通過在脲生產(chǎn)過程中集成氨生產(chǎn)過程而形成脲的方法及其系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開了通過集成氨生產(chǎn)過程與脲生產(chǎn)過程而形成脲的方法，以及用于所述方法的系統(tǒng)，以及通過集成氨生產(chǎn)過程的一部分與脲生產(chǎn)過程而形成脲的備選方法，以及用于所述備選方法的系統(tǒng)。
【專利說明】通過在脲生產(chǎn)過程中集成氨生產(chǎn)過程而形成脲的方法及其系統(tǒng)
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及通過在脲生產(chǎn)過程中集成氨生產(chǎn)過程而形成脲的方法，并涉及用于所述方法的系統(tǒng)。還涉及通過在脲生產(chǎn)過程中集成氨生產(chǎn)過程的一部分而形成脲的方法，并涉及用于所述方法的系統(tǒng)。
[0002]發(fā)明背景
在數(shù)種燃燒過程中和在熟知的氨生產(chǎn)過程中，形成尤其含有二氧化碳的煙道氣。通常在一個或多個吸收器系統(tǒng)中使用溶劑吸收劑將該二氧化碳組分從煙道氣分離出來或捕獲。通常地，隨后在一個或多個再生塔中再生昂貴的二氧化碳溶劑吸收劑。在這種二氧化碳捕獲系統(tǒng)中，需要降低系統(tǒng)能量消耗和資本支出("capax")要求。對于這樣的基于溶劑的二氧化碳捕獲系統(tǒng)，許多能量消耗和資本支出是由于需要在再生塔中的溶劑吸收劑再生，即二氧化碳脫附。再生塔具有高能量消耗需求，因為再沸器或二氧化碳脫附所用的其它源有相當(dāng)大的熱量需要。通常用于基于溶劑的二氧化碳捕獲系統(tǒng)的溶劑包括胺和氨。例如，在氨生產(chǎn)過程中，通常使用稱為冷凍氨方法(CAP)的基于溶劑的二氧化碳捕獲系統(tǒng)。在CAP中，使用氨作為溶劑。包括基于溶劑的二氧化碳捕獲系統(tǒng)的其它過程使用不同種類的胺或其混合物。
[0003]WO 2006/022885公開了燃燒氣的超凈化，包括在吸收子系統(tǒng)中用一個或多個二氧化碳吸收階段和隨后的再生子系統(tǒng)來去除二氧化碳。
[0004]用于脲生產(chǎn)的過 程是公知的，且在文獻(xiàn)中詳盡公開。存在脲生產(chǎn)過程的不同變體，但常見特征是在脲合成塔或脲生產(chǎn)所用的反應(yīng)器中在升高壓力下將氨和二氧化碳用作反應(yīng)物。據(jù)此，發(fā)生以下兩個平衡反應(yīng):
2NH3 + CO2 二 NH2COONH4 (氨基甲酸銨)
NH2COONH4 = NH2CONH2 (脲)+ H2O
脲合成反應(yīng)后，將脲、氨基甲酸鹽、水和過量氨輸送至蒸餾反應(yīng)器，將尤其是與氨、二氧化碳和水平衡的氨基甲酸鹽的溶液或漿料從蒸餾反應(yīng)器再循環(huán)回到脲合成反應(yīng)器用于進(jìn)一步反應(yīng)。
[0005]WO 2008/135150公開了純化來自焚化爐的煙道氣然后生產(chǎn)脲的方法。在該方法中，將氨和含有二氧化碳的煙道氣加入到其中吸收二氧化碳的洗滌裝置。將含有(NH4)2CO3和(NH4)2SO4的溶液從洗滌單元放出并輸送至汽提塔，其中分離(NH4)2SO4并使(NH4)2CO3經(jīng)受耗能的分解，成為二氧化碳和氨。然后將該二氧化碳和氨用于脲生產(chǎn)過程。
[0006]GB I 359 715公開了一種集成方法用于生產(chǎn)氨和脲，包括以下過程步驟:包含從濃縮的氨溶液吸收二氧化碳，目的是產(chǎn)生濃縮的氨基甲酸銨溶液，以進(jìn)料到脲反應(yīng)器，其中二氧化碳源是含有二氧化碳和氫的粗合成氣。
[0007]已開發(fā)使基于溶劑的二氧化碳捕獲系統(tǒng)的能量消耗和資本支出降低的方法，但依然需要進(jìn)一步的成本降低。[0008]發(fā)明概述
本發(fā)明的一個目的是提供具有降低的能耗需求和資本成本要求的基于溶劑的二氧化碳捕獲系統(tǒng)和方法。該目的藉由通過在脲生產(chǎn)過程中集成氨生產(chǎn)過程而形成脲的系統(tǒng)和方法來實現(xiàn)。該集成的結(jié)果是，在氨生產(chǎn)設(shè)備中在關(guān)于氨生產(chǎn)過程的蒸汽重整或氣化期間形成氨和得自合成氣體(“合成氣”)的二氧化碳。因此，形成第一氨流、二氧化碳流和含有二氧化碳的煙道氣流。將第一氨流分為輸送至吸收器的第二氨流和輸送至脲合成區(qū)的第三氨流，所述脲合成區(qū)可以是脲生產(chǎn)設(shè)備中的脲合成反應(yīng)器的一部分。還將二氧化碳流輸送至脲合成區(qū)，并將煙道氣流輸送至吸收器，用于將二氧化碳吸收到混合流中，所述混合流包含第二氨流和含有氨及相對低含量二氧化碳的貧溶劑流。通過混合流吸收二氧化碳后，將含有氨和相對高含量二氧化碳的富溶劑流從吸收器放出，并輸送至脲合成區(qū)。在脲合成區(qū)中，使二氧化碳和氨反應(yīng)用于脲的生產(chǎn)。這種脲的生產(chǎn)產(chǎn)生含有氨和相對低濃度二氧化碳的相對貧的溶劑流，用于從脲生產(chǎn)設(shè)備再循環(huán)至吸收器。
