用于整合的氨-尿素方法的系统和方法

专利名称：用于整合的氨-尿素方法的系统和方法
用于整合的氨-尿素方法的系统和方法
背景技术：
本发明的实施方案通常涉及生产氨和尿素的系统和方法。更具体的，本发明的实 施方案涉及用于氨和尿素整合生产的系统和方法。相关领域的说明
尿素是如下来合成的将氨和二氧化碳在高压反应来形成氨基甲酸铵，其随后通过施 加热来脱水，而形成尿素和水。氨和二氧化碳形成尿素的反应包括了下面的均衡反应
2NH3 + CO2
NH4CO2NH2 (氨基甲酸铵，放热)
NH4CO2NH2 H2O + NH2CONH2 (尿素，吸热)
该生产氨基甲酸铵的第一反应是放热反应，并且基本上进行完成。该生产尿素的第二 反应是吸热的，并且没有进行完成。氨基甲酸铵向尿素的转化率随着温度和NH3/C02比率的 升高而升高，并且随着H20/C02比率的升高而降低。所形成的产物可以是含有尿素，水和未 消耗的反应物(其包括氨基甲酸铵，氨，二氧化碳和水)的尿素溶液。全球所生产的大部分的氨被用于生产尿素。氨的这种大量使用已经促进了氨设备 和尿素设备二者的整合。但是，现有的氨和尿素整合方案虽然表面上具有吸引力，但是具有 严重的缺点。例如，尿素生产区中所用的许多件装置必须在高压和高温运行，停止尿素区时 必须关闭氨区，需要大量的热(例如水蒸气)和压力(例如压缩机)形式的能量来运行尿 素区，并且存在着其他经济上不利的影响。因此改进的系统和方法，用于整合的氨-尿素生产。


因此在其中能够更详细的理解本发明上述特征的方式，本发明更具体的说明，上 述的简要总结可以参考实施方案来进行，该实施方案中的一些表示在附图中。但是，应当注 意的是该附图仅仅表示了本发明典型的实施方案，因此不认为是对它范围的限制，因为本 发明可以用于其他同等有效的实施方案。图1表示了一种示例性系统，用于根据所述的一种或多种实施方案来净化合成气 和生产尿素。图2表示了另外一种示例性系统，用于根据所述的一种或多种实施方案来净化合 成气和生产尿素。图3表示了根据所述的一种或多种实施方案的一种示例性整合的氨_尿素系统。
具体实施例方式现在将提供详细的说明。每个从属权利要求定义了单独的本发明，从侵权保护的 目的，其被认为包括了该权利要求中所述的不同元件或者限制的等价物。根据上下文，全部 下面提到的“本发明”在某些情况中可以仅仅指的是某些具体的实施方案。在其他情况中 提到“本发明”被认为是在一种或多种，但不必是全部的权利要求中所述的主题。现在在下面将更详细的描述每个本发明，包括具体的实施方案，版本和实施例，但是本发明不限于这 些实施方案，版本或者实施例，其被包括来使得当本专利的信息与可利用的信息和工艺相 结合时，本领域技术人员能够制造和利用本发明。现在将提供详细的说明。每个从属权利要求定义了单独的本发明，从侵权保护的 目的，其被认为包括了该权利要求中所述的不同元件或者限制的等价物。根据上下文，全部 下面提到的“本发明”在某些情况中可以仅仅指的是某些具体的实施方案。在其他情况中 提到“本发明”被认为是在一种或多种，但不必是全部的权利要求中所述的主题。现在在下 面将更详细的描述每个本发明，包括具体的实施方案，版本和实施例，但是本发明不限于这 些实施方案，版本或者实施例，其被包括来使得当本专利的信息与可利用的信息和工艺相 结合时，本领域技术人员能够制造和利用本发明。提供了生产尿素的系统和方法。一种生产尿素的方法可以包括将热从包含氢气和 二氧化碳的合成气交换到包含尿素和氨基甲酸铵的尿素溶液。所传递的热能够足够的分解 该氨基甲酸铵的至少一部分。在一种或多种实施方案中，该合成气可以与液态氨反应，来提 供贫二氧化碳的合成气和氨基甲酸铵溶液。该氨基甲酸铵溶液可以加热到大约180°C或者 更高的温度。在该加热的氨基甲酸铵溶液中，该氨基甲酸铵的至少一部分可以脱水来提供 尿素溶液。参考附图，图1表示了一种示例性系统100，用于根据一种或多种实施方案来净化 合成气和生产尿素。在一种或多种实施方案中，系统100可以包括一种或多种氨基甲酸铵 分解器(“分解器”)105，一种或多种热交换器(表示了两个110，135)，一种或多种二氧化 碳(“C02”)吸收器120和一种或多种尿素反应器150。在一种或多种实施方案中，该一种 或多种CO2吸收器120可以包括一种或多种接触区(表示了两个122，124)。在一种或多种实施方案中，热可以在一种或多种分解器105中从经由管线101引 入的合成气间接传递到经由管线154引入的尿素溶液中，来提供经由管线107的加热的尿 素溶液和经由管线109的第一冷却合成气。在一种或多种实施方案中，该尿素溶液中该氨 基甲酸铵的至少一部分可以分解来提供氨(“NH/’)和C02。在一种或多种实施方案中，管 线109中的第一冷却合成气可以进一步冷却，来提供在管线114中的第二冷却合成气。管线 109中的该第一冷却合成气或者管线114中的第二冷却合成气可以引入到一种或多种CO2 吸收器120中。在一种或多种实施方案中，经由管线116的液态氨和水或者经由管线118 的氨/水溶液(“氨水”)可以引入到一种或多种CO2吸收器120中。在一种或多种实施方案中，经由管线116引入到一种或多种CO2吸收器中的液态 氨可以与经由管线114引入的合成气中的至少一部分的CO2反应，来提供经由管线128的 氨基甲酸铵溶液和经由管线126的贫CO2合成气。在一种或多种实施方案中，经由管线128 的氨基甲酸铵溶液可以引入到一种或多种热交换器135中，来提供经由管线139的加热的 氨基甲酸铵溶液。经由管线139的该加热的氨基甲酸铵溶液可以引入到一种或多种尿素反 应器150中，来提供在管线154中的尿素溶液。在一种或多种实施方案中，管线101中的合成气可以包括但不限于氢气，CO2和氮 气。在一种或多种实施方案中，经由管线101引入的合成气可以是或者可以包括低温转化 合成气，中温度转化合成气，高温转化合成气，或者其任意的混合物。在一种或多种实施方 案中，管线101中合成气的氢气含量可以从低到大约45mol%，大约50mol%或者大约55mol%到高到大约60mol%，大约65mol%或者大约70mol%。在一种或多种实施方案中，管线101 中合成气的氮气含量可以从低到大约10mol%，大约15mol%或者大约20mol%到高到大约 25mol%，大约30mol%或者大约35mol%。在一种或多种实施方案中，管线101中合成气的二 氧化碳含量可以从低到大约5mol%，大约10mol%或者大约15mol%到高到大约20mol%，大约 25mol%或者大约30mol%。在一种或多种实施方案中，管线101中合成气的其他成分可以包 括但不限于少量的氩气，一氧化碳(“CO”)，甲烷和水。在一种或多种实施方案中，管线101中合成气的温度可以设定为从低到大约 200°C，大约210°C或者大约220°C到高到大约240°C，大约280°C或者大约300°C。例如管线 101中合成气的温度可以是大约225°C，大约230°C或者大约235°C。在一种或多种实施方 案中，该合成气的压力可以是从低到大约20kg/cm2，大约30kg/cm2或者大约35 kg/cm2到高 到大约80kg/cm2，大约90kg/cm2或者大约100kg/cm2。在一种或多种实施方案中，管线154中的尿素溶液可以包含尿素，氨基甲酸铵， 水和氨。在一种或多种实施方案中，管线154中的尿素溶液的尿素含量可以从低到大约 20wt%,大约24wt%或者大约27wt%到高到大约31wt%，大约35wt%或者大约40wt%。在一种 或多种实施方案中，管线154中的尿素溶液的CO2含量可以从低到大约7wt%，大约10衬％或 者大约12wt%到高到大约16wt%，大约18衬％或者大约20wt%。在一种或多种实施方案中，该 尿素溶液的NH3含量可以从低到大约32wt%，大约35wt%或者大约37wt%到高到大约40wt%， 大约42衬％或者大约45wt%。在一种或多种实施方案中，该尿素溶液的水含量可以从低到大 约10wt%，大约13wt%或者大约16wt%到高到大约20wt%，大约22wt%或者大约25wt%。例如， 管线154中的尿素溶液可以包含大约27wt%-大约31wt%的尿素，大约12wt%-大约16%C02， 大约36wt%-大约40wt%的NH3和大约16wt%-大约20wt%的水。在一种或多种实施方案中，管线154中的尿素溶液的至少一部分的CO2和NH3可 以处于氨基甲酸铵(“NH4CO2NH2”)的形式，而非CO2*NH3。