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特表2022-508407尿素製造プロセス及び低圧回収部における熱統合を有するプラント
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-19
(54)【発明の名称】尿素製造プロセス及び低圧回収部における熱統合を有するプラント
(51)【国際特許分類】
C07C 273/16 20060101AFI20220112BHJP
C07C 273/04 20060101ALI20220112BHJP
B01J 3/00 20060101ALI20220112BHJP
【ＦＩ】
C07C273/16
C07C273/04
B01J3/00 B
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021536197
(86)(22)【出願日】2019-12-18
(85)【翻訳文提出日】2021-06-21
(86)【国際出願番号】 NL2019050851
(87)【国際公開番号】W WO2020130817
(87)【国際公開日】2020-06-25
(31)【優先権主張番号】18215356.9
(32)【優先日】2018-12-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】512061836
【氏名又は名称】スタミカーボン・ベー・フェー
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】ラフル・パティル
(72)【発明者】
【氏名】フレデリクス・ヘンリクス・マリア・ブイティンク
【テーマコード（参考）】
4H006
【Ｆターム（参考）】
4H006AA02
4H006AA04
4H006AC57
4H006AD18
4H006BC51
4H006BC52
4H006BD60
4H006BD84
4H006BE14
4H006BE41
(57)【要約】
本発明は、高圧ストリッパ及び低圧分解器から得た尿素液が処理される準大気圧分解器と壁を通した熱交換している、低圧カルバメート凝縮器に接続した低圧分解器を使用する尿素製造プロセスに関する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ａ）高圧反応ゾーン（Ｒ）内で、アンモニア及び二酸化炭素を尿素形成条件にさらすことによって、カルバメートも含む第１の尿素液（Ｕ１）を形成することと、Ｂ）前記第１の尿素液を高圧ストリッピング（Ｓ）にさらして、熱（Ｈ１、Ｓ１）を使用してカルバメートを分解することによって、ガス流（ＳＧ）及びカルバメートも含有する第２の尿素液（Ｕ２）を形成すること、及び高圧カルバメート凝縮器（ＨＰＣＣ）内で、前記ガス流（ＳＧ）を凝縮させることによって、前記高圧反応ゾーンに供給される第１のカルバメート含有液（Ｃ１）を形成し、凝縮熱（Ｈ２、Ｓ２）を放出することと、
Ｃ）前記第２の尿素液（Ｕ２）を低圧カルバメート分解させるか、又は最初に中圧（ＭＰＰ）で前記第２の尿素液（Ｕ２）を処理して、前記処理された第２の尿素液（Ｕ２ａ）を低圧分解させることであって、前記低圧カルバメート分解が、低圧分解器（ＬＰＤ）内で、前記高圧カルバメート凝縮器からの前記凝縮熱（Ｈ２、Ｓ２）を使用して、カルバメートを含有する前記尿素液（Ｕ２、Ｕ２ａ）を加熱して、カルバメートを分解することによって、第１の蒸気（Ｖ１）及びカルバメートも含有する第３の尿素液（Ｕ３）を得て、前記第３の尿素液を準大気圧（Ｆ１、Ｘ１）まで膨張させることによって、膨張した第３の尿素液（Ｕ３ａ）を得ることを含むことと、
Ｄ）第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）内で、前記第１の蒸気（Ｖ１）を凝縮させることよって、第２のカルバメート含有液（Ｃ２）及び第２の蒸気（Ｖ２）を得て、追加の凝縮熱（Ｈ３）を放出することであって、前記第１の低圧カルバメート凝縮器が、前記高圧反応ゾーン（Ｒ）の注入口と液体連通している前記第２のカルバメート含有液（Ｃ２）のための排出口を有すること、
及び準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）内で、前記膨張した第３の尿素液（Ｕ３ａ）を、前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）と前記準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）との間の熱交換壁（ＬＰＨＸ）を通した熱伝達による前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）からの前記追加の凝縮熱（Ｈ３）を使用して、分解することによって、第４の尿素液（Ｕ４）及び第３の蒸気（Ｖ３）を得ることと、
Ｅ）準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＣ）内で、前記第３の蒸気（Ｖ３）を、冷却流体との間接熱交換において凝縮させることによって、第４のカルバメート含有液（Ｃ４）を得ることと、
を含む尿素製造プロセス。
【請求項2】
前記準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＣ）が、前記高圧反応ゾーン（Ｒ）と液体連通している前記第４のカルバメート含有液（Ｃ４）の少なくとも一部のための排出口を有する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項3】
第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）内で、前記第２の蒸気（Ｖ２）を、冷却流体（ＣＷ）との間接熱交換において、凝縮させることによって、第３のカルバメート含有液（Ｃ３）を得ることを更に含み、前記第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）が、前記高圧反応ゾーン（Ｒ）の注入口と液体連通している前記第３のカルバメート含有液（Ｃ３）のための排出口を有する、請求項１又は２に記載のプロセス。
