专利名称：用不同产率的反应区间制备尿素的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及工业合成尿素的方法，其是通过在高温高压下，将氨和二氧化碳至少在一个反应区间中反应，至少将部分在回收得到的未反应产物进行循环。
更具体讲，本发明涉及如上所述方法，其中a)用非常纯的试剂进行合成反应，和b)合成反应在不太纯试剂间进行，由所述回收区(回收混合物)进行循环。
合成上述类型尿素的系统已在本申请人1990，10.3提出的瑞士专利申请No.03216/90-I中记载。
用于实施本方法的设备包括第一高产率反应器，它由外部的新鲜CO2和NH3进料，并具有很纯的回收NH3;第二反应器，其与第一反应器平行，其进的料是来自回收混合物的试剂;和用于回收从上述第一和第二反应器收到的反应混合物的系统或区。
在该重要技术领域继续研究和实验，本申请人现已出人意料地完善了按所述主专利申请的方法的实施方案以特殊的效率和有利的方式使之生效，首先是由于其只需很小的投资和最小的能量消耗。
在效果上，现已发现，来自平行的两个反应区或阶段的尿素溶液其用于循环未反应产物(残余的氨基甲酸酯和过量NH3)，其可经济地处理，而不必用已知费用高且复杂的，用NH3和CO2进行汽提。
在本发明方法中，更具体讲在建有新装置时，主要是高产率合成(HEPC)的反应阶段A是在高压(Pmax)(例如大于300kg/cm2abs，优选约400kg/cm2abs)，于很纯试剂间进行的，随后的闪蒸阶段F1是在至少低于所述最高压(Pmax)40%，优选约200kg/cm2abs下进行。来自所述闪蒸阶段F1的气体流出物GF1加到不太纯试剂的低产率合成的反应阶段B中，其是在低于200kg/cm2abs压力下进行的，而来自上述闪蒸阶段的液体流出物EF1和来自低产率反应阶段B(其与高产率反应阶段A平行进行)的流出物EB一起加入回收区RE，RE由两个分解阶段D1和D2组成第一D1是低于100kg/cm2abs，优选50kg/cmabs下进行的;第二D1是在低于50kg/em2abs压力下，优选20kg/cm2abs下进行的。
在一极其简单有效的实施方案中，每一分解阶段分别由分解器D1和分解器D2(用于蒸馏转成尿素的试剂的热交换器)组成，由NH3+CO2+H2O混成的气体流出物加到具有直接热回收的冷凝系统中，其中进行了所述流出物的部分冷凝，然后，在顶部具有冷凝器的精馏柱中将冷凝进行完全。
本发明的各个方面和优点由下面记载的一具体实施方案更好描述，该方案是优选的但不限于此，其描述在所附图(
图1)中，该图描述了本发明方法和相关的装置。
路线A表示主合成反应区或阶段，其是通过加入来自外部的很纯新鲜试剂，即从管路5来的CO2和管路4来的NH3进行的。A中反应是在整个系统的最高压力(Pmax)，优选300kg/cm2abs以上，更好在约400kg/cm2abs下进行的。留在线6里的A中主反应产物在装置31中进行闪蒸F1，其是在压力PF下进行的，PF至少低于Pmax40%，优选低于200kg/cm2abs。来自闪蒸阶段F1的气体馏分GF1通过管路8加到不太纯试剂(回收)的合成反应的第二区B中，其也是在低于Pmax压力下进行的，实际上与PF相同，即低于200kg/cm2abs。
根据本发明一个方面，来自闪蒸阶段F1的液体流出物EF1与管路10上来自阶段B的流出物EB一起加到回收区RE中，RE包括两个分解阶段D1和D2，其是在管路11连接下操作，管路11将D1底部和D2顶部相连。第一分解器D1(或热交换器)的压力低于100kg/cm2abs，但不低于40，优选约50kg/cm2abs，而第二阶段D2(分解器或热交换器)的压力低于50kg/cm2abs，优选约20kg/cm2abs。
上述两个阶段D1和D2进行A和B中未反应试剂的蒸馏，基本上由NH3+CO2+H2O组成的其气体流出物12和14加到直接从过程进行热交换的冷凝系统中(预冷凝器CD1和CD2，“过程至过程”)，在过程中发生了所述流出物的部分冷凝，在顶部具有冷凝器(CT1和CT2)的分馏柱C1和C2将冷凝进行完全以回收高纯度NH3AP。该高纯度循环用于主反应阶段A(管路4)。
来自分解器D1的第一阶段柱C1的底流出物EC1(其由更浓的氨基甲酸酯溶液组成)通过管路线24，泵34，和管路线28加到第二反应区B，而柱C2底部的冷凝产品EC2(其由不太浓氨基甲酸酯组成)与来自第一分解器D1的蒸汽V1一起通过泵33，管线23和预冷凝器CD1再循环到第一阶段的柱C1中。
