浓缩含水氨基甲酸铵流的方法

专利名称：浓缩含水氨基甲酸铵流的方法
浓縮含水氨基甲酸铵流的方法 本发明涉及将气体流用于制备尿素的方法，所述气体流在制备蜜胺的
工艺中形成，并且基本上由NH3、 C02和可选的H20组成。
这样的方法公开在WO 98/08808A1中。在该已知工艺中，气体流由制 备蜜胺的高压工艺产生，所述气体流直接供给至用于制备尿素的汽提工艺 的高压段。
己知方法的一个缺点是难以对所得的制备蜜胺和尿素的组合工艺进行
稳定操作其中一个工艺的压力波动容易通过气体流影响另一个工艺，从 而导致不稳定的操作。已知方法的另一个缺点是只有在蜜胺工艺比尿素工 艺的所述高压段具有更高的压力的条件下才达到最佳操作。
本发明的目的是减少或甚至避免所述缺点，同时仍能提供利用在制备 蜜胺的工艺中形成的气体流的节能方法。
上述目的通过将气体流用于浓縮含水氨基甲酸铵流的方法来实现。所
述含水氨基甲酸铵流在制备尿素的工艺中形成，其压力为0.20-0.90 MPa， 温度为35-95'C，并含有至少25 wt。/。的H20，所述用于浓縮含水氨基甲酸 铵流的方法包括
增压步骤，其中，所述含水氨基甲酸铵流的压力被升至1.0-7 MPa;
冷凝步骤，其中，所述含水氨基甲酸铵流与气体流接触，所述气 体流在制备蜜胺的工艺中形成，并且基本上由NH3、 C02和可选的 H20组成，且其H20含量低于所述含水氨基甲酸铵流，所述气体 流被吸收在所述含水氨基甲酸铵流中，以使形成的浓縮氨基甲酸 铵流包含15-35 wt%H20; 排放步骤，其中，所述浓縮氨基甲酸铵流被分离并排放。 本发明的方法的优点是，由蜜胺制备工艺产生的气体流可以高效且稳
定地用于制备尿素。相比已知方法提高的稳定性源于以下事实在制备蜜
胺的工艺中产生的原料以液体形式而非气体形式被引入尿素工艺的高压合 成段。而且，作为本发明的方法的另一个优点，不需要为了能将气体流作 为原料引入制备尿素的工艺而将额外的水供给至例如气体流或制备尿素的 工艺。本发明的方法的另一个优点是来自蜜胺制备工艺的气体流的压力无 需至少与尿素工厂的高压段的压力一样高。
DE 1468207A1公开了一种由氨蒸汽制备尿素的工艺，所述氨蒸汽包 含二氧化碳并可能含有水。氨蒸汽可以在由尿素合成蜜胺的过程中产生。 氨蒸汽被引入混合/冷凝设备，在那里与另一股气态含水氨流(其为由尿素 制备反应器的流出物生成的循环流)混合。混合之后，蒸汽被冷凝。然后 液体流被返回到反应器中。
WO 02/090323A公开了一种由氨和二氧化碳制备尿素的工艺，其中， 在合成区形成包含尿素、氨基甲酸铵和未转化的氨的尿素合成溶液，将一 部分尿素合成溶液从合成区转移至在1-4 MPa的压力下操作的中压处理 区，并且将来自中压处理区的气体流吸收到来自尿素回收段的低压氨基甲 酸铵溶液中。WO 02/090323A并未涉及在制备蜜胺的工艺中形成的气体流 的使用。
WO 03/087043A公开了一种在尿素工艺中由氨和二氧化碳制备尿素的 工艺，尿素工艺的合成段包括洗涤器，在其中将来自合成段的废气流中的 氨和二氧化碳纯化，所述洗涤器是在1-5 MPa的压力下操作的中压洗涤 器。WO 03/087043A还涉及一种改进现有的尿素工艺和尿素工厂(包括具 有中压洗涤器的高压合成段)的方法。WO 03/087043A并未涉及在制备蜜 胺的工艺中形成的气体流的使用。
WO 2004/011419A公开了一种提高尿素工厂生产能力的方法，所述尿 素工厂包括压縮段、高压合成段、形成尿素熔体的尿素回收段以及可选的 粒化段，通过以下方法提高尿素工厂的生产能力额外安装蜜胺工厂，并 将来自尿素工厂的尿素回收段的尿素熔体全部或部分地供给至蜜胺工厂， 并将来自蜜胺工厂的残余气体全部或部分地返回至尿素工厂的高压合成段 和/或尿素回收段。
DE 2053358A1公开了一种将含二氧化碳的气体(例如在由尿素合成
蜜胺的过程中产生的废气)供给至用于制备尿素的工厂的方法。用于制备 尿素的工厂包括高压段和用于回收未转化的氨和二氧化碳的低压循环段以
及中压段。氨基甲酸铵溶液作为循环流在压力为0.1-0.4 MPa的低压段中 形成，然后在中压段中将压力升至1-3 MPa。将来自中压段的循环流的压 力进一步升至1.5-6 MPa，并供给至设置在高压段之前的吸收区。将含二 氧化碳的气体(例如在由尿素合成蜜胺的过程中产生的废气)也供给至吸 收区。
GB 1148767A公开了一种用于合成蜜胺的工艺，包括用于生产尿素的 二氧化碳-氨含水系统(在180-20(TC和180-220 kg/cn^下操作，产物被减 压至40-60 kg/cm2)以及用于生成蜜胺的尿素-氨系统(在360-45(TC和60-150kg/cn^下操作)，蜜胺废气(尿素-氨系统的副产物)在二氧化碳-氨含 水系统中用于尿素合成，由二氧化碳-氨含水系统得到的尿素被循环至尿 素-氨系统用于蜜胺合成，其中从蜜胺反应器顶部排放的废气(包含氨和二 氧化碳)被直接引入尿素生产系统中的含水氨基甲酸铵的循环回路中的废 气吸收单元(在130-16(TC和60-150 kg/cn^下操作)，将所得的浓縮含水 氨基甲酸铵用于尿素生产系统中的尿素合成；将废气的显热和氨基甲酸铵 的生成热用于分解未反应的氨基甲酸铵并产生蒸汽；在废气单元以液体氨 回收过量的氨。
2005年9月1日公布的WO 2005/080321A公开了一种用于尿素和蜜 胺生产的集成方法。尿素在尿素工厂中生产，所述尿素工厂包括高压尿素 合成段和用于将尿素与氨基甲酸盐水溶液分离的尿素回收段；蜜胺在蜜胺 工厂中生产，其中将压力为至少2 bar的废气(作为蜜胺合成的副产物) 从蜜胺工厂排出，并循环至高压尿素合成段。
本发明的方法涉及含水氨基甲酸铵流的浓縮。"浓縮"在这里是指减 少H20含量(以重量百分比表示)。如本文所指，浓縮主要优选通过向含 水氨基甲酸铵流添加除H20以外的化合物来实现，而不是通过从含水氨基 甲酸铵流中取出H20来实现。如下所述，本发明的方法优选以以下方式操 作含水氨基甲酸铵流的H20含量相对于全部含水氨基甲酸铵流降低至少 3wt%。更优选地，H20含量降低至少5 wt%，甚至更优选至少8 wt。/。或甚 至10 Wt%，最优选至少15 Wt%。考虑到例如下文所述的避免形成固体的
需要所造成的实际限制，优选含水氨基甲酸铵流的H20含量降低至多30 wt%，更优选至多25wt。/。。
含水氨基甲酸铵流在这里被理解为水为连续相并含有氨基甲酸铵的基 本上为液体的流，其中氨基甲酸铵要么是溶解形式或固体形式的氨基甲酸 铵，要么是以游离NH3和/或游离C02的形式。
根据本发明，含水氨基甲酸铵流在制备尿素的工艺中形成。原则上， 任何类型的基于NH3和C02的制备尿素的工艺都是适合的。这样的工艺 本身是已知的，例如在Ullmann，s Encyclopaedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co, 1996 或其电子版 (DOI : 10.1002/14356007.a27一333，在线
公开日期为2000年6月15日)的尿素部 分的第3章"Production"中提到的工艺。特别地，上述文献的章节3.3.1 描述的所谓常规工艺以及章节3.3.2中描述的所谓汽提工艺是合适的。
本领域技术人员所理解以及这里所预期的汽提工艺是基于以下原则 如果确保C02或NH3的分压被降低，则可以在高的总压下使尿素合成反应 器的流出物中存在的氨基甲酸铵很大程度地分解为NH3和C02。在C02汽 提工艺中，通过将C02引入反应器的流出物来实现NH3分压的降低。在 NH3汽提工艺中，已经存在的过量NH3禾Q/或向反应器的流出物中引入额外 的NH3导致氨基甲酸铵由于较低或被降低的C02分压而分解。
因此，在汽提工厂中进行的汽提工艺的特点是，借助于或甚至完全基 于热能的输入，通常在汽提器中对反应器的流出物进行汽提作用。在C02
汽提工艺中，C02被加入汽提器，这占被消耗的新鲜C02的主要部分，或
甚至75%、 90%或甚至全部。新鲜C02是指作为独立原料流被引入的其中 不含或基本不含NH3的C02。
在汽提工厂中进行的汽提工艺的另一个特点是汽提发生的压力介于 11 MPa与20 MPa之间，优选在12.5 MPa与19 MPa之间。优选且通常 地，进行汽提作用的压力基本上与反应器中的压力相等。基本上相等是指 汽提器中的压力比反应器中的压力高或低不到0.5 MPa，并且在进行汽提 工艺的汽提工厂中，在反应器与汽提器之间不存在诸如阀之类的减压设
备。
在尿素汽提工厂中，反应器和汽提器是进行尿素汽提工艺的所谓高压 段的核心部件。通常且优选地，冷凝器(离开汽提器的气体流在其中冷凝 并被供给至反应器)也是所述高压段的一部分。冷凝器本身可与反应器集 成。
汽提工艺中的汽提作用的效果是所产生的气态流包含大部分的未转化
为尿素的原料。通常，所有未转化为尿素的原料的至少25 wty。被返回至反 应器；优选地，至少40、 50、 60或甚至至少70 wt。/。的未转化为尿素的原 料通过汽提器和冷凝器被循环回到高压段中的反应器中。
根据汽提工艺的原理的汽提作用的另一个效果是，离开汽提器的气态 流包含相对低的H20含量，通常小于10 wt%，或甚至小于8、 6、 5或甚 至4 wt%。
在所有这些已知并包括常规工艺以及汽提工艺的制备尿素的工艺中， 形成的含水氨基甲酸铵流的压力为0.20-0.90 MPa，或0.20-0.60 MPa，并 包含至少25 wt。/。的水；特别是对于未反应原料与形成的尿素分离并被直接 或间接低返回至合成段的工艺和进行该工艺的工厂的那些部分。所述部分 包括低压段。低压在这里是指在大约大气压与1 MPa之间的压力。所述部 分还可以包括中压段。中压在这里是指在1 MPa与10 MPa之间的压力。 制备尿素的工厂还包括高压段。高压在这里是指在10 MPa与约30 MPa之 间的压力，或在10-30 MPa内的一个更窄范围(应用时在本文中指出)。
在本文中，术语"高压"和"低压"还在制备蜜胺的工艺中使用；在 那里，这些术语根据那里所述具有不同的含义。
在进行增压步骤之前，含水氨基甲酸铵流的压力优选为或达到0.20-0.80 MPa、 0.20-0.60 MPa、 0.25-0.60 MPa或0.25-0.55 MPa，更优选0.30-0.50 MPa。含水氨基甲酸铵流的温度为35-95。C或50-95°C;优选地，该温 度为60-90°C，更优选65-85。C。如果在制备尿素的工厂的低压段中形成的 含水氨基甲酸铵流不具有处于本发明的期望范围内的温度，则在增压步骤 之前或其间应当进行预热步骤或预冷却步骤，以确保使含水氨基甲酸铵流 的温度处于期望范围内。含水氨基甲酸铵流的H20含量为至少25 wt。/。或
30 wt%;在实践中需要这种含量以防止在0.20-0.90 MPa的所述压力下大 量形成固体颗粒。所述固体颗粒通常由氨基甲酸铵组成。考虑到制备尿素 的工艺中的限制氨基甲酸铵流中的水量的一般目标，特别是当那些流被直 接或通过中间操作间接地供给至尿素合成段时，含水氨基甲酸铵流通常不 会包含超过60wt。/。的H20，优选小于50wt。/0。
含水氨基甲酸铵流的NH3/C02摩尔比通常且优选介于1与5或4之 间，更优选该比值介于1.5与3或2.5之间，已知该比值通过将所有由NH3 和C02得到的化合物(例如氨基甲酸铵)转换成NH3和C02摩尔当量并将 其统计在内来计算。
本发明的方法包括增压步骤，其中将含水氨基甲酸铵流的压力升至1-7MPa。可以通过任何合适的方式实现压力增加，例如借助于泵；这样的 方法本身是本领域技术人员已知的，条件是要考虑含水氨基甲酸铵流的腐 蚀特性。含水氨基甲酸铵流中的水量(至少在防止氨基甲酸铵结晶出所需 要的)依赖于压力等压力越高，所需的水的最小量越低。已知的是，影 响固体氨基甲酸铵存在和形成的另一个重要因素是温度。
增压步骤的结果是可以在不存在(或不增加)结晶氨基甲酸铵的条件 下减少含水氨基甲酸铵流的H20含量。优选地，压力在增压步骤中被升至 1-7 MPa;更优选地，压力在增压步骤中被升至1.5-6或5 MPa，最优选被 升至2-4.5或4 MPa。
增压步骤中的压力增加优选为至少0.5或1 MPa，更优选至少1.5或2 MPa。较高的压力增加的优点是可以更大程度地浓縮含水氨基甲酸铵流而 不形成固体颗粒(例如氨基甲酸铵结晶颗粒)。压力增加不应过高，以使 压力被升至高于7MPa的值。
在本发明的方法中，在增压步骤后进行冷凝步骤。在此步骤中，含水 氨基甲酸铵流与气体流接触。该气体流在制备蜜胺的工艺中形成；这是指 气体流在制备蜜胺的工艺中形成并包含在由尿素合成蜜胺的过程中直接或 间接形成的副产物。己知这些副产物主要是NH3和C02。原则上，气体流 可以在任何由尿素制备蜜胺的工艺中形成，例如在Ullmann's Encyclopaedia of Industrial Chemistry (电子片反，Wiley-VCH Verlag GmbH & Co, DOI: 10.1002/14356007.a27—333，在线
公开日期为2001年3月15 日)的"Mdamine and Guanamines" —章中公开的工艺。这样的工艺的实 例是所谓的非催化高压液相工艺，其中在5-25 MPa的压力和325-45(TC的 温度下不借助催化剂将熔融尿素转化为液体蜜胺；以及所谓的催化低压气 相工艺，其中在大气压与1、 2或3 MPa之间的压力下借助于催化剂将尿 素转化为气态蜜胺。
形成气体流的实例是通过已知的分离方法在液相工艺的反应器中或在 安装在反应器下游的气/液分离设备中将气体产物与液体蜜胺分离。如果需 要，气体流在用于本发明的方法之前可以穿过供给至工艺的液体尿素。气 体流基本上由NH3禾n C02组成。术语"基本上由...组成"及等价表述具有 通常含义如果存在其它化合物或采用其它手段，则它们对本发明的运行 和效果没有明显影响。
形成气体流的另一个实例是，通过己知的分离方法将气态产物分离， 所述气态产物是在利用含水流将在制备蜜胺的低压气相工艺中形成的气态 反应混合物冷却时形成的。如此形成的气体流除了 NH3和C02外还包含 H20。
在本发明的一种实施方式中，气体流从所谓的解吸器被分离，解吸器 是一种已知的塔，在制备蜜胺的低压气相工艺中形成的含水氨基甲酸铵流 供给到该塔中，并从该塔释放气体流，该气体流的组成(特别是H20含 量)使其适合作为气体流用于本发明的方法。
气体流基本由NH3、 C02和可选的H20组成。如上所述，&0的存在 和量通常取决于其中形成气体流的蜜胺工艺。气体流中的NH3和C02可以 在蜜胺工艺中以副产物形成，也可以作为辅助材料供给到其中(这是已知 的)。此外，气体流可以包含至多10wty。的其它化合物，例如尿素或蜜 胺。优选地，气体流包含小于7 wt%、更优选小于5 wt。/。或甚至基本为0 wt。/。的其它化合物。
气体流在下面将讨论的冷凝步骤中与含水氨基甲酸铵流接触，目的是 浓縮该含水氨基甲酸铵流。应当注意，与含水氨基甲酸铵流相比，气体流 应当包含更少的水。优选地，气体流的水含量比含水氨基甲酸铵流的水含
量低至少10 Wt%，更优选低至少20 Wt%，其中重量百分比基于全部流。 这具有的优点是可以更大程度地浓縮含水氨基甲酸铵流。优选地，气体流 包含小于40wty。的水；在本发明的一种优选实施方式中，气体流包含小于
15wt%、或甚至小于10wt。/。、小于5wt。/。的水，或几乎不含水。
气体流在制备蜜胺的工艺中进行，优选地(如果可能)，气体流的压 力和温度在下面将讨论的冷凝歩骤开始时不改变。优选地，增压步骤以可 使气体流直接(不存在进一步的压力变化，特别是不存在压力增加)与含 水氨基甲酸铵流接触的方式进行。然而，在本发明的另一种实施方式中， 气体流独立并且至少部分地冷凝，从而形成氨基甲酸铵中间流。氨基甲酸
铵中间流可以是基本上无水的，并且类似于WO 98/32731A (第3页9-14 行和第4页20-36行)中公开的氨基甲酸铵流。氨基甲酸铵中间流也可以 是含水的，可以是液体或气/液混合物。在本发明的这种实施方式中，氨基 甲酸铵中间流代替气体流被供给至冷凝步骤。而且，在此替代性实施方式 中，氨基甲酸铵的形成过程中释放的热量的如果不是全部的话也是大部分 已经在氨基甲酸铵中间流的形成过程中被释放，该热量可通过已知方法回
在冷凝步骤中，含水氨基甲酸铵流与气体流彼此接触，以使气体流中 的NH;和C02全部或至少部分地被含水氨基甲酸铵流吸收。接触可以使用 本身已知的方法进行，例如通过在冷凝器中冷凝气体流，释放的冷凝热消 耗在冷却水中，含水氨基甲酸铵流也被供给至冷凝器以使气体流被吸收 (就其本身或以冷凝形式)。接触还可以例如在塔中进行，将两股流供给 到塔中并使其并流或逆流接触。这样的塔可被设计成以气体流为连续相， 也可以以含水氨基甲酸铵流为连续相。已知的是，可以使用填料来促进两 股流之间的接触。接触也可以使用所述冷凝器与塔的组合来进行。
在将气体流吸收到含水氨基甲酸铵流的过程中，由NH3和C02形成氨 基甲酸铵导致释放热量。因此，如上所述，在冷凝步骤中排放热量是有利 的。这可以通过本身已知的技术来完成，例如热交换器，其随后可例如用 于产生蒸汽。
在含水氨基甲酸钹流中吸收气体流或将氨基甲酸铵中间流与含水氨基
甲酸铵流混合，均导致形成浓縮氨基甲酸铵流。重要的是控制和避免了形 成固体形式的氨基甲酸铵，因为在浓縮氨基甲酸铵中含有过高量的固体是 不利的。如上所述，同时也是已知的，可溶解在水中的氨基甲酸盐的量依 赖于压力。因此，被吸收的气体流的量优选可使浓縮氨基甲酸铵流在通用
压力下包含小于10或8 wt。/。的固体形式的氨基甲酸铵、优选小于6、 5或 4wt%、最优选3、 2、 1 wt。/。的固体形式的氨基甲酸铵，或者几乎不含或 甚至根本不含固体形式的氨基甲酸铵。优选地，在冷凝步骤中利用热交 换，以使所形成的浓縮氨基甲酸铵流的温度为75-16(TC或80-140°C，更优 选85-130。C或90-12(TC，最优选95-ll(TC。热交换可以通过已知的装置实 现，例如热交换器。为了使浓縮氨基甲酸铵流在形成时达到所述温度，可 能需要以在含水氨基甲酸铵流被浓縮时将其冷却的方式进行热交换；然 而，发现同样重要的是，考虑到固体沉淀的风险，应避免含水氨基甲酸铵 流在冷却时温度下降得过低(即使是局部性的)。因此，优选的是，用于 热交换作用的冷却介质的温度介于4CTC与ll(TC之间，优选70-10(TC。冷
却介质(优选为水)的这些较高温度意味着需要较大的热交换表面，这是 本领域技术人员已知的或者可通过常规计算得出。甚至可能意味着，在一 部分冷凝步骤过程中，冷却介质实际上升高了形成的浓縮氨基甲酸铵流的温度。
