區(qū)從二氧化碳和過量的氨生成氨基甲酸鹽和含游離氨的尿素合成溶液，至少有一部分存在于尿素合成溶液中的氨基甲酸鹽在汽提區(qū)內(nèi)，于合成區(qū)壓力下或較低壓力下通過熱供應和與汽提氣體逆流接觸，而發(fā)生分解，氨基甲酸鹽的分解產(chǎn)物和一部分過剩的氨及汽提一起作為混合氣體從汽提區(qū)里移出，至少有一部分所得的混合氣體在冷凝區(qū)冷凝，汽提了的尿素合成溶液加工成尿素溶液或固體尿素。本發(fā)明的特點在于，在冷凝區(qū)在反應條件下至少有達平衡量30%的尿素形成，并且含氨基甲酸鹽和尿素混合體被送至合成區(qū)。
當至少有達到平衡量的30%的尿素生成后，已經(jīng)能清楚地注意到熱效應，最好尿素繼續(xù)生成直到達到平衡量的50%-80%。正如汽提處理那樣，在汽提處理中得到的混合氣體在與合成壓力相同的壓力下或較低壓力下實現(xiàn)冷凝，實現(xiàn)冷凝和汽提的壓力可以相等，也可以不同。最好是在合成區(qū)，汽提區(qū)，和冷凝區(qū)，都使用相等的壓力，以使在冷凝區(qū)中生成的氨基甲酸鹽能在沒有氨基甲酸鹽泵以簡單的方式送回到合成區(qū)。
在冷凝區(qū)氨基甲酸鹽向尿素和水的轉化能由保證反應混合物在冷凝區(qū)里有足夠長的滯留時間而實現(xiàn)。
在汽提中得到的混合氣體的冷凝，產(chǎn)生氨基甲酸鹽溶液，進一步使氨基甲酸鹽轉化成尿素和水，例如，可以在立式管狀熱交換器的外殼上實現(xiàn)。冷凝區(qū)中釋放的熱，可以借助于讓水通過管子而帶去，因此而轉化成低壓蒸汽，或借助于加熱了的液汽帶出。進一步升高溫度，冷凝區(qū)可以用作強烈混合的反應器，頂部和底部的溫度不同，最多不超過5℃，更好的是相差不超過2℃，有導板、擋板或類似的元件加速混合并達到熱交換。其他的冷凝區(qū)也有這樣的用處，只要它的大小能使反應混合物的滯留時間足夠長即可。最好，有稱為浸沒式冷凝器形式和冷凝區(qū)。即要被冷卻的混合氣體導入管式熱交換器的外殼空間，氨基甲酸酯的釋溶液也導入熱交換器的外殼空間，釋放出的溶解熱和冷凝熱借助于流過管子的介質而帶走，例如可以用水來作介質，水因此而轉變成低壓蒸氣。浸沒式冷凝區(qū)既可以水平放置也可垂直放置。
在水平的浸沒式冷凝器中，達到冷凝具有特殊的優(yōu)點。液柱一般都比在垂直的浸沒式冷凝器中的液柱低，沸點不高，結果含尿素的氨基甲酸鹽溶液和冷卻介質的溫差越大則熱交換越快。
當使用水平放置的浸沒式冷凝器時，可以把它直接放置在工作地面上，以明顯減小設備的高度和降低設備的資金消耗，再者，這樣能使組裝和拆開都較簡單。
當使用水平的浸沒冷凝器時，則它可以使合成區(qū)和冷凝區(qū)放置于一個設備中，這樣能使結構緊湊。
根據(jù)本發(fā)明的方法，基于在冷凝區(qū)提供的壓力和生成的尿素和水的力量，而使冷凝區(qū)的溫度提高5-10℃，是能做到的，根據(jù)本方法，在約140巴的冷凝區(qū)壓力下能產(chǎn)生例如5-10巴的低壓蒸氣。當然它也同樣能產(chǎn)生具有3-5巴常壓的低壓蒸氣，這些能通使用一個顯著的較小的熱交換表面而得到。
參考附圖和安施例來闡述本發(fā)明，但并不局限于其中。
在附圖中，A表示一個合成區(qū)，B表示汽提區(qū)，C表示冷凝區(qū)，D表示蒸氣容器，E表示泵，F(xiàn)表示噴射器。
