專利名稱：由氨和二氧化碳生產尿素的方法
由氨和二氧化碳生產尿素的方法本發明涉及一種在尿素工廠中由氨和二氧化碳生產尿素的方法，所述尿素工廠包 含包括至少一個反應器段、汽提器和冷凝器的高壓合成段，其中，所有高壓設備都布置在低 位置。本領域已知一種用于生產尿素的汽提工藝，該工藝中，所有高壓設備都布置在地 水準面上。在GB-1188051中描述了這種工藝的實例。在這個專利公布中描述了這樣的工 藝可以通過在設備的高壓部分中的主循環流中使用噴射器來實現。在根據GB-1188051描 述的工藝中，所有設備在地水準面上的工藝可以通過使用將氨基甲酸鹽物流從冷凝器運輸 到反應器的氨驅動噴射器來實現。在主循環流中使用噴射器的缺點在于，所有氨都需要在噴射器中作為驅動流體， 因而不能在高壓合成段的其他位置處供應。此外，在噴射器的排出物中，總是得到氨和氨基 甲酸鹽的組合物流。出于上述原因，尿素工藝不太靈活，而且不可以容易地調節工藝條件。使用噴射器的另一缺點在于，能量消耗的增加。在噴射器中作為驅動劑使用的氨 必須在顯著高于主合成壓力的壓力下被供應到噴射器的運動流體入口。這意味著將氨供應 到尿素合成段所使用的泵的能量消耗必定相當大地增加。本發明的目的在于克服這些缺點。本發明的特征在于高壓段的高度為距離地水準面小于35米，并且反應器段中的 至少一個包括用于在該反應器段的整個容積上單獨分配氨的裝置。優選地，高壓段的高度為距離地水準面小于30米。這具有如下優點，可以得到氨在反應器段中更好的分配，因而可以在反應器段中 更好地轉化成尿素。這具有如下結果可以在更小的反應器段中獲得相同量的轉化，從而使 得具有較小容積的反應器段就足夠了。較小的裝置更便宜，因而用于生產尿素的工藝可以 以成本效益更佳的方式建造。或者，可以利用氨在反應段中更好分布的優點來獲得在相同容積下的更好轉化。 在這種情況下，減少了未轉化氨基甲酸鹽的量，從而使得在這種未轉化材料的循環中涉及 的裝置所使用的能量減少了。這兩個優點也可以組合，從而導致成本降低以及能量消耗降低。根據本發明，氨 以優化的方式在高壓合成段的至少一個反應器段上分配。在本發明的本語境中，“優化的” 是指，在尿素生產工藝中，氨在多個場所被供應到至少一個反應器段的整個容積上。在實 踐中，氨的上述分配可以通過多種措施來實現。完成此的非常成本高效的方式是通過所謂 的噴淋器，所述噴淋器除了一個或多個管道或管道段之外還包含沿著這些管道的氨的流出 孔。通過選擇這些流出孔的直徑的位置，氨在反應器段的容積上的分配可以針對最小容積、 或最大轉化、或以最小容積和最大轉化的組合來優化。在根據本發明的工藝中，合成溶液從反應器段到汽提器的流動、混合氣體物流從 汽提器到冷凝器的流動以及冷凝物從冷凝器到反應器段的流動優選是重力流動。這意味 著，不存在用于提高高壓段中的主循環流中的流體壓力的噴射器、壓縮機或泵。出于這個原 因，供給到高壓合成段中的氨的全部量可以通過噴淋器有目的地分配到反應器段。
用于生產尿素的工藝包含高壓合成段和在較低壓力下的一個或多個回收段。高 壓合成段包含反應器段，在其中制備尿素合成溶液；汽提器，在其中汽提尿素合成溶液； 和冷凝器，在其中冷凝在汽提區中釋放的氣體。合成在一個以上反應器段中進行。反應器段在此被定義為其中形成合成段中的尿 素總量的至少20wt%的段。反應器段可以以串聯方式或并聯方式布置，并且可以是兩個單獨的容器或是布置 在一個容器中的兩個反應器段。反應器段也可以與冷凝器段組合在一個容器中。當冷凝器 是沉浸式冷凝器并且冷凝器段中的停留時間足夠長時，超過尿素總量的20wt%在冷凝器中 形成，并且其由此起到反應器段的作用。氨和二氧化碳或是直接或是間接供給到反應器段。氨和二氧化碳可以在高壓合成 段或回收段中的多個位置處引入到尿素生產工藝中。優選地，二氧化碳主要用作尿素合成溶液的汽提過程中的逆流氣體流。二氧化碳 的一部分可以被供給到反應器段。優選地，氨被供給到冷凝器。在汽提器中，通過供應熱利用二氧化碳以逆流方式汽提尿素合成溶液。也可以使 用熱汽提。熱汽提表示僅僅通過供應熱來分解尿素合成溶液中的氨基甲酸銨并且從尿素溶 液去除存在的氨和二氧化碳。汽提也可以以兩個或更多個步驟來實現。