尿素生产工艺和设备的制作方法

本发明涉及尿素生产领域，并且具体涉及固体尿素颗粒的生产。本发明具体涉及降低这种方法中的能量消耗。本发明还涉及尿素生产设备以及现有尿素生产设备的改造方法。

背景技术：

1、通过在高温和高压下使氨和二氧化碳反应来合成尿素。尿素的工业合成的概述可见于乌尔曼的工业化学百科全书，威利-vch出版社(ullmann'sencyclopediaofindustrial chemistry,wiley-vch verlag)。

2、通常，尿素设备包括高压合成段和回收段，在高压合成段中，氨和二氧化碳在高压下反应，以形成含尿素的水溶液，在回收段中，合成段的流出物在较低压力下处理，以回收包含在流出物中的未转化的试剂，并获得主要由尿素和水组成的溶液。

3、合成段包括尿素合成反应器并且可还包括在合成压力下在所谓的高压合成回路中工作的汽提器和冷凝器。

4、回收段可包括一个或多个阶段，其中处理尿素溶液以将氨基甲酸铵分解成氨和二氧化碳，氨和二氧化碳从尿素溶液中去除并且冷凝以形成再循环溶液。

5、当尿素以固体形式生产时，该设备一般包括用于真空蒸发的段，该段被布置成用于从从该回收段排出的溶液中去除水并且用于获得高度浓缩的尿素溶液或尿素熔体；水处理段，该水处理段被布置成用于处理从该溶液中去除的水；精加工段，该精加工段被布置成用于将该高度浓缩的溶液或该尿素熔体转化成固体尿素产品。

6、最常见的精加工过程是造粒和制粒。可将适合的添加剂加入尿素熔体中以改进精加工过程，例如一般加入甲醛以增加强度并且用作抗结块剂。

7、更具体地，在一般情况下，合成段产生尿素的水溶液，该尿素的水溶液含有未转化的铵和二氧化碳，将该尿素的水溶液在回收段中处理以回收未转化的试剂，该未转化的试剂通常被称作氨基甲酸铵溶液的再循环溶液形式，将未转化的试剂再循环至合成段。在回收段中获得的浓缩的尿素溶液在真空蒸发器段中被进一步浓缩以获得尿素熔体或高度浓缩的溶液。精加工段处理该熔体或溶液以获得微粒或颗粒形式的固体尿素产品。

8、造粒工艺是优选的，因为颗粒与微粒相比具有优异的品质(压碎强度)。在造粒工艺中，该尿素熔体在制粒机中固化，其中颗粒床通过空气流被保持在所谓的流化状态。冷却器通常布置在该造粒机的下游，其中尿素颗粒通过与空气接触或通过与水间接接触而被冷却。

9、离开造粒机和冷却器的空气流富含尿素粉末，这些尿素粉末由于环境法规的强加限制以及进一步考虑到其有价值尿素的含量而不能被直接排放到大气中。此外，从该造粒机中提取的空气可能被在该精加工过程中使用的添加剂污染。

10、因此，该造粒过程产生所谓的造粒废气，该废气一般是载有尿素粉尘的空气(流化空气和/或冷却空气)。造粒工艺造成了如何处理从造粒机中排出这种载有尿素的空气的问题。

11、通常，造粒废气在洗涤段中处理，其中通过与尿素水溶液接触去除尿素粉末。可选地，使用酸溶液(硫酸或硝酸基)从造粒废气中洗涤残留的氨，以符合环境规定。

12、离开洗涤器的尿素水溶液的一部分连续地再循环回洗涤器，其间添加补充水流以保持尿素水溶液的浓度和累积循环恒定。

13、相反地，尿素水溶液的第二部分在该设备中被清除和回收，在该设备中该尿素水溶液的第二部分与从合成和回收段产生的尿素溶液混合。在混合之后，然后将所产生的尿素溶液和再循环的尿素溶液在真空蒸发器中浓缩并且供给至造粒单元。

