专利名称：尿素制备方法及相关设备的制作方法
技术领域：
总体来说，本发明涉及在适合的合成区中，在预先设好的高压下 利用氨气和二氧化碳反应生产尿素的方法。
尤其是，本发明涉及的上述类型的方法，主要包含由含尿素、氨 基甲酸铵和氨气的水溶液组成的氨气和二氧化碳的反应产物，在高压 下进行氨基甲酸铵和氨气的回收步骤，回收物被再次循环至合成区 中，以及在一个尿素回收区中尿素水溶液在预先设好的低压下进行尿 素回收以使可能有的少量剩余的氨气和二氧化碳反应获得的尿素。
更具体地说，本发明涉及上述提及的方法，其中上述氨基甲酸盐 和氨气的回收包括氨基甲酸盐的离解和优选在有气体反应剂(最好是
co2)的条件下在其各自的汽提区中汽提生产所需的氨气和二氧化碳
的步骤，随后在各自的凝聚区再冷凝，使所述的氨气和二氧化碳再循 环到合成区转化成氨基甲酸盐，所述的步骤和尿素合成反应，都是在
相同的高压条件(如135-175巴)下，在称之为"循环"的一组设备 中进行的，在技术领域中，将之称为"高压循环"或"高压合成循环" (H.P.Loop )。
本发明还涉及一种可实施上述方法的设备。
背景技术：
利用可实施上述类型的方法的工业设备来生产尿素是已知的技术。
众所周知，为满足日益扩大的尿素合成需求，有必要提高这些原 设计设备的设计能力。
为达到这样一个目的，为了回收来自于合成区的含尿素的水溶液 的一部分中的氨基甲酸盐和氨气，在技术上可预见釆用在中压(10-40巴)下处理的步骤。
特别是，此中压处理区包含一分解步骤，其后是向含有尿素、氨 基甲酸盐和氨气的水溶液中注入C02的汽提步骤，以及后续的气体 (氨气、C02和水)冷凝步骤，该气体是向来自于低压尿素回收区的 氨基甲酸盐水溶液(碳酸盐)中添加氨气得到的。来自于中压冷凝区
的氨基甲酸盐水溶液再循环到高压合成循环中(H.P.loop )。
这种类型的方法在WO-A-02 909 323或NL-A-8 900 152中有举
例描述。
当时他们至少部分满足了上述方法的必要条件，上述类型的尿素 生产方法具有一些缺陷，它需要额外添加大量的冷凝水，以在中压汽
提步骤中冷凝注入的作为汽提剂的C02和在中压冷凝步骤中冷凝注
入的氨气。
额外使用的冷凝水将不利于尿素合成区的转化率，因而不利于合 成区的效率和能耗以及低压尿素回收区的效率和能耗。
发明内容
本发明解决的技术问题是发明并提供一种上述提及类型的尿素 生产方法，其中的高生产力的设备实施后可保证在有效的手段下的二 氧化碳转化成尿素的高转化率和低能耗，克服了背景技术中的上述缺 陷。
本发明解决问题的技术方案为釆用一种利用氨气和二氧化碳生 产尿素的方法，其包括以下步骤
-在预先设好的高压下向尿素合成区中注入氨气和二氧化碳；
-在所述合成区中反应所述氨气和所述二氧化碳，获得含有尿素、 氨基甲酸盐和氨气的水溶液；
-在预先设好的中压下将部分所述的含有尿素、氨基甲酸盐和氨 气的水溶液注入一个处理区，以回收其中的氨基甲酸盐和氨气；
-将所述部分的含有尿素、氨基甲酸盐和氨气的水溶液在所述处理区中的离解单元离解，获得尿素水溶液和含有氨气、二氧化碳和水 的蒸汽相；
-将所述含有氨气、二氧化碳和水的蒸汽相在所述处理区冷凝， 获得氨基甲酸铵水溶液；
-将所述氨基甲酸铵水溶液再循环至所述尿素合成区；
更具代表性的，还可以进一步包括以下步骤
-将所述处理区离解得到的尿素水溶液注入在预先设好的低压下
工作的尿素回收区的分解器中；
-将所述尿素水溶液在所述尿素回收区的分解器中分解，获得一 浓缩的尿素溶液和一含有氨气、二氧化碳和水的第二蒸汽相；
-将所述第二蒸汽相在所述尿素回收区的与所述分解器流体连通 的冷凝器中冷凝，获得再循环的氨基甲酸铵水溶液；
-将所述的含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的水溶液的第二部分在 一个汽提单位中汽提和加热，此操作基本上也是在所述的预先设好的 高压下进行的，获得第二尿素水溶液和含有氨气、二氧化碳和水的第 三蒸汽相，所述加热所需的热能通过将蒸汽冷凝成冷凝蒸汽的间接的 热交换来提供；
-利用至少一部分的冷凝蒸汽作为加热流体来将含有尿素、氨基 甲酸铵和氨气的第一部分水溶液在中压处理区的离解单位中离解；
优选地，用来加热(热注入)的蒸汽和冷凝蒸汽的温度在20(TC和235 。C之间，压力在15巴和20巴之间。