在一种或多种实施方案中，该 尿素溶液中所包含的处于NH4CO2NH2形式的CO2和NH3可以是大约30wt%的NH4CO2NH2或者 更高，大约50wt%的NH4CO2NH2或者更高，大约70wt%的NH4CO2NH2或者更高，大约90wt%的 NH4CO2NH2或者更高。在一种或多种实施方案中，在一种或多种分解器105中从合成气间接传递到尿素 溶液的热能够足够的分解(即，分离和蒸发)至少一部分的任何氨基甲酸铵，来提供氨和二 氧化碳。在一种或多种实施方案中，该一种或多种分解器105可以包括适于将热从经由管 线101引入的合成气间接传递到经由管线154引入的尿素溶液的任何系统，装置或者系统 和/或装置的组合。该一种或多种分解器105可以包括但不限于一种或多种U型管热交换 器，壳管式热交换器，板框式热交换器或者其任意组合。例如，一种或多种分解器105可以 是壳管式分解器，这里经由管线101引入的合成气可以引入到分解器105的壳侧，尿素溶液 可以经由管线154引入到分解器105的管侧。在一种或多种实施方案中，经由管线109从一种或多种分解器105回收的合成 气的温度可以设定为大约150°c或者更低，大约110°C或者更低，大约90°C或者更低，大约 75°C或者更低或者大约65°C或者更低。在一种或多种实施方案中，管线107中的加热的尿 素溶液的温度可以从低到大约170°C，大约175°C或者大约180°C到高到大约190°C，大约 195°C或者大约200°C。在一种或多种实施方案中，该加热的尿素溶液的压力可以是从低到大约70kg/cm2，大约75 kg/cm2或者大约80kg/cm2到高到大约90kg/cm2，大约95 kg/cm2或 者大约lOOkg/cm2。该加热的尿素溶液可以包含CO2和NH3 二者以及NH4C02NH2。在一种或 多种实施方案中，包含在该尿素溶液中处于NH4CO2NH2形式的CO2和NH3可以是大约50wt%的 NH4CO2NH2或者更低，大约40wt%的NH4CO2NH2或者更低，大约30wt%的NH4CO2NH2或者更低， 或者大约20wt%的NH4CO2NH2或者更低。在一种或多种实施方案中，该一种或多种分解器105可以包括另外的传热介质例 如水蒸气，其可以引入到该一种或多种分解器105中的至少一个中，来在用经由管线101引 入的合成气间接加热该尿素溶液之前或者之后，进一步分解包含在该尿素溶液中的至少一 部分的任何氨基甲酸铵。例如水蒸气(其的压力可以是大约20kg/cm2)可以引入到一种或 多种分解器105中，来将热间接的传递到尿素溶液，来在用管线101中的合成气间接加热 该尿素溶液之前或者之后，分解包含在该尿素溶液中的至少一部分的任何氨基甲酸铵。在 一种或多种实施方案中，水蒸气或者另外一种合适的传热介质可以使用，而不使用管线101 中的合成气。例如，水蒸气可以引入到一种或多种分解器105中，来加热经由管线154引入 的尿素溶液，并且合成气可以在一种或多种热交换器110中冷却或者如果处于合适的温度 时可以直接引入到一种或多种CO2吸收器120中。在一种或多种实施方案中，管线109中第一冷却的合成气可以(如果期望)在一 种或多种热交换器110中进一步了冷却，来提供经由管线114的第二冷却合成气，该第二合 成气的温度适于引入到一种或多种CO2吸收器120中。经由管线114引入的合成气(其在 一种或多种热交换器110中进一步进行了冷却或者直接来自一种或多种分解器105)的温 度可以是从低到大约30°C，大约50°C或者大约60°C到高到大约70。C，大约80°C或者大约 90°C。在一种或多种实施方案中，经由管线114引入到一种或多种CO2吸收器120中的合成 气的压力可以从低到大约20kg/cm2，大约30kg/cm2或者大约35 kg/cm2到高到大约80kg/ cm2，大约 90kg/cm2 或者大约 100kg/cm2。一种或多种热交换器110可以包括任何适于将热从合成气间接传递到一种或多 种传热介质的系统，装置或者系统和/或装置的组合。一种或多种热交换器110可以包括 但不限于一种或多种U型热交换器，壳管式热交换器，框板式热交换器或者其任意的组合。 经由管线108引入到一种或多种热交换器110的传热介质(其可以是或者可以包括水例如 锅炉供水("BFff"))可以经由管线112回收。在一种或多种实施方案中，经由管线114引入到一种或多种CO2吸收器120中的合 成气可以与经由管线116引入的氨反应，来提供在管线128中的氨基甲酸铵溶液和在管线 126中的贫CO2合成气。一种或多种接触区122，124能够增加两种或者多种流体在一种或 多种CO2吸收器120中的接触面积。例如该一种或多种接触区122，124能够增加经由管线 116引入的氨和经由管线114引入的包含在合成气中的CO2之间的接触面积，由此促进氨基 甲酸铵的形成和从合成气中除去C02。在一种或多种实施方案中，经由管线116引入的至少一部分的氨可以处于液相 中。该氨可以是大约75%的液体或者更高，大约85%的液体或者更高，大约95%的液体或者 更高，大约99%的液体或者更高，或者大约100%的液体。在一种或多种实施方案中，经由管 线118引入的水可以是在精炼和或肥料设备运行中典型使用的一般的加工用水。在一种 或多种实施方案中，经由管线118引入的水可以是软化水。软化水可以通过蒸馏，去离子化，隔膜过滤，电解或者任何其他软化工艺来提供。软化水中溶解的固体的量可以小于大约 10mg/L,小于大约7mg/L，小于大约4mg/L，小于大约2mg/L或者小于大约lmg/L。在一种或多种实施方案中，一种或多种CO2吸收器120的运行压力可以是从低到 大约20kg/cm2，大约25 kg/cm2或者大约30kg/cm2到高到大约80kg/cm2，大约85 kg/cm2或 者大约90kg/cm2。在一种或多种实施方案中，一种或多种CO2吸收器的运行压力可以是大 约35 kg/cm2-大约60kg/cm2，或者大约50kg/cm2-大约80kg/cm2，或者大约40kg/cm2-大约 70kg/cm2。在一种或多种实施方案中，一种或多种CO2吸收器120的运行温度可以是从低到 大约80°C，大约90°C或者大约100°C到高到大约120°C，大约130°C或者大约140°C。例如， 一种或多种CO2吸收器120的运行温度可以是大约100°C，105°C，大约110°C，大约115°C或 者大约120°C。在一种或多种实施方案中，一种或多种接触区122，124(其可以布置在一种或多 种CO2吸收器120中)可以包括任何合适的填充介质，塔盘，其他增加表面的装置，或者其 组合。在一种或多种实施方案中，该填充介质，塔盘和/或其他增加表面的装置可以由任何 材料制成，该材料可以包括但不限于对所述方法来说惰性的任何材料。例如，该惰性材料可 以包括陶瓷，玻璃，锆，钛，双相不锈钢，不锈钢合金，有色金属，有色金属合金，金属氧化物， 例如氧化锆，或者其任意的组合。具体的惰性材料可以基于具体的加工组成，加工条件，期 望的耐腐蚀性，和经济因素例如成本进行选择。在一种或多种实施方案中，一种或多种接触区122，124可以是或者可以包括但不 限于无规填充材料，结构化填充材料，一种或多种塔盘，一种或多种挡板，或者其任意组合。 无规填充材料可以包括但不限于纳特环，I-环，P-环，R-环，拉西环，马鞍环，A-PAK环，颇 尔环，U形环或者任何其他已知类型的填充环，或者其组合。该结构化填充材料可以包括但 不限于皱纹板，皱褶板，纱网，栅格，金属丝网，整块蜂窝结构，或者其组合。一种或多种塔盘 和/或挡板可以包括但不限于浮阀塔盘，固定阀塔盘，筛孔塔盘，泡罩塔盘，筒式塔盘，双流 塔盘，挡板塔盘，喷射式塔盘，盘式和圆环塔盘，轨道塔盘，马蹄塔盘，扣钩浮阀塔盘，烟囱塔 盘，裂缝塔盘，板，穿孔塔盘或者其任意组合。任何两个相邻的塔盘可以是相同类型的塔盘 或者不同类型的塔盘。任何两个相邻塔盘之间的距离或者间隔可以相同或者不同。在一种或多种实施方案中，一种或多种接触区122，124可以包括不同的材料，不 同类型的增加接触的结构，不同尺寸的材料，和/或不同尺寸的区域。例如，一个接触区124 可以包括无规填充材料，第二接触区122可以包括结构化填充材料。在一种或多种实施方 案中，一种或多种接触区122，124中任何一个可以在具体的接触区中包括不同的材料，不 同类型的增加接触的结构，和/或不同尺寸的材料。例如接触区122可以包括一种或多种 塔盘，挡板，无规填充材料，和/或结构化填充材料。