在低压回收段具有热整合的尿素生产方法和装置与流程

背景技术：

本发明涉及汽提型尿素生产方法和装置，并且涉及改进现有尿素装置的方法。

具有高压汽提器和没有高压汽提器的尿素方法是已知的。在没有高压汽提器的尿素方法中，供应至尿素合成溶液的热量通常仅使用一次；因此，这种类型的方法可被称为n＝1方法。在使用高压汽提的尿素方法中，热量被输入到第一加热器(汽提器)中，在高压氨基甲酸盐冷凝器中回收，并在低压加热器中再使用。所供应的热量被有效地使用两次；因此，使用术语“n＝2方法”。汽提过程的平均能量消耗为0.8至1.0吨蒸汽/吨尿素。

在stamicarbonco2汽提型的示例性典型尿素方法中，来自低压分解器的气体通过精馏塔(用于与进入的尿素溶液逆流接触)，然后直接供应至使用冷却水的低压氨基甲酸盐冷凝器。将来自低压分解器的尿素溶液供应至闪蒸容器，然后供应至加预蒸发器，在该预蒸发器中尿素溶液被加热(ullmann'sencyclopaedia，urea章节，2010)。

在ullmann'sencyclopaedia，urea章节，2010中提到，在1980年代，描述了一些方法，这些方法旨在通过进一步应用多重效应至n＝3来更大地降低能量消耗，其中供应至第一加热器(汽提器)的热量被有效地使用三次(n＝3)。具体地，在概念形式中，尿素合成溶液通过穿过串联的三个加热器而被转化为尿素熔体，第二加热器使用冷凝来自第一加热器的气体的冷凝器的热量；第三加热器使用由冷凝器提供的冷凝热，该冷凝器用于冷凝来自第二加热器的气体。

us2015/0119603描述了一种用于在尿素装置中由氨和二氧化碳生产尿素的方法，该尿素装置包含具有水平池式冷凝器的高压合成段。该方法包括将热量从在池式冷凝器的壳段中接收的高压工艺介质交换至在设置在池式冷凝器中的第一热交换段中接收的中压含尿素溶液，以至少将氨基甲酸铵分解为nh3和co2。在一个实施方案中，在第一热交换段中产生的气体被进料至中压冷凝器蒸发器，其中气体被至少部分地冷凝，并且其中来自尿素-水混合物的水在真空条件下蒸发。可以看出，在us2015/0119603的方法中热量被有效地使用了三次。

us2015/0119603的缺点在于第一热交换器段例如u形管束在两侧上与工艺介质接触。该工艺介质含有氨基甲酸铵并且在与高压和中压操作相关的温度处为高度腐蚀性的。考虑到管中的腐蚀性流体穿过管材中的钻孔，这使得难以构造水平池式冷凝器，具体地管与管材的连接，该管材由夹置有两个耐腐蚀衬里的碳钢组成。

us2015/0086440描述了一种用于组装管材和u形管热交换器的方法，该方法涉及使用插入管材中的套筒；该套筒由耐腐蚀性双相不锈钢制成。

www.stamicarbon.com上的小册子“launchmeltultralowenergydesign”提到，通过在高压冷凝器与中压精馏加热器之间直接热整合，接着在中压冷凝器与第一级蒸发器加热器之间直接热交换，将尿素装置的蒸汽摄入最小化至空前较低的水平，即每吨生产的尿素小于600kg蒸汽。在本文档中，“直接”热交换和“直接热整合”是指在不使用热传递流体而通过壁在单独的料流之间进行热交换。

us2018/0258034描述了一种尿素制造方法，其中在一个实施方案中使用由分解气体的冷凝热产生的蒸汽来加热进料氨。

us2012/0302789描述了一种尿素生产方法，其中来自汽提器的尿素溶液在液体进入第一回收段之前经受绝热膨胀和蒸气与液体的分离。蒸气可被冷凝，并且由此释放的冷凝热可用于浓缩尿素溶液。

本发明的目的是提供一种具有简单设计的高压段的节能尿素生产方法和装置。

技术实现要素：

在第一方面，本发明涉及尿素生产方法，该方法包括：

a)使氨和二氧化碳在高压反应区中经受尿素形成条件，从而形成也包含氨基甲酸盐的第一尿素溶液，

b)使该第一尿素溶液经受高压汽提以使用热量来分解氨基甲酸盐，从而形成气体料流和也含有氨基甲酸盐的第二尿素溶液，以及使该气体料流在高压氨基甲酸盐冷凝器中经受冷凝，从而形成第一含氨基甲酸盐溶液并释放冷凝热，其中将该含氨基甲酸盐溶液供应至高压反应区，

c)使所述第二尿素溶液经受低压氨基甲酸盐分解，或在中压下首先处理所述第二尿素溶液，并使该经处理的第二尿素溶液经受低压分解，其中所述低压氨基甲酸盐分解涉及在低压分解器中使用来自高压氨基甲酸盐冷凝器的所述冷凝热加热含氨基甲酸盐的尿素溶液以分解氨基甲酸盐，从而得到第一蒸气和也含有氨基甲酸盐的第三尿素溶液，并且使该第三尿素溶液膨胀至低于大气压的压力，从而获得膨胀的第三尿素溶液，

d)使所述第一蒸气在第一低压氨基甲酸盐冷凝器中经受冷凝，从而获得第二含氨基甲酸盐溶液和第二蒸气，并释放附加的冷凝热，其中该第一低压氨基甲酸盐冷凝器具有用于第二含氨基甲酸盐溶液的与高压反应区的入口液体连通的出口，以及使用来自所述第一低压氨基甲酸盐冷凝器的所述附加的冷凝热，通过经由所述第一低压氨基甲酸盐冷凝器和低于大气压的分解器之间的热交换壁进行热传递，使所述膨胀的第三尿素溶液在所述低于大气压的分解器中经受氨基甲酸盐的分解，从而获得第四尿素溶液和第三蒸气，以及

e)使所述第三蒸气在低于大气压的氨基甲酸盐冷凝器中经受与冷却流体进行间接热交换的冷凝，从而获得第四含氨基甲酸盐溶液。

在又一方面，本发明涉及尿素装置，该尿素装置包括：

a)高压反应区，该高压反应区用于使氨和二氧化碳经受尿素形成条件，从而形成也包含氨基甲酸盐的第一尿素溶液，

b)高压汽提器，该高压汽提器用于使第一尿素溶液经受高压汽提以使用热量来分解氨基甲酸盐，从而形成气体料流和也含有氨基甲酸盐的第二尿素溶液，

以及高压氨基甲酸盐冷凝器，该高压氨基甲酸盐冷凝器用于使所述气体料流经受冷凝，从而形成第一含氨基甲酸盐溶液并释放冷凝热，

c)低压分解器，其中该低压分解器被配置用于使所述第二尿素溶液经受低压分解，或其中该装置被配置用于在中压段中在中压下首先处理至少一部分第二尿素溶液以得到经处理的第二尿素溶液，并且该低压分解器被配置用于使所述经处理的第二尿素溶液经受低压分解，并且其中所述低压氨基甲酸盐分解涉及使用来自高压氨基甲酸盐冷凝器的所述冷凝热加热含氨基甲酸盐的尿素溶液以分解氨基甲酸盐，从而得到第一蒸气和也含有氨基甲酸盐的第三尿素溶液，以及膨胀系统，该膨胀系统用于使第三尿素溶液膨胀至低于大气压的压力，从而获得膨胀的第三尿素溶液，

d)第一低压氨基甲酸盐冷凝器，该第一低压氨基甲酸盐冷凝器用于使所述第一蒸气经受冷凝，从而获得第二含氨基甲酸盐溶液和第二蒸气，并释放附加的冷凝热，其中该第一低压氨基甲酸盐冷凝器具有与高压反应区液体连通的用于第二含氨基甲酸盐溶液的出口，以及低于大气压的分解器，该低于大气压的分解器用于使用来自所述第一低压氨基甲酸盐冷凝器的所述附加的冷凝热，通过经由所述第一低压氨基甲酸盐冷凝器与所述低于大气压的分解器之间的热交换壁进行热传递，使所述膨胀的第三尿素溶液经受氨基甲酸盐的分解，从而获得第四尿素溶液和第三蒸气，以及

e)低于大气压的氨基甲酸盐冷凝器，该低于大气压的氨基甲酸盐冷凝器被配置用于使所述第三蒸气经受与冷却流体进行间接热交换的冷凝，从而获得第四含氨基甲酸盐溶液，并且优选地具有用于第四含氨基甲酸盐溶液的全部或部分的与高压反应区的入口液体连通的出口。

