CN101573329A - 一种尿素和三聚氰胺的一体化制备方法 - Google Patents

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Abstract

尿素和三聚氰胺的一体化制备方法中，尿素由尿素设备(10)制备，该设备包括可从中获得含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的水溶液的高压尿素合成区(11)和低压运行的尿素回收区(21)；三聚氰胺由三聚氰胺设备(40)制备，该设备可释放中压的合成三聚氰胺的副产品——排出气体并将其循环至所述高压尿素合成区(11)。

Description

一种尿素和三聚氰胺的一体化制备方法
技术领域
本发明涉及一种尿素和三聚氰胺的一体化生产方法。
具体的，本发明涉及上述类型的方法，其中尿素在包括高压尿素合成区和尿素回收区的尿素设备中生产，作为三聚氰胺合成副产品的排出气体(off-gases)被循环到所述高压尿素合成区再利用。
在随后的说明书和权利要求书中，“高压尿素合成区”是指至少在约120巴压力下运行的区域，一般在130-260巴之间。更具体的，本发明的方法的类型为：要回收的排出气体的压力至少为2巴，一般在2-30巴之间。
本发明也涉及实施该方法的一体化设备。众所周知，在尿素和三聚氰胺领域，提供一体化方法：将合成三聚氰胺制备的气体有效地用于制备尿素的需求逐渐增长。
背景技术
为满足上述需求，人们已经提出了一体化方法，其中三聚氰胺是将采用NH3和尿素用作为原料(反应物)在设备中制备，因此该设备被称为三聚氰胺设备；后者(尿素)在制备尿素的设备中制备，因此该设备被称为尿素设备，回收来自三聚氰胺设备的、基本上含有NH3和CO2的排出气体作为原料(反应物)。
根据这些方法，一般以2-30巴的压力从三聚氰胺设备释放的排出气体，会在进入尿素设备前经过适当的处理。
具体地说，在等于或低于排出压力的压力下，用稀氨水(氨浓度按重量为0-15％)冷凝排出气体；然后将所得到的排出气体的液体溶液加入尿素设备的废水处理区，该废水处理区一般在2-5巴的压力下运行，回收水溶液中的NH3和CO2，并经过尿素设备的低压尿素回收区循环到高压尿素合成区再利用。
另外，还提出将上述排出气体适度压缩，然后直接循环到尿素设备的高压合成区再利用的方法。
虽然上述方法在一定程度上具有优势，但也有缺点。
首先，实际上，在废水回收区从排出气体液体溶液中分离NH3和CO2需要消耗大量的能源。此外，由于该区域中的压力通常比从三聚氰胺设备释放的排出气体的压力低的多，排出气体必须在冷凝和循环至尿素设备的废水处理区之前膨胀，从而以压力损失的方式造成能源浪费。
其次，额外的、大量的水会通过回收的排出气体水溶液加入到高压尿素合成区，由于水是合成尿素的副产物，其在反应物中的存在对CO2转化为尿素不利，因此包含在回收的排出气体液体溶液中的水将给尿素转化率带来负面影响，随之而来的是回收存留在合成区的尿素，以及回收未转化的反应物返回到合成区所需的能量损耗的增加。
另外，这些尿素和三聚氰胺的一体化制备方法一般将分别合成尿素和三聚氰胺的现有设备连接后进行，与该设备设计能力相比，通常会增加，甚至是显著增加尿素设备的生产能力，为解决该增加，现有技术代之以小型设备，具体的说，以新设备替代高压合成循环的设备。除了上述缺点，现有技术的尿素/三聚氰胺一体化方法的实行，还随之带来经济、功能和能源消耗上的负担。
发明内容
本发明根本的技术问题是要提供一种尿素和三聚氰胺的一体化制备方法，其具有完全克服现有技术的缺点的功能特点，可以同时保证有效、低能耗地将二氧化碳转化为尿素的高转化率，使尿素设备获得更高的生产量。
本发明的尿素和三聚氰胺的一体化制备方法解决了上述问题，尿素在包含高压尿素合成区和低压尿素回收区的尿素设备中制备，其中可从高压尿素合成区获得含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的水溶液；三聚氰胺在三聚氰胺设备中制备，该设备可释放中压的合成三聚氰胺的副产品：排出气体，并将其循环至所述高压尿素合成区，该方法的特点在于还包括步骤：
-将至少一部分所述的来自所述尿素合成区的含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的水溶液加入尿素设备的中压处理区，回收其中的氨基甲酸铵和氨气；
-使所述含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的部分水溶液在所述中压处理区离解，得到尿素水溶液和含有氨气、二氧化碳和水的蒸汽相；
-将在所述处理区离解得到的所述尿素水溶液加入在预设低压运行的尿素回收区的分解器；
