專利名稱：尿素工廠的制作方法
本申請是2003年7月10日提交的題為“用于提高尿素工廠生產(chǎn)能力的方法”的專利申請03818031.6的分案申請。
本發(fā)明涉及用于提高尿素工廠生產(chǎn)能力的方法，該方法包括壓縮工段、高壓合成工段、尿素回收工段(在其中形成了尿素熔融體)以及可選擇的?；ざ巍?br> 尿素工廠及其各工段的生產(chǎn)能力在此及下文與已經(jīng)合成的或可以合成的尿素的量相關(guān)。為了提高尿素工廠的生產(chǎn)能力，已經(jīng)開發(fā)出了多種的方法。
例如，這些方法的例子描述于“Revamping urea plants”，Nitrogen No.157，1985，pp.37-42中。
迄今已知方法的缺點(diǎn)在于，為了提高尿素工廠的生產(chǎn)能力就必須提高組成該尿素工廠的所有工段的生產(chǎn)能力。
為了提高尿素工廠的生產(chǎn)能力，現(xiàn)在開發(fā)了這樣一種方法，其可以只提高高壓合成工段以及尿素回收工段的生產(chǎn)能力。
通過額外地安裝蜜胺(melamine)工廠就能夠?qū)崿F(xiàn)這一方法，其中尿素工廠的尿素回收工段的尿素熔融體被全部或部分饋送到該蜜胺工廠，然后蜜胺工廠的殘余氣體被全部或部分返回到尿素工廠的高壓合成工段和/或尿素回收工段。
因?yàn)闅堄鄽怏w被從蜜胺工廠返回到尿素工廠的高壓合成工段和/或尿素回收工段，所以尿素的產(chǎn)量得以增加，但卻無需擴(kuò)充壓縮工段的生產(chǎn)能力。額外生產(chǎn)的尿素是以尿素熔融體的形式被定量供給到蜜胺工廠的，因此也不需要提高?；ざ蔚纳a(chǎn)能力。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于，在僅有工廠中的某些部分的生產(chǎn)能力被提高的同時獲得了額外生產(chǎn)的尿素，使得擴(kuò)充生產(chǎn)能力所需的投資成本降低了。
如果在尿素工廠中不存在?；ざ危敲?，因?yàn)槟蛩厝廴隗w以不同的方式被回收或以此形式被移走，所以該方法也是有利的，因?yàn)闊o論何種情形壓縮工段都是不需要被擴(kuò)充的。
在本發(fā)明的架構(gòu)中，尿素工廠例如可以是傳統(tǒng)尿素工廠、尿素汽提工廠，或傳統(tǒng)尿素工廠和尿素汽提工廠的組合。
對于這兩種尿素工廠，壓縮工段形成這樣的工段，在該工段中二氧化碳和/或氨被給予高壓，即高壓合成工段中的壓強(qiáng)。
傳統(tǒng)的尿素工廠被理解為指這樣的尿素工廠，其中尚未轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩氐陌被姿徜@的分解和尚未轉(zhuǎn)變的氨和二氧化碳的排出基本上在壓強(qiáng)比合成反應(yīng)器本身中的要低的情形下進(jìn)行。在傳統(tǒng)的尿素工廠中，高壓合成工段一般僅由合成反應(yīng)器組成，尿素合成溶液在合成反應(yīng)器中形成，隨后被移送到尿素回收工段。在傳統(tǒng)的尿素工廠中，合成反應(yīng)器一般工作在180-250℃的溫度和15-40MPa的壓強(qiáng)下。在傳統(tǒng)的尿素工廠中尚未轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩氐脑?，在尿素回收工段進(jìn)行膨脹、離解和濃縮之后，在1.5和10MPa之間的壓強(qiáng)下被分離并作為氨基甲酸銨物流被返回到尿素合成部分。