尿素合成工藝中尿素溶液的濃縮的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及尿素合成領(lǐng)域。更具體而言，本發(fā)明涉及從尿素裝置的回收段獲得的尿素水溶液的濃縮步驟。
現(xiàn)有技術(shù)
[0002]用于尿素合成的已知工藝主要涉及高壓合成圈、中壓和/或低壓回收段、濃縮段和精加工段。氨進(jìn)料和二氧化碳進(jìn)料在合成圈中反應(yīng)，形成尿素、水和氨基甲酸銨的溶液；在下游MP/LP段充分地處理該溶液以從所述氨基甲酸鹽的分解中回收氨和二氧化碳。
[0003]回收段的流出物通常是含約50% -90%重量的尿素的尿素水溶液，在現(xiàn)代裝置中通常是含70%-80%重量的尿素。然而，對于某些用途，需要高得多的濃度。例如造粒和成粒的精加工技術(shù)，為將尿素轉(zhuǎn)化成固體產(chǎn)物，需要純度為95-99.8%重量的尿素熔體。在現(xiàn)有技術(shù)中利用尿素溶液的真空濃縮或者結(jié)晶達(dá)到該更高的濃度。
[0004]以上的一般描述適用于用于生產(chǎn)尿素的大多數(shù)當(dāng)前設(shè)施，尤其是適用于自汽提工藝并且也適用于CO2汽提工藝，并適用于用于設(shè)計(jì)新的尿素裝置的大多數(shù)當(dāng)前設(shè)施。用于生產(chǎn)尿素的工藝和相關(guān)裝置的討論可以在文獻(xiàn)中找到，例如Kirk-othmer, Encyclopediaof Chemical Technology, 3rd Ed,第 23 卷，548-562 頁或者 Ullmann’s, Encyclopedia ofIndustrial Chemistry, Wiley-VCH Verlag0
[0005]應(yīng)當(dāng)注意的是，在尿素工藝中重復(fù)出現(xiàn)的問題是從HP圈或回收段的流出物中除去水，因?yàn)槊磕柕哪蛩禺a(chǎn)生I摩爾的水。如上所述，當(dāng)前利用蒸發(fā)或結(jié)晶實(shí)現(xiàn)對回收段的流出物進(jìn)行濃縮的需求。
[0006]結(jié)晶涉及固相(結(jié)晶的尿素)和液相(水)之間的物理分離并且具有大且復(fù)雜的設(shè)備的缺點(diǎn)，該設(shè)備無論是在人力還是資金支出方面都需要大量的維護(hù)工作。真空蒸發(fā)器也有一些缺點(diǎn)。首先，由于其低的(真空)壓力，它們需要大且昂貴的容器。在真空條件下運(yùn)行的設(shè)備也造成密封的問題，以避免空氣從外部滲入。
[0007]另一個缺點(diǎn)是差的能效。真空蒸發(fā)器需要熱量輸入，這通常通過在裝置中的別處產(chǎn)生的熱蒸汽供應(yīng)；此外，通過蒸汽噴射器抽真空，所述蒸汽噴射器是非常低效的設(shè)備。然而，必須冷凝來自蒸發(fā)器的氣體流出物以及噴射器的動力蒸汽，排出價值較低的在工藝中不再重復(fù)使用的熱量。通常所述熱量由空氣冷卻或水冷卻除去，并因此散發(fā)到大氣中。因此，需要提供更好的方法來濃縮來自已知的尿素裝置的回收段的尿素溶液。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提出通過選擇性膜分離來分離水和除了尿素之外的包含在來自尿素裝置回收段的尿素溶液中的其它可能的成分。
[0009]相應(yīng)地，本發(fā)明的第一個方面是用于尿素合成的工藝，其中在合成段獲得含具有一些殘留的氨和二氧化碳的尿素的水溶液，在回收段處理所述溶液，并且對從所述回收段獲得的主要包括尿素和水的水溶液實(shí)施濃縮工藝，其特征在于，所述濃縮工藝至少包括選擇性膜分離步驟。
[0010]用一個或多個膜執(zhí)行所述選擇性膜分離步驟。用于實(shí)施本發(fā)明的膜具有用于水的輸送和/或用于其他污染物的輸送的第一滲透率，以及用于尿素的輸送的不同的第二滲透率。優(yōu)選至少利用適于從尿素中分離水并且濃縮溶液的水選擇性膜實(shí)施所述步驟。例如，合適的水選擇性膜可滲透水，并且基本上不滲透該溶液的其他成分，即尿素。可以理解的是，例如，當(dāng)尿素水溶液與水選擇性膜的進(jìn)料側(cè)接觸時，將從排出側(cè)收集水，從而增加進(jìn)料側(cè)處的溶液的濃度。
[0011]膜提供第一側(cè)(進(jìn)料側(cè))和第二側(cè)(排出側(cè))之間的分隔。為此目的，所述膜可以是平板膜或具有不同的形狀，例如螺旋纏繞膜。在一些實(shí)施方案中，進(jìn)料側(cè)和排出側(cè)上的壓力可以是不同的，以增強(qiáng)所述工藝。
[0012]基于膜的濃縮可以是或不是濃縮的唯一技術(shù)?？梢栽谒鲞x擇性膜分離步驟之前或者之后用不同的技術(shù)(例如，蒸發(fā)或結(jié)晶)濃縮所述水溶液。
[0013]根據(jù)不同的實(shí)施方案，經(jīng)受選擇性膜分離的水溶液是來自回收段的溶液，或者預(yù)先用常規(guī)技術(shù)，例如蒸發(fā)或者結(jié)晶，濃縮的溶液。以同樣的方式，如果必要或者合適的話，可以(任選地)用另一技術(shù)進(jìn)一步濃縮由基于膜的工藝釋放的濃縮溶液。