[0009]該方法的一個優(yōu)點在于二氧化碳脫附是不必要的，因為溶劑流中的二氧化碳與氨(即脲生產(chǎn)過程必須的兩種反應(yīng)物)結(jié)合。從而，通過在脲生產(chǎn)過程中使用結(jié)合二氧化碳的氨而不是通過脫附后使用結(jié)合二氧化碳的氨，系統(tǒng)能量需求和資本費用大大降低。
[0010]根據(jù)一個實施方案，在氨生產(chǎn)設(shè)備中從燃燒獲得煙道氣。
[0011]根據(jù)該方法的一個實施方案，氨生產(chǎn)設(shè)備中的燃燒在蒸汽重整器中進(jìn)行。
[0012]根據(jù)一個實施方案，將煙道氣流冷卻至0-25°C的溫度，優(yōu)選至10-20°c的溫度，然后輸送至吸收器。 [0013]根據(jù)一個實施方案，吸收器為CAP (冷凍氨方法)吸收器。
[0014]根據(jù)一個實施方案，從吸收器放出凈化氣流。
[0015]根據(jù)一個實施方案，混合流中和富溶劑流中的氨濃度為2-12摩爾/升溶液，優(yōu)選6-10摩爾/升溶液，其中貧溶劑流中的二氧化碳濃度為0.2-4.0摩爾/升溶液，優(yōu)選1.5-4摩爾/升溶液，且其中所述富溶劑流中的二氧化碳濃度為1.0-10.0摩爾/升溶液，優(yōu)選3-6.0摩爾/升溶液。
[0016]根據(jù)一個實施方案，貧溶劑流中和富溶劑流中氨濃度與二氧化碳濃度的比率為1:1 至 3:1，優(yōu)選 3:2 至 5:2。
[0017]本發(fā)明的目的同樣可藉由形成脲的備選方法(即，通過集成氨生產(chǎn)過程的一部分與脲生產(chǎn)過程)來實現(xiàn)。因此，關(guān)于氨生產(chǎn)過程，將含有二氧化碳和氮的來自燃燒的煙道氣輸送至低壓吸收器，和將來自重整蒸汽的氫/ 二氧化碳?xì)怏w輸送至高壓吸收器。高壓吸收器含有半富集吸收的二氧化碳的溶劑流。在與氫/二氧化碳?xì)怏w混合物接觸后，將具有氨以及富(或高含量)二氧化碳的溶劑流從高壓吸收器放出并輸送至脲生產(chǎn)設(shè)備。在脲生產(chǎn)設(shè)備，使輸送的二氧化碳和氨反應(yīng)用于脲的生產(chǎn)。將在溶液或漿料中含有氨基甲酸鹽，含有氨、二氧化碳和水的再循環(huán)流從脲生產(chǎn)過程輸送至低壓吸收器。同樣地，將氨余量的流從氨生產(chǎn)單元輸送至脲生產(chǎn)設(shè)備的低壓吸收器。該備選方法在以下詳細(xì)描述。
[0018]根據(jù)上述備選方法的一個實施方案，在氨生產(chǎn)過程的蒸汽重整反應(yīng)期間形成的含有氫和一氧化碳的合成氣流被輸送至一氧化碳變換單兀，其中一氧化碳被轉(zhuǎn)化為二氧化碳，以形成氫/ 二氧化碳流。
[0019]根據(jù)一個實施方案，將含氮流從脲生產(chǎn)過程低壓吸收器放出，和將氫流從脲生產(chǎn)過程高壓吸收器放出。將含氮流和氫流兩者輸送至氨生產(chǎn)單元并起反應(yīng)用于氨的生產(chǎn)。
[0020]根據(jù)一個實施方案，將任選地源自氨生產(chǎn)單元的氨流加入到再循環(huán)流，其用于產(chǎn)生含有氨和相對低含量二氧化碳的貧溶劑流。
[0021]根據(jù)一個實施方案，將從相對富的溶劑流轉(zhuǎn)移的逃逸流輸送至低壓吸收器。
[0022]根據(jù)一個實施方案，將相對貧的溶劑流的部分流加入到高壓吸收器或半富溶劑流。
[0023]根據(jù)一個實施方案，將半富溶劑流的部分流輸送至脲生產(chǎn)設(shè)備。
[0024]根據(jù)一個實施方案，低壓吸收器中的壓力為0.08-0.15MPa，優(yōu)選0.095-0.1lMPa,且高壓吸收器中的壓力為0.3-4.0MPa，優(yōu)選0.095-0.1lMPa0
[0025]根據(jù)一個實施方案，在相對貧的溶劑流中、半富溶劑流中以及相對富的溶劑流中，氨濃度為2-12摩爾/升溶液，優(yōu)選6-9摩爾/升溶液。
[0026]根據(jù)一個實施方案，相對貧的溶劑流中的二氧化碳濃度為0.2-4.0摩爾/升溶液，優(yōu)選1.5-4.0摩爾/升溶液，半富溶劑流中的二氧化碳濃度為1.0-5.5摩爾/升溶液，優(yōu)選
2.5-4.5摩爾/升溶液，且相對富的溶劑流中的二氧化碳濃度為1.0-10.0摩爾/升溶液，優(yōu)選3.0-6.0摩爾/升溶液。
[0027]根據(jù)一個實施方 案，在貧溶劑流、半富溶劑流和富溶劑流中氨濃度和二氧化碳濃度之間的比率分別為1:3，優(yōu)選1.5:2.5。
[0028]本發(fā)明的另一目的是提供其中進(jìn)行集成方法和備選集成方法的系統(tǒng)。
[0029]該另一目的通過一種系統(tǒng)實現(xiàn)，該系統(tǒng)用于通過集成氨生產(chǎn)過程與脲生產(chǎn)過程而形成脲的集成方法，其中所述系統(tǒng)在脲生產(chǎn)設(shè)備中包含氨生產(chǎn)設(shè)備、吸收器和脲合成區(qū)。所述系統(tǒng)包括來自氨生產(chǎn)設(shè)備的第一氨流的管道，該管道分為:與吸收器或與貧溶劑流的管道流體連接從而形成混合流的第二氨流的管道，和與脲合成區(qū)流體連接的第三氨流的管道。同樣地，含有二氧化碳的煙道氣流的管道在氨生產(chǎn)設(shè)備(或別的煙道氣來源)與吸收器之間流體連接。二氧化碳流的管道在氨生產(chǎn)設(shè)備和脲合成區(qū)之間流體連接。富溶劑流的管道在吸收器和脲合成區(qū)之間流體連接，貧溶劑流的管道布置在脲生產(chǎn)設(shè)備和吸收器之間。