-使所述尿素水溶液在所述尿素回收区的所述分解器分解，得到浓缩尿素溶液和含有氨气、二氧化碳和水的第二蒸汽相；
-使所述第二蒸汽相在所述尿素回收区的、与所述分解器流体连通的冷凝器经过冷凝，得到循环氨基甲酸铵水溶液；
-将来自所述三聚氰胺设备的所述排出气体，以及所述循环氨基甲酸铵溶液加入尿素设备的所述中压处理区的冷凝区；
-采用所述循环氨基甲酸铵水溶液，在中压处理区的冷凝器中冷凝所述排出气体，得到浓缩的氨基甲酸铵水溶液；
-将所述氨基甲酸铵水溶液循环至高压尿素合成区；
优选的，尿素设备的所述中压处理区基本上在等于或小于由所述三聚氰胺设备排出的所述排出气体的压力下运行；
在离开尿素回收区的循环氨基甲酸盐水溶液的压力小于尿素设备的中压处理区的排出气体冷凝区的运行压力的情况下，本发明的方法还进一步包括步骤：在将所述循环氨基甲酸盐水溶液加入所述冷凝区之前，将其压缩，使压力基本上符合所述排出气体冷凝区的运行压力。
本发明的方法还进一步包括步骤：在将其加入(循环至)所述尿素合成区之前，压缩来自于所述排出气体冷凝区的所述浓缩氨基甲酸盐水溶液，使其压力基本上符合所述高压尿素合成区的运行压力。
根据本发明的优选实施方案，中压处理区的所述冷凝区包括单个冷凝器。该方法还进一步包括步骤：
-将含有氨气、二氧化碳和水的蒸汽相，所述排出气体，以及所述循环氨基甲酸铵溶液加入中压处理区的所述单个冷凝器中；
-采用所述循环氨基甲酸铵溶液，在所述中压处理区的所述单个冷凝器中冷凝含有氨气、二氧化碳和水的所述蒸汽相、所述排出气体，得到浓缩氨基甲酸铵水溶液；以及
-将所述浓缩氨基甲酸铵水溶液循环至所述该压尿素合成区再利用。
根据本发明的另一实施方案，中压处理区的所述冷凝区包括相互流体连通的第一冷凝器和第二冷凝器。该方法还进一步包括步骤：
-将来自所述三聚氰胺设备的所述排出气体，以及所述循环氨基甲酸铵溶液加入所述尿素设备的所述中压处理区的第一冷凝器中；
-采用所述循环氨基甲酸铵溶液，在所述中压处理区的所述第一冷凝器中冷凝所述排出气体，得到第一浓缩氨基甲酸铵水溶液；
-将所述第一浓缩氨基甲酸铵水溶液加入中压处理区的所述第二冷凝器；
-将离解含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的部分水溶液得到的所述含有氨气、二氧化碳和水的蒸汽相加入中压处理区的所述第二冷凝器中；
-采用所述第一浓缩氨基甲酸铵水溶液，在中压处理区的所述第二冷凝器中冷凝含有氨气、二氧化碳和水的所述蒸汽相，得到第二浓缩氨基甲酸铵水溶液；以及
-将所述第二浓缩氨基甲酸铵水溶液循环至所述高压尿素合成区；
优选的，本发明的方法进一步包括步骤：
-将二氧化碳加入所述尿素回收区的冷凝器中；
-所述二氧化碳和所述第二蒸汽相在所述尿素回收区的所述冷凝器中冷凝，得到循环氨基甲酸铵水溶液；
在此连接中，通过将占二氧化碳进料总量的1-10wt％的二氧化碳加入所述尿素回收区的所述冷凝器，可获得特别有利的结果。
优选的，加入所述中压运行的处理区的含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的部分水溶液是从所述合成区得到的含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的所述水溶液的10-50％。
优选的，处理区的所述中压是10-70巴。
优选的，采用所述循环氨基甲酸铵溶液，在中压处理区的冷凝区中进行的所述排出气体的冷凝步骤具有双重效果。
由于本发明的方法，可惊奇和有利地发现以氨基甲酸铵的形式将未反应的氨气、二氧化碳回收到尿素设备的合成区所需的冷凝水量(绝对值)大大小于根据现有技术的方法，进行该回收必须的冷凝水量(绝对值)，现有技术中二氧化碳进料和氨气进料被加入中压处理区。
这是由于在具有同样的生产能力的尿素制备设备中，根据本发明的方法，需要以氨基甲酸铵的形式回收到合成区的氨气和二氧化碳的量，远远少于根据现有技术的方法的量。
随之而来的是尿素合成区的转化率，以及高压圈(H.P.Loop)总产量的大幅增加，实施本发明的方法，设备可充分利用效率和能源消耗。
另外，通过利用少量已经包含在循环氨基甲酸盐水溶液中、并无论如何都会循环到高压尿素合成的水进行排出气体的冷凝是有利的，所述循环氨基甲酸盐水溶液是从尿素设备的尿素回收区获得。因此，与现有技术的方法相反，在将三聚氰胺设备的排出气体循环到尿素设备时，没有额外量的水加入到排出气体中。随之而来，由于本发明，更高冷凝程度的氨基甲酸盐溶液循环至尿素设备的高压尿素合成区，从而导致尿素的转化率有利地增加，回收尿素和循环未转化的反应物至合成区所需的能量消耗大大降低。
