尿素設(shè)備改造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明為尿素生產(chǎn)領(lǐng)域，且具體地涉及增加現(xiàn)有尿素設(shè)備的生產(chǎn)能力的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 尿素通常由氨和二氧化碳生產(chǎn)而來(lái)。其可以通過(guò)將過(guò)量氨與二氧化碳在12~ 40MPa的壓力和150°C~250°C的溫度下引入尿素合成區(qū)而進(jìn)行制備。作為結(jié)果的尿素形成 最好以?xún)蓚€(gè)連續(xù)反應(yīng)步驟的形式存在，在第一步驟中，氨基甲酸銨（ammoniumcarbamate) 按照放熱反應(yīng)而形成：
[0003] 2NH3+C02-H2N-CO-ONH4
[0004] 在這之后，形成的氨基甲酸銨在第二步驟中按照吸熱平衡反應(yīng)脫水以產(chǎn)生尿素：
[0005] H2N - CO - ONH4 <-> H2Tsi - CO - NH2 + H:0
[0006] 這些反應(yīng)進(jìn)行的程度特別取決于所采用的溫度和過(guò)量的氨。在尿素合成溶液中得 到的反應(yīng)產(chǎn)物基本上由尿素、水、未結(jié)合的氨和氨基甲酸銨組成。將氨基甲酸銨和氨從溶液 中除去并通常使其返回至尿素合成區(qū)。在尿素合成區(qū)中，除上述溶液之外，形成由未轉(zhuǎn)化的 氨和二氧化碳以及惰性氣體組成的氣體混合物，其稱(chēng)為反應(yīng)器廢氣。尿素合成部可以包含 用于形成氨基甲酸銨和尿素的獨(dú)立區(qū)。這些區(qū)也可以結(jié)合在單個(gè)裝置中。
[0007] 在尿素氣提設(shè)備中，未轉(zhuǎn)化成尿素的氨基甲酸銨的分解以及常見(jiàn)的過(guò)量氨的排出 大體在基本上與合成反應(yīng)器中壓力相等的壓力下發(fā)生。這樣的分解和排出發(fā)生在一個(gè)或多 個(gè)安裝在反應(yīng)器下游的氣提塔中，可能在氣提氣體例如，比如二氧化碳和/或氨的輔助下， 且在熱量的加入下發(fā)生。還可以實(shí)施熱氣提。熱氣提是指，應(yīng)用完全由熱供應(yīng)構(gòu)成以分解 氨基甲酸銨并從尿素溶液中除去存在的氨和二氧化碳。離開(kāi)氣提塔的氣流包含氨和二氧化 碳，該氨和二氧化碳在高壓冷凝器中冷凝并隨后返回尿素合成區(qū)。
[0008] 在尿素氣提設(shè)備中，合成區(qū)在160~240°C的溫度下操作，且優(yōu)選為170~220°C 的溫度。合成反應(yīng)器中的壓力為12~21MPa，優(yōu)選為12. 5~20MPa。在本領(lǐng)域中，這些范 圍通常被視為表示"高壓"（也與傳統(tǒng)"高壓氨基甲酸鹽冷凝器"結(jié)合使用）。在氣提設(shè)備 的尿素合成區(qū)中的氨與二氧化碳的摩爾比（N/C比）通常落在2. 2與5之間且優(yōu)選2. 5與 4. 5m〇l/m〇l之間。合成區(qū)可以在單個(gè)的反應(yīng)器中或在并聯(lián)或串聯(lián)布置的多個(gè)反應(yīng)器中實(shí) 施。
[0009] 在氣提處理后，氣提后的尿素溶液的壓力在尿素回收部中降低。在回收部中，將尿 素溶液中的未轉(zhuǎn)化的氨和二氧化碳從尿素和水溶液中分離?；厥詹客ǔ０訜崞?、液/ 氣分離部和冷凝器。將進(jìn)入回收部的尿素溶液加熱以使揮發(fā)性組分氨和二氧化碳從溶液中 蒸發(fā)出來(lái)。用在加熱器中的加熱劑通常為蒸汽。將在該加熱器中形成的蒸氣以液/氣從尿 素水溶液中分離，隨后該蒸氣在冷凝器中冷凝形成氨基甲酸鹽溶液。釋放的冷凝熱通常消 散在冷卻水中。在以低于合成部中壓力的壓力運(yùn)行的回收部中形成的氨基甲酸鹽溶液優(yōu)選 地返回至以合成壓力運(yùn)行的尿素合成部中?；厥詹客ǔＪ菃蝹€(gè)的部或者可以是串聯(lián)布置的 多個(gè)回收部。