优先地，用于在中压下离解作用的冷凝蒸汽的部分占在高压汽提 单位中通过间接热交换得到的冷凝蒸汽的总量的80 %到100 % 。
优选地，含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的水溶液在所述的高压汽 提单位中进行加热汽提时，二氧化碳被注入作为汽提剂。
更为优选地，本发明的方法还包括以下步骤 -将在所述汽提单位获得的含有氨气、二氧化碳和水的第三蒸汽
9相在冷凝单位中冷凝，此操作也是在预先设好的高压下进行的，获得 再循环的氨基甲酸铵的第二水溶液；
-将在所述汽提单位得到的第二尿素水溶液在低压下注入尿素回 收区的分解器中。
根据本发明的一个具体实施方式
的方法，高压冷凝单位包含一个 浸没式的冷凝器，冷凝在冷凝器中进行，将所述第三蒸汽相和再循环 的氨基甲酸铵水溶液以及任意的液氨接触，通过与形成的蒸汽之间的 间接的热交换来取得冷凝热。
术语"浸没式冷凝器"指的是一种包括有一个管東交换器的冷凝 器，是常规设备，其中蒸汽相被冷凝，而氨基甲酸铵溶液流入管程一 方用于间接热交换，而水，在壳程一边流动。在壳程一边，由于热交 换，溶液中的热能释放出来，使其冷凝，而另一边摆脱了流动的方式 形成了蒸汽。
按照本发明的 一个方面，在所述的高压冷凝单位的冷凝器中形成
的蒸汽和所述冷凝蒸汽的一部分相似，用于作为在所述中压处理区的 离解单位中使含尿素、氨基甲酸铵和氨气的第一部分水溶液离解的加
热流体。
优选地，所述在高压冷凝单位的冷凝器中形成的蒸汽的温度从
135。C至Ul65。C，压力从3巴到7巴。
优选地，本发明的方法还包括以下步骤
-向所述尿素回收区的冷凝器中注入二氧化碳；
-在所述尿素回收区的冷凝器中将二氧化碳和第二蒸汽相冷凝， 获得再循环的氨基甲酸铵水溶液。
在此处，向所述尿素回收区的冷凝器中注入占二氧化碳总量的 1 ~ 10%重量比的二氧化碳可以获得更好的结果。
优选地，所述含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的第一水溶液在中压 下提供给所述处理区，其占所述在合成区获得的含有的尿素、氨基甲
10酸铵和氨气的重量比的10~50%。
再优选地，所述处理区的中压为10到70巴之间。
按照本发明的 一个最优方案，所述在低压尿素回收区的冷凝器中 获得的再循环的氨基甲酸铵水溶液被输送到含有氨气、二氧化碳和水 的蒸汽相在中压处理区的冷凝步骤中。
优选地，所述在中压处理区的含氨气、二氧化碳和水的蒸汽相的 冷凝步骤为双效的(double-effect type )。
按照本发明的方法，可以获得高生产量以及高产品合格率，同时, 能耗显著减少。
关于能耗，通过利用在高压汽提单位的间接热交换获得的至少一 部分的冷凝蒸汽，作为输送给中压处理区的离解单位的含尿素、氨基 甲酸铵和氨气的水溶液部分的离解，可以产生明显的效益。
在这方面，我们注意到，在高压汽提单位中形成的冷凝蒸汽有比 较高的温度和压力(高热量水平)，可以将其有效地用在中压区中， 为将含尿素、氨基甲酸盐和氨气的水溶液离解的加热流体。
这样，冷凝蒸汽的大部分热量可以回收，使尿素合成所需的能耗 明显减少。
此外，按照本发明的另一个具体实施方式
，在所述冷凝器中形成 的高温高压(高热量水平)下的蒸汽和在高压汽提单位中获得的部分 冷凝蒸汽一样被有效地用于中压区中的离解。这样，高热含量的冷凝 蒸汽的剩余部分可以有效地用作其他目的，特别是在尿素设备的内 部，从而获得有益的物质回收和进一步地降低能耗。
按照本发明的方法，我们发现，使未反应的氨气和二氧化碳以氨 基甲酸铵的形式再循环至合成区所必需的冷凝水的数量(绝对值)比 按照已有技术进行这样的再循环所需的冷凝水的数量(绝对值)显著 减少，已有技术中进料二氧化碳和进料氨气是输送给中压处理区的。
根据此事实，对于具有相同生产能力的尿素生产设备，以氨基甲
ii酸铵的形式再循环至合成区的氨气和二氧化碳的数量，按照本发明的 方法，相比于已有技术的方法，也显著下降。
从而，尿素合成区的转化率明显提高，而且高压循环的总回收率 也提高，按照本发明的方法实施的设备将会获得更大的效率和能耗的 收益。
