專利名稱：用于改造自汽提尿素設備的方法和合成尿素的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于改造自汽提尿素設備的方法。本發(fā)明還涉及一種用于合成尿素的新型自汽提方法及相關設備。
背景技術：
自汽提或熱汽提方法及相關設備已經(jīng)公開，如在GB1542371中的公開。這個方法也以其開發(fā)者的名字Snamprogetti被提及。在柯克-奧斯莫的《化工技術百科全書》第三版，第 23 卷，第 548-562 頁(Kirk-Othmer, Encyclopedia of ChemicalTechnology, 3rd Ed,Vol 23，p. 548-562)中也可找到相應的描述。自汽提尿素設備包括高壓回路，通常在約140_160bar的壓力下操作；中壓(MP)段和低壓(LP)回收段，在MP段和LP段中，由高壓回路輸出的尿素溶液被處理來分解氨基 甲酸鹽和循環(huán)氨。作為指示，MP段可以在約10-20bar的壓力下進行操作，LP段可以在幾個(例如3-4) bar的壓力下操作。例如對于高、中及低壓段的常用值分別為150-17-3. 5bar。高壓回路通常包括合成反應器、蒸汽熱式汽提器和臥式釜式冷凝器。所有這些裝置基本在相同的壓力下操作。氨與CO2在所述合成反應器中反應得到尿素水溶液，其含有氨及未轉化的氨基甲酸銨；所述溶液在高壓汽提器中被加熱以分解氨基甲酸鹽和回收氨；在汽提器中產生的含有氨和CO2的蒸汽相在高壓冷凝器中被冷凝，并被循環(huán)至所述反應器。汽提過程在熱的幫助下進行，例如由熱蒸汽提供的熱，并且無外部汽提介質如二氧化碳(熱汽提)的添加，或使用在溶液中存在的氨的一部分作為汽提劑(氨汽提)。在本描述中，術語自汽提尿素設備被用于表示含有高壓熱汽提段或氨汽提段的尿素設備。在改造現(xiàn)有的自汽提尿素設備方面，人們存在濃厚的興趣。當改造現(xiàn)有設備時，出于經(jīng)濟的原因，只要有可能，應該盡量保持現(xiàn)有可用的設備。本申請人已經(jīng)注意到主要瓶頸是中壓段和低壓段的容量。例如，當高壓回路升壓時，更大流量的尿素溶液被排出至下游的MP/LP段，這意味著相當大的量的氨基甲酸鹽的分解和氨的回收。所述MP段和LP段的現(xiàn)有可用部件，包括分解器、冷凝器等，通常接近其最大容量，不能滿足這個增加的負荷。因此，實際上發(fā)現(xiàn)了瓶頸在MP段和LP段。改造MP段和/或LP段，連同高壓段，將會涉及幾個壓力釜的添加或更換，繼而涉及到相當高的成本，這可能導致整體的干預缺乏吸引力。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是解決上述不足，并提供一種用于給自汽提尿素設備升壓的有效解決方案。本發(fā)明的想法是向尿素溶液的加工處理中增加另一個壓力水平，所述尿素溶液是由HP段或反應器輸出的。在MP段的上游，即在高于設備的初始中壓的條件下，增加進一步的氨基甲酸鹽分解和氨基甲酸鹽回收步驟。根據(jù)本發(fā)明的不同實施例，所述進一步的氨基甲酸鹽分解步驟可以接收所述反應器輸出的尿素溶液的一部分和/或接收由高壓汽提得到的濃縮尿素溶液的一部分或全部。因此提出了一種用于改進自汽提尿素設備的新方法，所述設備包括高壓尿素合成段，該段至少具有反應器、熱汽提器或氨汽提器和冷凝器，所述設備還包括中壓處理段和低壓回收段，該方法的特征在于如下步驟-安裝了中間段，并且將其連接在高壓合成段與中壓段之間；-在所述高壓段產生的尿素溶液流被定向至所述中間段；-來自所述中間段的濃縮溶液流被定向至所述中壓段；-所述中間段適于在中間壓力下分解氨基甲酸鹽并回收所述尿素溶液中含有的氨基甲酸鹽，在所述中間壓力下得到所述濃縮溶液流，所述中間壓力低于所述合成段的工作壓力并且高于所述中壓段的工作壓力。