【請求項4】
前記第３の尿素液の準大気圧への膨張が、第４の蒸気（Ｖ４）を得るための大気フラッシュ（Ｆ１）及び準大気圧まで更に膨張させて、前記膨張した第３の尿素液（Ｕ３ａ）を得るための尿素液を含み、前記プロセスが、大気圧凝縮器（ＡＰＣ）内で、第４の蒸気（Ｖ４）を凝縮させて、第５のカルバメート含有液（Ｃ５）を得て、前記第１及び／又は第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）及び／又は前記第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）に、前記第５のカルバメート含有液（Ｃ５）を供給することを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項5】
前記方法が、最初に中圧（ＭＰＰ）で前記第２の尿素液（Ｕ２）を処理して、カルバメートも含有する処理された第２の尿素液（Ｕ２ａ）及び第５の蒸気（Ｖ５）を得ること、及び中圧凝縮器（ＭＰＣ）内で、前記第５の蒸気を凝縮して、第６のカルバメート含有液（Ｃ６）を得ることを含み、前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）からの前記第２のカルバメート含有液（Ｃ２）及び／又は前記準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＣ）からの前記第３のカルバメート含有液（Ｃ３）が、前記中圧凝縮器（ＭＰＣ）に供給され、前記中圧凝縮器（ＭＰＣ）は、前記高圧反応ゾーン（Ｒ）の注入口と液体連通する前記第６のカルバメート含有液（Ｃ６）のための排出口を有し、前記方法が、前記処理された第２の尿素液（Ｕ２ａ）を前記低圧カルバメート分解（ＬＰＤ）にさらすこと、及び予備蒸発器（ＰＥＶ）内で、前記第４の尿素液（Ｕ４）を加熱して、前記中圧凝縮器（ＭＰＣ）内に放出された凝縮熱（Ｈ４）を使用して水を蒸発させることによって、第５の尿素液（Ｕ５）及び第６の蒸気（Ｖ６）を得ることを更に含む、請求項１～４のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項6】
前記中圧での処理が、中圧フラッシュ容器（ＭＰＦ）における、前記第２の尿素液（Ｕ２）の断熱フラッシュを含み、前記処理された尿素液が、フラッシュされた第２の尿素液（Ｕ２ａ）である、請求項５に記載のプロセス。
【請求項7】
前記中圧での処理が、中圧分解器内において、前記第２の尿素液（Ｕ２）を加熱することよって、カルバメートを分解すること含む、請求項５に記載のプロセス。
【請求項8】
前記第３のカルバメート含有液（Ｃ３）が、前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）に供給され、前記第４のカルバメート含有液（Ｃ４）が、前記第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）に供給される、請求項３～７のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項9】
前記第２のカルバメート含有液（Ｃ２）が、前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）から前記第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）に供給され、前記第４のカルバメート含有液（Ｃ４）が、前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）に供給される、請求項３～７のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項10】
前記高圧ストリッパが、ストリップガスとしてＣＯ２を使用し、６０～７０％のストリッピング効率で操作される、請求項１～９のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項11】
Ａ）アンモニア及び二酸化炭素を尿素形成条件にさらすことによって、カルバメートも含有する第１の尿素液（Ｕ１）を形成するための高圧反応ゾーン（Ｒ）と、Ｂ）前記第１の尿素液を高圧ストリッピングにさらして、熱（Ｈ１、Ｓ１）を使用してカルバメートを分解することによって、ガス流（ＳＧ）及びカルバメートも含有する第２の尿素液（Ｕ２）を形成するための高圧ストリッパ（Ｓ）と、
及び前記ガス流（ＳＧ）を凝縮させることによって、第１のカルバメート含有液（Ｃ１）を形成し、凝縮熱（Ｈ２、Ｓ２）を放出するための高圧カルバメート凝縮器（ＨＰＣＣ）と、
Ｃ）低圧分解器（ＬＰＤ）であって、
前記第２の尿素液（Ｕ２）を低圧分解するように構成されるか、又は前記プラントが、最初に中圧部（ＭＰＰ）内で、中圧（ＭＰＰ）で少なくとも一部の第２の尿素液（Ｕ２）を処理して、処理された第２の尿素液を得るように構成され、前記低圧分解器（ＬＰＤ）が、前記処理された第２の尿素液を低圧分解するように構成され、前記低圧カルバメート分解が、前記高圧カルバメート凝縮器からの前記凝縮熱（Ｈ２、Ｓ２）を使用してカルバメートを含有する尿素液を加熱して、カルバメートを分解することによって、第１の蒸気（Ｖ１）及びカルバメートも含有する第３の尿素液（Ｕ３）を得ることを含む、低圧分解器（ＬＰＤ）及び、
前記第３の尿素液を準大気圧まで膨張させることによって、膨張した第３の尿素液（Ｕ３ａ）を得るための膨張システム（Ｆ１、Ｘ１）と、
Ｄ）前記第１の蒸気（Ｖ１）を凝縮させることによって、第２のカルバメート含有液（Ｃ２）及び第２の蒸気（Ｖ２）を得て、追加の凝縮熱（Ｈ３）を放出する第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）であって、前記高圧反応ゾーン（Ｒ）と液体連通している前記第２のカルバメート含有液（Ｃ２）のための排出口を有する第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）及び、