在制备蜜胺的工艺中形成的气体流的N/C摩尔比可能不同于含水氨基 甲酸铵流的N/C比。在这种情况下，浓縮氨基甲酸铵流的N/C比也将偏离 含水氨基甲酸铵流的N/C比；这种偏离会使N/C比超出后续制备尿素所期 望的范围。如果出现这种情况，则优选引入额外的NH3或C02以使尿素合 成反应器中的N/C比落入期望范围。额外的NHs或C02的引入形式可以是 在冷凝歩骤期间或之后将NH3或C02与浓縮氨基甲酸铵流混合，但也可以
是直接供给至反应器或将其它流供给至反应器。在一种优选实施方式中， 浓縮氨基甲酸铵的N/C摩尔比为2.0-3.0，优选2.3-2.6;优选地，这是通过 注入额外的NH3或C02来完成的。
在本发明的方法的冷凝步骤之后，如果需要并且还未通过本身进行， 将浓縮氨基甲酸铵流从气体流和含水氨基甲酸铵流中分离，然后排放。
在本发明的一种实施方式中，浓縮氨基甲酸铵流被用于合成尿素。优
选地，将浓縮氨基甲酸铵流的压力升至12.5-20 MPa或13-19 MPa，并将其
供给至制备尿素的汽提工艺的高压段，所述高压段通常也在12.5-20 MPa 的压力下操作。优选地，将浓縮氨基甲酸铵流的压力升至如下水平可以 在不进行进一步的压力调节的条件下将该流直接供给至汽提工艺的高压 段。这样的高压段本身是已知的，至少包括反应器、汽提器并且优选还包 括冷凝器。优选将浓縮氨基甲酸铵直接或通过中间管线或装置供给至所述 高压段的冷凝器或反应器。制备尿素的汽提工艺优选是所谓的C02汽提工 艺、NH3或自汽提工艺、或ACES汽提工艺。所述工艺本身是已知的，可 以参考本发明的前文或例如前面提到的Ullmann，s Encyclopaedia of Industrial Chemistry的尿素部分的章节3.3.2.1、 3.3.2.2和3.3.2.3。
在本发明的一种优选实施方式中，汽提工艺是制备尿素的C02汽提工 艺。本发明特别适用于那些进行C02汽提工艺的不具有中压段(即在约1-10MPa的压力下操作的工段)的工厂，可使在低压段(即在约大气压与约 1 MPa之间的压力下)形成的含水氨基甲酸铵流(在已知方法中直接被供 给至高压段)通过本发明的方法被浓缩，以使较少的水被供给至尿素合成 反应器，结果可使合成反应器在更高的效率下操作。因此，在不具有在中 压下进行的工艺步骤的C02汽提工艺(或任何其它不具有在中压下进行的 工艺步骤的制备尿素的工艺)中实施本发明，相当于引入了一系列中压步 骤，即至少根据本发明的增压步骤、冷凝步骤和排放步骤。
如果在制备尿素的C02汽提工艺中实施本发明的方法，则优选考虑从 制备蜜胺的工艺引入的C02 (CM)与用作汽提剂的新鲜C02 (Cs)的比 值。优选地，CM/Cs摩尔比至多为3，更优选至多2或1，最优选至多0.5 或0.25。该比值优选至少0.05或0.1。尽管本发明对方法的优点是降低了 负面影响汽提作用效率的风险(与将来自蜜胺制备工艺的含NH3和C02的 流直接供给至尿素工厂的高压段的情况相比)，但仍然优选使得大量新鲜 C02保持可用，以使汽提作用可以令人满意地进行。
类似地，如果在制备尿素的NH3汽提工艺中实施本发明的方法，则优 选考虑从制备蜜胺的工艺引入的NH3 (NM)与引入汽提工艺的新鲜NH3
(Ns)的比值。优选地，NM/Ns摩尔比至多为3，更优选至多2或1，最优 选至多0.5或0.25。该摩尔比值NM/Ns优选至少0.05或0.1。
因此，本发明的方法可用于提高尿素合成工厂的稳定性和/或生产能 力。这可以通过使尿素合成工厂适于进行本发明的工艺来实现。根据本发 明，这样的工厂包括高压合成段，即在约10-30 MPa的压力下或在10 MPa 与30 MPa之间的更窄压力范围(应用时在本文中指出)内操作的工段。 根据本发明，这样的工厂还包括低压循环段以及用于将在低压循环段形成 的含水氨基甲酸铵流供给至高压合成段的其它装置。如果工厂不包括用于 将含水氨基甲酸铵流的压力升至l-7MPa的装置，则在本发明的方法中额 外安装这样的装置。另外，根据本发明的方法，额外安装装置用于使压力 为1.0-7 MPa的含水氨基甲酸铵流与气体流或气/液流或液体流(在制备蜜 胺的工艺中形成并且基本上由NH3、 C02和可选的H20组成)接触，额外 安装的装置可使气体流至少部分但优选全部吸收在含水氨基甲酸铵流中， 从而可以形成浓縮氨基甲酸铵流。为了适应尿素合成工厂增大的生产能 力，优选或甚至必须提高一个或更多个其它设备的生产能力；对于先前没 有将在制备蜜胺的工艺中形成的含NH3和C02的流作为原料引入尿素合成 工厂的情况，尤为如此。尿素汽提工厂中的可能需要提高生产能力的设备 的实例包括高压段的反应器和/或汽提器和/或冷凝器。
