[发明专利]浓缩尿素溶液的方法及其装置

说明书

本发明涉及通过蒸发尿素溶液中的水来达到浓缩尿素溶液的方法。本发明还涉及实施本方法的装置。

在用二氧化碳和过量的氨制备尿素的情况下，首先在合成区形成含氨基甲酸酯和游离氨的尿素合成溶液。氨基甲酸酯分解成氨和二氧化碳，用许多步骤将分解产物连同溶液中存在的另外部分氨和水一起从溶液中去除。最终得到的尿素水溶液含有大约70-75%（重量）尿素，而且其中仍然有氨和二氧化碳，此溶液并不适合于起到肥沃土壤的目的，也不适合用于树脂的制造。通常，必须将其加工成固体尿素。在此方法中，通过蒸发将还有大约25-30%重量的水、氨和二氧化碳去除掉，或使溶液中的尿素结晶并使晶体变软，将由此而得到的软化尿素制成颗粒。由于尿素溶液在高温下会引起尿素分解和产生缩二脲，而缩二脲不能起到肥沃土壤的作用，以及不能用于树脂的制造，因此一般采用减压条件蒸发素而避免非常高的蒸发温度。除此以外，由于经济的缘故，基本上用二级或更多级完成蒸发过程，其中在最初级中，用中等的减压将大部分存在的水除掉，其后，在最终的级中，在很低的压力下继续蒸发，直至获得软化的尿素，此时尿素实际上已不含水份，其含水量＜0.5%（重量）。

在实际使用中，该操作主要是采用通常所说的立式单通道蒸发器，其中将溶液和所得到的蒸汽通过立式管束的管道向上输送，在管束周围形成的壳体空间中，冷凝低压蒸汽来供给蒸发所需的热量。

有人已经提出能够利用从气体和液体的生产流中所产生的热量，这气体和液体的生产流是在尿素合成的第一蒸发级中浓缩尿素溶液所获得的，例如，参见欧洲专利申请145，054号。该专利所介绍的方法涉及尿素的合成，其中在125至350巴的合成压力下，尿素合成溶液除了含尿素和水之外，还含有氨基甲酸酯，并且在合成区中首先形成游离氨，其后，采用三个分解级处理这种尿素合成溶液，在第一分解级中使用合成压力，在第二分解级中采用4-40巴的压力，在第三分解级中采用1-10巴压力，使氨基甲酸酯分解和从溶液去除掉分解产物、以及存在于该溶液中的游离氨和相当数量的水，剩余的溶液在二个蒸发级中进行最终浓缩。第一蒸发级所需热量由第二分解级中冷凝4-40巴压力的气体混合物来提供，如果提高气体混合物的露点，例如，向冷凝的气体混合物添加在第三分解级中所形成的氨基甲酸酯水溶液，那么将从较高的温度开始进行冷凝，这样就可在该较高的温度水平下获得所释放出的吸收热和冷凝热。如果以逆流形式进行热交换，则根据施加于蒸发器管道内的压力，可以从第一蒸发级中得到浓度约95%（重量）和温度约130℃的尿素溶液。然而，如果在立式单通道蒸发器中进行此方法，其中将待浓缩的尿素溶液是通过蒸发器的管道上输送，将待冷凝的气体混合物和氨基甲酸酯水溶液是通过壳体向下输送，则在壳体空间中的管道外面的上方，气体混合物存在有实际上润湿不足和分布不够均匀的缺陷。由于这个原因，就不能保证将热量均匀地传递给待浓缩的尿素溶液。

本发明的目的是提供一种蒸发尿素溶液的方法，以及应用此方法的装置，其利用生产流程所产生的热量如欧洲专利申请号145，054所介绍的，并且避免了上述的缺点。当将待冷凝的气体混合物对流于待浓缩的尿素溶液向上通过加热区时，便可达到本发明目的。这里将加热区设计成潜管冷凝器，其中气体混合物和多少有所形成的冷凝物的流动外形相当于所谓柱形的流动外形，这样在加热区不会发生向前流动的气流与试剂的回混。

本发明涉及通过尿素溶液中的水蒸发而使尿素溶液浓缩的方法。在此方法中，尿素溶液以薄膜形式沿着立式管束的管道内壁通过，蒸发水分所需热量基本上由冷凝加热区中含NH₃、CO₂和H₂O的气体混合物所提供该气体混合物处于管束周围形成的加热区，将含NH₃、CO₂和H₂O的气体混合物输送到接近管束管道一端的加热区，而且将尿素溶液输送到管束管道的另一端。本方法的特征在于使含NH₃、CO₂和H₂O的气体混合物基本上向上通过加热区，并且保证气体混合物或冷凝物不会回流。

向加热区中含NH₃、CO₂和H₂O的气体混合物中添加氨基甲酸酯水溶液是有好处的，因为这提高了气体混合物的露点，由于这一个结果，冷凝就可开始于较高的温度。最好把氨基甲酸酯水溶液输送到加热区这样的位置，即处于尿素溶液输送到管束管道和含NH₃、CO₂和H₂O的气体混合物输送到加热区之间的位置。