专利名称：尿素的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种通过尿素汽提工艺在尿素合成反应器中由二氧化碳和氨制备尿素的方法。
例如，在GB 1,542,371中描述了这种方法。根据该方法，在高压汽提塔中热汽提于尿素合成反应器中获得的尿素合成溶液。在该高压汽提塔中，通过提供热量从该尿素合成溶液中除去氨基甲酸铵和剩余的氨。随后，在高压冷凝器中冷凝在汽提过程中获得的气态产物。将汽提过的尿素合成溶液通到中压分解器中，在那里仍然存在的氨基甲酸铵被分解成CO2和NH3。中压分解所需的热量由在高压汽提尿素合成溶液过程中形成的蒸汽冷凝物提供。
此处和下文中的高压指的是12.5-20MPa的压力，此处和下文中的中压指的是1.5-5MPa的压力。
意想不到地，现在已经发现，当在上述方法中使用浸没式冷凝器(submerged condenser)作为高压冷凝器时，在高压冷凝器中形成的蒸汽A具有这样的温度与压力以致其可以与蒸汽冷凝物结合在一起用于中压分解尿素合成溶液中的氨基甲酸铵。
蒸汽冷凝物和蒸汽A的结合使用存在以下优点，即至少一部分蒸汽冷凝物可用于其它目的。这是因为该蒸汽冷凝物具有明显高于在中压分解中应用所需的温度和压力。该蒸汽冷凝物可在尿素制备方法中或以外的其它地方更好地起作用。例如，在尿素制备方法中，该蒸汽冷凝物可以膨胀到1.2MPa的压力，然后用于驱动真空喷射器或用于驱动例如CO2压缩机、NH3或氨基甲酸盐泵。
蒸汽冷凝物和蒸汽A的使用量取决于中压分解所需的蒸汽的温度和压力。在中压分解中，较高的所需温度和压力比较低的所需温度和压力需要更多的蒸汽冷凝物。蒸汽冷凝物和蒸汽A的量还取决于蒸汽冷凝物在尿素制备装置内外的潜在应用。如果该蒸汽冷凝物可以用于其它各种用途，则当然蒸汽A的量尽可能大是有益的。
优选地，只将蒸汽A用于尿素合成溶液中的氨基甲酸铵的中压分解。这是可能的，因为在使用浸没式冷凝器的地方，蒸汽A在大多数情况下具有能够用于中压分解的温度和压力。如此，也能够在其它地方使用所有的蒸汽冷凝物。
可以通过在适当的压力(例如12-40MPa)和适当温度(例如160-250℃)下将过量的氨与二氧化碳一起加入到合成区中来制备尿素，这首先导致根据以下反应形成氨基甲酸铵
然后，根据以下平衡反应，形成的氨基甲酸铵脱水以形成尿素
这些反应完成的程度尤其取决于温度和使用的氨的过剩量。作为反应产物，获得基本上由尿素、水、游离氨和氨基甲酸铵组成的溶液。需要从该溶液中除去氨基甲酸铵和氨，优选的是将氨基甲酸铵和氨回收到合成区中。除上述溶液之外，在合成区中还出现了未转变的氨和二氧化碳以及惰性气体的气体混合物。从此气体混合物中除去氨和二氧化碳，优选的是也将它们回收到合成反应器中。
通过例如尿素汽提工艺制备尿素。尿素汽提工艺应理解为一种用于制造尿素的方法，其中在与合成反应器中压力基本相等的压力下，将未转变为尿素的氨基甲酸铵分解，并将通常过量的氨排出。例如，通过加入热量，在位于合成反应器下游的一个或多个汽提塔中发生此分解/排出。后者称为热汽提。热汽提指的是，通过提供热量分解氨基甲酸铵并从尿素溶液中除去存在的氨和二氧化碳。在高压氨基甲酸盐冷凝器中冷凝离开汽提塔的、含氨和二氧化碳的气流，并将其作为含氨基甲酸铵的物流回收到反应器中。
尿素汽提工艺通常使用高压冷凝器的两个实施方案来冷凝汽提气体。
在第一种实施方案中，使任选与合适溶剂(例如，再循环的氨基甲酸铵在水中的溶液)结合的待冷凝气体混合物通过立管，无论是否与溶剂相结合，该冷凝气体混合物在管壁上形成降膜。
在第二种实施方案中，如GB 1,542,371所述，待冷凝的气体与溶剂一起流过水平放置的管子，在那里发生冷凝过程。
在上述两个实施方案中，通过使合适的冷却剂通过管子外表面来实现所需的冷却。通常使用水作为冷却剂。
上述高压冷凝器的两个实施方案之一中的冷凝的缺点是液体在管子中的停留时间短。由于停留时间短，所以，根据上述两个实施方案，在冷凝器中几乎没有形成任何尿素。
第三类冷凝器是所谓的浸没式冷凝器。例如，在EP 155735 A1中描述了浸没式冷凝器。在浸没式冷凝器中，待冷凝的气体混合物通过管壳式换热器的壳程，也可以使由例如高压洗涤器产生的稀氨基甲酸盐溶液通过该壳程。通过介质，例如水流经管子除去溶解和冷凝在这里释放的热量，该介质转变为蒸汽A。
在尿素制备装置中，高压洗涤器从惰性物流中洗掉在反应中未转化的原材料，这些材料与惰性气体一起通过反应器的顶部离开该反应器。接下来，排出惰性物流。通过在尿素回收部分中形成的稀氨基甲酸盐流实现洗涤。
浸没式冷凝器可以处于水平或垂直位置。然而，在水平浸没式冷凝器(亦称为池式冷凝器(pool condenser)；例如，参见NitrogenNo.222，7月-8月1996，第29-31页)中实现冷凝是特别有利的，因为与其它的冷凝器设计相比，一般说来，液体在池式冷凝器中具有明显长的停留时间。因此，除氨基甲酸盐溶液之外，在该池式冷凝器中还形成额外的尿素。这些尿素与氨基甲酸盐溶液一起回收到尿素反应器中。
浸没式冷凝器的一个特定设备是池式反应器。这种反应器包括水平冷凝区和设计为浸没式冷凝器的换热器。一部分待冷凝的气体混合物通过管壳式换热器的壳程，氨和稀氨基甲酸盐溶液也通过该壳程，用介质，通常是水除去溶解和冷凝的热量，该介质转变为蒸汽A。
池式反应器具有这样的优点，即将换热器/冷凝器集成到该反应器中，从而使得能以较低的基建投资建造尿素制备装置。在US5,767,313中更详细地描述了池式反应器。池式反应器中的冷凝区具有与浸没式冷凝器基本相同的优点。在此冷凝区中，在冷凝部分中也早已大量形成尿素，所以导致热传递提高，从而在冷凝区中可能产生蒸汽A，所述蒸汽A的压力和温度使其可以在中压分解中使用。
蒸汽A的温度为150-175℃，优选为160-170℃。蒸汽A的压力为0.3-1MPa，优选为0.4-0.8MPa，最优选为0.6-0.8MPa。
在使用热汽提的新型尿素制备装置中可以使用浸没式冷凝器、池式冷凝器或池式反应器。然而，在使用热汽提的现有尿素制备装置中，也可以用浸没式冷凝器替换现有的冷凝器。这可以在设备的定期维修停工期间进行。还可以用池式冷凝器替换现有的冷凝器。在现有的尿素制备装置中，也可以用池式反应器替换反应器和冷凝器。
尿素汽提工艺的一个例子是如GB 1,542,371中描述的方法。
在如GB 1,542,371中描述的尿素汽提工艺中，通过压力为26atm(2.6MPa)、温度为225℃的蒸汽实现尿素合成溶液的高压汽提。此蒸汽用于中压分解。在此汽提工艺中，由高压冷凝器产生的蒸汽不适于在中压分解中使用，因为此蒸汽的压力只有0.45MPa，温度只有147℃。而中压分解在约1.8MPa的压力和约155℃的温度下实现。
如果在上述方法中使用浸没式冷凝器，则可以产生温度为160-170℃、压力为0.6-0.8MPa的蒸汽A。此蒸汽A适于在压力为1.8MPa和温度为155℃的中压分解中使用。
权利要求
1.一种由二氧化碳和氨制备尿素的方法，该方法采用包括一种高压冷凝器和一种高压汽提塔的尿素汽提工艺，由此形成尿素合成溶液，其中在高压汽提尿素合成溶液过程中形成的蒸汽冷凝物用于尿素合成溶液中氨基甲酸铵的中压分解，其特征在于在该高压冷凝器中形成的蒸汽冷凝物和蒸汽A的组合用于中压分解，其中该高压冷凝器是浸没式冷凝器。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于使用池式冷凝器作为浸没式冷凝器。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于只有蒸汽A被用于中压分解。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于在池式反应器中实现高压冷凝。
5.根据权利要求1-4任一项的方法，其特征在于蒸汽A的温度为160-170℃。
6.根据权利要求1-5任一项的方法，其特征在于蒸汽A的压力为0.6-0.8MPa。
7.一种用于改善尿素制备装置的方法，所述装置包括热汽提工艺和冷凝器，其特征在于用浸没式冷凝器替换现有的冷凝器。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于该浸没式冷凝器为池式冷凝器。
9.一种用于尿素制备装置的方法，所述装置包括热汽提工艺、冷凝器和尿素反应器，其特征在于用池式反应器替换现有的冷凝器和现有的尿素反应器。
10.一种包括热汽提工艺的尿素制备装置，其特征在于该尿素制备装置包括一种浸没式冷凝器。
11.根据权利要求10的尿素制备装置，其特征在于该浸没式冷凝器为一种池式冷凝器。
12.一种包括热汽提工艺的尿素制备装置，其特征在于该尿素制备装置包括一种池式反应器。
全文摘要
一种由二氧化碳和氨制备尿素的方法，该方法采用包括一种高压汽提塔和一种高压冷凝器的尿素汽提工艺，由此形成尿素合成溶液，并且其中在高压汽提尿素合成溶液过程中形成的蒸汽冷凝物用于尿素合成溶液中氨基甲酸铵的中压分解，其特征在于在该高压冷凝器中形成的蒸汽冷凝物和蒸汽A的组合用于中压分解，其中该高压冷凝器是一种浸没式冷凝器。本发明还涉及一种改善包括热汽提工艺的尿素制备装置的方法。
文档编号C07C273/00GK1617853SQ02827637
公开日2005年5月18日 申请日期2002年12月30日 优先权日2002年1月28日
发明者J·H·米斯森 申请人:Dsm Ip 财产有限公司