前記膨張した第３の尿素液（Ｕ３ａ）を、前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）と前記準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）との間の熱交換壁（ＬＰＨＸ）を通した熱伝達による前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）からの前記追加の凝縮熱（Ｈ３）を使用して、分解することによって、第４の尿素液（Ｕ４）及び第３の蒸気（Ｖ３）を得るための準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）と、
Ｅ）冷却流体との間接熱交換において、前記第３の蒸気（Ｖ３）を凝縮させることによって、第４のカルバメート含有液（Ｃ４）を得るように構成され、好ましくは、前記高圧反応ゾーン（Ｒ）の注入口と液体連通している第４のカルバメート含有液（Ｃ４）の全て又は一部のための排出口を有する、準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＣ）と、
を含む尿素プラント（ＵＰ）。
【請求項12】
冷却流体（ＣＷ）との間接熱交換において、前記第２の蒸気（Ｖ２）を凝縮させることによって、第３のカルバメート含有液（Ｃ３）を得るように構成され、前記高圧反応ゾーン（Ｒ）の注入口と液体連通する前記第３のカルバメート含有液（Ｃ３）のための排出口を有する、第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）を更に含む、請求項１１に記載の尿素プラント。
【請求項13】
前記プラントが、中圧で前記第２の尿素液（Ｕ２）を処理して、カルバメートも含有する処理された第２の尿素液（Ｕ２ａ）及び第５の蒸気（Ｖ５）を得るための中圧処理部（ＭＰＰ）を含み、前記プラントが、前記第５の蒸気を凝縮させて、第６のカルバメート含有液（Ｃ６）を得るための中圧凝縮器（ＭＰＣ）であって、前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）からの第２のカルバメート含有液（Ｃ２）のための排出口及び／又は前記中圧凝縮器（ＭＰＣ）に接続した準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＣ）からの第３のカルバメート含有液（Ｃ３）のための排出口を有する中圧凝縮器（ＭＰＣ）を更に含み、前記中圧凝縮器（ＭＰＣ）は、前記高圧反応ゾーン（Ｒ）の注入口と液体連通している前記第６のカルバメート含有液（Ｃ６）のための排出口を有し、前記中圧処理部（ＭＰＰ）は、前記低圧カルバメート分解器（ＬＰＤ）に接続している前記処理された第２の尿素液（Ｕ２ａ）のための排出口を有し、前記プラントは、前記第４の尿素液（Ｕ４）を加熱して、前記中圧凝縮器（ＭＰＣ）内に放出された凝縮熱（Ｈ４）を使用して水を蒸発させることによって、第５の尿素液（Ｕ５）及び第６の蒸気（Ｖ６）を得るための予備蒸発器（ＰＥＶ）を更に含み、
中圧処理部（ＭＰＰ）は、第２の尿素液（Ｕ２）の断熱フラッシュのための中圧フラッシュ容器（ＭＰＦ）である、請求項１１又は１２に記載の尿素プラント。
【請求項14】
好ましくは請求項１１の尿素プラントを達成することである、既存の尿素プラントを改質する方法であって、前記既存の尿素プラントが、Ａ）カルバメートも含有する第１の尿素液（Ｕ１）を形成するための高圧反応ゾーン（Ｒ）と、
Ｂ）前記第１の尿素液を高圧ストリッピングにさらして、熱（Ｈ１、Ｓ１）を使用してカルバメートを分解することによって、ガス流（ＳＧ）及びカルバメートも含有する第２の尿素液（Ｕ２）を形成するための高圧ストリッパ（Ｓ）及び、
前記ガス流（ＳＧ）を凝縮させることによって、第１のカルバメート含有液（Ｃ１）を形成し、凝縮熱（Ｈ２、Ｓ２）を放出するための高圧カルバメート凝縮器（ＨＰＣＣ）であって、前記高圧反応ゾーンにカルバメート含有液（Ｃ１）を供給するための接続を有する高圧カルバメート凝縮器（ＨＰＣＣ）と、
Ｃ）前記第２の尿素液（Ｕ２）を低圧分解するように構成されるか、又は
前記処理された第２の尿素液を低圧カルバメート分解するように構成される低圧分解器（ＬＰＤ）であって、前記既存のプラントが、最初に中圧部内で、中圧（ＭＰＰ）で前記第２の尿素液（Ｕ２）を処理して、前記処理された第２の尿素液を得るように構成され、前記低圧カルバメート分解が、カルバメートを含有する前記第２の尿素液（Ｕ２）を、前記高圧カルバメート凝縮器からの前記凝縮熱（Ｈ２、Ｓ２）を使用して加熱して、カルバメートを分解することによって、第１の蒸気（Ｖ１）及びカルバメートも含有する第３の尿素液（Ｕ３）を得ることを含む、低圧分解器（ＬＰＤ）と、
Ｄ）第１の蒸気（Ｖ１）を凝縮させるように構成された既存の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）と、
を含み、
前記方法は、
前記第３の尿素液を準大気圧まで膨張させることによって、膨張した第３の尿素液（Ｕ３ａ）を得るための膨張システム（Ｆ１、Ｘ１）を、既存のプラントがこのような膨張容器を備えない場合、追加することと、
第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）及び準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）を含むユニットを追加することと、
を含み、
Ｄ１）前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）が、前記第１の蒸気（Ｖ１）を凝縮させることによって、第２のカルバメート含有液（Ｃ２）及び第２の蒸気（Ｖ２）を得て、追加の凝縮熱（Ｈ３）を放出しするように構成され、前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）が、前記高圧反応ゾーン（Ｒ）への前記第２のカルバメート含有液（Ｃ２）の輸送のための排出口を有し、