[0030]根據(jù)一個實施方案，該系統(tǒng)包含與吸收器流體連接的凈化氣流的管道。
[0031]該另一目的經(jīng)由備選集成方法來實現(xiàn)，其利用用于通過集成氨生產(chǎn)過程的一部分與脲生產(chǎn)過程而形成脲的系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)包含蒸汽重整器或氨生產(chǎn)設(shè)備的氣化反應(yīng)器、低壓吸收器、高壓吸收器和脲生產(chǎn)設(shè)備，其中煙道氣流的管道在蒸汽重整器(或氣化反應(yīng)器)與低壓吸收器之間流體連接。氫/二氧化碳流的管道布置在蒸汽重整器、氣化反應(yīng)器或別的煙道氣來源與高壓吸收器之間。半富溶劑流的管道在低壓吸收器和高壓吸收器之間流體連接。富溶劑流的管道在高壓吸收器和脲生產(chǎn)設(shè)備之間流體連接，而貧溶劑流的管道在脲生產(chǎn)設(shè)備和低壓吸收器之間流體連接。
[0032]根據(jù)備選集成方法的一個實施方案，該系統(tǒng)包含氨生產(chǎn)單元、在高壓吸收器和氨生產(chǎn)單元之間流體連接的氫流的管道、以及在低壓吸收器和氨生產(chǎn)單元之間流體連接的含氮流的管道。該系統(tǒng)還包含在氨生產(chǎn)單元和脲生產(chǎn)設(shè)備之間流體連接的氨余量流的管道。
[0033]根據(jù)一個實施方案，該系統(tǒng)包含一氧化碳變換單元用于將一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳，其中含有氫和一氧化碳的合成氣流的管道在蒸汽重整器(或氣化反應(yīng)器)與一氧化碳變換單元之間流體連接。同樣地，氫/二氧化碳流的管道在一氧化碳變換單元和高壓吸收器之間流體連接。
[0034]根據(jù)一個實施方案，該系統(tǒng)包含在半富溶劑流的管道和富溶劑流的管道之間流體連接的半富溶劑流的部分流的管道。
[0035]根據(jù)一個實施方案，該系統(tǒng)包含在溶液或漿料中含有氨基甲酸鹽以及含有氨、二氧化碳和水的再循環(huán)流的管道，其在脲生產(chǎn)設(shè)備和貧溶劑流的管道之間流體連接。同樣地，氨流的管道與再循環(huán)流的管道流體連接。
[0036]根據(jù)一個實施方案，該系統(tǒng)包含半富溶劑流的部分流的管道，其在貧溶劑流的管道與半富溶劑流的管道或高壓吸收器之間流體連接。
[0037]附圖簡述
現(xiàn)在參考作為示例性實施方案的附圖，其中相似要素使用相似編號:
圖1是用于通過集成氨生產(chǎn)過程與脲生產(chǎn)過程而形成脲的方法的系統(tǒng)的示意視圖。
[0038]圖2是用于通過集成氨生產(chǎn)過程的一部分與脲生產(chǎn)過程而形成脲的備選集成方法的系統(tǒng)的示意視圖。
[0039]圖3是基于圖2所示系統(tǒng)的系統(tǒng)的示意視圖，但還包含位于高壓吸收器和脲生產(chǎn)設(shè)備之間的再生器。 [0040]優(yōu)選實施方案描述
用作根據(jù)本發(fā)明集成方法的脲生產(chǎn)過程的反應(yīng)物的二氧化碳可源于任何燃燒設(shè)備或裝置，例如常規(guī)重整器。在一個實施方案中，二氧化碳源于氨生產(chǎn)過程的蒸汽重整器燃燒裝置部分。
[0041]合成氣(也稱為合成的氣體或合成氣體)在烴與水在反應(yīng)器裝置例如蒸汽重整器中反應(yīng)時產(chǎn)生。合成氣是含有變化量的一氧化碳和氫的氣體混合物。用于生產(chǎn)合成氣的蒸汽重整器是管式反應(yīng)器，其從外部燃燒以提供足夠反應(yīng)能量用于重整反應(yīng)。為此目的，使燃料在蒸汽重整器管外側(cè)上于燃燒套殼內(nèi)經(jīng)受燃燒。在蒸汽重整器管內(nèi)部，蒸汽重整反應(yīng)在催化劑存在下發(fā)生以產(chǎn)生合成氣。使合成氣中的一氧化碳經(jīng)受與水的一氧化碳變換反應(yīng)以生產(chǎn)二氧化碳。在該生產(chǎn)后，然后將二氧化碳與氫分離。然后使分離的氫與氮在空氣中反應(yīng)以生產(chǎn)氨。除使用氫作為氨生產(chǎn)的反應(yīng)物和使用從一氧化碳變換反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳以外，還由蒸汽重整器所用燃料的燃燒形成有用的煙道氣。這些煙道氣含有氮、二氧化碳和其它污染物，例如NOx。通常地，在氨生產(chǎn)過程中存在于煙道氣的二氧化碳可被吸收于在大氣壓力和低溫下操作的CAP (冷凍氨方法)吸收器中。在進(jìn)入CAP吸收器前，將煙道氣冷卻以使存在于吸收器中的貧二氧化碳氨化溶液的二氧化碳吸收增強。二氧化碳吸收步驟后，曾經(jīng)的貧二氧化碳貧氨化溶液成為需要在隨后的再生步驟中再生的富二氧化碳溶液。該方法更詳細(xì)地公開于WO 2006/022885。
