CN1746154A - 用于尿素/三聚氰胺生产的综合工艺及其相关设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于尿素/三聚氰胺生产的综合工艺，包括以下操作步骤：(a)从氨和二氧化碳合成尿素，获得溶化的氨和包括蒸汽和氨的气体混合物；(b)将所述包括蒸汽和氨的气体混合物冷凝，获得冷却的氨水溶液；(c)由尿素合成三聚氰胺，形成包括二氧化碳和氨的废气，(d)在由所述步骤(b)获得的冷氨水溶液的至少一部分中吸收所述废气，从而形成氨基甲酸盐水溶液；(e)分解所述氨基甲酸盐水溶液，获得氨、二氧化碳和蒸汽、以及剩余的氨水溶液；(f)将在步骤(e)中获得的氨和二氧化碳重新用于尿素合成；(g)处理在步骤(e)中获得的剩余的氨水溶液，以从其回收用于尿素合成的氨和二氧化碳。

Description

用于尿素/三聚氰胺生产的综合工艺及其相关设备

技术领域

本发明总体上涉及由尿素制造三聚氰胺。

本发明具体涉及用于尿素/三聚氰胺生产的所谓综合工艺，包括从二氧化碳和氨合成尿素的第一尿素合成操作步骤和其中这样产生的尿素的至少部分用于三聚氰胺合成的第二步骤。

本发明更具体地涉及上述类型的综合工艺，其中处理三聚氰胺合成步骤的废气，以回收包含在其中的二氧化碳和氨，这些二氧化碳和氨在尿素合成步骤重新使用。

在以下描述中，为了简洁起见，有时将包括二氧化碳和氨的气体混合物称为尿素合成气体。

本发明也涉及用于根据上述综合工艺制造尿素/三聚氰胺的设备。

背景技术

在由尿素制造三聚氰胺的领域中，已知的是，一段时间，已经建立了所谓的综合工艺的使用，根据此综合工艺，在三聚氰胺合成之前的步骤中从氨和二氧化碳获得上述生产所必需的尿素。

已知，对于所述工艺综合的改进，通常提供了对三聚氰胺合成反应释放的废气的适当处理，以从其回收氨和二氧化碳，从而将其重新用于尿素合成。

为此目的，根据现有技术，将废气吸收在氨水溶液中，适当冷却，获得氨基甲酸盐水溶液；接着，使氨基甲酸盐水溶液分解，获得重新用于尿素合成的二氧化碳和氨、以及剩余的氨水溶液。

一般而言，在可能的冷却后，将剩余的氨水溶液重新用于废气吸收步骤溶液。

从三聚氰胺合成步骤的废气回收尿素合成气体的技术从某种观点上是有效的，甚至是有利的，但是它具有公认的缺陷。

其中，主要缺陷是，这种技术要求用于此惟一目的的专用设备和装置来执行此技术，其中专用设备和装置的尺寸设计为执行上述废气处理，造成材料和所用设备及其管理的成本大幅提高。

事实上，应指出，例如，为了确保废气的吸收，在剩余的氨水溶液进入吸收塔之前有必要冷却氨水溶液，从而要求使用适当的致冷器。

发明内容

作为本发明基础的问题是提供一种用于上述类型的尿素/三聚氰胺生产的综合工艺，使得用于处理废气的设备量减少，尤其是不必要求使用尺寸适当设计的专用设备。

根据本发明，通过包括以下步骤的尿素/三聚氰胺生产的综合工艺解决此问题：

(a)-从氨和二氧化碳合成尿素，获得溶化的氨和包括蒸汽和氨的气体混合物；

(b)-将包括蒸汽和氨的气体混合物冷凝，获得冷却的氨水溶液；

(c)-由尿素合成三聚氰胺，形成包括二氧化碳和氨的废气，

所述工艺的特征在于，它包括进一步的步骤：

(d)-在由所述步骤(b)获得的冷氨水溶液的至少一部分中吸收所述废气，从而形成氨基甲酸盐水溶液；

(e)-分解所述氨基甲酸盐水溶液，获得氨、二氧化碳和蒸汽以及剩余的氨水溶液；

(f)-将在所述步骤(e)中获得的氨和二氧化碳重新用于尿素合成；

(g)-处理在所述步骤(e)中获得的剩余的氨水溶液，以从中回收用于尿素合成的氨和二氧化碳。

优选地，在步骤(e)中获得的剩余的氨水溶液加到在步骤(b)中获得的不是用于吸收废气的冷氨水溶液的部分上，以构成将经受尿素合成气体回收处理的单一(single)氨水溶液。

