專利名稱:由氨和二氧化碳制備尿素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明最廣義的方面涉及一種用于由氨和二氧化碳制備尿素的方法。
具體而言，本發(fā)明涉及這樣一種類型的尿素制備方法，在該方法中，尿素合成所必需的氨和二氧化碳是在與制備所述尿素相同的范圍、相同的生產(chǎn)線、相同的工業(yè)區(qū)或者制備相同的車間中獲得的。
更具體地，本發(fā)明關(guān)于以上考慮的一種類型的方法，所述方法包括第一步驟，即，通過對天然氣進(jìn)行蒸汽重整處理制備氨和二氧化碳；以及第二步驟，即，通過在尿素合成反應(yīng)器中形成尿素和氨基甲酸銨溶液以及氨基甲酸銨隨后的分解和尿素回收中的各個步驟，從而由所述氨和二氧化碳制備尿素。
背景技術(shù)：
用于由氨和二氧化碳制備尿素的方法已眾所周知，并且已知當(dāng)這樣獲得的尿素擬用于制備肥料時，仍然普遍需要將天然氣用作整個制備工藝的原料，具體地，用于制備氨合成氣(氫和氮)。
還已知的是在前述方法中，合成氣體的生產(chǎn)通常首先進(jìn)行的是，對預(yù)定的天然氣進(jìn)行隨后的蒸汽重整處理，接著進(jìn)行的是，從通過前述處理而獲得的二氧化碳中分離出氫和氮制備。這種二氧化碳本身與氨一起用于尿素的制備。
然而，眾所周知的是，通過將天然氣用作初始原料，所制備的氨和二氧化碳不符合隨后的尿素合成所需的化學(xué)計量的量，而是相對于CO2通常有過量的氨。因此，為了使用所制備的所有氨制備尿素，必須具有額外量的二氧化碳。
為此，現(xiàn)有技術(shù)提出實際上在相同方法的范圍內(nèi)回收純二氧化碳，具體為從燃燒天然氣(甲烷)所產(chǎn)生并通過重整處理本身排出的其內(nèi)含有大量二氧化碳的煙霧中回收二氧化碳，所述天然氣燃燒以提供用于制備合成氣體的過程天然氣的蒸汽重整處理所必需的熱量。具體地，所述回收是通過用乙醇胺(例如，水溶液中的一乙醇胺(MEA))處理(洗滌)該燃燒煙霧進(jìn)行的。
盡管從各種視點來看較有利，然而，這種供應(yīng)額外的二氧化碳的技術(shù)實施起來復(fù)雜、費力且不節(jié)省成本。實際上，必須包括整個一系列以各種方式相連且互相關(guān)連的化學(xué)反應(yīng)，所述化學(xué)反應(yīng)難于實施和控制，需要僅僅為所述目的而必須被設(shè)計的車間和有關(guān)的設(shè)備，即，從天然氣的重整步驟所排出的燃燒煙霧中回收純二氧化碳，以及消除這種技術(shù)所造成的大量排出產(chǎn)物(包括氧化的MEA)。

發(fā)明內(nèi)容基于本發(fā)明的技術(shù)問題在于提出及提供一種由天然氣制備尿素的方法，所述方法具有的特征如可以克服關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)的前述缺點。
根據(jù)本發(fā)明，通過一種用于尿素制備的方法可解決這種技術(shù)問題，其中所述方法包括對天然氣進(jìn)行重整處理而獲得氨和二氧化碳的第一步驟、以及經(jīng)由在尿素合成反應(yīng)器中形成包括尿素和氨基甲酸銨的溶液、以及氨基甲酸銨的隨后分解和尿素回收，從而由所述氨和二氧化碳制備尿素的第二步驟，特征在于，所述方法包括如下步驟-用包括一部分所述氨的水溶液處理包括二氧化碳的燃燒煙霧，從而獲得氨基甲酸銨水溶液；-將這樣獲得的所述溶液供應(yīng)到所述第二步驟。
根據(jù)本發(fā)明的所述方法的特征和優(yōu)點從以下參考附圖對其實施例的說明變得更加清楚，其中給出的附圖用于標(biāo)示而不是為了限制目的。
在圖式中-圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的由氨制備尿素的方法的方塊圖；以及-圖2示意性地顯示根據(jù)本發(fā)明的在圖1的方法中進(jìn)行操作的單元。
具體實施方式參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的用于制備尿素的方法基本上包括以各種方式相連的兩個步驟，所述步驟在其余的說明中將變得清楚。在第一步驟中，由天然氣制備氨，并且同時獲得基本上純的二氧化碳；在第二步驟中，使用所述之前的第一步驟中所產(chǎn)生的氨和二氧化碳制備尿素。