增加的中間段優(yōu)選至少包括分解段和回收段，例如分別用分解器和冷凝器來實現(xiàn)。將尿素溶液重新定向至所述中間段的步驟，以及將濃縮溶液定向至下游MP段的步驟，是根據(jù)本身公知的技術，通過提供必要的管道、閥門、泵及輔助設備來實施的。根據(jù)一些實施例，由所述高壓段輸出的并且原來被定向至所述中壓段的尿素溶液流，至少部分被重新定向至所述中間段。在優(yōu)選的實施例中，所述高壓段輸出的尿素溶液流全部被重新定向至新安裝的中間段。根據(jù)其他的實施例，由所述反應器輸出的并且原來被定向至所述高壓熱汽提器或氨汽提器的尿素溶液流，部分被重新定向至所述中間段。上述實施例可以進行結合，即本發(fā)明包括如下實施例，在這些實施例中，由所述反應器輸出的尿素溶液和由所述高壓汽提器輸出的較濃縮的尿素溶液兩者都被定向至所述中間段。最終，所述尿素溶液和濃縮的(汽提的)尿素溶液在進入所述中間段之前可進行混合。在本發(fā)明的又一些實施例中，所述中間段與所述高壓汽提段相并列。例如，由所述反應器輸出的尿素溶液被分成兩部分；第一部分被定向至高壓汽提器，第二部分被定向至所述中間段。在一些實施例中，可以增加所述高壓合成段的容量。容量的增加可以通過改進所述合成段的任一部件來實現(xiàn)，所述部件例如反應器、汽提器和冷凝器，或通過向所述合成段增加更多的設備來實現(xiàn)。所述中間段的公稱壓力優(yōu)選在30_100bar范圍內，更優(yōu)選70_80bar。在一個優(yōu)選的實施例中，所述中間段的設備至少包括分解器、冷凝器和精餾塔。本發(fā)明的優(yōu)點在于，通過將來自所述高壓汽提器或來自所述反應器的尿素溶液的至少一部分重新定向至所增加的中間段，克服了所述MP段和LP段的瓶頸問題。如果合成段被加壓，所述合成段的容量可被持續(xù)的增加，而同時，由于額外的負荷由新安裝的中間段完成了，下游MP段和LP段的負荷被保持基本不變。也就是說，本發(fā)明允許以顯著的方式給所述HP段加壓，并允許通過增加中間段來克服下游MP段和LP段的瓶頸。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，安裝與所述高壓汽提器并列的中間段所具有的優(yōu)點在于，來自反應器的尿素溶液流的加工被分流在所述HP汽提器和所述新的中間段之間。這個優(yōu)點是有用的，例如在反應器的容量被增加的案例中，或在HP汽提器為設備的瓶頸的案例中，或在安裝了另一個或多個反應器的案例中。在實踐中，與常規(guī)的方法相比，改進的設備使用改進的具有另一個壓力水平的自汽提方法操作。所述方法是本發(fā)明的又一個方面。本發(fā)明的另一個方面是根據(jù)新的操作方法而設計的尿素設備，如所附權利要求中所述。更具體地，本發(fā)明的一個方面是用于合成尿素的自汽提方法，包括高壓反應、高壓熱汽提或氨汽提，以及中壓和低壓回收，該方法的特征在于尿素溶液流在中間壓力下進行分解的工藝步驟，所述尿素溶液流包括由所述反應器輸出的尿素溶液和/或由所述熱汽提或氨汽提輸出的濃縮尿素溶液，所述中間壓力低于所述高壓并高于所述中壓，從而得到處于中間壓力的濃縮溶液，并且，所述處于中間壓力的濃縮溶液被定向至所述中壓下的進一步處理。相關的尿素設備，包括高壓段，所述高壓段至少具有尿素反應器、熱汽提器或氨汽提器以及冷凝器；中壓尿素回收段和低壓尿素回收段；中間段，所述中間段安裝并連接在所述高壓段與所述中壓段之間，所述中間段至少包括分解段和回收段，所述分解段和所述回收段在中間壓力下操作，所述中間壓力低于所述合成段的工作壓力并高于所述中壓段的工作壓力，所述中間段與所述高壓段和所述中壓段連接以便于所述分解段接收尿素溶液流，所述尿素溶液流包括由所述反應器輸出的尿素溶液和/或由所述熱汽提或氨汽提輸出的濃縮尿素溶液，并且，所述中間分解段輸出的濃縮溶液被定向至所述中壓段?！ぴ诒景l(fā)明的所有實施例中，所述高壓段可包括一個或多個反應器、一個或多個汽提器或一個或多個冷凝器。通過以下結合附圖對具體實施方式
的描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將會更加清
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圖I為常規(guī)的自汽提設備的示意圖。圖2為圖I設備根據(jù)本發(fā)明第一個實施例改進后的示意圖。圖3為本發(fā)明第二個實施例的示意圖。圖4為本發(fā)明第三個實施例的示意圖。圖5為本發(fā)明另一個實施例的示意圖。圖6為本發(fā)明又一個變換實施例的不意圖。