参看附图，根据以下为了说明而非限定的目的给出的对本发明的实施例的描述，本发明的进一步的特征和优点将变得更加清楚。

附图说明

在附图中：

图1示出根据本发明的用于尿素/三聚氰胺生产的综合工艺的框图。

图2示意性地示出用于执行根据本发明的工艺的一体化设备。

图3示意性地示出图1的设备的细节。

具体实施方式

参看图1，根据本发明的用于尿素/三聚氰胺生产的综合工艺包括第一步骤(a)，其中从氨二和氧化碳合成尿素，获得溶化的氨和包括蒸汽和氨的气体混合物。

优选地，根据所谓的完全再利用(total recycling)技术执行尿素合成，较优选地用所谓的反萃取(stripping)技术执行尿素合成。最初在高压下合成尿素，接着在连续降低的压力下，通过一个或多个分解和冷凝阶段使这样获得的水溶液中的尿素与尿素回收步骤中的未反应合成组分分离。优选地，提供了在约15-30巴(bar)进行的重压分解和冷凝阶段和在约2-10巴执行的低压分解和冷凝阶段。

更具体地，在第一步骤(a)中，使氨和二氧化碳在水溶液中的尿素中反应，其中在所述尿素回收步骤中和在至少一个蒸发步骤中以已知的方式处理水溶液，用于一方面分离溶化的尿素，另一方面分离包括蒸汽和氨的气体混合物，所述气体混合物主要包括水、氨、二氧化碳。

在随后的步骤(b)中，使上述包括蒸汽和氨的气体混合物冷凝，以获得冷氨水溶液。

优选地，以真空方式执行冷凝。

所述工艺也包括废水处理步骤(g)，根据本发明，用于处理冷氨水溶液的可能部分，以从其中回收氨和二氧化碳，将回收的氨和二氧化碳用于尿素合成。

应指出，到现在为止描述的步骤(a)、(b)、(g)本身是通常在尿素生产工艺中已知的步骤。

根据本发明的综合工艺包括合成三聚氰胺的操作步骤(c)。

在此具体实例中，通过使得在操作步骤(a)中产生的溶化的尿素的至少部分通过优选在0.1和10巴之间的低压催化起反应，三聚氰胺合成发生。低压催化合成以已知的方式提供了获得具有高温(例如约400℃)的气体混合物，所述气体混合物包括三聚氰胺、二氧化碳、氨、未反应尿素和另外的惰性气体副产物。优选将气体混合物冷却、过滤和结晶，一方面获得三聚氰胺晶体，另一方面获得包含二氧化碳和氨的废气流。

在三聚氰胺的低压催化合成的具体实例中，所产生的废气的气压值在0.1和8巴之间，优选等于约1.1巴。

在操作步骤(d)中，使得这样产生的废气在水溶液中被吸收，即，它们被冷凝，以获得氨基甲酸盐水溶液。

根据本发明，废气在冷凝操作步骤(b)期间获得的上述冷氨水溶液的至少一部分中被吸收。

同样，根据本发明，冷氨水溶液自身被利用，以冷凝废气。

优选地，以多个连续阶段执行冷凝。

在第一阶段，将废气与冷氨水溶液混合，获得两相混合物，所述两相混合物包括氨基甲酸盐和氨的水溶液、二氧化碳和呈汽相的水。

在第二阶段，通过与冷却装置的间接热交换，冷凝存在于两相混合物中的蒸汽，形成氨基甲酸盐水溶液。

在第三阶段，为了确保冷凝的完成，在间接热交换后，使可能存在于氨基甲酸盐水溶液中的气体(蒸汽)与氨基甲酸盐水溶液分离，并通过在分离塔中用水冲洗而被冷凝，以便能被回收。回收的气体优选被重新使用，且通过上述第二阶段的冷凝进一步冷凝，而消除了不能被冷凝且为惰性气体的可能的气体副产物。

优选地，在与废气相同的有效气压下进行上述冷凝阶段。

在随后的阶段(e)中，分解氨基甲酸盐水溶液，一方面获得包括例如二氧化碳和氨等尿素合成气体和蒸汽的气体混合物，另一方面，蒸发剩余的氨水溶液。

优选地，剩余的氨水溶液在分解之前被加热。

在优选的解决方法中，通过以165℃-170℃的温度和约为18-20巴的压力与蒸汽进行间接的热交换，实现氨基甲酸盐的分解。

在这些情况下，从氨基甲酸盐的分解获得的气体混合物除了包括二氧化碳和氨外，还包括蒸汽。所述混合物适于在尿素回收步骤中被处理，特备在中间的压力步骤中被处理。

根据另一特征，根据本发明的综合工艺包括另一步骤，其中，处理从氨基甲酸盐的分解获得的剩余氨溶液，以从其回收可能在分解步骤中没有分离的氨和二氧化碳。这使得实现二氧化碳和氨的完全回收，其中所回收的二氧化碳和氨作为尿素合成的合成气体。

