專利名稱：尿素和三聚氰胺生產的集成工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種尿素和三聚氰胺集成生產的工藝。
特別地，本發明涉及一種上述類型的工藝，其中在包括高壓尿素合成部分和尿素回收部分的尿素設備中生產尿素，并且其中作為三聚氰胺合成的副產品得到的廢氣再循環到所述的高壓尿素合成部分。
在下面的說明書和權利要求書中，“高壓尿素合成部分”是指在至少約120巴，通常在130巴和260巴之間的壓力下操作的部分。
更特別地，本發明的工藝是其中待再循環的廢氣具有至少2巴，通常在2巴和30巴之間的壓力的類型。
本發明還涉及實施該工藝的集成設備。
已經知道，在尿素和三聚氰胺的領域中，越來越感覺到需要提供集成工藝，其中在三聚氰胺合成中生產的廢氣能有效地用于尿素生產。
背景技術：
為了滿足上述要求，已經提出集成工藝，其中在所謂的三聚氰胺設備中使用NH3和尿素作原料(反應物)生產三聚氰胺，在稱為尿素設備的尿素生產設備中生產尿素，來自三聚氰胺設備的主要含有NH3和CO2的廢氣作為原料(反應物)再循環到尿素設備。
根據這些工藝，一般從三聚氰胺設備以2巴和30巴之間的壓力排放的廢氣在供應給尿素設備之前合適地處理。
特別地，廢氣用稀氨水溶液(氨濃度在0重量％～15重量％之間)在等于或低于其排放壓力下濃縮。然后將這樣得到的廢氣溶液供給尿素設備的廢水處理部分，一般操作壓力約為2～5巴，從該水溶液中回收NH3和CO2，經尿素設備的低壓尿素回收部分再循環到高壓尿素合成部分。
另外，還提出了合適地壓縮上述廢氣溶液，將它直接再循環到尿素設備的高壓合成部分。
盡管上述工藝一定程度地滿足了上述需求，但是后者受幾個缺點影響。
在第一種情況中，在廢水處理部分需要高的能耗從廢氣溶液中分離NH3和CO2。而且，由于這部分的壓力常常比三聚氰胺設備排放的廢氣壓力低一些，因此廢氣在濃縮之前必須膨脹，再循環到尿素設備的廢水處理部分，這樣從壓力損失上說也存在著能量浪費。
在第二種情況中，將額外的不可忽略量的水經再循環的廢氣溶液供應給高壓尿素合成部分。由于水是尿素合成的副產品，所以它出現在反應物料中對CO2轉化成尿素是有害的。這樣，尿素轉化率受再循環的廢氣溶液含有的水負面影響，從離開合成部分的尿素溶液中回收尿素和將未轉化的反應物再循環回合成部分所需要的能耗肯定增加。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種具有功能特點的尿素和三聚氰胺生產的集成工藝，這些功能特點例如充分地解決現有技術存在的缺點，能夠以較高的轉化率和較低的能耗生產尿素。
根據本發明，用尿素和三聚氰胺的集成工藝解決上述問題，在包括高壓尿素合成部分和從氨基甲酸鹽水溶液中分離尿素的尿素回收部分的尿素設備中生產尿素，在三聚氰胺設備中生產三聚氰胺，作為三聚氰胺合成的副產品得到的廢氣從三聚氰胺設備以至少2巴的壓力排出，再循環到所述的高壓尿素合成部分，所述工藝的特征在于它進一步包括步驟—將來自所述三聚氰胺設備的所述廢氣供給廢氣冷凝部分，廢氣冷凝部分優選在與廢氣的壓力基本相同的壓力下操作；—將來自所述尿素回收部分的所述氨基甲酸鹽水溶液供給所述廢氣冷凝部分；—在所述廢氣冷凝部分中用所述的氨基甲酸鹽水溶液凝結所述的廢氣，得到濃縮的氨基甲酸鹽水溶液；—將這樣得到的濃縮的氨基甲酸鹽水溶液供給所述的高壓尿素合成部分。