附图说明

图1示出了根据本发明的示例性实施方案的工艺方案。

图2示出了根据本发明的示例性实施方案的工艺方案。

图3示出了根据本发明的示例性实施方案的工艺方案。

图4示意性地示出了根据本发明的改进现有装置的方法的示例性实施方案。

具体实施方式

本申请广泛地基于明智的见解，以在具有高压汽提器类型的尿素方法中将来自低压回收段的分解器的气体供应至两个串联的冷凝器，以及使用在所述两个冷凝器的上游冷凝器中释放的冷凝热，用于从低压分解器获得的尿素溶液中的氨基甲酸盐的低于大气压的分解。

这样，热量首先在高压汽提器(s)中被使用，并且在高压氨基甲酸盐冷凝器(hpcc)中被释放，来自该高压氨基甲酸盐冷凝器的热量在低压(lp)分解器(lpd)中第二次用于氨基甲酸盐分解，并且在用于部分冷凝来自lp分解器的气体的上游第一lp氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)中被释放，并且在第一lp氨基甲酸盐冷凝器中释放的热量通过经由第一lp氨基甲酸盐冷凝器与低于大气压的分解器之间的壁进行热交换而第三次用于在低于大气压(llp)的分解器(llpd)中分解从低压分解器(lpd)获得的尿素溶液中的氨基甲酸盐，因此没有热传递流体将热量从lpc1输送至llpd。这在低压回收段中提供了良好的热整合。此外，一些水在低于大气压的分解器(llpd)中从尿素溶液中蒸发。

因此，第一lp氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)通过经由壁进行热交换而不是在这些单元之间使用热传递流体而与低于大气压的分解器(llpd)热整合。与co2汽提类型的已知尿素方法中的超过78％的汽提效率α相比，此类低于大气压的分解器的使用优选地与以高压汽提器的较低汽提效率α(alfa)(例如小于75％、更优选地60％-70％的汽提效率α)和优选地使用co2作为汽提气体进行高压汽提结合。

在一个优选的实施方案中，hp汽提器以75％或更低(例如50％-75％，或优选地60％-70％，例如63％-68％)的汽提效率(α)操作，其中汽提器优选地使用co2作为汽提气体。

因此，具有较低汽提效率(例如α小于75％)的高压汽提需要显著更少的热量，即提供低得多的蒸汽消耗。此外，高压汽提涉及较低的温度，并且与以较高汽提效率汽提相比，这减少了汽提器中尿素的水解。水解减少有效地提供了转化率的增加或至少尿素收率的增加。因此，进料(co2和nh3，以kg/h为单位)的流量可减少(对于相同的尿素生产，以kg/h为单位)，这提供了更长的停留时间(对于固定的反应区体积)。这进一步增加了尿素转化率(或尿素收率)。在一个示例性实施方案中，总共可实现约7％至约10％的额外尿素生产能力(基于恒定的反应区体积)，或者另选地，在相同的尿素生产能力下，反应区可小7体积％-10体积％。反应区通常为尿素级钢的反应器，尿素级钢为昂贵的构造材料。

此外，随着汽提效率降低，hpcc的热交换负荷(冷凝负荷)减少，例如减少超过25％，诸如减少30％至40％，这可提供更小的热交换表面积(例如，更小的管束)，或者在固定的热交换表面积的情况下，使hpcc中产生的蒸汽的压力增加，例如压力增加1巴，这使得蒸汽更可用于进一步使用。

此外，利用lpc1中释放的冷凝热从llpd中的含尿素的料流中分离nh3、co2和水(在低于大气压的条件下)，由于较低的温差，提供了有利的低热交换器壁温(对于壁lphx)。这提供了减少的缩二脲形成。热交换器壁温度具体地低于使用典型的热传递流体的情况，诸如约4.5巴绝对压力下的lp蒸汽。以相同的方式，在具有中压氨基甲酸盐冷凝器mpc的任选实施方案中，壁mphx的热交换壁可低于lp蒸汽用于预蒸发时的热交换壁。

较低的汽提效率还有利地提供了在汽提器上方减少的缩二脲形成。

利用在lpc1和优选地mpc处的氨基甲酸盐冷凝热以及较低汽提效率的总体效果被量化为最终产物中缩二脲减少0.04重量％至0.06重量％。

来自低于大气压的分解器的蒸气在低于大气压的冷凝器(llpc)中冷凝，得到含氨基甲酸盐溶液，其包含水、氨基甲酸盐和一些尿素(例如35重量％-45重量％的氨基甲酸盐，其余主要为水和约0.5％-2％(例如重量％)夹带的尿素)。在本发明的优选实施方案中，该含氨基甲酸盐溶被液部分地或完全地供应至最终的高压反应区，即使其具有高水分数(例如，至少40重量％的水，例如65重量％-55重量％的水)。再循环至反应区的稍微较高温的水与蒸汽消耗大大降低的优点平衡，特别是对于高压汽提而言。低于大气压的分解器确保即使在较低程度的高压汽提下也可充分纯化尿素溶液。在优选的实施方案中，来自llpc的含氨基甲酸盐溶液部分地或完全地、优选完全地被间接地供应至高压反应区的入口，例如通过首先将含有例如至少50重量％水的含氨基甲酸盐溶液供应至另一个氨基甲酸盐冷凝器，在该冷凝器中水级分被有利地用于避免氨基甲酸盐的结晶。

相比之下，在已知的尿素生产装置中，通常将例如通过真空蒸发段的冷凝器获得的含有少量氨和尿素(或相应地含有大部分水)的含水料流送至废水处理段进行纯化。纯化可例如涉及解吸(以去除氨)和水解(以去除尿素)。纯化为高度能量密集的(具有高蒸汽消耗)，特别是对于水解器。因此，有利的是，来自llpc的冷凝物可完全再循环至hp合成反应区，从而不会增加任何废水处理段上的负荷，同时仍然实现良好的转化。

不希望受理论的束缚，认为来自llpc的冷凝物中尿素的存在主要或完全是由于来自llpd的液滴在蒸气料流中的物理夹带。

在一个任选的实施方案中，将来自lpcc的含氨基甲酸盐溶液(例如冷凝物)的一部分或全部(例如10重量％-90重量％的分数)在解吸器塔或废水处理段中处理，并且例如通过将冷凝物分成最终供应至高压反应区的部分和供应至解吸器塔或废水处理段的部分。冷凝物在解吸器和/或废水处理段中的处理得到两种料流，即纯化的冷凝物(例如，基本上纯水)作为第一料流，该纯化的冷凝物通常不被重新引入高压反应区中的工艺料流中。第二料流通常为具有超过10重量％氨基甲酸盐的含氨基甲酸盐溶液，并且例如被再循环至高压反应区。

