制备尿素的方法

制备尿素的方法
【专利说明】制备尿素的方法
[0001]本申请是申请日为2007年12月03日、申请号为200780051080.1 (PCT/EP2007/063124)的发明专利申请“制备尿素的方法”的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及一种在尿素生产过程(urea product1n process)中由氨和二氧化碳制备尿素的方法，所述尿素生产过程在高压合成段中包括:
[0003]a.反应器，在其中，氨与二氧化碳反应以形成含尿素的合成溶液；
[0004]b.汽提器，在其中，含尿素的合成溶液被加热并用汽提剂以可选的逆流方式汽提;
[0005]c.沉浸式冷凝器，在其中，离开汽提器顶部的气体被至少部分地冷凝，以形成冷凝溶液；和
[0006]d.喷射器，位于连接沉浸式冷凝器与反应器的管线中，用于协助冷凝溶液从沉浸式冷凝器到反应器的传输。
【背景技术】
[0007]这样的制备尿素的方法例如描述在EP 0834501A2中。
[0008]该专利文献描述了，通过在连接沉浸式冷凝器和反应器的管线中使用喷射器，可以将尿素制备过程中的反应器和其它设备设置在地面高度上。液态氨被用作喷射器的驱动剂(motive agent)。
[0009]然而，现有技术的方法存在的问题是，当液态氨的可用量较低时，无法获得合适的喷射器驱动剂来将冷凝溶液从沉浸式冷凝器输送到反应器。例如，在工艺起动阶段和工艺因故不能满负荷运转时，发生液态氨的可用量较低的情况。在现有技术的方法中，为了使工艺在这些情形下运行，需要向喷射器中添加液态氨作为驱动剂来保持工艺运行。因此，当所有的液态氨都被用作驱动剂时，则不再有氨可被用于调节尿素生产过程的高压合成段中其它地方的氨与二氧化碳的摩尔比(N/C比)。调节N/C比的作用是防止来自沉浸式冷凝器的过量的未冷凝气体在沉浸式冷凝器下游的高压合成段部分中引起扰动。工艺扰动会例如导致离开反应器的尿素溶液中的N/C比过高，从而降低转化成尿素的氨的量。

