专利名称：提高现有尿素工艺生产能力的方法
技术领域：
本发明涉及提高现有尿素工艺生产能力的方法，在所述工艺的高压段，包括二氧化碳与氨在其中反应以形成尿素的反应器；通过供给热量将来自反应器的工艺流在其中汽提的热汽提器，或通过供给热量并借助于作为汽提气的氨将来自反应器的工艺流在其中汽提的氨汽提器；以及将汽提气在其中冷凝的冷凝器，然后将形成的冷凝液返回反应器。
这样的现有工艺在例如Ullmann’s Encyclopedia of IndustrialChemistry，第A27卷，1996，第344-350页中被描述为Snamprogetti自汽提工艺。
在这样的工艺中，氨和二氧化碳在15.0-16.5MPa的压力和3.0-4.0mol/mol的N/C比下在反应器中接触。在反应器中形成的工艺流被输送至高压汽提器，在其中将此工艺流加热以分解氨基甲酸铵并排出过量的氨，连同氨基甲酸铵分解所得的氨和二氧化碳，作为来自高压汽提器的气体流。氨在这里也可用作汽提气。来自高压汽提器的气体流在高压冷凝器中被部分冷凝，来自中压回收段的氨基甲酸铵流也被添加至所述高压冷凝器。然后，来自高压冷凝器的气体/液体流被供给至高压分离器，通过喷射器将液体部分返回反应器。来自高压分离器的气体被输送至中压回收段。
本领域技术人员已知的一种方法是，通过用较大设备部件替换那些形成工艺瓶颈的工艺部件来提高现有工艺的生产能力。需要被较大单元替换的设备部件的例子是尿素反应器。这样的工艺描述在例如EP-0751121-A1中。该专利公开了Snamprogetti自汽提工艺的生产能力可以通过引入第二反应器或通过用较大的反应器替换现有的反应器来提高。
以此方式扩大反应器的缺点是为了保持最初的工艺条件还需要用较大的泵来替换昂贵的高压氨泵。还可能需要用具有较高生产能力的单元来替换冷凝器和汽提器。
替换反应器和高压氨泵的缺点是成本高。
本发明的目的是开发一种用于提高尿素工艺生产能力的工艺，而尽可能避免替换昂贵的设备。
上述目的通过以下方式实现·反应器中的N/C比为2.8-3.3mol/mol之间；·工艺高压段的压力为13.5-16.0MPa之间；·来自反应器的工艺流的至少一部分在CO2汽提器中被汽提，在所述CO2汽提器中，通过供给热量并借助于作为汽提气的二氧化碳来汽提来自反应器的工艺流；以及·提高工艺高压段的冷凝能力。
N/C比为反应器中的氨(N)与二氧化碳(C)的摩尔比。在现有的尿素工艺中，此比值为3.0-4.0mol/mol。提高现有工艺生产能力所采取的一种方法是将N/C比降低至2.8-3.3mol/mol。
在现有尿素工艺中，工艺高压段的压力为15.0-16.5MPa。为了提高现有尿素工艺的生产能力，将此压力降低至13.5-16.0MPa。
提高生产能力的第三个要求是，在CO2汽提器中至少部分地汽提来自反应器的工艺流(包含尿素、氨、二氧化碳、水和氨基甲酸铵)，在所述CO2汽提器中，通过供给热量并借助于作为汽提气的二氧化碳来汽提来自反应器的工艺流。在现有工艺中，这意味着要添加CO2汽提器。因此，生产能力经提高的工艺包括热汽提器或氨汽提器以及汽提至少一部分来自反应器的工艺流的CO2汽提器。本领域的技术人员可以容易地控制工艺流在这两种汽提器之间的最优分配。
还可以将现有的热汽提器或氨汽提器改造成CO2汽提器，由此将来自反应器的全部工艺流在CO2汽提器中汽提。当然，也可以用新的CO2汽提器来替换现有的热汽提器或氨汽提器。本领域的技术人员可以根据现有的热汽提器或氨汽提器的状况进行上述两种选择，但应当考虑到，对于提高生产能力，无论设备的物理状况是否良好，都应当避免替换高成本的设备。然而，为了对工艺进行技术简化，优选在CO2汽提器中汽提来自反应器的全部气体流。