而且，在傳統(tǒng)的尿素工廠中，氨和二氧化碳被直接饋送到合成反應(yīng)器。隨后，在尿素回收工段中一般在0.1-0.8MPa的較低的壓強(qiáng)下，幾乎所有剩余的尚未轉(zhuǎn)變的氨和二氧化碳從尿素合成溶液中被移除，得到尿素水溶液。然后，在減壓下，該尿素水溶液通過水的蒸發(fā)被轉(zhuǎn)變?yōu)闈饪s尿素熔融體。尿素-水混合物的分離有時也通過結(jié)晶的方式來實(shí)現(xiàn)，總體地替代所述蒸發(fā)方式，在結(jié)晶之后晶體被熔化以形成尿素熔融體。尿素熔融體然后可選擇地進(jìn)一步在?；ざ沃斜惶幚恚玫骄哂兴枇Ｗ哟笮〉哪蛩仡w粒。
尿素汽提工廠被理解為指這樣的尿素工廠，其中尚未轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩氐陌焙投趸嫉呐懦鲈诤艽蟪潭壬显趬簭?qiáng)基本上幾乎等于合成反應(yīng)器中的情形下進(jìn)行。在尿素汽提工廠中，合成反應(yīng)器、汽提器和氨基甲酸鹽濃縮器一般一道形成高壓合成工段。
尚未轉(zhuǎn)變的氨基甲酸銨大部分的分解和過量氨的排出是在汽提器中進(jìn)行的，而無論添加汽提氣體與否。在汽提過程中，二氧化碳和/或氨這些成分在被饋送到合成反應(yīng)器之前被用作汽提氣體。在這里，也可以應(yīng)用“熱汽提”，其含義是指氨基甲酸銨單獨(dú)地通過供熱的方式分解，所出現(xiàn)的氨和二氧化碳則從尿素溶液中被移除。汽提可以以一個或多個步驟進(jìn)行。例如，已知這樣的過程，其中首先單獨(dú)地進(jìn)行熱汽提，之后在提供有更多熱量的情形下進(jìn)行CO2汽提步驟。從汽提器中釋放的氣流可選擇地經(jīng)由高壓氨基甲酸鹽濃縮器被返回到反應(yīng)器，其中該氣流含有氨和二氧化碳。
在尿素汽提工廠中的合成反應(yīng)器一般工作于溫度160-240℃，優(yōu)選地工作于溫度170-220℃。合成反應(yīng)器中的壓強(qiáng)是12-21MPa，優(yōu)選地是12.5-19.5MPa。
尿素汽提方法描述于Ullmann’s Encyclopaedia of Industrial Chemistry，Vol.A 27，fifth ed.，pp.344-350中。尿素汽提方法的例子有StamicarbonCO2汽提方法，ACES方法，IDR方法以及Snamprogetti Self-Stripping方法。
在汽提器的下游，被汽提的尿素合成溶液在尿素回收工段中以一個或多個壓力級被膨脹至較低的壓強(qiáng)并蒸發(fā)，得到濃縮的尿素熔融體，并且低壓氨基甲酸銨物流被返回到高壓合成工段。根據(jù)該方法，該氨基甲酸銨可以以單一步驟或工作于不同壓強(qiáng)下的幾個處理步驟被回收。
在粒化工段，尿素熔融體被處理成顆粒。尿素熔融體也可以在球化塔中而不是在粒化工段被處理為球粒。
所添加的蜜胺工廠可以是根據(jù)氣相方法的工廠，但是也可以是根據(jù)高壓方法的工廠。氣相方法是一種低壓方法，其中蜜胺反應(yīng)器工作于0.1到3MPa的壓強(qiáng)之間。蜜胺生產(chǎn)方法例如描述于Ullmann’s Encyclopaedia ofIndustrial Chemistry，Vol.A 16，fifth ed.，pp.174-179中。
取決于原尿素工廠的技術(shù)，提高尿素工廠中高壓合成工段和尿素回收工段的生產(chǎn)能力可以通過不同方法完成。該尿素工廠優(yōu)選地是尿素汽提工廠。