【发明内容】

[0010]本发明的特征在于，通过一个或更多个控制元件来控制离开沉浸式冷凝器顶部的气体流。
[0011]已令人惊讶地发现，通过利用一个或更多个控制元件来控制离开沉浸式冷凝器顶部的气体流，喷射器两端的压降减少，导致对喷射器驱动剂需求减少。以此方式，所需的作为喷射器驱动剂的液态氨的量被最小化，从而使液态氨还可以用于控制高压合成段其它地方的N/C比。以此方式，可以在最优合成条件下以较满负荷更低的生产负荷运转反应器，从而获得良好的从氨到尿素的转化。
[0012]本发明涉及一种在尿素生产过程中由氨和二氧化碳制备尿素的方法。尿素生产过程通常包括高压合成段和一个或更多个在较低压力下操作的回收段。在高压合成段中，压力基本上等于反应器中的尿素合成压力，该压力是反应器中进行尿素形成的压力，通常为ll-40MPa，优选12.5_19MPa。汽提器、沉浸式冷凝器和喷射器中的压力基本上等于反应器中的压力。“基本上等于”是指汽提器和/或沉浸式冷凝器中的压力与反应器中的压力的差异小于 1.5MPa。
[0013]在回收段中，未反应形成尿素的氨和二氧化碳被从在高压合成段中生成的含尿素的产物流中进一步回收，进而循环到高压段中。在回收段中，压力低于高压段中的压力。回收段可以在中压和/或低压下操作。当存在不止一个回收段时，至少一个回收段在低压下操作。
[0014]中压是1.0-8.0MPa、优选 1.2-3.0MPa 的压力。
[0015]低压是0.2-0.8MPa、优选 0.3-0.5MPa 的压力。
[0016]高压合成段包括:
[0017]a.反应器，在其中，氨与二氧化碳反应以形成含尿素的合成溶液；
[0018]b.汽提器，在其中，含尿素的合成溶液被加热并用汽提剂以可选的逆流方式汽提;
[0019]c.沉浸式冷凝器，在其中，离开汽提器顶部的气体被至少部分地冷凝，以形成冷凝溶液；和
[0020]d.喷射器，位于连接沉浸式冷凝器与反应器的管线中，用于协助冷凝溶液从沉浸式冷凝器到反应器的运输。
[0021]可以通过如下方法制备尿素:将过量的氨与二氧化碳一起引入高压和高温(例如160-250°C )下的反应器中，首先按照以下反应生成氨基甲酸铵:
[0022]2NH3+C02— Η 2N-C0-0NH4
[0023]生成的氨基甲酸铵然后按照以下平衡反应脱水而形成尿素:
[0024]H2N-C0-0NH4— Η 2N-C0_NH2+H20
[0025]氨和二氧化碳合成尿素的理论最大转化率取决于该平衡反应的热力学状态，并且依赖于例如N/C比、水与二氧化碳的摩尔比(Η/C比)以及温度。
[0026]反应器可以由用于形成氨基甲酸铵和尿素的独立的区构成。这些区可以被组合在一个设备中。尿素合成可以在一个或两个反应器中进行。当使用两个反应器时，第一反应器例如可以使用基本上新鲜的氨和二氧化碳来操作，而第二反应器使用全部或部分地从尿素生产过程的其它地方获得的循环至反应器的氨和二氧化碳。
[0027]在将氨和二氧化碳在反应器中转化为尿素的过程中，作为反应产物，得到基本上由尿素、水、氨基甲酸铵、游离二氧化碳和游离氨组成的尿素合成溶液。尿素合成溶液被从反应器输送至汽提器，在其中，尿素合成溶液用作为汽提剂的氨或二氧化碳以可选的逆流方式热汽提。
[0028]在沉浸式冷凝器中，从汽提器顶部排放的气体被至少部分地冷凝以形成冷凝溶液。沉浸式冷凝器例如在EP-A-0155735或EP-A-0834501中有描述。沉浸式冷凝器还可以是如EP-A-1036787中所述转换成沉浸式冷凝器的降膜冷凝器。沉浸式冷凝器可以水平、垂直或以在水平位置与垂直位置之间的任意角度设置。
[0029]通过设置在连接沉浸式冷凝器与反应器的管线中的喷射器将沉浸式冷凝器中得到的冷凝溶液返回至反应器。喷射器可由液态氨驱动。喷射器协助冷凝溶液从冷凝器到反应器的运输。冷凝溶液包含尿素。优选地，冷凝溶液包含5-30被％的尿素。
[0030]通过一个或更多个控制元件来控制离开冷凝器顶部的气体流。本领域技术人员知晓大量可用于本发明的控制元件。合适的控制元件包括运输离开沉浸式冷凝器顶部的气体流的管道中的控制阀(也称为调节阀)、截流阀和限制或定量节流孔板。如果使用多个控制元件，则它们可以是相同或不同的类型。例如，可以安装节流孔板，其孔尺寸被适当地设定以保证压降。除了节流孔板之外，在运输离开沉浸式冷凝器顶部的气体流的管道中还可以安装可调节的调压阀以使工艺的操作灵活性最大化，此时成本原则上也会增加。
[0031]优选地，阀因其容易调节而被用作控制元件。
[0032]离开反应器顶部的气体流是未转化的氨和二氧化碳以及惰性气体的气体混合物。在该气体被排入大气之前，可以在高压涤气器中通过液体流吸收去除氨和二氧化碳。尿素制备过程中的高压合成段还可包括这样的涤气器，在其中，离开沉浸式冷凝器顶部的气体流被至少部分地吸收在液体流中。
[0033]除了离开沉浸式冷凝器顶部的气体流以外，高压涤气器中的液体流还可以至少部分地吸收离开反应器顶部的气体流。液体流源自一个回收段，并且可包含氨、二氧化碳、水、氨基甲酸铵和微量的尿素。溶解在液体流中的氨和二氧化碳通常直接返回反应器或通过沉浸式冷凝器返回反应器。
[0034]在尿素生产过程中，涤气器可以设置在高于沉浸式冷凝器的位置。当使用第二喷射器将离开涤气器的液体流运输至反应器和/或沉浸式冷凝器时，可以任意设定涤气器在尿素生产过程中的位置。第二喷射器可由液体氨驱动或由得自一个回收段的氨基甲酸铵溶液驱动。
[0035]如果涤气器位于高于沉浸式冷凝器的位置，并且涤气器与沉浸式冷凝器的高度差足够大，则不需要第二喷射器，而是利用重力将离开涤气器的液体流运输至沉浸式冷凝器。
[0036]本发明还涉及一种由氨和二氧化碳制备尿素的装置，所述装置在高压合成段中包括反应器、汽提器、沉浸式冷凝器和位于连接沉浸式冷凝器与反应器的管线中的喷射器，其中存在连接至沉浸式冷凝器顶部并且包括一个或更多个控制元件的管道。
[0037]本发明的装置还可以包括涤气器和连接涤气器与沉浸式冷凝器顶部的管道，而且高压合成段还可包括连接涤气器与反应器顶部的管道。
[0038]如果离开涤气器的管道连接至通过另一管道与反应器相连的第二喷射器，则可以任意设定涤气器在尿素生产过程中的位置。
[0039]本发明还涉及对由氨和二氧化碳制备尿素的装置进行优化的方法，所述装置在高压合成段中包括反应器、汽提器、沉浸式冷凝器和位于连接沉浸式冷凝器与反应器的管线中的喷射器，其中，在连接至沉浸式冷凝器顶部的管道中设置一个或更多个控制元件。
[0040]本发明尤其涉及如下实施方式:
[0041]实施方式1.在尿素生产过程中由氨和二氧化碳制备尿素的方法，所述尿素生产过程在高压合成段中包括:
[0042]a.反应器，在其中，氨与二氧化碳反应以形成含尿素的合成溶液，
[0043]b.汽提器，在其中，所述含尿素的合成溶液被加热并用汽提剂以可选的逆流方式汽提，
[0044]c.沉浸式冷凝器，在其中，离开所述汽提器顶部的气体被部分地冷凝，以形成冷凝溶液，和
[0045]d.喷射器，位于连接所述沉浸式冷凝器与所述反应器的管线中，用于协助所述冷凝溶液从所述沉浸式冷凝器到所述反应器的运输，
[0046]其特征在于:通过一个或更多个控制元件来控制离开所述沉浸式冷凝器顶部的气体流，并且来自所述沉浸式冷凝器的所述冷凝溶液包含5_30wt %的尿素。
[0047]实施方式2.如实施方式1的方法，其特征在于:所述尿素生产过程的所述高压合成段还包括涤气器，在所述涤气器中，所述离开所述沉浸式冷凝器顶部的气体流被至少部分地吸收在液体流中。
[0048]实施方式3.如实施方式2的方法，其特征在于:在所述涤气器中，离开所述反应器顶部的气体流也被至少部分地吸收在所述液体流中。
[0049]实施方式4.如实施方式1-3中任一项的方法，其特征在于:使用第二喷射器将离开所述涤气器的所述液体流送至所述反应器和/或所述沉浸式