[发明专利]用于合成尿素的方法和设备

说明书

一种用于由氨和二氧化碳合成尿素的方法，其中：尿素合成是在合成回路中用汽提方法进行的，合成回路至少包括反应器(1)、汽提塔(2)和冷凝器(3)；在汽提塔中处理反应器流出物以去除未反应的氨和二氧化碳；将来自汽提塔的尿素溶液(14)送至低压回收段(4)；将汽提塔蒸汽分成引导至反应器的第一部分(151)和送至冷凝器的第二部分(152)；冷凝器(3)是壳管式釜式冷凝器，其中汽提塔蒸汽的冷凝在管侧(30)中进行；将来自冷凝器的含氨基甲酸酯的流出物(20)返回至反应器。

技术领域

本发明涉及一种用于合成尿素的方法和设备。特别地，本发明涉及用于合成尿素的CO2汽提方法的改进。

背景技术

用于合成尿素的工业方法的概述可以在Meessen,“Urea”,Ullmann’sEncyclopedia of Industrial Chemistry,Wiley-VCH Verlag,2010中找到。

在从反应器中抽出的含尿素的流出物溶液的处理过程中，使用气态CO2作为汽提助剂，从而命名了CO2汽提方法。该汽提步骤通常在蒸汽加热的壳管式汽提塔中进行，其中反应器流出物以降膜方式流过管侧，并且从管底部逆流进料气态CO2。由热蒸汽提供的热量引起包含在溶液中的未转化的氨基甲酸铵的解离，并且气态CO2降低了氨的分压，有助于氨基甲酸酯的分解。

因此，汽提步骤产生在汽提塔底部收集的尿素溶液，尿素溶液具有降低的未转化的氨基甲酸铵含量，和主要由氨和二氧化碳组成的汽提塔顶部气体流。

在回收段中进一步处理尿素溶液以去除未转化的氨基甲酸酯。顶部气流通常在循环氨基甲酸酯溶液的帮助下在高压冷凝器中冷凝，并且将如此获得的冷凝物送回至反应器。冷凝器的冷却介质通常是被蒸发而产生蒸汽的水。

因此，CO2汽提设备通常包括高压合成段，包括反应器、汽提塔、冷凝器和洗涤器。所述部件形成所谓的高压回路，其中，反应器的流出物进入汽提塔，从汽提塔出来的顶部气体进入冷凝器，并且从冷凝器抽出的冷凝物循环回到反应器。

在CO2汽提设备中遇到的问题是确保在这个高压合成回路中在部件之间的适当循环。为此目的，可能必须将部件安装在不同的高度处，例如，将洗涤器放置在冷凝器上方以确保冷凝物从洗涤器流到冷凝器，并且将冷凝器放置在反应器上方以确保冷凝物从冷凝器流到反应器。然而，这种安装是昂贵的。

EP 2297094公开了CO2汽提方法的演变，其中冷凝器是提供另外的合成空间的卧式釜装置。冷凝器是壳管式装置，其中汽提塔气体的冷凝在壳侧进行，冷却水进料至管侧。

由于冷凝器的水平布局和新鲜CO2在反应器和汽提塔之间的分离，这种设计可以降低装备的高度。然而，该解决方案具有缺点。

第一缺点是在壳侧进行冷凝，这意味着冷凝器的整个压力容器必须抵抗合成压力(远高于100巴)和尿素工艺流体的侵蚀环境。因此，该设计的冷凝器相当昂贵。

第二个缺点是，偏离部分新鲜CO2直接进入反应器不利于汽提塔氨效率。

WO 2019/083367公开了用于尿素汽提设备的高压氨基甲酸酯冷凝器。

发明内容

本发明旨在改进CO2汽提尿素方法和相关设备。特别地，本发明旨在降低装备的成本并提供低高度的合成回路，与现有的解决方案相比，低高度的合成回路的安装更简单并且更便宜。因此，本发明的另一目的是降低CO2汽提设备的合成段的资本成本。

这些目的通过根据权利要求的方法和设备来实现。

在本发明中，进料至汽提塔的气态CO2表示输入到合成回路的全部量的新鲜CO2，即，没有CO2直接进料至反应器。相关的优点是汽提塔的效率最佳。