專利名稱：用于尿素/三聚氰胺生產的綜合工藝及其相關設備的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及由尿素制造三聚氰胺。
本發明具體涉及用于尿素/三聚氰胺生產的所謂綜合工藝，包括從二氧化碳和氨合成尿素的第一尿素合成操作步驟和其中這樣產生的尿素的至少部分用于三聚氰胺合成的第二步驟。
本發明更具體地涉及上述類型的綜合工藝，其中處理三聚氰胺合成步驟的廢氣，以回收包含在其中的二氧化碳和氨，這些二氧化碳和氨在尿素合成步驟重新使用。
在以下描述中，為了簡潔起見，有時將包括二氧化碳和氨的氣體混合物稱為尿素合成氣體。
本發明也涉及用于根據上述綜合工藝制造尿素/三聚氰胺的設備。
背景技術：
在由尿素制造三聚氰胺的領域中，已知的是，一段時間，已經建立了所謂的綜合工藝的使用，根據此綜合工藝，在三聚氰胺合成之前的步驟中從氨和二氧化碳獲得上述生產所必需的尿素。
已知，對于所述工藝綜合的改進，通常提供了對三聚氰胺合成反應釋放的廢氣的適當處理，以從其回收氨和二氧化碳，從而將其重新用于尿素合成。
為此目的，根據現有技術，將廢氣吸收在氨水溶液中，適當冷卻，獲得氨基甲酸鹽水溶液；接著，使氨基甲酸鹽水溶液分解，獲得重新用于尿素合成的二氧化碳和氨、以及剩余的氨水溶液。
一般而言，在可能的冷卻后，將剩余的氨水溶液重新用于廢氣吸收步驟溶液。
從三聚氰胺合成步驟的廢氣回收尿素合成氣體的技術從某種觀點上是有效的，甚至是有利的，但是它具有公認的缺陷。
其中，主要缺陷是，這種技術要求用于此惟一目的的專用設備和裝置來執行此技術，其中專用設備和裝置的尺寸設計為執行上述廢氣處理，造成材料和所用設備及其管理的成本大幅提高。
事實上，應指出，例如，為了確保廢氣的吸收，在剩余的氨水溶液進入吸收塔之前有必要冷卻氨水溶液，從而要求使用適當的致冷器。
發明內容
作為本發明基礎的問題是提供一種用于上述類型的尿素/三聚氰胺生產的綜合工藝，使得用于處理廢氣的設備量減少，尤其是不必要求使用尺寸適當設計的專用設備。
根據本發明，通過包括以下步驟的尿素/三聚氰胺生產的綜合工藝解決此問題(a)-從氨和二氧化碳合成尿素，獲得溶化的氨和包括蒸汽和氨的氣體混合物；(b)-將包括蒸汽和氨的氣體混合物冷凝，獲得冷卻的氨水溶液；(c)-由尿素合成三聚氰胺，形成包括二氧化碳和氨的廢氣，所述工藝的特征在于，它包括進一步的步驟(d)-在由所述步驟(b)獲得的冷氨水溶液的至少一部分中吸收所述廢氣，從而形成氨基甲酸鹽水溶液；(e)-分解所述氨基甲酸鹽水溶液，獲得氨、二氧化碳和蒸汽以及剩余的氨水溶液；(f)-將在所述步驟(e)中獲得的氨和二氧化碳重新用于尿素合成；(g)-處理在所述步驟(e)中獲得的剩余的氨水溶液，以從中回收用于尿素合成的氨和二氧化碳。
優選地，在步驟(e)中獲得的剩余的氨水溶液加到在步驟(b)中獲得的不是用于吸收廢氣的冷氨水溶液的部分上，以構成將經受尿素合成氣體回收處理的單一(single)氨水溶液。
參看附圖，根據以下為了說明而非限定的目的給出的對本發明的實施例的描述，本發明的進一步的特征和優點將變得更加清楚。
在附圖中圖1示出根據本發明的用于尿素/三聚氰胺生產的綜合工藝的框圖。
圖2示意性地示出用于執行根據本發明的工藝的一體化設備。