Ｄ２）前記準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）が、前記膨張した第３の尿素液（Ｕ３ａ）を、前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）と前記準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）との間の熱交換壁（ＬＰＨＸ）を通した熱伝達による前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）からの前記追加の凝縮熱（Ｈ３）を使用して、カルバメート分解することによって、第４の尿素液（Ｕ４）及び第３の蒸気（Ｖ３）を得るように構成され、
任意に、既存の低圧カルバメート凝縮器を、前記第２の蒸気（Ｖ２）のための注入口を有し、冷却流体（ＣＷ）との間接熱交換において、第２の蒸気（Ｖ２）を凝縮させることによって、第３のカルバメート含有液（Ｃ３）を得るように構成され、前記第３のカルバメート含有液（Ｃ３）を前記高圧反応ゾーン（Ｒ）に輸送するための排出口を有する、第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）に改質することと、
前記第３の蒸気（Ｖ３）を冷却流体との間接熱交換において、凝縮させることによって、第４のカルバメート含有液（Ｃ４）を得るように構成され、前記第４のカルバメート含有液（Ｃ４）の一部又は全てを前記高圧反応ゾーン（Ｒ）に輸送するための排出口を有する、準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＣ）を追加することと、
を含む既存の尿素プラントを改質する方法であって、前記改質されたプラントが、好ましくは、請求項１に記載の尿素製造プロセスに好適である、既存のプラントの改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、尿素製造プロセス及びストリッピング型のプラント、並びに既存の尿素プラントを改質する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
高圧ストリッパを含む尿素プロセス及び高圧ストリッパを含まない尿素プロセスが知られている。高圧ストリッパを含まない尿素プロセスでは、尿素合成液に供給される熱は、典型的には１回のみ使用される。したがって、このタイプのプロセスは、Ｎ＝１プロセスと示すことができる。高圧ストリッピングを使用する尿素プロセスでは、熱は、第１の加熱器（ストリッパ）に導入され、高圧カルバメート凝縮器で回収され、低圧加熱器で再使用される。供給される熱は、効果的に２回使用される。したがって、用語「Ｎ＝２プロセス」が使用される。ストリッピングプロセスの平均エネルギー消費は、尿素１トン当たり、スチーム０．８～１．０トンである。
【0003】
Ｓｔａｍｉｃａｒｂｏｎ ＣＯ２ストリッピング型の典型的な尿素プロセスの例では、低圧分解器からのガスは、整流カラムを通過し（流入尿素液との逆流接触のために）、その後、冷却水を使用する低圧カルバメート凝縮器に直接供給される。低圧分解器からの尿素液は、フラッシュ容器に供給され、次いで、加熱を行う予備蒸発器に供給される（非特許文献１）。
【0004】
非特許文献１では、１９８０年代に、第１の加熱器（ストリッパ）に供給される熱が、効果的に３回使用される（Ｎ＝３）、Ｎ＝３の複数の効果を更に適用することによる、エネルギー消費のより大きな低減を目的とするいくつかのプロセスについて記載されたことが言及されている。具体的には、概念的な形態では、３つの加熱器を順に通過させることによって、尿素合成液を尿素溶融物に変換し、第２の加熱器は、第１の加熱器からのガスのための凝縮器の凝縮熱を使用し、第３の加熱器は、第２の加熱器からのガスを凝縮するために使用される凝縮器によって提供される凝縮熱を使用する。
【0005】
特許文献１は、横型のプール凝縮器を備えた高圧合成部を含む尿素プラントにおける、アンモニア及び二酸化炭素からの尿素の製造方法を記載する。本方法は、プール凝縮器のシェル部で受け取った高圧プロセス媒体からの熱を、プール凝縮器内に設けられた第１の熱交換部で受け取った中圧尿素含有液に変換して、少なくともアンモニウムカルバメートをＮＨ３及びＣＯ２に分解することを含む。一実施形態では、第１の熱交換部で製造されたガスは、ガスが少なくとも部分的に凝縮される中圧凝縮器に供給され、そこで尿素－水混合物からの水が真空条件下で蒸発する。特許文献１のプロセスでは、熱が効果的に３回使用されることが理解できる。
【0006】
特許文献１の欠点は、第１の熱交換器部、例えばＵ字型のチューブ束が、両側のプロセス媒体と接触することである。プロセス媒体は、アンモニウムカルバメートを含有し、高圧及び中圧操作に関連する温度において非常に腐食性である。このため、チューブ内の腐食性流体が、２枚の耐食性ライナーに挟まれた炭素鋼からなるチューブシートのボアホールを通過することを考慮すると、縦型プール凝縮器、具体的には、チューブとチューブシートとの連結を構築することが困難となる。
【0007】
特許文献２は、チューブシートに挿入したスリーブの使用を含む、チューブシート及びＵ字型のチューブ熱交換器を組み立てるための方法を記載する。スリーブは、耐腐食性二相系ステンレス鋼からなる。
【0008】
ｗｗｗ．ｓｔａｍｉｃａｒｂｏｎ．ｃｏｍのパンフレット「Ｌａｕｎｃｈ Ｍｅｌｔ Ｕｌｔｒａ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｓｉｇｎ」は、高圧凝縮器と中圧整流加熱器との間の直接熱統合によって、続いて、中圧凝縮器と第１段階蒸発加熱器との間の直接熱交換によって、尿素プラントのスチーム摂取は、先例のない低いレベルである、製造される尿素１トン当たり６００ｋｇ未満にまで最小化されると言及する。本文書では、「直接」熱交換及び「直接熱統合」は、伝熱流体を使用することなく壁を通した別々の流れ間の熱交換を指す。