根据本发明的另一方面，该技术问题可通过实施所述方法的一体化设备来解决，其中，尿素在包括高压尿素合成区、包括分解器和冷凝器的低压尿素回收区，所述区相互流体流通的尿素设备中制备；在排出合成三聚氰胺时的副产品：压力至少为2巴的排出气体的三聚氰胺设备中制备三聚氰胺，该排出气体循环到所述高压尿素合成区，该设备的特点是还包括：
-包括离解器和冷凝区的尿素设备的中压处理区；
-所述三聚氰胺合成区和中压处理区的所述冷凝区之间的连接装置，将来自所述三聚氰胺合成区的所述排出气体加入中压处理区的所述冷凝区；
-尿素回收区的所述冷凝器和中压处理区的所述冷凝区之间的连接装置，将来自尿素回收区的所述冷凝器的循环氨基甲酸铵加入中压处理区的所述冷凝区；以及
-中压处理区的所述离解器和低压尿素回收区的所述分解器之间的连接装置，将来自所述处理区的离解器的尿素水溶液加入尿素回收区的所述分解器；
根据本发明的实施方案，所述中压处理区的冷凝区包括单个冷凝器。
根据本发明的另一实施方案，所述中压处理区的冷凝区包括第一冷凝器和第二冷凝器，而且该一体化设备进一步包括：
-所述三聚氰胺合成区和中压处理区的所述第一冷凝器之间的连接装置，将来自所述三聚氰胺合成区的所述排出气体加入中压处理区的所述第一冷凝器；
-尿素回收区的所述冷凝器和中压处理区的所述第一冷凝器之间的连接装置，将来自尿素回收区的所述冷凝器的循环氨基甲酸胺加入中压处理区的所述第一冷凝器；
-中压处理区的所述第一冷凝器和所述第二冷凝区的连接装置，将来自所述第一冷凝器的氨基甲酸盐水溶液加入所述第二冷凝器；
-中压处理区的所述离解器和所述第二冷凝器之间的连接装置，将来自所述离解器的、含有氨气、二氧化碳和水的蒸汽相加入中压处理区的所述第二冷凝器；
下面将通过以非限定性实施例方式给出的两个优选实施方案，并结合附图对本发明的尿素和三聚氰胺一体化生产方法的其它特点和优点作进一步阐述。
附图说明
-图1是实现本发明一个实施例的尿素和三聚氰胺的一体化设备的示意图；
-图2是实现本发明另一个实施例的尿素和三聚氰胺的一体化设备的示意图。
具体实施方式
参见图1，数字1表示根据本发明生产尿素和三聚氰胺的一体化设备的整体示意图；一体化设备1包括制备三聚氰胺的设备40和制备尿素的设备10。
只要三聚氰胺设备释放的排出气体的压力至少为10巴(中压)，本发明的三聚氰胺设备40就可为低压催化型(catalytic low pressuretype)(高达70巴)，或高压非催化型(non-catalytic high pressure type)(高于70巴)，设备40包括低压或高压三聚氰胺合成区，其整体表示为数字41。
优选但不唯一，本发明的三聚氰胺设备40是高压非催化型，其中作为三聚氰胺合成的副产品：排出气体的压力为10-70巴，优选20-30巴。当然本发明三聚氰胺设备释放的排出气体也可以依据三聚氰胺的制备压力，具有更高的压力。
本发明的尿素设备10为全循环型(total recycle type)，根据本发明的第一方面，包括在预设高压运行(至少120巴，一般为约130-260巴)的合成区11；在中压运行(优选10-70巴)的中压区；以及在预设低压(约2-10巴)运行的尿素回收区21；所述区11，16和21相互流体连通。
在本发明的一体化方法中，用于制备尿素的氨气N和二氧化碳C进入适当的合成区11，在图1的示例中，尿素合成区包括单个反应器R。
具体的说，根据该实施例，将氨气N通过冷凝器12加入反应器R，将二氧化碳C依次经过汽提塔13和冷凝器12加入反应器R。
合成区11(反应器R)，冷凝器12，汽提塔13，以及清洗器14(将在下文中详细描述)都在同样高的压力下运行，从而组成了本发明方法的高压合成循环(H.P.Loop)。
在反应器R中，或者说在合成区11，氨气和二氧化碳在上述预设压力(如130-170巴)和预设高温(如160-200℃)进行反应，自反应器R得到含有尿素，氨基甲酸铵和氨气的水溶液。
将反应器R排出的含有尿素，氨基甲酸铵和氨气的水溶液的一部分以本领域常规方法，如通过阀15进行适当降压，加入在预设中压，如10-70巴，优选15-30巴，更优选18-20巴运行的处理该水溶液的处理区16中。
为回收氨基甲酸铵和氨气，将经过适当降压的含有尿素，氨基甲酸铵和氨气的部分水溶液加入处理区16中的中压离解器17中进行离解，得到尿素水溶液和含有氨气、二氧化碳和水的蒸汽相。具体的说，含有尿素，氨基甲酸铵和氨气的部分水溶液在离解器17中经过热离解。
将这样得到的含有氨气、二氧化碳和水的蒸汽相以下述方式加入处理区16的中压冷凝器18中进行冷凝。
在图1的示例中，中压处理区16的冷凝单元18包括单个冷凝器18a。
根据本发明的另一方面，尿素和三聚氰胺的一体化制备方法提供了有利的步骤：将处理区16的中压离解器17的离解得到的尿素水溶液加入尿素回收区21的分解器22中，所述尿素回收区21在预设低压，如1.5-9.5巴，优选3-5巴运行。