按照本发明的进一步方案，实施上述方法的设备解决了现有技术 的问题，其包含高压尿素合成区，以及在所述合成区中产生的尿素溶 液的第一部分的中压处理区，所述中压处理区包含离解器和冷凝器， 处理合成区中产生的溶液的第二部分的高压汽提单位，和包含分解器 和冷凝器的低压尿素回收区，这些区互相流体相通，此设备的特点是 它在所述中压处理区的离解器和低压尿素回收区的分解器之间有连 通的管路，它还在所述高压汽提单位和所述中压处理区的离解器之间 有连通的管路，以将冷凝蒸汽从所述汽提单位输送到所述离解器。
按照本发明，根据上述方法的生产尿素的设备，可以是全新的设 备，也可以是在现有设备上加以改进获得的，以增加它的生产力。
最后，根据本发明的进一步的方案，将现有的利用氨气和二氧化 碳生产尿素的设备加以改进得到尿素生产系统，此系统包括高压尿素 合成区，在所述合成区中用于生产尿素溶液的高压汽提单位，和包括 有分解器和冷凝器的低压尿素回收区，这些区之间相互流体连通，其 特点在于它可以实现下述步骤
-提供所述合成区中产生的尿素溶液的第 一部分的中压处理区， 包括离解器和冷凝器，所述中压处理区与所述高压尿素合成区和所述 低压尿素回收区分别流体连通。
-提供在所述中压处理区的离解器和所述低压尿素回收区的分解 器之间的连通管路，和
-提供在所述高压汽提单位和中压处理区的离解器之间的连通管 路，以将冷凝蒸汽从所述汽提单位输送至所述离解器。本发明的用于尿素生产的方法将在以下优选实施方案中进一步 阐述其细节和优点，其中的附图标记说明并不是对其的限定。
图i为本发明生产尿素的方法的一种实施例的设备示意图2为本发明生产尿素的方法的另一种实施例的设备示意图。
具体实施例方式
如图i所示， 一种用于生产尿素的设备io,其可以实施本发明方 法的一种实施方式。
根据上述的尿素生产方法，氨气N和二氧化碳C注入适合的合成 区ll，如图l所示，尿素合成区包括一个独立的反应器R。
特别的是，在此实施例中，氨气N是通过冷凝器12注入反应器R 中的，二氧化碳C是通过汽提器13和冷凝器12注入反应器R中的。
合成区ll (反应器R),冷凝单位(冷凝器12)，汽提单位(汽提 器13),以及清洗器14 (在后详述)，均在相同的高压下运行，此组成 了本发明方法的高压合成循环(H.P丄oop)。
在反应器R中，更准确地说在合成区ll中，氨气和二氧化碳在预 先设好的高压(如130巴到170巴之间)和预选设好的高温(如16(TC 到20(TC之间)下进行反应。在反应器R中得到了含尿素、氨基甲酸铵 和氨气的水溶液。
含尿素、氨基甲酸铵和氨气的水溶液的一部分输出反应器R,通 过常规的减压方式如利用阀15经过适当地减压后，输入预先设好中压 的处理区16，此压力可在10巴到70巴之间，最好是15巴到25巴之间， 更优选18巴到20巴之间。
为了回收氨基甲酸铵和氨气，含尿素、氨基甲酸铵和氨气的水溶 液的一部分适当减压后输入至中压处理区16的离解器17中，在其中将 其离解以获得尿素水溶液和含氨气、二氧化碳和水的蒸汽相，特别的 是，这部分含尿素、氨基甲酸铵和氨气的水溶液是在离解器17中热解
13的。
此处获得的含氨气、二氧化碳和水的蒸汽相接着输入中压处理区16的冷凝器18中冷凝，氨基甲酸铵水溶液在冷凝器18的出口再次得到
并被再循环至尿素合成区ll (反应器R)。
图l的例子中，中压冷凝器18中出来的氨基甲酸盐水溶液通过利用如泵19的常规方法进行适当地压缩后，再通过清洗器14和高压冷凝器12再循环到高压尿素合成区11的反应器R中。
根据本发明的另一种具体实施方式
，图中未示出，中压冷凝器18中出来的至少一部分的氨基甲酸盐水溶液经适当压缩后，可以直接注入到高压冷凝器12中，再流入反应器R。
从反应器R出来的其余部分的含尿素、氨基甲酸铵和氨气的水溶液，没有输入到中压处理区16中，而是进入到此方法的高压合成循环的含氨基甲酸铵和氨气的溶液的回收步骤中。
尤其是，如图1所示，来自于合成区11的反应器R的含尿素、氨基甲酸盐和氨气的水溶液的剩余的部分，输送至高压汽提单位的汽提器13中，其被离解并被热C02 e汽提，所述热能由具有高温高压(如211-223。C和20-25巴)的蒸汽流S通过间接热交换提供。作为汽提剂的C02可以由进料二氧化碳C来提供。