在離開尿素回收部分的氨基甲酸鹽水溶液的壓力比廢氣冷凝部分的操作壓力低的情況中，本發明的工藝有利地進一步包括步驟—在將來自所述尿素回收部分的所述氨基甲酸鹽水溶液供給所述廢氣冷凝部分之前，將它壓縮至與所述廢氣冷凝部分的操作壓力基本相當的壓力。
并且，在從三聚氰胺設備排放的廢氣的壓力比尿素合成部分的壓力低的情況中，本發明的工藝有利地進一步包括步驟—在將來自所述廢氣冷凝部分的所述濃縮的氨基甲酸鹽水溶液供給所述高壓尿素合成部分之前，將它壓縮至與所述高壓尿素合成部分的操作壓力基本相當的壓力。
本發明的工藝的主要優點是利用在尿素設備的尿素回收部分得到的并且再循環到高壓尿素合成部分的氨基甲酸鹽水溶液中含有的少量水進行廢氣的濃縮。因此，和現有技術的工藝相反，當將廢氣從三聚氰胺設備循環到尿素設備時，不再向廢氣加入額外的水。由于本發明，可以將更加濃縮的氨基甲酸鹽溶液再循環到尿素設備的高壓尿素合成部分，結果，尿素的轉化率有利地增加，回收尿素和將未轉化的反應物循環到合成部分所需要的能耗有利地相當地降低。
參照附圖，以非限定的實施例方式，從實施方案的下述說明中進一步得到本發明的特點和優點。
圖1示意地表示根據本發明的工藝的尿素和三聚氰胺生產的集成設備；圖2示意地表示圖1的尿素和三聚氰胺生產的集成設備的詳細內容。
具體實施例方式
參照圖1，數字10概括地示意地表示本發明的尿素和三聚氰胺生產的集成設備。集成設備10包括生產三聚氰胺的設備11和生產尿素的設備12。
本發明的三聚氰胺設備11是催化低壓型(最高70巴)或非催化高壓型(高于70巴)，其前提條件是三聚氰胺設備排放的廢氣具有至少2巴的壓力。設備11包括低壓或高壓三聚氰胺合成部分13。
優選地，但不排外地，三聚氰胺設備11是非催化高壓型，其中作為三聚氰胺合成的副產品排放的廢氣具有3巴和30巴，優選20巴和25巴之間的壓力。當然，根據生產三聚氰胺的壓力，本發明的三聚氰胺設備排放的廢氣也可以具有更高的壓力。
本發明的尿素設備12是全循環型，其中在與尿素回收部分16流體連通的高壓尿素合成部分15中，在至少120巴，一般在約130～260巴的壓力下生產尿素。
一般地，尿素回收部分16包括(未表示出)在約15～30巴的壓力下操作的中壓回收部分和/或在約2～10巴的壓力下操作的低壓回收部分。
優選地，尿素設備12是所謂的CO2或氨捕獲型，高壓尿素合成部分15在約130～170巴下操作，包括至少一個尿素合成反應器、汽提塔和氨基甲酸鹽冷凝器(未表示出)，它們相互連接以形成基本恒壓的回路。
例如，本發明的尿素設備12是CO2捕獲型，尿素回收部分16僅僅包括低壓部分。
根據本發明的有利特點，所述集成設備10進一步包括布置在生產三聚氰胺的設備11和生產尿素的設備12之間的廢氣冷凝部分17。特別地，如下面詳細描述的，廢氣冷凝部分17與三聚氰胺合成部分13、尿素回收部分16和高壓合成部分15流體連通。
如圖2所示，廢氣冷凝部分17包括至少一個冷凝器裝置40，在本實施例中冷凝器裝置40包括管束41換熱器。