【0009】
特許文献３は、一実施形態において、分解されたガスの凝縮熱によって生じたスチームを使用して、原料アンモニアを加熱する尿素製造方法を記載する。
【0010】
特許文献４は、ストリッパからの尿素液が、液体が第１の回収部に入る前に、断熱膨張並びに蒸気及び液体の分離にさらされる、尿素製造プロセスを記載する。蒸気は凝縮させることができ、それによって放出される凝縮熱は、尿素液を凝縮するために使用できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】米国特許出願公開第２０１５／０１１９６０３号明細書
【特許文献2】米国特許出願公開第２０１５／００８６４４０号明細書
【特許文献3】米国特許出願公開第２０１８／０２５８０３４号明細書
【特許文献4】米国特許出願公開第２０１２／０３０２７８９号明細書
【非特許文献】
【0012】
【非特許文献1】Ｕｌｌｍａｎｎ’ｓ Ｅｎｃｙｃｌｏｐａｅｄｉａ、ｃｈａｐｔｅｒ Ｕｒｅａ、２０１０
【0013】
本発明の目的は、エネルギー効率の良い尿素製造プロセス及び簡単な設計の高圧部を有するプラントを提供することである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
本発明は、第１の態様では、尿素製造プロセスに関し、
Ａ）高圧反応ゾーン内で、アンモニア及び二酸化炭素を尿素形成条件にさらすことによって、カルバメートも含む第１の尿素液を形成することと、
Ｂ）第１の尿素液を高圧ストリッピングにさらして、熱を使用してカルバメートを分解することによって、ガス流及びカルバメートも含有する第２の尿素液を形成すること、及び高圧カルバメート凝縮器内で、当該ガス流を凝縮させることによって、高圧反応ゾーンに供給される第１のカルバメート含有液を形成し、凝縮熱を放出することと、
Ｃ）当該第２の尿素液を低圧カルバメート分解にさせるか、又は最初に当該第２の尿素液を中圧で処理して、処理された第２の尿素液を低圧分解させることであって、当該低圧カルバメート分解は、低圧分解器で、高圧カルバメート凝縮器からの凝縮熱を使用して、カルバメートを含有する尿素液を加熱して、カルバメートを分解することによって、第１の蒸気及びカルバメートも含有する第３の尿素液を得て、第３の尿素液を準大気圧まで膨張させることによって、膨張した第３の尿素液を得ることを含むことと、
Ｄ）高圧反応ゾーンの注入口と液体連通している第２のカルバメート含有液への排出口を有する第１の低圧カルバメート凝縮器内で、当該第１の蒸気を凝縮させることによって、第２のカルバメート含有溶液及び第２の蒸気を得て、追加の凝縮熱を放出すること、及び準大気圧分解器内で、当該膨張した第３の尿素液を、当該第１の低圧カルバメート凝縮器と当該準大気圧分解器との間の熱交換壁を通した熱伝達による、当該第１の低圧カルバメート凝縮器からの当該追加の凝縮熱を使用して、カルバメート分解することによって、第４の尿素液及び第３の蒸気を得ることと、
Ｅ）準大気圧カルバメート凝縮器内で、冷却流体との間接熱交換において、当該第３の蒸気を凝縮させることによって、第４のカルバメート含有液を得ることと、
を含む。
Ａ）高圧反応ゾーン内で、アンモニア及び二酸化炭素を尿素形成条件にさらすことによって、カルバメートも含む第１の尿素液を形成することと、
Ｂ）第１の尿素液を高圧ストリッピングにさらして、熱を使用してカルバメートを分解することによって、ガス流及びカルバメートも含有する第２の尿素液を形成すること、及び高圧カルバメート凝縮器内で、当該ガス流を凝縮させることによって、高圧反応ゾーンに供給される第１のカルバメート含有液を形成し、凝縮熱を放出することと、
Ｃ）当該第２の尿素液を低圧カルバメート分解にさせるか、又は最初に当該第２の尿素液を中圧で処理して、処理された第２の尿素液を低圧分解させることであって、当該低圧カルバメート分解は、低圧分解器で、高圧カルバメート凝縮器からの凝縮熱を使用して、カルバメートを含有する尿素液を加熱して、カルバメートを分解することによって、第１の蒸気及びカルバメートも含有する第３の尿素液を得て、第３の尿素液を準大気圧まで膨張させることによって、膨張した第３の尿素液を得ることを含むことと、
Ｄ）高圧反応ゾーンの注入口と液体連通している第２のカルバメート含有液への排出口を有する第１の低圧カルバメート凝縮器内で、当該第１の蒸気を凝縮させることによって、第２のカルバメート含有溶液及び第２の蒸気を得て、追加の凝縮熱を放出すること、及び準大気圧分解器内で、当該膨張した第３の尿素液を、当該第１の低圧カルバメート凝縮器と当該準大気圧分解器との間の熱交換壁を通した熱伝達による、当該第１の低圧カルバメート凝縮器からの当該追加の凝縮熱を使用して、カルバメート分解することによって、第４の尿素液及び第３の蒸気を得ることと、
Ｅ）準大気圧カルバメート凝縮器内で、冷却流体との間接熱交換において、当該第３の蒸気を凝縮させることによって、第４のカルバメート含有液を得ることと、
を含む。
【0015】
更なる態様では、本発明は、尿素プラントに関し、
Ａ）アンモニア及び二酸化炭素を尿素形成条件にさらすことによって、カルバメートも含む第１の尿素液を形成するための高圧反応ゾーンと、
Ｂ）第１の尿素液を高圧ストリッピングにさらして、熱を使用してカルバメートを分解することによって、ガス流及びカルバメートも含有する第２の尿素液を形成するための高圧ストリッパ及び、
当該ガス流を凝縮させることによって、第１のカルバメート含有液を形成し、凝縮熱を放出するための高圧カルバメート凝縮器と、
Ｃ）低圧分解器であって、当該第２の尿素液を低圧分解するように構成されるか、又はプラントが最初に中圧部内で、中圧で少なくとも一部の第２の尿素液を処理して、処理された第２の尿素液を得るように構成され、低圧分解器が、当該処理された第２の尿素液を低圧分解するように構成され、当該低圧カルバメート分解が、高圧カルバメート凝縮器からの当該凝縮熱を使用して、カルバメートを含有する尿素液を加熱して、カルバメートを分解することによって、第１の蒸気及びカルバメートも含有する第３の尿素液を得ることを含む低圧分解器、及び第３の尿素液を準大気圧まで膨張させることによって、膨張した第３の尿素液を得るための膨張システムと、