從汽提器中釋放出 的包含氨和二氧化碳的氣體物流被送到高壓冷凝器。在汽提器中得到的氣體混合物在高 壓冷凝器中在去除熱的條件下被冷凝并且被吸收，此后所得的氨基甲酸銨被輸送到反應器 段，用于形成尿素。高壓冷凝器可以例如為降膜冷凝器，或者為NL-A-8400839中所述的所謂的沉浸 式冷凝器。沉浸式冷凝器可以水平放置或垂直放置。根據本發明可以是冷凝器段和反應段的若干組合冷凝器段與反應段組合成所謂的沉浸式或池式冷凝器。該沉浸式或池式冷凝器優 選以水平方式放置。冷凝器與反應段組合成單個容器，稱為池式冷凝器。在應用上述冷凝器與反應段組合的情況下，因為尿素的形成與來自汽提器的混合 氣體的冷凝一起發生，所以特別重要的是利用用于氨的分配的裝置獲得液氨在冷凝器中 的優化分配，這是因為冷凝器內容物的組成沿著冷凝路徑發生相當大地變化。這種沿著冷 凝路徑的尿素形成(由此水的形成)導致優化的NH3AD2比沿著冷凝路徑變化。此處“優化 的”被定義為導致最高可能溫度的比值，其對于提高反應速度以及最大化用于熱交換的可 得溫度差是期望的。以這種方式，沿著冷凝路徑優化NH3AD2比不僅降低了傳熱所需面積， 還降低了氨基甲酸銨脫水反應所需冷凝容積。當冷凝器是沉浸式冷凝器并且冷凝器段中的保留時間足夠長時，超過尿素總量的 20wt%在冷凝器中形成，并且其由此起到反應器段的作用。因此，包含用于氨的分配的裝置的反應器段優選是沉浸式冷凝器，其更優選以水 平方式放置。在冷凝器與反應段的第一部分和第二部分在一個容器中組合的情況下，甚至有利 的是用于氨的分配的裝置延伸到反應段中。以這種方式，在反應段中，NH3AD2比沿著反應路徑也被優化，從而在反應段中得到更高的溫度，因而得到最小的反應容積。優選地，根據本發明的反應器段是水平放置的沉浸式冷凝器與反應器段的組合， 其中，用于氨的分配的裝置被布置在冷凝段中，并且更優選延伸到反應段中。在高壓合成段中，壓力基本上等于反應器段中的尿素合成壓力，該壓力是進行尿 素形成的壓力。尿素合成壓力通常為ll_40MPa，優選12. 5-19MPa的壓力。高壓段的其他部 分中的壓力基本上等于反應器段中的壓力。“基本上等于”是指高壓段的其他部分中的壓力 與反應器中的壓力的差異小于士0. 5MPa。在本發明的優選實施方式中，汽提器以及第二反應段被布置在工廠中的地水準面 上。以這種方式，兩件重型設備被布置在工廠中的非常低的高度處，這導致對于必須承載這 些非常重的設備件的結構的所需投資成本相當可觀的減少。這些設備件的低的位置進一步 簡化了對于這些設備項目所需要的操作和維護活動。而且，從安全的角度來看，重型設備件 的低高度是優選的，因為這使得人類在高水平位置處的活動最少化，并且優化了在裝置的 建造和操作期間的安全性。為了保護建造材料免受腐蝕，將氧化劑加入尿素生產工藝中。氧化物表層形成在 金屬部件上，從而免受腐蝕。這個過程被稱為鈍化。如例如US-A-2，727，069所述，鈍化試 劑可以是氧或者釋放氧的化合物。氧可以以例如空氣形式或過氧化物形式添加。在本尿素生產工藝中，高壓端中的腐蝕敏感部件可由奧氏體-鐵素體雙相鋼制 成，其中鉻含量介于沈和35wt%之間，鎳含量介于3和10wt%之間。這種類型的鋼具有較 低的腐蝕敏感性。當這種鋼用于建造反應器段和汽提器時，可以減少或省略向尿素生產工 藝中引入氧化劑。優選地，奧氏體-鐵素體雙相鋼的鉻含量介于26和30wt%之間。在高壓 段中，優選地，反應器段和汽提器的部件由奧氏體-鐵素體雙相鋼制成。在回收段中，將在汽提器中沒有從尿素合成溶液去除的氨和二氧化碳從在高壓合 成段中生產的含有尿素的物流中回收，以將其循環到高壓段中。在回收段中，壓力比高壓合 成段要低。在根據本發明的尿素生產工藝中，存在至少一個低壓回收段。當存在一個以上 回收段時，回收段的至少之一在中壓下操作，一個回收段在低壓下操作。中壓是介于1.0和 8. OMPa之間、優選介于1. 2和3. OMPa之間的壓力。低壓是介于0. 2和0. 8MPa之間、優選介 于0. 3和0. 5MPa之間的壓力。在反應器段中未反應的合成氣體可以被從反應器段去除，并且可以送到洗滌器， 在洗滌器中，氣體流中存在的氨和二氧化碳通過吸收到低壓氨基甲酸鹽物流中而被從該氣 體流中去除。從尿素生產工藝的低壓回收段循環回收此氨基甲酸鹽物流。洗滌器可以在高 壓下或在中壓下操作。優選地，應用中壓洗滌器，因為中壓設備的建造更便宜。可以通過使 用從過程中吸取熱量的熱交換器來促進洗滌器中的洗滌過程。來自中壓洗滌器或高壓洗滌 器的氨基甲酸鹽物流可以返回反應器段，可選經由高壓氨基甲酸鹽冷凝器返回反應器段。下面將在實施例中更詳細說明本發明，但是本發明不限于這些實施例。實施例I
