[发明专利]制备尿素的方法

说明书

本发明涉及用氨和二氧化碳制备尿素的方法。

将氨和二氧化碳在合适的压力(例如125-350大气压)和合适的温度(例如170-250℃)下，通入合成区时，首先按下列反应式生成氨基甲酸铵：

             

然后所生成的氨基甲酸铵，再按下列平衡反应式，通过脱水作用，生成尿素：

              

生成尿素的转化率，除其他因素外，还取决于温度和所应用的过量的氨。所得到的反应产物是一种主要含有尿素、水、氨基甲酸铵和游离氨的溶液。必须将氨基甲酸铵和氨从该溶液中除去，在大多数情况下，还将除去的氨基甲酸铵和氨合回完成区。

例如在European Chemical News，Urea Supplement，1969年1月17日第17-20页和Nitrogen，143号，1983年5-6月第32-38页中叙述了一种叫做“施塔米卡本二氧化碳汽提工艺过程＂的广泛应用的制备尿素的方法。在此工艺过程中，将在高压和高温下，在合成区形成的尿素合成溶液，在合成压力下，进行汽提处理，此汽提处理的方法是，将所形成的尿素合成溶液在提供热量的情况下与相反方向流动的二氧化碳气进行逆流接触，从而使在该溶液中存在的大部分的氨基甲酸铵分解为氨和二氧化碳。将这些分解产物从溶液中驱出并将其与少量的水蒸汽和用来进行汽提的二氧化碳一起放出。将汽提过程中得到的气体混合物，在合成压力下操作的缩合区中，充分地进行缩合，然后再用经此法进一步处理含有尿素的溶液所得到的水溶液来进行吸收，将所释放出来的缩合热用来产生水蒸汽或用来加热工艺过程的流体。

为了得到进行缩合作用的最佳NH₃/CO₂比，将此工艺过程所需要的大部分的或全部的新加入的氨气也通入缩合区。将所形成的氨基甲酸铵水溶液和未缩合的气体混合物，从缩合区加入合成区，用来形成尿素。此时，气体混合物的进一步缩合作用，提供了将氨基甲酸铵转化为尿素所需的热量。

然后将汽提过的尿素合成溶液膨胀至一低压，并制成一种可以进一步加工成为固体尿素的尿素溶液或熔体。

在上述工艺过程中，合成区除含有液相外，还含有由比较大量的氨、二气化碳以及以前在反应组分中部分地以杂质形式存在的惰性气体，但是，如果应用不锈钢设备而此种设备又用氧气来保持在钝化状态的情况下时，则此种惰性气体也可能是以前以空气形式通入系统中的。将此种气体混合物从合成区放去，然后将所夹带的氨和二氧化碳在一分离区中进行回收，例如将此气体用一种稀氨基甲酸铵溶液来洗涤。最后将该惰性残留气体排入大气。

众所周知，含有氨基甲酸铵的溶液是高度腐蚀性和浸蚀性的。因此，在尿素合成的高压部分输送此种溶液时，通常是利用自然循环来进行的，也就是说，可将汽提区设置在低于合成区和缩合区的高度来实现此种自然循环。这样就可以消除使用泵的必要性，而此种泵必须在极端苛刻的条件下操作，同时又是许多事故的来源。也可以利用比重将惰性气体分离区中所形成的液体或溶解的氨甲基酸铵循环到缩合区或合成区的较下部分。为此，可将分离区设置在高于合成区的高度。由于目前的操作容量是每天1000-1500吨或大于1000-1500吨，这也就是说，装置是相当高的，在大多数的情况下，高度至少在地面以上40至45米。这就需要很重的支承结构，而在更换设备构件时则用很多的劳力和时间。