提高现有尿素工艺生产能力的第四个要求是提高工艺高压段的冷凝能力。这可以通过不同的方式实现。例如，可以增加高压洗涤器或第二高压冷凝器。或者，可以提高现有冷凝器的冷凝能力。
来自冷凝器的尾气至少部分地在高压洗涤器中冷凝。
可以通过两种方式设计高压洗涤器1.通过借助于热交换器的冷却，然后用中压氨基甲酸盐溶液洗涤，实现将氨和二氧化碳从尾气中基本上完全洗涤。
2.仅在热交换器中冷凝氨和二氧化碳，将氨和二氧化碳从尾气部分地洗涤。在这种设计中，由中压回收段生成的氨基甲酸铵溶液被供给至高压洗涤器和/或高压冷凝器。
为了提高冷凝能力，还可以增加高压冷凝器，在其中，来自现有高压冷凝器的尾气在从中压回收段供给至所述增加的高压冷凝器的氨基甲酸盐流中冷凝。
增加的高压冷凝器可被设计成降膜冷凝器或釜式冷凝器。
增加的高压冷凝器可以与现有的高压冷凝器并联或串联设置。在添加的高压冷凝器中可以产生蒸汽或热水。当增加的高压冷凝器并联设置时，来自汽提器的尾气流和来自中压回收段的氨基甲酸盐流被分流并引入两个高压冷凝器。在高压冷凝器中形成的氨基甲酸盐流被返回反应器，来自高压冷凝器的尾气被引入中压回收段。
在串联设置中，利用被供给至增加的高压冷凝器的来自中压回收段的氨基甲酸盐流的至少一部分，使来自现有高压冷凝器的尾气在添加的高压冷凝器中冷凝。来自增加的高压冷凝器的氨基甲酸盐流可以单独地或与来自中压回收段的氨基甲酸盐流的一部分一起被供给至现有的高压冷凝器。来自现有高压冷凝器的氨基甲酸盐流被返回反应器，并且来自高压冷凝器的尾气被排放至中压回收段。也可以将来自两个高压冷凝器的氨基甲酸盐流合并，并可选地通过分离器将其返回反应器。
优选地，冷凝器安装在较低的高度(接近地面)。这样的安装需要使用氨驱动喷射器。
为了进一步提高现有尿素工艺的生产能力，还优选提高现有工艺的反应能力。这可以通过例如提高现有反应器的反应体积来实现。
本领域技术人员已知，在尿素工艺中，通过在冷凝和反应可同时进行的工艺高压段中增加设备，可以同时提高冷凝能力和反应能力。
这种设备的例子是池式冷凝器、池式反应器和组合式反应器。
池式冷凝器公开在例如EP-0155735-A1中。池式冷凝器可以水平或垂直安装。在池式冷凝器中，来自汽提器的尾气被冷凝，而且在池式冷凝器中形成一部分量的待生成尿素。液体流从池式冷凝器被输送至现有的反应器，因而包含氨基甲酸盐和尿素。
池式反应器公开在例如US-A-5767313中。池式反应器包括在水平位置放置的装置中的冷凝器段和反应器段。
组合式反应器描述在例如US-B1-6392096、US-B2-6680407和US-A-5936122中。组合式反应器包括在垂直位置放置的装置中的冷凝器段和一个或两个反应器段。冷凝器段可设置在反应器段之上或之下。如果存在两个反应器段，则冷凝器段位于两个反应器段之间。
在池式反应器或组合式反应器中，来自汽提器的尾气在冷凝器段中冷凝，然后在一个或两个反应器段中形成尿素。来自中压回收段的氨基甲酸盐流的至少一部分被供给至池式反应器或组合式反应器的冷凝器段。来自反应器段的工艺流被输送至CO2汽提器和可选的热汽提器或氨汽提器。
还可以用池式反应器和组合式反应器替换现有的反应器和冷凝器。
本发明还涉及一种尿素工厂，所述尿素工厂在工艺的高压段包括反应器、热汽提器或NH3汽提器和冷凝器，其中，除了所述热汽提器或NH3汽提器，在所述工艺的高压段中还存在CO2汽提器。
如果提高工艺高压段的冷凝能力，所述尿素工厂还可包括高压洗涤器或第二冷凝器。
如果要同时提高工艺高压段的冷凝能力和反应能力，则尿素工厂可以包括池式冷凝器、池式反应器或组合式反应器。