在由1整體標(biāo)示的氨車間中進(jìn)行的第一步驟中，天然氣2(例如，甲烷)在脫硫單元10中進(jìn)行可能的脫硫之后，以完全傳統(tǒng)的方式進(jìn)行連續(xù)的催化重整處理，首先通過第一重整器12中的蒸汽3進(jìn)行，接著通過第二重整器14中的空氣4進(jìn)行。。
通過燃燒未顯示的另外的天然氣(甲烷)流獲得處理天然氣的第一次重整處理12所必需的熱量，因此而產(chǎn)生包括二氧化碳的燃燒煙霧5；而主要包括氫、氮和二氧化碳的氣流從第二重整器14中排出。從通過在脫碳單元16中的傳統(tǒng)脫碳處理(例如通過MEA處理)的二氧化碳6釋放的氫和氮被供應(yīng)到反應(yīng)器18，用以合成氨7。
來自以上示意說明的第一步驟的出口處的氨7和二氧化碳6被供應(yīng)到第二步驟，用以制備尿素。
應(yīng)該記得，如已知地，以前述方式從天然氣獲得的氨和二氧化碳并不是尿素制備所需要的化學(xué)計量的定量比例，而是氨相對于二氧化碳過量。
為此，在由8整體標(biāo)示的尿素車間中進(jìn)行的第二步驟中，第一步驟中所制備的僅有一部分氨7a和所有二氧化碳以本來已知的方式在適當(dāng)?shù)暮铣煞磻?yīng)器20中進(jìn)行反應(yīng)，從而獲得包括尿素、氨基甲酸銨和游離氨的溶液。所述溶液中存在的氨基甲酸銨分解，所得到的二氧化碳和氨蒸汽與游離氨一起在分解及回收單元22中冷凝并再循環(huán)到合成反應(yīng)器20。處理溶液接著在濃縮單元24中濃縮，在濃縮單元24中，含有殘余氨基甲酸銨的水溶液與濃縮的尿素溶液分離。例如，濃縮的尿素溶液接著被傳送到造粒工序26(舉例而言)，在所述造粒工序可獲得固體尿素(顆粒)8a，所述固體尿素接著被封裝。另一方面，從單元24中的前述尿素濃縮處理中得到的水溶液被送到水處理單元34，在所述水處理單元中，仍然存在于溶液中的殘余氨基甲酸銨通過分解及回收單元22被分離出來并再循環(huán)到合成反應(yīng)器20，而如此凈化的水經(jīng)由管道36從尿素車間8排出。
對于尿素制備而言，為了使用前述第一步驟中所制備的所有氨7，換句話說，也是根據(jù)本發(fā)明的相對于二氧化碳在化學(xué)計量上過量的氨7b，優(yōu)選將所述過量氨7b有利地用于“回收”在燃燒煙霧中存在的二氧化碳。
這種燃燒煙霧可以為在工藝本身的所述第一和/或第二步驟中用于通過天然氣的燃燒獲得熱量而產(chǎn)生的煙霧，或者所述燃燒煙霧還可以在執(zhí)行本發(fā)明的方法的工業(yè)區(qū)之外產(chǎn)生。
在圖1的實例中，有利地使用天然氣的第一次重整處理所產(chǎn)生的燃燒煙霧5。可供選擇地，例如，可以使用車間中存在的鍋爐的燃燒煙霧。
有利地且根據(jù)前述“回收”的優(yōu)選實施例，其中所述回收在由9整體標(biāo)示的二氧化碳回收部分中實施并在圖2中更詳細(xì)地示出，燃燒煙霧5在洗滌塔32中由所述過量氨的水溶液9a進(jìn)行處理，其中所述燃燒煙霧5已在DeNOx凈化器28(本來已知并因此未詳細(xì)說明)中去除其內(nèi)可能含有的氮化物而被凈化并已在熱交換器30中冷卻。
在圖1的實例中，通過混合來自氨車間1的過量氨7b和來自與所述氨車間相關(guān)聯(lián)的尿素車間8的濃縮單元24的氨基甲酸銨水溶液9b獲得用于洗滌燃燒煙霧的水溶液9a。這種混合可以發(fā)生在如圖1中所標(biāo)示的洗滌塔32之外，或者甚至發(fā)生在塔32本身內(nèi)部。
換句話說，燃燒煙霧5由這種氨溶液9a進(jìn)行洗滌，其中所述煙霧中所包括的大量二氧化碳在所述氨溶液中被吸收并發(fā)生反應(yīng)以形成更濃縮的氨基甲酸銨水溶液9c。
耗盡二氧化碳的煙霧9d接著以本身傳統(tǒng)的方式釋放到大氣中。作為圖1的替換例，還可以使用通過使用相對于所述過量7b更少量或更多量的氨7的一部分(例如，通過使用來自氨車間1之外的額外量的氨)而獲得的氨溶液9a。
根據(jù)本發(fā)明的另一個特征，其中燃燒煙霧5的二氧化碳已被吸收的氨基甲酸銨9c被供應(yīng)到第二步驟。
更具體地，氨基甲酸銨溶液9c有利地供應(yīng)到尿素合成反應(yīng)器20，優(yōu)選地與在所述水處理單元34中分離出來的氨基甲酸銨一起流經(jīng)水處理單元34和分解及回收單元22。換句話說，優(yōu)選地，氨基甲酸銨水溶液9c與尿素車間8的回收氨基甲酸銨水溶液合并，其中所述回收氨基甲酸銨水溶液流經(jīng)了傳統(tǒng)要通過的水處理單元34和分解及回收單元22的路徑。