优选地，根据本发明额外安装的装置包括工艺控制装置，该工艺控制 装置能够设定被吸收的气体流的量，以使浓縮氨基甲酸铵流包含15-35 wt。/。的H20。然后，浓縮氨基甲酸铵流被供给至高压合成段，全部或部分 地代替含水氨基甲酸铵流。制备尿素的工厂可以是常规工厂；优选地，制 备尿素的工厂是汽提工厂，即适于操作汽提工艺的工厂，其中汽提工厂的 高压段包括反应器和汽提器，用热量和/或C02在汽提器中处理反应器的流 出物，并且在反应器与汽提器之间不存在减压设备。优选地，被改造的工 厂不具有在i-io MPa的压力下操作的包括吸收器或冷凝器的工段。
与上述用于提高尿素合成工厂的处理能力的方法密切相关，本发明还 涉及一种尿素合成工厂，该工厂包括高压合成段和低压循环段，并且该工 厂包括用于将在低压循环段中形成的含水氨基甲酸铵流供给至高压合成段
的装置。本发明的工厂包括用于将含水氨基甲酸铵流的压力升至1-7 MPa 的装置；本发明的工厂还包括用于使压力为1-7 MPa的含水氨基甲酸铵流 与气体流或气/液流或液体流(在制备蜜胺的工艺中形成并且基本上由 NH3、 C02和可选的H20组成)接触的装置，该装置可使气体流被吸收在 含水氨基甲酸铵流中，从而可以形成浓縮氨基甲酸铵流。优选地，该工厂 包括用于设定被吸收的气体流的量的装置，以使浓縮氨基甲酸铵流包含 15-35 wt。/。的H20。然后，浓縮氨基甲酸铵流被供给至高压合成段，全部 或部分地代替含水氨基甲酸铵流。制备尿素的工厂可以是常规工厂；优选 地，制备尿素的工厂是汽提工厂，即适于操作汽提工艺的工厂。 将参照


本发明的方法的一些实施方式。
在附图中，图1示出了根据现有技术的制备尿素的汽提工厂的一种实 施方式，其中不使用由制备蜜胺的工艺产生的气体流；
图2示出了根据本发明的一种实施方式，其中由制备蜜胺的非催化高 压工艺产生的气体流被吸收在含水氨基甲酸铵流中；
图3示出了根据现有技术的一种实施方式，其中由制备蜜胺的低压催 化工艺产生的气体流在作为含水氨基甲酸铵流被供给至制备尿素的汽提工 厂之前在浓縮段中被处理；
图4示出了根据本发明的一种实施方式，其中由制备蜜胺的低压催化 工艺产生的气体流被吸收在含水氨基甲酸铵流中；
图5示出了根据现有技术的一种实施方式，其中由制备蜜胺的高压非 催化工艺产生的气体流被直接引入尿素汽提工厂的高压段；
图6示出了根据现有技术的一种实施方式，其中与图2中根据本发明 的实施方式相比，不进行增压步骤，而是对含水氨基甲酸铵流直接进行冷 凝步骤。
附图中的数字的第一位数与图号相同。如果不同附图中的数字的后两 位数相同，则它们表示相同的元件。
在图1中，在约14 MPa的合成压力下，在合成塔102中制备尿素。 通过管线104将流出物(合成溶液)供给至高压汽提器106，在此用通过 管线108供给的C02将合成溶液汽提，以使大部分的未反应原料以蒸汽形
式与合成溶液分离，并通过管线110供给至高压冷凝器112。合成流出物
通过管线114排放，通过阀116减压至约0.4MPa，并供给至低压循环段 118。在这里，用本身已知的方法将残余的未反应原料以含水氨基甲酸铵 流的形式回收，然后通过管线120供给至压縮器122。尿素本身以水溶液 的形式从低压循环段回收，该水溶液通过管线124排放。在压縮器122中 将氨基甲酸铵水溶液的压力升至合成压力，然后通过管线126供给至洗涤 器128，在此尽可能在最大程度上吸收来自合成塔102的通过管线130供 给的废气。通过管线129排放残余气体(例如惰性气体)。然后通过管线 132将氨基甲酸铵水溶液吸入由通过管线136供给的NH3驱动的喷射器 134。通过管线138将离开喷射器的流供给至高压冷凝器112，与从汽提器 106供给的气态流一起冷凝，得到原料流，通过管线140将该原料流供给 至合成塔102。合成塔102、汽提器106、冷凝器112和洗涤器128是工厂 高压段的组成部分。
在图2示出了根据本发明的工厂和方法。与图l所示的情形相比，现 在首先利用泵242将通过管线220从低压循环段218释放的含水氨基甲酸 铵流的压力升至约2 MPa，然后通过管线244供给至冷凝器246。通过管 线248将由制备蜜胺的高压非催化工艺产生的气体流供给至冷凝器246。 气体流基本上由NH3和C02组成，且其压力为2 MPa。在冷凝器246中， 气体流被吸收在含水氨基甲酸铵流中，并形成浓縮氨基甲酸铵流。浓縮氨 基甲酸铵流通过管线250被排放，并输送至压縮器222，以使其压力升至 合成压力。通过管线252排放未在冷凝器246中被吸收的任何气体。