[0014]在一些實(shí)施方案中，所述濃縮工藝包括使用一種以上的選擇性膜以及可能使用具有不同性質(zhì)的數(shù)個膜，以去除尿素水溶液的水和其他污染物。所述污染物可能包括可少量地發(fā)現(xiàn)于溶液中的氨或者諸如碳酸鹽的鹽，。
[0015]優(yōu)選地，進(jìn)入膜的溶液的濃度是50wt% _90wt% (以重量計(jì))的尿素。優(yōu)選地，濃縮后的溶液包含85wt%以上的尿素，而且更優(yōu)選介于95wt%* 100wt%之間。
[0016]本發(fā)明的另一方面是一種用于尿素合成的裝置，包括合成段和回收段，并且特征在于用于處理尿素水溶液的濃縮段，所述濃縮段包括至少膜濃縮階段，所述膜濃縮階段包括選擇性膜。優(yōu)選所述膜是用于從尿素水溶液中分離水的水選擇性膜。
[0017]本發(fā)明的另一方面是現(xiàn)有的尿素裝置的改進(jìn)，其中，用基于膜的濃縮階段改進(jìn)現(xiàn)有的濃縮段。
[0018]基于膜的分離可完全或部分地取代常規(guī)的真空蒸發(fā)或結(jié)晶段?？梢詫?shí)現(xiàn)高濃度，例如95-99.5wt%或更高，適于成?；蛟炝＞庸ぜ夹g(shù)，而不需常規(guī)段的昂貴和大的真空設(shè)備。此外，基于膜的濃縮不需要顯著的能量或熱量輸入，有利于整個工藝的能量效率。
【具體實(shí)施方式】
[0019]圖1示出本發(fā)明的一個實(shí)施方案的框圖。編號10表示其中氨12和二氧化碳11反應(yīng)的高壓合成段。根據(jù)已知的技術(shù)，在一些實(shí)施方案中，所述段10可以包括形成高壓圈的反應(yīng)器、汽提器和冷凝器。
[0020]在回收段14中處理段10的流出物13，基本上以回收氨和二氧化碳。將來自回收段14的尿素水溶液15輸送至包括水選擇性膜的濃縮段16。
[0021]例如，溶液15進(jìn)入膜的第一側(cè)，并且在膜的另一側(cè)(排出側(cè))獲得主要由水組成的流17。優(yōu)選在段18中處理所述流17以獲得基本上純的水W。將具有例如大約95-99.5被％或更高濃度的濃縮溶液19傳送至精加工段20以獲得基本上純的尿素U。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于尿素合成的工藝，其中在合成段(10)獲得含尿素的溶液(13)，在回收段(14)處理所述溶液，并且對從所述回收段獲得的主要包含尿素和水的水溶液(15)進(jìn)行濃縮工藝，其特征在于，所述濃縮工藝包括選擇性膜分離步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，用至少水選擇性膜實(shí)施所述選擇性膜分離步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，在所述選擇性膜分離步驟之前或者之后，用另一工藝濃縮來自所述回收段的所述水溶液，例如蒸發(fā)或者結(jié)晶。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的工藝，用多個膜實(shí)施所述選擇性膜濃縮步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工藝，用具有不同性質(zhì)的多個膜實(shí)施所述選擇性膜濃縮步驟以去除所述尿素水溶液的水和其他污染物，例如氨和/或碳酸鹽。
6.一種用于合成尿素的裝置，包括合成段(10)、回收段(14)和用于從所述回收段排出的尿素水溶液中去除水的濃縮段(16)，其特征在于，所述濃縮段(16)至少包括選擇性膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述濃縮段(6)包括水選擇性膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述水選擇性膜可滲透水并且基本上不滲透所述水溶液的其他成分；所述膜提供所述膜的進(jìn)料側(cè)和排出側(cè)之間的分隔；尿素水溶液進(jìn)入所述膜的所述進(jìn)料側(cè)，并且在所述排出側(cè)獲得主要由水組成的流(17)。
9.一種用于改進(jìn)尿素裝置的方法，所述尿素裝置包括合成段(10)、回收段(14)和用于從所述回收段排出的尿素水溶液中去除水的濃縮段(16)，所述改進(jìn)方法的特征在于，在所述濃縮段(16)中提供用于從尿素水溶液中分離水和/或其它污染物的至少選擇性膜。
【專利摘要】用于合成尿素的工藝和相關(guān)裝置，其中，在合成段(10)獲得含尿素的溶液(13)，在回收段(14)處理所述溶液，以及通過與水選擇性膜接觸來濃縮從所述回收段獲得的主要包含尿素和水的水溶液(15)。
【IPC分類】C07C273-16
【公開號】CN104603103
【申請?zhí)枴緾N201380039976
【發(fā)明人】安德里亞·斯科托
【申請人】卡薩萊股份有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2013年7月3日
【公告號】CA2879567A1, EP2690090A1, EP2877448A1, US20150218089, WO2014016090A1