本发明还包括一种尿素工厂，所述尿素工厂在工艺高压段包括池式反应器或组合式反应器、热汽提器或NH3汽提器以及CO2汽提器。
参照以下实施例来描述本发明，这些实施例并不限制本发明。
图1示出了根据现有技术的Snamprogetti自汽提工艺。在反应器(R)中，氨和二氧化碳在15MPa的压力下以3.5mol/mol的N/C比接触。来自反应器的工艺流被引入汽提器(S)，在其中，借助于热量将来自反应器的工艺流汽提。然后，来自汽提器的含尿素的工艺流被输送至中压回收段(MP)，在其中，此工艺流被进一步回收，并且在此过程中形成氨基甲酸盐流。此外，在中压回收段分离气态流，将该流引入工段(N)，在其中，氨气被回收。通过喷射器(E)将此氨气返回反应器(R)。将含尿素的流从中压回收段输送至低压回收段(LP)。在离开低压回收段时，尿素流(U)已被进一步浓缩和回收。来自低压回收段的氨基甲酸盐流被返回至中压回收段。
在混合器(M)中，来自汽提器的汽提气与来自中压回收段的氨基甲酸盐流混合，并一起引入冷凝器(C)。在冷凝器中，汽提气部分冷凝。来自冷凝器的气体/液体流被供给至分离器(A)。利用由氨进料驱动的喷射器(E)使液体部分从分离器返回反应器。将来自反应器的气体流输送至中压回收段。
图1中的工艺的生产能力为1550吨/天。
图2示出了根据本发明的生产能力已提高的Snamprogetti自汽提工艺。在反应体积已被增大的反应器(R)中，氨和二氧化碳在14.0MPa的压力下以3.0mol/mol的N/C比接触。来自反应器的工艺流被引入汽提器(Sn和Sb)。在汽提器(Sb)中借助于热量、并且在汽提器(Sn)中借助于热量和作为汽提气的二氧化碳，将来自反应器的工艺流汽提。随后，将来自汽提器(Sb)的含尿素的工艺流输送至中压回收段(MP)，在其中将此工艺流进一步回收，从而形成氨基甲酸盐流。
将来自汽提器(Sn)的含尿素的工艺流输送至新安装的低压回收段(LPn)，在其中将此工艺流进一步回收，从而形成低压氨基甲酸盐流。此外，在中压回收段中分离气态流，将其引入工段(N)，在其中回收氨气。通过喷射器(E)将此氨气返回反应器(R)。同样将含尿素的流从中压回收段引入低压回收段(LPb)。在离开低压回收段(LPb和LPn)时，尿素流(U)已被进一步浓缩和回收。来自低压回收段的氨基甲酸盐流被返回至中压回收段。
将来自汽提器(Sb)的汽提气输送至冷凝器(C)。来自中压回收段的氨基甲酸盐流的一部分可被可选地被添加至冷凝器。汽提气在冷凝器中部分冷凝。将未冷凝的气体从冷凝器引入洗涤器(SC)。来自汽提器(Sn)的汽提气和来自反应器的尾气也被引入洗涤器(SC)。在洗涤器中，实际上全部气体被冷凝在来自中压回收段的氨基甲酸盐流中，该氨基甲酸盐流也被供给至洗涤器。通过喷射器(E)将冷凝液返回反应器。将包含痕量氨和二氧化碳的废气(a)从洗涤器排放至吸收器。
图2中的工艺的生产能力为2400吨/天。
图3示出了根据本发明的生产能力已提高的Snamprogetti自汽提工艺。在反应体积已被增大的反应器(R)中，氨和二氧化碳在14.0MPa的压力下以3.0mol/mol的N/C比接触。来自反应器的工艺流被引入汽提器(Sn和Sb)。在汽提器(Sb)中借助于热量、并且在汽提器(Sn)中借助于热量和作为汽提气的二氧化碳，将来自反应器的工艺流汽提。随后，将来自汽提器(Sb)的含尿素的工艺流输送至中压回收段(MP)，在其中将此工艺流进一步回收，从而形成氨基甲酸盐流。