为此目的，离解器17排出的尿素水溶液可通过本领域常规方式，如阀门20进行适当降压。
具体的说，如本发明图1的优选实施方案所示，将处理区16的中压离解器17排出的尿素水溶液直接加入尿素回收区21的分解器22。
另外，仍根据图1的示例，优选和有利的，将部分二氧化碳C进料加入低压尿素回收区21的冷凝器23中。
为此目的，所述送入冷凝器23的部分二氧化碳C进料以本领域常规方式，如通过阀30降压。
在低压尿素回收区21的分解器22中，来自中压处理区16的离解器17的尿素水溶液经过分解，得到浓缩尿素溶液U和包含氨气、二氧化碳和水的第二蒸汽相。
有利的是，浓缩尿素溶液U，如尿素浓度为60-80％，存在于尿素回收区21的分解器22中，并用作三聚氰胺设备40的至少一部分反应物。
可选的，将尿素以熔融尿素的状态加入三聚氰胺合成区41，所述熔融尿素来自位于尿素回收区的下游尿素终处理区(未示出)。
为此目的，浓缩尿素溶液，或其中一部分通过管线34加入三聚氰胺合成区41。见图1示例，不是所有产自设备10的尿素都用于三聚氰胺合成，因此只有部分浓缩尿素溶液经过该方法的尿素终处理步骤(现有技术，未示出)，如在真空进行分解步骤并得到颗粒状或丸状的熔融尿素。
为控制三聚氰胺的合成，区41也可以采用其他的氨气管，如图1所示的管线42进行加料。
自三聚氰胺合成区41释放出的三聚氰胺溶液，通过管线43以进行进一步处理，如冷却(未示出)，将三聚氰胺转化为粉末并排出一体化设备1。
相反，由区41得到的基本由二氧化碳和氨气组成的排出气体，作为合成三聚氰胺的副产品，通过管线32离开所述区41。通常，在离开三聚氰胺合成区41之前，将排出气体利用加入的浓缩尿素溶液适当清洗(scrubbed)(未示出)，以去除该气体中可能夹带的液体三聚氰胺。
根据本发明的一体化方法的另一方面，有利的是：自尿素回收区21的分解器22得到的含有氨气、二氧化碳和水的第二蒸汽相被送入同一区21的冷凝器23，经过冷凝，得到循环氨基甲酸盐水溶液。
优选的，如图1的示例所示，含有氨气、二氧化碳和水的第二蒸汽相与加入冷凝器23的二氧化碳进料一起进行冷凝。
含有30-80wt％冷凝水的适量氨基甲酸盐水溶液W(碳酸盐)也加入低压尿素回收区21的冷凝器23中，使第二蒸汽相和二氧化碳进料C分别冷凝为氨基甲酸铵。
根据现有技术(图1未示出)，氨基甲酸盐水溶液W(碳酸盐)一般来自处理区的冷凝液和/或来自液氨储槽。
根据本发明，如图1示例所示，根据本方法，自低压尿素回收区21的冷凝器23得到的循环氨基甲酸盐水溶液加入中压处理区16的冷凝器18a，冷凝来自中压离解器17的含有氨气、二氧化碳和水的蒸汽相，以及三聚氰胺设备40的三聚氰胺合成区41释放出的排出气体。
为此目的，将所述排出气体通过所述管线32加入中压区16的冷凝器18a，而所述来自离解器17的蒸汽相和所述循环氨基甲酸盐水溶液分别通过管线31和33加入冷凝器18。
优选的，中压区16的冷凝器18a实际上在与排出气体相同的压力运行，所述排出气体由三聚氰胺合成区41释放。
当来自三聚氰胺合成区41的排出气体的压力高于来自尿素回收区16的循环氨基甲酸盐水溶液的压力时，如图1所示，将后者通过第一压缩区24进行压缩，达到所述排出气体的压力，如达到中压处理区16的冷凝器18的运行压力。
根据本发明未示出的另一实施方案，在中压处理区16的冷凝器18a进行的冷凝步骤是双重效果类型，其中，冷凝热不是消散在冷却液(通常为冷却水)中，而是用于下一步冷凝，冷凝由低压尿素回收区的分解器22排出的浓缩尿素溶液U。
当冷凝蒸汽相的得到的冷凝热通过间接的热交换传到浓缩尿素溶液，可使仍存在与所述溶液中的部分氨基甲酸铵、氨气和水分解并随后分离，进一步浓缩其中的尿素。
在图1示例中，存在于中压冷凝器18a的浓缩氨基甲酸盐水溶液在第二压缩区19，以常规方式进行适当压缩，并通过清洗器14和高压冷凝器12，循环至高压尿素合成区11的反应器R再利用。
根据本发明未示出的其他实施方案，至少一部分排出中压冷凝器18a的氨基甲酸盐水溶液经适当压缩后，直接加入高压冷凝器12，然后流入反应器R。
反应器R排出的而且未加入中压处理区16的，含有尿素，氨基甲酸铵的氨气的剩余部分水溶液，在本发明的高压圈(high pressureloop)经过回收其中的氨基甲酸铵和氨气的阶段。
具体的说，合成区11的反应器R排出的含有尿素，氨基甲酸铵的氨气的剩余部分水溶液加入高压气提塔13，利用二氧化碳进料C进行分解和气提，所制备的氨气和二氧化碳在高压冷凝器12中再冷凝(部分)成氨基甲酸铵，以氨基甲酸铵的形式循环到尿素合成区11的反应器R中。
来自气提塔13的氨气和二氧化碳在高压冷凝器12中的冷凝是通过该气体吸附氨气进料N(液体)和通过清洗器14、来自中压处理区16的冷凝器18、经过适当压缩的氨基甲酸盐溶液发生的。