第一lp氨基甲酸盐冷凝器中的蒸气(包括nh3和co2的未冷凝气体)任选地在使用冷却水的第二下游lp氨基甲酸盐冷凝器(lpc2)中冷凝；冷凝物(含氨基甲酸盐溶液)被再循环至尿素合成反应区；在一些其他实施方案中，蒸气相反地在任选的洗涤之后被排出。在第一优选的实施方案中，将来自lpc2的含氨基甲酸盐溶液供应至lpc1，因为在lpc1中通常需要供应水以避免lpc1中的氨基甲酸盐结晶。在第二优选的实施方案中，将来自lpc1的含氨基甲酸盐溶液供应至lpc2，并且将来自llpc的含氨基甲酸盐溶液供应至lpc1。在该实施方案中，具体地，在存在从lpc1接收的液体(c2)的情况下，将蒸气(v2)和液体(c2)例如作为混合物从lpc1供应至lpc2，以利用冷却流体(例如冷却水)进一步冷凝蒸气(v2)。例如，将来自lpc2的含氨基甲酸盐溶液(c2)供应至高压合成段，具体地再循环回到hp反应区。这样，来自llpc的氨基甲酸盐(c4)首先向lpc1提供必要的水供应，以避免lpc1中的氨基甲酸盐结晶。供应至lpc2的来自lpc1的液体(c2)向lpc2提供必要的水供应。就能量效益而言，该第二优选实施方案不如第一优选实施方案优选，但与用co2汽提的现有尿素方法相比，仍提供显著的能量有益效果。

优选地，来自汽提器的尿素溶液膨胀至中压(mp)并在其膨胀至低压并供应至lp分解器之前经受中压处理。更优选地，中压处理为绝热闪蒸，以得到闪蒸的尿素溶液和中压蒸气。另选地，中压处理为中压分解，得到经处理的尿素溶液和中压蒸气。中压分解可涉及加热；其中所用的热量例如可作为蒸汽例如从hpcc供应。热量也可例如通过hpcc中壁与冷凝介质进行热交换来提供，更具体地，在hpcc为包括管束的壳管式热交换器的情况下，通过在高压工艺介质存在于壳侧上并在壳侧冷凝时通过hpcc的管供应中压尿素溶液，从而释放热量。对于两种类型的优选的mp处理、mp闪蒸和mp分解，mp蒸气优选地在mp冷凝器(mpc)中冷凝，该冷凝器优选地还从lpc1和/或从任选lpc2(该溶液包含一些水)接收含氨基甲酸盐溶液，以避免氨基甲酸盐的结晶。所得的含氨基甲酸盐溶液例如通过高压氨基甲酸盐冷凝器被泵送并供应至高压反应区。在mp冷凝器中释放的冷凝热优选地用于通过穿过壁的热交换从来自低于大气压的分解器的尿素溶液中蒸发水。

非常有利地，不需要对高压段进行特殊设计(对于基础装置)，同样也不需要对高压段进行特殊修改(对于现有尿素装置的改造)。附加设备诸如lpc1/llpd的热交换容器为低压设备，任选地具有附加的中压设备诸如热交换容器mpc/pev，并因此在氨基甲酸盐腐蚀性较低的较低温度处操作。与高压设备相比，这极大地降低了设备成本，例如因为不需要使用特殊的耐腐蚀材料，诸如双相不锈钢合金。

本发明的尿素生产方法包括使氨和二氧化碳在高压反应区(r)中经受尿素形成条件，从而形成也包含氨基甲酸盐的第一尿素溶液(u1)。该方法还包括使该第一尿素溶液经受高压汽提(s)以使用热量(h1,s1)分解氨基甲酸盐，从而形成气体料流(sg)和也含有氨基甲酸盐的第二尿素溶液(u2)，以及使该气体料流(sg)在高压氨基甲酸盐冷凝器(hpcc)中经受冷凝，从而形成第一含氨基甲酸盐溶液(c1)并释放冷凝热(h2,s2)，其中将该含氨基甲酸盐溶液(c1)供应至高压反应区。

该方法还包括使第二尿素溶液(u2)经受低压氨基甲酸盐分解，或在中压(mpp)下首先处理所述第二尿素溶液(u2)，并且使经处理的第二尿素溶液(u2a)经受低压分解。低压氨基甲酸盐分解涉及在低压分解器(lpd)中使用来自高压氨基甲酸盐冷凝器的所述冷凝热(h2,s2)来加热含有氨基甲酸盐的尿素溶液(u2,u2a)以分解氨基甲酸盐，从而得到第一蒸气(v1)和也含有氨基甲酸盐的第三尿素溶液(u3)，以及使第三尿素溶液膨胀至低于大气压的压力(f1,x1)，从而获得膨胀的第三尿素溶液(u3a)。

该方法还包括使第一蒸气(v1)在第一低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)中经受冷凝，从而获得第二含氨基甲酸盐溶液(c2)和第二蒸气(v2)，并释放附加的冷凝热(h3)。第一低压氨基甲酸盐冷凝器具有用于第二含氨基甲酸盐溶液(c2)的与高压反应区(r)的入口液体连通的出口。

该方法还包括使用来自所述第一低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)的所述附加的冷凝热(h3)，通过经由所述第一低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)与所述低于大气压的分解器(llpd)之间的热交换壁(lphx)进行热传递，使所述膨胀的第三尿素溶液(u3a)在低于大气压的分解器(llpd)中经受氨基甲酸盐的分解，从而获得第四尿素溶液(u4)和第三蒸气(v3)。该方法还包括使所述第三蒸气(v3)在低于大气压的氨基甲酸盐冷凝器(llpc)中经受与冷却流体进行间接热交换的冷凝，从而获得第四含氨基甲酸盐溶液(c4)。

该方法任选地还包括使第二蒸气(v2)在第二低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc2)中经受与冷却流体(cw)进行间接热交换的冷凝，从而获得第三含氨基甲酸盐溶液(c3)，其中该第二低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc2)具有用于第三含氨基甲酸盐溶液(c3)的与高压反应区(r)的入口液体连通的出口。在一些实施方案中，第二蒸气(v2)相反任选地在洗涤之后被排出。

在一个优选的实施方案中，低于大气压的氨基甲酸盐冷凝器(llpc)具有用于第四含氨基甲酸盐溶液(c4)的至少部分的与高压反应区(r)液体连通的出口。

本发明的尿素装置(up)包括高压反应区(r)，该高压反应区用于使氨和二氧化碳经受尿素形成条件，从而形成也包含氨基甲酸盐的第一尿素溶液(u1)；以及高压汽提器(s)，该高压汽提器用于使第一尿素溶液经受高压汽提以使用热量(h1,s1)来分解氨基甲酸盐，从而形成气体料流(sg)和也含有氨基甲酸盐的第二尿素溶液(u2)，以及高压氨基甲酸盐冷凝器(hpcc)，该高压氨基甲酸盐冷凝器用于使所述气体料流(sg)经受冷凝，从而形成第一含氨基甲酸盐溶液(c1)并释放冷凝热(h2,s2)。