优选地，在上述废水处理步骤(g)中直接分解剩余氨溶液，如已经提及的，所述废水处理步骤(g)用于回收尿素合成气体。

同样，在废水处理步骤(g)中，处理可能没有用于废气吸收的冷氨水溶液的部分和剩余的氨水溶液。

根据到现在为止作出的描述可容易地观察到，与现有技术相比，根据本发明的用于尿素/三聚氰胺生产的综合工艺提供了合成中公知的步骤和上述尿素处理(a)、(b)、(g)、以及由三聚氰胺合成产生的废气处理操作步骤(d)和(e)之间的较大综合。

所述较大综合具有一系列的优点。

第一优点在于，冷凝步骤期间产生的冷氨水溶液自身用于吸收废气。冷氨水溶液也有利地以适当的方式被稀释，以及冷却到适当温度，从而获得理想的废气冷凝。

另一优点在于，处理在三聚氰胺水溶液的分解步骤期间获得的剩余氨水溶液，以便能重新使用没有被分离的可能的尿素合成气体(氨和二氧化碳)。

此外，有利地执行剩余氨水溶液的处理，而不增加上面提示的通常包含在尿素合成工艺中的相同的废水处理步骤中的成本。

另一优点在于，在废水处理步骤中回收尿素合成气体避免了对三聚氰胺水溶液的分解步骤期间对尿素合成气体的高吸收工艺的需要，从而可将尺寸减小的设备用于尿素合成气体的吸收，因此也用于废气吸收。

较大综合的另一优点在于，可能根据确定的工艺模态(processmodality)改变将用于废气吸收步骤中和废水处理步骤中的冷氨水溶液的部分。

本发明的再一优点在于，对尿素转化产量有利的是，在水中减少包括氨和二氧化碳的蒸汽，所述蒸汽从根据本发明的废气处理获得，且重新用于尿素合成步骤。

参看图2和3，现在将示出用于根据上述工艺生产尿素/三聚氰胺的一体化设备10，这也是本发明的目的。

在所述图中，为了简洁起见，示意性地表示仅对本发明的描述所必需的那些部分。此外，我们所用的术语“连接线路”表示结构连接，例如本质上已知的导管或管道。

具体而言，一体化设备10包括用于获得水溶液中的尿素的尿素合成回收部12。

尿素合成回收部12在图2的实例中属于完全回收类型，且包括优选在约130和300巴之间的高压工作的实际的合成反应器24、在约15-30巴工作的中压回收平台28和在约2-10巴的压力下工作的低压回收平台30。

在以下描述中，为了表达的简洁起见，我们所用的术语尿素合成回收部12是指反应器24的组件和上述平台28和30的组件。

设备10也包括尿素处理部14，通过连接线36与合成回收部12流体连通，用于从水溶液中的尿素中获得溶化的氨和包括蒸汽和氨的气体混合物。

具体而言，尿素处理部14优选包括蒸发单元，在所述蒸发单元中，尿素以溶化状态与包括蒸汽、氨和二氧化碳的气体混合物分离。

设备10也包括通过连接线路38与尿素处理部14流体连通的冷凝部16。

冷凝部16大体上包括冷凝器，所述冷凝器优选在真空中工作(优选地，尿素处理部14也在真空中工作)，且用于冷凝包括蒸汽和氨的气体混合物。

在冷凝部16中，获得具有约40-50℃的温度的冷氨水溶液。

应指出到现在为止描述的部分12、14、16都属于已知类型，所以没有对它们进行进一步描述。

也设置了废水处理部18，所述废水处理部18也属于尿素生产设备中已知的类型，通过连接线路42与冷凝部16连通，用于从其接收冷氨水溶液的可能部分。

废水处理部18用于从冷氨水溶液回收二氧化碳和氨，且放置为通过连接线路52与尿素合成回收部12流体连通。

设备10也包括从尿素合成三聚氰胺的三聚氰胺合成部20，其优选包括采用低压催化合成技术的三聚氰胺合成反应器，所述三聚氰胺合成反应器也属于已知类型。

三聚氰胺合成部20通过连接线路21连接至尿素处理部14，用于从尿素处理部14接收在其中产生的溶化的尿素的至少部分。

从三聚氰胺合成部20丢弃上述废气，所述废气中包括二氧化碳和氨等各种成分。

一体化设备10也包括废气处理部22，所述废气处理部22包括作为主要结构的吸收单元70和分解单元72，所述吸收单元70用于冷凝废气。

吸收单元70通过连接线路54与三聚氰胺合成部20流体连通，以从三聚氰胺合成部20接收由其丢弃的废气。

吸收单元70和分解单元72通过装有供给泵78的连接线路76流体连通。

根据依照本发明的一体化设备10的第一特征，吸收单元70也与冷凝部16流体连通，以从冷凝部16接收上述冷氨水溶液的至少部分，从而实现废气的冷凝。

所述流体连通通过位于吸收单元70上游的连接线路56获得，以允许废气与冷氨水溶液直接混合，其中连接线路56与上述用于废气入口的线路54直接连接。

这样，在单元70的出口获得氨基甲酸盐水溶液。

如图3的细节中突出的，吸收单元70优选包括冷凝器84、放置为通过连接线路88流体连通的吸收塔86。

冷凝器84优选包括放置为通过线路89与图中未示出的冷却装置的供应源(例如冷水)连通的管束设备。

吸收塔86包括与上述连接线路88连通的下部86b和设置有适合的包装的上部86a。

在吸收塔86的下部86b中，没有在冷凝器84中冷凝的可能气体与氨基甲酸盐水溶液分离，所述气体通过在上部86a中冲洗进一步被冷凝。另一方面，没有被冷凝的惰性气体从吸收塔86蒸发。

具体而言，为了使惰性气体蒸发，提供了用于从冲洗水储存器94供应冲洗水到吸收塔86的上部区域86a的连接线路90和吸收塔86顶部和可能的惰性气体回收部98之间的连接线路96。

也提供了再循环管100，用于连接上部86a和下部86b之间的吸收塔86的中间区域，且允许通过冷凝器84中的塔86冷凝的气体再循环。

在吸收单元70的下游，也优选提供了预热装置或加热器110，所述预热装置或加热器110沿连接线路76设置，用于提高分解前的氨基甲酸盐水溶液的温度。

在此具体实例中，上述分解单元72优选包括分解器或再沸器102以及解吸塔104，所述解吸塔104放置为在再沸器102正上方流体连通，且包括适合的包装。

如可从图3清楚看到的，连接线路76与解吸塔104的顶部区域流体连通，以便在已经加热氨基甲酸盐溶液后从上面导入氨基甲酸盐溶液。

再沸器102包括与蒸汽供应部106连通的管束热交换设备。再沸器102也通过连接线路112与上述加热器110连通，以发送与加热装置中的相同的包含在再沸器102中的冷凝蒸汽。

氨基甲酸盐溶液的分解发生在再沸器102中，一方面获得氨、二氧化碳和蒸汽，另一方面获得剩余的氨水溶液。

具体而言，氨、二氧化碳和蒸汽从解吸塔104顶部蒸发，且通过连接线路108供给尿素合成回收部12，优选供给尿素合成回收部12的中压回收平台28。

根据本发明，分解部72不仅与尿素合成部12流体连通，而且与废水处理部18流体连通，以供应未蒸馏的剩余氨水溶液到废水处理部18中。

具体而言，连接线路114用于将剩余的氨水溶液从再沸器102供给废水处理部18，在这里，可回收可能留在溶液中的二氧化碳和氨。

一体化设备10的主要优点是，废气处理部22被集成，既与冷凝部16直接流体连通，又与废水处理部18流体连通，且这使得用于尿素生产的设备被有效和有利地使用。

具体而言，冷凝部16和吸收单元70之间的流体连通利用从尿素生产产生的冷氨溶液。

另一方面，对于尿素生产，分解单元72和废水处理部18之间的流体连通允许减小用于将获得的单元72中的吸收的设备的尺寸，且不要求来自剩余氨水溶液的气体的完全分离，因为可回收它们，而不增加废水处理部18自身中的成本。

本发明的另一优点在于，由于冷凝部16、废水处理部18和废气处理部22之间的流体连通，可能改变具有一定的操作灵活性的设备的工作条件。

本发明的再一优点在于，由于所描述的吸收单元70和分解单元72的易于构造的特定具体结构，确保了这两个单元的有效的操作功能性。

当然，为了满足偶然的具体要求，本领域的技术人员可对用于尿素/三聚氰胺生产的综合工艺及其相关设备作出各种修改和改变，所有这些修改和改变都由所附权利要求书所限定的本发明的保护范围所覆盖。

Claims (12)

1.一种用于尿素/三聚氰胺生产的综合工艺，包括以下操作步骤：

(a)-从氨和二氧化碳合成尿素，获得溶化的氨和包括蒸汽和氨的气体混合物；

(b)-将所述包括蒸汽和氨的气体混合物冷凝，获得冷却的氨水溶液；

(c)-由尿素合成三聚氰胺，形成包括二氧化碳和氨的废气，

所述工艺的特征在于，它包括进一步的步骤：

(d)-在由所述步骤(b)获得的冷氨水溶液的至少一部分中吸收所述废气，从而形成氨基甲酸盐水溶液；

(e)-分解所述氨基甲酸盐水溶液，获得氨、二氧化碳和蒸汽、以及剩余的氨水溶液；

(f)-将在所述步骤(e)中获得的氨和二氧化碳重新用于尿素合成；

(g)-处理在所述步骤(e)中获得的剩余的氨水溶液，以从其回收用于尿素合成的氨和二氧化碳。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，在所述步骤(e)中获得的剩余的氨水溶液加到在步骤(b)中获得的冷氨水溶液的部分上，以构成将在步骤(g)中经受尿素合成气体回收处理的单一氨水溶液。

3.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，通过真空冷凝(b)获得所述冷氨水溶液。

4.根据以上权利要求中任一所述的工艺，其特征在于，通过多个连续冷凝阶段，包括与冷却装置进行间接热交换的至少一个冷凝阶段，执行废气在冷氨水溶液中的吸收(d)。

5.根据权利要求4所述的工艺，其特征在于，它包括另一分离未被吸收的可能气体和回收所述未被吸收的气体的阶段。

6.根据以上权利要求中任一所述的工艺，其特征在于，所述氨基甲酸盐水溶液在分解之前被加热。

7.一种用于尿素和三聚氰胺生产的一体化设备，属于以下类型，包括：

-水溶液中至少一个尿素的合成回收部(12)；

-溶液中至少一个尿素的处理部(14)，以获得尿素和包括蒸汽和氨的气体混合物；

-所述包括蒸汽和氨的气体混合物的至少一个冷凝部(16)，以获得冷氨水溶液；

-至少一个废水处理部(18)，用于回收用于尿素生产的二氧化碳和氨；

-至少一个三聚氰胺合成部(20)；

-至少一个废气处理部(22)，所述废气从三聚氰胺合成部(22)出来，以在所述尿素合成回收部(12)进行回收，且包括至少一个吸收单元(70)和至少一个分解单元(72)，所述吸收单元(70)放置为与所述三聚氰胺合成部(20)流体连通，且用于废气冷凝，从而形成氨基甲酸盐水溶液，所述分解单元(72)放置为与所述吸收单元(70)流体连通，且用于分解所述氨基甲酸盐水溶液，获得二氧化碳和蒸汽、以及剩余的氨水溶液；

所述设备的特征在于

-所述吸收单元(70)与冷凝部(16)流体连通，以从冷凝部16接收上述冷氨水溶液的至少部分，从而冷凝废气；以及

-所述废水处理部(18)与所述分解单元(72)流体连通，以从分解单元(72)接收所述剩余的氨水溶液。

8.根据权利要求7所述的一体化设备，其特征在于，所述废水处理部(18)与所述冷凝部(16)连通，以从冷凝部(16)接收没有用于吸收废气的冷氨水溶液的部分。

9.根据权利要求7或8所述的一体化设备，其特征在于，所述尿素合成回收部(12)包括中压回收部(28)，所述中压回收部(28)与所述分解单元(72)流体连通，以从分解单元(72)接收二氧化碳和氨。

10.根据权利要求7至9中任一所述的一体化设备，其特征在于，所述吸收单元(70)包括冷凝器(84)和吸收塔(86)，它们连续设置，在所述三聚氰胺合成部(20)和所述分解部(72)之间流体连通。

11.根据权利要求7至10中任一所述的一体化设备，其特征在于，所述分解单元(72)包括解吸塔(104)和再沸器(102)，它们顺序设置，在所述吸收单元(70)下游流体连通。

12.根据权利要求11所述的一体化设备，其特征在于，所述废气处理部(22)包括放置在所述吸收单元(70)和所述分解单元(72)之间用于预热氨基甲酸盐水溶液的预热装置(110)。

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