自气提塔13得到的含有尿素，氨基甲酸铵和氨气的水溶液，随着上述分解和利用CO2气提步骤，经采用常规技术，如通过阀25适当降压至尿素回收区21的运行压力，加入该区21的低压分解器22中，在此，该溶液与来自中压处理区16的离解器17的尿素溶液一起，经过分解，得到上述浓缩尿素溶液U和含有氨气、二氧化碳和水的第二蒸汽相。
在尿素合成区11，或更确切的说在反应器R中的蒸汽相中未反应的二氧化碳、氨气和水被用来排出后者并加入高压清洗器14。这些蒸汽一般还含有存在于二氧化碳进料C中的惰性气体(如空气)。
上述蒸汽在清洗器14中由来自中压处理区16的冷凝器18a，并经适当压缩的氨基甲酸盐水溶液进行清洗，以回收其中的二氧化碳和氨气，并分离惰性气体。将如此分离的惰性气体，以常规方式，如通过阀26释放到空气中，此外还对其适当降压；可选的，该惰性气体也可以循环到设备10的其他部分(未示出)。另一方面，吸收在来自冷凝器18的氨基甲酸盐水溶液中的二氧化碳和氨气，通过高压冷凝器12循环到尿素合成区11，或更确切的说循环到反应器R再利用。
参见图2，以数字110表示以本发明的另一实施方案制备尿素和三聚氰胺的一体化设备的整体示意图。
在一体化设备110中，与上述一体化设备1相应组件功能上或结构上相同的组件赋予了相同的参考数字，而且为简单起见，不再详述
一体化设备110与上述设备1不同之处在于：尿素设备10的中压处理区16的冷凝单元18包括相互流体连通的第一冷凝器18b和第二冷凝器50，以代替单个冷凝器。
此外，中压处理区16的第一冷凝器18b中，通过管线32加入来自三聚氰胺设备的合成区41的排出气体，通过管线33加入来自尿素回收区21的冷凝器23的循环氨基甲酸盐溶液；而将来自离解器17的蒸汽相，通过管线31加入中压处理区16的第二冷凝器50中。
第二冷凝器50中，所述蒸汽相通过所述浓缩氨基甲酸盐水溶液冷凝，该浓缩氨基甲酸盐水溶液自第一冷凝器18b的排出气体冷凝过程得到，并通过管线51加入第二冷凝器中。
然后在第二冷凝器50的出口得到进一步冷凝的氨基甲酸盐溶液，它以上述参见一体化设备1的方式循环到尿素合成区11。
优选的，在一体化设备110中，在中压处理区16的冷凝器18a进行的冷凝步骤是双重效果类型，其中，冷凝热不是消散在冷却液(通常为冷却水)中，而是有利地用于下一步冷凝，冷凝由低压尿素回收区的分解器22排出的浓缩尿素溶液U。
在上述一体化设备中，图1和2中以27-29，31-34，39，42，43和51标明的管线是常规的管道和/或管的示意图。
根据本发明的方法，通过加入向低压尿素回收区21的冷凝器23加入占所有加入设备10的二氧化碳的1-5wt％，优选2-3wt％，也可以得到特别有利的结果。
此外，送入中压反应处理区16的含有尿素，氨基甲酸铵和氨气的部分水溶液优选包含10-50wt％，更优选包括10-25wt％的来自尿素合成区11的水溶液。
参见图1和图2，本发明方法所述的尿素和三聚氰胺一体化制备设备1和110的结构特征将在此详细说明。
根据本发明，一体化设备1和110都包括尿素生产设备10，其包括高压尿素合成区11，处理所述合成区11制备的部分尿素溶液、含有离解器17和冷凝单元18的中压处理区16，以及含有分解器22和冷凝器23的低压尿素回收区21。所述11、16和21区相互流体连通连接；三聚氰胺设备40包括三聚氰胺合成区41，其中排出气体作为三聚氰胺合成的副产品被以至少2巴的压力排出该设备40，循环到所述高压尿素合成区再利用。
一体化设备1和110还包括：
-在所述三聚氰胺合成区41和中压区16的所述冷凝区18之间的连接装置32，以将所述来自所述三聚氰胺合成区41的排出气体加入中压区16的所述冷凝区18。
-在尿素回收区21的所述冷凝器23和中压区16的所述冷凝区18之间的连接装置33，以将所述来自尿素回收区21的所述冷凝器23的循环氨基甲酸铵加入中压区16的所述冷凝区18；以及
-在中压处理区的所述离解器17和低压尿素回收区21的所述分解器22之间的连接装置29，以将所述处理区16离解得到的尿素水溶液加入尿素回收区21的所述分解器。
根据本发明的一个实施方案，所述中压处理区的冷凝区包括单个冷凝器。
设备1和110还包括所述离解器17和中压处理区的所述冷凝单元18之间的连接装置31，以将来自所述离解器17的含有氨气、二氧化碳和水的蒸汽相加入到中压处理区的所述冷凝器18。
在设备1和110中，所述连接装置实际上可由常规的管道和/或管组成。
设备1和110还包括位于尿素回收区21的冷凝器23和中压区16的所述冷凝单元18之间并与它们相互流体连通的第一压缩区24，以压缩来自尿素回收区21的所述冷凝器23的循环氨基甲酸盐溶液，使其压力与中压处理区16的所述冷凝单元18的运行压力相符；还有位于中压区16的所述冷凝单元18和所述高压尿素合成区11之间并与它们相互流体连通的第二压缩区19，以压缩来自中压区16的所述冷凝单元18的浓缩氨基甲酸盐溶液，使其压力与所述高压尿素合成区11的运行压力相符。