而且，分別根據離開尿素回收部分16和廢氣冷凝部分17的溶液的壓力，本發明的集成設備10還非必要地包括第一壓縮部分18和第二壓縮部分19，第一壓縮部分18布置在尿素回收部分16和廢氣冷凝部分17之間并和它們流體連通，第二壓縮部分19布置在廢氣冷凝部分17和高壓尿素合成部分15之間并和它們流體連通。壓縮部分18和19一般包括至少一個普通型用于液體流動的壓縮機或泵(未表示出)。
本發明的集成設備10的操作描述如下。
CO2和氨經管線30供給尿素設備12的高壓尿素合成部分15。濃縮的氨基甲酸鹽水溶液經管線31也供應給部分15。在下面的說明書中更加詳細地描述濃縮的氨基甲酸鹽水溶液。
在高壓尿素合成部分15中，使上述反應物反應，得到包含尿素、氨基甲酸銨、游離氨和水的尿素溶液。
尿素溶液經管線32從部分15排出，供給尿素回收部分16，為了從溶液的其它組分(主要是水和未轉化的反應物)中分離出尿素，在部分16中再進行處理。
然后經管線33從尿素回收部分16排放出濃縮的尿素溶液(例如包含約70重量％的尿素)，至少部分用作三聚氰胺生產的設備11中的反應物。
備選地，尿素以熔化尿素的形式從布置在尿素回收部分16下游的尿素成品部分(未表示出)供應給三聚氰胺設備11的三聚氰胺合成部分13。
為了該目的，濃縮的尿素溶液或其一部分經管線34供應給三聚氰胺合成部分13。在圖1的例子中，為了生產例如尿素粒或顆粒，不是生產的所有尿素都用于三聚氰胺合成，而是一部分濃縮的尿素溶液經管線35供應給尿素設備12的濃縮部分(未表示出)以進一步提純尿素。
為了控制三聚氰胺合成，也可以選擇性地向部分13供應額外的氨，在圖1中用管線14表示。
從三聚氰胺合成部分13經管線36排放出三聚氰胺溶液以進一步處理，例如冷卻(未表示出)，此處，三聚氰胺轉化為粉末，離開設備11。
而且，作為三聚氰胺合成的副產品在部分13中也得到CO2和NH3廢氣，經管線37離開部分13。一般地，為了除去可能夾帶在廢氣中的液體三聚氰胺，在離開三聚氰胺合成部分13之前，用濃縮的尿素溶液合適地洗滌(凈化)廢氣，未表示出。
有利地，然后將這樣得到的廢氣經管線37供給本發明的集成設備10的廢氣冷凝部分17。
有利地還將來自尿素設備12的尿素回收部分16的氨基甲酸鹽水溶液經管線38供給廢氣冷凝部分17。
該氨基甲酸鹽水溶液包含至少一部分上述在尿素回收部分16中從尿素溶液中分離出的水和未轉化的反應物。在本領域中，由于該溶液是循環(合適地壓縮)到高壓尿素合成部分的溶液，所以它通常稱為循環氨基甲酸鹽溶液。本發明的氨基甲酸鹽水溶液的組成的例子包含20重量％～40重量％的氨、20重量％～40重量％的CO2和余量的水。根據尿素合成工藝，這些組分的量可以變化。
優選地，廢氣冷凝部分17在與離開三聚氰胺合成部分13的廢氣的壓力基本相同的壓力下操作。
在來自三聚氰胺合成部分13的廢氣的壓力比從尿素回收部分16排出的氨基甲酸鹽水溶液的壓力高的情況中，后者在第一壓縮部分18中有利地壓縮至這些廢氣的壓力，即壓縮至廢氣冷凝部分17的操作壓力。
在廢氣冷凝部分17中，來自三聚氰胺合成部分13的廢氣和來自尿素回收部分的氨基甲酸鹽水溶液混合在一起，經管線39供給冷凝器裝置40。在冷凝器裝置40中，用冷卻流體(例如水)的間接熱交換將廢氣完全濃縮(微量的不可濃縮的惰性組分除外)在氨基甲酸鹽水溶液中，這樣有利地得到濃縮的氨基甲酸鹽水溶液。
