[发明专利]高产率合成尿素的方法

说明书

本发明涉及高产率合成尿素的方法。

具体讲，本发明涉及提高尿素合成的产率的方法，该方法包括在高温和高压条件下，氨和CO₂反应，随后从含未反应产物的混合物中分离尿素，并将未反应混合物循环到反应器。

尿素制备的所有工业方法都是以按下述反应直接合成为基础，该反应是：

             (1)

这个反应按完全不同的反应步骤进行，其反应步骤是：

                   (1a) 

(1b)

在第一步骤中，发生放热平衡反应，该反应在室温下有一高的反应速率，但是，该步骤要求高压，以便在步骤(1b)所要求的高温条件下达到一有利的平衡。

在第二步骤期间，发生吸热反应，该反应在高温(＞150℃)下，仅达到一有意义的反应速率，且在185℃时的平衡状态下，在含化学计量比的反应物的反应混合物中CO₂的转化率只为约53％。这种令人不满意的转化率通过增加NH₃∶CO₂的比，可以有利地提高，但是会进一步减少水的存在。而且，水的减少对整个工艺动力学会产生有意义的影响。

虽然上述的两个反应步骤在反应器的公开的区域一般不进行，但是在包括尿素、水、氨、二氧化碳和氨基甲酸铵的反应混合物的内部它们同时发生，其在反应器不同区域的相对浓度取决于对工艺过程有影响的热力学和动力学几方面的因素。

起源NH₃和CO₂直接合成制备尿素的方法，在这个领域技术文献专门的研究中作了报道和公开。可以发现用于制备尿素的最普通方法的大量观点，例如，在“Encyclopedia of ChemicalTechnology”中，Kirk-Othmer，Ed，Wiley Interscience，third edition(1983)，Vol.23，p.551-561。

在一个反应器内一般进行尿素合成的生产的工业方法，是在170-200℃的温度范围内，在至少130大气压的压力下，将NH₃、CO₂和来自未转化的反应循环物流的(NH₄)₂CO₃和氨基甲酸铵的水溶液加入反应器，其中NH₃∶CO₂的摩尔比为2.5-4.5，以总的原料物流计。加入反应器的H₂O∶CO₂一般为0.5-0.6。在这些条件下，从反应器排放的产物表明转化率为50-65％，以加入的CO₂计。除生成的水和加入的过量NH₃，从反应器排出的物流还含比未转化的氨基甲酸铵多的大量的CO₂。

从这些产物分离尿素是在高温和减压下多操作段中进行的，在这些操作段中，氨基甲酸铵分解成NH₃和CO₂(制得的产物循环到反应器)，并蒸发反应所生成的水，最后得到的高纯度尿素送往后面的造粒步骤。氨基甲酸盐的分离和循环阶段要求设备的投资费，这可考虑加到最终产品的费用。

来自此段的全部CO₂和部分NH₃由于同时存在，可以利用来作为铵盐(碳酸盐和/或碳酸氢盐和/或氨基甲酸盐)进行循环，为循环它们，根据温度施用水作为溶剂介质，以便防止盐的沉淀和阻塞有关的管道。如在上文所述，按照上述一般示意图操作的已知方法是例如在美国专利4，092，358、4，208，347、4，801，745和4354，040中公开的那些，这种方法意味着是提高了几种液态工艺物流中和反应器内所含水量。