圖3示意性地示出圖1的設備的細節。
具體實施例方式
參看圖1，根據本發明的用于尿素/三聚氰胺生產的綜合工藝包括第一步驟(a)，其中從氨二和氧化碳合成尿素，獲得溶化的氨和包括蒸汽和氨的氣體混合物。
優選地，根據所謂的完全再利用(total recycling)技術執行尿素合成，較優選地用所謂的反萃取(stripping)技術執行尿素合成。最初在高壓下合成尿素，接著在連續降低的壓力下，通過一個或多個分解和冷凝階段使這樣獲得的水溶液中的尿素與尿素回收步驟中的未反應合成組分分離。優選地，提供了在約15-30巴(bar)進行的重壓分解和冷凝階段和在約2-10巴執行的低壓分解和冷凝階段。
更具體地，在第一步驟(a)中，使氨和二氧化碳在水溶液中的尿素中反應，其中在所述尿素回收步驟中和在至少一個蒸發步驟中以已知的方式處理水溶液，用于一方面分離溶化的尿素，另一方面分離包括蒸汽和氨的氣體混合物，所述氣體混合物主要包括水、氨、二氧化碳。
在隨后的步驟(b)中，使上述包括蒸汽和氨的氣體混合物冷凝，以獲得冷氨水溶液。
優選地，以真空方式執行冷凝。
所述工藝也包括廢水處理步驟(g)，根據本發明，用于處理冷氨水溶液的可能部分，以從其中回收氨和二氧化碳，將回收的氨和二氧化碳用于尿素合成。
應指出，到現在為止描述的步驟(a)、(b)、(g)本身是通常在尿素生產工藝中已知的步驟。
根據本發明的綜合工藝包括合成三聚氰胺的操作步驟(c)。
在此具體實例中，通過使得在操作步驟(a)中產生的溶化的尿素的至少部分通過優選在0.1和10巴之間的低壓催化起反應，三聚氰胺合成發生。低壓催化合成以已知的方式提供了獲得具有高溫(例如約400℃)的氣體混合物，所述氣體混合物包括三聚氰胺、二氧化碳、氨、未反應尿素和另外的惰性氣體副產物。優選將氣體混合物冷卻、過濾和結晶，一方面獲得三聚氰胺晶體，另一方面獲得包含二氧化碳和氨的廢氣流。
在三聚氰胺的低壓催化合成的具體實例中，所產生的廢氣的氣壓值在0.1和8巴之間，優選等于約1.1巴。
在操作步驟(d)中，使得這樣產生的廢氣在水溶液中被吸收，即，它們被冷凝，以獲得氨基甲酸鹽水溶液。
根據本發明，廢氣在冷凝操作步驟(b)期間獲得的上述冷氨水溶液的至少一部分中被吸收。
同樣，根據本發明，冷氨水溶液自身被利用，以冷凝廢氣。
優選地，以多個連續階段執行冷凝。
在第一階段，將廢氣與冷氨水溶液混合，獲得兩相混合物，所述兩相混合物包括氨基甲酸鹽和氨的水溶液、二氧化碳和呈汽相的水。
在第二階段，通過與冷卻裝置的間接熱交換，冷凝存在于兩相混合物中的蒸汽，形成氨基甲酸鹽水溶液。
在第三階段，為了確保冷凝的完成，在間接熱交換后，使可能存在于氨基甲酸鹽水溶液中的氣體(蒸汽)與氨基甲酸鹽水溶液分離，并通過在分離塔中用水沖洗而被冷凝，以便能被回收。回收的氣體優選被重新使用，且通過上述第二階段的冷凝進一步冷凝，而消除了不能被冷凝且為惰性氣體的可能的氣體副產物。
優選地，在與廢氣相同的有效氣壓下進行上述冷凝階段。
在隨后的階段(e)中，分解氨基甲酸鹽水溶液，一方面獲得包括例如二氧化碳和氨等尿素合成氣體和蒸汽的氣體混合物，另一方面，蒸發剩余的氨水溶液。
優選地，剩余的氨水溶液在分解之前被加熱。