将来自汽提器(Sn)的含尿素的工艺流输送至新安装的低压回收段(LPn)，在其中将此工艺流进一步回收，从而形成低压氨基甲酸盐流。此外，在中压回收段中分离气态流，将其引入工段(N)，在其中回收氨气。通过喷射器(E)将此氨气返回反应器(R)。同样将含尿素的流从中压回收段引入低压回收段(LPb)。在离开低压回收段(LPb和LPn)时，尿素流(U)已被进一步浓缩和回收。来自低压回收段的氨基甲酸盐流被返回至中压回收段。
将来自汽提器(Sn和Sb)的汽提气输送至冷凝器(Cn和Cb)。来自中压回收段的氨基甲酸盐流的一部分可被可选地添加至冷凝器(Cb)。汽提气在冷凝器中部分冷凝。将未冷凝的气体从冷凝器(Cn和Cb)引入洗涤器(SC)。来自反应器的尾气也被引入洗涤器(SC)。在洗涤器中，实际上全部气体被冷凝在来自中压回收段的氨基甲酸盐流中，该流也被供给至洗涤器。通过喷射器(E)将冷凝液返回反应器。将包含痕量氨和二氧化碳的废气(a)从洗涤器排放至吸收器。
图3中的工艺的生产能力为2400吨/天。
图4示出了根据本发明的生产能力已提高的Snamprogetti自汽提工艺。在反应体积已被增大的反应器(R)中，氨和二氧化碳在14.0MPa的压力下以3.0mol/mol的N/C比接触。来自反应器的工艺流被引入汽提器(Sn)。在替换现有汽提器而新增加的汽提器(Sn)中，借助于热量和作为汽提气的二氧化碳将来自反应器的工艺流汽提。然后，将来自汽提器的含尿素的工艺流输送至中压回收段(MP)，在其中将此工艺流进一步回收，从而形成氨基甲酸盐流。
在中压回收段中还分离气态流，将该流输送至工段(N)，在其中回收氨气。通过喷射器(E)将此氨气返回反应器(R)。将含尿素的流从中压回收段引入低压回收段(LP)。在离开低压回收段时，尿素流(U)已被进一步浓缩和回收。来自低压回收段的氨基甲酸盐流被返回至中压回收段。
将来自汽提器(Sn)的汽提气输送至替换现有冷凝器而新安装的池式冷凝器(PC)。来自中压回收段的氨基甲酸盐流的一部分可被可选地添加至池式冷凝器。汽提气在池式冷凝器中部分冷凝。将未冷凝的气体从池式冷凝器引入洗涤器(SC)。反应器的尾气也被引入洗涤器(SC)。在洗涤器中，实际上全部气体被冷凝在来自中压回收段的氨基甲酸盐流中，该氨基甲酸盐流流也被供给至洗涤器。将包含痕量氨和二氧化碳的废气(a)从洗涤器排放至吸收器。将冷凝液返回池式冷凝器。通过喷射器(E)将在池式冷凝器中形成的冷凝液返回反应器。
图4中的工艺的生产能力为2610吨/天。
图5示出了根据本发明的生产能力已提高的Snamprogetti自汽提工艺。在反应体积已被增大的反应器(R)中，氨和二氧化碳在14.0MPa的压力下以3.0mol/mol的N/C比接触。来自反应器的工艺流被引入汽提器(Sn)。在替换现有汽提器而新增加的汽提器(Sn)中，借助于热量和作为汽提气的二氧化碳将来自反应器的工艺流汽提。然后，将来自汽提器的含尿素的工艺流输送至中压回收段(MP)，在其中将此工艺流进一步回收，从而形成氨基甲酸盐流。
在中压回收段中还分离气态流，将该流输送至工段(N)，在其中回收氨气。通过喷射器(E1和E2)将此氨气返回反应器(R)。可在氨气进入喷射器(E1)和/或(E2)之前将其加热。将含尿素的流从中压回收段引入低压回收段(LP)。在离开低压回收段时，尿素流(U)已被进一步浓缩和回收。来自低压回收段的氨基甲酸盐流被返回至中压回收段。
将来自汽提器(Sn)的汽提气的一部分输送至替换现有冷凝器而新安装的池式冷凝器(PC)。来自中压回收段的氨基甲酸盐流的一部分可被可选地添加至池式冷凝器。汽提气在池式冷凝器中部分冷凝。将未冷凝的气体从池式冷凝器引入洗涤器(SC)。反应器的尾气也被引入洗涤器(SC)。在洗涤器中，实际上全部气体被冷凝在来自中压回收段的氨基甲酸盐流中，该氨基甲酸盐流流也被供给至洗涤器。将包含痕量氨和二氧化碳的废气(a)从洗涤器排放至吸收器。将冷凝液返回池式冷凝器。通过喷射器(E1)将在池式冷凝器中形成的冷凝液返回反应器。