该尿素装置还包括低压分解器(lpd)。该低压分解器(lpd)被配置用于使所述第二尿素溶液(u2)经受低压分解，或该装置被配置用于在中压段(mpp)中在中压(mpp)下首先处理至少一部分第二尿素溶液(u2)以得到经处理的第二尿素溶液，并且该低压分解器(lpd)被配置用于使所述经处理的第二尿素溶液经受低压分解。低压氨基甲酸盐分解涉及使用来自高压氨基甲酸盐冷凝器的所述冷凝热(h2,s2)来加热含有氨基甲酸盐的尿素溶液以分解氨基甲酸盐，从而得到第一蒸气(v1)和也含有氨基甲酸盐的第三尿素溶液(u3)。该尿素装置还包括膨胀系统(f1,x1)，该膨胀系统用于使第三尿素溶液膨胀至低于大气压的压力，从而获得膨胀的第三尿素溶液(u3a)。该尿素装置还包括第一低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)，该第一低压氨基甲酸盐冷凝器用于使所述第一蒸气(v1)经受冷凝，从而获得第二含氨基甲酸盐溶液(c2)和第二蒸气(v2)并释放附加的冷凝热(h3)。第一低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)具有用于第二含氨基甲酸盐溶液(c2)的与高压反应区(r)液体连通的出口。

该尿素装置还包括低于大气压的分解器(llpd)，该低于大气压的分解器用于使用来自所述第一低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)的所述附加的冷凝热(h3)，通过经由所述第一低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)与所述低于大气压的分解器(llpd)之间的热交换壁(lphx)进行热传递，使所述膨胀的第三尿素溶液(u3a)经受氨基甲酸盐的分解，从而获得第四尿素溶液(u4)和第三蒸气(v3)。

该尿素装置还包括低于大气压的氨基甲酸盐冷凝器(llpc)，该低于大气压的氨基甲酸盐冷凝器被配置用于使所述第三蒸气(v3)经受与冷却流体进行间接热交换的冷凝，从而获得第四含氨基甲酸盐溶液(c4)，并且其优选地具有用于第四含氨基甲酸盐溶液(c4)的全部或部分的与高压反应区(r)的入口液体连通的出口。

本发明涉及尿素生产方法和优选地配置用于该方法的尿素装置。图1中示出了示例性方法和装置。

尿素装置(up)包括hp合成段，该hp合成段包括hp反应区(r)、hp汽提器(s)和hp氨基甲酸盐冷凝器(hpcc)。hp反应区(r)被配置用于使氨和二氧化碳经受尿素形成条件，从而形成第一尿素溶液(u1)，该第一尿素溶液也包含氨基甲酸盐(氨基甲酸铵)并且通常还包含水和氨。该方法涉及使氨和二氧化碳在hp反应区(r)中经受尿素形成条件，从而形成第一尿素溶液(u1)。该反应例如以2.5至3.5、优选地3.0-3.2的n/c比率进行。n/c比率基于理论初始混合物在反应区中nh3与co2的摩尔比。

hp汽提器(s)被配置用于使第一尿素溶液(u1)(尿素合成溶液)经受高压汽提以使用热(h1)(具体地，使用第一蒸汽(s1))将氨基甲酸盐的一部分分解成nh3和co2，从而形成包含nh3和co2的气体料流(sg)(例如，混合气体)，以及也含有氨基甲酸盐、氨和水的第二尿素溶液(u2)(经汽提的尿素溶液)。hp汽提器在如图1所示的co2汽提装置的尿素装置中使用例如co2作为汽提气体。也可使用氨汽提和自汽提；与co2进料结合供应至反应区(r)。高压汽提通常涉及进入的第一尿素溶液与具有比第一尿素溶液更低的nh3或co2蒸气压的气体料流之间的逆流接触。

在一个优选的实施方案中，第一尿素溶液(u1)具有约3(例如2.5-3.5)的n/c比率，并且汽提器出口处的经汽提的尿素溶液即尿素溶液(u2)具有2.0-2.3、任选地2.10至2.30的n/c比率。

第一蒸汽(s1)例如从尿素装置的co2进料压缩机的蒸汽轮机提取。第一蒸汽为例如并且通常取自多功能装置，例如使用化石燃料的专用沸腾系统，任选地通过蒸汽轮机，或者例如取自上游氨装置，或者为例如从任何装置接收的饱和蒸汽(例如18bara至20bara)。

hp氨基甲酸盐冷凝器(hpcc)包括工艺介质侧和冷却剂流体侧以及在这些侧之间的热交换壁，并且被配置用于使所述气体料流(sg)经受氨基甲酸盐的冷凝，从而在工艺介质侧上形成第一含氨基甲酸盐溶液(c1)。氨基甲酸盐的这种冷凝涉及冷凝热(h2)的释放，优选地通过在冷却剂流体侧上产生第二蒸汽(s2)。高压氨基甲酸盐冷凝器(hpcc)具有用于将第一含氨基甲酸盐溶液(c1)供应至高压反应区(r)的连接件。该尿素装置被配置用于将第一含氨基甲酸盐溶液(c1)从高压氨基甲酸盐冷凝器(hpcc)供应至高压反应区，任选地使用单独容器之间的连接件或涉及溶液在组合容器内的输送。该方法涉及将含氨基甲酸盐溶液(c1)供应至高压反应区。

该方法涉及任选地将nh3进料通过hpcc供应至hp反应区。一些尿素可已经在高压氨基甲酸盐冷凝器中形成，例如超过在该方法中形成的总尿素的10重量％、超过30重量％和/或小于90重量％。因此，在一些实施方案中，hp反应区至少部分地设置在hp氨基甲酸盐冷凝器中。hp氨基甲酸盐冷凝器为例如使用冷却水作为冷却液体的热交换器，例如壳管式热交换器，例如具有u形管束以及例如在管中具有冷却水并且在壳侧具有工艺介质的热交换器。

该尿素装置可包括一个或多个hp反应区。在一些实施方案中，该hp反应区或至少一个hp反应区为反应器，例如立式反应器，该反应器为与hp氨基甲酸盐冷凝器分离的容器。在一些实施方案中，hp反应区和hp氨基甲酸盐冷凝器可由单独的容器提供。在一些实施方案中，该hp反应区或hp反应区中的至少一者和hp氨基甲酸盐冷凝器组合在单个容器中，该单个容器优选地为具有水平浸没式冷凝器部件的容器；任选地，该装置包括容器下游的另外的hp反应区，例如作为立式反应器。此类组合容器中的冷凝器为例如具有管束的壳管式热交换器。管束可为例如u形管束或直管束。在操作中，冷却流体通常通过管供应，并且将来自汽提器的气体料流(sg)供应至壳段。该容器为例如如us5767313中所述的池式反应器或如us6680407中所述的立式组合反应器。

hp设备(例如反应器、汽提器和hp氨基甲酸盐冷凝器)例如由耐腐蚀材料制成，诸如尿素级钢(例如铁素体-奥氏体双相不锈钢)，用于至少与工艺介质接触的部件。

该尿素装置包括hp反应区的出口与用于第一尿素溶液的hp汽提器的入口之间的连接件、汽提器的出口与用于气体料流(sg)的hp氨基甲酸盐冷凝器的入口之间的连接件，以及在一些实施方案中，hp氨基甲酸盐冷凝器的出口与用于第一氨基甲酸盐溶液的hp反应区的入口之间的连接件。汽提器优选地具有用于汽提气体的入口，并且hp氨基甲酸盐冷凝器优选地具有氨进料的入口。

在一些实施方案中，该尿素装置包括用于洗涤来自hp合成段的出口(例如，来自hpcc)的气体的hp洗涤器。这些气体特别是惰性的(例如，钝化空气，如果使用的话)。在具有中压冷凝器的优选实施方案中，尿素装置优选地不包括hp洗涤器。

该尿素装置还包括低压回收段，该低压回收段接收来自汽提器的第二尿素溶液(u2)的至少部分(例如全部)；以及任选地在汽提器与低压回收段之间的中压段(mpp)，该中压段用于处理第二尿素溶液(u2)的至少一部分、任选地全部，以得到经处理的第二尿素溶液(u2a)。

该尿素装置，特别是lp回收段，包括低压分解器(lpd)。低压分解器(lpd)被配置用于使第二尿素溶液(u2)和/或经处理的第二尿素溶液(u2a)在低压下经受氨基甲酸盐分解，并且具有用于这些料流的连接到汽提器的出口和/或连接到中压段(mpp)的出口的入口。lp分解涉及使用来自hp氨基甲酸盐冷凝器的冷凝热(h2)优选地通过与第二蒸汽(s2)进行热交换加热任选地经处理的含有氨基甲酸盐的第二尿素溶液(u2,u2a)以分解氨基甲酸盐，从而得到包含co2和nh3以及水蒸气的第一蒸气(v1)，以及也含有氨基甲酸盐和水的第三尿素溶液(u3)。

lp分解器包括例如精馏塔，该精馏塔用于进入(任选地经处理)的含有氨基甲酸盐的第二尿素溶液(u2,u2a)与第一蒸气(v1)之间的接触，特别是用于这些料流之间的逆流接触。精馏塔用于例如降低第一蒸气(v1)的水含量。精馏塔包括例如填料，并且在底部处具有例如用于与蒸汽进行热交换的热交换区。

在一个优选的实施方案中，将co2进料的一部分供应至大气压闪蒸(f1)，以调节第一蒸气(v1)的n/c比率，从而具有期望的较低n/c比率以更好地冷凝第一蒸气(v1)。在一个优选的实施方案中，绝热闪蒸容器(f1)被配置用于气态co2料流与尿素溶液之间的逆流接触，从而优选地绝热地汽提尿素溶液中nh3物质的一部分。

优选地，闪蒸容器(f1)包括用于这种接触的填充床。在一个优选的实施方案中，闪蒸容器(f1)为大气压汽提器。在一个优选的实施方案中，将co2进料的一部分供应至大气压闪蒸(f1)，其中所述部分的量为例如至尿素装置的总co2进料的1重量％至10重量％、更优选地3重量％至8重量％。在一个优选的实施方案中，供应至大气压闪蒸的co2的汽提效应提供了n/c比率从尿素溶液(u3)入口处的约4.0降低至尿素溶液(u3a)出口处的约2.6。闪蒸容器中的n/c校正提供了这样的优点，即llpc中的冷凝温度足够高(例如高于30℃)以利用llpc中的典型可用冷却水(例如30℃-40℃)用于在低于大气压的压力下进行氨基甲酸盐冷凝。

该装置，特别是低压回收段，还包括膨胀系统(f1,x1)，该膨胀系统用于使第三尿素溶液(u3)膨胀至低于大气压的压力(小于1.0巴绝对压力，例如0.10bara-0.9bara，优选地0.3bara-0.5bara)，从而获得膨胀的第三尿素溶液(u3a)。该方法还包括此类膨胀。

在一个优选的实施方案中，膨胀系统包括：大气压闪蒸容器(f1)，该大气压闪蒸容器具有用于第三尿素溶液(u3)的入口，用于例如用绝热闪蒸使尿素溶液膨胀至大气压(例如，1巴至2巴绝对压力，例如1.0bara至1.8bara，或优选地1.0bara至1.3bara)，从而得到第四蒸气(v4)和尿素溶液，以及膨胀阀(x1)，该膨胀阀用于使尿素溶液进一步膨胀至低于大气压的压力以得到膨胀的第三尿素溶液(u3a)。该方法优选地还包括在大气压冷凝器(apc)中冷凝第四蒸气(v4)，以得到第五含氨基甲酸盐溶液(c5)。大气压冷凝器(apc)具有用于第五含氨基甲酸盐溶液(c5)的出口，该出口与高压反应器(r)间接液体连接以实现氨基甲酸盐的再循环。优选地，该方法包括将第五含氨基甲酸盐溶液(c5)供应至第一低压氨基甲酸盐冷凝器和/或第二低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1,lpc2)。这样，第五含氨基甲酸盐溶液(c5)的水级分被巧妙地用于避免第一低压氨基甲酸盐冷凝器和/或第二低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1,lpc2)中氨基甲酸盐的结晶。

低压回收段还包括第一低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)，该第一低压氨基甲酸盐冷凝器用于使第一蒸气(v1)经受氨基甲酸盐的冷凝，从而获得第二含氨基甲酸盐溶液(c2)和第二蒸气(v2)并释放附加的冷凝热(h3)。冷凝为部分的。第一低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)具有连接到低压分解器的第一蒸气(v1)的出口的入口。lpc1操作压力优选地为6bara-9bara，更优选地为8bara；这些压力在lpc1中为与llpd的热整合提供最佳冷凝温度。

第一低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)具有用于第二含氨基甲酸盐溶液(c2)的与高压反应区(r)液体连通的出口。因此，该方法包括任选地通过第二lp氨基甲酸盐冷凝器并且例如通过hp氨基甲酸盐冷凝器并使用泵，将第二含氨基甲酸盐溶液(c2)间接供应至高压反应区(r)。以这种方式，该方法包括将氨基甲酸盐再循环至hp合成段。

该尿素装置还包括低于大气压的分解器(llpd)，该低于大气压的分解器被配置用于使用来自第一低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)的附加冷凝热(h3)使所述膨胀的第三尿素溶液(u3a)经受氨基甲酸盐的分解，从而获得第四尿素溶液(u4)和第三蒸气(v3)。低于大气压的分解器(llpd)具有与用于膨胀系统的膨胀的第三尿素溶液(u3a)的出口连接的入口，并且具有用于第四尿素溶液(u4)的出口和用于第三蒸气(v3)的出口。

该尿素装置包括在所述第一低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)与所述低于大气压的分解器(llpd)之间的热交换壁(lphx)。因此，在实践中，低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)和所述低于大气压的分解器(llpd)组合在单个容器中，更具体地在热交换器中，例如在壳管式热交换器中，其中膨胀的第三尿素溶液(u3a)在热交换器的第一侧(例如，管侧)上，并且第一蒸气(v1)在第二侧(例如，壳侧)上，由热交换壁(lphx)隔开以进行传质。单个容器优选地被配置为具有管侧和壳侧的逆流壳管式热交换器，其更优选地被配置为壳侧上的浸没式冷凝器(lpc1)，其中管浸没在壳侧的液相中，并且在管中具有降膜蒸发(lpd1)，并且管中的流动与壳侧中的流动逆流。

该方法涉及通过该热交换壁(lphx)的热传递。第四尿素溶液(u4)优选地包含至少60重量％尿素，更优选地至少70重量％尿素，例如70重量％至80重量％尿素，例如70重量％至76重量％尿素。

该尿素装置还包括第二低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc2)，该第二低压氨基甲酸盐冷凝器被配置用于使所述第二蒸气(v2)经受通常与冷却流体诸如冷却水(cw)进行间接热交换的冷凝，从而获得第三含氨基甲酸盐溶液(c3)。