離開尿素回收工段的尿素熔融體被全部或部分地饋送到蜜胺工廠，在這里，熔融的尿素一般在進(jìn)行了少量預(yù)處理之后被饋送到反應(yīng)器。
在蜜胺工廠中，尿素根據(jù)如下的反應(yīng)被轉(zhuǎn)變?yōu)槊郯访郯诽幚淼臍堄鄽怏w主要是二氧化碳和氨氣，可以照此原樣被返回到尿素工廠，但是也可以以含氨基甲酸鹽的物流被返回到尿素工廠。含氨基甲酸鹽的物流是一種液體流，其中含有二氧化碳和氨，而這些氣體繼續(xù)全部或部分地根據(jù)如下的反應(yīng)來形成氨基甲酸銨(以下簡稱“氨基甲酸鹽”)
含氨基甲酸鹽的物流通常含有水。二氧化碳、氨和氨基甲酸鹽溶解在水中。水常常存在于含氨基甲酸鹽的物流中以防止氨基甲酸鹽結(jié)晶。
待返回的殘余氣體在被返回到尿素工廠之前也可以被分裂為富含二氧化碳的物流和富含氨的物流。進(jìn)行這樣分裂操作的優(yōu)點(diǎn)在于不同的氣流可以被返回到尿素工廠中不同的位置。富含二氧化碳的物流例如可以被饋送到汽提器作為汽提氣體，而富含氨的物流則被返回到氨基甲酸鹽濃縮器。一部分富含氨的物流也可以被返回到蜜胺工廠，在這里它可以被用于蜜胺的生產(chǎn)。
由于從蜜胺工廠供給了殘余氣體，因此該殘余氣體可以滿足尿素工廠的高壓合成工段中部分的CO2需求。相對于被饋送到尿素工廠的CO2總量，來自蜜胺工廠的CO2重量分?jǐn)?shù)大于5％，優(yōu)選地大于10％，更優(yōu)選地大于25％，最優(yōu)選地大于40％。該重量分?jǐn)?shù)通常將低于80％，更優(yōu)選地低于70％，甚至更優(yōu)選地低于60％。如果被饋送到尿素工廠的殘余氣體還含有NH3，則來自蜜胺工廠的NH3和CO2總的重量分?jǐn)?shù)相對于被饋送到尿素工廠的CO2和NH3的總量大于5％，優(yōu)選地大于10％，更優(yōu)選地大于25％，最優(yōu)選地大于50％。該重量分?jǐn)?shù)通常將低于80％，更優(yōu)選地低于70％，最優(yōu)選地低于60％。
來自氣相蜜胺工廠的殘余氣體常常被濃縮以形成富水的含氨基甲酸鹽的物流。該富水的含氨基甲酸鹽的物流必須被施加合成壓力，并且在含氨基甲酸鹽的物流可以被返回到尿素工廠之前，該含氨基甲酸鹽的物流中的水含量也必須被降低。下面的幾個實(shí)施方案被作為對來自氣相蜜胺工廠的殘余氣體處理或?qū)Ω凰暮被姿猁}的物流處理的例子，注意本發(fā)明并不限于所述的這些實(shí)施方案。
富水的含氨基甲酸鹽的物流例如可以通過解吸而成為貧水的，在此之后經(jīng)解吸的氣體主要由二氧化碳和氨組成，隨后被濃縮及通過泵定量供給到尿素工廠的高壓合成工段。
富水的含氨基甲酸鹽的物流也可以首先被施加合成壓強(qiáng)，之后在獨(dú)立的氨基甲酸鹽汽提器中被汽提。該汽提操作可以熱方式實(shí)現(xiàn)，但是也可以通過供給二氧化碳和/或氨作為汽提氣體來實(shí)現(xiàn)。主要由二氧化碳和氨組成的氣流離開氨基甲酸鹽汽提器，被返回到尿素工廠的高壓合成工段。
下面是回收殘余氣體的一種方法殘余氣體被饋送到一個或多個連續(xù)的局部濃縮和壓縮步驟，并結(jié)合多個分離步驟而降低殘余氣體中的水含量。此外，通過逐步地將殘余氣體的壓力增加(可選地通過中間局部濃縮)到略微高于尿素工廠的高壓合成工段中的壓強(qiáng)，所得到的氣流可以被饋送到尿素工廠的高壓合成工段。殘余氣體例如可以被饋送到尿素反應(yīng)器、汽提器、氨基甲酸鹽濃縮器或被饋送到它們之間的管線中。