14、再循环的尿素溶液可含有一些污染物，诸如甲醛、铵盐或可在尿素熔体的造粒阶段过程中用作添加剂的其他物质。当再循环的尿素溶液和所产生的尿素溶液混合在一起时，这种污染物可能在设备中引起腐蚀问题，并且该污染物可能损害尿素产品的最终质量。通常，需要高纯度尿素来生产用于处理nox或用于合成三聚氰胺的柴油废气油液(def)。

15、将源自蒸发段的蒸气流(其通常被低量的nh3和co2污染)送至冷凝步骤，通常使用已知的真空冷凝技术在冷凝段中产生水溶液。

16、然后将在该冷凝段中获得的水溶液供给至过程冷凝处理段，该过程冷凝处理段通常是深度水解段，随后进行汽提以转化残余尿素并且去除残余nh3和co2。深度水解和nh3和co2的去除都需要有价值的蒸气。

17、在本领域中，存在持续努力将为此目的所需的蒸气量降至最低，并且存在持续期望降低工艺冷凝液纯化段的投资成本。

18、为了做到这一点，ep 2844640描述了一种改进的尿素合成工艺，其中将额外的蒸发回路添加到常规的尿素合成工艺中。该额外的蒸发回路包括分别与设备的精加工段和洗涤段连通的蒸发段和冷凝段。

19、这种新改进的工艺降低了该冷凝段下游的能量消耗；然而，其却需要安装昂贵的附加单元，诸如配备有专用真空系统的蒸发器、冷凝物收集单元以及配备有用于将冷凝物循环回该洗涤段的泵的循环回路。

20、因此，仍然非常期望提供一种改进的尿素合成工艺，该工艺将在该设备的冷凝段中待处理的水量降至最低。此外，该工艺应将设备所需的蒸气量(例如，在专用真空系统中)降至最低，并且应具有成本效益。

技术实现思路

1、本发明旨在满足以上需求并且克服现有技术的以上缺点。

2、该目的是通过根据权利要求1所述的用于制备尿素颗粒的工艺来实现的。

3、该工艺包括以下步骤：使氨与二氧化碳在尿素合成压力下反应以获得含尿素的流出物，并且在至少一个回收步骤中在较低的压力下处理该流出物以获得尿素水溶液；使该尿素水溶液经受蒸发步骤，在该蒸发步骤中，从该尿素水溶液中去除水以获得尿素熔体和水蒸气相；在流化空气的存在下使该尿素熔体经受造粒步骤，从而获得固体尿素颗粒以及含有空气和尿素粉尘的造粒废气；将该造粒废气输送至用水性洗涤剂进行的洗涤步骤，以从该废气中去除尿素粉尘并且产生含有从该废气中去除的尿素的尿素水溶液和纯化气态流。

4、该工艺还包括以下步骤：使尿素水溶液的第一部分与水接触以产生该水性洗涤剂，并且将该水性洗涤剂再循环至该洗涤步骤；将尿素水溶液的第二部分供给至专用蒸发步骤，其中该蒸发步骤在大气压力或低于大气压力下，并且在空气流存在下进行以产生回收的尿素溶液以及水饱和空气流；将该回收的尿素溶液再循环至该造粒步骤，使得该回收的尿素溶液与该尿素熔体一起经受造粒；使该水饱和空气流在不经过冷凝步骤的情况下再循环至该洗涤步骤，使得该水饱和空气流与该造粒废气一起经受洗涤步骤。

5、水溶液的第二部分的蒸发步骤优选在略低于大气压力的压力下进行。例如，该蒸发步骤的压力可在大气压力至低于大气压力0.2巴之间，更优选地在大气压力至低于大气压力0.1巴之间。

6、本发明的另一方面是根据权利要求所述的尿素生产设备。

7、尿素生产设备包括：合成段，该合成段被配置为用于从氨与二氧化碳的反应中生产尿素水溶液；回收段，该回收段被配置为处理来自合成段的尿素水溶液流出物并且从该尿素水溶液流出物中回收待送回该合成段的未转化的试剂；第一蒸发段，该第一蒸发段被配置为从该回收段排出的尿素溶液中获得尿素熔体；精加工段，该精加工段被配置为处理在该第一蒸发段中获得的尿素熔体并且获得尿素颗粒，其中该精加工段至少包括造粒段、洗涤段和任选地冷却段，其中该造粒段经由气流管线与该洗涤段连通，该气流管线被布置成将从该造粒段排出的造粒废气输送至该洗涤段中。

8、该设备还包括第二蒸发段，该第二蒸发段被设置在该洗涤段的下游并且与该第一蒸发段分离；被布置成将从该洗涤段排出的部分尿素水溶液送至该第二蒸发段的管线；被布置成将空气流供给至该第二蒸发段以与该部分尿素水溶液接触的管线；被布置成将从该第二蒸发段排出的水饱和空气流送回至该洗涤段的管线，其中该第二蒸发段是大气或亚大气段。

9、本发明的另一方面是现有尿素合成设备的改造方法。

10、应用了本发明的改造方法的现有设备可包括合成段，该合成段被配置为用于从氨与二氧化碳的反应中生产尿素水溶液，其中该合成段至少包括尿素反应器；回收段，该回收段被配置为处理来自该合成段的尿素水溶液并且从该尿素水溶液中回收待送回该合成段的未转化的试剂；第一蒸发段，该第一蒸发段被配置为从该回收段排出的尿素溶液中获得尿素熔体；其中该蒸发段至少包括真空蒸发器；精加工段，该精加工段被配置为用于处理在该第一蒸发器段中获得的该尿素熔体并且用于获得固体尿素颗粒，其中该精加工段至少包括造粒机、洗涤器以及可选的冷却器。除了尿素合成反应器之外，合成段还可包括形成高压合成回路的汽提器和冷凝器。该回路还可包括洗涤器以处理从该反应器和从该冷凝器中提取的废气。更进一步地，本发明的方法还适用于尿素设备，其中合成段仅包括尿素合成反应器。

11、该方法包括以下步骤：添加第二蒸发器，该第二蒸发器是大气或亚大气蒸发器并且被布置在该洗涤器的下游，并且还添加有：被布置成用于将从该洗涤器排出的部分尿素水溶液送至该第二蒸发器的管线；被布置成用于将空气流供给至该第二蒸发器中以与该部分尿素水溶液接触的管线；被布置用于将从该第二蒸发器排出的水饱和空气流送回该洗涤器的管线。

12、通过本发明，可增加现有尿素设备的尿素颗粒生产能力，同时限制了该设备的改进所需的成本以及引入额外的气体/液体流动管线所需的成本。总体而言，设备改进所需的成本通过设备增加的能力而得到很好的补偿。此外，不需要额外的真空蒸发器，因此实现了低蒸气和低能耗。

13、有利地，通过在闭环中进行从制粒废气中回收尿素，不需要将尿素从精加工段再循环至设备的浓缩和水处理段。因此，可减小设备的浓度和水处理段的大小，并且甚至更有利地，可减少污染物(例如，甲醛)的转移。

14、在洗涤段在环境压力或接近环境压力下操作之后引入额外的蒸发器，因此不需要专用真空系统，并且预计蒸气消耗更低。

15、在大气压力下或接近于大气压力下进行该第二蒸发步骤的优点可总结如下。不需要用于从尿素溶液的浓缩中回收蒸气的设备，诸如喷射器、冷凝器、冷凝水箱以及相关的再循环泵；浓缩步骤不消耗蒸气；该蒸发器所需的空气可由将造粒空气供给至质该造粒机的鼓风机中的一个来提供，而不需要单独的空气压缩机。