[发明专利]用于尿素合成的增强的方法

说明书

本发明涉及用于尿素合成的增强的方法。

特别是，现有技术中已知数种生产尿素的方法。

尿素的合成是这样进行的：氨和二氧化碳在高的压力和温度下反应， 接着从含有未反应的产物的混合物中分离尿素，以及使未反应的产物循 环回反应器。

因此，制备尿素的所有工业方法都基于按照如下反应的直接合成：

这种合成按两个不同的反应步骤发生：

在第一步骤(1a)中，在室温下发生具有高反应速率的放热平衡反 应，然而，要在步骤(1b)所需的高温下达到有利的平衡则需要高压。

在第二步骤(1b)，发生吸热反应，该反应只有在高温(＞150℃) 下才达到较高的速率，具有平衡状态，在185℃下，从化学计量比的各 反应物的混合物开始，得到稍高于50％的CO₂转化率。可以通过提高 NH₃/CO₂比来适当地增强这个不能令人满意的转化率。

上述两个步骤不是在反应器的分开的区域中正常发生的，而是同时 在反应混合物，因此，所述反应混合物包括尿素、水、氨、二氧化碳和 氨基甲酸铵，在反应器的不同的点具有相对浓度，这取决于对所述过程 做出贡献的不同的热力学和动力学因素。

在与本领域有关的科学文献中广泛地描述了从氨和二氧化碳开始通 过直接合成来生产尿素的方法。对最常见的尿素生产方法的大量回顾可 见于，例如，出版物“Encyclopedia of Chemical Technology”Ed.Kirk -Othmer，Wiley Interscience，third Ed.(1983)，Vol.23，pages 548-575。

尿素的工业生产方法通常这样进行合成：在反应器进料有NH₃、CO₂并且进料有来自未转化的反应物的循环物流的氨基甲酸铵和/或氨基甲 酸盐的水溶液，在从150至215℃范围内的温度下，在至少13.2MPa(130 atm)的压力下，在从2.5至5范围内的NH₃/CO₂摩尔比，相对于包括氨 和CO₂在内的进料物流的总和、以氨基甲酸铵/碳酸铵的形式计算。除了 形成的水和进料的过量NH₃之外，来自反应器的流出物还有大量的CO₂， 主要是未转化的氨基甲酸铵的形式。

控制反应器中的热级也是获得最优转化率的一个必不可少的方面， 因为过高或过低的温度都会由于化学和动力学因素的同时存在而导致转 化率的降低。

尿素与所述水和未转化的反应物的分离是在于降低着的温度和压力 下操作的数个段中进行的，其中进行氨基甲酸铵分解成NH₃和CO₂，然后 使它们能循环到所述反应器。氨基甲酸盐分离和循环段具有严重影响最 终产物的成本的投资费用。

按照前述一般方案操作的已知工艺描述于，例如，专利US 4,092,358、US 4,208,347、US 4,801,745和US 4,354,040。

特别是，在大体上等于或稍低于合成压力的压力下操作的合适分解 器或汽提塔中，将离开所述反应器的水溶液所含的尿素与大部分的未转 化氨基甲酸铵分离并与所述合成中使用的过量的氨分离。

在所述分解器中氨基甲酸铵的分解是这样进行的：借助于与更热的 流体(通常是在1.8-3.0MPa下的蒸气)的间接热交换而从外部提供热 量，有可能用惰性气体或氨或二氧化碳或者惰性气体与氨和/或二氧化碳 的掺合物汽提所述分解产物，所述汽提可能采用溶于尿素溶液的过量的 氨进行(自汽提)，因此无需单独地供给汽提剂。

除了惰性产物之外，氨基甲酸盐分解产物与可能的汽提剂一起通常 都在冷凝器中冷凝，获得一种液体，该液体被循环回合成反应器。

为了参考的目的可以提到的其它文献有专利US 4,314,077、GB 1,184,004、GB 1,292,515、US 3,984,469、US 4,137,262、DE 2,116,267、 FR 2,489,323，它们描述了具有上述特征的尿素生产工艺。

尿素合成工艺中特别有技巧的步骤是其中氨基甲酸铵在最高的温度 和浓度下存在的那些步骤，因此在上文提到的工艺中，这些步骤与所述 分解-汽提步骤和氨基甲酸铵的冷凝相一致。