来自汽提器(Sn)的汽提气的另一部分直接从汽提气通过喷射器(E2)返回反应器。
这样设计可使通过汽提器加入的二氧化碳尽可能的多，因此实现较低的蒸汽消耗。
图5中的工艺的生产能力为2610吨/天。
权利要求
1.提高现有尿素工艺生产能力的方法，在所述工艺的高压段，包括二氧化碳与氨在其中反应以形成尿素的反应器；通过供给热量将来自所述反应器的工艺流在其中汽提的热汽提器，或通过供给热量并借助于作为汽提气的氨将来自所述反应器的工艺流在其中汽提的氨汽提器；以及将汽提气在其中冷凝的冷凝器，然后将形成的冷凝液返回所述反应器，其特征在于，所述反应器中的N/C比为2.8-3.3mol/mol之间；所述工艺的所述高压段的压力为13.5-16.0MPa之间；来自所述反应器的所述工艺流的至少一部分在CO2汽提器中被汽提，在所述CO2汽提器中，通过供给热量并借助于作为汽提气的二氧化碳来汽提来自所述反应器的所述工艺流；以及提高所述工艺的所述高压段的冷凝能力。
2.如权利要求1的方法，其特征在于，来自所述反应器的全部工艺流在CO2汽提器中被汽提。
3.如权利要求1或2的方法，其特征在于，通过增加高压洗涤器来提高所述冷凝能力，来自所述冷凝器的尾气和可选的中压氨基甲酸盐流被供给至所述高压洗涤器。
4.如权利要求1-3中任何一项的方法，其特征在于，通过增加第二高压冷凝器来提高所述冷凝能力。
5.如权利要求1-4中任何一项的方法，其特征在于，另外还通过提高所述反应器的反应体积来提高反应能力。
6.如权利要求1或2的方法，其特征在于，通过在所述工艺的所述高压段中增加池式冷凝器、池式反应器或组合式反应器来提高所述冷凝能力和所述反应能力，来自汽提器的尾气和中压氨基甲酸盐流被供给至所述池式冷凝器、池式反应器或组合式反应器。
7.如权利要求1或2的方法，其特征在于，通过用池式反应器或组合式反应器替换现有的反应器和冷凝器来提高所述冷凝能力和所述反应能力。
8.尿素工厂，所述尿素工厂在工艺的高压段包括反应器、热汽提器或NH3汽提器和冷凝器，其特征在于，除所述热汽提器或NH3汽提器之外，在所述工艺的所述高压段还存在CO2汽提器。
9.如权利要求8的尿素工厂，其特征在于，所述工厂还包括高压洗涤器。
10.如权利要求8的尿素工厂，其特征在于，所述工厂在所述工艺的所述高压段包括第二冷凝器。
11.如权利要求8的尿素工厂，其特征在于，所述工厂在所述工艺的所述高压段还包括池式冷凝器、池式反应器或组合式反应器。
12.尿素工厂，所述尿素工厂在工艺的高压段包括池式反应器或组合式反应器、热汽提器或NH3汽提器和CO2汽提器。
全文摘要
本发明涉及提高现有尿素工艺生产能力的方法，在所述工艺的高压段，包括二氧化碳与氨在其中反应以形成尿素的反应器；通过供给热量将来自所述反应器的工艺流在其中汽提的热汽提器，或通过供给热量并借助于作为汽提气的氨将来自所述反应器的工艺流在其中汽提的氨汽提器；以及将汽提气在其中冷凝的冷凝器，然后将形成的冷凝液返回所述反应器，在该方法中所述反应器中的N/C比为2.8－3.3mol/mol；所述工艺的所述高压段的压力为13.5－16.0MPa；来自所述反应器的所述工艺流的至少一部分在CO
文档编号C07C273/04GK101076512SQ200580042433
公开日2007年11月21日 申请日期2005年11月11日 优先权日2004年12月9日
发明者约翰内斯·亨利克斯·孟内 申请人:帝斯曼知识产权资产管理有限公司