在該方法的優(yōu)選實(shí)施方案中，來自氣相蜜胺工廠的殘余氣體或含氨基甲酸鹽的物流被饋送到氨基甲酸鹽濃縮器或通向該氨基甲酸鹽濃縮器的管線。
殘余氣體或含氨基甲酸鹽的物流也可以被饋送到尿素回收工段，在此之后它們可以與來自尿素回收工段的含氨基甲酸鹽的物流一道被返回到高壓合成工段。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于不需要對殘余氣體施加高壓，因?yàn)槟蛩鼗厥展ざ蔚膲簭?qiáng)要大大低于高壓合成工段的壓強(qiáng)。
優(yōu)選地，來自蜜胺工廠的富水的含氨基甲酸鹽的物流以及來自尿素工廠的尿素回收工段的含氨基甲酸鹽的物流被一道回收，并且所得到的含氨基甲酸鹽的物流被返回到尿素工廠的高壓合成工段。這樣，一個回收工段就足夠了，并不需要這樣的兩個回收工段一個用于回收來自尿素工廠的含氨基甲酸鹽的物流，一個用于回收來自蜜胺工廠的含氨基甲酸鹽的物流。對于投資理由而言，這是有利的。
優(yōu)選地，來自氣相蜜胺工廠的含氨基甲酸鹽的物流被輸送到尿素工廠，在該物流中水的量低于40wt％，特別是低于25wt％。該被發(fā)送到尿素工廠的含氨基甲酸鹽的物流優(yōu)選地含有不低于10wt％的水，特別優(yōu)選地不低于15wt％的水，以防止在該含氨基甲酸鹽的物流中形成固體。
來自高壓蜜胺處理的氣流主要由氨和二氧化碳組成，可以被饋送到尿素汽提工廠的尿素回收工段和/或高壓合成工段，并且在那里例如可以被饋送到尿素反應(yīng)器、汽提器、氨基甲酸鹽濃縮器或饋送到它們之間的管線。優(yōu)選地，來自蜜胺處理的氣流被饋送到尿素汽提工廠的高壓合成工段。更優(yōu)選地，來自蜜胺處理的氣流被饋送到氨基甲酸鹽濃縮器或通向該氨基甲酸鹽濃縮器的管線。
氣流也可以被饋送到安裝于反應(yīng)器和汽提器之間的預(yù)汽提器中，或饋送到安裝于汽提器和氨基甲酸鹽濃縮器之間的閃蒸器。該預(yù)汽提器以絕熱方式操作。
使用來自高壓蜜胺工廠的氣流的優(yōu)點(diǎn)在于，對于尿素汽提工廠可以獲得由氨和二氧化碳組成的幾乎無水的氣流，因?yàn)槟蛩仄峁S具有幾乎無水的特性，所以與被饋送以來自氣相蜜胺工廠的富水的氨基甲酸鹽的物流的尿素工廠相比，它為尿素工廠提供了更高的效率。而且，根據(jù)該方法，來自蜜胺工廠的氣流并不必進(jìn)行脫水步驟，因?yàn)樵摎饬饕呀?jīng)基本上無水，并且具有足夠的高壓。而且，在對來自高壓蜜胺工廠的氣流進(jìn)行濃縮時所釋放的額外熱量可以被用于附加的蒸汽生產(chǎn)。
來自高壓蜜胺工廠的氣流主要由氨和二氧化碳組成，它的壓強(qiáng)在5-50MPa之間，優(yōu)選地在8-30MPa之間。具體地，來自高壓蜜胺工廠的氣流的壓強(qiáng)在0-10MPa之間，更具體地，比尿素反應(yīng)器中的壓強(qiáng)高0-2MPa。來自蜜胺工廠的氣流的壓強(qiáng)可以首先在該氣流被傳送到尿素工廠之前被降低或增加。該氣流的溫度在135到275℃之間，優(yōu)選地在160到235℃之間。
在另一個實(shí)施方案中，來自高壓蜜胺工廠的氣流在它被返回到尿素工廠之前，通過濃縮和/或吸附到另一含氨基甲酸鹽的物流而首先被轉(zhuǎn)變?yōu)楹被姿猁}的物流。在被返回到尿素工廠的來自高壓蜜胺工廠的含氨基甲酸鹽的物流中，水含量優(yōu)選地低于25wt％，特別地低于10wt％。
