[发明专利]氨-尿素生产工艺及设备

说明书

一种用于氨‑尿素生产的工艺，其中氨段产生的液氨在氨合成压下直接供给到尿素段，并且所述液氨在高压下被以下步骤进行净化：冷却所述液氨（20）得到冷却的液氨流（21）；从所述冷却的液氨中分离包括氢气和氮气的气体馏分（22），得到高压下的净化的液氨（23）；在分离所述气体馏分后，再加热所述净化的液氨（23），得到温度适于供给所述尿素合成工艺的再加热的净化的液氨（24）。本申请还处理包括氨冷却器、气液分离器以及氨再加热器的设备，还提供了一种改装现有氨‑尿素设备的方法。

技术领域

本发明涉及氨-尿素的生产。氨-尿素的生产被认为是合适的烃源和合适的氮源反应合成的氨（NH₃）、以及其后所述氨与二氧化碳（CO₂）反应生成尿素的过程。

背景技术

根据已知的技术，氨是在高压下由组成的合成气进行反应而合成。该组成气体通常是通过重整合适的烃源如天然气或合成气（SNG）与合适的氮源如空气或富集空气而产生。该重整过程可包括例如初级重整和二级重整。其后，由重整步骤所产生的粗合成气经过若干常规步骤处理，常规步骤包括如一氧化碳（CO）转移，氨合成前的甲烷化和CO₂的去除。氨的实际合成是高压下运行一个所谓的氨合成回路，所述高压通常在80–200bar范围内，常见的是在150bar左右下进行。

由于氨是尿素合成的反应物之一，在氨合成段的下游设置尿素合成段是众所周知的。欧洲专利EP1041038中更详细地公开了同时生产氨和尿素的一个例子。

传统的尿素合成段包括高压尿素合成回路和回收段。所述尿素合成回路通常包括反应空间、汽提段和冷凝段。

更详细地，合成尿素的已知方法包括使用氨作为汽提剂的自汽提或最终热汽提方法，以及使用二氧化碳作为汽提剂的CO₂的汽提方法。

在英国专利1542371以及柯克-奥斯莫的《化工百科全书》第三版，第23卷，第548-562页（Kirk-Othmer,Encyclopedia of Chemical Technology,3rd Ed,Vol.23,p.548-562）中可以找到自汽提方法的公开信息。

CO₂汽提方法的特征在于，未转化的氨基甲酸盐在合成压下与新鲜二氧化碳逆流接触。在典型的CO₂汽提方法中，高压下氨基甲酸盐的冷凝完全不受影响；残留的气体在反应器中浓缩并给反应器提供热量，即氨基甲酸盐脱水需要的热量以及将混合物加热到平衡温度（见乌尔曼工业化学百科全书，第五版，卷A27，第344-346页，即Ullmann’sEncyclopedia of Industrial Chemistry,5th ed,V.A27,p.344-346）需要的热量。然而，在CO₂汽提设备的高压冷凝段进行全冷凝也是众所周知的。这意味着考虑了冷凝段的特殊条件（组成、温度、压力等）之后，供给所述冷凝段的气体混合物被冷凝到最大可能的程度，如上所述，与部分冷凝过程相反，部分冷凝过程中部分气体混合物刻意地没有被冷凝，以给反应器提供热量。

传统的部分冷凝CO₂汽提尿素方法作为一个例子在专利WO00/00466中公开。全冷凝过程以及由部分冷凝设备转换成全冷凝设备的方法在专利WO01/96287中被公开。

如上所述，氨合成在相当大的压力下传送液氨流，通常在150bar左右并且温度接近0℃，例如-10至10℃(263K至283K)范围内。所述液氨流包含一些溶解气体，通常包括氢气、氮气、甲烷和氩气，这些气体对于尿素合成反应基本上是惰性的，并且被称为尿素惰性气体。尿素反应空间中的尿素惰性气体的积累是要避免的。由于它们降低了所用试剂的分压，并且减少了一些可用的反应空间，尿素惰性气体实际上会导致转化率变低。在尿素回路的洗涤器里的游离氢的积累也可能与氧形成爆炸性混合物，后者通常作为钝化剂引入尿素回路。