[发明专利]用于联合生产氨和尿素的方法

说明书

本发明涉及一种用于在一套装置内联合生产氨和尿素的方法，该装置包括一个氨合成反应器，一个尿素合成反应器和一个尿素回收工段。

在下面的说明书和随后的权利要求书中的术语“用于联合生产氨和尿素的方法”是指一种单一的方法，它联合了氨的生产方法和尿素的生产方法。

换句话说，根据本项技术，尿素是通过——至少是部分通过——使一个合成反应器中获得的氨与包含在一种合成原料气流中的二氧化碳反应来生产的，该合成原料气流除含有其它物质外，还含有来自诸如转化工段的氢气和氮气。然后将不合二氧化碳的合成原料气流送至氨合成反应器。

这种方法能够省去——或在任何情况下以显著的程度减少——合成原料气流的脱碳工段、在相应的合成反应器中生产的氨的分离工段，以及二氧化碳的压缩工段。另外，与生产氨和生产尿素的两种分开的方法相比，一种单一的联合的系统可以明显地降低能量消耗和资金投入。

在所有的通过使全部——或在任何情况下大部分——的氨与在合成气制备中作为副产物得到的二氧化碳反应来使氨转化成尿素的情况下，都特别需要提供一种联合的方法。

在下面的说明书和随后的权利要求书中的术语“尿素回收工段”是指尿素合成反应器下游的那部分装置，通常包括一个处于中压(约18绝对巴)的氨基甲酸酯分解器或两个处于中压和低压(约4绝对巴)的氨基甲酸酯分解器以及相关的氨基甲酸酯冷凝器，后者的功能是从来自相应的合成反应器的反应混合物中分离出所生产的尿素，以这种方式能够得到一种60％至75％的浓缩的尿素溶液。

本发明还涉及一种用于实施上述方法的装置，以及一种使氨生产装置和尿素生产装置同时现代化的方法。

在下面的说明书和随后的权利要求书中的术语“同时现代化”是指涉及已存在的用于氨合成的装置和已存在的用于尿素合成的装置的同时的现代化过程，其目的是它们的联合。

氨和尿素生产方法之间的联合——其中使存在于合成原料气中的二氧化碳与合成氨反应以产生一种将被送至尿素合成反应器的氨基甲酸酯水溶液——在一方面涉及装置的简化，特别涉及氨的脱碳和分离工段以及CO₂的压缩工段——但在另一方面，涉及与尿素生产有关的工段的明显过载，基本上是由于形成热的缺乏和尿素合成反应器中过量的H₂O/CO₂摩尔比，伴随的结果是低的转化收率和高的能量消耗。

因此，在联合生产氨和尿素的领域，越来越需要提供能够以一种简单的方式、低的操作费用和资金投入来增加尿素转化收率的方法。

为满足上述要求，本领域中已经提出了数种联合生产氨和尿素的方法。

例如，在US-A-3 303 215和US-A-3 310 376中，公开了一种根据现有技术用于联合生产的方法，其中经适当纯化的液氨被加入一个尿素合成反应器中，在该反应器中使氨与包含在还含有氢气和氮气的合成原料气中的二氧化碳反应。

在尿素合成反应器中，氨和二氧化碳反应形成的氨基甲酸铵随后通过脱水被转化成了尿素。

这种方法的第一个缺点在于氨基甲酸酯生产过程中的高放热以及降低氨和二氧化碳分压的惰性气体(氢气和氮气)的存在，使尿素合成反应器必需在高压下操作以使反应物处于液态，伴随的结果是高的能量消耗和操作费用。

另外，由于在尿素合成反应器中加入了大量的水——例如以氨基甲酸酯水溶液的形式存在——以促进二氧化碳在氨溶液中的吸收以及随后生成氨基甲酸酯的反应，这种合成反应器中的H₂O/CO₂摩尔比相对较高，而且转化收率不令人满意。

另一个缺点在于实施上述方法所需的尿素合成反应器的结构和操作的复杂性，该反应器必须包括一个特殊的单元用以将惰性气体(氢气和氮气)从气态的二氧化碳和氨中分离。

根据现有技术的这种方法，还提供了一个对由未反应的气体产生的氨的冷凝和分离的步骤，通常是氨的生产过程，从经济和能量消耗的观点来看，这是十分需要的。

在US-A-3 349 126,US-A-4 012 443,US-A-4 013 718，以及US-A-4 320 103中，公开了另外一种根据现有技术的方法，它包括一个用于二氧化碳吸收和氨基甲酸酯合成的分离工段。

根据这种方法，来自相应的合成反应器的氨被从未反应的气体中分离——通常在一个特别的吸收工段中用水吸收——然后被送至氨基甲酸酯合成工段，氨在该工段与来自一个转化工段的合成原料气流中所含的二氧化碳反应，形成氨基甲酸铵，该物质被送至尿素合成反应器。