[0010] 存在許多種尿素生產(chǎn)裝置。當(dāng)面對(duì)尿素生產(chǎn)的需求增長(zhǎng)時(shí)，尋求增加現(xiàn)有設(shè)備能 力的方法，而不是建設(shè)新的。這對(duì)于使得尿素設(shè)備以更加高能效的方式操作的持續(xù)需求也 同樣適用。設(shè)備生產(chǎn)能力的增加有時(shí)也意味著"去瓶頸化"。因?yàn)槿藗兘?jīng)常會(huì)提高設(shè)備的一 部分（例如反應(yīng)器）的生產(chǎn)能力，然后發(fā)現(xiàn)得到的提高的生產(chǎn)能力不能被設(shè)備的一個(gè)或多 個(gè)其他部分（例如氨基甲酸鹽冷凝器）所容納。本領(lǐng)域中已經(jīng)提出了多種解決方式以滿(mǎn)足 一種或多種此前的需求。
[0011] 增加反應(yīng)器體積的常規(guī)方式是本領(lǐng)域已知的。例如可以通過(guò)擴(kuò)大反應(yīng)器本身來(lái)提 高現(xiàn)有反應(yīng)器的反應(yīng)器體積。這可以通過(guò)切割反應(yīng)器上部的半個(gè)蓋并在現(xiàn)在的半個(gè)蓋和反 應(yīng)器底部之間置入一個(gè)圓柱形部分來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨后可以在適當(dāng)?shù)牟课缓附舆@些部件。該方法 的缺點(diǎn)是擴(kuò)張可能性因高度顯著增加而受限，這通常受法規(guī)以及另外的增強(qiáng)支撐反應(yīng)器的 結(jié)構(gòu)的需求所限。另一已知方法是以串聯(lián)方式增加額外的反應(yīng)器，但是這具有類(lèi)似的缺點(diǎn)。 增加生產(chǎn)能力的第三種方法是通過(guò)用池式冷凝器來(lái)替換HPCC，但這需要復(fù)雜的裝置設(shè)計(jì)。
[0012] 作為進(jìn)一步的【背景技術(shù)】，參考WO96/20170。在本文中，在用于尿素生產(chǎn)的方法中， 在主反應(yīng)場(chǎng)所中獲得尿素反應(yīng)混合物。使反應(yīng)混合物進(jìn)行氣提并然后送至回收部。將來(lái)自 回收部的氨基甲酸鹽物流再循環(huán)至副反應(yīng)場(chǎng)所。在副反應(yīng)場(chǎng)所中，將氨基甲酸鹽轉(zhuǎn)化為尿 素。將來(lái)自副反應(yīng)場(chǎng)所的尿素液體物流運(yùn)送至氣提塔。將來(lái)自氣提塔的整個(gè)氣體物流運(yùn)送 至冷凝器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 為更好地解決一種或多種前述需求，本發(fā)明提供一種提高現(xiàn)有尿素設(shè)備的生產(chǎn)能 力的方法，該現(xiàn)有設(shè)備包括高壓氨基甲酸鹽冷凝器、反應(yīng)器、氣提塔和回收部，其中：
[0014] -冷凝器包括與反應(yīng)器的液體入口流體連通的液體出口；
[0015] -反應(yīng)器包括與氣提塔流體連通的液體出口；
[0016] -氣提塔包括與冷凝器的氣體入口流體連通的氣體出口以及與回收部流體連通的 液體出口；
[0017] -回收部包括與冷凝器的液體入口流體連通的液體出口；
[0018] 該方法包括安裝另外的反應(yīng)器和流送線路，使得該另外的反應(yīng)器具有與回收部的 液體出口流體連通的液體入口；該另外的反應(yīng)器包括與冷凝器的冷凝腔室的入口流體連通 的液體出口。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1和圖2是在圖1中示出常規(guī)設(shè)備且在圖2中示出由本發(fā)明的改造方法得到的 相應(yīng)設(shè)備的框圖；