具體實施例方式參考圖I中常規(guī)設備的示意圖，該設備的高壓(HP)段包括反應器I、熱汽提器或氨汽提器2以及冷凝器3。該設備的中壓(MP)段包括分解段4和以方框5表示的氨回收段。低壓段包括分解段6和低壓回收段7。方框8代表真空濃縮段。二氧化碳進料通過管線10被送至合成反應器I。噴射器11向反應器I供給新鮮氨12和從MP段及LP段回收的氨13。含有尿素、未轉化的氨基甲酸鹽和游離氨的尿素溶液14從反應器I流出。在一些實施例中，新鮮氨12可供給到回收段5，這樣管線13中含有新鮮的和回收的氨。尿素溶液14被送至汽提器2，在汽提器2中所述溶液14在熱量的幫助下進行分解。在汽提器2中產生的并且含有殘留氨基甲酸鹽和氨的濃縮尿素溶液15被供給到MP分解段4 ;進一步濃縮的尿素溶液16被供給到LP分解段6。由LP段輸出的溶液17進一步在真空段8中進行處理，得到尿素產品U。在MP分解段4分離出的并且主要含有CO2、氨和水的蒸汽相18在氨回收段5進行處理，輸出氨液體流13和含有殘留氨基甲酸鹽的溶液19。為了這個目的，所述氨回收段5可包括，例如精餾塔和氨冷凝器，在精餾塔中蒸汽18中過量的氨被分離，在氨冷凝器中產生氨液體流13。來自所述精餾塔的底部液體形成氨基甲酸鹽溶液19。所述氨基甲酸鹽溶液19與HP汽提器2釋放出的塔頂蒸汽20混合；形成的混合蒸汽21在高壓冷凝器3中冷凝，得到的冷凝物流通過噴射器11送回至反應器I。
在LP分解段6分離出的蒸汽相22在LP回收段7中冷凝，得到氨溶液23并將其泵送至MP氨回收段5，或最終與蒸汽相18混合。另外的氨通過管線24由真空段8循環(huán)至設備的LP段。冷凝器3的輸出流25中的非冷凝氣體在分離器(圖中未示出)中去除，該分離器位于噴射器11的上游。汽提器2通常為管束式、蒸汽熱交換器。來自反應器I的尿素溶液14在管束中的管內形成液膜，而在管外流動的熱蒸汽提供必要的熱量以分解溶液中含有的氨基甲酸鹽。在汽提器頂部，蒸汽相20中的氨和二氧化碳被回收。冷凝器3通常為臥式管殼式釜式單元，在該單元中，冷凝作用在管側，冷凝熱被用來產生蒸汽。以上細節(jié)對于本領域技術人員是公知的，無需進一步描述。圖2公開了一種根據(jù)本發(fā)明改進的設備的示意圖。來自汽提器2的尿素溶液現(xiàn)在表示為流15A，在高壓合成段的容量被增加的實施例中，流15A可能比原來的流15的流量大。來自HP汽提器2的濃縮溶液，即尿素溶液15A，其原來被定向至MP分解段4，現(xiàn)在其被重新定向至新安裝的中間段30，所述中間段30包括分解段31和回收段32。在圖2中，來自升壓的高壓段I的尿素溶液的全部輸出被重新定向至所述中間段30，但本發(fā)明的其他實施例提供了尿素溶液的一部分被重新定向至新的段30，剩余部分由汽提器2傳送至MP段(圖 5)。所述中間段30的工作壓力在高壓段壓力與MP段壓力之間，例如30_100bar，更優(yōu)選70-80bar。例如反應器I、汽提器2和冷凝器3的壓力大于lOObar，中壓在10_20bar的范圍，低壓小于5bar。一個段的設備在一定的壓力下操作，如反應器I、汽提器2和冷凝器3，基本都在相同的壓力下操作，可能會由于連接、閥門等處的壓力損失而略有不同。分解段31至少包括分解器并且以MP分解段4基本相同的方式操作，產生濃縮溶液15B和含有C02、氨及水的蒸汽相33，蒸汽相33在回收段32中被冷凝。來自MP氨回收段5的液態(tài)氨基甲酸鹽溶液被偏離并泵送至所述中間回收段32，以提供所述蒸汽相33的冷凝。冷凝液34為含有氨的氨基甲酸鹽溶液；該溶液34隨后被定向至冷凝器3(如圖所示)，或者如果合適，被定向至反應器I。將一些液態(tài)氨基甲酸鹽溶液定向至反應器而不是冷凝器可以是適當?shù)?，以避免噴射?1中的液體量過多。在一些實施例中，所述氨基甲酸鹽溶液流19被分成兩部分。第一部分被定向至中間回收段32，剩余部分被定向至冷凝器或反應器，優(yōu)選與氨基甲酸鹽溶液34混合。圖6是這種實施方案之一的一個例子，在該例子中，由MP回收段5輸出的氨基甲酸鹽溶液19的一部分19A被偏離至新回收段32。冷凝液34與所述氨基甲酸鹽溶液19的剩余部分19B混合，混合物隨后被定向至冷凝器或反應器。為鈍化而引入的氧氣也優(yōu)選通過新工段30傳送。