本發明專利技術涉及一種用于合成尿素的方法及尿素設備的相關反應段，其中：氨與二氧化碳在第一反應區(S1)中的液相中反應，并且從所述第一反應區中回收熱量(Q1)，以促進氨基甲酸銨的生成，然后，來自所述第一反應區的第一產物(103)被轉移到與所述第一反應區不同的第二反應區(S2)中，并且向所述第二反應區加入熱量(Q2)，以促進氨基甲酸銨分解成尿素和水，其中，在所述第一反應區和所述第二反應區中的至少一個反應區中的液相被保持在攪拌條件下。還公開了用于實施以上方法的下流式反應器。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】【專利摘要】本專利技術涉及一種用于合成尿素的方法及尿素設備的相關反應段，其中：氨與二氧化碳在第一反應區(S1)中的液相中反應，并且從所述第一反應區中回收熱量(Q1)，以促進氨基甲酸銨的生成，然后，來自所述第一反應區的第一產物(103)被轉移到與所述第一反應區不同的第二反應區(S2)中，并且向所述第二反應區加入熱量(Q2)，以促進氨基甲酸銨分解成尿素和水，其中，在所述第一反應區和所述第二反應區中的至少一個反應區中的液相被保持在攪拌條件下。還公開了用于實施以上方法的下流式反應器。【專利說明】合成尿素的方法及用于尿素設備的反應段的相關裝置
本專利技術涉及將氨與二氧化碳轉化成尿素。本專利技術更加詳細地涉及用于尿素設備的反應段的新型方法和裝置。
技術介紹
根據下面的連續平衡反應，通過氨與二氧化碳反應，生成尿素:2NH3+C02oNH4 +NH2-COO ^NH2~CO-NH2 (尿素)+H2O于是，尿素的形成包括氨與二氧化碳之間生成氨基甲酸銨的快速且強烈的放熱反應，和氨基甲酸銨生成尿素和水的較慢的、輕微吸熱反應。第二較慢的反應構成了全部化學合成的速率控制步驟。早期用于合成尿素的方法是通過被構造作為簡單的立式圓柱形壓力容器的反應器，在大約400bar下進行。這些方法能夠實現優良的CO2到尿素的轉化(高達80% )，但在回收未反應的NH3和CO2方面具有低的效率，以及由于非常高的壓力而具有實用性的缺陷。未轉化的化學物質的全部回收的引入使得獲得較低的CO2轉化率(64%至70%)，同時使工作壓力降低到200bar至250bar。當然，在壓力容器和其他設備的成本、以及對于泵和壓縮機的能量需求方面，降低壓力具有顯著的優勢。在已知技術中，通過在通常具有大的高度與直徑比的立式反應器的底部段供給NH3和CO2，進行以上一連串反應。NH3和CO2供給和氨基甲酸銨生成之間的大部分的放熱反應基本上發生在反應器的下段，而尿素的吸熱的較慢的生成發生在反應器的上部。然后，反應產物被反應氣體和液相的并流式向上流動穿過。在反應器內部達到的轉化率實質上取決于與化學反應的速率競爭的傳質速率。尿素合成反應器至少部分地是氣液多相反應系統，其中:氣相含有游離的C02、NH3、一些水和惰性氣體；液相主要含有NH3、氨基甲酸銨、尿素、水和一些碳酸銨。反應物逐漸地從氣相轉移到液相，其中，CO2與NH3反應生成氨基甲酸銨，然后相繼生成尿素和水。由于擴散速率的結果，故化學平衡傾向于在氣液界面處、在氣相中和分別溶解在液相中的C02、NH3、H2O之間建立。試圖提高轉化率尤其已經集中在反應器的設計上。例如，提供將反應器劃分成隔室的內置多孔板，實現了顯著的轉化改進。在這方面，US5，304，353公開了一種通過插入接觸板而運行的反應器；US5，750,080公開了一種用于具有內置多孔板、此外包括結構上獨立的蓋帽、實現更好的氣液混合狀況的反應器的原位改造的方法；US6，120，740公開了反應器板，其中，以更好地控制液體流動的方式布置孔眼，通過降低回收未反應的產品的需求的結果，增加了反應器的產量。最新的具有特別設計的內置板的反應器使反應在140bar至160bar下進行，CO2的轉化率為58%至62%。因此，可以闡明，對于給定的一組包括溫度、壓力、停留時間、NH3/C02摩爾比和H2O/CO2摩爾比的參數，反應器的效率還強烈地受反應器內部設計的影響。例如，內置多孔板的安裝改善了氣液的接觸，至少部分地限制了產物與反應物的內部的返混。然而，存在一些還未完全解決的缺點，包括影響轉化率的產物與反應物的危險的返混；而且，存在探索能夠進一步提高生成尿素的轉化率，而不增加或甚至降低壓力水平的設計的持續動力和實質利益。
技術實現思路
成為本專利技術根據的問題是通過作用于尿素設備的反應器或反應段的配置，提高用于尿素生產的已知方法的效率。通過由氨和二氧化碳的反應合成尿素的方法，解決以上問題，特征在于:-氨與二氧化碳在液相中且在第一反應區中反應，并且從所述第一反應區中回收熱量，以促進氨基甲酸銨的生成，所述第一反應區生成主要包括氨基甲酸銨、氨和水的第一液體產物；-然后，所述第一產物被轉移到區別于所述第一反應區的第二反應區中，并且向所述第二反應區加入熱量，以促進氨基甲酸銨分解成尿素和水，所述第二反應區生成含有尿素、剩余的未轉化的氨基甲酸鹽和過量的氨的第二液體產物，和-在所述第一反應區和第二反應區中的至少一個反應區中的液相，被保持在攪拌條件下。 區別于所述第一反應區的第二反應區的術語在某種意義上將被理解為，尿素設備的用于以上方法的反應段包括專用于生成氨基甲酸銨的很好識別的區域(第一反應區)，和專用于生成尿素的很好識別的區域(第二反應區)。第一區和第二區可通過物理邊界而分開，然而這不是強制性的。在一些實施方式中，第一區和第二區在不同的壓力容器中，如在第一容器和第二容器中，因此物理上被分開。在一些其他的實施方式中，第一區和第二區可布置在同一容器的內部，如作為伸長的立式容器的上部和下部。攪拌條件將理解為例如通過旋轉部件可被引起的機械攪拌。適宜的部件包括渦輪機、推進器等。在優選的實施方式中，所述用于第一反應區和/或第二反應區的攪拌條件被提供在液相的完全折流(fully-baffled)的條件下。完全折流的條件的定義將在下文中給出。本專利技術公開在串聯的反應區中，通過步進式行進，將氨和二氧化碳轉化成尿素。本專利技術提供兩個反應區之間的分離，在該兩個反應區中，分別促進了快速放熱生成氨基甲酸鹽和較慢地吸熱分解成尿素和水。通過從第一反應區中回收熱量，促進了氨基甲酸鹽的生成，然而不利于尿素的吸熱生成，因此，第一產物基本上是氨基甲酸銨、氨和水的溶液；反之亦然，在第二反應區中，通過加入熱量，促進了尿素的生成。攪拌條件也尤其對于加強向液相的傳熱，從而提升反應速率起到重要的作用。在優選的實施方式中，所述第二反應區的溫度高于所述第一反應區的溫度。更優選地，所述第二反應區具有與所述第一反應區基本上相同的壓力。更優選地，第二反應區具有高于第一反應區的溫度，且具有基本上相同的壓力。例如，第一反應區在大約150°C下運行，第二反應區在大約180°C下運行。對于第一區的優選范圍是120°C至170°C，對于第二區的優選范圍是160°C至220°C。在反應器內部的工作條件通常超過了氨和二氧化碳的臨界溫度和壓力；因此，在反應器中形成的液相將被理解為液體(如，氨基甲酸銨、尿素、水)和超臨界流體的混合物。在優選的實施方式中，該方法還包括供給有在第二區中獲得的第二液體產物流的也可被稱為汽提(stripping)區的第三反應區，在該第三反應區中，包含在所述第二液體產物中的剩余的氨基甲酸鹽通過供熱和可選地通過加入汽提介質而被分解，釋放氨和二氧化碳。更優選地，在所述第三反應區中的液相也被保持在攪拌條件下，且優選被保持在強烈的攪拌條件下。更詳細地，在所述第三區中獲得含有來自氨基甲酸鹽所分解的冊13和0)2以及一些過量NH3的氣態流，且出于回收的目的而被送回第一反應區。通過加入熱量和/或通過加入汽提介質(如二氧化碳)，可在汽提區促進剩余的氨基甲酸鹽的汽提。根據已知技術，為了去除水，并且可能為了進一步回收大量的來自低壓氨基甲酸鹽溶液的氨和二氧化碳，所述汽提本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種由氨與二氧化碳的反應來合成尿素的方法，其特征在于：?氨與二氧化碳在液相中且在第一反應區(S1)中反應，并且從所述第一反應區中回收熱量(Q1)，以促進氨基甲酸銨的生成，所述第一反應區生成主要包括氨基甲酸銨、氨和水的第一液體產物(103)；?然后，所述第一產物被轉移到與所述第一反應區不同的第二反應區(S2)中，并且向所述第二反應區加入熱量(Q2)，以促進氨基甲酸銨分解成尿素和水，所述第二反應區生成含有尿素、剩余的未轉化的氨基甲酸鹽和過量的氨的第二液體產物(105)，和?在所述第一反應區和所述第二反應區中的至少一個反應區中的液相，被保持在通過機械攪拌部件引起的攪拌條件下。
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...
【專利技術屬性】
技術研發人員：詹卡洛·希歐利，吉亞科莫·卡吾緹，
申請(專利權)人：卡薩爾尿素公司，
類型：發明
國別省市：瑞士;CH
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