在设备1和110中，所述第一压缩区24和所述第二压缩区19至少包括一个常规泵。
根据本发明的一个实施方案(图1的一体化设备1)，中压处理区16的冷凝单元18包括一个冷凝器18a。
根据本发明的另一个实施方案(图2的一体化设备110)，中压处理区16的冷凝单元18包括第一冷凝器18b和第二冷凝器50。此外，一体化设备110还包括：
-所述三聚氰胺合成区41和中压处理区16的所述第一冷凝器18b之间的连接装置32，以将所述来自所述三聚氰胺合成区41的排出气体加入中压区16的所述冷凝器18b；
-在所述尿素回收区21的冷凝器23和中压区16的所述第一冷凝器18b之间的连接装置33，以将所述来自尿素回收区21的所述冷凝器23的循环氨基甲酸铵加入中压区16的所述冷凝器18b；
-中压处理区的所述第一冷凝器18b和所述第二冷凝器50之间的连接装置51，以将来自第一冷凝器18b的氨基甲酸盐水溶液加入所述第二冷凝器50；以及
-在中压处理区的所述离解器17和中压处理区16的所述第二冷凝区50之间的连接装置，以将来自所述离解器17的含有氨气、二氧化碳和水的蒸汽相加入中压处理区的所述第二冷凝器50。
此外，本发明的一体化设备1和110还包括：中压处理区16的所述单个冷凝器18或所述第二冷凝器50和所述尿素合成区11之间的连接装置39，以将来自单个冷凝器18或所述第二冷凝器50的氨基甲酸盐溶液加入所述尿素合成区11；还有将二氧化碳进料C加入低压尿素回收区21的所述冷凝器23的连接装置27。
优选的，在图1的设备1中，中压处理区16的单个冷凝器18a包括常规管束(热交换器)，其管程与低压尿素回收区21的所述分解器22排出的浓缩尿素溶液U流体连通；其壳程与中压处理区16的所述离解器17排出的含有氨气、二氧化碳和水的蒸汽相、与来自三聚氰胺合成区41的排出气体、以及低压尿素回收区21的所述冷凝器23排出的循环氨基甲酸盐水溶液流体连通。
优选的，在图2的设备110中，中压处理区16的第一冷凝器18b包括常规管束(热交换器)，其管程与低压尿素回收区21的所述分解器22排出的冷凝的尿素溶液U流体连通；其壳程与与来自三聚氰胺合成区41的排出气体、以及低压尿素回收区21的所述冷凝器23排出的循环氨基甲酸盐水溶液流体连通。
从以上描述可以清楚地看出，本发明的尿素和三聚氰胺的一体化制备方法解决了技术难题，并获得了很多优势。第一个优势在于在高压圈中，特别是在尿素合成区可以获得很高的完全转化率，如58％-62％的转化率；即使改造现有的大容量一体化设备，如尿素产量为3000到4500公吨/天的尿素设备，也可达诸如58％-62％的转化率。
另一优势在于进一步冷凝的氨基甲酸盐水溶液可循环到尿素设备的合成区再利用，得到更高的尿素转化率；由于通过采用包含在循环氨基甲酸盐水溶液中的少量水进行排出气体的冷凝，可减少能源消耗，该循环氨基甲酸盐水溶液是在尿素设备的尿素回收区获得的并一定会循环到尿素高压合成区再利用。
另一优势在于，与现有技术的方法相比，由于本发明，特别是本发明的高转化率，降低高压合成循环以及低压尿素回收区的能源消耗成为可能。由此可以看出，与现有技术的方法相比，以同样的能源消耗和组成尿素生产设备的同样大小的装置，本发明的方法能获得更高的产量，换言之，相同的产量下，与能得到该产量的现有技术的方法需要的设备相比，实施本发明方法所用的设备尺寸更小，因此更经济，更节约操作成本。
此外，该过程的驱动特别简单和可靠，并无需大量的投资成本。
在本发明所获得的很多优势中，为了达到提高尿素设备的产量和产率、降低相应能耗的目的，根据本发明的方法改造现有设备也是值得的。
当然，为满足特定和偶发的需要，本领域的技术人员对上述尿素和三聚氰胺一体化制备方法所进行各种修改和改变，均落入由下述权利要求所限定的本发明的保护范围内。

Claims (21)

1、尿素和三聚氰胺的一体化制备方法，其中，尿素由包括可从中获得含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的水溶液的高压尿素合成区和低压尿素回收区的尿素设备制备；三聚氰胺由三聚氰胺设备制备，该设备以中压排出作为三聚氰胺合成副产品的排出气体，并将其循环至所述高压尿素合成区，该方法的特征在于，还包括步骤：
-将至少部分所述的来自所述尿素合成区的含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的水溶液加至尿素设备的中压处理区中，以回收其中的氨基甲酸铵和氨气；
-使所述含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的部分水溶液在所述中压处理区离解，得到尿素水溶液以及含有氨气、二氧化碳和水的蒸汽相；