例如，含氧氣流(圖中未示出)通常由冷凝器3定向至MP分解段4，并最終由氨回收段5排出；在該改進的設備中，這個氣流將由冷凝器3被定向至分解段31，然后由分解段31定向到回收到32，再定向到MP段4和5。氨基甲酸鹽溶液34在中間段30的壓力下(例如70bar)是可用的，在冷凝器3或反應器I的更高的壓力下必須被加壓。為了這個目的，本發(fā)明的一個選擇是使用高壓泵，這些高壓泵已經(jīng)在現(xiàn)場可用，并且原本被用于將流19由MP回收段5泵送至冷凝器3。由于較高的吸入壓力，所述泵可能需要略微調整，但它們的使用可幫助節(jié)約成本。安裝新泵以將溶液的壓力由中壓水平升高至中間壓力水平(例如，由20bar升高至70bar);無論如何，這些泵較那些適于達到合成回路的高壓力的泵更便宜。圖3示出了一個實施例，在該實施例中，反應器輸出的尿素溶液的一部分被直接送至中間壓力分解段，繞過高壓汽提。來自反應器I的尿素溶液流14被分成兩部分。第一部分14A繞過HP汽提器2并被定向至中間段30，例如定向至分解段31。所述尿素溶液的·第一部分14A在進入工段31前可與汽提過的溶液15A合并，或第一部分14A可被單獨送至工段31，這兩種變換方式是同樣適用的。反應器流出物14的剩余部分14B被送至HP汽提器2。所述分解段31輸出的濃縮溶液15B被隨后定向到MP段4。圖4示出了一個實施例，在該實施例中，高壓汽提段和中間壓力段是基本并行操作的。尿素溶液14的第一部分14A被定向到中間壓力段30 ;所述尿素溶液14的第二部分14B被定向到HP汽提器2。高壓濃縮溶液15與所述工段30輸出的中間壓力濃縮溶液15B合并形成流15C并被定向至MP段4。圖5示出了又一個實施例，在該實施例中，定向至中間段30的尿素溶液15A是來自HP汽提器2的濃縮尿素溶液的一部分；所述尿素溶液的剩余部分15從汽提器2傳送到MP段4。例如，所述剩余部分15與來自工段31的濃縮尿素溶液合并。圖5的實施例基本是圖2實施例的一個變換方式；相同的變換方式也適用于本發(fā)明的其他實施例，如圖3或圖4的實施例。膨脹閥和泵/壓縮機沒有在圖中示出。本領域的技術人員可以顯而易見地看出，由較高壓力設備傳送至在較低壓力下操作的設備時，任何流將被適當?shù)嘏蛎?。反之亦然，被傳送至較高壓力的設備時將需要壓縮/泵抽。應當指出的是，圖I至圖6的示意圖是簡化的方框示意圖，并且輔助設備以及壓縮機、泵和閥沒有在圖中示出。
權利要求
1.一種用于改造自汽提尿素設備的方法，所述設備包括高壓尿素合成段，其至少具有反應器、熱汽提器或氨汽提器和冷凝器，所述設備還包括中壓處理段和低壓回收段，其特征在于所述方法包括如下步驟 -安裝中間回收段(30)，并且將其連接在所述高壓合成段與所述中壓段之間； -在所述高壓段產生的尿素溶液流(14A，15A)被定向至所述中間段(30); -來自所述中間段的濃縮溶液流(15B)被定向至所述中壓段； -所述中間回收段(30)適于分解氨基甲酸鹽并回收來自所述尿素溶液流的氨基甲酸鹽溶液，所述中間回收段(30)在中間壓力下操作，所述中間壓力低于所述合成段的工作壓力并且高于所述中壓段的工作壓力，在所述中間壓力下得到所述濃縮溶液流(15B)。
2.根據(jù)權利要求I的方法，其特征在于，由所述高壓段輸出的并且原來被定向至所述中壓段的尿素溶液流(15A)，至少部分被重新定向至所述中間段(30)。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述尿素溶液流(15A)全部被重新定向至所述中間段(30)。
4.根據(jù)權利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，由所述反應器輸出的并且原來被定向至所述高壓熱汽提器或氨汽提器的尿素溶液流(14A)，部分被被重新定向至所述中間段(30)。
5.根據(jù)權利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，包括至少安裝分解段(31)和回收段(32)以構成所述中間段(30)的步驟。
6.根據(jù)權利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟將在所述中壓段得到的、含有循環(huán)的氨基甲酸鹽的中壓液體流(19)或至少所述中壓液體流的一部分(19A)，偏離至中間段(30)的所述回收段(32)，并將所述回收段輸出的氨基甲酸鹽溶液(34 )定向至所述高壓段，且優(yōu)選定向至所述高壓冷凝器(3 )。
7.根據(jù)權利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，還包括提高所述設備高壓合成段的容量的步驟。
8.根據(jù)權利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，所述中間段適于在30-100bar的壓力范圍內操作。
9.一種用于合成尿素的自汽提方法，在該方法中，氨與二氧化碳在至少一個反應器(O內在給定的高壓下反應生成尿素；對于所述反應器內產生的尿素溶液(14)進行熱汽提或氨汽提，由所述汽提分離出的含有氨和二氧化碳的蒸汽相(20)被冷凝并循環(huán)至所述反應器，所述汽提和冷凝基本在所述反應的高壓下進行，并且此時尿素溶液被進一步濃縮，反應物在中壓和低壓下、分別在中壓回收段和低壓回收段進行回收，其特征在于 -尿素溶液流(14A，15A)在中間壓力下進行分解工藝步驟(31)，所述尿素溶液流(14A，15A)包括由所述反應器輸出的尿素溶液(14A)和/或由所述熱汽提或氨汽提輸出的濃縮尿素溶液(15A)，所述中間壓力低于所述高壓并高于所述中壓，從而得到處于中間壓力的濃縮溶液(15B)，并且， -所述處于中間壓力的濃縮溶液(15B)被定向至所述中壓下的進一步處理。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，中間壓力下分解得到的蒸汽相(33)被冷凝< 得到處于中間壓力的氨基甲酸鹽溶液(34)，所述液體流被供給至所述高壓段。
11.根據(jù)權利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述高壓大于lOObar，所述中壓在10-20bar的范圍內，所述低壓小于5bar，所述中間壓力為30_100bar。
12.一種根據(jù)所述自汽提方法操作的尿素設備，該設備包括高壓段，所述高壓段具有尿素反應器(I )、熱汽提器或氨汽提器(2 )及冷凝器(3 )， 該設備還包括中壓尿素回收段(4，5)和低壓尿素回收段(6，7)， 其特征在于還包括中間段(30)，所述中間段(30)被安裝并連接在所述高壓段與所述中壓段之間，所述中間段至少含有分解段(31)和回收段(32)，所述分解段(31)和所述回收段(32)在中間壓力下操作，所述中間壓力低于所述合成段的工作壓力并高于所述中壓段的工作壓力，所述中間段(30 )與所述高壓段和所述中壓段連接以便于所述中間段的分解段(31)接收尿素溶液流(14A, 15A),所述尿素溶液流(14A, 15A)包括由所述反應器輸出的尿素溶液(14A)和/或由所述熱汽提或氨汽提輸出的濃縮尿素溶液(15A)，其中，由所述中間分解段輸出的濃縮溶液(15B )被定向至所述中壓段。
13.根據(jù)權利要求12所述的設備，其特征在于，所述回收段(32)的連接是為了接收中壓液體流(19)的一部分(19A)或全部，所述中壓液體流(19)在所述中壓段得到并含有循環(huán)的氨基甲酸鹽，所述回收段(32)的連接還為了將氨基甲酸鹽溶液(34)輸送至高壓段，優(yōu)選輸送至所述高壓段的冷凝器(3 )。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于改造自汽提尿素設備的方法，在該方法中，在現(xiàn)有的高壓段與中壓段之間安裝了一個中間回收段(30)；高壓段輸出的尿素溶液流(15A)被定向到所述中間段(30)，來自所述中間段的濃縮尿素溶液流(15B)被定向到所述中壓段，所述中間段在高壓段壓力與中壓段壓力之間的壓力下操作。本發(fā)明還公開了相關的方法和設備。
文檔編號B01D53/94GK102906067SQ201180025634
公開日2013年1月30日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權日2010年6月16日
發(fā)明者安德里亞·斯考托, 塞麗娜·加比亞蒂尼, 保羅·貝爾蒂尼 申請人:烏里阿·卡薩勒有限公司