[0020] 圖3和圖4是在圖3中示出常規(guī)設(shè)備且在圖4中示出由本發(fā)明的改造方法得到的 相應(yīng)設(shè)備的不意圖；
[0021] 圖5和圖6是在圖5中示出常規(guī)設(shè)備且在圖6中示出由本發(fā)明的改造方法得到的 相應(yīng)設(shè)備的不意圖；
[0022] 圖7和圖8是在圖7中示出常規(guī)設(shè)備且在圖8中示出由本發(fā)明的改造方法得到的 相應(yīng)設(shè)備的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 廣義而言，本發(fā)明基于以下明智洞察，即現(xiàn)有尿素設(shè)備的生產(chǎn)能力可以以相較于 擴(kuò)大合成部而目完全不同的方式而提尚。擴(kuò)大合成部是在解決提尚生廣能力的問(wèn)題中的典 型方式。一種是在尿素設(shè)備中已經(jīng)存在的反應(yīng)器的下游安裝額外的反應(yīng)器。這相當(dāng)于擴(kuò)大 了尿素合成部的生產(chǎn)能力。這樣的額外的反應(yīng)器成為單單建造具有更大的反應(yīng)器的新設(shè)備 的替代改造方案。另一種這樣的替代單單建造新反應(yīng)器的改造方案是將現(xiàn)有反應(yīng)器擴(kuò)展 (由此實(shí)際上是將其擴(kuò)大）。本發(fā)明在尿素設(shè)備的完全不同的區(qū)部中增加了反應(yīng)器，即，直 接在回收部之后增加。而且，本發(fā)明并非只是增加了基于尿素設(shè)備的典型進(jìn)料物流運(yùn)作的 尿素反應(yīng)器，而是對(duì)其特定供應(yīng)氨基甲酸鹽溶液的反應(yīng)器（即，運(yùn)轉(zhuǎn)而僅進(jìn)行第二階段的 尿素合成，如上所概述）。
[0024] 本發(fā)明不僅僅在提高尿素生產(chǎn)能力的意義上提供了益處。令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，根據(jù) 本發(fā)明安裝另外的尿素反應(yīng)器使得高壓氨基甲酸鹽冷凝器（HPCC)中的蒸汽壓提高。不希 望束縛于理論，發(fā)明人相信這是由于HPCC中存在顯著量的尿素而引起的，從而使HPCC的工 作溫度升高。結(jié)果HPCC中的壓力將更高。較高壓力的蒸汽可以被交換以提高生產(chǎn)能力或 用于節(jié)約能量。此外觀察到了更高的尿素轉(zhuǎn)化率。
[0025] 前述體現(xiàn)在以下要求中，即上述另外的反應(yīng)器包含與冷凝器的冷凝腔室的入口流 體連通的液體出口。
[0026] 應(yīng)理解的是，冷凝腔室是這樣的冷凝器空間，氣體通常進(jìn)入該空間中并隨后在該 冷凝腔室中冷凝成液體。上述另外的反應(yīng)器的液體出口因而與冷凝器的入口（通常是氣體 入口）流體連通。例如，在殼管式冷凝器的情況中，冷凝腔室通常是其殼側(cè)。通常會(huì)認(rèn)識(shí) 至IJ，液體（即，冷卻液）被運(yùn)送至冷凝器的管側(cè)，（要冷凝的）氣體被運(yùn)送至殼側(cè)。在本發(fā) 明中，所確定的具體液體，即在上述另外的反應(yīng)器中生產(chǎn)的尿素溶液，被運(yùn)送至冷凝腔室例 如殼管式冷凝器的殼側(cè)。
[0027] 此外，在本發(fā)明的方法中，優(yōu)選僅將一部分氣提氣體運(yùn)送至冷凝器，將剩余的運(yùn)送 至另外的反應(yīng)器。這用來(lái)向另外的反應(yīng)器提供熱并提高尿素的轉(zhuǎn)化率。
[0028] 本發(fā)明的尿素方法的具體蒸汽消耗將會(huì)更低。本發(fā)明的特別優(yōu)勢(shì)是上述另外的反 應(yīng)器可以置于地面上。這減少對(duì)顯著結(jié)構(gòu)支撐物的需求。另外的優(yōu)點(diǎn)是上述另外的反應(yīng)器 可以具有簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，例如具有托盤(pán)的垂直塔。
