專利名稱：在不同收率的反應(yīng)空間生產(chǎn)尿素的工藝和設(shè)備的制作方法
從一般觀點(diǎn)看，本發(fā)明涉及生產(chǎn)尿素的工藝。
更具體地說，本發(fā)明涉及一種包括下列步驟的生產(chǎn)尿素的工藝-在第一個(gè)反應(yīng)空間把基本純凈的氨和二氧化碳進(jìn)行反應(yīng)，以得到一個(gè)包含尿素和氨基甲酸鹽的第一反應(yīng)混合物;
-把第一反應(yīng)混合物進(jìn)行氨基甲酸鹽的熱分解處理，以得到一個(gè)氨和二氧化碳的料流以及一個(gè)獨(dú)立的尿素料流、未分解的氨基甲酸鹽和水溶液中的游離氨的料流;
-把氨和二氧化碳料流進(jìn)料到第二個(gè)反應(yīng)空間;
-加入尿素料流和在尿素回收部分的未分解的氨基甲酸鹽，以獲得獨(dú)立的尿素、氨和氨基甲酸鹽的料流;
-把在第二個(gè)反應(yīng)空間這樣得到的氨基甲酸鹽料流重新循環(huán);
-把從熱分解處理得到的氨和二氧化碳和第二個(gè)反應(yīng)空間再循環(huán)的氨基甲酸鹽進(jìn)行反應(yīng)，以得到第二反應(yīng)混合物。
本發(fā)明也涉及實(shí)施上述工藝的設(shè)備。像已經(jīng)知道的那樣，在尿素生產(chǎn)中，一方面感到愈來愈需要有更高生產(chǎn)能力和操作靈活性的設(shè)備，另一方面又要求較低的投資和操作費(fèi)用，特別是在能量方面。
為這一目的，已經(jīng)提出了各種尿素生產(chǎn)工藝，并已付諸本專業(yè)的實(shí)踐中，它們主要是基于在彼此平行配置的反應(yīng)器中以不同的收率實(shí)施的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，例如，在歐洲專利申請EP-A-0479103中所描述的方法。
更具體地，這類工藝提出在主要是高收率反應(yīng)器中，通過進(jìn)料基本純凈的二氧化碳和氨，也可用高度純凈的回收氨，來實(shí)施第一個(gè)反應(yīng)，并在一個(gè)與上述反應(yīng)器平行的輔助性的較低收率的反應(yīng)器中，通過進(jìn)料來自尿素回收部份的溶液(主要包含未反應(yīng)的氨基甲酸鹽)來實(shí)施第二個(gè)反應(yīng)。
在第二個(gè)已知的工藝中，例如由同一申請人在歐洲專利申請EP-A0544056中所描述的，往輔助性的較低收率的反應(yīng)器中不僅送進(jìn)來自尿素回收部份的溶液，還送進(jìn)由離開高收率反應(yīng)器的反應(yīng)混合物經(jīng)熱分解處理得到的氨和二氧化碳。
即使這些工藝，特別是最后這種工藝已基本上達(dá)到了前述目的，但它們在操作中卻可能由于缺乏變通性而受到影響。
輔助反應(yīng)器的操作條件，特別是溫度和氨/二氧化碳摩爾比，事實(shí)上完全是通過調(diào)節(jié)離開主反應(yīng)器的反應(yīng)混合物的熱分解處理的溫度來控制的，結(jié)果是為了在輔助反應(yīng)器內(nèi)維持所需的溫度，氨/二氧化碳摩爾比可能偏離最佳值，反過來也一樣。
實(shí)施上述工藝的車間受到一些不同的結(jié)構(gòu)強(qiáng)制因素的影響，使它們的制造變得更為復(fù)雜和昂貴。
為了保證給由離開高收率反應(yīng)器的反應(yīng)混合物的熱分解所得到的蒸氣的輔助反應(yīng)器正確進(jìn)料，事實(shí)上，設(shè)備必須提供一特定結(jié)構(gòu)，使輔助反應(yīng)器能安置在相對于發(fā)生熱分解處理的裝置的更高位置。
構(gòu)成本發(fā)明基礎(chǔ)的技術(shù)問題是提供一種生產(chǎn)尿素的工藝，它將能克服在所引證的先有技術(shù)中的這些缺點(diǎn)。
按照本發(fā)明，這一問題可通過上面指出的工藝來解決，其特征為氨/二氧化碳摩爾比和在所說的第二個(gè)反應(yīng)空間的反溫度可通過分別調(diào)節(jié)所說的熱分解處理的溫度和所說的再循環(huán)的氨基甲酸鹽料流的溫度而獨(dú)立地被控制。
有利地是，在基本純凈的氨和二氧化碳之間在第一個(gè)反應(yīng)空間發(fā)生的反應(yīng)，是在210至280巴壓力之間、不高于210℃的溫度、不大于4的氨/二氧化碳摩爾比的條件下部份地除去熱量來進(jìn)行的。
最好是，上面所引證的反應(yīng)是在兩個(gè)連續(xù)的步驟中進(jìn)行的，即先往冷凝器-預(yù)反應(yīng)器中送進(jìn)純氨和二氧化碳以獲得包含尿素和氨基甲酸鹽的溶液，后者再被送往所謂“單程”型的高收率反應(yīng)器中。
按照本發(fā)明的一個(gè)特色，熱量的除去是在氨和二氧化碳之間發(fā)生預(yù)反應(yīng)過程中進(jìn)行的，并有利于中壓蒸氣(9-10巴)的生產(chǎn)，它可被應(yīng)用于實(shí)施本工藝的其它步驟。
有利地是，也可能在氨/二氧化碳摩爾比低于4、最好等于3.6的條件下操作，從而使高收率反應(yīng)器的體積有利地減小并且減少為把試劑預(yù)熱到反應(yīng)溫度所需的能量。
為此目的并按本發(fā)明的另一特色，應(yīng)當(dāng)指出氨和二氧化碳之間在第一反應(yīng)空間進(jìn)行的反應(yīng)的熱控制，只將進(jìn)料氨的溫度控制在40至150℃之間就可實(shí)施。
按照本發(fā)明，存在于離開第一個(gè)反應(yīng)空間的反應(yīng)混合物中的氨基甲酸鹽的熱分解處理，是在140至160巴壓力和180-210℃的溫度條件下實(shí)施的。
按照本發(fā)明的另外一個(gè)有利的特色是，上述分解一步可以更容易地并且在比先有技術(shù)工藝更低的溫度條件下進(jìn)行，這是由于遭受熱處理的料流中水量-只限于反應(yīng)水-減少的緣故。
還有，有利地是，在這一步驟中工作壓力是以這樣的方式選定在上面引證的壓力范圍內(nèi)，使得它能超過第二反應(yīng)空間中的工作壓力，從而允許氨基甲酸鹽分解所產(chǎn)生的氣相(基本上是氨和二氧化碳的混合物)能夠容易地進(jìn)入后者的空間中。
按照本發(fā)明的另一個(gè)特色，氨基甲酸鹽熱分解處理的溫度被選定在上述溫度間隔內(nèi)，其值可將氨/二氧化碳摩爾比控制在最佳值，以便進(jìn)行在第二個(gè)反應(yīng)空間中的下一個(gè)工藝步驟。
由上述氨基甲酸鹽的熱分解處理得到的氨和二氧化碳被送往第二反應(yīng)空間，在那里它們與以溶液形式離開生產(chǎn)尿素的回收和提純步驟再循環(huán)的氨基甲酸鹽進(jìn)行反應(yīng)。
按照本發(fā)明，這些步驟通過蒸發(fā)使未反應(yīng)的氨、二氧化碳和反應(yīng)過程中形成的水與生產(chǎn)出的尿素分離，并通過蒸餾進(jìn)一步使得由氨基甲酸鹽溶液得到的氨與二氧化碳和水分離。
最好是，蒸餾這一步驟是在16至20巴壓力和70至120℃的溫度條件下進(jìn)行的。
按照本發(fā)明，這樣得到的氨在與純氨混合以后也被再循環(huán)到一個(gè)反應(yīng)空間，由外部進(jìn)料，并被加熱到所需的溫度。
最好是，上述第二反應(yīng)空間的反應(yīng)是在140至150巴壓力、180至200℃溫度以及氨/二氧化碳摩爾比在4.0至4.8的條件下進(jìn)行的。
有利地是，反應(yīng)溫度是通過只控制由尿素回收部份再循環(huán)過來的氨基甲酸鹽溶液的溫度而被維持在上述溫度范圍內(nèi)。最好是，氨基甲酸鹽溶液的溫度被調(diào)節(jié)在70至150℃溫度之間。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)從下面給出的本發(fā)明工藝的一個(gè)具體實(shí)例的描述中可以更好地顯示出來，該實(shí)例參照在附圖
中說明的工廠流程對本發(fā)明進(jìn)行說明，但不是限制本發(fā)明。
在這一附圖中，尿素生產(chǎn)設(shè)備1包括合成部份2，在中壓操作的尿素回收部份3以及在真空下操作以便回收氨的部份4。
按順序排列，部份2包括尿素合成的第一個(gè)反應(yīng)器R-1，為氨基甲酸鹽熱分解的裝置E-2，以及第二個(gè)尿素合成反應(yīng)器R-2。
按照本發(fā)明，二氧化碳和新鮮的氨被預(yù)先混合在一起并分別藉助壓縮機(jī)KA-1和泵PA-2A/2S經(jīng)管程送進(jìn)藉助導(dǎo)管5連接在反應(yīng)器R-1上的冷凝器/預(yù)反應(yīng)器E-1中。
有利的是，在E-1中產(chǎn)生的一部份反應(yīng)熱可通過流經(jīng)殼程換熱器的適當(dāng)?shù)睦鋮s用液體而被除去。
最好是，這種液體是水，它被處于高熱水平(大約170℃)的E-1中產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化成中壓蒸氣，并以通常方式(未示出)被送往設(shè)備1的其它裝置。
反應(yīng)器R-1藉助于導(dǎo)管6依次被連接到上述為氨基甲酸鹽熱分解用的裝置E-2上，后者最好是膜式的并帶有分離器D-1。
裝置E-2藉助導(dǎo)管7和8分別與反應(yīng)器R-2以及回收部份3流體連通。
參考數(shù)字17，18和19分別指為把尿素溶液和來自反應(yīng)器R-2的含有未反應(yīng)的氨和二氧化碳的氣相送往第一個(gè)中壓蒸發(fā)器E-3的導(dǎo)管，E-3是生產(chǎn)的尿素的回收部份的一部份。
這同一個(gè)回收部份依次包括用9至14的導(dǎo)管互相按次序連接的中壓蒸發(fā)器E-4，E-7以及蒸發(fā)器E-5，E-8。
參考數(shù)字20，21和22分別指把生產(chǎn)的尿素送往圖上未標(biāo)明的通常的成品裝置以及把含氨的蒸氣送往真空部份4的導(dǎo)管。
按照本發(fā)明的特征，離開蒸發(fā)器E-3，E-4和E-7的含有氨，二氧化碳和反應(yīng)水的蒸氣是在蒸發(fā)器E-5的殼程換熱器中被冷凝，并藉助于導(dǎo)管24被送往蒸塔C-1。
后者再藉助導(dǎo)管25依次被連接到離開蒸餾塔C-1頂端的氨蒸氣的冷凝器E-8以及藉助導(dǎo)管15和16連向輔助反應(yīng)器R-2。
在E-8中冷凝的氨被收集在通常的儲罐D(zhuǎn)-7中，在和新鮮的氨混合之后由泵PC-2A/2S由其中吸出。
此泵通過導(dǎo)管26和27分別與蒸餾塔C-1的頂部以及冷凝器/預(yù)反應(yīng)器E-1流體連通。
按照本發(fā)明的特征，在導(dǎo)管27上以及泵PA-2A/2S的下游管線上帶有壙如，例如，管殼或換熱器E-9，以維持送往冷凝器/預(yù)反應(yīng)器E-1的氨的溫度處于最佳值范圍內(nèi)。
參照上面描述的車間，在下面給出了本發(fā)明工藝的一個(gè)實(shí)例，它是供說明用的，而不是對本發(fā)明的限制。
實(shí)例1按照本發(fā)明，由上面描述的設(shè)備每日可生產(chǎn)出500公噸的尿素。
通過下列反應(yīng)
試劑 氨基甲酸鹽 尿素 水產(chǎn)生的熱量在冷凝器/預(yù)反應(yīng)器E-1中被部份地除去，并被用來產(chǎn)生中壓蒸氣(9巴)，用于設(shè)備1的各種裝置中。
在第一反應(yīng)空間的合成反應(yīng)是在下列條件下發(fā)生的;
NH3/CO2 3.6摩爾H2O/CO2 0.0摩爾
NH3入口溫度 100℃CO2入口溫度 150℃反應(yīng)溫度 195℃壓力 240巴CO2轉(zhuǎn)化率 75.0%反應(yīng)器襯里 AISI 316 L.U.G.
離開反應(yīng)器R-1的尿素溶液在分離器D-1中被閃蒸，壓力由240巴降至155巴，然后在大約190℃的溫度下在E-2的管簇中進(jìn)行熱分解處理。
在E-2中產(chǎn)生的蒸氣藉助導(dǎo)管7被送往R-2，在那里尿素溶液與離開反應(yīng)器R-2的溶液混合并藉助導(dǎo)管18被進(jìn)料到中壓分解器E-3。
向輔助反應(yīng)器R-2送入離開E-2的蒸氣以及來自蒸餾塔C-1的氨基甲酸鹽溶液，并藉助泵PA-1A-/1S和導(dǎo)管15和16再循環(huán)。
按照本發(fā)明的特征，第二個(gè)反應(yīng)器中的工作溫度可藉助熱交換器E-10加熱再循環(huán)的氨基甲酸鹽溶液，同時(shí)調(diào)節(jié)氨/二氧化碳的摩爾比，給熱分解裝置E-2提供最合適的熱量而恒定地保持在最佳值。
第二個(gè)反應(yīng)器R-2的操作條件如下NH2/CVO24.5摩爾
H2O/CO21.3摩爾CO2轉(zhuǎn)化率(%) 60.0%壓力 150巴溫度 190℃然后，由輔助反應(yīng)器R-2頂部離開的蒸氣也被送往尿素回收部份(3)的蒸發(fā)器E-3，從中得到含有二氧化碳和氨蒸氣的氣相，經(jīng)殼程換熱器送往真空蒸發(fā)器E-5，得到的尿素溶液則被送往蒸發(fā)器E-4。
在后者中還得到另外一部份二氧化碳和氨蒸氣，它在E-7中經(jīng)冷凝后藉助泵PC 1A/1S也被送往蒸發(fā)器E-5。
然后把包含二氧化碳和氨蒸氣的上述氣相在通常的裝置(未示出)中冷凝后送往塔C-1中進(jìn)行蒸餾，于是得到基本純凈的氨，被重新循環(huán)到E-1中;上述氨基甲酸鹽溶液，被再循環(huán)到輔助反應(yīng)器R-2中。
由蒸發(fā)器E-5和E-8中得到尿素溶液(它被送往下一步處理)和在部份4中被處理的氨蒸氣。
總計(jì)，在R-1中得到尿素生產(chǎn)的75%，其余25%是在R-2中得到的，兩個(gè)反應(yīng)器的權(quán)重平均效率約為71.5%。
物料消耗按100公斤生產(chǎn)的尿素計(jì)算，具體的物料消耗如下在32℃、18巴條件下的液氨(公斤) 568
CO2(公斤) 734在25巴下的蒸氣(公斤) 400*電能(千瓦小時(shí)) 115＊未計(jì)水處理由上面的敘述和解釋，本發(fā)明的許多優(yōu)點(diǎn)立即變得明顯首先，在合成部份2及其后簡單和不貴的回收部份中可得到高的尿素收率。
第二，在輔助反應(yīng)器R-2中的溫度和氨/二氧化碳摩爾比可以用迅速和有效的方法，通過分別調(diào)節(jié)重新循環(huán)到R-2的氨基甲酸鹽溶液的溫度以及離開反應(yīng)器R-1的尿素溶液的熱分解處理的溫度，而被保持在最佳值的范圍內(nèi)。
還有，在第一個(gè)反應(yīng)空間進(jìn)行的兩步尿素合成反應(yīng)導(dǎo)致主反應(yīng)器R-1中氨/二氧化碳摩爾比例有利的下降，從而減少了所需的體積并降低了預(yù)熱試劑及維持工作溫度的熱量消耗。
最后一個(gè)但不是不重要的優(yōu)點(diǎn)是，在第一個(gè)反應(yīng)空間使用冷凝器/預(yù)反應(yīng)器E-1，可允許有利的中壓蒸氣的產(chǎn)生以及直接加熱送往蒸發(fā)器E-3的尿素溶液的可能性(過程至過程熱交換)。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)尿素的工藝，它包括以下步驟-在第一個(gè)反應(yīng)空間把基本純凈的氨和二氧化碳進(jìn)行反應(yīng)，以得到一個(gè)包含尿素和氨基甲酸鹽的第一反應(yīng)混合物；-把第一反應(yīng)混合物進(jìn)行氨基甲酸鹽的熱分解處理，以得到一個(gè)氨和二氧化碳的料流以及一個(gè)獨(dú)立的尿素料流、未分解的氨基甲酸鹽和水溶液中的游離氨的料流；-把氨和二氧化碳料流進(jìn)料到第二反應(yīng)空間；-加入尿素料流和在尿素回收部分的未分解的氨基甲酸鹽，以獲得獨(dú)立的尿素、氨和氨基甲酸鹽的料流；-把在第二反應(yīng)空間這樣得到的氨基甲酸鹽料流再循環(huán)；-把從熱分解處理得到的氨和二氧化碳與在第二個(gè)反應(yīng)空間再循環(huán)的氨基甲酸鹽進(jìn)行反應(yīng)，以得到第二反應(yīng)混合物；其特征在于氨/二氧化碳摩爾比以及在所說的第二個(gè)反應(yīng)空間的反應(yīng)溫度，是通過分別調(diào)節(jié)所說的熱分解處理的溫度以及再循環(huán)的氧基甲酸鹽料流的溫度獨(dú)立地進(jìn)行控制的。
2.權(quán)利要求1的工藝，其特征在于在第一個(gè)反應(yīng)空間中基本純凈的氨和二氧化碳之間的反應(yīng)，是在210至280巴壓力，不高于210℃的溫度，不高于4的氨/二氧化碳摩爾比的條件下，部分除去反應(yīng)熱而進(jìn)行的。
3.權(quán)利要求2的工藝，其特征在于所說的反應(yīng)是通過把基本純凈的氨和二氧化碳進(jìn)料到一個(gè)冷凝器/預(yù)反應(yīng)器中以獲得含有尿素和氨基甲酸鹽的溶液，再把所說的溶液送往所謂“單程”型高收率反應(yīng)器中來進(jìn)行的。
4.權(quán)利要求的工藝，其特征在于，所說的在基本純凈的氨和二氧化碳之間在第一反應(yīng)空間中發(fā)生的反應(yīng)的熱控制，是通過調(diào)節(jié)進(jìn)料到所說的第一反應(yīng)空間的氨的溫度來進(jìn)行的。
5.權(quán)利要求1的工藝，其特征在于氨基甲酸鹽的熱分解處理是在140至160巴壓力，180°至210℃的溫度條件下進(jìn)行的。
6.權(quán)利要求1的工藝，其特征在于所說的再循環(huán)的氨基甲酸鹽料流的溫度被調(diào)節(jié)在70至150℃這數(shù)值之間。
7.權(quán)利要求1的工藝，其特征在于氨、二氧化碳和再循環(huán)的氨基甲酸鹽之間在第二個(gè)反應(yīng)空間發(fā)生的反應(yīng)，是在140至150巴壓力，180至200℃的溫度條件下進(jìn)行的。
8.一種生產(chǎn)尿素的設(shè)備，包括-第一尿素合成反應(yīng)器(R-1);-分別連接在所說的第一反應(yīng)器(R-1)，第二個(gè)尿素合成反應(yīng)器(R-2)和尿素，氨，氨基甲酸鹽回收部份(3)的氨基甲酸酯的熱分解裝置(E-2);-把在所說的回收部份(3)中得到的氨基甲酸鹽再循環(huán)到所說的第二個(gè)反應(yīng)器(R-2)的至少一根導(dǎo)管(15，16);-在所說的至少一根導(dǎo)管上(15，16)調(diào)節(jié)再循環(huán)到第二個(gè)反應(yīng)器(R-2)的氨基甲酸鹽溫度的裝置(E-10)。
9.權(quán)利要求8的設(shè)備，其特征在于所說的用來調(diào)節(jié)再循環(huán)的氨基甲酸鹽溫度的裝置(E-10)是由管殼式熱交換器所組成。
10.權(quán)利要求8的設(shè)備，其特征在于所說的第一個(gè)反應(yīng)器(R-1)是那種可部份除去熱量的類型。
11.權(quán)利要求8的設(shè)備，其特征在于所說的第一個(gè)反應(yīng)器(R-1)包含一個(gè)冷凝器/預(yù)反應(yīng)器(E-1)。
12.權(quán)利要求8的設(shè)備，其特征在于所說的第一個(gè)反應(yīng)器(R-1)是一種所謂“單程”式高收率反應(yīng)器。
全文摘要
尿素生產(chǎn)工藝和設(shè)備，其中氨和二氧化碳在第一反應(yīng)空間(E-1，R-1)進(jìn)行反應(yīng)，將反應(yīng)混合物中的未反應(yīng)的氨基甲酸鹽進(jìn)行熱分解處理，以獲得氨和二氧化碳，把它們送往第二反應(yīng)空間(R-2)與再循環(huán)的、來自尿素回收部分(3)的氨基甲酸鹽反應(yīng)。有利的是，溫度以及在第二反應(yīng)空間(R-2)的氨/二氧化碳摩爾比的調(diào)節(jié)是通過分別調(diào)節(jié)再循環(huán)的氨基甲酸鹽溶液的溫度以及離開第一反應(yīng)空間(E-1，R-1)的殘余氨基甲酸熱分解處理的溫度來進(jìn)行的。
文檔編號B01J12/02GK1104633SQ9410550
公開日1995年7月5日 申請日期1994年5月13日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月14日
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