来自第二处理阶段D2的尿素溶液Su沿管线13运行，并优选在绝热下，于低于20kg/cm2abs压力，优选低于10kg/cm2abs，更好是3-6kg/cm2abs下进行闪蒸处理F2;管线16上的气体流出物EGF2在冷凝器40中冷凝后，通过管线22，泵32和预冷凝器CD2加到处理的第二阶段，而液体流出物EL2(纯尿素溶液)被送到进行最后真空浓缩，其常常是在蒸发器E1和E2中进行。在CD1和CD2中回收的热Q1和Q2优选在E1(过程至过程”)中交换以浓缩尿素，尿素最后离开管线19，泵39，在49中收集。真空和冷凝处理系统50(常规接收来自E1和E2顶部的蒸汽并用管线21上提供回收的氨水。
现已发现，本发明的方法是十分有效的并具有真正的重要方面，其中约80%尿素在高产率反应器A(HEPC)中制备，余下的20%在第二反应区B或辅助反应器RS中制备。下面的实例使本发明显得更有说服力，但其绝对不表示限制本方法。
实例1和2在具体情况中，设计数据是-生产能力1500MTD尿素-在150kg/cm2abs下，于汽轮离心机中压缩CO2-在13kg/cm2下提取的汽轮动力蒸汽;
压力43kg/cm2abs温度390℃
冷凝压力0.12kg/cm2abs用于汽轮的热率是43kg/cm2abs -13.00kg/cm2abs 16.4kg/kwh43kg/cm2abs -0.12kg/cm2abs 4.1kg/kwh43kg/cm2abs -4.50kg/cm2abs 8.7kg/kwh根据本发明，80%尿素在高产率HEPC反应器A中制备，而余下的20%在反应器B或辅助反应RS中得到。
对于反应器B，已考虑两种可能情况-情况A，H2O/CO2摩尔比＝1，产率64%-情况B，H2O/CO2摩尔比＝1.2，产率62%在适应图1的简单方法路线中，计算的原料平衡见表1和2。
应注意的是，为简单起见，存在于CO2和钝化空气(引入CO2的空气量相当于CO2中的O2的1000/2000PPmVol)的惰性物质没被示出。
更具体讲，假定形成的付产品和外部丢失是零。
本方法技术特征是反应器A(HEPC)能力1200MTD尿素NH3/CO2(摩尔)4.5H2O/CO2(摩尔)0产率80%温度215℃压力400kg/cm2abs-反应器B(RS)
情况Ⅰ 情况Ⅱ生产能力300MTD尿素 300MTD尿素NH3/CO2摩尔 4.0 4.0H2O/CO2(摩尔) 1.0 1.2产率 64% 62%温度 190℃ 190℃压力 140kg/cm2abs 140kg/cm2abs在情况Ⅰ中，平均(重量)产率为76.8%，在情况Ⅱ中为76.4。
本方法的简述如下，仍对照图1。
本方法的三个不同区-由两个合成反应器HEPC(A)和RS(B)组成的反应区SR，其中在140kg/cm2下闪蒸来自A(EPC)的溶液得到的部分闪蒸汽与再循环的氨基甲酸酯溶液一起加到反应器B(RS)中并形成它的进料;
-中间压力区RE，其是由部分上述闪蒸汽和来自两反应器A和B的尿素溶液的混合Su处理的。
混合溶液的组成是情况Ⅰ 情况ⅡUR 47.27%重量 46.36%重量NH327.41%重量 27.42%重量CO27.89%重量 8.08%重量H2O 17.43%重量 18.14%重量100.00%重量 100.00%重量除了明显少量的水外，该溶液类似于在Snampragetti一型汽提器中得到的并对应于具有下面特征的假定反应物情况Ⅰ 情况ⅡNH3/CO2(摩尔) 3.3 3.3H2O/CO2(摩尔) 0.19 0.24反应物效率 81.5% 80.8%由此可知，对于能耗而言此溶液的处理相对说来是如何的简单和兼价。
溶液分别于50kg/cm2abs和18kg/cm2abs于两个阶段(D1和D2)中进行蒸馏，每个阶段具有预冷凝器(CD1和CD2)和用于得到很纯NH3的精馏柱(C1和C2)。
更具体讲，在50kg/cm2abs下的阶段D1中，预冷凝器(如上所述，接受部分闪蒸蒸汽)，按双效技术，被连到第1真空蒸馏器E1和处理工艺中水的区上，而顶部冷凝将所有预热到约80℃的NH3送到HEPC。
在18kg/cm2abs的阶段D2中，在预冷凝器中的热，仍可按双效技术，用于第一真空蒸馏器的较低部分。
-完成区SF，于5kg/cm2abs，溶液的绝热闪蒸F2后，按常规技术真空蒸馏尿素溶液SU。
应注意到，在第一真空冷凝器中的尿素溶液通过用“过程对过程”蒸汽冷凝热被浓缩到96%。
相对小的反应器A(HEPC)(0.05m3/TD尿素)用锆来衬里，以消除由于高温操作引起的任何腐蚀。
该类型许多反应器已使用数十年并且它们中的一些仍在使用而没发现任何问题。
另外，按本申请人的专利申请03216/90-1，通过在用进料NH3冷却的2RE69中用衬里，可免去使用锆衬里。
下面表示了消耗。
情况Ⅰ 情况Ⅱ-在43kg/cm2abs 759kg/MT尿素 772kg/MT尿素和390℃的蒸汽-电能65kwh/MT尿素 65kwh/MT尿素在反应器B(RS)中H2O/CO2摩尔Ec的增加很难增加蒸汽消耗，但增加了其可靠性。
指示蒸汽消耗量也包括CO2的汽轮离心压缩机(CO2在离心机中从1压缩至150kg/cm2abs和在另一种压缩机中从150压缩至400kg/cm2abs)所需的蒸汽，能量消耗包括从150压缩到400kg/cm2abs所用的能量。
基于上述，可以说新的方法由于下面的原因显得非常令人鼓舞-技术已充分适用于工业规模;
-低能量消耗;
-显著的简单性;
-无“困难”设备，如所需的汽提器氨基甲酸酯冷凝器;
-低投资。
由于新方法的非常简单性，因此其不仅适用于大型装置，而且也适用于中和小型装置。
权利要求
1.工业合成尿素的方法，其中氨和二氧化碳在高温高压下，在至少一反应区SR中反应，未反应的产物在回收区RE处理，所述合成包括a)高纯度试剂间的反应；和b)来自所述回收区且用于再循环的不太纯试剂间的反应，该方法特征在于高纯度试剂间的且为高产率的主合成(HEPC)的反应阶段A是在高压(Pmax)，例如300kg/cm2abs以上，优选约400kg/cm2abs下进行的，随后的闪蒸阶段F1是在至少低于所述压力(Pmax)40%，优选低于200kg/cm2abs下进行，来自上述闪蒸阶段F1的气态馏分GF1被加到用于不太纯试剂的次合成的反应阶段B中，反应阶段B在低于200kg/cm2abs下进行，而来自上述闪蒸阶段的液体馏分EL1与来自次反应阶段B的馏分EB(次反应阶段B与主反应阶段A平行进行)一起加到回收区RE中，RE由两个分解阶段D1和D2串联组成，D1和D2操作如下第一D1的压力为低于100kg/cm2abs，优选50kg/cm2abs，第二D2的压力为低于50kg/cm2abs，优选20kg/cm2abs。
2.根据权利要求1的方法，其中80%尿素是在反应A中生产的，余下的20%是在反应B中生产的。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于每个分解段包括用于蒸馏没转成尿素的试剂的分解器(分别为D1和D2)，其中由NH3+CO2+H2O组成的气体流出物加到具有本方法的直接进行热交换的冷凝系统(预冷凝器CD1和CD2“过程至过程”)发生部分冷凝，冷凝在带有顶部冷凝器(分别为CT1和CT2)的精馏柱(分别为C1和C2)中进行完全，从而回收再循环到反应工段A的高纯度氨。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于将来自第一处理阶段的柱C1底部的馏分(更浓的氨基甲酸酯溶液)加到反应阶段B中，而来自第二处理阶段的柱C2底部的冷凝产物(不太浓氨基甲酸酯溶液)与来自第一分解器的蒸汽一起再循环到第一阶段的柱C1中。
5.根据权利要求4的方法，其中来自冷凝器CF2的高纯度液氨(AEP1)与液料氨一起加到冷凝器CT1中，其中，在50kg/cm2abs下，用来自柱C1的氨蒸气冷凝热将其加热到70-90℃。
6.根据权利要求5的方法，其中来自第二处理阶段的尿素溶液，最好是在绝热下，即不引入外部热，在低于10kg/cm2abs压力，优选3-6kg/cm2abs下，进行闪蒸步骤，其冷凝的气体馏分(氨基甲酸酯的不太浓溶液)被加到第二处理阶段的柱C2中，而液体馏分(纯尿素溶液)进行最后的真空浓缩。
7.实施前述权利要求所要求方法的设备，其特征在于它包括两个合成反应器A和B，第一闪蒸器F1，有两个分解阶段的回收区，每个分解阶段包括一分解器，一交换器，一个柱和一顶部冷凝器;第二闪蒸器，两个蒸发器和真空及工艺水处理系统。
8.根据上述记载的方法和设备。
全文摘要
本发明涉及工业合成尿素的方法，该方法的详细描述见说明书。
文档编号C07C273/04GK1063867SQ9210082
公开日1992年8月26日 申请日期1992年1月29日 优先权日1991年1月29日
发明者G·帕伽尼, U·扎迪 申请人:乌里阿·卡萨勒有限公司