-将在所述处理区离解得到的所述尿素水溶液加至在预设低压运行的尿素回收区的分解器中；
-使所述尿素水溶液在所述尿素回收区的所述分解器中分解，得到浓缩尿素溶液和含有氨气、二氧化碳和水的第二蒸汽相；
-使所述第二蒸汽相在所述尿素回收区的、与所述分解器流体连通的冷凝器中冷凝，得到循环氨基甲酸铵水溶液；
-将来自所述三聚氰胺设备的所述排出气体，以及所述循环氨基甲酸铵溶液加至尿素设备的所述中压处理区的冷凝区；
-采用所述循环氨基甲酸铵水溶液，在中压处理区的冷凝单元中冷凝所述排出气体，得到浓缩氨基甲酸铵水溶液；
-将所述氨基甲酸盐水溶液循环至高压尿素合成区再利用。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，尿素设备的所述中压处理区在大体等于或小于所述排出气体的压力下运行。
3、如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，将所述来自尿素回收区的循环氨基甲酸盐溶液直接加至所述中压处理区来冷凝所述排出气体。
4、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在将来自尿素回收区的所述循环氨基甲酸盐溶液加入到所述冷凝区之前，将其压缩，使压力基本上符合冷凝所述排出气体的所述中压处理区的运行压力。
5、如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，在将来自于中压处理区的所述冷凝单元的所述浓缩氨基甲酸盐水溶液加入到所述尿素合成区之前，将其压缩，使其压力基本上符合所述尿素合成区的运行压力。
6、如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，中压处理区的所述冷凝单元包括单个冷凝器，还进一步包括步骤：
-将含有氨气、二氧化碳和水的蒸汽相、所述排出气体以及所述循环氨基甲酸铵溶液加至中压处理区的所述单个冷凝器中；
-采用所述循环氨基甲酸铵溶液，在所述中压处理区的所述单个冷凝器中冷凝含有氨气、二氧化碳和水的所述蒸汽相和所述排出气体，得到浓缩氨基甲酸铵水溶液；以及
-将所述浓缩氨基甲酸铵水溶液再循环至所述高压尿素合成区。
7、如权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，中压处理区的所述冷凝单元包括相互流体连通的第一冷凝器和第二冷凝器，且该方法进一步包括步骤：
-将来自所述三聚氰胺设备的所述排出气体，以及所述循环氨基甲酸铵溶液加入尿素设备的中压处理区的第一冷凝器中；
-采用所述循环氨基甲酸盐溶液，在中压处理区的所述第一冷凝器中冷凝所述排出气体，得到第一浓缩氨基甲酸铵水溶液；
-将所述第一浓缩氨基甲酸铵水溶液加入中压处理区的所述第二冷凝器；
-将离解含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的部分水溶液得到的所述含有氨气、二氧化碳和水的蒸汽相加至中压处理区的所述第二冷凝器中；
-采用所述第一浓缩氨基甲酸铵水溶液，在中压处理区的所述第二冷凝器中冷凝含有氨气、二氧化碳和水的所述蒸汽相，得到第二浓缩氨基甲酸铵水溶液；以及
-将所述第二浓缩氨基甲酸铵水溶液再循环至所述高压尿素合成区。
8、如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，还进一步包括步骤：
-将二氧化碳加入所述尿素回收区的所述冷凝器中；
-所述二氧化碳和所述第二蒸汽相在所述尿素回收区的所述冷凝器中冷凝，得到循环氨基甲酸铵水溶液。
9、如权利要求8所述的方法，其特征在于，将占二氧化碳进料总量的1-10wt％的二氧化碳加入所述尿素回收区的所述冷凝器中。
10、如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，加入所述中压运行的处理区的含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的部分水溶液为从所述合成区得到的含有尿素、氨基甲酸铵和氨气的所述水溶液的10-50％。
11、如上述任一权利要求所述的方法，其特征在于，处理区的所述中压是10-70巴。
12、生产尿素和三聚氰胺的一体化设备(1，110)，其特征在于，尿素由包括高压尿素合成区(11)、含有分解器(22)和冷凝器(23)的低压尿素回收区(21)的尿素设备(10)制备，所述区(11，16，21)相互流体流通；三聚氰胺由三聚氰胺设备(40)制备，合成三聚氰胺时的副产品排出气体并循环到所述高压尿素合成区(11)，设备(1，110)的特征在于，进一步包括：