可供選擇地，根據(jù)未顯示的本發(fā)明的進(jìn)一步的實施例，氨基甲酸銨水溶液9c被供應(yīng)到尿素車間的另一部分，例如，供應(yīng)到氨基甲酸銨的另外分解單元(未示出)，其中含有二氧化碳和氨的蒸汽接著被供應(yīng)到合成反應(yīng)器中，之后進(jìn)行適當(dāng)濃縮。
尿素制備過程所獲得的優(yōu)點從根本上包括所述方法的第一步驟中所制備的所有氨用于所述方法的第二步驟中的尿素制備；以及容易且節(jié)省成本地對來自燃燒煙霧的二氧化碳(例如，從第一重整器排出的煙霧)進(jìn)行“回收”，而不需要現(xiàn)有技術(shù)所提供的復(fù)雜操作。
此外，可以通過重新設(shè)計的車間、或者通過適當(dāng)裝備有簡單的新式CO2“回收”部分的現(xiàn)有車間執(zhí)行前述過程，從而確保能夠沒有任何限制地選擇被轉(zhuǎn)換成尿素的氨量。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點與下述事實有關(guān)在二氧化碳回收部分9中發(fā)生放熱的氨基甲酸鹽形成反應(yīng)因此，可以使用這種反應(yīng)中所釋放的熱量，例如用于產(chǎn)生蒸汽。
因此，可以對所構(gòu)想的發(fā)現(xiàn)進(jìn)行變更及修改，所述這些變更及修改被權(quán)利要求
所限定的本發(fā)明的保護(hù)范圍所覆蓋。
權(quán)利要求
1.一種由氨和二氧化碳制備尿素的方法，所述方法包括第一步驟，對天然氣(1)進(jìn)行重整處理(12、14)而獲得氨(7)和二氧化碳(6)；以及第二步驟，通過在尿素合成反應(yīng)器(20)中形成含有尿素和氨基甲酸銨的溶液、以及所述氨基甲酸銨在隨后的分解和尿素回收，從而由所述氨(7)和二氧化碳制備尿素(8a)，其特征在于，所述方法包括如下步驟用含有所述氨(7)的一部分(7b)的水溶液(9a)處理含有二氧化碳的燃燒煙霧(5)，從而獲得氨基甲酸銨水溶液(9c)；-將這樣獲得的所述溶液(9c)供應(yīng)到所述第二步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述氨基甲酸銨水溶液(9c)被供應(yīng)到尿素合成反應(yīng)器(20)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述氨基甲酸銨水溶液(9c)沿著經(jīng)由所述制備尿素的第二步驟的水處理單元(34)和分解及回收單元(22)的通道供應(yīng)到尿素合成反應(yīng)器(20)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，含有二氧化碳的所述燃燒煙霧在用氨水溶液(9a)進(jìn)行的所述處理之前進(jìn)行用于移除其內(nèi)可能含有的氮氧化物的處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，通過混合所述氨(7)的一部分(7b)和來自所述制備尿素的第二步驟的濃縮單元(24)的氨基甲酸銨水溶液(9b)獲得所述氨水溶液(9a)。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，通過所述重整處理(12)產(chǎn)生所述燃燒煙霧(5)。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，在所述方法本身的所述第一和/或第二步驟中制備所述燃燒煙霧(5)。
專利摘要
一種用于制備尿素的方法，所述方法包括對天然氣(1)進(jìn)行重整處理(12、14)而獲得氨(7)和二氧化碳(6)的第一步驟、以及經(jīng)由在尿素合成反應(yīng)器(20)中形成包括尿素和氨基甲酸銨的溶液、以及隨后使氨基甲酸銨和尿素回收物分解，從而由這種氨(7)和二氧化碳制備尿素(8a)的第二步驟，所述方法包括的步驟為用包括一部分(7b)這種氨(7)的水溶液(9a)處理包括二氧化碳的燃燒煙霧(5)，從而獲得氨基甲酸銨水溶液(9c)；將這樣獲得的溶液(9c)供應(yīng)到所述第二步驟。
文檔編號C01C1/04GK1993317SQ20058002609
公開日2007年7月4日 申請日期2005年7月22日
發(fā)明者多梅尼科·羅米蒂, 保羅·斯蒂安 申請人:烏里阿·卡薩勒有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan