專利名稱：脲的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從氨和二氧化碳制造脲的方法。
脲的制備方法包括，將過(guò)量的氨與二氧化碳一起引入高壓(比如12-40MPa)高溫(比如160-250℃)的合成區(qū)域中，首先按以下反應(yīng)式生成氨基甲酸銨
生成的氨基甲酸銨然后按照以下平衡反應(yīng)式通過(guò)脫水而形成脲
氨和二氧化碳合成脲的理論最大轉(zhuǎn)化率決定于該平衡反應(yīng)的熱力學(xué)位置，而且取決于比如氨/二氧化碳之比(N/C比)、水/二氧化碳之比以及溫度。從前述反應(yīng)方程式可以推定，在合成區(qū)域中使用過(guò)量的水將會(huì)對(duì)理論最大轉(zhuǎn)化率產(chǎn)生不利影響。
氨和二氧化碳在合成區(qū)域中轉(zhuǎn)化成脲時(shí)，所獲得的是作為反應(yīng)產(chǎn)物的脲合成溶液，它主要含有脲、水、氨基甲酸銨和未轉(zhuǎn)化的氨。
除了脲合成溶液以外，合成區(qū)域中還形成了氣體混合物，該混合物由未轉(zhuǎn)化氨和二氧化碳以及惰性氣體構(gòu)成，即所謂的合成氣。合成氣中存在的惰性氣體一般來(lái)自于向設(shè)備中輸送的空氣，而輸送空氣的目的是增強(qiáng)設(shè)備的耐腐蝕性。在將合成氣排放到大氣中之前，需要在滌氣區(qū)域中從合成氣中除去氨和二氧化碳。優(yōu)選使氨和二氧化碳循環(huán)回到合成區(qū)域中去。
合成區(qū)域由幾個(gè)獨(dú)立的區(qū)域構(gòu)成，這些區(qū)域都是用來(lái)形成氨基甲酸銨和脲的。但是，也可以將這些區(qū)域組合在一個(gè)設(shè)備中。合成可在一個(gè)或兩個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行。在使用兩個(gè)反應(yīng)器時(shí)進(jìn)行合成時(shí)，第一個(gè)反應(yīng)器比如可以利用近乎新鮮的原材料進(jìn)行操作，而第二個(gè)反應(yīng)器可使用完全或部分從合成法其它部位獲得的原材料，它們是通過(guò)循環(huán)而回到合成區(qū)域中來(lái)的。
使反應(yīng)混合物在該區(qū)域中停留足夠長(zhǎng)的時(shí)間，就能確保將氨基甲酸銨在合成區(qū)域中轉(zhuǎn)化成脲和水。停留時(shí)間一般大于10min，優(yōu)選大于20min。停留時(shí)間一般小于3h，優(yōu)選小于1h。
脲生產(chǎn)設(shè)備都是按一定的生產(chǎn)能力設(shè)計(jì)的。增加原材料用量和增大工藝物料通過(guò)量，一般只能在一定限度內(nèi)提高現(xiàn)有脲生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)能力。如果希望通過(guò)增大工藝物料通過(guò)量的方式提高設(shè)備生產(chǎn)能力的話，必須要確保增大工藝物料通過(guò)量之后，合成法各個(gè)步驟中仍可實(shí)現(xiàn)良好的效率。這尤其會(huì)對(duì)在脲生產(chǎn)設(shè)備高壓區(qū)段中操作的工藝步驟產(chǎn)生制約作用。
脲生產(chǎn)設(shè)備高壓區(qū)段在操作時(shí)是按照所謂的汽提法進(jìn)行的，該區(qū)段基本上由合成區(qū)域、汽提區(qū)域、冷凝區(qū)域和滌氣區(qū)域構(gòu)成，其中合成區(qū)域的作用是制備脲合成溶液，汽提區(qū)域的作用是使脲合成溶液與一種原材料和/或熱發(fā)生逆流式汽提，冷凝區(qū)域的作用是冷凝滌氣區(qū)域中釋放出來(lái)的氣體，滌氣區(qū)域的作用是從合成氣中除去氨和二氧化碳。
在汽提區(qū)域中對(duì)脲合成溶液進(jìn)行的汽提處理以及在冷凝區(qū)域中對(duì)通過(guò)汽提操作獲得的氣體進(jìn)行的冷凝處理，這些尤其是該高壓區(qū)段的薄弱環(huán)節(jié)。原因是，如果使汽提區(qū)域液體負(fù)荷增加太多的話，汽提效果就會(huì)大打折扣，因?yàn)橛绕鋾?huì)產(chǎn)生液泛現(xiàn)象。液泛指的是汽提器管道內(nèi)的液膜遭到破壞而使得部分液體被逸出的氣態(tài)物料所夾帶的現(xiàn)象。這會(huì)大大降低汽提效率。提高原材料用量對(duì)合成區(qū)域生產(chǎn)能力的影響很小。提高物料通過(guò)量會(huì)縮短停留時(shí)間，這可在一定程度上提高脲合成溶液中氨基甲酸銨的含量，從而增大汽提區(qū)域中使氨基甲酸銨分解所需的蒸汽量。因此，局限因素是汽提區(qū)域而不是合成區(qū)域。
通過(guò)提高氣體混合物進(jìn)料量，還可能將熱量利用現(xiàn)有的熱交換區(qū)域轉(zhuǎn)入適合在該脲合成法其它部位中使用的蒸汽中，這些熱量是汽提操作所獲得的氣體混合物在冷凝區(qū)域中冷凝時(shí)所放出來(lái)的。但是有事實(shí)表明，提高待冷凝氣體的進(jìn)料量會(huì)使蒸汽壓力降低過(guò)多，致使所產(chǎn)生的蒸汽無(wú)法再用于該脲合成法的其它部位。
所述的薄弱環(huán)節(jié)在很大程度上歸因于以下事實(shí)如果不改變或更換昂貴的高壓設(shè)備就只能在一定限度內(nèi)擴(kuò)充現(xiàn)有設(shè)備的生產(chǎn)能力。如果制備脲時(shí)采用的是所謂的組合反應(yīng)器，尤其會(huì)遇到這類薄弱環(huán)節(jié)。組合反應(yīng)器是將合成區(qū)域和/或冷凝區(qū)域和/或滌氣區(qū)域組合在一個(gè)容器中的反應(yīng)器。已知的組合反應(yīng)器實(shí)例參見US-A-5767313、US-A-5936122和WO00/43358。
NL-A-8900152公開了脲的制備方法，該方法可提高按汽提法操作的脲生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)能力，而無(wú)需改變脲合成設(shè)備的高壓區(qū)段。
為了實(shí)現(xiàn)該目的，NL-A-8900152是這樣制備脲的在合成區(qū)域中由二氧化碳和氨形成含有脲、氨基甲酸銨和未轉(zhuǎn)化氨的脲合成溶液，然后將部分脲合成溶液輸送到中壓處理區(qū)域中。在中壓處理區(qū)域中，使該部分脲合成溶液與壓力為1.5-3.0MPa(中壓)的二氧化碳接觸。在NL-A-8900152中，使中壓處理區(qū)域形成的氣體混合物在中壓冷凝區(qū)域中在中等壓力下進(jìn)行冷凝，然后利用冷凝過(guò)程所生成的熱量來(lái)蒸發(fā)脲回收區(qū)段中的脲溶液。NL-A-8900152將離開中壓處理區(qū)域的殘余脲合成溶液輸送到低壓回收區(qū)段(0.2-0.6MPa)中，使尚存的大部分氨基甲酸銨在此處發(fā)生分解，然后分離所形成的氣體混合物。
至此令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，提高脲生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)能力而無(wú)需對(duì)脲生產(chǎn)設(shè)備的高壓區(qū)段做任何改變是可能的，而且還能提高合成區(qū)域中脲的轉(zhuǎn)化率。這就更加引人注目了，因?yàn)橐话愣颊J(rèn)為，雖然提高脲生產(chǎn)設(shè)備的物料通過(guò)量的確會(huì)使生產(chǎn)量有所增加，但生產(chǎn)量的這點(diǎn)增量卻由于脲轉(zhuǎn)化率稍有降低而被部分抵消了。
按照以下方法制備脲就可以獲得該有益效果-在合成區(qū)域中從二氧化碳和氨生成含有脲、氨基甲酸銨和未轉(zhuǎn)化氨的脲合成溶液；-將一部分脲合成溶液從合成區(qū)域輸送至在1-4MPa壓力下操作的中壓處理區(qū)域中，操作壓力優(yōu)選1.5-3.0MPa，該方法的特征在于以來(lái)自脲回收區(qū)段的低壓氨基甲酸銨溶液吸收來(lái)自中壓處理區(qū)域的氣體物料。低壓在這里指的是壓力為0.1-1MPa，特別是0.2-0.7MPa。尤其可將10-60重量％的脲合成溶液輸送到中壓處理區(qū)域中去，更尤其是15-45重量％。優(yōu)選將來(lái)自中壓處理區(qū)域的物料輸送到高壓滌氣器中去，以來(lái)自回收區(qū)段的低壓氨基甲酸銨溶液吸收來(lái)自中壓處理區(qū)域的氣體物料即可形成該物料。
有事實(shí)表明，在中壓冷凝區(qū)域中使來(lái)自中壓處理區(qū)域的氣體物料在來(lái)自回收區(qū)段的低壓氨基甲酸銨溶液中冷凝時(shí)，可以將來(lái)自脲回收區(qū)段的氨基甲酸銨溶液的含水量從25-35重量％濃縮至最低可達(dá)10重量％，比如15-25重量％。因?yàn)樵摪被姿徜@溶液是通過(guò)高壓滌氣器區(qū)域和高壓冷凝區(qū)域輸送到合成區(qū)域中的，這就意味著減少了向合成區(qū)域中循環(huán)的水量，從而提高了合成區(qū)域的效率。在中壓冷凝區(qū)域中，熱量是由于該區(qū)域中生成了氨基甲酸銨而產(chǎn)生的。通過(guò)直接或間接的熱交換，就可以在合成法的其它部位利用該熱量，它可用于加熱工藝物料或者通過(guò)蒸發(fā)脲回收區(qū)段中的脲溶液而濃縮之。也可以通過(guò)冷卻水帶出該熱量。
利用本發(fā)明的方法，可令人驚奇地將現(xiàn)有的脲生產(chǎn)設(shè)備擴(kuò)充為原生產(chǎn)能力的約120～150％而無(wú)需擴(kuò)充或改變高壓設(shè)備，同時(shí)有賴于其它工藝條件，也可將脲合成轉(zhuǎn)化率提高0.5-3％。按此方式提高生產(chǎn)能力，雖然的確需要安裝帶有連接管道的外加處理區(qū)域，但是所需的設(shè)備比高壓設(shè)備的成本可要低得多。該外加處理區(qū)域基本上包含中壓解離區(qū)域、中壓汽提區(qū)域和中壓冷凝區(qū)域。也可以將兩個(gè)或三個(gè)區(qū)域安裝在一個(gè)容器中。采用本發(fā)明方法，保證能避免前述的薄弱環(huán)節(jié)，即，汽提區(qū)域發(fā)生“液泛”以及冒冷凝區(qū)域中生成蒸汽壓力過(guò)低的風(fēng)險(xiǎn)。
本發(fā)明方法可以在按汽提法操作的脲生產(chǎn)設(shè)備中進(jìn)行。這意味著脲生產(chǎn)設(shè)備，其中未轉(zhuǎn)化成脲的氨基甲酸銨的分解步驟以及通常過(guò)量的氨的脫除步驟在大多數(shù)情況下都是在與合成區(qū)域中的壓力實(shí)際上基本相同的壓力下進(jìn)行的。分解/脫除步驟是在汽提區(qū)域中進(jìn)行的，任選添加汽提氣。在該汽提法中，在將二氧化碳和/或氨進(jìn)料到合成區(qū)域之前，可將這些組分用作汽提氣。汽提步驟在安裝在合成反應(yīng)器下游的汽提器中進(jìn)行，在施加熱量的同時(shí)，離開合成反應(yīng)器的脲合成溶液與汽提氣按逆流方式進(jìn)行汽提。也可以采用熱汽提法。熱汽提法指的是只通過(guò)施加熱量的方式來(lái)分解氨基甲酸銨并除去脲溶液中所含的氨和二氧化碳。汽提也可以分兩個(gè)或多個(gè)步驟進(jìn)行。已知的方法比如是，首先進(jìn)行單純的熱汽提操作，然后進(jìn)一步施加熱量進(jìn)行二氧化碳汽提步驟。使離開汽提器且含有氨和二氧化碳的汽提物料返回合成區(qū)域中去。利用汽提介質(zhì)對(duì)脲合成溶液進(jìn)行的汽提可在一個(gè)以上的汽提器中進(jìn)行。在采用一個(gè)以上汽提器的方法中，可以從合成區(qū)域的出口處或者從這些汽提器之間的液體溶液中取出(withdraw)脲合成溶液，然后將其進(jìn)料到中壓處理區(qū)域中去。
在按照汽提法操作的脲生產(chǎn)設(shè)備中，合成反應(yīng)器在溫度160-240℃下操作，而且溫度優(yōu)選170-220℃。合成反應(yīng)器中的壓力為12-21MPa，優(yōu)選12.5-19.5MPa。脲汽提設(shè)備合成區(qū)域中的N/C比為2.5-4。如果脲轉(zhuǎn)化過(guò)程是在兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的合成區(qū)域中進(jìn)行的，那么優(yōu)選將新鮮原材料輸送到一個(gè)合成區(qū)域中，優(yōu)選將循環(huán)的原材料輸送到第二個(gè)合成區(qū)域中，本發(fā)明非常適合用來(lái)改善第二個(gè)合成區(qū)域的效率。
按汽提法制備脲時(shí)常用的方案是Stamicarbon二氧化碳汽提法，比如參見Uhlmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry，第A27卷，第344-346頁(yè)，1996。將通過(guò)汽提處理而獲得的大部分氣體混合物冷凝，然后使其與合成法所需的氨一起在冷凝區(qū)域中吸收，比如在高壓氨基甲酸鹽冷凝器中，最后將所得到的氨基甲酸銨輸送到合成區(qū)域中去，用以形成脲。
高壓氨基甲酸鹽冷凝器比如可以設(shè)計(jì)成NL-A-8400839所謂的沉浸式冷凝器。沉浸式冷凝器可以按水平或垂直安裝。但是，在水平沉浸式冷凝器(所謂的合并型冷凝器；參見比如Nitrogen No.222，1996年7月-8月，第29-31頁(yè))中進(jìn)行冷凝，可以獲得許多特殊的有益效果，因?yàn)樵摾淠髋c同一類型的其它設(shè)計(jì)形式相比，液體在合并型冷凝器中的停留時(shí)間一般都較長(zhǎng)。因此會(huì)生成更多的脲，從而使沸點(diǎn)升高，進(jìn)而增加含有脲氨基甲酸銨溶液與冷卻介質(zhì)之間的溫差，實(shí)現(xiàn)更好的傳熱效果。
可以將反應(yīng)器、高壓氨基甲酸鹽冷凝器和高壓滌氣器的功能組合在一個(gè)或兩個(gè)高壓容器中，然后在高壓容器中利用小壓差型擋板分隔這些工藝步驟的功能。這么做的特別有益之處在于可節(jié)省大量投資，因?yàn)樾枰惭b的高壓管道的數(shù)量很少。除此之外，還可提高設(shè)備的可靠性，因?yàn)榇蟠鬁p少了管道和設(shè)備之間形成且容易滲漏的高壓連接點(diǎn)。已知的實(shí)例是前述US-A-5767313、US-A-5936122和WO00/43358中所述的組合型反應(yīng)器。一個(gè)優(yōu)選的實(shí)例是將合并型冷凝器與水平反應(yīng)器組合，如US-A-5767313所述，其稱為合并型反應(yīng)器。
進(jìn)行完汽提操作之后，將經(jīng)過(guò)汽提的脲合成溶液的壓力降為低壓，并且在脲回收區(qū)段中通過(guò)蒸發(fā)而濃縮之，然后分離出脲并且將低壓氨基甲酸銨物料循環(huán)到合成區(qū)段中去。根據(jù)汽提方法類型的不同，氨基甲酸銨的回收操作可以在一個(gè)工藝步驟中進(jìn)行或者在按不同壓力操作的幾個(gè)工藝步驟中進(jìn)行。無(wú)論采取哪種方案，都可以獲得本發(fā)明方法的有益效果。
在特定的實(shí)施方案中，脲的制備方法包括將反應(yīng)器和高壓氨基甲酸鹽冷凝器組合在處于高壓區(qū)段的一個(gè)容器內(nèi)，并且將一部分脲合成溶液輸送到在1-4MPa壓力下操作的中壓處理區(qū)域中，操作壓力優(yōu)選1.5-3.0MPa。在該實(shí)施方案中，可以將合成區(qū)域的和高壓氨基甲酸鹽冷凝器組合在水平或垂直式容器中。優(yōu)選將合成區(qū)域和高壓氨基甲酸鹽冷凝器組合在水平放置的容器中，即所謂的合并型反應(yīng)器。本發(fā)明方法的有益效果是，可節(jié)省高壓區(qū)段的投資成本。
在特定的實(shí)施方案中，脲是按以下方法制備的-在組合型反應(yīng)器的合成區(qū)域中從二氧化碳和氨生成含有脲、氨基甲酸銨和未轉(zhuǎn)化氨的脲合成溶液，然后-將一部分脲合成溶液從脲合成區(qū)域輸送至在1-4MPa壓力下操作的處理區(qū)域中，操作壓力優(yōu)選1.5-3.0MPa，并且以來(lái)自脲回收區(qū)段的低壓氨基甲酸銨溶液吸收來(lái)自中壓處理區(qū)域的氣體物料。低壓在這里指的是壓力0.1-1MPa，特別是0.2-0.7MPa。尤其可將10-60重量％的脲合成溶液輸送到中壓處理區(qū)域中去，更尤其是15-45重量％。組合型反應(yīng)器優(yōu)選采用垂直放置的組合型反應(yīng)器或合并型反應(yīng)器。更優(yōu)選采用合并型反應(yīng)器。優(yōu)選將來(lái)自中壓處理區(qū)域的物料輸送到高壓滌氣器中去，該物料是通過(guò)以來(lái)自回收區(qū)段的低壓氨基甲酸銨溶液吸收來(lái)自中壓處理區(qū)域的氣體物料而形成的。
本發(fā)明方法可在按汽提法操作的脲生產(chǎn)設(shè)備中進(jìn)行，其中-在合成區(qū)域中從二氧化碳和氨生成含有脲、氨基甲酸銨和未轉(zhuǎn)化氨的脲合成溶液，-在高壓汽提區(qū)域中在加熱的同時(shí)以汽提氣進(jìn)行汽提處理，使脲合成溶液中的一部分氨基甲酸銨發(fā)生分解，接著將所得到的至少一部分氣體混合物在冷凝區(qū)域中冷凝，然后使冷凝物和任何未冷凝部分返回合成區(qū)域中去，-使殘余脲合成溶液中尚存的氨基甲酸銨在低壓回收區(qū)段中在壓力0.1-1MPa下至少有一大半發(fā)生分解，操作壓力優(yōu)選0.2-07MPa，然后分離所得到的氣體混合物，隨后通過(guò)蒸發(fā)而進(jìn)一步加工殘余的含脲溶液，以獲得冷凝的脲溶液和任選固體脲，
-使所形成的氣體混合物在低壓回收區(qū)段中冷凝，得到低壓氨基甲酸銨物料，然后使其返回合成法中去，-將一部分脲合成溶液從脲合成區(qū)域輸送到在1-4MPa壓力下操作的處理區(qū)域中，操作壓力優(yōu)選1.5-3.0MPa，然后向該處理區(qū)域中進(jìn)料與制備已輸送部分的脲合成溶液時(shí)所需的量等量的二氧化碳和任選氨，隨后在低壓回收區(qū)段中進(jìn)一步加工從處理區(qū)域出料的溶液，接著以來(lái)自脲回收區(qū)段的低壓氨基甲酸銨溶液吸收來(lái)自中壓處理區(qū)域的氣體物料。
在建造新的脲生產(chǎn)設(shè)備(“地面裝置”)而且特別是高生產(chǎn)能力的裝置時(shí)，尤其可以獲得更大的益處。高生產(chǎn)能力裝置指的是生產(chǎn)能力為1.5×106kg～6×106kg產(chǎn)品/天的裝置。在采用本發(fā)明方法時(shí)，特別是可以將脲生產(chǎn)設(shè)備合成區(qū)段中的高壓氨基甲酸鹽冷凝器和高壓汽提器設(shè)計(jì)得比常規(guī)設(shè)計(jì)小得多。采用該方法時(shí)，該區(qū)段中的高壓管道也要小得多，這也會(huì)降低投資成本。對(duì)于“地面裝置”而言，這可以使投資降低5-10％。除此之外，本發(fā)明還隱含地指出，在“地面”工程中，所用的高壓設(shè)備依然是設(shè)備制造商在制造時(shí)很容易達(dá)到的尺寸，而且該尺寸也使該設(shè)備能夠進(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)輸。
可以看出本發(fā)明方法的另一優(yōu)勢(shì)是，特別適合降低高壓蒸汽形式的能量消耗。對(duì)于“地面”工程而言，與標(biāo)準(zhǔn)Stamicarbon二氧化碳汽提法相比，其高壓蒸汽節(jié)省量約為30-1000kg產(chǎn)品。
因?yàn)槠嵫b置的極限負(fù)荷比取決于高壓汽提器的尺寸，因此同標(biāo)準(zhǔn)脲汽提裝置的極限負(fù)荷相比，按前述方法制造的裝置的靈活性以及由此獲得的極限負(fù)荷比則高得多。裝置的極限負(fù)荷比是裝置不關(guān)閉時(shí)仍能操作的最小負(fù)荷。如果原材料供應(yīng)中斷或大幅度減少，就必須在最小負(fù)荷下操作。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于中壓處理區(qū)域是平行區(qū)段，可以關(guān)閉之。以生產(chǎn)能力為3×106kg/天和極限負(fù)荷比為60％的脲生產(chǎn)設(shè)備為例，該設(shè)備的可操作最小生產(chǎn)能力為1.8×106kg/天。如果通過(guò)中壓處理區(qū)域減掉1×106kg/天，那么有著相同生產(chǎn)能力和相同極限負(fù)荷比的脲生產(chǎn)設(shè)備，其仍可操作的最小生產(chǎn)能力是1.2×106kg/天。
采用本發(fā)明方法，通過(guò)向外加的中壓處理區(qū)域中進(jìn)料一部分脲合成溶液，可提高按汽提法操作的所有現(xiàn)有脲合成法的生產(chǎn)能力，該中壓處理區(qū)域包含中壓解離區(qū)域、中壓汽提區(qū)域和中壓冷凝區(qū)域。
本發(fā)明方法可以采用的脲汽提法的實(shí)例包括Stamicarbon二氧化碳汽提法、Ammonia汽提法、自汽提法、ACES法(節(jié)省成本和能源的先進(jìn)型方法)和IDR(等壓雙循環(huán))法。這些方法可參見Ullman′sEncyclopedia of Industrial Chemistry，第A27卷，1996，第344-350頁(yè)。
參照

圖1～圖4對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是按Stamicarbon二氧化碳汽提法生產(chǎn)脲的示意圖。
圖2是按Stamicarbon二氧化碳汽提法生產(chǎn)脲的示意圖，其中將一部分脲合成溶液經(jīng)由旁路在中壓處理區(qū)域中進(jìn)行處理。
圖3是采用了US-A-5767313合并型反應(yīng)器的Stamicarbon二氧化碳汽提法的示意圖。
圖4是采用了US-A-5767313合并型反應(yīng)器的Stamicarbon二氧化碳汽提法的示意圖，其中將一部分脲合成溶液經(jīng)由旁路在中壓處理區(qū)域中進(jìn)行處理。
圖1將離開脲反應(yīng)器(URE)的脲溶液(USS)輸送到高壓汽提器(HST)中。在該高壓汽提器中，借助高壓蒸汽和二氧化碳將未轉(zhuǎn)化的氨基甲酸銨解離成氣態(tài)汽提器氣(STG)，該氣體基本上由氨和二氧化碳構(gòu)成。將離開高壓汽提器(SUSS)的脲溶液進(jìn)料到低壓回收區(qū)段(LPR)中，在此處對(duì)脲溶液進(jìn)行進(jìn)一步純化。然后冷凝在該回收區(qū)段中獲得的氨和二氧化碳，并且以低壓氨基甲酸銨物料(LPC)的形式使其返回合成區(qū)段的高壓滌氣器(HSCR)中去。在高壓氨基甲酸鹽冷凝器(HCC)中冷凝離開高壓滌氣器(HST)的氣態(tài)氨和二氧化碳。在通過(guò)冷凝氨和二氧化碳而形成氨基甲酸銨的過(guò)程中，利用所釋放出的熱量產(chǎn)生低壓蒸汽。所產(chǎn)生的低壓蒸汽的量足以滿足脲回收區(qū)段對(duì)低壓蒸汽的需求。高壓氨基甲酸鹽冷凝器(HCC)可以按任何沉浸式冷凝器或者降膜型冷凝器進(jìn)行設(shè)計(jì)。這兩個(gè)方案是本領(lǐng)域熟練人員已知的。將在HCC中形成的氨基甲酸銨溶液(HPC)與仍自由存在的氨和二氧化碳一起進(jìn)料到脲反應(yīng)器(URE)中。還通過(guò)高壓氨基甲酸鹽冷凝器進(jìn)料新鮮的氨。在合成反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)器中獲得的是氣體物料，即合成氣(RG)，將該物料輸送到HSCR中去。合成氣基本上由氨、二氧化碳和惰性氣體構(gòu)成，惰性氣體在合成法中用作腐蝕抑制劑。這些惰性氣體(空氣)一般是通過(guò)二氧化碳進(jìn)料而引入到合成法中的。在高壓滌氣器中，以來(lái)自脲回收區(qū)段的低壓氨基甲酸銨物料(LPC)吸收合成氣(RG)。由此獲得氨基甲酸鹽物料(SHPC)，將其輸送到高壓氨基甲酸鹽冷凝器中去。在任選另外除去任何尚存的氨之后，從高壓滌氣器處將惰性氣體排放到大氣中。
圖2將一部分離開脲反應(yīng)器(URE)的脲溶液(USS)輸送到高壓汽提器(HST)中。在該高壓汽提器中，借助高壓蒸汽和一部分二氧化碳進(jìn)料將未轉(zhuǎn)化的氨基甲酸銨解離成氣態(tài)的氨和二氧化碳。將離開高壓汽提器(SUSS)的脲溶液進(jìn)料到低壓回收區(qū)段(LPR)中，在此處對(duì)脲溶液進(jìn)行進(jìn)一步純化。冷凝在該低壓回收區(qū)段中獲得的氨和二氧化碳，然后以低壓氨基甲酸銨物料(LPC)的形式使其通過(guò)與高壓汽提器平行設(shè)置的中壓處理區(qū)域(MCC)，返回合成區(qū)段的高壓滌氣器(HSCR)中。冷凝時(shí)所產(chǎn)生的熱量可以用來(lái)濃縮回收區(qū)段中的脲溶液。使離開高壓滌氣器(HST)的氣態(tài)氨和二氧化碳，即汽提器氣(STG)，在高壓氨基甲酸鹽冷凝器(HCC)中冷凝。在通過(guò)冷凝氨和二氧化碳而形成氨基甲酸銨的過(guò)程中，利用所釋放出的熱量產(chǎn)生低壓蒸汽。所產(chǎn)生的低壓蒸汽的量足以滿足脲回收區(qū)段對(duì)低壓蒸汽的需求。高壓氨基甲酸鹽冷凝器(HCC)可以按任何沉浸式冷凝器或者降膜型冷凝器進(jìn)行設(shè)計(jì)。將所形成的氨基甲酸銨溶液與仍自由存在的氨和二氧化碳一起進(jìn)料到脲反應(yīng)器(URE)中去。
將一部分離開高壓反應(yīng)器的脲溶液(USS)輸送到在約2MPa壓力下操作的中壓處理區(qū)域中去。該中壓處理區(qū)域包含中壓解離區(qū)域(MDIS)、中壓汽提區(qū)域(MST)和中壓冷凝區(qū)域(MCC)。通過(guò)施加熱量，使USS中未轉(zhuǎn)化的氨基甲酸銨在中壓解離區(qū)域中(MDIS)分解成氣態(tài)氨和二氧化碳。離開該中壓解離區(qū)域(DUSS)的脲溶液含有較多的氨，可以利用新鮮的二氧化碳在中壓二氧化碳滌氣器(MST)中汽提之。將離開MST的脲溶液進(jìn)料到低壓循環(huán)區(qū)段(LPR)中去。使來(lái)自中壓解離區(qū)域(MDIS)的出口氣(MDG)與來(lái)自中壓二氧化碳汽提器(MST)的出口氣(MSG)一起在中壓氨基甲酸鹽冷凝器(MCC)中在來(lái)自回收區(qū)段的低壓氨基甲酸銨物料(LPC)中冷凝，生成濃縮的中壓氨基甲酸銨物料(MPC)，將其泵送到高壓滌氣器(HSCR)中去。按此方式可將含有約30％水的低壓氨基甲酸銨(LPC)在中壓處理區(qū)域中濃縮成僅含有20％水的氨基甲酸銨(MPC)。利用這些數(shù)據(jù)，計(jì)算出高壓滌氣器(HST)中脲溶液進(jìn)料量與中壓解離區(qū)域(MDIS)中脲溶液進(jìn)料量之比，需要注意的是，以中壓氨基甲酸銨形式輸送到高壓滌氣器中的水的量低于或者等于標(biāo)準(zhǔn)脲汽提裝置中向該高壓滌氣器中進(jìn)料的水的量。因?yàn)橥瑯?biāo)準(zhǔn)脲CO2汽提裝置相比，高壓滌氣器中待處理脲溶液的量相對(duì)較少、脲溶液在中壓解離區(qū)域中發(fā)生解離時(shí)的壓力較低，因此所需的能量就會(huì)更少，而且以氨基甲酸銨物料(MPC)形式向高壓滌氣器中進(jìn)料的水量較少或與之相當(dāng)，所以在按本發(fā)明方法操作的裝置當(dāng)中，其高壓物料消耗量就更低。根據(jù)需要，本發(fā)明方法所需的氨可經(jīng)由MCC和HCC按比例進(jìn)料。將在中壓氨基甲酸鹽冷凝器中未冷凝的氣體混合物以氣體物料(MCC)的形式輸送到低壓回收區(qū)域中去，在此處進(jìn)行進(jìn)一步加工。在高壓滌氣器中以中壓氨基甲酸銨物料來(lái)吸收合成氣(RG)，從而形成進(jìn)一步的氨基甲酸銨物料。將該氨基甲酸銨物料(SHPC)從高壓滌氣器輸送到高壓氨基甲酸鹽冷凝器中去。從高壓滌氣器處排放出惰性氣體，任選在排放之前進(jìn)行進(jìn)一步的純化步驟，以除去任何尚存的氨。
圖3將離開脲合并型反應(yīng)器(URE+HCC)的脲溶液(USS)輸送到高壓滌氣器(HST)中。在該高壓滌氣器中，借助高壓蒸汽和二氧化碳進(jìn)料將未轉(zhuǎn)化的氨基甲酸銨解離成氣態(tài)氨和二氧化碳。將離開高壓滌氣器的脲溶液(SUSS)進(jìn)料到低壓回收區(qū)段(LPR)中去，在此處對(duì)脲溶液進(jìn)行進(jìn)一步的純化。冷凝該低壓循環(huán)區(qū)段中所獲得的氨和二氧化碳，然后以低壓氨基甲酸銨物料(LPC)的形式使其返回合成區(qū)段的高壓滌氣器(HSCR)中去。在該滌氣器中，吸收合成氣(RG)中氨和二氧化碳，然后排放惰性物料并且將滌氣器中形成的高壓氨基甲酸鹽物料(SHPC)輸送到合并型反應(yīng)器中去。離開高壓滌氣器(HST)的氣態(tài)物料(STG)主要含有氨和二氧化碳，使其在合并型反應(yīng)器的高壓氨基甲酸鹽冷凝器(HCC)區(qū)段中冷凝。在通過(guò)冷凝氨和二氧化碳而形成氨基甲酸銨的過(guò)程中，利用所釋放出的熱量產(chǎn)生低壓蒸汽。所產(chǎn)生的低壓蒸汽的量足以滿足脲回收區(qū)段在這方面的需求。高壓氨基甲酸鹽冷凝器(HCC)是所謂的沉浸型冷凝器并且位于合并型反應(yīng)器內(nèi)部。將該合成法所需的氨直接進(jìn)料到合并型反應(yīng)器中去。
圖4將一部分離開脲合并型反應(yīng)器(URE+HCC)的脲溶液(USS)輸送到高壓汽提器(HST)中去。在該高壓汽提器中，借助高壓蒸汽和一部分二氧化碳進(jìn)料將未轉(zhuǎn)化的氨基甲酸銨解離成氣態(tài)氨和二氧化碳。將離開高壓汽提器的脲溶液(SUSS)輸送到低壓回收區(qū)段(LPR)中去，在此處對(duì)脲溶液進(jìn)行進(jìn)一步純化。冷凝在該低壓回收區(qū)段中所獲得的氨和二氧化碳，并且以低壓氨基甲酸銨物料(LPC)的形式使其經(jīng)由與高壓汽提器平行設(shè)置的中壓處理區(qū)域，返回合成區(qū)段的高壓滌氣器(HSCR)中去。中壓處理區(qū)域包含中壓解離區(qū)域(MDIS)、中壓汽提區(qū)域(MST)和中壓冷凝區(qū)域(MCC)。離開高壓汽提器(HST)的物料含有氣態(tài)氨和二氧化碳(STG)，使其在合并型反應(yīng)器的高壓氨基甲酸鹽冷凝器(HCC)區(qū)段中冷凝。在通過(guò)冷凝氨和二氧化碳而形成氨基甲酸銨的過(guò)程中，利用所釋放出的熱量產(chǎn)生低壓蒸汽。所產(chǎn)生的低壓蒸汽的量足以滿足脲回收區(qū)段在這方面的需求。高壓氨基甲酸鹽冷凝器(HCC)是所謂的沉浸型冷凝器并且位于合并型反應(yīng)器內(nèi)部。將一部分離開高壓合并型反應(yīng)器的脲溶液(USS)輸送到在約2MPa壓力下操作的中壓處理區(qū)域中去。在中壓解離區(qū)域(MIDS)中通過(guò)施加熱量使未轉(zhuǎn)化的氨基甲酸銨分解成氣態(tài)的氨和二氧化碳。離開該中壓解離區(qū)域的脲溶液(DUSS)含有相對(duì)較多的氨，利用一部分新鮮的二氧化碳在中壓二氧化碳汽提器(MST)中對(duì)其進(jìn)行汽提。將離開中壓二氧化碳汽提器的脲溶液輸送到低壓回收區(qū)段(LPR)中去。將來(lái)自中壓解離區(qū)域(MDG)的出口氣體與來(lái)自中壓二氧化碳汽提器(MSG)的出口氣體一起輸送到中壓氨基甲酸鹽冷凝器(MCC)中去，使其在回收區(qū)段所獲得的中壓氨基甲酸銨溶液(LPC)中冷凝。通過(guò)與回收區(qū)段中的脲溶液直接進(jìn)行熱交換，就能夠利用該MCC所釋放出來(lái)的冷凝熱，從而達(dá)到濃縮脲溶液的目的。將離開中壓氨基甲酸鹽冷凝器的氨基甲酸銨泵送到高壓滌氣器(HSCR)中去。按此方式將含有約30％水的低壓氨基甲酸銨在中壓處理區(qū)域中濃縮成含有僅20％水的氨基甲酸銨。利用這些數(shù)據(jù)，也計(jì)算出高壓滌氣器(HST)中脲溶液進(jìn)料量與中壓解離區(qū)域(MDIS)中脲溶液進(jìn)料量之比，需要注意的是，以中壓氨基甲酸銨形式輸送到高壓滌氣器中的水的量低于或者等于標(biāo)準(zhǔn)脲汽提裝置中向該高壓滌氣器中進(jìn)料的水的量。由于提高了合成效率，相對(duì)減少了高壓汽提器中有待處理的脲溶液的量。由此減少了汽提器的蒸汽消耗量。將在中壓氨基甲酸鹽冷凝器(MCC)中未冷凝的氣體混合物以氣體物料(MCG)的形式輸送到低壓回收區(qū)段(LPR)中去。在高壓滌氣器(HSCR)中，以中壓氨基甲酸銨物料(MPC)來(lái)吸收合成氣(RG)，獲得了濃縮的氨基甲酸銨物料(SHPC)，然后將其輸送到合并型反應(yīng)器中去。從HSCR處將惰性氣體從系統(tǒng)中除去。
權(quán)利要求
1.從氨和二氧化碳制備脲的方法，其中在合成區(qū)域中生成含有脲、氨基甲酸銨和未轉(zhuǎn)化氨的脲合成溶液，然后將一部分脲合成溶液從合成區(qū)域輸送到在1-4MPa壓力下操作的中壓處理區(qū)域中，該方法的特征在于以來(lái)自脲回收區(qū)段的低壓氨基甲酸銨溶液吸收來(lái)自中壓處理區(qū)域的氣體物料。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于中壓處理區(qū)域中的壓力是1.5～3.0MPa。
3.權(quán)利要求1-2任意一項(xiàng)的方法，其特征在于將10-60重量％的脲合成溶液進(jìn)料到中壓處理區(qū)域中去。
4.權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)的方法，其特征在于將來(lái)自中壓處理區(qū)域的物料輸送到高壓滌氣器中去，該物料是通過(guò)以來(lái)自回收區(qū)段的低壓氨基甲酸銨溶液吸收來(lái)自中壓處理區(qū)域的氣體物料而形成的。
5.從氨和二氧化碳制備脲的方法，其中在組合型反應(yīng)器的合成區(qū)域中生成含有脲、氨基甲酸銨和未轉(zhuǎn)化氨的脲合成溶液，該方法的特征在于將一部分脲合成溶液從脲合成區(qū)域輸送到在1-4MPa壓力下操作的處理區(qū)域中，并且其中以來(lái)自脲回收區(qū)段的低壓氨基甲酸銨溶液吸收來(lái)自中壓處理區(qū)域的氣體物料。
6.權(quán)利要求5的方法，其特征在于中壓處理區(qū)域中的壓力是1.5～3.0MPa。
7.權(quán)利要求5-6任意一項(xiàng)的方法，其特征在于將10-60重量％的脲合成溶液進(jìn)料到中壓處理區(qū)域中去。
8.權(quán)利要求5-7任意一項(xiàng)的方法，其特征在于采用垂直安裝的組合型反應(yīng)器或合并型反應(yīng)器作為所述組合型反應(yīng)器。
9.權(quán)利要求8的方法，其特征在于以合并型反應(yīng)器作為所述組合型反應(yīng)器。
10.通過(guò)向附加安裝的中壓處理區(qū)域中進(jìn)料一部分脲合成溶液而提高現(xiàn)有脲合成法生產(chǎn)能力的方法，該中壓處理區(qū)域包含解離區(qū)域、中壓汽提區(qū)域和中壓冷凝區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及從氨和二氧化碳制備脲的方法，其中在合成區(qū)域中形成含有脲、氨基甲酸銨和未轉(zhuǎn)化氨的脲合成溶液，將一部分脲合成溶液從合成區(qū)域輸送到在1－4MPa壓力下操作的中壓處理區(qū)域中去，然后以來(lái)脲回收區(qū)段的低壓氨基甲酸銨溶液吸收來(lái)自中壓處理區(qū)域的氣體物料。
文檔編號(hào)B01J12/02GK1505610SQ02809024
公開日2004年6月16日 申請(qǐng)日期2002年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月3日
發(fā)明者J·H·門南, J H 門南 申請(qǐng)人:Dsm Ip 財(cái)產(chǎn)有限公司, Dsm Ip財(cái)產(chǎn)有限公司