[发明专利]由氨和二氧化碳制备尿素的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及在包含高压合成部的尿素设备中由氨和二氧化碳制备尿素的领域。

背景技术

已知在尿素设备中由氨和二氧化碳制备尿素的方法。这样的方法例如从WO 2009/141344中得知。尿素设备可以包括高压汽提器、高压氨基甲酸盐冷凝器和池式冷凝器或池式反应器。方法可以基于所谓的n＝2热集成概念，在该概念中，供应至尿素设备的热量被使用两次。将蒸汽用于加热汽提器。在回收高压氨基甲酸盐冷凝器、池式冷凝器或池式反应器中的热量之后，将热量以低压蒸汽的形式再用于尿素设备的其他工序部中，或者(部分地)输出到尿素设备外部的使用者。

因为不断提升的能源成本以及由此引起的不断提升的由氨与二氧化碳制备尿素的成本，需要改善尿素设备的能量效率。

因此，本发明的目的是提供在尿素设备中由氨和二氧化碳制备尿素的改进方法。更具体而言，本发明的目的是提供以减少的能量消耗操作的在尿素设备中由氨和二氧化碳制备尿素的方法。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供在包含高压合成部的尿素设备中由氨和二氧化碳制备尿素的方法，其中高压合成部具有水平池式冷凝器。该方法包括将热量从在池式冷凝器的壳部中容纳的高压工序介质交换到在池式冷凝器中设置的第一热交换部中容纳的含有中压尿素的溶液，以至少将氨基甲酸铵分解成NH₃和CO₂。该方法还包括将热量从高压工序介质交换至在池式冷凝器中设置的第二热交换部中容纳的低压蒸汽冷凝器，以产生低压蒸汽。

使用这样的方法，紧接于产生低压蒸汽，氨基甲酸盐冷凝以释放热量，该热量用于将氨基甲酸盐分解成NH₃和CO₂。通过集成这两个功能，用于制备尿素的尿素设备的蒸汽消耗减少。结果，能量消耗低于例如前述的由氨和二氧化碳制备尿素的现有技术方法。结果，获得能量效率，且降低尿素制备的成本。应该注意的是，贯穿该说明书，应将池式冷凝器理解为液相是连续相的冷凝器。这样的池式冷凝器也可以称为浸没式冷凝器。

还应当注意的是，贯穿说明书，高压通常可以定义为高于100巴(10MPa)的压力，例如120巴(12MPa)。中压通常可以定义为10～35巴(1～3.5MPa)的压力，例如10～25巴(1～2.5MPa)。中等压力通常可以定义为20～100巴(2.0～10MPa)的压力，例如25～100巴(2.5～10MPa)，且低压通常可以定义为2～10巴(0.2～1MPa)的压力。

为集成上述功能，根据本发明的另一方面的池式冷凝器是壳管式热交换器，其中第一和第二热交换部各自包括基本上U形的管束。该壳管式热交换器可以是水平放置的浸没式冷凝器。换言之，壳管式热交换器可以包括容器，该容器基本上水平地放置，至少容器的中心轴基本上水平地延伸，以能够执行本发明的方法。

所述第一和第二U形管束从池式冷凝器的管板开始至少部分地通过池式冷凝器的内部空间延伸。第二U形管束配置成用于产生低压蒸汽。第一U形管束用于与中压再循环部的热集成。第一束在使用时填充有来自于所述中压再循环部的工序介质。因此，第一束在管侧以及其壳侧与工序介质接触。优选地，将氧化剂添加至用于制备尿素的工序中，以保护设备的不同部件的材料免受腐蚀。通过这样做，在金属表面上形成氧化物表皮。该氧化剂可以是氧，以空气的形式或作为过氧化物、或释氧化合物进行添加。此外，与工序介质接触的部件可以由具有抗腐蚀特性的奥氏体-铁素体双相不锈钢级制成。在这种情况下，在本发明的制备尿素的工序中可以减少或者甚至省略掉氧化剂的使用。

由于上述功能的集成，即，氨基甲酸盐的冷凝以及随后用于将氨基甲酸盐分解为NH₃和CO₂的热量的释放，而无任何中间热量传递介质，两个工序侧的可得温差能够使得各个U形管束相对较小。这对于使用本发明方法来制备尿素的装置的制造成本而言是有利的。

在本发明的更详细说明中，将在池式冷凝器的壳部中容纳的高压工序介质供应到池式冷凝器下游设置的后反应器。优选地，将新鲜的CO₂供应至后反应器，以向后反应器内部的吸热尿素反应提供热量，以形成尿素合成溶液。