第二低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc2)具有与用于第一低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)的第二蒸气(v2)的出口连接的入口，并且具有用于第三含氨基甲酸盐溶液(c3)的出口，该出口与hp反应区(r)的入口液体连通，以通常通过hp氨基甲酸盐冷凝器并使用泵将第三含氨基甲酸盐溶液(c3)最终供应至hp反应区(r)。第二低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc2)为例如壳管式热交换器。

在一个任选的实施方案中，可省略lpc2。对于lpc1/llpd单元的适当操作条件以及lpc1与llpd之间的热整合，lpc2可具有非常低的热负荷至无热负荷(针对冷却水进行冷却的热负荷)。因此，在任选的实施方案中，省略了lpc2。在此类实施方案中，将来自低于大气压的冷凝器(llpc)的氨基甲酸盐溶液(c4)供应至例如第一lp冷凝器(lpc1)，并且来自第一lp冷凝器(lpc1)的蒸气(v2)任选地在洗涤之后被排出。

该尿素装置还包括低于大气压的氨基甲酸盐冷凝器(llpc)，该低于大气压的氨基甲酸盐冷凝器被配置用于使第三蒸气(v3)经受与冷却流体(cw)进行间接热交换的氨基甲酸盐冷凝，从而获得第四含氨基甲酸盐溶液(c4)。低于大气压的氨基甲酸盐冷凝器(llpc)具有用于第三蒸气(v3)的与用于低于大气压的分解器(llpd)的第三蒸气(v3)的出口连接的入口，并且具有用于第四含氨基甲酸盐溶液(c4)的出口。

第四含氨基甲酸盐溶液(c4)包含例如至少20重量％的氨基甲酸盐和例如小于70重量％的氨基甲酸盐，例如30重量％-50重量％的氨基甲酸盐，通常其余基本上为水。

低于大气压的氨基甲酸盐冷凝器(llpc)的出口优选地用于第四含氨基甲酸盐溶液(c4)的全部或部分，并且优选地与高压反应区(r)的入口液体连通。最佳地，低于大气压的氨基甲酸盐冷凝器(llpc)具有用于第四含氨基甲酸盐溶液(c4)的全部或部分的与解吸器塔和/或废水处理段的入口液体连通的出口。该方法优选地涉及优选地通过第一低压氨基甲酸盐冷凝器和/或第二低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1,lpc2)，然后通过hp氨基甲酸盐冷凝器，将第四含氨基甲酸盐溶液(c4)的全部或部分间接供应至高压反应区(r)。低于大气压的氨基甲酸盐冷凝器(llpc)优选地为在壳侧冷凝且在管中具有冷却水的管壳式热交换器；进一步优选具有水平管束并在管的表面上冷凝的水平表面冷凝器，或进一步优选具有竖直管束的竖直降膜冷凝器。优选地，管被提供为直管束。优选地，管在两侧(管壁的内表面和外表面)上均设置有不锈钢材料，因为管在两侧上均暴露于包含氨基甲酸盐的工艺介质。在一个特别优选的实施方案中，使用在壳侧(外管表面)上具有316l钢并且在管侧(内管表面)上具有304l钢的直管束。

在一个优选的实施方案中，低于大气压的氨基甲酸盐冷凝器(llpc)具有用于第四含氨基甲酸盐溶液(c4)的至少部分的出口，该出口优选地通过第一低压氨基甲酸盐冷凝器和/或第二低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1,lpc2)并且任选地通过hp氨基甲酸盐冷凝器(hpcc)与高压反应区(r)液体连通。在尿素装置不包含中压冷凝器的任选实施方案中，优选地将第四含氨基甲酸盐溶液供应至尿素装置的hp洗涤器，其中hp洗涤器具有用于氨基甲酸盐溶液的连接到hp氨基甲酸盐冷凝器的入口的出口。

在一个优选的实施方案中，将第三含氨基甲酸盐溶液(c3)供应至第一低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)，并且将第四含氨基甲酸盐溶液(c4)供应至第二低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc2)；并且该装置因此包括用于第三含氨基甲酸盐溶液(c3)的lpc2的出口到lpc1的入口之间的连接件，以及用于第四含氨基甲酸盐溶液(c4)的从llpc的出口到lpc2的入口的连接件。将第二含氨基甲酸盐溶液(c2)供应至hp反应区。这提供了节能的尿素生产方法和装置。

图1示出了此类实施方案的一个示例的工艺方案，其中此外，汽提器为co2汽提器，并且使用优选的大气压冷凝器(apc)。任选地，使用中压处理单元(mpp)。co2进料的一部分用于大气压闪蒸(f1)中的n/c校正。此外，诸如在hp汽提器与低压分解器之间包括膨胀阀(未示出)以用于每个膨胀/减压步骤。此外，还包括泵和/或喷射器(未示出)以用于液体料流的压力增加，诸如在从llpc到lpc的料流c4中。此外，llpc、lpc2和mpc通常具有用于未冷凝蒸气(特别是惰性气体，例如来自任选使用的钝化空气和/或来自co2进料和/或nh3进料的痕量氢气和/或n2)的出口。在一些实施方案中，hp氨基甲酸盐冷凝器hpcc具有连接到hp洗涤器或mp洗涤器的气体出口；在其他实施方案中，hp合成段不包括hp洗涤器。这些出口未在图1中示出。此外，热(h1、h2、h3)的箭头指示概念热流而非工艺料流；这同样适用于图3中的热流h4。

在另一个实施方案中，将第二含氨基甲酸盐溶液(c2)从第一低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)的出口供应至第二低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc2)的入口，并且将第四含氨基甲酸盐溶液(c4)从低于大气压的氨基甲酸盐冷凝器(llpc)的出口供应至第一低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)的入口；并且该装置包括这些入口和出口之间的连接件。

图2示意性地示出了此类实施方案的示例，其中将溶液c4从llpc供应至lpc2，该实施方案不如图1中的实施方案优选。

第一低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)和第二低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc2)各自独立地为优选地具有液体作为连续相的浸没式冷凝器，并且为例如优选地在管中具有冷却流体的壳管式热交换器；优选地，第一低压氨基甲酸盐冷凝器和第二低压氨基甲酸盐冷凝器均为此类冷凝器。第一低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)为与低于大气压的分解器(llpd)的组合单元，并且该组合单元优选地为具有管束并且在壳侧冷凝蒸汽(v1)并且在管中加热尿素溶液(u3a)的壳管式热交换器，更优选被配置作为浸没式冷凝器。优选地，尿素溶液的加热在管中使用降膜蒸发，另选地可在管中使用升膜蒸发；更优选地，管在壳侧上浸没在含氨基甲酸盐溶液的液相中，另选地降膜冷凝可例如在壳侧上使用。。管束优选地为竖直的。

第一低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)优选地在比第二低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc2)更高的温度处操作，例如在高至少10℃或至少20℃的温度处操作。lpc1优选地用于蒸气的部分冷凝，其中lpc2用于将蒸气v2中的剩余co2和nh3冷凝成氨基甲酸盐。在一些实施方案中，lpc1和lpc2被整合进单个壳中。

lp回收段包括例如单元lpd、lpc1、lpc2、f1、apc、llpd和llpc；尽管f1、apc、llpd和llpc在低于2巴绝对压力的压力下操作。

在一个优选的实施方案中，该方法包括在中压(mpp)下首先处理第二尿素溶液(u2)，并且使经处理的第二尿素溶液(u2a)经受低压氨基甲酸盐分解(lpd)。中压处理优选地涉及从尿素溶液中去除氨和/或氨基甲酸盐，并且该处理得到也含有氨基甲酸盐的经处理的第二尿素溶液(u2a)和含有nh3和co2的第五蒸气(v5)，例如60重量％co2、5重量％水和其余nh3。经汽提的尿素溶液(u2)的压力降低至中压提供了氨基甲酸盐分解。

