[发明专利]通过在脲生产过程中集成氨生产过程而形成脲的方法及其系统

说明书

发明领域

本发明涉及通过在脲生产过程中集成氨生产过程而形成脲的方法，并涉及用于所述方法的系统。还涉及通过在脲生产过程中集成氨生产过程的一部分而形成脲的方法，并涉及用于所述方法的系统。

发明背景

在数种燃烧过程中和在熟知的氨生产过程中，形成尤其含有二氧化碳的烟道气。通常在一个或多个吸收器系统中使用溶剂吸收剂将该二氧化碳组分从烟道气分离出来或捕获。通常地，随后在一个或多个再生塔中再生昂贵的二氧化碳溶剂吸收剂。在这种二氧化碳捕获系统中，需要降低系统能量消耗和资本支出(capax)要求。对于这样的基于溶剂的二氧化碳捕获系统，许多能量消耗和资本支出是由于需要在再生塔中的溶剂吸收剂再生，即二氧化碳脱附。再生塔具有高能量消耗需求，因为再沸器或二氧化碳脱附所用的其它源有相当大的热量需要。通常用于基于溶剂的二氧化碳捕获系统的溶剂包括胺和氨。例如，在氨生产过程中，通常使用称为冷冻氨方法(CAP)的基于溶剂的二氧化碳捕获系统。在CAP中，使用氨作为溶剂。包括基于溶剂的二氧化碳捕获系统的其它过程使用不同种类的胺或其混合物。

WO 2006/022885公开了燃烧气的超净化，包括在吸收子系统中用一个或多个二氧化碳吸收阶段和随后的再生子系统来去除二氧化碳。

用于脲生产的过程是公知的，且在文献中详尽公开。存在脲生产过程的不同变体，但常见特征是在脲合成塔或脲生产所用的反应器中在升高压力下将氨和二氧化碳用作反应物。据此，发生以下两个平衡反应：

2NH₃ + CO₂NH₂COONH₄ (氨基甲酸铵)

NH₂COONH₄NH₂CONH₂ (脲) + H₂O

脲合成反应后，将脲、氨基甲酸盐、水和过量氨输送至蒸馏反应器，将尤其是与氨、二氧化碳和水平衡的氨基甲酸盐的溶液或浆料从蒸馏反应器再循环回到脲合成反应器用于进一步反应。

WO 2008/135150公开了纯化来自焚化炉的烟道气然后生产脲的方法。在该方法中，将氨和含有二氧化碳的烟道气加入到其中吸收二氧化碳的洗涤装置。将含有(NH₄)₂CO₃和(NH₄)₂SO₄的溶液从洗涤单元放出并输送至汽提塔，其中分离(NH₄)₂SO₄并使(NH₄)₂CO₃经受耗能的分解，成为二氧化碳和氨。然后将该二氧化碳和氨用于脲生产过程。

GB 1 359 715公开了一种集成方法用于生产氨和脲，包括以下过程步骤：包含从浓缩的氨溶液吸收二氧化碳，目的是产生浓缩的氨基甲酸铵溶液，以进料到脲反应器，其中二氧化碳源是含有二氧化碳和氢的粗合成气。

已开发使基于溶剂的二氧化碳捕获系统的能量消耗和资本支出降低的方法，但依然需要进一步的成本降低。

发明概述

本发明的一个目的是提供具有降低的能耗需求和资本成本要求的基于溶剂的二氧化碳捕获系统和方法。该目的藉由通过在脲生产过程中集成氨生产过程而形成脲的系统和方法来实现。该集成的结果是，在氨生产设备中在关于氨生产过程的蒸汽重整或气化期间形成氨和得自合成气体（“合成气”）的二氧化碳。因此，形成第一氨流、二氧化碳流和含有二氧化碳的烟道气流。将第一氨流分为输送至吸收器的第二氨流和输送至脲合成区的第三氨流，所述脲合成区可以是脲生产设备中的脲合成反应器的一部分。还将二氧化碳流输送至脲合成区，并将烟道气流输送至吸收器，用于将二氧化碳吸收到混合流中，所述混合流包含第二氨流和含有氨及相对低含量二氧化碳的贫溶剂流。通过混合流吸收二氧化碳后，将含有氨和相对高含量二氧化碳的富溶剂流从吸收器放出，并输送至脲合成区。在脲合成区中，使二氧化碳和氨反应用于脲的生产。这种脲的生产产生含有氨和相对低浓度二氧化碳的相对贫的溶剂流，用于从脲生产设备再循环至吸收器。

该方法的一个优点在于二氧化碳脱附是不必要的，因为溶剂流中的二氧化碳与氨(即脲生产过程必须的两种反应物)结合。从而，通过在脲生产过程中使用结合二氧化碳的氨而不是通过脱附后使用结合二氧化碳的氨，系统能量需求和资本费用大大降低。