[发明专利]高效冷凝、低安装高度CO2气提法尿素生产工艺及高压管式全冷凝反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业化尿素生产工艺及其专用设备，具体地说一种高效冷凝、低安装高度CO₂气提法尿素生产工艺及高压管式全冷凝反应器。 

背景技术

工业化尿素生产是以CO₂气体和液氨为原料，经过高压合成和中压或/和低压分解回收以及真空浓缩、造粒等工序加工成固体尿素产品。 

目前，国内外尿素装置生产工艺主要有如下几种：荷兰斯塔米卡邦(Stamicarbon)CO₂气提法工艺、意大利斯那姆(Snamprogetti)氨气提法工艺、日本TEC的ACES21工艺、瑞士卡萨里(Casale)高效合成工艺、水溶液全循环法工艺等。其中，以二氧化碳气提工艺和氨气提工艺最具竞争力。 

典型的斯塔米卡邦(Stamicarbon)CO2气提法工艺的高压圈流程是，参照图1，将原料CO₂气体送入高压气提塔，由高压气提塔分解出来的气体进入降膜式高压冷凝器后，被由来自高压洗涤器的液氨及甲铵液冷凝吸收生成反应液及气体，然后气液利用压差一起流入尿素合成塔反应，尿素合成塔出来的反应液利用位差返回到高压气提塔的顶部分解后进入下一步工序，未反应的气体则进入高压洗涤塔冷凝吸收后排出。 

上述尿素生产工艺存在下述问题：1，由于尿素合成塔出来的反应液是利用位差返回到高压气提塔的顶部，这样就要求尿素合成塔底部进料口至少高于高压气提塔顶部液体进料口10m；2，由于高压冷凝器采用降膜式，甲铵液和气提气(CO₂和NH₃)由顶部进入，反应液和气体由底部排出并利用压差送入尿素合成塔，因此高压冷凝器底部最低必需布置在和尿素合成塔底部同等的高度，结果尿素合成塔(底部)及高压甲铵冷凝器(底部)必需布置在高度为20m左右的平面上，因而使得其土建框架高达 50-70m。不仅装置投资高，而且操作、管理及维护都比较困难。 

另外，作为传统的斯塔米卡邦(Stamicarbon)CO₂气提法工艺中关键设备之一的高压冷凝器，传统主要采用膜降式结构，工艺物料(由气、液构成)由冷凝器走管侧自上向下运行，蒸汽冷凝液走壳侧。高压工艺物料走管程，由于气、液下行，液体在管壁上形成薄膜，气体在管中行走，使得工艺物料在管内的停留时间很短，物料温度约为167℃，壳侧副产的蒸汽压力较低，一般为0.44MP(A)，难以合理利用。由于物料在管内的停留时间短且无反应区，因此，在高压冷凝器内无尿素生成。 

发明内容

本发明的目的是提供一种新的高效冷凝、低安装高度CO₂气提法尿素生产工艺，通过对其中的高压圈流程进行改进，在保证尿素有效转化率的同时，可以大幅降低尿素合成塔、高压甲铵冷凝器等主要高压圈设备的高度，降低设备设资、安装改造维护简便。 

本发明还提供一种用于本发明生产工艺的高压管式全冷凝反应器。 

本发明的CO₂气提法尿素生产工艺，包括下述步骤： 

(1)将原料CO₂气体送入高压气提塔，在蒸汽加热下使来自于尿素合成塔的氨基甲酸铵分解为NH₃和CO₂气体并送入高压管式全冷凝反应器； 

(2)将甲铵液送入高压洗涤器中冷凝吸收NH₃和CO₂气体，反应生成的甲铵液利用位差流入高压管式全冷凝反应器，未反应的尾气排出； 

(3)来自高压洗涤器的甲铵液和来自高压气提塔的NH₃和CO₂气体在高压管式全冷凝反应器中冷凝吸收并反应，生成的氨基甲酸铵及尿素经高压喷射器升压后进入尿素合成塔进一步反应，未反应的NH₃和CO₂气体送入高压洗涤器； 

(4)将原料CO₂气体送入尿素合成塔，与来自高压管式全冷凝反应器的氨基甲酸铵及尿素在尿素合成塔中进一步反应，生成的由氨基甲酸铵及尿素构成的反应液利用压差流入高压气提塔后进入下一工序，未反 应的NH₃和CO₂气体送入高压洗涤器。 

所述原料CO₂来自CO₂压缩机，其体积总量的15-25％送入尿素合成塔，75-85％送入高压气提塔。 

所述高压喷射器以原料液氨为驱动介质。