该方法优选地包括在中压冷凝器(mpc)中冷凝第五含氨基甲酸盐溶液，得到第六含氨基甲酸盐溶液(c6)。优选地，将来自所述第一低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)的第二含氨基甲酸盐溶液(c2)和/或来自低于大气压的氨基甲酸盐冷凝器(llpc)的第三含氨基甲酸盐溶液(c3)供应至中压冷凝器(mpc)，并且该装置包括用于此类流动的入口和出口之间的连接件。优选地，中压冷凝器(mpc)具有用于第六含氨基甲酸盐溶液(c6)的与高压反应区(r)的入口液体连通的出口，并且优选地，该方法涉及将第六含氨基甲酸盐溶液(c6)直接或间接地供应至高压反应区(r)。

优选地，该方法还包括使用由所述中压冷凝器(mpc)中的氨基甲酸盐冷凝释放的冷凝热(h4)，在预蒸发器(pev)中加热来自低于大气压的氨基甲酸盐冷凝器(llpd)(任选地通过尿素储罐)的第四尿素溶液(u4)以从尿素溶液中蒸发水，任选地还分解一些剩余的氨基甲酸盐，从而得到具有降低的水含量的第五尿素溶液(u5)和主要为水蒸气的第六蒸气(v6)。第六蒸气被例如冷凝，并且冷凝物被例如送至废水处理段。第五尿素溶液(u5)包含例如至少80重量％尿素，优选地至少85重量％尿素，例如86重量％-95重量％尿素，例如93重量％尿素。根据该实施方案的示例性方法示于图3中。

优选地，中压氨基甲酸盐冷凝器(mpc)为具有预蒸发器(pev)的组合容器，并且更优选地为具有管束并且在壳侧冷凝mp蒸汽(v5)并且在管中加热尿素溶液(u4)的壳管式热交换器，更优选地被配置作为浸没式冷凝器。优选地，尿素溶液的加热在管中使用降膜蒸发，另选地可在管中使用升膜蒸发；优选地，管在壳侧上浸没在含氨基甲酸盐溶液的液相中。优选地，壳管式热交换器被配置用于管中的流动与壳侧上的流动逆流，使得蒸气入口靠近尿素溶液出口。mpc的管束优选地为竖直的。

优选地，中压处理包括在中压闪蒸容器(mpf)中绝热闪蒸第二尿素溶液(u2)，使得经处理的尿素溶液为闪蒸的第二尿素溶液(u2a)。该实施方案示于图3中。

与根据本发明的低压回收段结合，通过绝热闪蒸作为中压处理可有利地实现非常节能的方法。此外，中压绝热闪蒸容器为相对简单的设备。

图3示意性地示出了具有用于绝热闪蒸来自hp汽提器的汽提器第二尿素溶液(u2)的中压闪蒸容器(mpf)的示例性实施方案。图3还示意性地示出了在lp中回收段如图1所示；即，将溶液c2从lpc1供应至lpc2，并且将溶液c4从llpc供应至lpc1；这种配置与mp处理的使用无关，并且其他配置也是可能的。例如，另一个示例性尿素装置包括中压闪蒸容器(mpf)，并且lp回收段配置如图2所示。

在另一个实施方案中，中压处理包括在中压分解器中加热第二尿素溶液(u2)，从而分解氨基甲酸盐。中压加热使用例如蒸汽作为加热流体。在一个实施方案中，中压加热涉及通过壁与hp氨基甲酸盐冷凝器中的冷凝高压工艺介质进行热交换；例如，在具有两个管束的hp氨基甲酸盐冷凝器中，一个管束用于任选地闪蒸之后的第二尿素溶液(u2)，另一个管束用于冷却水以产生蒸汽。

将来自亚大气分解器(lpd)的尿素溶液(u4)和/或来自预蒸发器(pev)的尿素溶液(u5)例如供应至尿素装置(up)的蒸发段，该蒸发段包括例如串联的一个、两个、三个或更多个真空蒸发级以蒸发水，从而产生蒸气和尿素熔体(具有例如至少95重量％或至少99重量％尿素)；蒸气例如被冷凝并被供应至废水处理段。废水处理段(wwt)包括例如解吸器塔和深度水解单元。深度水解通常涉及使用蒸汽(例如超过10巴的蒸汽)作为加热流体进行加热。来自wwt的经清洁的冷凝物通常不作为工艺介质再循环至hp合成段，而是例如任选地在已用作冷却流体之后在电池极限处处置。尿素熔体例如被供应至精加工段诸如制粒机或造粒塔以固化成固体尿素产品。尿素溶液也可例如用作液体，例如用于生产柴油废气流体(def)和/或液体肥料诸如尿素硝酸铵(uan)。

本发明还涉及改进现有尿素装置以获得根据本发明的装置的方法。

在改进现有尿素装置的优选方法中，现有lp氨基甲酸盐冷凝器变为任选的第二lp氨基甲酸盐冷凝器并且添加用于lpc1/llpd的热交换容器，任选地此外还添加包括用于mpc/pev的热交换器和例如mp闪蒸容器mpf或中压分解器的mp处理段。

对于改进现有尿素装置的优选方法，现有尿素装置包括：用于形成也包含氨基甲酸盐得第一尿素溶液(u1)的高压反应区(r)；高压汽提器(s)，该高压汽提器用于使第一尿素溶液经受高压汽提以使用热(h1,s1)分解氨基甲酸盐，从而形成气体料流(sg)和也含有氨基甲酸盐的第二尿素溶液(u2)；和高压氨基甲酸盐冷凝器(hpcc)，该高压氨基甲酸盐冷凝器用于使所述气体料流(sg)经受冷凝，从而形成第一含氨基甲酸盐溶液(c1)并释放冷凝热(h2,s2)，其中该高压氨基甲酸盐冷凝器(hpcc)具有用于将含氨基甲酸盐溶液(c1)供应至高压反应区的连接件。现有装置还包括低压分解器(lpd)，其中该低压分解器(lpd)被配置用于使所述第二尿素溶液(u2)经受低压分解，或者其中该低压分解器(lpd)被配置用于使经处理的第二尿素溶液经受低压氨基甲酸盐分解，并且其中现有装置被配置用于在中压段中在中压(mpp)下首先处理所述第二尿素溶液(u2)，以得到所述经处理的第二尿素溶液。低压氨基甲酸盐分解涉及使用来自高压氨基甲酸盐冷凝器的所述冷凝热(h2,s2)来加热含氨基甲酸盐的第二尿素溶液(u2)以分解氨基甲酸盐，从而得到第一蒸气(v1)和也含氨基甲酸盐的第三尿素溶液(u3)。