噴射器F通過7的壓縮手段來控制來自6的液氨，吸收本工藝過程中別處產(chǎn)生的含尿素溶液進一步處理后得到的氨基甲酸鹽溶液。液氨和氨基甲酸鹽溶液的混合物，通過5被送進冷凝區(qū)C，通過帶孔的管路3，把含氨和CO2的混合氣體引入液體中，上述的混合氣體是通過在汽提區(qū)B對在合成區(qū)A生成的尿素合成溶液進行汽提處理而得到的，汽提處理是把尿素合成溶液在有熱供應的同時與汽提氣如二氧化碳進行逆流。在此描述的已實現(xiàn)了的模型中，合成區(qū)A的壓力和汽提區(qū)B的壓力及冷凝區(qū)的壓力都是相等的。例如約140巴。但上述各區(qū)中的壓力也可以是不同的。冷凝區(qū)C的大小選擇為使反應混合物在冷凝的滯留時間足夠長，足以使得至少產(chǎn)生理論上生成量的30%的尿素。冷凝區(qū)C釋放的熱由通過12提供的水來帶出。水在冷凝區(qū)C借助于泵E通過10和冷卻單元8，并轉變成低壓蒸氣。形成的蒸氣通過9進入蒸氣容器D，并通過11從所說的容器中排放到消耗低壓蒸氣的裝置，這里沒繼續(xù)描述。不用發(fā)生蒸氣的手段來移出熱，可用它加熱工藝過程的液流來代替，例如，可以使尿素水溶液通過冷卻單元而達到濃縮。送入冷凝區(qū)C的含尿素和氨基甲酸鹽溶液及氣體混合物的凝聚部分通過4送入合成區(qū)A，那兒進一步生成尿素。從合成區(qū)A，尿素合成溶液通過1送入汽提區(qū)B，同時，含惰性氣體的混合物通過14排出。汽提后的尿素合成溶液通過13排放。用已知的方法處理尿素水溶液并且濃縮，隨后把它變成固體尿素。
對比例子在《歐洲化學報》1969年1月17日尿素增刊上描述的尿素制備方法。每天生產(chǎn)尿素1500噸，以每小時給出多少公斤的量來計算，需要供給高壓容器33417Kg的液氨和45833Kg的CO2氣體，其中含有286Kg的水蒸氣和1533Kg惰性組分，反應區(qū)，汽提區(qū)和冷凝區(qū)的壓力是141.26巴，供給冷凝區(qū)的混合氣體由43742KgNH3，65795KgCO2，2578KgH2O和1533Kg惰性組分所組成，它大部分在此冷凝并被吸收于含50964KgNH3，17957KgCO2和9231KgH2O的氨基甲酸鹽溶液。生成的氨基甲酸鹽溶液是由178108KgNH3，67706KgCO2和10829KgH2O所組成且它的溫度是168℃，而剩余的混合氣體含有18598KgNH3，16046KgCO2，980KgH2O和1.533Kg惰性成份。此氨基甲酸鹽溶液和混合氣體供給反應區(qū)。
冷凝釋放的熱用加入水的方法帶出，結果生成60000Kg的低壓蒸氣，它的壓力為4.46巴，溫度為147℃，熱交換面是1.694m2。
實施例Ⅰ如圖所描述的一個工廠，用本發(fā)明的方法制備如對比例中所說的同樣產(chǎn)量的尿素。在工廠高壓段的壓力是141.26巴，在汽提后得到的混合氣體在一個水平放置的浸沒式冷凝器中實現(xiàn)冷凝，冷凝后在一般條件下生成的尿素可達到理論量的50%，生成的含尿素的氨基甲酸鹽溶液是由30839Kg的尿素，60871KgNH3，50553KgCO2，和20521KgH2O所組成，它的溫度是174℃，另外，剩余的混合氣體是由18171KgNH3，10706KgCO2，606KgH2O，和1533Kg惰性成份所組成，借助于冷凝區(qū)中釋放的熱生成60000Kg4.4巴的低壓蒸氣。為此需要的熱交換表面為667m2。