在图3中，通过管线354将由制备蜜胺的低压非催化工艺产生的含水 氨基甲酸铵流供给至解吸器356，所述含水氨基甲酸铵流包含40-50 wt% 的H20，且其压力为约2MPa。而且，通过管线358将蒸汽供给至解吸器 356。解吸器356的底部流基本上由H20组成，并通过管线360排放。从 解吸器356顶部排放气体流，该气体流基本上由NH3、 C02和H20组成， 并通过管线362供给至吸收器364。此外，通过管线366将水供给至吸收 器364，以防止结晶。吸收器364的顶部流基本上由NH3组成，通过管线 368排放并通过管线370部分地循环(可能在已冷却或者部分或全部冷凝
之后)。吸收器364的底部流是含水氨基甲酸铵流，通过管线372排放至 压縮器374，以使其压力升至大约尿素合成压力，因而可以通过管线376 将此含水氨基甲酸铵流与管线326中的含水氨基甲酸铵流合并。
图4示出了根据本发明的工厂和方法。与图3所示的实施方式相比， 将一部分来自低压循环段418的含水氨基甲酸铵流供给至泵442，在此将 压力升至约2 MPa，然后通过管线478供给至吸收器464，以使含水氨基 甲酸铵流可以吸收通过462供给的气体流，从而形成浓縮氨基甲酸铵流， 通过管线472将浓縮氨基甲酸铵流排放至压縮器474，在此升高压力，并 通过管线476供给至尿素汽提工厂的高压段。在本发明的这种实施方式 中，不向被供给至尿素合成段的流中提供水，而在图3的已知实施方式 中，必须提供水并且通过管线366实现。
图5示出了根据WO 98/08808A1中公开的现有技术的实施方式。在此 实施方式中，由制备蜜胺的高压非催化工艺产生的气体流以气态形式通过 管线580被直接引入尿素汽提工厂的高压段。气体流的压力比尿素汽提工 厂的高压段中的压力高约0.3 MPa，将该气体流引入汽提器与冷凝器之间 的管线。
图6示出了根据现有技术的实施方式。与图2所示的根据本发明的实 施方式相比，不像在242中那样进行增压步骤，而是将含水氨基甲酸铵流 从618通过管线620直接供给至冷凝器646，并进行冷凝步骤。
通过一个实施例来阐述本发明，但本发明并不限于该实施例。
实施例1
在根据图2的尿素C02汽提工厂中进行C02汽提工艺，工厂的操作方 式可使管线220中的含水氨基甲酸铵流的组成如下 NH3 = 9522 kg/h C02 = 7125 kg/h H20 = 5344 kg/h
这意味着压力为0.4 MPa的含水氨基甲酸铵流包含24.3 wt。/。的H20， 该值代表了根据图1所示现有技术的汽提工厂的实际情况，在这样的工厂
中，随后将此含水氨基甲酸铵流的压力升高并用于尿素合成。
根据本发明，在泵242中将含水氨基甲酸铵流的压力从0.4 MPa升至 1.8MPa，然后使其温度为90°C。然后，通过管线244将含水氨基甲酸铵 流供给至冷凝器246。通过管线248将气体流供给至冷凝器，该气体流的 组成为18641 kg/h的NH3和16082 kg/h的C02。气体流由制备蜜胺的高压 工艺产生，并且基本上不含水。气体流在8 MPa的压力下在蜜胺工艺中形 成。在冷凝器中，气体流以稳定方式被完全吸收在氨基甲酸铵流中，因而 形成具有以下组成的浓縮氨基甲酸铵流(温度为12(TC，压力为5.7MPa):
丽3 = 28163 kg/h
C02 = 23207 kg/h
H20 = 5344 kg/h
利用热交换来维持12(TC的温度，以此方式，以蒸汽形式回收56 GJ/h 的能量。气体流的吸收使得水的相对量从23.4 wtW降至9.4 wt%，而不形 成任何固体(例如，固体氨基甲酸铵)。在形成浓缩氨基甲酸铵流的过程 中，从蜜胺工艺供给的气体流进料中的任何不稳定物质被容易地吸收。因 此，不会将不稳定的影响传递给工厂的高压段。通过管线250将浓縮氨基 甲酸铵流供给至泵222，在此将压力升至MMPa。
权利要求
1.用于浓缩含水氨基甲酸铵流的方法，其中所述含水氨基甲酸铵流在制备尿素的工艺中形成，其压力为0.20-0.9MPa，温度为35-95℃，并且包含至少25wt％的H2O，所述方法包括·增压步骤，其中，所述含水氨基甲酸铵流的压力被升至1.0-7MPa；·冷凝步骤，其中，所述含水氨基甲酸铵流与气体流接触，所述气体流在制备蜜胺的工艺中形成，并且基本上由NH3、CO2和可选的H2O组成，且其H2O含量低于所述含水氨基甲酸铵流，所述气体流被吸收在所述含水氨基甲酸铵流中，以使形成的浓缩氨基甲酸铵流包含15-35wt％的H2O；·排放步骤，其中，所述浓缩氨基甲酸铵流被分离并排放。