该方法包括添加被配置用于使第一蒸气(v1)经受冷凝的现有低压氨基甲酸盐冷凝器，以及膨胀系统(f1,x1)，如果现有装置不包括此类膨胀容器的话，该膨胀系统用于使第三尿素溶液膨胀至低于大气压的压力从而获得膨胀的第三尿素溶液(u3a)。该方法还包括添加包括第一低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)和低于大气压的分解器(llpd)的单元，其中该第一低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)被配置用于使所述第一蒸气(v1)经受冷凝，从而获得第二含氨基甲酸盐溶液(c2)和第二蒸气(v2)并释放附加的冷凝热(h3)，其中该第一低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)具有用于将第二含氨基甲酸盐溶液(c2)输送至高压反应区(r)的出口，并且其中该低于大气压的分解器(llpd)被配置用于使用来自所述第一低压氨基甲酸酯冷凝器(lpc1)的所述附加的冷凝热(h3)，通过经由所述第一低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc1)与所述低于大气压的分解器(llpd)之间的热交换壁(lphx)进行热传递，使所述膨胀的第三尿素溶液(u3a)经受氨基甲酸盐的分解，从而获得第四尿素溶液(u4)和第三蒸气(v3)。该方法任选地还包括将所述现有低压氨基甲酸盐冷凝器改进为第二低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc2)，该第二低压氨基甲酸盐冷凝器具有用于所述第二蒸气(v2)的入口并且被配置用于与冷却流体(cw)间接热交换进行第二蒸气(v2)冷凝，从而获得第三含氨基甲酸盐溶液(c3)，并且具有用于将该第三含氨基甲酸盐溶液(c3)输送至高压反应区(r)的出口。该方法还包括添加低于大气压的氨基甲酸盐冷凝器(llpc)，该低于大气压的氨基甲酸盐冷凝器被配置用于使所述第三蒸气(v3)经受与冷却流体进行间接热交换的冷凝，从而获得第四含氨基甲酸盐溶液(c4)，并且具有用于将该第四含氨基甲酸盐溶液(c4)的部分或全部输送至高压反应区(r)的出口。该改进的装置优选地为本发明的装置，并且优选地被配置用于实施本发明的尿素生产方法，优选地具有如上文所讨论的优选工艺特征和装置特征。

图4示出了此类改进现有尿素装置的方法的示例。现有装置包括具有反应器r、汽提器s和hp氨基甲酸盐冷凝器hpcc的hp合成段，和包括lp分解器lpd以及现有lp冷凝器的lp回收段，该lp冷凝器使用用于来自lpd的蒸气v1的冷却水cw，例如作为具有u形管束的壳管式热交换器。添加为第一lp氨基甲酸盐冷凝器lpc1以及低于大气压的分解器llpd提供的热交换单元，例如如所述的容器，优选地具有直管束的壳管式热交换器，以及低于大气压的氨基甲酸盐冷凝器llpc。在该方法中添加的单元被阴影化。现有的lp冷凝器任选地变成从添加的单元lpc1接收蒸气v2的lpc2。将来自llpc的氨基甲酸盐溶液c4例如供应至lpc2，并且将来自lpc2的氨基甲酸盐溶液c3例如供应至lpc1。另选地，也可使用图2的配置。

优选地，在改进的装置中，大气压冷凝器(apc)具有用于第五含氨基甲酸盐溶液(c5)的连接到第二低压氨基甲酸盐冷凝器(lpc2)的出口。

在进一步优选的实施方案中，改进装置的方法包括添加mp处理段(mpp)，优选地添加所述绝热闪蒸容器(mpf)。

本发明的方法优选在本发明的装置中进行。本发明的装置优选地适用于本发明的装置。结合该装置讨论的偏好也适用于该方法。结合该方法讨论的偏好也适用于该装置。

如本文所用，hp为至少100bara，例如110bara-160bara，mp为20bara-60bara，lp为4bara-10bara，大气压为1bara-2bara，例如1.0bara-1.8bara，并且低于大气压(llp)为小于1.0bara，例如0.2bara-0.5bara；这些压力范围用于工艺溶液，而对于蒸汽和加热流体不必相同。缩写“bara”是指巴绝对压力。

术语“液体连通”是指允许液体在两个单元之间任选地通过多个中间单元通过的流动管线(例如，管材或导管)。液体连通不涉及气相输送，并且因此由蒸发器、蒸气的流动管线和冷凝器连接的两个单元不处于液体连通，尽管它们处于流体连通(其涵盖气相输送和液体输送)。例如，如果第一单元的液体出口与冷凝器的入口连接，并且冷凝器的液体出口与第二单元的入口连接，则第一单元与第二单元液体连通。

汽提器效率(alfa)被定义为转化为尿素(和缩二脲)的氨的量除以氨的总量(通常在汽提器的液体出口处测量)。该定义等同于基于汽提器出口的nh3转化率的定义。因此，在汽提器的液体出口处测量的alfa＝(2*重量％尿素/60)/((2*重量％尿素/60)/(重量％nh3/17))，其中重量％nh3包括所有氨物质，包括氨基甲酸铵。技术人员理解，“汽提效率”是指汽提器液体出口处的尿素纯度，而不是指汽提器的能量效率。

氨基甲酸盐冷凝器中的冷凝是指所谓的氨基甲酸盐冷凝，其涉及nh3和co2反应成液体的氨基甲酸铵，使得实际上气态nh3和co2变成液相的氨基甲酸盐。氨基甲酸盐分解是指氨基甲酸盐解离成nh3和co2的反应。

实施例1

用图3的工艺方案进行示例性方法。hp汽提器以0.63的示例性汽提效率(alfa)操作，并且汽提器在出口处具有170℃-180℃和140巴-145巴(hp)(所有压力均为绝对压力)的经汽提的尿素溶液u1，其在mpf中绝热闪蒸以得到20巴-30巴(mp)和140℃-150℃的闪蒸的尿素溶液u2a。将料流u2a供应至具有精馏塔的分解器lpd，以用于分解氨基甲酸盐，并得到5巴-8巴(lp)和130℃-140℃处的料流u3，将该料流在闪蒸容器f1中闪蒸至1巴-1.3巴，并在60℃-70℃处在llpd入口处在阀x1中膨胀至0.3-0.5巴绝对压力(llp)。任选地，一些新鲜co2被添加到闪蒸容器f1中用于n/c校正。来自llpd的蒸气v3为70℃-85℃和0.3巴-0.5巴。llpd出口和pev入口处的尿素溶液u4为0.3巴-0.5巴和75℃-90℃，并被加热以得到125℃-135℃和0.3巴-0.5巴的尿素溶液u5。来自mpf的蒸气v5为20巴-30巴和140℃-150℃，并且在mpc中冷凝成20巴-30巴和105℃-115℃处的氨基甲酸盐溶液c6。mpc是用于在壳和管中逆流流动的壳管式热交换器，其中壳侧的气体入口温度为140℃-150℃，其与尿素溶液的管出口在同一端。

llpc将冷却水cw从32℃加热至35℃，llpc出口处的溶液c4为0.3巴-0.5巴和35℃-40℃，并被泵送至lpc2，这得到5巴-8巴和75℃-85℃处的氨基甲酸盐溶液c3，将冷却水cw从55℃加热至65℃，其被供应至lpc1。来自lpc1的蒸气v2在5巴-8巴处为85℃-95℃。实现了580-660kg蒸汽/吨尿素产品的非常低的能量消耗。此外，hp氨基甲酸盐冷凝器的热负荷降低了37％。在省略mpf的情况下(例如，如图1所示)，仍然实现了720-800kg蒸汽/吨尿素产品的低能量消耗。这些蒸汽消耗值基于18bara-23bara和约300℃处的蒸汽；也可使用例如18bara-23bara的饱和蒸汽。在示例中，经汽提的尿素溶液u2在该示例中包含44重量％的尿素、15重量％的nh3、16重量％的co2和25重量％的h2o。来自pev的尿素溶液u5具有86重量％-95重量％、优选地93重量％的尿素浓度。来自llpd的尿素溶液u4具有70重量％-76重量％、优选地73重量％的尿素浓度。