實施例Ⅱ運用實施例1所描述的方法，生成相同數(shù)量的尿素，但在冷凝區(qū)生成的尿素是它可達平衡的75%，在冷凝區(qū)中得到的溶液除了含有56188KgNH3和40203KgCO2外，還會有47930Kg尿素和25649KgH2O，另外，剩余的氣體混合物由14825KgNH3，8400KgCO2，605KgH2O和1.533Kg惰性成份組成，從冷凝區(qū)中排出的液體和氣體組分的溫度是178℃。釋放的熱用于生成60000Kg6、8巴的低壓蒸氣，為此所需要的熱交換面是1.694m2。
文件名稱 頁 行 補正前 補正后說明書 3 5 漏譯 (5-10巴)7 1 141.26巴 141.2巴4 178108Kg 78108Kg7 1.533Kg 1533Kg4.46巴 4.4巴1.694m21694m210 141.26巴 141.2巴8 8 1.694m21694m2權利要求
書 1 13 在于，于 在于冷凝是在
權利要求
1.制備尿素的方法，其中二氧化碳和過量的氨在合成區(qū)，于125-350巴生成含氨甲基酸鹽、游離氨和尿素的合成溶液，至少，部分存在于尿素合成溶液中的氨基甲酸鹽，在汽提區(qū)，于合成區(qū)壓力下或較低的壓力下，通過供熱和與汽提氣體逆流接觸而發(fā)生分解。氨基甲酸鹽分解產(chǎn)物與部分過量的氨和汽提一起作為混合氣體從汽提區(qū)移去，至少有部分所得的混合氣體在冷凝區(qū)冷凝，汽提處理后的尿素合成溶液被加工為尿素溶液或固體尿素，本方法的特征在于冷凝區(qū)里在反應條件下至少也有達平衡量30%的尿素生成，并且把氨基甲酸鹽和含尿素混合物供給合成區(qū)。
2.根據(jù)權項1所說的方法，其特征在于，在一般的條件下生成達平衡量50-80%的尿素。
3.根據(jù)權項1或2所說的方法，其特征在于，于合成壓力下在冷凝區(qū)進行。
4.根據(jù)權項1或2所說的方法，其特征在于在汽提處理壓力下進行冷凝，汽提處理壓力低于合成壓力。
5.根據(jù)權項1-4的任一方法，其特征在于，在冷凝區(qū)中保證反應混合物充分地混合。
6.根據(jù)權項1-5的任一方法，其特征在于，冷凝在浸沒式冷凝器中進行。
7.根據(jù)權項1-6中任一方法，其特征在于，冷凝在水平放置的管式熱交換器的外壁上進行。
8.根據(jù)權項1-6中的任一方法，其特征在于，冷凝在和反應區(qū)相連結的冷凝區(qū)進行。
9.參照附圖和實施例描述和說明的制備尿素的方法。
10.根據(jù)一項或多于一項的上述權項的方法制備出的尿素和尿素溶液。
專利摘要
一種用二氧化碳和過量的氨，在合成區(qū)生成氨 基甲酸鹽的含游離氨的尿素合成溶液的制備尿素的 方法。本方法的特點在于，在冷凝區(qū)至少也有平衡 量30％的尿素在反應條件下生成。并把氨基甲酸鹽 和含尿素的混合物供給合成區(qū)。最好，在達到平衡 量50—80％時，尿素生產(chǎn)連續(xù)進行。
文檔編號C07C273/00GK85101703SQ85101703
公開日1987年1月24日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者瓊克斯 申請人:烏尼范公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan