[发明专利]零排放尿素方法和设备

说明书

本申请为申请日为2012年3月30日，申请号为201280015177.8，发明名称为“零排放尿素方法和设备”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及在尿素生产中，具体的在尿素熔体生产方法中减少连续氨排放的领域。本发明也涉及不需要通过氧气钝化实现减少氨排放的尿素合成部的应用，并且涉及其中不燃烧二氧化碳原料中的氢的尿素生产设施。本发明也涉及包括尿素合成部和尿素浓缩部的尿素设备。

背景技术

可在尿素设备的合成区中，在升高的温度(典型地在150℃至250℃之间)和压力(典型地在12至40MPa之间)下由氨和二氧化碳生产尿素(NH₂CONH₂)。在该合成中，认为可发生两个连续的反应步骤。在第一步骤中，形成氨基甲酸铵，以及在下一个步骤中，使所述氨基甲酸铵脱水，以便产生尿素。第一个步骤(ⅰ)是放热的，并且第二个步骤可以表示为吸热平衡反应(ⅱ)：

(ⅰ)2NH₃+CO₂→H₂N–CO–ONH₄

在典型的尿素生产设备中，在尿素合成部中实施前述反应，以便形成包含尿素的水溶液。在一个或多个随后的浓缩部中，浓缩该溶液，以便最终以熔融物而不是溶液的形式产生尿素。使这种熔融物进一步进行一个或多个最后步骤，如成球(prilling)、造粒(granulation)、微粒化(pelletizing)或压紧(compacting)。

用于根据汽提法(stripping process)制备尿素的经常使用的方法是例如，在Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry，Vol.A27,1996,pp333-350中描述的二氧化碳汽提法。在该方法中，合成部后跟随一个或多个回收段。合成部包括，反应器、汽提塔、冷凝器以及但不必须的洗涤塔，其中操作压力在12至18MPa之间，并且优选地在13至16MPa之间。在合成部中，将离开尿素反应器的尿素溶液进料至汽提塔，其中大量未转化的氨和二氧化碳与尿素水溶液分离。这样的汽提塔可以是壳管式热交换器，其中将尿素溶液进料至管侧的顶部，并且将进料至合成部的二氧化碳添加到汽提塔的底部。在壳测，添加蒸汽以加热溶液。尿素溶液在底部离开热交换器，同时蒸汽相在顶部离开汽提塔。离开所述汽提塔的蒸汽含有氨、二氧化碳、惰性气体和少量的水。在可以是水平型或垂直型的降膜热交换器或沉浸类型的冷凝器中冷凝所述蒸汽。在Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry，Vol.A27,1996,pp 333-350中描述水平型沉浸式热交换器。由在所述冷凝器中放热的氨基甲酸盐缩合反应释放的热量通常用于产生在下游尿素加工段中使用的用于加热和浓缩尿素溶液的蒸汽。因为在沉浸型冷凝器中形成一定的液体停留时间，所以已经在所述冷凝器中发生部分尿素反应。将所形成的含有冷凝的氨、二氧化碳、水和尿素连同未冷凝的氨、二氧化碳和惰性蒸汽的溶液传送至反应器。在反应器中，从氨基甲酸盐到尿素的上述反应趋于平衡。在离开反应器的尿素溶液中氨对二氧化碳的摩尔比通常在2.5至4mol/mol之间。也可以将冷凝器和反应器结合在一件设备中。在Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry，Vol.A27,1996,pp 333-350中描述这种一件设备的实例。将离开尿素反应器的所形成的尿素溶液供应至汽提塔，并且将包含未冷凝的氨和二氧化碳的惰性蒸汽传送至在与反应器相近的压力下操作的洗涤段。在该洗涤段，从惰性蒸汽中洗涤出氨和二氧化碳。来自下游回收系统的所形成的氨基甲酸盐溶液被用作该洗涤段中的吸收剂。离开该合成部的汽提塔中的尿素溶液需要至少按重量计45％和优选地至少按重量计50％的尿素浓度以在汽提塔下游的单一回收系统中处理。回收段包括加热器、液体/气体分离器和冷凝器。该回收段的压力在0.2至0.5MPa之间。在回收段的加热器中，通过加热尿素溶液，将大量的氨和二氧化碳与尿素和水相分离。通常，蒸汽被用作加热剂。尿素和水相，含有少量溶解的氨和二氧化碳，其离开回收段并且被传送至下游尿素加工段，其中通过从所述溶液中蒸发水来浓缩尿素溶液。在回收系统的加热器中释放的蒸汽包括氨、二氧化碳和水。在冷凝器中冷凝所述蒸汽。在冷却水中消散冷凝的热。所形成的氨基甲酸盐被用作合成部的所述洗涤塔中的吸收剂。将离开洗涤塔的包含氨、二氧化碳和惰性气体的一些未冷凝蒸汽传送至冷凝器或吸收器，以便在释放到大气中之前净化惰性气体。典型地，所述冷凝器和/或吸收器中的压力低于合成部中的压力。