在優選的解決方法中，通過以165℃-170℃的溫度和約為18-20巴的壓力與蒸汽進行間接的熱交換，實現氨基甲酸鹽的分解。
在這些情況下，從氨基甲酸鹽的分解獲得的氣體混合物除了包括二氧化碳和氨外，還包括蒸汽。所述混合物適于在尿素回收步驟中被處理，特備在中間的壓力步驟中被處理。
根據另一特征，根據本發明的綜合工藝包括另一步驟，其中，處理從氨基甲酸鹽的分解獲得的剩余氨溶液，以從其回收可能在分解步驟中沒有分離的氨和二氧化碳。這使得實現二氧化碳和氨的完全回收，其中所回收的二氧化碳和氨作為尿素合成的合成氣體。
優選地，在上述廢水處理步驟(g)中直接分解剩余氨溶液，如已經提及的，所述廢水處理步驟(g)用于回收尿素合成氣體。
同樣，在廢水處理步驟(g)中，處理可能沒有用于廢氣吸收的冷氨水溶液的部分和剩余的氨水溶液。
根據到現在為止作出的描述可容易地觀察到，與現有技術相比，根據本發明的用于尿素/三聚氰胺生產的綜合工藝提供了合成中公知的步驟和上述尿素處理(a)、(b)、(g)、以及由三聚氰胺合成產生的廢氣處理操作步驟(d)和(e)之間的較大綜合。
所述較大綜合具有一系列的優點。
第一優點在于，冷凝步驟期間產生的冷氨水溶液自身用于吸收廢氣。冷氨水溶液也有利地以適當的方式被稀釋，以及冷卻到適當溫度，從而獲得理想的廢氣冷凝。
另一優點在于，處理在三聚氰胺水溶液的分解步驟期間獲得的剩余氨水溶液，以便能重新使用沒有被分離的可能的尿素合成氣體(氨和二氧化碳)。
此外，有利地執行剩余氨水溶液的處理，而不增加上面提示的通常包含在尿素合成工藝中的相同的廢水處理步驟中的成本。
另一優點在于，在廢水處理步驟中回收尿素合成氣體避免了對三聚氰胺水溶液的分解步驟期間對尿素合成氣體的高吸收工藝的需要，從而可將尺寸減小的設備用于尿素合成氣體的吸收，因此也用于廢氣吸收。
較大綜合的另一優點在于，可能根據確定的工藝模態(processmodality)改變將用于廢氣吸收步驟中和廢水處理步驟中的冷氨水溶液的部分。
本發明的再一優點在于，對尿素轉化產量有利的是，在水中減少包括氨和二氧化碳的蒸汽，所述蒸汽從根據本發明的廢氣處理獲得，且重新用于尿素合成步驟。
參看圖2和3，現在將示出用于根據上述工藝生產尿素/三聚氰胺的一體化設備10，這也是本發明的目的。
在所述圖中，為了簡潔起見，示意性地表示僅對本發明的描述所必需的那些部分。此外，我們所用的術語“連接線路”表示結構連接，例如本質上已知的導管或管道。
具體而言，一體化設備10包括用于獲得水溶液中的尿素的尿素合成回收部12。
尿素合成回收部12在圖2的實例中屬于完全回收類型，且包括優選在約130和300巴之間的高壓工作的實際的合成反應器24、在約15-30巴工作的中壓回收平臺28和在約2-10巴的壓力下工作的低壓回收平臺30。
在以下描述中，為了表達的簡潔起見，我們所用的術語尿素合成回收部12是指反應器24的組件和上述平臺28和30的組件。
設備10也包括尿素處理部14，通過連接線36與合成回收部12流體連通，用于從水溶液中的尿素中獲得溶化的氨和包括蒸汽和氨的氣體混合物。
具體而言，尿素處理部14優選包括蒸發單元，在所述蒸發單元中，尿素以溶化狀態與包括蒸汽、氨和二氧化碳的氣體混合物分離。