濃縮可以在濃縮器中進(jìn)行，該濃縮器的工作壓強(qiáng)基本上等于蜜胺反應(yīng)器中的壓強(qiáng)。優(yōu)選地，該濃縮器被設(shè)計(jì)為熱交換器。在這種情形中，冷卻劑被饋送到外罩側(cè)，由二氧化碳和氨組成的氣流被饋送通過管束。由于在所述濃縮器中的濃縮溫度在100到230℃之間，氣化鍋爐供給水可以被用作冷卻劑，這具有的額外優(yōu)點(diǎn)在于濃縮生熱可以被有利地用來產(chǎn)生低壓蒸汽(0.3到1.0MPa)。如果在工廠環(huán)境中不存在對于所述低壓蒸汽的有利利用，當(dāng)然也可以使用冷卻水作為冷卻劑。
由于濃縮在高壓下進(jìn)行，在此可能達(dá)到更高的溫度，因此水含量可以比來自氣相蜜胺處理的含氨基甲酸鹽的物流中的要低，而不會帶來形成不希望的固體的危險。
在氨基甲酸鹽物流中NH3/CO2的摩爾比優(yōu)選等于或大于2，優(yōu)選地低于6，特別是低于4。
在一個實(shí)施方案中，幾乎所有來自尿素工廠的尿素都被饋送到蜜胺工廠。這可以被理解為指，除正常的尿素?fù)p耗(在廢水中的，到空氣的或在比如過濾器/吸附器的純化元件中的)外，并除送到蜜胺工廠以外，沒有單獨(dú)的尿素產(chǎn)物物流離開尿素工廠。在特定的實(shí)施方案中，近乎所有的殘余氣體都可以從蜜胺工廠被輸送到尿素工廠。這可以被理解為指，除正常的殘余氣體損耗外，并除送到尿素工廠外，沒有單獨(dú)的殘余氣體離開蜜胺工廠。如果殘余氣體作為液體氨基甲酸鹽的物流被發(fā)送到尿素工廠，那么在一個實(shí)施方案中，該氨基甲酸鹽的物流的溫度可以被升高大于20℃，優(yōu)選地被升高大于40℃來增進(jìn)尿素反應(yīng)器中的轉(zhuǎn)化。該加熱器可以被設(shè)置在尿素工廠或蜜胺工廠中。該氨基甲酸鹽的物流可以照原樣被加熱或可以與來自尿素工廠的另一氨基甲酸鹽的物流混合之后再被加熱。液體氨基甲酸鹽的物流在被加熱后溫度低于250℃，優(yōu)選地低于220℃。
本發(fā)明還涉及一種尿素工廠，該尿素工廠包括壓縮工段、高壓合成工段、尿素回收工段以及可選擇地包括?；ざ危渲?，高壓合成工段和尿素回收工段擁有比壓縮工段和/或可選擇的?；ざ胃叩纳a(chǎn)能力。優(yōu)選地，來自蜜胺工廠的殘余氣體被饋送到尿素工廠的高壓合成工段或尿素回收工段。優(yōu)選地，尿素工廠的高壓合成工段和尿素回收工段的生產(chǎn)能力比壓縮工段和/或可選擇的粒化工段的生產(chǎn)能力高5-50wt％。
下面，將在

圖1-4的基礎(chǔ)上對本發(fā)明進(jìn)行詳盡地闡述，但是本發(fā)明并不限于這些實(shí)施方案。
圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的尿素工廠，該尿素工廠包括壓縮工段(COM)，在該壓縮工段中二氧化碳(CO2)和氨(NH3)被施加合成壓強(qiáng)。CO2和NH3從COM被轉(zhuǎn)移到高壓合成工段(HP)，在這里尿素被形成，隨后所形成的尿素在尿素回收工段(UOP)被回收。在此之后，所形成的尿素熔融體(UM)被饋送到?；ざ?GRAN)。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的尿素工廠，該尿素工廠包括壓縮工段(COM)，在該壓縮工段中二氧化碳(CO2)和氨(NH3)被施加合成壓強(qiáng)。CO2和NH3被從COM轉(zhuǎn)移到高壓合成工段(HP)，在這里尿素被形成，隨后所形成的尿素在尿素回收工段(UOP)被回收。在此之后，一部分所形成的尿素熔融體(UM1)被饋送到?；ざ?GRAN)，另一部分(UM2)被饋送到高壓蜜胺工廠(MELAF)。來自MELAF的殘余氣體(RG)被饋送到HP中的氨基甲酸鹽濃縮器。UM1和UM2的總量大于圖1中所示的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的尿素工廠中所生產(chǎn)的UM的量。