根据本发明，其生产尿素的方法的有利性表现在，来自于汽提器13的冷凝蒸汽SC至少有一部分通过管路32输送至离解器17。在离解器17中，冷凝蒸汽SC，具有较高的温度和压力(高热量水平，如211-223°C, 20-25巴)，可以用于提供将来自于反应器R的含尿素、氨基甲酸铵和氨气的部分水溶液分离所需的热能并将其输送至离解器17。
本发明的方法进一步包括，将中压处理区16的离解器17中分解出的尿素水溶液输送至在预先设好的低压下工作的尿素回收区21的分解器22中，压力可在1.5巴到9.5巴之间，最好是3巴到5巴之间。
为了此步骤，离解器17出口的尿素水溶液通过常规的方法如阀20
14进行适当的减压。
特别地，本发明的方法的如图l的最佳实施方案中，处理区16的
离解器17出口的尿素水溶液直接输送至尿素回收区21的分解器22中。此外，按照图l所述的实施例，进料二氧化碳C的一部分最好输送
至低压尿素回收区21的冷凝器23中。
为了此步骤，输送给冷凝器23的一部分进料二氧化碳C通过常规
的方法如阀30适当地减压。
在低压尿素回收区21的分解器22中，来自于中压处理区16的离解
器17的尿素水溶液分解后获得浓缩的尿素溶液U和含氨气、二氧化碳
和水的第二蒸汽相。
浓缩的尿素溶液U，可含有60%-80%重量比的尿素浓度，从尿素回收区21的分解器22输出后进行尿素生产加工中的最后的尿素处理步骤(常规的，此处未示出)，例如真空分解步骤和尿素颗粒化步骤。
尿素回收区21的分解器22处获得的含氨气、二氧化碳和水的第二蒸汽相，又可以输送至同区21的冷凝器23中，冷凝后获得再循环的氨基甲酸盐水溶液。
优选地，如图l所示，含氨气、二氧化碳和水的第二蒸汽相和进料二氧化碳C一起输送至所述冷凝器23。
含有如30%-80%重量比的冷凝水的适量的氨基甲酸盐水溶液(碳酸盐)也输送至低压尿素回收区21的冷凝器23中，使第二蒸汽相和进料二氧化碳C分别凝结成氨基甲酸铵。
此氨基甲酸盐水溶液W(碳酸盐)通常来自于处理区的冷凝物加工和/或氨水库，为常规技术，未在图l中示出。
优选地，如图l所示，低压尿素回收区21的冷凝器23中获得的再循环的氨基甲酸盐水溶液，按照现有的方法，输入至中压处理区16的冷凝器18中，以便吸附(冷凝)来自于中压离解器17的含氨气、二氧化碳和水的蒸汽相。在此情况下，在冷凝器23的出口通过常规的方法如泵24来压缩再
循环的氨基甲酸盐水溶液至处理区16的工作压力的步骤也是可以预见的。
按照本发明方法的另一具体实施例，图中未示出，中压处理区16中的冷凝器18的冷凝作用也是双效的，其中的冷凝热， 一般情况下是在冷却液(通常是冷却水)中消散，而本发明中被替换利用到在低压尿素回收区的分解器22的出口处用于浓缩尿素溶液U。
在此情况下，在蒸汽相冷凝期间是散发出的冷凝热通过间接热交换传输到浓缩的尿素溶液U，使其分解，将其中仍存在的一部分的氨基甲酸铵、氨气和水进一步分离，以使其进一步浓缩。
对于高压汽提单位的汽提器13,反应器R出口的含尿素、氨基甲
酸铵和氨气的水溶液的剩余部分汽提后产生的氨气和二氧化碳，在高压冷凝单位的冷凝器12中再次凝结成氨基甲酸铵，并以氨基甲酸铵
的形成输送至尿素合成区11的反应器R中再次参与循环。
来自于汽提器13的氨气和二氧化碳在高压冷凝器12中的冷凝作
用是通过吸收了进料氨气(液态)和的氨基甲酸盐水溶液来实现的，所述氨基甲酸盐水溶液是经过清洗器14后，在中压处理区16的冷凝器18适当压缩得到的。
在汽提器13中获得的含尿素、氨基甲酸铵和氨气的水溶液继续进行上述的分解和汽提步骤，汽提步骤中的C02通过常规的方法如阀25适当地减压到尿素回收区21的工作压力，输送至这区21的低压分解器22,这样的溶液与所述来自于中压处理区16的离解器17的尿素水溶液一起分解，获得了浓缩的尿素溶液U和上述的含氨气、二氧化碳和水的第二蒸汽相。
存在于尿素合成区ll，或更确切的说存在于反应器R中的蒸汽相中的未反应的二氧化碳，氨气以及水蒸气被用来排出后者，并进入高压清洗器14。这些蒸汽一般还包括存在于二氧化碳C进料中的惰性气体(如空气)。
在清洗器14中，上述蒸汽被来自于中压处理区16的冷凝器18，并适度冷凝的氨基甲酸盐水溶液清洗，以回收其中的二氧化碳和氨气，并分离出惰性气体。如此分离的惰性气体随后被以传统方式或釆用可预计的适当减压方式，如阀26释放入空气；或者，该惰性气体可在该工艺的其它部分回收(未示出)。另一方面，由源自冷凝器18的氨基甲酸盐水溶液吸收的二氧化碳和氨气通过高压冷凝器12进入尿素合成区ll,或更确切的说反应器R中循环再利用。
现参见图2，图2显示出尿素生产的设备，整个设备被称为110，该设备实现了本发明另一实施方式的方法。
该尿素生产的方法与上述方法不同，来自高压冷凝单元的冷凝器12的蒸汽，通过输送管33、与部分来自高压汽提单元(汽提器13)的冷凝蒸汽SC—起，进入到中压处理区16的离解器17。
在离解器17中，冷凝蒸汽SC与来自高压冷凝器12的具有相对较高温度和压力(高热量水平)的蒸汽被方便地用来提供离解所需要的热量，所述离解是离解来自反应器R并进入所述离解器17的含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的水溶液部分。
为此目的，冷凝蒸汽SC和来自高压冷凝器12的蒸汽独立地在离解器17各自的壳程空腔中流动，以传统方式相互分离，如通过适当的管板34。
优选的，根据本发明的实施方式，高压区11的冷凝器12优选浸没式管東换热器，该换热器中流过所述换热器壳程的冷却液体L，通常为水，由于与溶液的热交换被转化为蒸汽，该溶液是来自中压处理区16(通过清洗器14)的冷凝器18的氨基甲酸铵溶液，进料氨气N以及来自高压汽提单元(汽提器13)需要冷凝的蒸汽相的混合物。
根据本发明所述的方法，通过向汽提器13进料温度为211°C-223°C，压力为20巴-25巴的蒸汽S,向离解器17进料来自汽提
17器13的实际上具有同样的温度和压力的100。/。冷凝蒸汽SC,该冷凝蒸
汽具有高热量水平，可以得到特别有利的结果；通过向离解器17加入除了冷凝蒸汽sc，与后者一起还加入部分来自高压冷凝单元的冷凝器12的蒸汽，和/或通过向低压尿素回收区21的冷凝器23加入占所有加入设备10的二氧化碳的l-5wt。/。，优选2-3wt。/。，也可以得到有利的结果。
而且，送入中压处理区16的含有尿素，氨基甲酸铵和氨气的水溶液部分优先包含10-50wt。/。,更优选包括10-25wt。/。的来自尿素合成区11
的水溶液。
参见附图，根据本发明描述的方法，由氨气和二氧化碳生产合成尿素的设备10的结构特征已经详细说明。
根据本发明，设备10包括相互流体连通的高压尿素合成区11,高压汽提单元(汽提器13),中压处理区16和低压尿素回收区21。
处理区16优选包括相互流体连通的中压离解器17和中压冷凝器18;而尿素回收区21包括相互流体连通的低压分解器22和低压冷凝器23。
在设备10中，预计的各反应物二氧化碳C,氨气N,含有冷凝水的氨基甲酸盐水溶液W(碳酸盐)的进料管，还有不同区和相应装置的连接管，都在图1和图2中以不同的流程线示意性地表示。
特别地，设备10中的连接管28和29预计优先分别直接连接在尿素合成区11和中压处理区16的离解器17之间，以及该装置和低压尿素回收区21的分解器22之间。
根据本发明，设备10中的连接管32预计用来将来自汽提单元的汽提器13的冷凝蒸汽SC进料至离解器17。
此外，根据本发明的优选实施方式，预计有将二氧化碳C进料加入低压尿素回收区21的冷凝器23的管道27。
根据本发明设备10的另一实施例(未示出)，中压冷凝器18包括
18常规的管東，在其内部，如管程，与低压分解器22排出的冷凝的尿素溶液U流体连通，在其外部，如壳程，与来自中压离解器17的含有氨
气，二氧化碳和水的蒸汽相，以及来自低压冷凝器23的回收氨基甲酸
盐水溶液流体连通，以获得上述的双重效果。
根据本发明图2所示的实施方式，设备IO还包括高压冷凝单元的冷凝器12和中压区16的离解器17之间的连接管33。
在此连接中，高压汽提单元的冷凝器12是浸没式，包括管東和将壳程和所述交换器流体连通的连接管33。
从以上描述可以清楚地看出，本发明的尿素制备方法解决了技术难题，并获得了大量的优势。第一个优势在于由于回收了来自高压汽提单元的冷凝蒸汽的至少一部分热量来加热含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的部分溶液，该部分溶液来自高压合成区并在中压处理区进行离解，该方法能够获得能源消耗的大量降低。
此外，与现有技术相比，根据本发明的方法同时改造现存的例如产量为3000到4500公咱/曰的大容量设备，可以在高压循环中尤其是尿素合成区获得高的完全转化率；如58%-62%。
另一优势在于，由于本发明，特别是由于其高转化率，与现有技术的方法相比，减少高压合成循环和低压尿素回收区的能源消耗成为可能。随之而来，与现有技术的方法相比，以同样的能源消耗和同样的建成尿素生产设备的装置的尺寸，本发明的方法能以这样的设备得到更高的产量，换言之，产量相同，与能得到该产量的现有技术的方法需要的设备相比，预计实施本发明的设备尺寸小，因此更经济，节约搡作成本。
此外，该方法的驱动特别简单和可靠，并无须大量的投资成本。上述的优势主要与本发明人开展的研究事实相关，本发明人惊奇的发现，通过使中压处理区离解获得的尿素水溶液经过低压分解，氨基甲酸盐水溶液W (碳酸盐)中的冷凝水的含量(绝对值)，该氨基甲酸盐水溶液W需要经过冷凝得到氨基甲酸铵，大大少于现有技术的方法必须的冷凝量。
鉴于该冷凝水会与氨基甲酸铵 一起循环到尿素合成区，且水是尿素合成的反应产物，因此水对反应物的转化有负面影响。与现有技术的方法相比，冷凝水的大量降低就还有利地包括了转化率的相应增加。
特别是，与本发明不同，根据现有技术的方法可以预计在中压处理区，在本区通过在先热离解获得的尿素水溶液对二氧化碳进料的汽提步骤，以及氨气进料的冷凝步骤。为了能够有效和全面地冷凝加入中压处理区的二氧化碳进料和氨气成为氨基甲酸铵，与本发明的方法相比，必须在低压尿素回收区加入大量的冷凝水。
例如，可以注意到，同样的操作条件下，根据本发明的方法，与
现有技术相比，前述包含在氨基甲酸盐水溶液w(碳酸盐)中的冷凝
水量会有利地减少10-25 % ,高压尿素合成区的转化率相应增加2-3 % 。在本发明具有的大量优点中，重要的是以有效和可靠的方式，同时降低现存设备的搡作成本和能源消耗，增加现存的以氨气和二氧化碳生产尿素的设备的产量，简言之，增加已经设计好的设备的设计能力成为可能。与现存设备的设计能力相比，产量的大量增加，如30-50%是可能的且有利的。
根据本发明图l所示的优选实施方式，通过由二氧化碳和氨气生产尿素的类型的现存设备的改造(进化)可得到生产尿素的设备IO,包括高压尿素合成区ll,用于所述合成区ll生产的尿素溶液的高压汽提单元13,以及包括分解器22和冷凝器23的低压尿素回收区21。 11、13和21各区相互流体连通，特别在于还包括以下步骤
-提供处理由所述合成区ll生产的部分尿素溶液的中压处理区16,包括离解器17和冷凝器18,所述中压处理区16与所述高压尿素合成区和所述低压尿素回收区ll、 21分别流体流通；
20-提供在中压处理区16的所述离解器17和所述低压尿素回收区21的所述分解器22之间的连接管29;
-提供所述高压汽提单元13和中压处理区16的所述离解器17之间的连接管32，用于将来自所述汽提单元13的冷凝蒸汽进料至所述离解器17。
优选的，根据本发明的改进方法，特别在于，还包括步骤-提供现存尿素生产设备的高压冷凝区12和中压处理区16的所述
离解器17之间的连接管33，用于将来自所述冷凝单元12的蒸汽进料至
所述离解器17。
更优选的，根据本发明的方法，可预计更多的步骤，提供以将二氧化碳C进料至低压尿素回收区21的所述冷凝器23的管27。
当然，为满足偶发和特定的需要，本领域的技术人员还可以对上述尿素生产方法进行大量的修正和改变，如下述权利要求所述，任一情况的改变都在本发明的保护范围内。
2权利要求
1、由氨气和二氧化碳制备尿素的方法，包括以下步骤-将氨气和二氧化碳加入在预设高压运行的尿素合成区；-所述氨气和所述二氧化碳在所述合成区反应，得到含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的水溶液；-将含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的所述水溶液的第一部分加入在预设中压运行的处理区，以回收其中的氨基甲酸盐和氨气；-使所述含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的第一部分水溶液在所述处理区经过离解，得到尿素水溶液和含有氨气、二氧化碳和水的蒸汽相；-使所述含有氨气、二氧化碳和水的蒸汽相在所述处理区经过冷凝，得到氨基甲酸铵水溶液；-将所述氨基甲酸铵水溶液在尿素合成区循环利用；其特征在于还包括步骤-将在所述处理区离解得到的所述尿素水溶液加入尿素回收区的分解器，该尿素回收区在预设低压运行；-使所述尿素水溶液在所述尿素回收区的所述分解器经过分解，得到冷凝尿素溶液和含有氨气、二氧化碳和水的第二蒸汽相；-使所述第二蒸汽相在所述尿素回收区的与所述分解器流体连通的冷凝器经过冷凝，得到第一回收氨基甲酸铵水溶液；-使所述的含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的水溶液的第二部分汽提，包括在以所述实质上以预设高压运行的汽提单元内加热，得到第二尿素水溶液和含有氨气、二氧化碳和水的第三蒸汽相，所述加热是通过与需要冷凝为冷凝蒸汽的蒸汽流间接的热交换获得；-采用至少一部分所述冷凝蒸汽作为加热流体，在所述中压处理区的所述离解单元离解所述含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的第一部分水溶液。
2、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述用于提供热量的蒸汽和所述冷凝蒸汽的温度为200-235°C，压力为15-25巴。
3、 如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述用于中 压离解的至少一部分冷凝蒸汽是在高压汽提单元通过间接热交换得 到的冷凝蒸汽总量的80%-100%。
4、 如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，还包括以下 步骤-使在所述汽提单元得到的包含氨气、二氧化碳和水的所述第三 蒸汽相在冷凝单元经过冷凝，该冷凝单元实际上在所述预设髙压运 行，得到回收氨基甲酸铵的第二水溶液；-将在所述汽提单元得到的所述第二尿素水溶液加入在低压运行 的尿素回收区的所述分解器。
5、 如权利要求,4所述的方法，其特征在于，所述高压冷凝单元包括浸没式的冷凝器，所述冷凝在所述冷凝器中通过将所述第三蒸汽 相与回收氨基甲酸铵水溶液、或液氨接触进行，通过与蒸汽的间接热 交换回收冷凝热。
6、 如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤-釆用与至少一部分所述冷凝蒸汽一起形成于高压冷凝单元的所 述冷凝器的蒸汽，作为在所述中压处理区的所述离解单元离解所述含 有尿素、氨基甲酸铵和氨气的第一部分水溶液的加热流体。
7、 如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述回收氨基 甲酸铵溶液含有至少一部分从所述中压处理区的冷凝得到的溶液。
8、 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述至少一部分从 所述中压处理区的冷凝得到的溶液，通过清洗器回收至高压冷凝单元 的所述冷凝器中循环利用。
9、 如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，还包括以下 步骤-将二氧化碳加入所述尿素回收区的所述冷凝器；-使所述二氧化碳与所述第二蒸汽相在所述尿素回收区的所述冷 凝器冷凝，得到回收氨基甲酸铵水溶液。
10、 如权利要求9所述的方法，其特征在于，将占所有二氧化碳进料的l-iowty。的二氧化碳加入所述尿素回收区的所述冷凝器。
11、 如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，在中压运行 的所述处理区加入的含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的部分水溶液是 10-50wt. %从所述合成区得到的所述含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的 水溶液。
12、 如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述处理区 的中压是10-70巴。
13、 如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述在低压 尿素回收区的冷凝器得到的回收氨基甲酸铵水溶液，被加入含有氨 气、二氧化碳和水的蒸汽相在所述处理区的所述冷凝步骤。
14、 如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，在所述处理 区的所述含有氨气、二氧化碳和水的蒸汽相所述冷凝步骤具有双重效 果。
15、 一种如权利要求l所述方法的由氨气和二氧化碳制备尿素的 设备(10)，包括高压尿素合成区(11);处理由所述合成区(11)生 产的第一部分尿素溶液的中压处理区(16)，包括离解器(17)和冷 凝器(18);处理由所述合成区(11)生产的第二部分尿素溶液的高 压汽提单元(13);以及包括分解器(22)和冷凝器(23)的低压尿 素回收区21;这些区域(11, 13, 16， 21)相互流体连通，该设备 的特征在于，还包括连接在中压处理区(16)的所述离解器(17)和 所述低压尿素回收区(21)的所述分解器(22)之间的连接管(29); 以及连接在所述高压汽提单元(13)和中压处理区(16)的所述离解 器(17)之间的，将来自所述汽提单元(13)的冷凝蒸汽进料至所述离解器(17)的连接管(32)。
16、 如权利要求15所述的设备(10),其特征在于，还包括将二 氧化碳(C)进料至低压尿素回收区(21)的所述冷凝器(23)的管 道(27)。
17、 如权利要求15或16所述的设备(10)，其特征在于，还包 括连接在高压冷凝单元(12)和中压区(16)的所述离解器(17)之 间的，将来自所述冷凝单元(12)的蒸汽加入所述离解器(17)的连 接管(33)。
18、 如权利要求15所述的设备(10),其特征在于，中压处理区 (16)的所述冷凝器(18)包括管束，其管程与低压尿素回收区(21)的所述分解器(22)排出的冷凝的尿素溶液(U)流体连通；其壳程 与中压处理区(16)的所述离解器(17)排出的含有氨气，二氧化碳 和水的蒸汽相、与低压尿素回收区(21)的所述冷凝器(23)排出的 回收氨基甲酸盐水溶液流体连通。
19、 一种由二氧化碳和氨气制备尿素的现存设备类型的改造方 法，包括高压尿素合成区(11),用于所述高压尿素合成区(11);处 理所述高压合成区(11)生产的尿素溶液的高压汽提单元(13)，以 及包括分解器(22)和冷凝器(23)的低压尿素回收区(21);上述 区(11、 13、 21)相互流体连通，其特征在于还包括以下步骤-提供由所述合成区(11)制备的尿素部分溶液的中压处理区 (16)，包括离解器(17)和冷凝器(18),所述中压处理区(16)与 所述高压尿素合成区和所述低压尿素回收区(ll、 21)分别流体连通；-提供在中压处理区(16)的所述离解器(17)和所述低压尿素 回收区(21)的所述分解器(22)之间的连接管(29);-提供所述高压汽提单元(13)和中压处理区(16)的所述离解 器(17)之间，将来自所述汽提单元(13)的冷凝蒸汽(SC)进料 至所述离解器(17)的连接管(32)。
20、 如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤 -提供将二氧化碳(C)进料至低压尿素回收区(21)的所述冷凝器(23)的管(27)。
21、 如权利要求19或20所述的方法，其特征在于，还包括以下 步骤-提供在现存尿素生产设备的高压冷凝区(12)和中压处理区(16) 的所述离解器(17)之间的、将来自所述冷凝单元(l2)的蒸汽进料 至所述离解器(17)的连接管(33)。
全文摘要
一种由氨气和二氧化碳制备尿素的方法，其中在尿素合成区得到的含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的部分水溶液在预设中压下运行的处理区经过离解，回收其中的氨基甲酸铵和氨气，包括步骤将上述离解步骤得到的尿素水溶液在低压尿素回收区分解；采用至少一部分冷凝蒸汽，其通过在高压汽提单元中与所述含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的第二部分水溶液间接热交换得到，作为在中压处理区离解第一部分水溶液的加热流体。
文档编号C07C273/04GK101558037SQ200780040943
公开日2009年10月14日 申请日期2007年10月9日 优先权日2006年11月4日
发明者保罗·布鲁尼哥, 保罗·斯蒂奇, 费德里柯·扎尔迪 申请人:卡萨尔尿素公司