根據本實施例，使供給冷凝器裝置40的廢氣和氨基甲酸鹽水溶液的混合物在管束41的外側(殼程)流動，使經管線42供給冷凝器裝置40并且經管線43從其排出的冷卻流體在管束41內(管程)流動。
在本發明的備選實施方案(未表示出)中，廢氣和氨基甲酸鹽水溶液可以在供應給廢氣冷凝部分17之前混合，或它們可以直接單獨地供應給冷凝器裝置40，而不事先混合。
然后將這樣得到的濃縮的氨基甲酸鹽水溶液經管線31循環到高壓合成部分15，同時將微量(可忽略量)的未濃縮的惰性組分從冷凝器裝置40經管線44排出。特別地，濃縮的氨基甲酸鹽水溶液循環到高壓合成部分15的一個單元，例如合成反應器、汽提塔或氨基甲酸鹽冷凝器。
如經常的情況，高壓合成部分15的操作壓力應該比廢氣冷凝部分17的操作壓力高，然后，離開冷凝部分17的濃縮的氨基甲酸鹽水溶液有利地在第二壓縮部分19中壓縮至尿素合成部分15的操作壓力。
在集成設備10中，圖1和2中用符號14、30～39、42～44表示的管線示意地表示普通型的連接導管或管子。
上述設備10特別適合進行本發明的尿素和三聚氰胺生產的集成工藝，其中在包括高壓尿素合成部分15和從氨基甲酸鹽水溶液中分離尿素的尿素回收部分16的尿素設備12中生產尿素，在三聚氰胺設備11中生產三聚氰胺，作為三聚氰胺合成的副產品得到的廢氣從三聚氰胺設備以至少2巴的壓力排出，再循環到所述的高壓尿素合成部分15，所述工藝的特征在于它進一步包括步驟—將來自所述三聚氰胺設備11的所述廢氣供給廢氣冷凝部分17，廢氣冷凝部分17優選在與廢氣的壓力基本相同的壓力下操作；—將來自所述尿素回收部分16的所述氨基甲酸鹽水溶液供給所述廢氣冷凝部分17；—在所述廢氣冷凝部分17中用所述氨基甲酸鹽凝結所述廢氣，得到濃縮的氨基甲酸鹽水溶液；以及—將這樣得到的濃縮的氨基甲酸鹽水溶液供給所述的高壓尿素合成部分15。
根據本發明的另一方面，本工藝可以合適用于現有尿素和三聚氰胺設備的改造或改進以及用于現有尿素和三聚氰胺生產的集成設備的修改。
在這種情況中，除了上述優點，值得注意的是由于本發明，特別是用尿素回收部分排放的氨基甲酸鹽水溶液凝結三聚氰胺設備的廢氣以得到濃縮的氨基甲酸鹽水溶液，它再循環到高壓尿素合成部分的特點，不需要修改現有的高壓尿素合成部分的裝置，例如高壓合成反應器、汽提塔和濃縮器。
這樣設計的本發明容易適合另外的實施方案和修改，都落在本領域的技術人員的技術內，同樣落在本發明本身的保護范圍內，如權利要求書所限定的。
權利要求
1.一種尿素和三聚氰胺生產的集成工藝，其中在包括高壓尿素合成部分和從氨基甲酸鹽水溶液中分離尿素的尿素回收部分的尿素設備中生產尿素，并且在三聚氰胺設備中生產三聚氰胺，其中作為三聚氰胺合成的副產品得到的廢氣從三聚氰胺設備以至少2巴的壓力排出，并且循環到所述的高壓尿素合成部分，所述工藝的特征在于它進一步包括如下步驟—將來自所述三聚氰胺設備的所述廢氣供給廢氣冷凝部分；—將來自所述尿素回收部分的所述氨基甲酸鹽水溶液供給所述廢氣冷凝部分；—在所述廢氣冷凝部分中用所述的氨基甲酸鹽凝結所述廢氣，得到濃縮的氨基甲酸鹽水溶液；—將這樣得到的濃縮的氨基甲酸鹽水溶液供給所述的高壓尿素合成部分。