圖3示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的尿素工廠，該尿素工廠包括壓縮工段(COM)，在該壓縮工段中二氧化碳(CO2)和氨(NH3)被施加合成壓強(qiáng)。CO2和NH3被從COM轉(zhuǎn)移到高壓合成工段(HP)，在這里尿素被形成，隨后所形成的尿素在尿素回收工段(UOP)被回收。在此之后，所形成的尿素熔融體(UM)被饋送到粒化工段(GRAN)，并且低壓氨基甲酸鹽的物流(LPC)從UOP被返回到HP中的氨基甲酸鹽濃縮器。LPC含有30wt％的水。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的尿素工廠，該尿素工廠包括壓縮工段(COM)，在該壓縮工段中二氧化碳(CO2)和氨(NH3)被施加合成壓強(qiáng)。CO2和NH3被從COM轉(zhuǎn)移到高壓合成工段(HP)，在這里尿素被形成，隨后所形成的尿素在尿素回收工段(UOP)被回收。在此之后，一部分所形成的尿素熔融體(UM1)被饋送到粒化工段(GRAN)，另一部分(UM2)被饋送到氣相蜜胺工廠(MELAF)。來自MELAF的殘余氣體(RG)被饋送到氨基甲酸鹽回收工段(CAR)，在這里它們與來自UOP的低壓氨基甲酸鹽的物流(LPC)一起被濃縮。LPC含有30wt％的水。氨基甲酸鹽的物流(C)被濃縮，然后以20wt％的水含量被返回到HP中的氨基甲酸鹽濃縮器。UM1和UM2的總量大于圖3中所示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的尿素工廠中所生產(chǎn)的UM的量。
權(quán)利要求
1.一種尿素工廠，包括壓縮工段、高壓合成工段、尿素回收工段，其特征在于，所述高壓合成工段和尿素回收工段具有比所述壓縮工段要高的生產(chǎn)能力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的尿素工廠，其特征在于，所述高壓合成工段和尿素回收工段的生產(chǎn)能力比所述壓縮工段和/或?；ざ蔚纳a(chǎn)能力要高5-50重量％。
全文摘要
一種用于提高尿素工廠生產(chǎn)能力的方法，包括壓縮工段、高壓合成工段、其中形成尿素熔融體的尿素回收工段以及可選擇的粒化工段，通過額外安裝蜜胺工廠提高了所述尿素工廠的生產(chǎn)能力，其中來自尿素工廠的尿素回收工段的尿素熔融體被全部或部分地饋送到蜜胺工廠，來自蜜胺工廠的殘余氣體被全部或部分地返回到尿素工廠的高壓合成工段和/或尿素回收工段。
文檔編號C07C273/12GK1944401SQ200610144879
公開日2007年4月11日 申請日期2003年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月29日
發(fā)明者特杰伊·謝恩·特祖, 約瑟夫·休伯特·梅森 申請人:帝斯曼知識產(chǎn)權(quán)資產(chǎn)管理有限公司