专利名称：以脱水载带制备尿素包裹体的方法
技术领域：
本发明涉及含尿素肥料的领域，特别涉及以脱水载带制备尿素包裹体的方法。
尿素合成工业，自60年代起，兴起水溶液全循环法。在此基础上，又陆续开发出了《改良C法》和《CO2汽提法》，并据此，形成了现代尿素合成工业的大型和中型生产成套设备，一直延用至今。几十年来，虽然在设备大型化改造，新结构的和耐腐蚀材料的大量应用，以及微机集中控制和生产过程自动化等方面，已经取得了长远进展，成为世界氮肥工业的主导潮流。但是，这一切都是基于尿素的水溶液平衡合成反应，所以，不可避免地会存在下述缺点和问题。
1)由液氨与CO2气体直接合成尿素的反应
是一个可递的放热反应。水溶液全循环法等毫无例外，都是以反应物料与反应产物达到化学平衡为其反应终点，而影响这一化学平衡的因素很多，例如进料的NH3/CO2(分子比)、反应的压力、温度、水碳比(H2O/CO2分子比)、二氧化碳平衡转化率.合成塔闪流体力学条件(防止返混)等，都必须进行优化控制，才能使尿素的实际转化率接近平衡转化率，所以，合成塔中尿素合成转化率一般只有50-70％(以二氧化碳计)。
2)未转化成尿素的原料气和中间产物氨基甲酸铵(简称甲铵)需经气液分离、CO2汽提分解甲铵、低温吸收、变温增压、才能重新返回尿素合成塔进行循环，达到充分利用原料和甲铵的目的，但由于这一回收循环过程，却增加了大量生产设备、运行费用和能耗，因而，也就大幅度提高了尿素的生产成本。
3)在尿素合成的早期，引入适量水份，这有利于作为中间产物的氨基甲酸铵的生成。但甲铵脱水生成尿素的过程，又会使水不断增加，反过来又会抑制甲铵的分解，因此，使这后一反应速度减缓，以至成为控制反应。现在的问题是水溶液全循法、改良C法、CO2汽提法尿素合成流程在其合成工段都没有反应产物、即水和尿素的脱除机制，所以，尿素合成反应不可能进行到底，同时，也降低了经气液分离等复杂工序获得的尿素水溶液的浓度。该水溶液须闪蒸和多级蒸发浓缩处理，才能得到尿素的熔融液，再往造粒塔造粒，无形中，拉长了尿素的生产流程。虽然，水的引入会使生产流程得以完善，实现全流程的液相流动输送和原料气的充分利用，但这是造扩大能耗、运行费用和增加许多设备换来的。
4)流程产生的工艺废水和废气必须处理以后才能排放。
5)生产过程过于复杂，设备多，要求严格控制的参数和掌握的操作多，因而，所需训练有素的技术人员就多。否则，设备故障、生产事故难以避免。所以，生产的效率和产品成本的高低，在很大程度上，取决于员工的整体操作和运行水平，而这并不容易达到。
5)设专门的造粒进行尿素造粒。
本发明目的在于提供一种以脱水载带制备尿素包裹体的方法，用来改进现有技术生产尿素的复杂工艺和庞大设备，即设法把液氨和二氧化碳生产氨基甲酸铵以及氨基甲酸铵脱水缩合为尿素这样的可逆反应体系中的水和尿素不断分离出去，使可逆反应向生成尿素的方向加速进行，达到一次反应到底的要求，从而缩短生产流程，减少设备数量，降低造价和运行费用，提高生产效率，降低尿素生产成本，同时减少废水，以有利于环保。
本发明以脱水载带制备尿素包裹体方法的目的是这样实现的所述方法包括有尾气回收工序，其特征在于a)在尿素合成系统的氨基甲酸铵反应段内液氨和二氧化碳在水溶液中反应生成氨基甲酸铵，二氧化碳和液氨分别以20MPa和≥20MPa从容器底部压入，投料的分子比为NH3∶CO2∶H2O＝2∶1∶(0.25-0.5)在该段容器内的温度由反应物料的反应热提供，不再须外来能源补充，该段容器内温度分布自上而上从底部的135℃到热点～200℃，含氨基甲酸铵的溶液在塔温最高温度即热点上端通过横管溢流到脱水载带段容器中；b)在尿素合成系统的脱水载带段容器内，粒状脱水剂从脱水载带段容器的顶部被连续喷洒下来，所述粒状脱水剂进入液相开始边沉降边吸附氨基甲酸铵，使氨基甲酸铵脱水缩合成生成尿素，尿素吸附在粒状脱水剂外形成尿素包裹体，由于氨基甲酸铵脱水缩合生成尿素的反应是微弱的吸热反应，所以在脱水载带段容器中的温度从上到下为～200℃至135℃左右，尿素包裹体从容器底部沉淀出来；c)收集尿素包裹体及抽真空将尿素包裹体收集在球体收集器内，对其抽真空，以便脱除少量所吸附氨和二氨化碳原料气，抽出的该原料气送入回收工序，予以回收；d)在滚筒均粒干燥器内进行粒度调整及干燥，最后可得到成品尿素包裹体。
e)本发明所述脱水剂是中性无水泡花碱和中性无水泡花碱钾盐，所述脱水剂粒经为0.20-1.0mm，脱水剂的被喷洒速度为1.0-1-公斤/分钟。
本发明具有良好效果生产流程短，从而相应设备的数量少、设备造价和作业运行费用低廉，生产效率高，产品成本低，产品尿素包裹体在施用后能防止尿素自然流失；本发明方法无废水产生，有利于环保，此外，本发明方法对原料液氨和二氨化碳的纯度适应性强，简言之，粗料、精料都能用，作业又容易掌握，所以既适合大型氮肥厂的技术改造，也更适合中、小型化肥厂产品的更新换代。
以下结合附图及其实施例对本发明进行详细说明。
附
图1是本发明方法流程图。
如附图1所示，本发明尿素合成系统由串联的甲铵反应段和脱水载带段组成，在图中以虚线表示，其中本发明先在甲铵反应段容器内由流氨和二氧化碳在水溶液中反应生成氨基甲酸铵，二氧化碳和液氨分别从容器底部以20MPa和≥20MPa压入，投料分子比为NH3∶CO2∶H2O＝2∶1(0.25-0.5)可见、液氨和二氧化碳化学反应的分子比2∶1投料，而现有技术则用二者分子比大于2，一般达到4∶1，因此，本发明方法能节约液氨的投料，从而节约尿素制造成本。在甲铵反应段容器内的温度完全靠液氨与二氧化碳生成甲铵的放热反应的热就足够维持，不须其它补充能源，甲铵反应段容器内自下而上从底部135℃到热点的200℃，含甲铵按以及未反应的氨和二氨化碳的溶液在容器中最高温度处即热点的上端溢流到脱水载带段容器中，在其中进行尿素的合成的同时，粒状脱水剂从脱水载带段容器顶部连续喷洒，粒状吸水剂入液相开始边沉降边吸附水也吸附甲铵，由于吸水剂对水有强烈的亲合作用，导致进入脱水剂表面的液态甲铵被迅速脱水而生成尿素，并附在脱水剂颗粒表面与脱水剂一起沉降，离开反应体系，所以尿素转化率不再依赖压力维持系统内NH3-H2O的饱含平衡来消除水对甲铵脱水而生成尿素反应的抑制作用。在脱水载带段内，甲铵脱水生成尿素反应是一个弱的吸热反应，所以脱水剂在脱水载带段内自上而下运动的过程中，在颗粒表面上不断析出尿素的同时，整个颗粒的温度也下降到尿素的凝固点以下。直到形成球形的尿素包裹体，从反应器底部排出，在脱水载带段容器中的温度从上部到下为～200℃到135℃左右。由于作为尿素合成反应的最终产物的水和尿素都被脱水剂颗粒吸收和载带，尿素从液相进入固相，并离开反应体系，从而打破该可逆反应的平衡状态，使反应向尿素生成的方向加速进行。这种加速作用是靠脱水剂促使甲铵分子迅速脱水而生成尿素达到的。恰恰这一反应是决定尿素合成总反应速度的控制反应。解决了这个控制反应就等于提高尿素生产的速度和产量，而更重要的是使尿素合成反应一次进行到底，从现有技术合成塔中尿素的转化率的50-70％，一次达到现有的～100％。因此，可对现有技术尿素生产流程进行大刀阔斧的改造，不再需要甲铵的高压和低压分解工序，不再需要二氧化碳汽提工序，以及各种转换器等构成的甲铵回收和循环操作，也即可将现有技术中从尿素合成塔以后的生产流程几手砍掉2/3。
随后将尿素包裹收集并进行真空处理，以便脱除少量吸附的氨和二氧化碳原料气，送入回收段予以回收。再将经真空处理的尿素包裹体在滚筒均粒干燥机内进行产品粒度调整和干燥以便脱去部分水，即可得到成品尿素包裹体。因此，本发明只用简单的滚筒均粒干燥机就代替了现有技术中的尿素溶液必须经过多次闪蒸，薄膜蒸发、熔融喷淋等一系列工序，并不再含有氨基甲酸铵和未反应的原料气。因此，本发明不再需要复杂庞大的回收循环系统。
本发明只安装一套简单的尾气回收装置，用于脱水载带段底部卸料收集装置内抽出气体的回收；产品粒度调整和滚筒干燥机排出尾气的回收和尿素合成装置超压排放出的气体的回收。气体回收数量很少，其中液态回收物质是甲铵水溶液，可回输甲铵合成段，加以利用。气相部份则以空气为主，经水洗后放空排放，所以，本发明没有废水排放，只有废气排放。因此，相应的设备也大为减少。
本发明所用脱水剂是经过中性化处理的无水泡花碱和无水泡花碱钾盐。上述无水泡水碱为碱性，用酸对其进行中和后形成中性后使用，其主要成分为硅酸-硅酸钠(钾)。在尿素包裹体的核心含有硅酸根对土壤、农作物是有利的，因为中国的土壤严重缺硅。在尿素包裹体核心的硅酸-硅酸钠(钾)在土壤中还可防止尿素从土壤流失。