2.如權利要求1所述的工藝，其特征在于，所述廢氣冷凝部分在與所述廢氣的壓力基本相等的壓力下操作。
3.如權利要求1所述的工藝，其特征在于，來自所述尿素回收部分的所述氨基甲酸鹽水溶液直接供應給所述廢氣冷凝部分。
4.如權利要求1所述的工藝，其特征在于，所述工藝還包括如下步驟—在將來自所述尿素回收部分的所述氨基甲酸鹽水溶液供給所述廢氣冷凝部分之前，將它壓縮至與所述廢氣冷凝部分的操作壓力基本相當的壓力。
5.如權利要求1所述的工藝，其特征在于，所述的濃縮的氨基甲酸鹽水溶液直接供應給所述的高壓尿素合成部分。
6.如權利要求1所述的工藝，其特征在于，所述工藝還包括如下步驟—在將來自所述廢氣冷凝部分的所述濃縮的氨基甲酸鹽水溶液供給所述高壓尿素合成部分之前，將它壓縮至與所述高壓尿素合成部分的操作壓力基本相當的壓力。
7.用于尿素和三聚氰胺生產的集成設備，其中在包括高壓尿素合成部分(15)和從氨基甲酸鹽水溶液中分離尿素的尿素回收部分(16)的尿素設備(12)中生產尿素，在包括三聚氰胺合成部分(13)的三聚氰胺設備(11)中生產三聚氰胺，其中作為三聚氰胺合成的副產品得到的廢氣以至少2巴的壓力從三聚氰胺設備(11)排出，并且循環到所述的高壓尿素合成部分(15)，所述設備的特征在于它進一步包括—布置在所述三聚氰胺生產設備(11)和所述尿素生產設備(12)之間的廢氣冷凝部分(17)，并且廢氣冷凝部分(17)與所述的三聚氰胺合成部分(13)、所述的尿素回收部分(16)和所述的高壓合成部分(15)流體連通；—將來自所述三聚氰胺合成部分(13)的所述廢氣供應給所述廢氣冷凝部分(17)的連接裝置(37)；—將來自所述尿素回收部分(16)的所述氨基甲酸鹽水溶液供應給所述廢氣冷凝部分(17)的連接裝置(38)，其中用所述氨基甲酸鹽水溶液凝結所述廢氣，得到濃縮的氨基甲酸鹽水溶液；—將得到的濃縮的氨基甲酸鹽水溶液供應給所述的高壓尿素合成部分(15)的連接裝置(31)。
8.如權利要求7所述的設備，其特征在于，所述設備進一步包括布置在所述尿素回收部分(16)和所述廢氣冷凝部分(17)之間并和它們流體連通的第一壓縮機部分(18)，用于將來自所述尿素回收部分(16)的所述氨基甲酸鹽水溶液壓縮至與所述廢氣冷凝部分(17)的操作壓力基本相當的壓力。
9.如權利要求7所述的設備，其特征在于，所述設備進一步包括布置在所述廢氣冷凝部分(17)和所述高壓尿素合成部分(15)之間并和它們流體連通的第二壓縮機部分(19)，用于將來自所述廢氣冷凝部分(17)的所述濃縮的氨基甲酸鹽水溶液壓縮至與所述高壓尿素合成部分(15)的操作壓力基本相當的壓力。
全文摘要
在尿素和三聚氰胺生產的集成工藝中，在包括高壓尿素合成部分(15)和從氨基甲酸鹽水溶液中分離尿素的尿素回收部分(16)的尿素設備(12)中生產尿素，在三聚氰胺設備(11)中生產三聚氰胺，其中作為三聚氰胺合成的副產品得到的廢氣從三聚氰胺設備(11)以至少2巴的壓力排出，循環到高壓尿素合成部分(15)。
文檔編號C07D251/60GK1902163SQ200480039565
公開日2007年1月24日 申請日期2004年8月10日 優先權日2004年2月20日
發明者P·布魯嫩戈, F·扎爾迪 申請人:烏里阿·卡薩勒有限公司