設備10也包括通過連接線路38與尿素處理部14流體連通的冷凝部16。
冷凝部16大體上包括冷凝器，所述冷凝器優選在真空中工作(優選地，尿素處理部14也在真空中工作)，且用于冷凝包括蒸汽和氨的氣體混合物。
在冷凝部16中，獲得具有約40-50℃的溫度的冷氨水溶液。
應指出到現在為止描述的部分12、14、16都屬于已知類型，所以沒有對它們進行進一步描述。
也設置了廢水處理部18，所述廢水處理部18也屬于尿素生產設備中已知的類型，通過連接線路42與冷凝部16連通，用于從其接收冷氨水溶液的可能部分。
廢水處理部18用于從冷氨水溶液回收二氧化碳和氨，且放置為通過連接線路52與尿素合成回收部12流體連通。
設備10也包括從尿素合成三聚氰胺的三聚氰胺合成部20，其優選包括采用低壓催化合成技術的三聚氰胺合成反應器，所述三聚氰胺合成反應器也屬于已知類型。
三聚氰胺合成部20通過連接線路21連接至尿素處理部14，用于從尿素處理部14接收在其中產生的溶化的尿素的至少部分。
從三聚氰胺合成部20丟棄上述廢氣，所述廢氣中包括二氧化碳和氨等各種成分。
一體化設備10也包括廢氣處理部22，所述廢氣處理部22包括作為主要結構的吸收單元70和分解單元72，所述吸收單元70用于冷凝廢氣。
吸收單元70通過連接線路54與三聚氰胺合成部20流體連通，以從三聚氰胺合成部20接收由其丟棄的廢氣。
吸收單元70和分解單元72通過裝有供給泵78的連接線路76流體連通。
根據依照本發明的一體化設備10的第一特征，吸收單元70也與冷凝部16流體連通，以從冷凝部16接收上述冷氨水溶液的至少部分，從而實現廢氣的冷凝。
所述流體連通通過位于吸收單元70上游的連接線路56獲得，以允許廢氣與冷氨水溶液直接混合，其中連接線路56與上述用于廢氣入口的線路54直接連接。
這樣，在單元70的出口獲得氨基甲酸鹽水溶液。
如圖3的細節中突出的，吸收單元70優選包括冷凝器84、放置為通過連接線路88流體連通的吸收塔86。
冷凝器84優選包括放置為通過線路89與圖中未示出的冷卻裝置的供應源(例如冷水)連通的管束設備。
吸收塔86包括與上述連接線路88連通的下部86b和設置有適合的包裝的上部86a。
在吸收塔86的下部86b中，沒有在冷凝器84中冷凝的可能氣體與氨基甲酸鹽水溶液分離，所述氣體通過在上部86a中沖洗進一步被冷凝。另一方面，沒有被冷凝的惰性氣體從吸收塔86蒸發。
具體而言，為了使惰性氣體蒸發，提供了用于從沖洗水儲存器94供應沖洗水到吸收塔86的上部區域86a的連接線路90和吸收塔86頂部和可能的惰性氣體回收部98之間的連接線路96。
也提供了再循環管100，用于連接上部86a和下部86b之間的吸收塔86的中間區域，且允許通過冷凝器84中的塔86冷凝的氣體再循環。
在吸收單元70的下游，也優選提供了預熱裝置或加熱器110，所述預熱裝置或加熱器110沿連接線路76設置，用于提高分解前的氨基甲酸鹽水溶液的溫度。
在此具體實例中，上述分解單元72優選包括分解器或再沸器102以及解吸塔104，所述解吸塔104放置為在再沸器102正上方流體連通，且包括適合的包裝。
如可從圖3清楚看到的，連接線路76與解吸塔104的頂部區域流體連通，以便在已經加熱氨基甲酸鹽溶液后從上面導入氨基甲酸鹽溶液。