本发明作为脱水剂的中性无水泡花碱和中性无水泡花碱(钾盐)的粒经为0.20-1.0mm，该脱水剂波喷洒速度为1.0-10公斤/分钟。
本发明方法所用主要设备是由串联的甲铵合塔和脱水载带塔组成，该甲铵合成塔是甲铵合成段的设备；该脱水载带塔是甲铵脱水载常段的设备，在甲氨反应塔的热点上端设有横向溢流管与脱水载带塔上端相联。在甲铵合成塔中液氨和二氧化碳在高温高压下反应生成氨基甲酸铵，该含有氨基甲酸铵及未反应的氨和二氧化碳水溶液流入脱水载带塔后，通过从上端喷洒下来的脱水剂使氨基甲酸铵脱水缩合成尿素，并形成尿素包裹体。在该脱水载带塔上端设有脱水剂振动喷洒器，以1.0-10公斤/分钟的喷洒速度喷洒粒经为0.5--1.0mm的脱水剂，所述脱水剂的例子是中性无水泡花碱硅酸-硅酸钠)以及中性无水泡花碱钾盐。在脱水载带塔下端设有尿素包裹体收集器，在该尿素包裹体收集器上设有真空泵，在该收集器之后设有滚筒均粒干燥机，尿素包裹体经粒度调整和干燥后即得成品。
实施例1使用中性无水泡花碱作脱水剂，在脱水载带塔的实际运行条件下，它的实测动态脱水率为0.45(重量比)。即每克中性无水泡花碱可从脱水载带段内的液相中，脱除0.45克水。
物料衡算
34446018一个年产1.5万吨尿素的工厂(按300天/年生产计算)，尿素日产量应为50吨，同时还会产生15吨水。需每天投料液氨28.3吨，CO236.7吨。
在24小时连续运行的条件下，要求投料流量为液氨1.18吨/小时CO21.53吨/小时尿素产率2.08吨/小时产水率0.53吨/小时实现脱水载带段内完全脱水，中性无水泡花碱的喷洒速度应保持0.63/0.45＝1.4吨/小时产品尿素包裹体球粒的产率应为2.08＋1.40＋0.63＝4.11吨/小时日产量为4.11×24＝98.6吨/日年产量为4.11×24×300＝2.94万吨/年该产品含尿素50.6％(重量)。
权利要求
1.以脱水载带制备尿素包裹体的方法，其中，尿素由二氧化碳和液氨在高温高压下合成制得，包括有尾气回收工序，其特征在于a)在尿素合成系统的氨基甲酸铵反应段内液氨和二氧化碳在水溶液中反应生成氨基甲酸铵，二氧化碳和液氨分别以20MPa和≥20MPa从容器底部压入，投料的分子比为NH3∶CO2∶H2O＝2∶1∶(0.25-0.5)在该段容器内由温度由反应物料的反应热提供，不再须外来能源补充，该段容器内温度分布自上而上从底部的135℃到热点～200℃，含氨基甲酸铵的溶液在塔温最高温度即热点上端通过横管溢流到脱水载带段容器中；b)在尿素合成系统的脱水载带段容器内，粒状脱水剂从脱水载带段容器的顶部被连续喷洒下来，所述粒状脱水剂进入液相开始边沉降边吸附氨基甲酸铵，使氨基甲酸铵脱水缩合成生成尿素，尿素吸附在粒状脱水剂外形成尿素包裹体，由于氨基甲酸铵脱水缩合生成尿素的反应是微弱的吸热反应，所以在脱水载带段容器中的温度从上到下为～200℃至135℃左右，尿素包裹体从容器底部沉淀出来；c)收集尿素包裹体及抽真空将尿素包裹体收集在球体收集器内，对其抽真空，以便脱除少量所吸附氨和二氨化碳原料气，抽出的该原料气送入回收工序，予以回收；d)在滚筒均粒干燥器内进行粒度调整及干燥，最后可得到成品尿素包裹体。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述脱水剂是中性无水泡花碱或中性无水泡花碱钾盐。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述脱水剂粒经0.20-1.0mm，脱水剂的被喷洒速度为1.0-10公斤/分钟。
全文摘要
本发明涉及以脱水载带制备尿素包裹体的方法。在甲铵合成段内液氨和二氧化碳在高温高压下的水溶液内反应生成氨基甲酸铵，在脱水载带段内加入粒状脱水剂，使氨基甲酸铵被脱水缩合而成尿素包裹体，经过收集及真空处理、粒度调整和干燥后即得到尿素包裹体成品。所用脱水剂是中性无水泡火碱或中性无水泡水碱钾盐。本发明方法生产流程短，生产效率高，设备少。
文档编号C07C273/04GK1125225SQ9511635
公开日1996年6月26日 申请日期1995年9月26日 优先权日1995年9月26日
发明者滕旭 申请人:滕旭