[其他]尿素合成方法

说明书

本发明是有关生产尿素的方法，更明确地说有关以这样的方法生产尿素：将氨与二氧化碳在-合成反应器中相互反应合成尿素，反应期间存在过剩的氨，未转换为尿素的氨基甲酸铵分解而再生的氨和二氧化碳（以下简称为未反应氨基甲酸盐），以氨和二氧化碳的气态混合物形式从合成反应器的流出物中分离出，气态混合物由溶剂吸收或冷凝，而由此形成的液体循环入合成反应器。本发明关系到一供氧方法的改进，此法有益于上述合成分离、吸附或冷凝各步骤中设备内表面供用材料的防腐。

合成尿素实际供用的反应器于120-250大气压下及170-210℃的温度范围内操作，金属钛和以铬镍及主要成份制成的不锈钢业已用作为合成尿素液体与之接触的反应器内表面材料。

然而，这些材料仍要被尿素合成液体中未反应的氨基甲酸盐及进料二氧化碳中的硫代氢腐蚀。必须防止这种腐蚀。况且随着尿素合成方法的进步，对分离和回收各步骤操作条件的要求也将更苛刻。因此这些步骤所用设备以及尿素合成反应器中的防腐问题变得越来越重要。尤其是尿素汽提过程中汽提器及氨基甲酸盐冷凝器材料的腐蚀必须防止。

为防止这种腐蚀，一个便于采用的方法是，在欲暴露于腐蚀环境的材料表面，以氧形成氧膜，而供氧方式，则建议引入相对于进料气态二氧化碳体积500-20000ppm的氧，以空气的形式或纯氧的形式，前者（引入空气）已被广泛采用。

因为空气是廉价氧来源，然而尿素工厂的规模越来越大，对能量的有效利用的要求则增强，特别在此提到下述缺点不可忽略：（1），由于气态氨和二氧化碳中掺有不起作用的气体即氧，随氧存在的四倍于氧的氮，还有进料二氧化碳气中固有的气体氢等等（正如下面所叙述的），这些都不溶于尿素合成液中，当这些不起作用的气体从上述各步骤中除去时引起热损失。（2），为使这些无用气体达到合成压力要消耗能量。（3），由于无用气体的存在，氧气的分压降低，氧的抗腐蚀作用则降级。

另一方面，当补救这一问题，则建议引入大体上纯净的氧，（以下简称纯氧），这样看来，上述问题将获得解决。然而，制备纯氧付出的高代价则又是一个问题。为提供纯氧，建议这样一个方法，物理分离空气或在居先步骤中引入氧化剂，使之热分解产生纯氧。综合考虑获得纯氧的代价，加上随后的防腐代价和将获得的本方法的价值，不能说问题完全解决了。

因此，从防腐效果及加工价值两方面考虑研究引入适当形式的氧进入反应各步便是欲解决的主题。即在使用空气作氧源的情况，相对于氧允许多大比例的氮存在，才不致于抵销此种尿素加工的优点，然而，这个问题并未弄明白。

为解决这一问题，本发明人研究了引入的氧与夹带的氮的比例对尿素生产优点的影响。结果发现，当氧/（氧+氮）（按体积计）增加，超过21%以上时，上述第（1）条所述热损失明显降低（随之回收的热量增加），而当百分比超过90%，回收的热量几乎不增加。

另外，不管采用什么方法从空气中获得一定浓度氧，当氧浓度增加时，生产成本随之增加，而且当浓度接近纯氧时，氧的成本更是急剧增高，因此很明显，氧浓度上的限要由浓缩氧所需成本的增加与尿素生产优点的减缓二者之间的平衡来决定。

于此，本发明人特别从成本的观点研究了各种浓缩氧的方法对尿尿素生产的适用性，现代化尿素工厂的规模一般是每天500-2000吨，这种情况下引进工厂的氧气量一般是20-750NM³/小时（按空气体积计），在此范围内可实用的浓缩法包括（1）低温分离，（2），薄膜分离，以及（3）压力摆动吸附，（以下简称PSA），这些方法中，方法（1）在前述容积范围内生产氧需要比较高的成本，方法（2）限制了氧的浓度至多是40%，反之发现方法（3）需较低成本，而可使氧纯度的上限高达95%（按体积计）。

另外，在氧浓度低的范围内，与上面情形相反，以至于在尿素生产过程中热量回收量随引入加工过程中的浓缩氧中的氧浓度降低而降低，然而，直到氧浓度降到一定水平以前，下降的比例不大，但若降到所说的水平以后，这个下降比例则极快增加，而且，为将其引入尿素加工压缩浓缩氧的能量也要增加。

另一方面，随氧浓度降低，在PSA单元中氧的回收比例得到改善，浓缩氧所需的能量降低，因此，当PSA方法用于尿素加工时，从径济意义上来说氧的浓度有一个低限度，研究结果表明这个低限度是55%，（按体积计）。