[0042]另一種用于合成氣生產(chǎn)的方法是用氧在氣化反應(yīng)器中使碳或烴氣化。在此，在氣化反應(yīng)器內(nèi)自身提供反應(yīng)能量。如此產(chǎn)生的合成氣可如上述處理，以將氫與二氧化碳分離。然而，根據(jù)本發(fā)明的方法，需要別的煙道氣來源以產(chǎn)生另外的二氧化碳。在這樣的情況下，可類似地對其應(yīng)用對蒸汽重整器應(yīng)用的相同集成方案。
[0043]由此，用于本發(fā)明方法的合成氣在蒸汽重整反應(yīng)中或在氣化反應(yīng)中形成。在蒸汽重整反應(yīng)中，通過在蒸汽重整期間的燃燒產(chǎn)生煙道氣。在氣化反應(yīng)中，煙道氣可源于任何來源。本文使用的用語“氨生產(chǎn)過程”和“氨生產(chǎn)設(shè)備”旨在涵蓋這兩個反應(yīng)。[0044]現(xiàn)在更詳細(xì)地參照圖1公開集成方法和系統(tǒng)，圖1說明當(dāng)合成氣和煙道氣兩者在蒸汽重整期間形成時的實施方案。根據(jù)圖1，包含蒸汽重整器Ia (未顯示)用于燃燒的氨生產(chǎn)設(shè)備I提供有原料2 (如天然氣、油或烴)和蒸汽3。蒸汽重整器Ia用燃料4例如天然氣燃燒。在烴和蒸汽之間在蒸汽重整器Ia中反應(yīng)期間，產(chǎn)生合成氣。還由蒸汽重整器Ia的燃燒產(chǎn)生煙道氣。將含有二氧化碳和其它污染物的煙道氣流5任選經(jīng)過一個或多個常規(guī)純化步驟輸送至CAP吸收器10，在CAP吸收器10中吸收二氧化碳。此外，含有氨(來自合成氣中的氫與氨生產(chǎn)設(shè)備I中的空氣的氮之間的反應(yīng))的第一氨流6分為第二氨流9和第三氨流
8。在達(dá)到CAP吸收器10之前將氨流9加入貧溶劑流24。來自脲生產(chǎn)過程、而且含有水、氨和低含量二氧化碳的溶液或漿料中的再循環(huán)氨基甲酸鹽的貧溶劑流24作為混合流11加入CAP吸收器10?；旌狭?1是第二氨流9和貧溶劑流24的混合物。在CAP吸收器10中，煙道氣流5中的二氧化碳被吸收于混合流11的溶液中，以產(chǎn)生凈化氣流12。具有低二氧化碳含量的經(jīng)處理煙道氣的凈化氣流12從CAP吸收器10放出。含有氨、水和高含量二氧化碳的富溶劑流13從CAP吸收器10放出，并在適合于任何脲合成反應(yīng)的高壓下輸送至脲生產(chǎn)設(shè)備15a (未顯示)中的脲合成區(qū)15。在脲合成區(qū)15中，二氧化碳和氨反應(yīng)產(chǎn)生脲。然后將產(chǎn)生的脲、氨基甲酸鹽、過量氨和水的混合物在流17中輸送至汽提塔區(qū)19，由此以數(shù)個步驟將脲分離為脲流16。來自汽提塔區(qū)19的氨和二氧化碳在流20中以含有氨、二氧化碳和水的氨基甲酸鹽溶液的形式放出。然后將流20或流20的一部分按原樣在流21中以及按原樣在貧溶劑流24中輸送至吸收器10。將汽提塔區(qū)19中的余量作為流18再循環(huán)回到脲合成區(qū)15或至脲生產(chǎn)中任何其它合適的地方。任選地，使流20在廢水處理單元22中經(jīng)受廢水處理，其中將水從流20中分離以產(chǎn)生水流23。不像常規(guī)脲生產(chǎn)過程中那樣將流20再循環(huán)回到脲合成區(qū)15，而是將流20的全部或一部分輸送至吸收器10，以貧溶劑流24的形式用于氨生產(chǎn)過程。源自第一氨流6的第三氨流8直接輸送至脲生產(chǎn)設(shè)備15a中的脲合成區(qū)15。
[0045]此外，將含有二 氧化碳的二氧化碳流7直接輸送至脲合成區(qū)15，所述二氧化碳源自氨生產(chǎn)設(shè)備中生產(chǎn)的合成氣并從中分離。可設(shè)計合成氣的生產(chǎn)用于獲得足夠量的二氧化碳供脲生產(chǎn)，這將導(dǎo)致一些過量的氨。另外的二氧化碳來源為任何煙道氣。若從煙道氣取出二氧化碳，則可降低合成氣生產(chǎn)(根據(jù)期望的氨生產(chǎn)水平調(diào)節(jié))，或者可將任何過量的氨用于脲生產(chǎn)過程以增加脲生產(chǎn)。這通過從如前所述的煙道氣來源供料另外的二氧化碳來實現(xiàn)。此外，再循環(huán)氨基甲酸鹽的貧溶劑流24可取自脲生產(chǎn)設(shè)備15a中任何合適的地方。應(yīng)注意到，本文描述的每個不同的流在流體連接的導(dǎo)管中輸送，適用于該目的。
[0046]如上公開，第一氨流6和二氧化碳流7可備選地得自氣化反應(yīng)器(未顯示于圖1)中產(chǎn)生的合成氣。同樣地，含有二氧化碳的煙道氣流5可從任何其它來源(未顯示于圖1，諸如鍋爐，例如電力鍋爐或供應(yīng)熱量至脲生產(chǎn)設(shè)備的任何鍋爐)提供。
[0047]不使用氨化溶劑的任何其它二氧化碳捕獲技術(shù)不能如本文描述集成到脲過程中，因為所述二氧化碳吸收劑溶劑包含對于脲生產(chǎn)過程的外來化學(xué)物質(zhì)，其干擾脲生產(chǎn)乃至使之不可能。此外，煙道氣流5在其輸送至CAP吸收器10之前可經(jīng)受未顯示于圖1的任何常規(guī)凈化或分離過程。用于脲生產(chǎn)過程的二氧化碳來源還可源于例如脲生產(chǎn)設(shè)備15a或別處中的鍋爐或過程加熱器所燃燒的任何礦物燃料。
[0048]因此，在本發(fā)明集成方法中消除了對于如常規(guī)二氧化碳捕獲過程中所用的二氧化碳脫附/溶劑再生過程的需要，從而減少能量和設(shè)備成本。
[0049]本文所用的用語“貧溶劑”和“富溶劑”表示貧溶劑流24中和富溶劑流13中的氨濃度為2-12摩爾/升溶液，優(yōu)選6-10摩爾/升溶液，貧溶劑流24中的二氧化碳濃度為0.2-4.0摩爾/升溶液，優(yōu)選1.5-4摩爾/升溶液，且富溶劑流13中的二氧化碳濃度為
1.0-10.0摩爾/升溶液，優(yōu)選3.0-6.0摩爾/升溶液。富溶劑流13中氨濃度與二氧化碳濃度的比率為1:1至3:1，優(yōu)選3:2至5:2，以滿足脲反應(yīng)的化學(xué)計量。若通過第二氨流9加入另外的氨，則混合流11和富溶劑流13中的上述氨濃度將變化。
[0050]在圖2中說明的備選集成方法和系統(tǒng)的實施方案中，氨生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳本身不與脲生產(chǎn)過程集成。而是將富溶劑流用于集成，所述富溶劑流來自氫和二氧化碳的氣體混合物(通過一氧化碳變換反應(yīng)形成)的吸收，源于在蒸汽重整器14或氣化反應(yīng)器中在氨生產(chǎn)過程期間產(chǎn)生的合成氣。
[0051]更確切地說，氫通常在蒸汽重整或氣化生產(chǎn)合成氣期間產(chǎn)生。通常，應(yīng)用物理吸收或吸附過程，以將氫和二氧化碳的氣體混合物中的二氧化碳與氫分離。這在升高的壓力下發(fā)生，通常比在高壓吸收器中從煙道氣吸收二氧化碳期間使用的壓力高得多。分離二氧化碳后，氫與空氣中的氮反應(yīng)形成氨。
[0052]在本發(fā)明備選集成方法中，使煙道氣流和源自合成氣流的氫與二氧化碳?xì)怏w混合物的流兩者經(jīng)受二氧化碳吸收。若將冷凍氨方法(CAP)應(yīng)用于從二氧化碳和氫的氣體混合物的流吸收二氧化碳，則還可使用來自脲過程的含有氨基甲酸鹽的貧溶劑流，必要時富含另外的氨。于是需要用于煙道氣的低壓吸收器和用于二氧化碳和氫的氣體混合物的高壓吸收器。所述貧溶劑可與用于煙道氣的低壓吸收器并聯(lián)使用或序貫使用，使用半富溶劑以在高壓吸收器中吸收二氧化碳。將半富溶劑和高壓吸收后形成的富溶劑兩者供料返回到脲生產(chǎn)設(shè)備15a，優(yōu)選引導(dǎo)至其中的脲合成區(qū)15。
[0053]該備選集成方法的優(yōu)勢如下。第一，獲得使用同種溶劑和同種原理(濕吸收)的兩個吸收過程(分別從煙道氣和從合成氣吸收二氧化碳)的組合。第二，消除對于從富溶劑脫附二氧化碳的任何需要，因為該富溶劑被用于脲反應(yīng)。富溶劑已經(jīng)含有氨和二氧化碳作為反應(yīng)物用于脲過程，顯著減少相關(guān)的能量和設(shè)備成本。第三，無“外來”化學(xué)物質(zhì)加入，例如像一些碳捕獲過程所用的胺。
[0054]此外，吸收后，貧二氧化碳和富氮的煙道氣流潛在地可用作原料用于氨合成，以代替至少一部分用于氨合成的空氣。這樣可以允許增加的氨產(chǎn)量，因為隨后將較少的含氧空氣供料到合成。從吸收器進(jìn)入氫流或富氮流的任何較少量氨逃逸不會毒化氨合成反應(yīng)。作為選項，來自富溶液流的逃逸流可輸送至低壓吸收器以使進(jìn)入富氮流的氨逃逸最小化。
[0055]備選集成方法和系統(tǒng)的該實施方案用于通過集成氨生產(chǎn)過程的一部分與脲生產(chǎn)過程而形成脲，示意性地說明于圖2并將參照圖2在以下詳細(xì)公開。雖然在圖2中說明蒸汽重整器單元14，但作為備選方案，這可以是(類似圖1中說明的系統(tǒng))其中形成合成氣的氣化反應(yīng)器。在這種情況下，用于備選集成方法的煙道氣由任何其它來源(未顯示于圖2)提供，諸如鍋爐，例如電力鍋爐或供應(yīng)熱量至脲生產(chǎn)設(shè)備的任何鍋爐。參考圖2，蒸汽重整器14提供有原料2 (例如天然氣、油或烴)和蒸汽3。蒸汽重整器14用燃料4 (例如天然氣)燃燒。在蒸汽重整器14中碳水化合物和蒸汽之間的反應(yīng)期間，產(chǎn)生含有氫和一氧化碳的合成氣。將合成氣流26輸送至一氧化碳變換單元27，其中一氧化碳經(jīng)受變換，成為二氧化碳。將如此獲得的氫/ 二氧化碳流28直接輸送至壓力為0.3-4MPa，優(yōu)選1-2.5MPa的高壓吸收器33。此外，將含有氮、二氧化碳和其它污染物的煙道氣從蒸汽重整器14放出，并作為煙道氣流25輸送至壓力為0.08-0.15MPa，優(yōu)選0.095-0.1lMPa的低壓吸收器29。
[0056]在高壓吸收器33中吸收二氧化碳，然后由此在含有高濃度二氧化碳、水和氨的富溶劑流37中放出。然后將該富溶劑流37在高壓下作為反應(yīng)物輸送至脲生產(chǎn)設(shè)備38中的脲合成反應(yīng)器38a (未顯示)。從高壓吸收器33放出氫流34用作氨生產(chǎn)單元41中的反應(yīng)物。任選地，將富溶劑流37的逃逸流36輸送至低壓吸收器29的頂部，在此按需將其用于從要到來的經(jīng)處理煙道氣流25中捕獲過量氨，然后將凈化煙道氣(即含氮流35)輸送至氨生產(chǎn)單元41供使用。
[0057]在低壓吸收器29中，煙道氣流25中含有的二氧化碳通過貧溶劑流42吸收。其作為半富溶劑流30離開低壓吸收器29，含有中濃度的吸收的二氧化碳、水和氨。然后將該半富溶劑流30輸送至高壓吸收器33。任選地，將半富溶劑流30的部分流31輸送至脲生產(chǎn)設(shè)備38。在進(jìn)入低壓吸收器29之前，可使煙道氣流25經(jīng)受一個或多個常規(guī)純化步驟，而且冷卻至0-25°C的溫度，優(yōu)選10-20°C的溫度。從低壓吸收器29放出的含有高百分比氮的凈化煙道氣可作為含氮流35輸送至氨生產(chǎn)單元41。從而，氫流34中的氫和含氮流35中的氮作為反應(yīng)物輸送至氨生產(chǎn)單元41，其中發(fā)生氫和氮之間的反應(yīng)以產(chǎn)生氨。源自脲生產(chǎn)設(shè)備38，在溶液或在漿料中含有氨基甲酸銨、碳酸銨和碳酸氫銨的混合物而且含有未反應(yīng)的氨、二氧化碳、碳酸和水的再循環(huán)流39任選地通過來自氨生產(chǎn)單元41的氨流40提供另外的氨，形成貧溶劑流42，其形式為含有低濃度二氧化碳、氨、氨基甲酸銨、碳酸銨、碳酸氫銨和水的氨溶液，其中將該貧溶劑流42輸送至低壓吸收器29。任選地，可將貧溶液流42的部分流32直接輸送至高壓吸收器33或半富溶劑流30。將來自氨生產(chǎn)單元41的氨余量在部分流43中輸送至脲生產(chǎn)設(shè)備38。
[0058]在貧溶劑流42 中、半富溶劑流30中和富溶劑流37中的氨濃度為2_12摩爾/升溶液，優(yōu)選6-10摩爾/升溶液。貧溶劑流42中的二氧化碳濃度為0.2-4.0摩爾/升溶液，優(yōu)選1.5-4摩爾/升溶液。半富溶劑流30中的二氧化碳濃度為1.0-5.5摩爾/升溶液，優(yōu)選2.5-4.5摩爾/升溶液。富溶劑流13中的二氧化碳濃度為1.0-10.0摩爾/升溶液，優(yōu)選3.0-6.0摩爾/升溶液。流37中氨濃度和二氧化碳濃度之間的比率為優(yōu)選1: 1.5至1:2.5,以滿足脲反應(yīng)的化學(xué)計量。
[0059]圖3顯示圖2中顯示的系統(tǒng)的另一實施方案，其中再生器44位于高壓吸收器33和脲生產(chǎn)設(shè)備38之間。更確切地說，將任選與半富溶劑流30的部分流31混合的富溶劑流37在再生器44中分離為純CO2流45和貧溶劑再循環(huán)流39。將純CO2流45在管道中進(jìn)料至脲生產(chǎn)設(shè)備38，且將再循環(huán)流39在管道中進(jìn)料至壓力吸收器29。
[0060]概括而言，本發(fā)明涉及通過在脲生產(chǎn)過程中集成氨生產(chǎn)過程而形成脲的方法，并涉及用于所述方法的系統(tǒng)。還涉及通過在脲生產(chǎn)過程中集成氨生產(chǎn)過程的一部分而形成脲的備選方法，并涉及用于所述備選方法的系統(tǒng)。
[0061]雖然已參照多個優(yōu)選實施方案描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解可作出不同的變化并可用等價物代替其要素而不離開本發(fā)明的范圍。另外，可進(jìn)行很多修改以使特定的情況或材料適于本發(fā)明的教導(dǎo)而不偏離其實質(zhì)范圍。因此，旨在本發(fā)明不限于作為預(yù)期用于實施本發(fā)明的最佳方式而公開的特定實施方案，而本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實施方案 。
【權(quán)利要求】
1.通過在脲生產(chǎn)過程中集成氨生產(chǎn)過程而形成脲的方法，其包含: 獲得氨和二氧化碳和煙道氣，用于第一氨流(；6)、二氧化碳流(X)和含有二氧化碳的煙道氣流(5), 將第一氨流(6)分為輸送至吸收器(10)的第二氨流(9)和輸送至脲生產(chǎn)設(shè)備(15a)中的脲合成區(qū)(15)的第三氨流(8)， 將二氧化碳流(7)輸送至所述脲合成區(qū)(15)， 將煙道氣流(5)輸送至所述吸收器(10)，用于將二氧化碳吸收到混合流(11)內(nèi)，混合流(11)包含所述第二氨流(9)和含有氨和較低含量二氧化碳的貧溶劑流(24)， 將從所述吸收器(10)放出的含有氨和較高含量二氧化碳的富溶劑流(13)輸送至所述脲合成區(qū)(15)用于生產(chǎn)脲，和 將含有氨和較低含量二氧化碳的貧溶劑流(24)從所述脲生產(chǎn)設(shè)備(15a)再循環(huán)至所述吸收器(10)。
2.權(quán)利要求1的方法，其中在所述氨生產(chǎn)設(shè)備(I)中的燃燒期間獲得所述煙道氣流(5)。
3.權(quán)利要求2或3的方法，其中所述氨生產(chǎn)設(shè)備(I)中的燃燒在蒸汽重整器(Ia)中進(jìn)行。
4.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中將所述煙道氣流(5)冷卻至0-25°C的溫度，優(yōu)選至10-20°C的溫度，然后將其輸送至所述吸收器(10)。
5.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中所述吸收器(10)為CAP(冷凍氨方法)吸收器。
6.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中從所述吸收器(10)放出凈化氣流(12)。
7.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中所述混合流(11)中和所述富溶劑流(13)中的氨濃度為2-12摩爾/升溶液，優(yōu)選6-10摩爾/升溶液，其中所述貧溶劑流(24)中的二氧化碳濃度為0.2-4.0摩爾/升溶液，優(yōu)選1.5-4摩爾/升溶液，且其中所述富溶劑流(13)中的二氧化碳濃度為1.0-10.0摩爾/升溶液，優(yōu)選3-6.0摩爾/升溶液。
8.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中所述流(24)和(13)中氨濃度和二氧化碳濃度之間的比率分別為1:1至3:1，優(yōu)選3:2至5:2。
9.通過在脲生產(chǎn)過程中集成氨生產(chǎn)過程的一部分而形成脲的方法，其包含: 獲得來自氨生產(chǎn)過程的氫/ 二氧化碳流(28)，以及包含二氧化碳和氮的煙道氣流(25)， 將煙道氣流(25)輸送至低壓吸收器(29)， 將氫/ 二氧化碳流(28)輸送至高壓吸收器(33)，且包含吸收的二氧化碳的半富溶劑流(30)從所述低壓吸收器(29)輸送至所述高壓吸收器(33)， 將從所述高壓吸收器(33)放出的含有氨和較高含量二氧化碳的富溶劑流(37)輸送至脲生產(chǎn)設(shè)備(38)用于生產(chǎn)脲， 使在溶液或漿料中含有氨基甲酸鹽，還含有氨、二氧化碳和水的再循環(huán)流(39)從所述脲生產(chǎn)設(shè)備(38)到達(dá)所述低壓吸收器(29)，和 將流(43)從所述氨生產(chǎn)單元(41)輸送至所述脲生產(chǎn)設(shè)備(38)。
10.權(quán)利要求9的方法，其中在所述氨生產(chǎn)過程中的蒸汽重整器(14)內(nèi)的燃燒期間獲得所述煙道氣流(25)。
11.權(quán)利要求9和10的方法，其中將含有氫和一氧化碳并且在所述氨生產(chǎn)過程的蒸汽重整反應(yīng)期間形成的合成氣流(26)輸送至一氧化碳變換單元(27)，其中所述一氧化碳(26)被轉(zhuǎn)化為二氧化碳以形成所述氫/ 二氧化碳流(28)。
12.權(quán)利要求9-11中任一項的方法，其中從所述低壓吸收器(29)放出含氮流(35)，并從所述高壓吸收器(33)放出氫流(34)，其中將所述含氮流(35)和含氫流(34)兩者輸送至所述氨生產(chǎn)單元(41)并起反應(yīng)用于氨的生產(chǎn)。
13.權(quán)利要求9-12中任一項的方法，其中將任選源自所述氨生產(chǎn)單元(41)的氨流 (40)加入到所述再循環(huán)流(39)，其用于產(chǎn)生包含氨和低含量二氧化碳的貧溶劑流(42)。
14.權(quán)利要求9-13中任一項的方法，其中將從所述富溶劑流(37)轉(zhuǎn)移的逃逸流(36)輸送至所述低壓吸收器(29)。
15.權(quán)利要求9-14中任一項的方法，其中將所述貧溶劑流(42)的部分流(32)加入所述高壓吸收器(33)或加入所述半富溶劑流(30)。
16.權(quán)利要求9-15中任一項的方法，其中將所述半富溶劑流(30)的部分流(31)輸送至所述脲生產(chǎn)設(shè)備(38)。
17.權(quán)利要求9-16中任一項的方法，其中所述低壓吸收器(29)中的壓力為0.08-0.15MPa，優(yōu)選0.095-0.llMPa，且所述高壓吸收器(33)中的壓力為0.3-4.0MPa，優(yōu)選0.095-0.1lMPa0
18.權(quán)利要求9-17中任一項的方法，其中所述貧溶劑流(42)中、所述半富溶劑流(30)中和所述富溶劑流(37)中的氨濃度為2-12摩爾/升溶液，優(yōu)選6-9摩爾/升溶液。
19.權(quán)利要求9-18中任一項的方法，其中所述貧溶劑流(42)中的二氧化碳濃度為0.2-4.0摩爾/升溶液，優(yōu)選1.5-4.0摩爾/升溶液，所述半富溶劑流(30)中的二氧化碳濃度為1.0-5.5摩爾/升溶液，優(yōu)選2.5-4.5摩爾/升溶液，而所述富溶液流(37)中的二氧化碳濃度為1.0-10.0摩爾/升溶液，優(yōu)選3.0-6.0摩爾/升溶液。
20.權(quán)利要求9-19中任一項的方法，其中所述流(42)、(30)和(37)中氨濃度和二氧化碳濃度之間的比率分別為1:1至3:1，優(yōu)選3:2至5:2。
21.一種系統(tǒng)，其用于實施權(quán)利要求1-8中任一項的通過集成氨生產(chǎn)過程與脲生產(chǎn)過程而形成脲的方法，其中所述系統(tǒng)在脲生產(chǎn)設(shè)備中包含氨生產(chǎn)設(shè)備(I)、吸收器(10)和脲合成區(qū)(15)，其中來自所述氨生產(chǎn)設(shè)備(I)的第一氨流(6)的管道分為:與所述吸收器(10)或與貧溶劑流(24)的管道流體連接從而形成混合流(11)的第二氨流(9)的管道，和與所述脲合成區(qū)(15)流體連接的第三氨流(8)的管道，其中包含二氧化碳的煙道氣流(5)的管道在所述氨生產(chǎn)設(shè)備(I)或別的煙道氣來源與所述吸收器(10)之間流體連接，其中二氧化碳流(7)的管道在所述氨生產(chǎn)設(shè)備(I)和所述脲合成區(qū)(15)之間流體連接，其中富溶劑流(13)的管道在所述吸收器(10)和所述脲合成區(qū)(15)之間流體連接，且其中所述貧溶劑流(24)的管道布置在所述脲生產(chǎn)設(shè)備和所述吸收器(10)之間。
22.權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其中它包括與所述吸收器(10)流體連接的凈化氣流(12)的管道。
23.—種系統(tǒng)，其用于實施權(quán)利要求9-22中任一項的通過集成氨生產(chǎn)過程的一部分與脲生產(chǎn)過程而形成脲的方法，其中所述系統(tǒng)包括蒸汽重整器(14)或氨生產(chǎn)設(shè)備的氣化反應(yīng)器、低壓吸收器(29)、高壓吸收器(33)和脲生產(chǎn)設(shè)備(38)，其中煙道氣流(25)的管道在所述蒸汽重整器(14)、所述氣化反應(yīng)器或別的煙道氣來源與所述低壓吸收器(29)之間連接，其中氫/ 二氧化碳流(28)的管道布置在所述蒸汽重整器(14)或所述氣化反應(yīng)器與所述高壓吸收器(33)之間，其中半富溶劑流(30)的管道在所述低壓吸收器(29)和所述高壓吸收器(33)之間流體連接，其中富溶劑流(37)的管道在所述高壓吸收器(33)和所述脲生產(chǎn)設(shè)備(38)之間流體連接，且其中貧溶劑流(42)的管道布置在所述脲生產(chǎn)設(shè)備(38)和所述低壓吸收器(29)之間。
24.權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)還包含氨生產(chǎn)單元(41)、在所述高壓吸收器(33)和所述氨生產(chǎn)單元(41)之間流體連接的氫流(34)的管道、在所述低壓吸收器(29)和所述氨生產(chǎn)單元(41)之間流體連接的含氮流(35)的管道、以及在所述氨生產(chǎn)單元(41)和所述脲生產(chǎn)設(shè)備(38)之間流體連接的氨余量流(43)的管道。
25.權(quán)利要求23和24中任一項的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)包含一氧化碳變換單元(27)用于將一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳，其中含有氫和一氧化碳的合成氣流(26)的管道在所述蒸汽重整器(14)或所述氣化反應(yīng)器與所述一氧化碳變換單元(27)之間流體連接，且其中所述氫/ 二氧化碳流(28)的管道在所述一氧化碳變換單元(27)和所述高壓吸收器(33)之間流體連接。
26.權(quán)利要求23-25中任一項的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)包含在所述半富溶劑流(30)的管道和所述富溶劑流(37)的管道之間流體連接的所述半富溶劑流(30)的部分流(31)的管道。
27.權(quán)利要求23-26中任一項的系統(tǒng)，其中在溶液或在漿料中含有氨基甲酸鹽而且含有氨、二氧化碳和水的再循環(huán)流(39)的管道在所述脲生產(chǎn)設(shè)備(38)和所述貧溶劑流(42)的管道之間流體連接，且其中氨流(40)的管道與所述再循環(huán)流(39)的管道連接。
28.權(quán)利要求23-27中任一項的系統(tǒng)，其中所述貧溶劑流(42)的部分流(32)的管道在所述貧溶劑流(42)的管道與所述半富溶劑流(30)的管道或所述高壓吸收器(33)之間流體連接。
29.權(quán)利要求23-28中任一項的系統(tǒng)，其中再生器(44)位于所述高壓吸收器(33)和所述脲生產(chǎn)設(shè)備(38)之間，且其中所述系統(tǒng)還包含所述再生器(44)和所述低壓吸收器(29)之間的管道用于經(jīng)分離的貧溶劑再循環(huán)流(39)，以及所述再生器(44)和脲生產(chǎn)設(shè)備(38)之間的管道用于經(jīng)分離的純CO2流(45)。
【文檔編號】C07C273/04GK104039758SQ201380005795
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月17日
【發(fā)明者】F.埃嫩巴赫, U.科斯 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司