[发明专利]用于制备氨和尿素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于制备氨的方法以及用于制备氨且随后制备尿素的方法。

背景技术

通常根据以下反应式通过使氢与氮反应来制备氨：

3H₂+N₂→2NH₃

H₂通常从合成气体(通常称为“合成气”)中获得，而合成气体从烃类进料中获得，该烃类进料进行蒸汽重整，其后经常为自热重整(ATR)，以生成包括一氧化碳(CO)、氢(H₂)和二氧化碳(CO₂)的混合物，之后通常进行水煤气变换反应，在该反应中，一氧化碳与水反应，以形成二氧化碳和氢。在去除CO₂(或从气体混合物中分离出H₂)后，氢可用于与氮(N₂)的反应。后者存在于原始气体混合物中(因为其对于在氨合成条件之前的所有步骤均为惰性)，或者如果从空气获得的话则在之后添加到从氧中分离氮的单元中。使氢和氮在合成反应器中压缩，并转化成氨。

氨经常用作尿素合成中的起始材料。可以在尿素设备的合成区中，在通常为150℃～250℃的升高温度以及通常为12～40Mpa的升高压力下，由氨和二氧化碳制备尿素(NH₂CONH₂)。在该合成中，可认为发生两个连续的反应步骤。在第一步骤中，形成氨基甲酸铵，且在下一步骤中，使该氨基甲酸铵脱水以得到尿素：

(i)2NH₃+CO₂→H₂N–CO–ONH₄

(ii)H₂N–CO–ONH₄H₂N–CO–NH₂+H₂O

图1示出的用于制备氨的参考方法包括，用于制备氢的蒸汽重整工序，后接所述氢与空气分离单元(ASU)中生成的氮的反应。然而，该方法的缺点在于，大量能量用于将空气分离成氮与氧，而所产生的氧没有用处。

例如在US专利6,448,441(并入本文以供参考)中示出的另一参考方法，涉及使用在不同操作条件下工作的两个平行气化装置，以在使用天然气气化装置来生成合成气时增加用于尿素制备的CO₂率。通过使用两个气化装置，可以获得反应混合物中的正确化学计量，以用于后续的氨的制备。在US专利6,448,441的方法中，相对于氮需要生成额外的CO₂以获得氨与CO₂反应的正确化学计量。这需要燃烧额外的碳质材料例如天然气，其消耗更多的原材料和能量。

因此，在氨的制备中，以及在尿素的制备中，期望能够以所需的化学计量来提供起始材料，且期望尽可能降低能量和材料成本。

发明内容

为更好地解决一个或多个上述期望，本发明在一方面提供用于制备氨的方法，包括以下步骤：

(a)提供烃类材料；

(b)使烃类材料进行催化部分氧化(CPO)，以产生包括一氧化碳、氢和二氧化碳的CPO气流；

(c)提供由烃类进料的蒸汽重整(SR)而获得的SR气流；

(d)使CPO气流和SR气流进行水煤气变换(WGS)反应，以使一氧化碳与水反应形成包括氢和二氧化碳的WGS气体；

(e)在WGS反应之前或之后，使单独的气流进行混合步骤，以提供混合的WGS气体；

(f)使混合的WGS气体进行氢富集步骤，以获得富含氢的物流；

(g)在氨形成条件下使富含氢的物流与氮反应，以制备氨。

在另一方面，本发明涉及用于制备尿素的方法，包括如上限定的用于制备氨的工序，其中分离步骤(d)包括从反应混合物中去除CO₂，并在尿素形成条件下使氨与所去除的CO₂反应。

附图说明

图1和图2是领域内已知的实施方式的示意性表示。

图3是本发明实施方式的示意性表示。

具体实施方式

广义而言，本发明基于如下明智见解，即由于产生可用于增加的尿素产量的额外CO₂，在合成气的形成中与蒸汽重组组合地使用催化部分氧化(CPO)能够在氨的制备(引起改进的氨制备)和尿素的制备中同时带来预料不到的优点。