圖1中提供了根據本發明的方法的實施例。根據圖1的尿素生產工藝的高壓部分 包括反應器段(R)、CO2汽提器(S)以及水平布置的沉浸式冷凝器/反應器段(C)。此外，該 工藝包括中壓吸收器(MA)和尿素物流(U)在此被進一步純化的低壓回收段。少量的二氧化碳被供給到反應器段(R)。在反應器段中形成尿素合成溶液(USS)，所述尿素合成溶液(USQ被送到汽提器(S)，并且通過施加熱量、利用二氧化碳作為汽提氣 體而被汽提。在汽提過程中，獲得混合氣體物流(SG)，所述混合氣體物流(SG)與來自反應 器段(R)頂部的反應氣體(RG) —起經由噴淋器供給到冷凝器/反應器段。來自中壓吸收 器(MA)的氨基甲酸鹽物流(MC)也經由單獨的噴淋器被供給到冷凝器/反應器段。此外， 新鮮的氨也經由單獨的噴淋器供給到冷凝器/反應器段(C)。用于氨的分配的噴淋器和用 于混合氣體(SG)的分配的噴淋器都被布置在冷凝器段中，并且都延伸到沉浸式冷凝器/反 應器(C)的反應器段。所形成的尿素溶液被送到反應器段(R)，并且還沒有被冷凝的氣體 (CG)被送到中壓吸收器(MA)。在中壓吸收器(MA)中，氣體被吸收到低壓氨基甲酸鹽物流 (LC)中并被冷凝形成氨基甲酸鹽物流(MC)。沒有被吸收的氣體(MG)被送到低壓回收段。自USS、SG和CS的流動完全是重力流動。沒有泵或噴射器被用于移動流體或氣 體。反應器(R)和汽提器( 都被布置在地水準面上。高壓合成段的高度是距離地水準面26米。
權利要求
1.一種在尿素工廠中由氨和二氧化碳生產尿素的方法，所述尿素工廠包含包括至少一 個反應器段、汽提器和冷凝器的高壓合成段，其中所有高壓設備都被布置在低位置，其特征 在于，所述高壓段的高度為距離地水準面小于35米，并且所述反應器段中的至少一個包括 用于在所述反應器段的整個容積上單獨分配氨的裝置。
2.如權利要求1的方法，其特征在于，所述高壓合成段的高度為距離地水準面小于30米。
3.如權利要求1的方法，其特征在于，所述的用于單獨分配氨的裝置是噴淋器。
4.如權利要求1的方法，其特征在于，合成溶液從所述反應器段到所述汽提器的流動、 混合氣體物流從所述汽提器到所述冷凝器的流動以及冷凝物從所述冷凝器到所述反應器 段的流動是重力流動。
5.如權利要求1的方法，其特征在于，所述汽提器和所述反應器段都位于地水準面上。
6.如權利要求1的方法，其特征在于，包含所述的用于單獨分配氨的裝置的所述反應 器段是沉浸式噴淋器。
7.如權利要求1的方法，其特征在于，所述反應器段是水平放置的沉浸式冷凝器和反 應器段的組合，其中，所述的用于單獨分配氨的裝置被布置在冷凝段中。
8.如權利要求6的方法，其特征在于，所述沉浸式冷凝器水平放置。
9.如權利要求7的方法，其特征在于，所述的用于單獨分配氨的裝置被布置在所述冷 凝段中，并且延伸到所述反應段中。
10.如權利要求1至9中任意一項的方法，其中，所述反應器段和汽提段的至少一部分 由奧氏體-鐵素體雙相鋼制成，所述奧氏體-鐵素體雙相鋼的鉻含量介于26和35wt%之 間，鎳含量介于3和IOwt%之間。
全文摘要
本發明涉及一種在尿素工廠中由氨和二氧化碳生產尿素的方法，所述尿素工廠包含包括至少一個反應器段、汽提器和冷凝器的高壓合成段，其中所有高壓設備都被布置在低位置，其特征在于，所述高壓段的高度為距離地水準面小于35米，并且所述反應器段中的至少一個包括在所述反應器段的底部的用于氨的單獨分配的裝置。
文檔編號C07C273/00GK102119148SQ200980128356
公開日2011年7月6日 申請日期2009年5月19日 優先權日2008年5月19日
發明者朗伯斯·威廉姆斯·葛維斯, 約瑟夫·休伯特·梅森, 約翰內斯·亨利克斯·孟內 申請人:斯塔米卡邦有限公司