[发明专利]包括两个分开的反应区的尿素合成方法

说明书

本发明涉及一种包括两个分开的反应区的尿素合成方法。

特别是，本发明涉及一种高转化率的尿素合成方法，包括在基本上相同的高压下以至少两个分开的步骤进行氨和二氧化碳的反应，然后进行尿素从含有未反应的产物的混合物中的分离，并且使其循环到至少一个反应步骤中。

尿素是一种广泛使用的工业产品，特别是用作一种化肥，它还用于制药领域和聚合物领域(脲甲醛树脂)。

用于制备尿素的所有工业方法实际上都基于按下列完整反应的直接合成：        (Ⅰ)

该反应以两个不同的反应步骤进行，生成作为中间体的氨基甲酸铵：         (1a)         (1b)

在第一步(1a)中，存在放热反应，在室温下该反应的平衡移向右侧(生成氨基甲酸铵)，然而该反应为达到平衡需要高压，在进行后续步骤(1b)所需的高温下，高压有利于得到令人满意的产率。在第二步(1b)中，存在吸热反应，该反应对于该方法的工业应用来说只有在高温下(＞150℃)才达到令人满意的速率，然而在185℃时平衡状态下在试剂的化学计量混合物中CO₂的转化率不大于53％。这样的不令人满意的转化率可以通过提高NH₃/CO₂比值而方便地提高，但加入水后会进一步地降低。后者还对该方法的总的动力学有不利影响。

一般地，上述两个反应步骤在同一反应器中同时进行，从而反应混合物含有尿素、水、氨、二氧化碳和氨基甲酸铵，在反应器的不同部位，这些成分的相对浓度取决于对该反应有影响的各种热力学和动力学因素。

这类的制备尿素的方法已经在本领域的专业文献中有详细地描述。一种制造尿素的最常用的方法的详细报导可以在例如“Encyclo-pedia of Chemical Technology“Ed.Kirk-Othmer，Wiley Interscience，third ed.(1983)，vol.23，pages 551-561中找到。

在制造尿素的工业方法中，合成通常在一个被供给NH₃、CO₂和碳酸铵(氨基甲酸酯(NH₄)₂CO₃的一种不稳定前体)的水溶液和/或来自未转化试剂回收物流的氨基甲酸酯的反应器中进行，温度在170和200℃之间，压力至少13.13MPa,以使通常产生液相，以进料物流的和计算的NH₃/CO₂摩尔比在2.5和4.5之间。加入反应器中的H₂O/CO₂摩尔比一般在0.5和0.6之间。在这些条件下，从反应器排出的产物相对CO₂进料转化率在50和65％之间。除了生成的水和加入的过量NH₃外，反应器流出物还含有大量的未转化的CO₂，主要是以未转化的氨基甲酸铵形式存在。

尿素从这些产物中的分离是在高温和减压条件下几个操作区中进行的，在这些区域中氨基甲酸铵进行分解成为NH₃和CO₃(制得的可用于循环到反应器中的产物)并且反应水进行蒸发，以最终得到高纯度的尿素用于后续的造粒步骤。