[0029] 另外的反應(yīng)器有時(shí)也被描述為"預(yù)反應(yīng)器"或者"尿素預(yù)反應(yīng)器"（UPR)。
[0030] 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，上述另外的反應(yīng)器以逆流模式工作；S卩，液體在頂部 進(jìn)入并向下流動(dòng)，而氣體進(jìn)料在底部進(jìn)入并相對(duì)于下降的液體逆流上升。令人驚奇地發(fā)現(xiàn)， 該運(yùn)行模式使得在上述另外的反應(yīng)器中可以有相較于對(duì)垂直尿素反應(yīng)器更普遍的并流運(yùn) 行模式而言更高的轉(zhuǎn)化率。相信這樣的更高轉(zhuǎn)化率的主要原因在于下述事實(shí)，即在逆流運(yùn) 行模式中，液體從反應(yīng)器的底部被收取，而在底部氣相包含最低量的非冷凝物并且觀察到 氣相中最低含量的輕組分。
[0031] 在本發(fā)明的改造設(shè)備中，對(duì)回收的氨基甲酸鹽溶液施加尿素形成條件。這些條 件通常需要12~18MPa之間的操作壓力，以及160°C~210°C之間的溫度，優(yōu)選175°C~ 190°C。壓力優(yōu)選為13~16MPa之間。
[0032] 在本發(fā)明設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上建立新的設(shè)備（有時(shí)意味著"基層"設(shè)備）是可能的。這 將提供前述就蒸汽效率和尿素轉(zhuǎn)化率而言的優(yōu)點(diǎn)。然而，應(yīng)理解尿素生產(chǎn)能力的提高在基 層設(shè)備的情況下并不起作用。其通常在現(xiàn)有設(shè)備的改造中起作用。
[0033] 本發(fā)明的改造方法尤其用于使得改造后尿素設(shè)備的生產(chǎn)能力相較于改造前相同 設(shè)備的生產(chǎn)能力而言提高。其關(guān)鍵在于，根據(jù)本發(fā)明，安裝如上所概述的另外的反應(yīng)器，即， 置于存在于現(xiàn)有設(shè)備的回收部與高壓氨基甲酸鹽冷凝器之間的另外的反應(yīng)器。
[0034] 在本說(shuō)明書(shū)中提及了尿素設(shè)備的生產(chǎn)能力。這是指在給定時(shí)間段內(nèi)能產(chǎn)出的尿素 的體積。更具體地，本發(fā)明涉及通過(guò)增加尿素合成可用的反應(yīng)器體積來(lái)提高尿素設(shè)備的生 產(chǎn)能力。
[0035] 在設(shè)備的定義中，有時(shí)提及術(shù)語(yǔ)"液體出口 "、"氣體出口"和對(duì)應(yīng)的入口。將理解 的是，"液體出口 "是可以使液體流過(guò)的出口，"氣體出口 "是能夠使氣體流過(guò)的出口。各個(gè) 入口同理。本領(lǐng)域技術(shù)人員非常熟知可用于這些目的之一或全部目的的出口和入口類(lèi)型。
[0036] 用于氣體和/或液體的流送線路通常以合適的管道形式提供。
[0037] 流體連通是指設(shè)備的兩個(gè)部分經(jīng)由氣體或液體流送線路連接以此方式使得流體 (氣體、液體或超臨界液體）能夠從一者傳輸至另一者的設(shè)置。
[0038] 本發(fā)明的特別優(yōu)勢(shì)在于，上述另外的反應(yīng)器可以位于地面上。這減少對(duì)顯著結(jié)構(gòu) 支撐物的需求。為此，在上述另外反應(yīng)器的下游放置排出器。該排出器（本領(lǐng)域技術(shù)人員 已知其用于提供抽吸功能而無(wú)需機(jī)械構(gòu)件）置于另外反應(yīng)器的下游，即，具體是在另外的 反應(yīng)器與高壓氨基甲酸鹽冷凝器之間。