任何两个或者多个接触区122，124可 以是相同或者不同高度的。例如第一接触区122可以是大约5m高，第二接触区124可以是 大约3m高。在一种或多种实施方案中，经由管线114的合成气可以分散或者引入到第一接触 区124中。经由管线114的合成气可以流过第一和第二接触区124，122，其流动方向与液态 氨和水或者氨水溶液(其可以经由管线116，118引入到一种或多种接触区124，122的合成 气的对边)相反。在一种或多种实施方案中，CO2和氨可以在一种或多种接触区120中，或 者在CO2吸收器120中的任何点(即，不在接触区122，124中)反应，来提供碳酸铵。在一种或多种实施方案中，可以回收经由管线128的氨基甲酸铵溶液，并且贫CO2的合成气可以 经由管线126回收。在一种或多种实施方案中，经由管线114引入到一种或多种CO2吸收器120中和 经由管线126回收的合成气可以是CO2减少的或者没有C02。例如，管线126中的合成气 中CO2含量可以包括小于大约5mol%的CO2基于干重，小于大约3mol%的CO2基于干重，小 于大约2mol%的CO2基于干重，或者小于大约1%C02基于干重。在一种或多种实施方案中， 管线126中的合成气可以包括小于大约0. 7mol%的CO2基于干重，小于大约0. 5mol%的CO2 基于干重，或者小于大约0. 3mol%的CO2基于干重。在一种或多种实施方案中，管线126中 的合成气的氢气含量可以是从低到大约60mol%的基于干重，大约65mol%的基于干重，或 者大约70mol%的基于干重到高到大约75mol%的基于干重，80mol%的基于干重，或者大约 85mol%的基于干重。在一种或多种实施方案中，管线126中的合成气的氮气含量可以从低 到大约15mol%的基于干重，大约20mol%的基于干重，或者大约25mol%基于干重到高到大 约30mol%的基于干重，大约35mol%的基于干重，或者大约40mol%的基于干重。在一种或 多种实施方案中，管线126中的合成气的平衡气体可以包括但不限于C0，氩气，和甲烷。管 线126中合成气的该平衡气体基于干重包括下面范围的CO，CO2，氩气和甲烷从低到大约 0. 5mol%,大约lmol%或者大约1. 5mol%到高到大约2mol%，大约2. 5mol%或者大约3mol%。在一种或多种实施方案中，氨基甲酸铵溶液经由管线128可以引入到一种或多种 热交换器135中，来经由通过管线131引入的传热介质进行间接加热。在一种或多种实施 方案中，经由管线131引入的传热介质可以间接加热经由管线128引入的氨基甲酸铵溶液， 来提供经由管线139的加热的氨基甲酸铵溶液和经由管线137的冷凝物。该传热介质可以 是水蒸气。在一种或多种实施方案中，经由管线131引入的水蒸气的压力可以从低到大约 10kg/cm2，大约15 kg/cm2或者大约18 kg/cm2到高到大约22 kg/cm2，大约25 kg/cm2或者 大约30kg/cm2。例如经由管线131引入的水蒸气的压力可以是大约16 kg/cm2，大约20kg/ cm2或者大约24 kg/cm2。虽然没有示出，但是管线101中的合成气可以用来间接加热一种 或多种热交换器135的管线128中的氨基甲酸铵溶液，而不加热或者除了加热一种或多种 热交换器105中的尿素溶液之外。在一种或多种实施方案中，管线139中加热的氨基甲酸铵溶液的温度可以从低到 大约170°C，大约175°C或者大约180°C到高到大约195°C，大约200°C或者大约205°C。在 一种或多种实施方案中，NH3与CO2 (NH3 =CO2)的摩尔比可以是大约3. 2 4. 4，大约3. 4 4. 2， 或者大约3. 6 :4。一种或多种热交换器135可以包括任何适于将热从经由管线131引入的传热介质 间接传递到经由管线128引入的氨基甲酸铵溶液的系统，装置，或者系统和/或装置的组 合。一种或多种热交换器135可以包括但不限于一种或多种U形热交换器，壳管式热交换 器，框板式热交换器，或者其任意组合。在一种或多种实施方案中，经由管线139的加热的氨基甲酸铵溶液可以引入到一 种或多种尿素反应器150中，来提供经由管线154的尿素溶液。在一种或多种实施方案中， 经由管线142的氨可以经由一种或多种分配管线144引入，该分配管线可以布置在至少一 部分的尿素反应器150的整个中。经由管线142引入的氨的温度可以从低到大约100°C，大 约110°C或者大约120°C到高到大约150°C，170°C或者大约195°C。例如，经由管线142引入的氨的温度可以是大约125°C -大约140°C。在一种或多种实施方案中，尿素反应器150可以运行在足以提供经由管线154的 尿素溶液的条件下。在一种或多种实施方案中，一种或多种尿素反应器150的运行压力可 以是从低到大约180kg/cm2，大约190kg/cm2或者大约195 kg/cm2到高到大约205 kg/cm2, 大约210kg/cm2或者大约215 kg/cm2。例如，一种或多种尿素反应器150的运行压力可以 是大约193 kg/cm2-大约207 kg/cm2或者大约197 kg/cm2-大约203 kg/cm2。在一种或多 种实施方案中，尿素反应器150的运行温度可以是从低到大约180°C，大约185°C或者大约 190°C到高到大约200°C，大约205°C或者大约210°C。在一种或多种实施方案中，一种或多种尿素反应器150可以经由引入的材料(即， 经由管线139的氨基甲酸铵溶液和经由管线142的氨)加热的。虽然没有示出，但是尿素 反应器150可以使用一种或多种热源来加热，例如夹套布置在至少一部分的反应器150周 围的炉子或者流体，和/或一种或多种盘管，多个U型管，直管，或者布置在尿素反应器150 中的刺刀管。在一种或多种实施方案中，该一种或多种盘管，U型管，直管和/或刺刀管可 以包括但不限于一种或多种翅管，静态混合器，来复管，导热填充料，造紊流凸齿，或者其任 意的组合。在一种或多种实施方案中，氨基甲酸铵在一种或多种尿素反应器150中向着尿素 至少部分的转化可以通过保证在该反应器中足够长的驻留时间来优化。在一种或多种实施 方案中，多个塔盘，挡板，填充料或者其组合能够保证或者控制在其中所生产的氨基甲酸铵 和尿素的驻留时间。例如，多个塔盘可以防止或者减少在其中所生产的氨基甲酸铵和尿素 的回混合。在一种或多种实施方案中，氨基甲酸铵溶液在一种或多种反应器150中的驻留 时间可以小于2小时，小于1小时或者小于30分钟。在一种或多种实施方案中，该驻留时 间可以是大约10分钟或者更高，大约20分钟或者更高，大约30分钟或者更高，大约40分 钟或者更高，或者大约50分钟或者更高。在一种或多种实施方案中，至少部分转化的氨基 甲酸氨可以经由一种或多种降液管或者管道146在管线154中回收。图2表示了另外一种示例性系统200，用于根据一种或多种实施方案来净化合成 气和生产尿素。在一种或多种实施方案中，系统200可以包括一种或多种分解器105，一种 或多种热交换器110，135，一种或多种CO2吸收器120，和一种或多种尿素反应器150，其可 以是在上面参考图1所讨论和描述的。在一种或多种实施方案中，系统200可以进一步包 括一种或多种冷凝物分离器205，合成气净化单元215，另外的热交换器(两个表示为220 和225)，高压分离器235，氨基甲酸铵回收单元240，和尿素净化单元250。在一种或多种实施方案中，管线114中冷却的合成气可以引入到一种或多种冷凝 物分离器205中，来分离存在于经由管线207的冷却合成气中至少一部分的任何水。在一 种或多种实施方案中，经由管线209的具有减少的含水量的合成气可以从一种或多种冷凝 物分离器205中回收，并且引入到一种或多种CO2吸收器120中。在一种或多种实施方案 中，可以绕过该一种或多种冷凝物分离器205，并且经由管线114的合成气可以引入到一种 或多种CO2吸收器120中。在一种或多种实施方案中，经由管线126从一种或多种CO2吸收器120中回收的贫 CO2的合成气可以引入到一种或多种合成气净化单元215中。在一种或多种实施方案中，一 种或多种合成气净化单元215能够除去至少一部分的任何氨(其可以包含在管线126的贫CO2合成气中)。一种或多种合成气净化单元215可以是任何的适于从管线126中的贫CO2 合成气中除去氨的系统，装置，或者系统和/或装置的组合。例如，一种或多种合成气净化 单元215可以是或者可以包括水清洗柱，水或者软化水经由管线212可以引入到所述水清 洗柱中。经由管线212的水可以与经由管线126引入的贫CO2合成气逆向流动，来从该贫 CO2合成气中清洗或者汽提氨。在一种或多种实施方案中，一种或多种接触区216可以布置 在一种或多种合成气净化单元215中。在一种或多种实施方案中，氨/水混合物可以经由 管线217回收，并且净化的合成气可以经由管线219回收。在一种或多种实施方案中，一种或多种接触区216可以是但不限于无规填充材 料，结构化填充材料，一种或多种塔盘，一种或多种挡板，或者其任意组合。无规填充材料可 以包括但不限于纳特环，I-环，P-环，R-环，拉西环，马鞍环，A-PAK环，颇尔环，U形环或者任 何其他已知类型的填充环，或者其组合。该结构化填充材料可以包括但不限于皱纹板，皱褶 板，纱网，栅格，金属丝网，整块蜂窝结构，或者其组合。一种或多种塔盘和/或挡板可以包 括但不限于浮阀塔盘，固定阀塔盘，筛孔塔盘，泡罩塔盘，筒式塔盘，双流塔盘，挡板塔盘，喷 射式塔盘，盘式和圆环塔盘，轨道塔盘，马蹄塔盘，扣钩浮阀塔盘，烟@塔盘，裂缝塔盘，板， 穿孔塔盘或者其任意组合。任何两个相邻的塔盘可以是相同类型的塔盘或者不同类型的塔 盘。任何两个相邻塔盘之间的距离或者间隔可以相同或者不同。在一种或多种实施方案中，一种或多种接触区216可以包括不同的材料，不同类 型的增加接触的结构，不同尺寸的材料，和/或不同尺寸的区域。例如，一个接触区216可 以包括无规填充材料，第二接触区(未示出)可以包括结构化填充材料。在一种或多种实 施方案中，一种或多种接触区216中任何一个可以在具体的接触区中包括不同的材料，不 同类型的增加接触的结构，和/或不同尺寸的材料。例如接触区216可以包括一种或多种 塔盘，挡板，无规填充材料，和/或结构化填充材料。在一种或多种实施方案中，经由管线217的氨/水混合物可以通过在一种或多种 热交换器220中间接热交换来冷却。虽然未示出，但是管线217中的氨/水混合物可以通 过用水或者其他合适的冷却介质直接猝灭来冷却。在一种或多种实施方案中，经由管线222 的至少一部分冷却的氨/水混合物可以再循环到一种或多种CO2吸收器120中。在一种或多种实施方案中，管线128中氨基甲酸铵溶液的至少一部分可以通过在 一种或多种热交换器225中间接热交换来冷却，来提供经由管线227的冷却的氨基甲酸铵 溶液。在一种或多种实施方案中，经由管线227的至少一部分的冷却氨基甲酸铵溶液可以 引入到一种或多种CO2吸收器120中，来提高氨的吸收。在一种或多种实施方案中，来自下游加工步骤的再循环氨基甲酸铵溶液，例如一 种或多种氨基甲酸铵回收单元240可以经由管线230来将氨基甲酸铵溶液引入到管线128 中。例如，经由管线230的再循环的氨基甲酸铵溶液可以由一种或多种高压氨基甲酸铵冷 凝器来提供，该冷凝器可以用于一种或多种氨基甲酸铵回收单元240中。在一种或多种实 施方案中，管线139中加热的氨基甲酸铵溶液可以引入到一种或多种尿素反应器中，来提 供经由管线154的尿素溶液，如上面参考图1所讨论和所述的。在一种或多种实施方案中，经由管线107的加热的尿素溶液可以引入到一种或多 种高压分离器235中，来提供经由管线237的第一净化的尿素溶液和经由管线239的氨基 甲酸铵流出物。该氨基甲酸铵流出物可以是NH3* CO2气体，其可以在一种或多种高压分离器235中从尿素溶液中分离。在一种或多种实施方案中，管线237中的第一净化的尿素溶液的尿素含量可以从 低到大约35wt%，大约4(^1%或者大约45wt%到高到大约50wt%，大约55wt%或者大约60wt%。 在一种或多种实施方案中，管线237中的第一净化的尿素溶液的NH3含量可以是从低到大 约10wt%，大约15wt%或者大约17wt%到高到大约23wt%，大约25wt%或者大约30wt%。在 一种或多种实施方案中，管线237中的第一净化的尿素溶液的CO2含量可以是从低到大约 2wt%,大约3wt%或者大约4wt%到高到大约8wt%，大约9wt%或者大约10wt%。在一种或多 种实施方案中，管线237中的第一净化的尿素溶液的水含量可以是从低到大约15wt%，大约 20wt%或者大约23wt%到高到大约29wt%，33wt%或者大约38wt%。管线237中的第一净化 的尿素溶液的NH3和CO2含量可以是NH4CO2NH2以及CO2和NH3 二者。在一种或多种实施方案中，管线239中分离的NH3* CO2可以引入到一种或多种氨 基甲酸铵回收单元240中。在一种或多种实施方案中，一种或多种氨基甲酸铵回收单元240 可以包括但不限于一种或多种高压氨基甲酸盐冷凝器。在一种或多种实施方案中，BFW可 以经由管线236引入到一种或多种氨基甲酸铵回收单元240中，来冷却经由管线239引入 的NH3和CO2，来提供经由管线244的氨基甲酸铵和经由管线242的低压水蒸气。例如，管 线242中的低压水蒸气的压力可以从低到大约250kPa，大约300kPa或者大约350kPa到高 到大约500kPa，大约550kPa或者大约600kPa。在一种或多种实施方案中，管线244中该氨 基甲酸铵的至少一部分可以经由管线230引入到管线128的氨基甲酸铵溶液中。虽然没有 示出，经由管线244的该氨基甲酸铵的至少一部分可以经由管线227引入到一种或多种CO2 吸收器120中。在一种或多种实施方案中，管线237中的第一净化的尿素溶液可以引入到一种或 多种尿素净化单元250中，来提供经由管线253的尿素产物，经由管线255的回收的氨，和 经由管线257的水蒸气冷凝物。一种或多种尿素净化单元250可以包括一种或多种中压 (“MP”)氨基甲酸铵分解器，MP氨基甲酸铵冷凝器，NH3回收单元，低压(“LP”)氨基甲酸 铵分解器，LP氨基甲酸铵冷凝器，一种或多种真空蒸发器/分离器系统和一种或多种除水 系统。在一种或多种实施方案中，管线237中的第一净化的尿素溶液可以引入到一种或 多种MP氨基甲酸铵分解器，一种或多种MP氨基甲酸铵冷凝器和一种或多种NH3回收单元 中，来提供第二净化的尿素溶液(未示出)和氨基甲酸铵溶液(未示出)。在一种或多种 实施方案中，第二净化的尿素溶液的尿素含量可以从低到大约50wt%，大约55wt%或者大 约59wt%到高到大约63wt%，大约67wt%或者大约70wt%。该第二净化的尿素溶液可以包 含NH4CO2NH2以及CO2和顯3。在一种或多种实施方案中，第二净化的尿素溶液的NH3含量 可以从低到大约3wt%，大约4wt%或者大约5wt%到高到大约9wt%，大约10wt%或者大约 llwt%0在一种或多种实施方案中，第二净化的尿素溶液的CO2含量可以从低到大约lwt%， 大约1. 3wt%或者大约1. 5wt%到高到大约2wt%，大约2. 2wt%或者大约2. 5wt%。在一种或 多种实施方案中，第二净化的尿素溶液的水含量可以从低到大约23wt%，大约25wt%或者大 约27wt%到高到大约32wt%，35wt%或者大约38wt%。在一种或多种实施方案中，该第二净化的尿素溶液可以引入到一种或多种LP氨 基甲酸铵分解器和一种或多种LP氨基甲酸盐冷凝器中，来提供第三净化的尿素溶液(未示出)和氨基甲酸铵溶液(未示出)。在一种或多种实施方案中，该第三尿素溶液的尿素含量 可以是从低到大约60wt%，65wt%或者大约67wt%到高到大约73wt%，75wt%或者大约80wt%。 该第三净化的尿素溶液可以包含NH4CO2NH2以及C02*NH3。在一种或多种实施方案中，该 第三净化的尿素溶液的NH3含量可以是从低到大约0. 3wt%,大约0. 8wt%或者大约1. 2wt% 到高到大约1. 9wt%，大约2. 2衬％或者大约2. 5wt%。在一种或多种实施方案中，该第三净化 的尿素溶液的CO2含量可以从低到大约0. 5wt%,大约0. lwt%或者大约0. 4wt%到高到大约 lwt%，大约1. 2衬％或者大约1. 3wt%。在一种或多种实施方案中，该第三净化的尿素溶液的 水含量可以是大约20wt%，大约23wt%或者大约25wt%到高到大约27wt%，大约30wt%或者 大约33wt%。在一种或多种实施方案中，该第三净化的尿素溶液可以引入到一种或多种真空蒸 发器/分离器系统和一种或多种除水系统中，来提供经由管线253的最终尿素产物。该尿 素熔融物可以是大约95wt%-99. 9wt%的尿素。例如，管线253中的尿素熔融物可以包含大 约97wt%-大约99. 7wt%的尿素和大约0. lwt%-大约3wt%的水。经由管线253回收的尿素 熔融物中尿素的浓度会取决于所使用的真空分离步骤的数目和所期望的尿素熔融物的纯 度。在一种或多种实施方案中，该尿素熔融物可以进一步加工，来提供脲醛树脂，三聚氰胺 树脂，酰脲，氨基甲酸酯，三聚氰胺甲醛，尿素球和小粒，其衍生物，及其组合。在一种或多种 实施方案中，管线253中的尿素熔融物可以用作肥料或者用于其他肥料的合成中。在一种或多种实施方案中，可以从一种或多种除水系统中来提供经由管线257的 加工冷凝物，其可以包含水，氨，二氧化碳和尿素。在一种或多种实施方案中，该经由管线 257的加工冷凝物可以送到清洁系统中(未示出)，来提供净化的加工冷凝物，其可以送离 所述位置，或者作为锅炉供水用于复杂的或者其他用途(未示出)。一种示例性清洁系统可 以包括一种或多种第二级真空冷凝器，水槽，和解吸附和水解单元，该单元可以提供弱氨基 甲酸盐溶液和一种或多种未冷凝的气体。该弱氨基甲酸盐溶液可以包含水，二氧化碳和氨。 该未冷凝的气体可以包含二氧化碳，氨，和惰性气体例如氩气，氮气，和/或氧气。该未冷 凝气体可以弓丨入到大气洗涤器中，用于进一步洗涤和/或排放到大气中。在一种或多种实施方案中，经由管线255从氨回收单元(未示出)回收的氨可以 经由管线142引入到一种或多种尿素反应器150，经由管线116引入到一种或多种CO2吸收 器120中，或者送离所述位置，用于其他用途(未示出)。在一种或多种实施方案中，管线 255中的氨可以在一种或多种热交换器(未示出)中间接加热，来提供加热的氨，其适于经 由管线142引入到一种或多种尿素反应器150中，如上所讨论和所述。图3表示了根据一种或多种实施方案的一种示例性整合的氨_尿素系统300。在 一种或多种实施方案中，该整合的氨-尿素系统(“整合系统”)300可以包括一种或多种 CO2吸收器120，一种或多种合成气净化单元215，一种或多种分解器105，和一种或多种尿 素反应器150，其可以是上面参考图1和2所讨论和所述的。在一种或多种实施方案中，整 合的系统300可以进一步包括一种或多种主重整器310，一种或多种次重整器315，一种或 多种变换炉(两个表示为320，325)，一种或多种分离器335，一种或多种甲烷转化器/干燥 器单元345，一种或多种合成气净化单元355，一种或多种压缩机360，一种或多种氨合成单 元370，和一种或多种氨冷凝器375。在一种或多种实施方案中，一种或多种主重整器310 和/或一种或多种次重整器315可以包括其中布置有一种或多种催化剂的一种或多种催化剂区。在一种或多种实施方案中，一种或多种变换炉320，325可以包括其中布置有一种或 多种催化剂的一种或多种催化剂区。在一种或多种实施方案中，经由管线301的第一烃和经由管线305的氧化剂可以 引入到一种或多种主重整器310中，来提供经由管线313的合成气(“第一合成气”)。一 种或多种主重整器310可以是自热重整器(“ATR”)。至少一部分的第一烃可以在氧化剂 和一种或多种催化剂存在下反应，来提供经由管线313的第一合成气。在一种或多种实施 方案中，经由管线303的水蒸气可以引入到所示的管线301的第一烃中，引入到管线305的 氧化剂中，直接引入到一种或多种主重整器310中，或者其组合中。第一合成气可以包含但 不限于氢气，二氧化碳，一氧化碳，氮气，氩气，水和甲烷。在一种或多种实施方案中，经由管线307的第二烃可以引入到一种或多种次重整 器315中，来提供合成气(“第二合成气”)。次重整器315可以是一种重整交换器。经由 管线303的水蒸气可以引入到管线307中的第二烃中和/或直接引入到一种或多种次重整 器315(未示出)。第二烃可以在水蒸气和一种或多种催化剂存在下反应，来提供第二合成 气。该第二合成气可以包含但不限于氢气，二氧化碳，一氧化碳，水和甲烷。如所示的，管线 313中的第一合成气可以引入到次重整器315中，来提供在一种或多种次重整器315中进 行重整反应所必需的至少一部分的热。经由管线307引入的第二烃可以流过包含一种或多 种催化剂的管，并且经由管线313引入的第一合成气可以引入到次重整器315的壳侧。经 由管线313引入到一种或多种次重整器315中的第一合成气可以在一种或多种次重整器中 (如所示的)或者在一种或多种次重整器315之外与第二合成气混合，来提供经由管线317 的原料合成气。虽然没有示出，管线301中的第一烃，管线307中的第二烃，或者这两种烃二者都 可以脱硫，然后将该第一烃和第二烃引入到主重整器310和/或次重整器315中。虽然没 有示出，管线301中的第一烃，管线307中的第二烃，或者这两种烃二者可以在一种或多种 预热器中预热。虽然没有示出，但是主重整器310可以是水蒸气甲烷重整器(“SMR”)，次重整器可 以是ATR。经由管线301的烃可以引入到SMR中，其可以提供经由管线313的第一合成气。 经由管线313的第一合成气可以压缩和引入到SMR中，并且在脱硫之前加热到大约370°C。 该加热的烃可以如下脱硫来除去至少一部分的任何硫化合物经由与催化剂接触，来将硫 化合物氢化成硫化氢，该催化剂包括钴/钼。该脱硫的烃可以与水蒸气混合。该水蒸气可 以以大约2. 5-3. 5mol水蒸气/mol烃中的碳的比例加入，来提供烃/水混合物。该烃/水 混合物可以在主重整器的对流区中预热到大约620°C。该加热的烃/水混合物可以引入到包含一种或多种催化剂的管子，该管布置在主 重整器的辐射区中。该催化剂可以包括但不限于镍，其衍生物，或者其组合。该混合物可以 流过催化剂管，来提供在管线313中的第一合成气。管线313中的第一合成气当经由SMR 生产时会包含大约66mol%的H2 (基于干体积)和大约14mol%的甲烷(基于干体积)。通 过SMR提供的第一合成气可以引入到ATR中。除了第一合成气之外，氧化剂可以引入到ATR 中。此外，另外的水蒸气可以引入到该氧化剂中，来提供大约2. 5-3.5 :1的水蒸气碳比例。 至少一部分的该氧化剂可以燃烧，来提供热，该热可以用来在重整催化剂存在下重整第一 合成气，来提供第二烃。该重整催化剂可以包含但不限于镍，其衍生物或者其组合。
在一种或多种实施方案中，管线301中的第一烃和管线307的第二烃(“烃”)可 以包括一种或多种固态，液态和/或气态烃，其混合物或者其任意的组合。在一种或多种实 施方案中，管线301和/或307中的烃可以包括一种或多种市售的气体例如甲烷，丙烷或者 丁烷。在一种或多种实施方案中，经由管线301的第一烃和/或经由管线307的第二烃可 以包含大约80mol%基于干重的甲烷或者更高，或者大约90mol%基于干重的甲烷或者更高， 或者大约95mol%基于干重的甲烷或者更高，或者大约97mol%基于干重的甲烷或者更高，或 者大约99mol%基于干重的甲烷或者更高。在一种或多种实施方案中，管线301，307中的烃的压力可以从低到大约700kPa， 大约IOOOkPa或者大约1400kPa到高到大约4000kPa，大约5000kPa或者大约5500kPa。在一 种或多种实施方案中，管线303中的水蒸气的压力可以是从低到大约700kPa，大约IOOOkPa 或者大约HOOkPa到高到大约4000kPa，大约5000kPa或者大约5500kPa。在一种或多种实施方案中，管线305中的氧化剂可以使用一种或多种压缩机(未 示出)压缩，来提供在管线305中的压缩的氧化剂。在一种或多种实施方案中，该氧化剂 可以是空气，含有大约21mol%的氧气，大约78mol%的氮气和大约lmol%。在一种或多种实 施方案中，该氧化剂可以是由空气分离单元(未示出)提供的富含氧气的空气，含有大约 21mol%-大约99mol%的氧气，大约21mol%-大约75mol%或者大约21mol%-大约50mol%的 氧气，并且平衡成分是氮气和少量氩气。管线305中压缩的氧化剂的压力可以是从低到大 约700kPa，大约IOOOkPa或者大约1400kPa到高到大约5000kPa，大约7000kPa或者大约 9000kPa。例如，管线305中压缩的氧化剂的压力可以是大约2940kPa_大约7850kPa。经由管线305引入到一种或多种主重整器310和/或一种或多种次重整器315中 的氧化剂的类型和量会影响经由管线313的第一合成气，第二合成气(未示出)和经由管 线317的合成气的组成和物理性能。该一种或多种氧化剂可以包括但不限于空气，氧气，近 乎纯净的氧气，富含氧气的空气，氧气和空气、水、二氧化碳的混合物，氧气和惰性气体例如 氮气和氩气的混合物，富含氮气的空气，及其任何的混合物。该氧化剂可以包含大约60vol% 或者更高的氧气，或者大约70vol%或者更高的氧气，或者大约80vol%或者更高的氧气，或 者大约90vol%或者更高的氧气，或者大约95vol%或者更高的氧气，或者大约99vol%或者 更高的氧气。作为此处使用，术语“近乎纯净的氧气”指的是含有大于50vol%的氧气的氧 化剂。作为此处使用，术语“富含氧气的空气”指的是含有大于21vol%的氧气的氧化剂流。 氧气，近乎纯净的氧气，或者富含氧气的空气可以获自例如低温蒸馏，变压吸附，隔膜分离 或者其任意的组合。经由管线140的一种或多种氧化剂可以是无氮气的或者基本上无氮 气的。作为此处使用，术语“基本上无氮气”指的是这样的氧化剂流，该氧化剂流含有大约 5vol%或者更低的氮气，4vol%或者更低的氮气，3vol%或者更低的氮气，2vol%或者更低的 氮气，或者lvol%或者更低的氮气。在一种或多种实施方案中，一种或多种主重整器310和一种或多种次重整器 315( “重整器”)可以包括任何适于重整烃来提供含有氢气、一氧化碳和/或二氧化碳的气 体的系统，装置或者系统和/或装置的组合。例如，一种或多种重整器310，315可以是但不 限于气化器，ATR，催化部分氧化(“CP0X”)反应器，部分氧化(“Ρ0Χ”)反应器，SMR和/ 或重整交换器。取决于具体的重整器和/或重整器的结构，一种或多种重整器310，315可 以在一种或多种催化剂，氧化剂，热，火焰，水蒸气或者其组合的存在下，对至少一部分的烃进行转化，来提供合成气，例如第一合成气和/或第二合成气。在一种或多种实施方案中， 一种或多种重整器310，315可以以任何串联，并联，或者串联/并联的组合来排列。在一种或多种实施方案中，该一种或多种重整交换器可以包括KBR重整交换器系 统(“KRES”)。另外的KRES加工条件，催化剂和其他细节可以在下面的文献中找到US专 利 No. 5011625 ；5122299 ；5362454 ；6855272 ；7138001 ；和 7220505，其全部以其整体引入 作为参考。另外的重整交换器类型，催化剂类型，加工条件和其他细节可以在US专利No. 7074347 和 6224789 中找到。在一种或多种实施方案中，管线317中的原料合成气中的氢气浓度可以从低到 大约30mol%，大约40mol%或者大约45mol%到高到大约60mol%，大约70mol%或者大约 80mol%。在一种或多种实施方案中，管线317中的原料合成气中的氮气浓度可以从低到大 约10mol%，大约15mol%或者大约20mol%到高到大约30mol%，大约35mol%或者大约40mol%。 在一种或多种实施方案中，管线317中的原料合成气中的二氧化碳浓度可以从低到大约 2mol%,大约3mol%或者大约4mol%到高到大约5mol%，大约6mol%或者大约7mol%。在一种 或多种实施方案中，管线317中的原料合成气中的一氧化碳浓度可以从低到大约5mol%，大 约10mol%或者大约15mol%到高到大约25mol%，大约30mol%或者大约35mol%。在一种或多种实施方案中，管线317中的原料合成气可以引入到转换炉320中，来 提供经由管线323的第一转化的合成气。在一种或多种实施方案中，该经由管线323的第 一转化的合成气可以引入到转换炉325中，来提供经由管线327的第二转化的或者(“转 换的”)合成气。水和一氧化碳可以在变换炉320，325中反应，来形成二氧化碳和另外的氢 气，来提供在管线323中的第一转化的合成气和在管线327中的转换的合成气。虽然表示 了两个变换炉320，325，但是也可以使用一个转换炉或者三个或者更多个变换炉。在一种或多种实施方案中，一种或多种变换炉320，325可以包括任意组合的高、 中和/或低温变换炉，其是以任何数目或者构造来排列的，包括串联，并联，或者串联/并联 的组合。一种或多种变换炉320，325可以包括但不限于单级绝热固定床反应器，具有级间 冷却的多级绝热固定床反应器，水蒸气发生或者冷却猝灭反应器，具有水蒸气发生或者冷 却的管状固定床反应器，流化床反应器，或者其任意的组合。在一种或多种实施方案中，一种或多种变换炉320，325可以包括一种或多种高温 变换炉(“HTSC”)，一种或多种中温变换炉(“MTSC”)，一种或多种低温变换炉(“LTSC”)， 或者其任意组合。在一种或多种实施方案中，经由管线317的原料合成气可以引入到一种 或多种高温变换炉320中，来提供经由管线323的第一转化的合成气，其然后可以引入到一 种或多种低温变换炉325中，来提供经由管线327的转换的合成气。在一种或多种实施方案中，经由管线323的原料合成气可以相等的或者不相等的 分配到HTSC，MTSC，LTSC中的任何一种或多种中。例如，大约75vol%的该经由管线323的 冷却原料合成气可以引入到HTSC中，大约25%可以引入到MTSC中。来自该HTSC和MTSC 的转化的合成气然后可以合并，来提供在管线327中的转换的合成气。在一种或多种实施方案中，该一种或多种HTSC，MTSC和/或LTSC可以包含一种或 多种催化剂。该一种或多种HTSC，MTSC和LTSC能够如下来将管线122中冷却的原料合成 气中的一氧化碳转化成二氧化碳在一种或多种催化剂存在下，在一种或多种HTSC，MTSC 和/或LTSC中，在足以氧化至少一部分的一氧化碳的温度下，反应一氧化碳。在一种或多种HTSC中的催化剂可以包括但不限于氧化铁，铁酸锌，磁铁矿，氧化铬，其衍生物或者其任 意组合。一种或多种HTSC的运行温度可以是大约325°C-大约550°C。布置在该一种或多 种MTSC中的催化剂可以包括但不限于氧化铁，氧化铬，其衍生物或者其任意组合。该一种 或多种MTSC的运行温度可以是大约250°C -大约300°C。布置在该一种或多种LTSC中的 催化剂可以包括但不限于铜，锌，铜促进的氧化铬，其衍生物或者其任意的组合。该一种或 多种LTSC的运行温度可以是大约180°C -大约220°C。在一种或多种实施方案中，管线327中转换的合成气可以引入到一种或多种分离 器335中。在一种或多种实施方案中，管线327中转换的合成气所包含的至少一部分的水 可以经由管线337从该转换的合成气中分离或者除去，来提供经由管线101的合成气，其具 有比管线327中转换的合成气更低的含水量。在一种或多种实施方案中，管线101中的合 成气可以等同于或者类似于上面参考图1和2所讨论和所述的管线101中的合成气。在一种或多种实施方案中，至少一部分的经由管线337分离的水可以再循环到管 线303中的水蒸气中，该水蒸气被引入到管线301中的第一烃中和/或管线307中的第二 烃中。在一种或多种实施方案中，一种或多种分离器335可以是或者包括任何适于从管线 327中的合成气中分离水的系统，装置，或者组合的系统和/或装置。在一种或多种实施方 案中，该一种或多种分离器335可以进一步包括一种或多种冷凝物汽提器。在一种或多种 实施方案中，经由管线333的加工冷凝物例如管线257中的加工冷凝物(参见图2)可以引 入到一种或多种冷凝物汽提器中，其可以除去污染物，来提供经由管线339的清洁的加工 冷凝物。在一种或多种实施方案中，管线101中的合成气中所包含的CO2可以在一种或多 种CO2吸收器120中除去，来提供经由管线126的合成气，如上面参考图1和2所讨论和所 述的。在一种或多种实施方案中，经由管线126的合成气可以引入到一种或多种合成气净 化单元215中，来提供经由管线219的净化的合成气，如上面参考图2所讨论和所述的。在一种或多种实施方案中，经由管线219净化的合成气可以引入到一种或多种甲 烷转化器/干燥器单元345中，来提供经由管线347的贫水和/或贫C02/C0的合成气。在 一种或多种实施方案中，管线219中净化的合成气可以引入到一种或多种甲烷转化器/干 燥器单元345中的一种或多种甲烷转化器中，来将该净化的合成气中至少一部分的任何一 氧化碳和/或二氧化碳转化成甲烷和水，来提供贫一氧化碳和二氧化碳的合成气。例如，该 贫C02/C0的合成气中，一氧化碳和二氧化碳的总量可以小于总一氧化碳和二氧化碳的大约 500ppmw,小于大约200ppmw,小于大约1 OOppmw,小于大约50ppmw或者小于大约20ppmw。在 一种或多种实施方案中，该贫一氧化碳和二氧化碳的合成气可以经由管线347回收或者可 以任选的引入到净化系统345中的一种或多种干燥器中。在一种或多种实施方案中，贫一氧化碳和二氧化碳的合成气可以引入到净化系统 135中的一种或多种干燥器中，来提供经由管线347的干燥的合成气和经由管线349的水。 在一种或多种实施方案中，管线219中贫二氧化碳的合成气可以引入到任意次序或者顺序 的一种或多种甲烷转化器和一种或多种干燥器中。在一种或多种实施方案中，该一种或多种甲烷转化器/干燥器单元345可以提供 经由管线347的合成气，其的氢气浓度基于干重可以从低到大约40mol%，大约50mol%或者 大约55mol%到高到大约75mol%，大约80mol%或者大约85mol%。一种或多种实施方案中，管线347中的合成气的氮气浓度基于干重可以是从低到大约10mol%，大约20mol%或者大约 25mol%到高到大约40mol%，大约50mol%或者大约60mol%。在一种或多种实施方案中，管 线347中的合成气的甲烷浓度基于干重可以是大约0. 5mol%-大约10mol%，大约lmol%-大 约7mol%，或者大约lmol%-大约5mol%。在一种或多种实施方案中，管线347中的合成气的 氧气浓度基于干重可以是大约0. Imo 1%-大约5mol%，大约0. 5mol%-大约4mol%，或者大约 0. 8mol%-大约3mol%。在一种或多种实施方案中，管线347中的合成气的氩气浓度基于干 重可以是大约0. 05mol%-大约2mol%，大约0. Imo 1%-大约1. 5mol%,或者大约0. Imo 1%-大 约lmol%。在一种或多种实施方案中，氢气比氮气(H2 =N2)摩尔比可以是大约1.5 大约 5 :1，大约2 :1-大约4 :1，或者大约2. 2 大约3. 2 :1。在一种或多种实施方案中，H2 =N2 摩尔比可以是大约1.6 :1，大约1.8 :1，大约1.9 :1，大约2. 1 :1，大约2. 2 :1，大约2. 3 :1，或 者大约2.4 :1。在一种或多种实施方案中，管线347中合成气的压力可以是大约IOOOkPa-大约 20800kPa,大约2000kPa_大约13700kPa，或者大约3000kPa_大约10400kPa。在一种或多种 实施方案中，管线347中合成气的温度可以是大约 100°C-大约100°C，大约 50°C_大 约50°C，或者大约 25°C -大约25°C。在一种或多种实施方案中，管线347中的合成气可 以包括但不限于多余的氮气，氢气，氧气，氩气，一氧化碳，二氧化碳，其混合物或者其任意 组合。在一种或多种实施方案中，在一种或多种甲烷转化器/干燥器单元345中的该一 种或多种甲烷转化器可以包括任何一种或者任意组合的物理，机械，电学和/或化学系统， 来将一氧化碳和二氧化碳转化成甲烷，其是串联，并联或者其任意组合来配置的。在一种或 多种实施方案中，该一种或多种甲烷转化器可以是催化方法，运行在足以将至少一部分的 任何一氧化碳和/或二氧化碳转化或者反应成为甲烷和水的温度。该一种或多种催化方法 可以包括一种或多种串联或并联排列的催化反应器，含有一种或多种适于将一氧化碳和二 氧化碳转化成为甲烷的催化剂。合适的甲烷转化器催化剂可以包括但不限于镍，稀土元素 促进的镍，其衍生物或者其组合。该甲烷转化器的运行温度可以是大约200°C -大约400°C。在一种或多种实施方案中，一种或多种甲烷转化器/干燥器单元345中的一种或 多种干燥器可以包括但不限于一种或多种分子筛，吸收剂，吸附剂，闪蒸槽分离器，焚化炉 或者其任意组合。合适的吸收剂可以包括但不限于二元醇，碱土金属卤化物盐，其衍生物或 者其混合物。合适的吸附剂可以包括但不限于活性氧化铝，硅胶，分子筛，活性炭，其衍生物 或者其混合物。在一种或多种实施方案中，管线347中的合成气可以引入到一种或多种合成气净 化系统355中，在这里一种或多种污染物例如氩气，氧气和甲烷可以被除去，来提供经由管 线357的贫污染物的气体混合物或者净化的合成气和经由管线359的富含污染物的气体混 合物。可以使用一种或多种合成气净化系统355，来除去或者分离任何污染物，包括多余的 氮气。在一种或多种实施方案中，一种或多种净化系统355可以包括一种或多种运行温度 小于大约 150°C的低温型分离器。一种或多种污染物和/或多余的氮气可以从一种或多 种合成气净化系统355中作为废气经由管线359除去。另外的加工条件和其他细节可以在 US 专利 No. :7090816 和 US 专利公开 No. :2006/0239871 中找到。在一种或多种实施方案中，管线357中的净化的合成气中，吐队摩尔比可以是大约2 大约4 :1或者大约2. 2 大约3. 2 :1。例如，H2 :N2摩尔比可以是大约2.9 :1，大 约3 :1，大约3. 1 :1，或者大约3. 2 :1。该净化的合成气中氢气浓度可以是大约50mol%-大约 90mol%,大约60mol%-大约85mol%，或者大约70mol%-大约80mol%。管线357中净化的合 成气中的氮气浓度可以是大约10mol%-大约40mol%，大约15mol%-大约35mol%，或者大约 20mol%-大约30mol%。管线142中净化的合成气中甲烷的浓度可以是大约0. 001mol%-大约 0. 05mol%,大约 0. 002mol%-大约 0. 03mol%,或者大约 0. 005mol%-大约 0. 01mol%。管线 142 中净化的合成气中氧气的浓度可以是大约0. 00 Imo 1%-大约0. 05mol%,大约0. 002mol%-大 约0. 03mol%,或者大约0. 005mol%-大约0. 01mol%。管线142中净化的合成气中氩气的浓 度可以是大约0. 05mol%-大约2mol%，大约0. Imo 1%-大约1. 5mol%或者大约0. Imo 1%-大约 lmol%。在一种或多种实施方案中，经由管线357的净化的合成气可以引入到一种或多种 压缩机360中，来提供经由管线363的压缩的合成气。在一种或多种实施方案中，管线363 中压缩的合成气的压力可以是从低到大约IOOOkPa,大约2000kPa或者大约3000kPa到高 到大约10400kPa，大约13700kPa或者大约20800kPa。在一种或多种实施方案中，经由管线 357的压缩合成气的温度可以是大约 100°C-大约100°C，大约 50°C -大约50°C，或者 大约 25°C-大约25°C。在一种或多种实施方案中，经由管线363的压缩合成气可以引入到一种或多种氨 合成单元370中。在一种或多种氨合成单元370中，经由管线363引入的净化的合成气中所 存在的至少一部分的氮气和氢气可以合并，来提供经由管线373的氨产物。在一种或多种 实施方案中，未反应的氢气和/或氮气可以存在于管线373中。在一种或多种实施方案中， 该一种或多种氨合成单元370可以是常规的单通道或者多通道转化器，其使用一种或多种 磁铁矿催化剂。在一种或多种实施方案中，该一种或多种氨合成单元370可以单通道或者 多通道转化器，其使用一种或多种贵金属催化剂，或者一种或多种基于钌的催化剂，例如获 自Kellogg，Brown和Root的钌基KAAP催化剂。使用一种或多种更高活性的贵金属催化 剂能够允许在氨合成回路中使用更低的压力，由此允许使用单筒氨压缩机360。在一种或多 种实施方案中，管线373中的氨浓度可以从低到大约lmol%，大约3mol%或者大约5mol%到 高到大约20mol%，大约30mol%或者大约40mol%
在一种或多种实施方案中，一种或多种氨合成单元370可以包括任何反应器，该反应 器目的是在高压和/或高温运行来将至少一部分的含有氮气和氢气的供料气转化成氨。在 一种或多种实施方案中，一种或多种氨合成单元370可以包括一种或多种“分开流氨转化 器”，如US专利No. 7081230中所述。在一种或多种实施方案中，该一种或多种氨合成单元 370可以包括一种或多种“恒温氨转化器”，如US专利No. 6171570所述。在一种或多种实 施方案中，一种或多种氨合成单元370可以包括一种或多种“适于高活性催化剂的水平氨 转化器”，如US专利No. 6132687所述。在一种或多种实施方案中，一种或多种氨合成单元 370可以包括一种或多种氨转化器，如US专利申请No. =12/107506所述，其在此引入作为 参考。在一种或多种实施方案中，管线373中氨产物可以引入到一种或多种氨冷凝器 375中。在一种或多种氨冷凝器375中，氨可以冷凝和浓缩来提供经由管线377的氨产物， 经由管线379的第一再循环，和经由管线381的第二再循环。在一种或多种实施方案中，第一再循环管线379可以引入到管线219中净化的合成气中，然后引入一种或多种甲烷转化 器/干燥器单元345，甲烷转化器，干燥器或者其组合。在一种或多种实施方案中，管线381 中的第二再循环物可以引入到管线357、一种或多种压缩机360或者二者的净化的合成气 中。虽然未示出，但是热的NH3产物和冷的NH3产物可以从一种或多种氨冷凝器375回收。在一种或多种实施方案中，管线377中的氨产物的氨浓度可以是大约85wt%，大约 90wt%,大约95衬％或者大约99. 9wt%。在一种或多种实施方案中，管线377中的氨产物包含 最大为大约15wt%，大约10wt%，大约5wt%或者大约0. lwt%的合并的氢气和氮气。在一种或多种实施方案中，至少一部分的氢气和/或氮气可以从一种或多种氨冷 凝器375中，经由第一再循环管线379除去。管线379中的第一再循环物中的氢气浓度可以 从低到大约40mol%，大约50mol%或者大约60mol%到高到大约80mol%，大约85mol%或者大 约90mol%。管线379中的第一再循环物中的氮气浓度可以从低到大约10mol%，大约15mol% 或者大约20mol%到高到大约40mol%，大约50mol%或者大约60mol%。在一种或多种实施方案中，至少一部分的氢气和/或氮气可以从一种或多种氨冷 凝器375经由第二再循环管线381除去。管线381中的第二再循环物的氢气浓度可以从低 到大约40mol%，大约50mol%或者大约60mol%到高到大约80mol%，大约85mol%或者大约 90mol%。管线381中的第二再循环物的氮气浓度可以从低到大约10mol%，大约15mol%或者 大约20mol%到高到大约40mol%，大约50mol%或者大约60mol%。在一种或多种实施方案中，一种或多种氨冷凝器375可以包括任何的机械或者化 学系统，其能够选择性从包括至少氢气和氮气的气体混合物中分离氨。在一种或多种实施 方案中，该一种或多种氨冷凝器375可以包括一种或多种低温净化器，其包含一种或多种 制冷交换器和一种或多种制冷压缩机。在一种或多种实施方案中，经由管线377的至少一部分的氨产物可以经由管线 116引入到一种或多种CO2吸收器120中。在一种或多种实施方案中，经由管线377的热的 氨产物和/或冷的氨产物可以引入到一种或多种CO2吸收器120中。已经使用一组数值上限和一组数值下限描述了某些实施方案和特征。应当理解除 非另有指示，否则从任何下限到任何上限之间的范围都是可以预期的。某些下限，上限和范 围出现在下面的一种或多种权利要求中。全部的数值是“大约”或者“大致”的所示值，并 且考虑了本领域技术人员能够预想到的试验误差和偏差。已经在上面定义了不同的术语。在权利要求所用的术语没有在上面定义的情况 中，它应当被赋予相关领域技术人员能够给出的、在至少一个印刷的出版物或者公开的专 利中涉及该术语的最宽的含义。此外，本申请中所引用的全部的专利，测试方法和其他文献 完全引入作为参考和用于允许这样的引入的全部权限中，所述的参考到这样的程度，即，这 样的公开内容与本申请不矛盾。虽然前面涉及到本发明的实施方案，但是本发明的其他和另外的实施方案也可以 设计，而不脱离其基本的范围，并且其范围是通过随后的权利要求来确定的。
权利要求
1.一种用于生产尿素的方法，其包含将热从包含氢气和二氧化碳的合成气交换到包含尿素和氨基甲酸铵的尿素溶液，其中 所传递的热足以分解该氨基甲酸铵的至少一部分；将该合成气与液态氨反应，来提供贫二氧化碳的合成气和氨基甲酸铵溶液；将该氨基甲酸铵溶液加热到大约180°C或者更高的温度；和在该加热的氨基甲酸铵溶液中，将该氨基甲酸铵的至少一部分脱水来提供尿素溶液。
2.权利要求1的方法，其中该合成气和液态氨是在大约35kg/cm2-大约80kg/cm2的 压力和大约100°C -大约120°C的温度反应的。
3.权利要求1的方法，其中该氨基甲酸铵溶液是使用水蒸气来间接加热的，其中该水 蒸气的压力是大约15 kg/cm2-大约25 kg/cm2。
4.权利要求1的方法，其中该氨基甲酸铵是在大约190°C-大约200°C的温度和大约 195 kg/cm2-大约205 kg/cm2的压力下脱水的，并且其中该氨基甲酸铵是在氨存在下脱水 的。
5.权利要求1的方法，其中该合成气和液态氨是在水和至少一部分的回流存在下反应 的，其中该回流包含氨基甲酸铵溶液的至少一部分。
6.权利要求1的方法，其中将该贫二氧化碳的合成气与水接触，来除去任何残留的氨 的至少一部分。
7.权利要求1的方法，其中该贫二氧化碳的合成气的至少一部分在一种或多种催化剂 存在下反应，来提供氨产物。
8.—种生产尿素的方法，其包含将热从包含至少12mol%的二氧化碳的合成气交换到第一溶液，该第一溶液包含大约 27-3 lwt%的尿素，大约20-25wt%的氨基甲酸铵，大约27-3 lwt%的氨，大约0_4wt%的CO2和 大约16-20wt%的水，其中所述热传递足以分解该氨基甲酸铵的至少一部分；在水存在下，将该包含至少12mol%的二氧化碳的冷却的合成气与液态氨反应，来提供 第二溶液和合成气，该第二溶液包含大约65-75wt%的氨基甲酸铵，大约22-25wt%的水和小 于大约5wt%的氨，该合成气包含至少20mol%的氮气，至少65mol%的氢气和小于3mol%的 二氧化碳；将该第二溶液加热到至少180°C的温度；和在该加热的第二溶液中脱水该氨基甲酸铵的至少一部分，来提供第一溶液。
9.权利要求8的方法，其中该冷却的合成气和液态氨是在水和回流存在下反应的，其 中该回流包含第二溶液的至少一部分。
10.权利要求9的方法，其中该回流首先通过加热从一个或多个下游第一溶液净化步 骤回收的氨、锅炉供水或者二者来被冷却。
11.权利要求8的方法，其中在该加热的溶液中，该氨基甲酸铵的至少一部分是在氨存 在下脱水的。
12.权利要求11的方法，其中该氨包含从下游加工步骤回收的氨。
13.权利要求8的方法，其中至少一部分的包含至少20mol%的氮气和至少65mol%的氢 气的合成气是在一种或多种催化剂存在下反应的，来提供氨产物。
14.权利要求13的方法，其中该一种或多种催化剂包含铁、钌、铑、钯、锇、铱、钼、其衍生物或者其组合。
15.权利要求13的方法，其中将包含至少20mol%的氮气和至少65mol%的氢气的合成 气与水接触，来除去任何残留的氨的至少一部分。
16.权利要求8的方法，其中将该分解的氨基甲酸铵的至少一部分反应，来提供氨基甲 酸铵和热。
17.权利要求16的方法，其中将至少一部分的热与冷凝物进行间接交换，来提供水蒸 气，其中该水蒸气的压力是至少lOkg/cm2。
18.权利要求8的方法，其中该加热的第二溶液的压力是大约190kg/cm2-大约210kg
19.权利要求8的方法，其中用压力为大约20kg/cm2的水蒸气对该第二溶液加热。
20.一种生产尿素的系统，其包含一个或多个氨基甲酸铵分解器，其适于将热从包含至少12% 二氧化碳的合成气交换 到第一溶液，该第一溶液包含大约27-31wt%的尿素，大约20-25wt%的氨基甲酸铵，大约 27-3lwt%的氨，大约0-4wt%的二氧化碳和大约16-20wt%的水，其中所转移的热足以分解该 氨基甲酸铵的至少一部分；一个或多个二氧化碳吸收器，其适于在水存在下将该包含至少12% 二氧化碳的冷却的 合成气与液态氨反应，来提供第二溶液和合成气，该第二溶液包含大约65-75wt%的氨基甲 酸铵，大约22-25wt%的水和小于大约5wt%的氨，该合成气包含至少20mol%的氮气，至少 65mol%的氢气和小于3mol%的二氧化碳；一个或多个热交换器，其适于将该第二溶液加热到至少180°C的温度；和 一个或多个反应器，其适于对该加热的溶液中的氨基甲酸铵的至少一部分脱水，来提 供该第一溶液。
全文摘要
提供了生产尿素的系统和方法。一种生产尿素的方法可以包括将热从包含氢气和二氧化碳的合成气交换到包含尿素和氨基甲酸铵的尿素溶液。所传递的热能够足够的分解该氨基甲酸铵的至少一部分。在一种或多种实施方案中，该合成气可以与液态氨反应，来提供贫二氧化碳的合成气和氨基甲酸铵溶液。该氨基甲酸铵溶液可以加热到大约1800C或者更高的温度。在该加热的氨基甲酸铵溶液中，该氨基甲酸铵的至少一部分可以脱水来提供尿素溶液。
文档编号C07C27/00GK102112422SQ200980128585
公开日2011年6月29日 申请日期2009年6月9日 优先权日2008年7月21日
发明者V·D·辛赫 申请人:凯洛格·布朗及鲁特有限责任公司