再沸器102包括與蒸汽供應部106連通的管束熱交換設備。再沸器102也通過連接線路112與上述加熱器110連通，以發送與加熱裝置中的相同的包含在再沸器102中的冷凝蒸汽。
氨基甲酸鹽溶液的分解發生在再沸器102中，一方面獲得氨、二氧化碳和蒸汽，另一方面獲得剩余的氨水溶液。
具體而言，氨、二氧化碳和蒸汽從解吸塔104頂部蒸發，且通過連接線路108供給尿素合成回收部12，優選供給尿素合成回收部12的中壓回收平臺28。
根據本發明，分解部72不僅與尿素合成部12流體連通，而且與廢水處理部18流體連通，以供應未蒸餾的剩余氨水溶液到廢水處理部18中。
具體而言，連接線路114用于將剩余的氨水溶液從再沸器102供給廢水處理部18，在這里，可回收可能留在溶液中的二氧化碳和氨。
一體化設備10的主要優點是，廢氣處理部22被集成，既與冷凝部16直接流體連通，又與廢水處理部18流體連通，且這使得用于尿素生產的設備被有效和有利地使用。
具體而言，冷凝部16和吸收單元70之間的流體連通利用從尿素生產產生的冷氨溶液。
另一方面，對于尿素生產，分解單元72和廢水處理部18之間的流體連通允許減小用于將獲得的單元72中的吸收的設備的尺寸，且不要求來自剩余氨水溶液的氣體的完全分離，因為可回收它們，而不增加廢水處理部18自身中的成本。
本發明的另一優點在于，由于冷凝部16、廢水處理部18和廢氣處理部22之間的流體連通，可能改變具有一定的操作靈活性的設備的工作條件。
本發明的再一優點在于，由于所描述的吸收單元70和分解單元72的易于構造的特定具體結構，確保了這兩個單元的有效的操作功能性。
當然，為了滿足偶然的具體要求，本領域的技術人員可對用于尿素/三聚氰胺生產的綜合工藝及其相關設備作出各種修改和改變，所有這些修改和改變都由所附權利要求書所限定的本發明的保護范圍所覆蓋。
權利要求
1.一種用于尿素/三聚氰胺生產的綜合工藝，包括以下操作步驟(a)-從氨和二氧化碳合成尿素，獲得溶化的氨和包括蒸汽和氨的氣體混合物；(b)-將所述包括蒸汽和氨的氣體混合物冷凝，獲得冷卻的氨水溶液；(c)-由尿素合成三聚氰胺，形成包括二氧化碳和氨的廢氣，所述工藝的特征在于，它包括進一步的步驟(d)-在由所述步驟(b)獲得的冷氨水溶液的至少一部分中吸收所述廢氣，從而形成氨基甲酸鹽水溶液；(e)-分解所述氨基甲酸鹽水溶液，獲得氨、二氧化碳和蒸汽、以及剩余的氨水溶液；(f)-將在所述步驟(e)中獲得的氨和二氧化碳重新用于尿素合成；(g)-處理在所述步驟(e)中獲得的剩余的氨水溶液，以從其回收用于尿素合成的氨和二氧化碳。
2.根據權利要求1所述的工藝，其特征在于，在所述步驟(e)中獲得的剩余的氨水溶液加到在步驟(b)中獲得的冷氨水溶液的部分上，以構成將在步驟(g)中經受尿素合成氣體回收處理的單一氨水溶液。
3.根據權利要求1或2所述的工藝，其特征在于，通過真空冷凝(b)獲得所述冷氨水溶液。
4.根據以上權利要求中任一所述的工藝，其特征在于，通過多個連續冷凝階段，包括與冷卻裝置進行間接熱交換的至少一個冷凝階段，執行廢氣在冷氨水溶液中的吸收(d)。
5.根據權利要求4所述的工藝，其特征在于，它包括另一分離未被吸收的可能氣體和回收所述未被吸收的氣體的階段。