2. 如权利要求1的方法，其中被引入所述增压步骤的所述含水氨基甲酸铵流的压力为0.20-0.60 MPa，温度为50-95℃，并且其中所述含水氨基甲酸铵流的压力在所述增压步骤中被升至1-7 MPa。
3. 如权利要求1或2的方法，其中在所述冷凝步骤中进行热交换，所述热交换借助于冷却介质完成，所述冷却介质的温度介于40℃与110℃之 间。
4. 如权利要求l-3中任何一项的方法，其中 所述含水氨基甲酸铵流在制备尿素的C02汽提工艺中形成； 所述浓缩氨基甲酸铵流的压力被升至12.5-20 MPa，并被供给至制备尿素的汽提工艺的高压段。
5. 如权利要求4的方法，其中 所述含水氨基甲酸铵流在制备尿素的C02汽提工艺中形成，其中 在反应器中合成尿素的步骤和在汽提器中用C02汽提所述反应器的流出物的步骤在高压段中、并在基本上相同的压力下进行，所述压力介于12.5 MPa与20 MPa之间； 所述浓缩氨基甲酸铵流的压力被升至12.5-20 MPa，并被供给至其中进行至少所述C02汽提工艺的合成和汽提步骤的所述高压段。
6. 如权利要求4或5的方法，其中由所述制备蜜胺的工艺产生的C02 (CM)与用作汽提剂的新鲜C02 (Cs)的摩尔比介于0.05与3之间。
7. 如权利要求1-6中任何一项的方法 催化低压气相工艺中形成。
8. 如权利要求1-6中任何一项的方法 非催化高压液相工艺中形成。
9. 如权利要求1-8中任何一项的方法 述冷凝步骤之前至少部分地冷凝，由此形成氨基甲酸铵中间流，所述氨基 甲酸铵中间流被供给至所述冷凝步骤。
10. 改造尿素合成工厂以使其适于进行权利要求l-9中任何一项的方法 的方法，所述工厂包括高压合成段和低压循环段，并且所述工厂包括用于 将在所述低压循环段中形成的含水氨基甲酸铵流供给至所述高压合成段的 装置，其特征在于 如果所述工厂不包括用于将所述氨基甲酸铵的压力升至1-7 MPa 的装置，则额外安装这种装置； 额外安装用于使压力为1.0-7 MPa的所述含水氨基甲酸铵流与气体 流或气/液流或液体流接触的装置，所述气体流或气/液流或液体流 在制备蜜胺的工艺中形成并且基本上由NH3、 C02和可选的H20 组成，所述额外安装的装置可使所述气体流被吸收在所述含水氨 基甲酸铵流中，从而可以形成浓縮氨基甲酸铵流。
11. 如权利要求10的方法，其中所述额外安装的装置包括工艺控制装 置，所述工艺控制装置可用于设定被吸收的气体流的量，以使所述浓縮氨 基甲酸铵流包含15-35 wt％的H20。
12. 如权利要求10或11的方法，其中待改造的所述工厂不具有包括 在1-10 MPa的压力下操作的吸收器或冷凝器的工段。
13. 如权利要求10-12中任何一项的方法，其中所述工厂的所述高压段包括反应器和汽提器，其中，用热量和/或C02在所述汽提器中处理所述反应器的流出物，并且在所述反应器与所述汽提器之间不存在减压设备。
14. 尿素合成工厂，所述工厂包括高压合成段和低压循环段，并且所 述工厂包括用于将在所述低压循环段中形成的含水氨基甲酸铵流供给至所 述高压合成段的装置，其特征在于 所述工厂包括用于将所述含水氨基甲酸铵流的压力升至1-7 MPa的装置； 所述工厂包括用于使压力为1-7 MPa的所述含水氨基甲酸铵流与 气体流接触的装置，所述气体流在制备蜜胺的工艺中形成并且基 本上由NH3、 C02和可选的H20组成，所装置可使所述气体流被 吸收在所述含水氨基甲酸铵流中，从而可以形成浓縮氨基甲酸铵 流。
15. 如权利要求14的工厂，所述工厂包括可用于设定被吸收的气体的 量的装置，以使所述浓缩氨基甲酸铵流包含15-35 wt。/。的H20。
16. 如权利要求14或15的工厂，其中所述工厂是用于制备尿素的汽提 工厂。
全文摘要
本发明涉及一种用于浓缩含水氨基甲酸铵流的方法，其中所述含水氨基甲酸铵流在制备尿素的工艺中形成，其压力为0.20-0.9MPa，温度为35-95℃，并包含至少25wt％的H₂O，所述方法包括增压步骤，其中，所述含水氨基甲酸铵流的压力被升至1.0-7MPa；冷凝步骤，其中，所述含水氨基甲酸铵流与气体流接触，所述气体流在制备蜜胺的工艺中形成，并且基本上由NH₃、CO₂和可选的H₂O组成，且其H₂O含量低于所述含水氨基甲酸铵流，所述气体流被吸收在所述含水氨基甲酸铵流中，以使形成的浓缩氨基甲酸铵流包含15-35wt％的H₂O；排放步骤，其中，所述浓缩氨基甲酸铵流被分离并排放。
文档编号C07C273/12GK101175717SQ200680016466
公开日2008年5月7日 申请日期2006年5月15日 优先权日2005年5月13日
发明者特杰伊·谢恩·特祖, 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