[发明专利]尿素制备的方法和装置

说明书

在尿素合成方法中，降低了在浸没式冷凝器中的温度分布。所述方法包括：由NHsubgt;3/subgt;和COsubgt;2/subgt;合成尿素以生成尿素合成溶液；通过加热所述溶液，使氨基甲酸铵分解，并且将含有NHsubgt;3/subgt;和COsubgt;2/subgt;的气体混合物从所述溶液中分离以得到尿素浓度比在所述合成中得到的所述溶液高的溶液；利用包括包含U形管在内的壳管式换热结构的浸没式冷凝器，在壳侧的吸收介质中吸收并且冷凝所述气体混合物的至少一部分，并且利用在所述冷凝期间产生的热量在管侧产生蒸汽；以及将由所述壳侧得到的液体中的一部分再循环到所述合成，其中以蒸汽产生速率的三倍以上的质量流量将水供应至冷凝器的管侧。

技术领域

本发明涉及用于由氨和二氧化碳制备尿素的方法和装置。

背景技术

用于尿素制备的方法一般包括合成步骤、分解步骤和冷凝步骤。在合成步骤中，由氨(NH₃)和二氧化碳(CO₂)合成尿素而生成尿素合成溶液。具体地，如式(1)所示，通过氨(NH₃)和二氧化碳(CO₂)的反应生成氨基甲酸铵(NH₂COONH₄)。此外，如式(2)所示，通过氨基甲酸铵的脱水反应生成尿素(NH₂CONH₂)和水(H₂O)。

2NH₃+CO₂→NH₂COONH₄  (1)

NH₂COONH₄→NH₂CONH₂+H₂O  (2)

尽管两个反应都是平衡反应，但是因为式(2)的反应比式(1)的反应慢，所以式(2)的反应是决定速率的。

在分解步骤中，将在合成步骤中得到的尿素合成溶液加热以使尿素合成溶液中含有的氨基甲酸铵分解成氨和二氧化碳。结果，得到含有氨和二氧化碳的气体混合物以及具有更高尿素浓度的尿素合成溶液。在冷凝步骤中，在分解步骤中得到的气体混合物在冷却下的吸收介质中冷凝。通常使用水作为用于冷却的冷却介质，并且主要利用水气化的潜热来冷却气体混合物。

JP10-182587A(对应于EP 0834501 A2、EP 1035111 A1、EP 1035112 A1、US5936122 A和US 6200540 B1)公开了一种涉及使用包括U形管作为冷却管的立式浸没式冷凝器的冷凝步骤，其中将冷却介质进料至立式浸没式冷凝器的管侧。通常，浸没式冷凝器是指其中工艺流体在壳侧流动(换句话说，将在分解步骤中得到的气体混合物供应至处理侧)并且其中冷却介质在管侧流动的冷凝器。使工艺流体在壳侧流动可以延长工艺流体在冷凝器中的停留时间。这对于促进冷凝器中的尿素生成反应是有效的。

JP2003-104949A(对应于EP 1279663 A1和US 6518457 B1)也公开了一种包括U形管作为冷却管的立式浸没式冷凝器。此文献公开了一种通过在一部分U形管中产生低压蒸汽并且通过在其余U形管中加热由汽提器(分解步骤)得到的尿素合成溶液来回收冷凝的热量的方法。WO 2013/165246公开了类似的技术，尽管在此文献中公开了卧式浸没式冷凝器。WO 2006/118071(对应于EP 1876171 A1和US 2009/062566 A1)也公开了一种包括U形管的立式浸没式冷凝器。在此文献中，从U形管排出含有锅炉水和蒸汽的流体。

引用清单

专利文献

专利文献1：JP10-182587A

专利文献2：JP2003-104949A

专利文献3：WO 2013/165246