6.根據以上權利要求中任一所述的工藝，其特征在于，所述氨基甲酸鹽水溶液在分解之前被加熱。
7.一種用于尿素和三聚氰胺生產的一體化設備，屬于以下類型，包括-水溶液中至少一個尿素的合成回收部(12)；-溶液中至少一個尿素的處理部(14)，以獲得尿素和包括蒸汽和氨的氣體混合物；-所述包括蒸汽和氨的氣體混合物的至少一個冷凝部(16)，以獲得冷氨水溶液；-至少一個廢水處理部(18)，用于回收用于尿素生產的二氧化碳和氨；-至少一個三聚氰胺合成部(20)；-至少一個廢氣處理部(22)，所述廢氣從三聚氰胺合成部(22)出來，以在所述尿素合成回收部(12)進行回收，且包括至少一個吸收單元(70)和至少一個分解單元(72)，所述吸收單元(70)放置為與所述三聚氰胺合成部(20)流體連通，且用于廢氣冷凝，從而形成氨基甲酸鹽水溶液，所述分解單元(72)放置為與所述吸收單元(70)流體連通，且用于分解所述氨基甲酸鹽水溶液，獲得二氧化碳和蒸汽、以及剩余的氨水溶液；所述設備的特征在于-所述吸收單元(70)與冷凝部(16)流體連通，以從冷凝部16接收上述冷氨水溶液的至少部分，從而冷凝廢氣；以及-所述廢水處理部(18)與所述分解單元(72)流體連通，以從分解單元(72)接收所述剩余的氨水溶液。
8.根據權利要求7所述的一體化設備，其特征在于，所述廢水處理部(18)與所述冷凝部(16)連通，以從冷凝部(16)接收沒有用于吸收廢氣的冷氨水溶液的部分。
9.根據權利要求7或8所述的一體化設備，其特征在于，所述尿素合成回收部(12)包括中壓回收部(28)，所述中壓回收部(28)與所述分解單元(72)流體連通，以從分解單元(72)接收二氧化碳和氨。
10.根據權利要求7至9中任一所述的一體化設備，其特征在于，所述吸收單元(70)包括冷凝器(84)和吸收塔(86)，它們連續設置，在所述三聚氰胺合成部(20)和所述分解部(72)之間流體連通。
11.根據權利要求7至10中任一所述的一體化設備，其特征在于，所述分解單元(72)包括解吸塔(104)和再沸器(102)，它們順序設置，在所述吸收單元(70)下游流體連通。
12.根據權利要求11所述的一體化設備，其特征在于，所述廢氣處理部(22)包括放置在所述吸收單元(70)和所述分解單元(72)之間用于預熱氨基甲酸鹽水溶液的預熱裝置(110)。
全文摘要
本發明提供了一種用于尿素/三聚氰胺生產的綜合工藝，包括以下操作步驟(a)從氨和二氧化碳合成尿素，獲得溶化的氨和包括蒸汽和氨的氣體混合物；(b)將所述包括蒸汽和氨的氣體混合物冷凝，獲得冷卻的氨水溶液；(c)由尿素合成三聚氰胺，形成包括二氧化碳和氨的廢氣，(d)在由所述步驟(b)獲得的冷氨水溶液的至少一部分中吸收所述廢氣，從而形成氨基甲酸鹽水溶液；(e)分解所述氨基甲酸鹽水溶液，獲得氨、二氧化碳和蒸汽、以及剩余的氨水溶液；(f)將在步驟(e)中獲得的氨和二氧化碳重新用于尿素合成；(g)處理在步驟(e)中獲得的剩余的氨水溶液，以從其回收用于尿素合成的氨和二氧化碳。
文檔編號C07D251/60GK1746154SQ20051008957
公開日2006年3月15日 申請日期2005年8月4日 優先權日2004年9月9日
發明者里諾·波羅 申請人:烏里阿·卡薩勒有限公司