-处理由所述合成区(11)制备的部分尿素溶液，包括离解器(17)和冷凝单元(18)的尿素设备(10)的中压处理区(16)；
-在所述三聚氰胺合成区(41)和中压处理区(16)的所述冷凝单元(18)之间的连接装置(32)，以将所述来自所述三聚氰胺合成区(41)的排出气体加入中压区(16)的所述冷凝单元(18)；
-在尿素回收区的所述冷凝器(23)和中压处理区(16)的所述冷凝单元(18)之间的连接装置(33)，以将所述来自尿素回收区(21)的所述冷凝器(23)的循环氨基甲酸铵加入中压处理区(16)的所述冷凝单元(18)；以及
-在中压处理区(16)的所述离解器(17)和低压尿素回收区(21)的所述分解器(22)之间的连接装置(29)，以将在所述处理区(16)离解得到的尿素水溶液加入尿素回收区的所述分解器(23)。
13、如权利要求12所述的一体化设备(1，110)，其特征在于，还包括中压处理区(16)的所述离解器(17)和所述冷凝单元(18)之间的连接装置(31)，以将来自中压处理区的所述离解器(17)的含有氨气、二氧化碳和水的蒸汽相加入到所述冷凝器(18)。
14、如权利要求12或13所述的一体化设备(1，110)，其特征在于，还包括位于尿素回收区(21)的冷凝器(23)和中压区(16)的所述冷凝单元(18)之间并与它们相互流体连通的第一压缩区(24)，以压缩来自尿素回收区(21)的所述冷凝器(23)的循环氨基甲酸盐溶液，使其压力与中压处理区(16)的所述冷凝单元(18)的运行压力相符。
15、如权利要求12或13所述的一体化设备(1，110)，其特征在于，还包括位于中压处理区(16)的所述冷凝单元(18)和所述高压尿素合成区(11)之间并与它们相互流体连通的第二压缩区(19)，以压缩来自中压处理区(16)的所述冷凝单元(18)的浓缩氨基甲酸盐溶液，使其压力与所述高压尿素合成区(11)的运行压力相符。
16、如权利要求12-15任一所述的一体化设备(1，110)，其特征在于，还包括将二氧化碳进料(C)加至低压尿素回收区(21)的所述冷凝器(23)中的连接装置(27)。
17、如权利要求12-16任一所述的一体化设备(1，110)，其特征在于，中压处理区(16)的冷凝单元(18)包括单个冷凝器(18a)。
18、如权利要求17所述的一体化设备(1)，其特征在于，中压处理区(16)的单个冷凝器(18a)包括常规的管束，其管程与低压尿素回收区(21)的分解器(22)排出的浓缩尿素溶液(U)流体连通；其壳程与中压处理区(16)的所述离解器(17)排出的含有氨气、二氧化碳和水的蒸汽相、与来自三聚氰胺合成区(41)的排出气体、以及低压尿素回收区(21)的冷凝器(23)排出的循环氨基甲酸盐水溶液流体连通。
19、如权利要求12-16任一所述的一体化设备(110)，其特征在于，中压处理区(16)的冷凝单元(18)包括第一冷凝器(18b)和第二冷凝器(50)，且进一步包括：
-所述三聚氰胺合成区(41)和中压处理区(16)的所述第一冷凝器(18b)之间的连接装置(32)，以将来自所述三聚氰胺合成区(41)的所述排出气体加至中压处理区(16)的所述冷凝器(18b)中；
-在所述尿素回收区(21)的冷凝器(23)和中压处理区(16)的所述第一冷凝器(18b)之间的连接装置(33)，以将来自尿素回收区(21)的所述冷凝器(23)的循环氨基甲酸铵水溶液加至中压处理区(16)的所述冷凝器(18b)中；
-中压处理区(16)的所述第一冷凝器(18b)和的所述第二冷凝器(50)之间的连接装置(51)，以将来自第一冷凝器(18b)的氨基甲酸盐水溶液加至所述第二冷凝器(50)中；以及
-在中压处理区(16)的所述离解器(17)和所述第二冷凝区(50)之间的连接装置，以将中压处理区的来自所述离解器(17)的含有氨气、二氧化碳和水的蒸汽相加至所述第二冷凝器(50)中。
20、如权利要求19所述的一体化设备(110)，其特征在于，中压处理区(16)的第一冷凝器(18b)包括常规的管束，其管程与低压尿素回收区(21)的所述分解器(22)排出的浓缩尿素溶液(U)流体连通；其壳程与来自三聚氰胺合成区(41)的排出气体、以及低压尿素回收区(21)的冷凝器(23)排出的循环氨基甲酸盐水溶液流体连通。
21、如权利要求12-19任一所述的一体化设备(1，110)，其特征在于，进一步包括：中压处理区(16)的所述单个冷凝器(18a)或所述第二冷凝器(50)和所述尿素合成区(11)之间的连接装置(39)，以将来自单个冷凝器(18a)或所述第二冷凝器(50)的氨基甲酸盐溶液加至所述尿素合成区(11)中。
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