Ｄ）当該第１の蒸気を凝縮させることによって、第２のカルバメート含有液及び第２の蒸気を得て、追加の凝縮熱を放出するための第１の低圧カルバメート凝縮器であって、高圧反応ゾーンと液体連通している第２のカルバメート含有液のための排出口を有する第１の低圧カルバメート凝縮器と、及び準大気圧分解器であって、当該膨張した第３の尿素液を、当該第１の低圧カルバメート凝縮器と当該準大気圧分解器との間の熱交換壁を通した熱伝達による当該第１の低圧カルバメート凝縮器からの当該追加の凝縮熱を使用して、カルバメート分解することによって、第４の尿素液及び第３の蒸気を得るための準大気圧分解器と、
Ｅ）冷却流体との間接熱交換において、当該第３の蒸気を凝縮させることによって、第４のカルバメート含有液を得るように構成され、好ましくは、高圧反応ゾーンの注入口と液体連通している第４のカルバメート含有液の全て又は一部のための排出口を有する、準大気圧カルバメート凝縮器と、
を含む。
Ａ）アンモニア及び二酸化炭素を尿素形成条件にさらすことによって、カルバメートも含む第１の尿素液を形成するための高圧反応ゾーンと、
Ｂ）第１の尿素液を高圧ストリッピングにさらして、熱を使用してカルバメートを分解することによって、ガス流及びカルバメートも含有する第２の尿素液を形成するための高圧ストリッパ及び、
当該ガス流を凝縮させることによって、第１のカルバメート含有液を形成し、凝縮熱を放出するための高圧カルバメート凝縮器と、
Ｃ）低圧分解器であって、当該第２の尿素液を低圧分解するように構成されるか、又はプラントが最初に中圧部内で、中圧で少なくとも一部の第２の尿素液を処理して、処理された第２の尿素液を得るように構成され、低圧分解器が、当該処理された第２の尿素液を低圧分解するように構成され、当該低圧カルバメート分解が、高圧カルバメート凝縮器からの当該凝縮熱を使用して、カルバメートを含有する尿素液を加熱して、カルバメートを分解することによって、第１の蒸気及びカルバメートも含有する第３の尿素液を得ることを含む低圧分解器、及び第３の尿素液を準大気圧まで膨張させることによって、膨張した第３の尿素液を得るための膨張システムと、
Ｄ）当該第１の蒸気を凝縮させることによって、第２のカルバメート含有液及び第２の蒸気を得て、追加の凝縮熱を放出するための第１の低圧カルバメート凝縮器であって、高圧反応ゾーンと液体連通している第２のカルバメート含有液のための排出口を有する第１の低圧カルバメート凝縮器と、及び準大気圧分解器であって、当該膨張した第３の尿素液を、当該第１の低圧カルバメート凝縮器と当該準大気圧分解器との間の熱交換壁を通した熱伝達による当該第１の低圧カルバメート凝縮器からの当該追加の凝縮熱を使用して、カルバメート分解することによって、第４の尿素液及び第３の蒸気を得るための準大気圧分解器と、
Ｅ）冷却流体との間接熱交換において、当該第３の蒸気を凝縮させることによって、第４のカルバメート含有液を得るように構成され、好ましくは、高圧反応ゾーンの注入口と液体連通している第４のカルバメート含有液の全て又は一部のための排出口を有する、準大気圧カルバメート凝縮器と、
を含む。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明による例示的な実施形態のプロセス概略図を示す。
【図2】本発明による例示的な実施形態のプロセス概略図を示す。
【図3】本発明による例示的な実施形態のプロセス概略図を示す。
【図4】既存のプラントを改質する本発明による方法の例示的な実施形態を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本出願は、高圧ストリッパを有する型の尿素プロセスにおいて、低圧回収部の分解器からのガスを、２つの凝縮器に順に供給すること、及び低圧分解器から得た尿素液におけるカルバメートの準大気圧分解のために、当該２つの凝縮器のうち上流の凝縮器内で放出された凝縮熱を使用することに対する賢明な洞察に広く基づいている。
【0018】
このようにして、熱は、最初に高圧ストリッパ（Ｓ）で使用され、高圧カルバメート凝縮器（Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃａｒｂａｍａｔｅ Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ：ＨＰＣＣ）内に放出され、高圧カルバメート凝縮器からの熱は、カルバメート分解のために、低圧（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ：ＬＰ）分解器（ＬＰＤ）で２度目に使用され、この熱は、ＬＰ分解器からのガスの部分的凝縮のために使用される上流の第１のＬＰカルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）内に放出され、第１のＬＰカルバメート凝縮器内で放出された熱は、準大気圧（ＬＬＰ）凝縮器（ＬＬＰＤ）内で、低圧分解器（ＬＰＤ）から得られた尿素液のカルバメートを、第１のＬＰカルバメート凝縮器と準大気圧分解器との間の壁を通した熱交換によって、したがって、ＬＰＣ１からＬＬＰＤに熱を伝達するための伝熱流体なしの熱交換によって分解するために、３度目に使用される。これにより、低圧回収部における良好な熱統合がもたらされる。更に、準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）内で、一部の水は尿素液から蒸発する。
【0019】
したがって、第１のＬＰカルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）は、これらのユニット間の伝熱流体を使用するのではなく、壁を通した熱交換によって、準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）と熱統合される。このような準大気圧分解器の使用は、好ましくは、ＣＯ２ストリッピング型の既知の尿素プロセスにおける７８％超のストリッピング効率αと比較して、高圧ストリッパの低いストリッピング効率α（ａｌｆａ）、例えば７５％未満、より好ましくは６０～７０％のストリッピング効率αで、好ましくはストリップガスとしてＣＯ２を使用して、高圧ストリッピングを実施することと組み合わされる。
【0020】
好ましい実施形態では、ＨＰストリッパは、ストリッピング効率（α）７５％以下、例えば５０％～７５％、又は好ましくは６０～７０％、例えば６３～６８％で実施され、ストリッパは、好ましくは、ストリップガスとしてＣＯ２を使用する。
【0021】
したがって、高圧ストリッピングのストリッピング効率が低いほど（例えばαが７５％未満）、必要とする熱が大幅に少なく、すなわち、スチームの消費がはるかに低い。加えて、高いストリッピング効率におけるストリッピングと比べて、高圧ストリッピングは、低温を必要とし、これはストリッパにおける尿素の加水分解を低減させる。加水分解の低減により、変換の増加又は少なくとも尿素収率の増加が効果的にもたらされる。したがって、原料の流出量（ｋｇ／ｈでのＣＯ２及びＮＨ３）を低減させることができ（ｋｇ／ｈでの尿素生産量が同じの場合）、滞留時間が長くなる（一定の反応ゾーンの体積に対して）。これは、尿素変換（又は尿素収率）を更に増加させる。例示的な実施形態では、合計で約７％～約１０％の追加の尿素生産容量を達成することができ（一定の反応ゾーンの体積に基づいて）、あるいは反応ゾーンは、同じ尿素生産容量で、７％～１０％小さい体積とすることができる。反応ゾーンは、多くの場合、高価な建築材料である尿素グレード鋼からなる反応器である。
【0022】
更に、ストリッピング効率が低いほど、ＨＰＣＣの熱交換負荷（凝縮負荷）は、例えば、３０～４０％等の２５％超で低減され、このため熱交換表面積を小さくすることができ（例えばチューブ束を小さくできる）、又は熱交換表面積が一定の場合、ＨＰＣＣで発生したスチームの圧力が増加すると、例えば１ｂａｒの圧力が増加すると、スチームの更なる使用に対してより有益となる。
【0023】
加えて、ＬＬＰＤ内の尿素含有流からＮＨ３、ＣＯ２、及び水を分離するためにＬＰＣ１に放出された凝縮熱を使用すると、温度差が小さくなるために、熱交換壁（壁ＬＰＨＸ）の温度が有利に低くなる。これにより、ビウレット形成が低減される。具体的には、熱交換壁温度は、典型的な伝熱流体、例えば、約４．５ｂａｒの絶対圧のＬＰスチーム等を使用する場合よりも低い。同様に、中圧カルバメート凝縮器ＭＰＣを備える任意の実施形態における壁ＭＰＨＸの熱交換壁は、予備蒸発にＬＰスチームを使用する場合よりも低くすることができる。
【0024】
ストリッピング効率が低いほど、有利なことに、ストリッパ上のビウレット形成の低減ももたらす。
【0025】
低いストリッピング効率と共に、ＬＰＣ１及び好ましいＭＰＣ内で、カルバメート凝縮熱を使用する全体的な効果は、最終生成物における０．０４重量％～０．０６重量％のビウレットの減少として定量化される。
【0026】
準大気圧分解器からの蒸気は、準大気圧凝縮器（ＬＬＰＣ）内で凝縮され、結果として、水、カルバメート、及び若干の尿素（例えば、３５～４５重量％のカルバメート、残りは主に水、及び約０．５～２％（例えば重量％）の混入尿素）を含むカルバメート含有液が生じる。本発明の好ましい実施形態では、このカルバメート含有液は、水の比率が高くても（例えば、少なくとも４０重量％の水、例えば６５～５５重量％の水）、最終的には高圧反応ゾーンに部分的又は全体的に、好ましくは全体的に供給される。反応ゾーンへの多少高い水の再利用は、特に高圧ストリッピングのために大幅に低減されたスチーム消費の利点とバランスがとれている。準大気圧分解器は、より低い程度の高圧ストリッピングを用いたとしても、尿素液の十分な精製を確実にする。好ましい実施形態では、例えば、最初にカルバメート含有液を、例えば、少なくとも５０重量％の水を含有するカルバメート含有液を、カルバメートの結晶化を回避するために水の比率が有利に使用されている別のカルバメート凝縮器に供給することによって、ＬＬＰＣからのカルバメート含有液を、一部又は全体的に、好ましくは全体的に、高圧反応ゾーンの注入口に間接的に供給する。
【0027】
対照的に、既知の尿素製造プラントでは、少量のアンモニア及び尿素を含有する（又はそれに応じて大部分に水を含有する）水性流は、例えば真空蒸発部の凝縮器によって得られ、典型的には、精製のために廃棄水処理部に送られる。精製には、例えば、脱着（アンモニア除去のため）及び加水分解（尿素を除去するため）を含んでもよい。精製は、特に加水分解装置に関しては、高度にエネルギー集約的である（スチーム消費が高い）。したがって、ＬＬＰＣからの凝縮物をＨＰ合成反応ゾーンに完全に再利用することができ、それによって、良好な変換を達成しながら、廃水処理部の負荷を増加させないことは有利である。
【0028】
理論に束縛されるものではないが、ＬＬＰＣからの凝縮物中の尿素の存在は、主に、又は完全に、蒸気流における、ＬＬＰＤからの飛沫の物理的な飛沫同伴によるものであると考えられる。
【0029】
任意の実施形態では、カルバメート含有液の一部又は全て、例えばＬＰＣＣからの凝縮物は、例えば、最終的に高圧反応ゾーンに供給される部分と脱着カラム又は廃水処理部に供給される部分とに凝縮物を分けることによって、脱着カラム又は廃水処理部で、例えば、凝縮物の１０～９０重量％の割合で処理される。脱着及び／又は廃水処理部における凝縮物の処理は、２つの流れ、第１の流れとして精製凝縮物（例えば、本質的に純粋な水）が得られ、この精製凝縮物は、典型的には、高圧反応ゾーン内のプロセス流に再導入されない。第２の流れは、典型的には、１０重量％超のカルバメートを有するカルバメート含有液であり、例えば、高圧反応ゾーンに再利用される。
【0030】
第１のＬＰカルバメート凝縮器内の蒸気（ＮＨ３及びＣＯ２を含む未凝縮ガス）は、冷却水を使用する第２の下流ＬＰカルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）内で任意に凝縮され、凝縮物（カルバメート含有液）は、尿素合成反応ゾーンに再利用され、いくつかの別の実施形態では、蒸気は、任意のスクラビングの後に、代わりに排出される。第１の好ましい実施形態では、ＬＰＣ１におけるカルバメートの結晶化を回避するために、ＬＰＣ１で水の供給が必要とされることが多いため、ＬＰＣ２からのカルバメート含有液は、ＬＰＣ１に供給される。第２の好ましい実施形態では、ＬＰＣ１からのカルバメート含有液をＬＰＣ２に供給し、ＬＬＰＣからのカルバメート含有液をＬＰＣ１に供給する。この実施形態では、ＬＰＣ１から受け取った液体（Ｃ２）の存在下における冷却流体（例えば冷却水）に対する蒸気（Ｖ２）の更なる凝縮のために、例えば混合物として、具体的には、蒸気（Ｖ２）及び液体（Ｃ２）がＬＰＣ１からＬＰＣ２に供給される。ＬＰＣ２からのカルバメート含有液（Ｃ２）は、例えば、高圧合成部に供給され、具体的には、ＨＰ反応ゾーンで再利用される。このようにして、ＬＬＰＣからのカルバメート（Ｃ４）は、ＬＰＣ１におけるカルバメートの結晶化を回避するために、ＬＰＣ１に必要な水の供給を最初に提供する。ＬＰＣ１からＬＰＣ２に供給される液体（Ｃ２）は、必要な水の供給をＬＰＣ２に提供する。この第２の好ましい実施形態は、エネルギー効果に関して、第１の好ましい実施形態よりも好ましくないが、ＣＯ２ストリッピングを有する既存の尿素プロセスと比較して、依然として有意なエネルギー効果を提供する。
【0031】
好ましくは、ストリッパからの尿素液を、中圧（ＭＰ）まで膨張させ、中圧処理にさらした後、低圧まで膨張させ、ＬＰ分解器に供給する。より好ましくは、中圧処理は断熱フラッシュであり、フラッシュされた尿素液及び中圧蒸気を得る。あるいは、中圧処理は、処理された尿素液及び中圧蒸気を得る中圧分解である。中圧分解は、加熱を含むことができ、その中で使用される熱は、例えば、スチームとして、例えばＨＰＣＣから供給することができる。例えば、ＨＰＣＣ内の凝縮媒体との壁を通した熱交換によって、より具体的には、ＨＰＣＣがチューブ束を備えるシェル＆チューブ熱交換器である場合には、高圧プロセス媒体がシェル側に存在し、シェル側で凝縮している間に、ＨＰＣＣのチューブを通して中圧尿素液を供給し、それによって熱を放出することによって、熱を供給することもできる。好ましいＭＰ処理、ＭＰフラッシュ及びＭＰ分解の両方に関して、カルバメートの結晶化を回避するために、ＬＰＣ１から及び／又は任意のＬＰＣ２（液は若干の水を含む）からカルバメート含有液も好ましくは受け取るＭＰ凝縮器（ＭＰＣ）内で、好ましくはＭＰ蒸気を凝縮する。得られたカルバメート含有液は、例えば高圧カルバメート凝縮器を通して、高圧反応ゾーンにポンプで注入及び供給される。ＭＰ凝縮器内で放出される凝縮熱は、好ましくは、壁を通した熱交換により、準大気圧分解器の尿素液から水を蒸発させるために使用される。
【0032】
非常に有利なことに、高圧部の特別な設計（基礎プラント用）は必要ではなく、同様に、（既存の尿素プラントの改造のための）高圧部の特別な改質は必要ではない。ＬＰＣ１／ＬＬＰＤのための熱交換容器等の追加の装置は、任意に熱交換容器ＭＰＣ／ＰＥＶ等の追加の中圧装置を伴う低圧装置であり、したがって、カルバメートの腐食性の低い低温で作動する。これは、例えば二相系ステンレス鋼合金等の特別な耐腐食性材料を使用する必要がないため、高圧装置と比較して、装置のコストが大幅に削減される。
【0033】
本発明の尿素製造プロセスは、高圧反応ゾーン（Ｒ）で、アンモニア及び二酸化炭素を尿素形成条件にさらすことによって、カルバメートも含有する第１の尿素液（Ｕ１）を形成することを含む。プロセスは、第１の尿素液を高圧ストリッピング（Ｓ）にさらして、熱（Ｈ１、Ｓ１）を使用してカルバメートを分解することによって、ガス流（ＳＧ）及びカルバメートも含有する第２の尿素液（Ｕ２）を形成すること、及び高圧カルバメート凝縮器（ＨＰＣＣ）で、ガス流（ＳＧ）を凝縮させることによって、第１のカルバメート含有液（Ｃ１）形成し、凝縮熱（Ｈ２、Ｓ２）を放出することを更に含み、カルバメート含有液（Ｃ１）は、高圧反応ゾーンに供給される。
【0034】
プロセスは、第２の尿素液（Ｕ２）を低圧カルバメート分解すること、又は最初に当該第２の尿素液（Ｕ２）を中圧（ＭＰＰ）で処理して、処理された第２の尿素液（Ｕ２ａ）を低圧分解することを更に含む。低圧カルバメート分解は、低圧分解器（ＬＰＤ）で、高圧カルバメート凝縮器からの当該凝縮熱（Ｈ２、Ｓ２）を使用して、カルバメートを含有する尿素液（Ｕ２、Ｕ２ａ）を加熱して、カルバメートを分解することによって、第１の蒸気（Ｖ１）及びカルバメートも含有する第３の尿素液（Ｕ３）を得ること、及び第３の尿素液を準大気圧（Ｆ１、Ｘ１）まで膨張させることによって、膨張した第３の尿素液（Ｕ３ａ）を得ることを含む。
【0035】
プロセスは、第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）で、第１の蒸気（Ｖ１）を凝縮させることによって、第２のカルバメート含有液（Ｃ２）及び第２の蒸気（Ｖ２）を得、追加の凝縮熱（Ｈ３）を放出することを更に含む。第１の低圧カルバメート凝縮器は、高圧反応ゾーン（Ｒ）の注入口と液体連通している第２のカルバメート含有液（Ｃ２）のための排出口を有する。
【0036】
プロセスは、準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）で、当該膨張した第３の尿素液（Ｕ３ａ）を、当該第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）と当該準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）との間の熱交換壁（ＬＰＨＸ）を通した熱伝達による当該第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）からの当該追加の凝縮熱（Ｈ３）を使用して、カルバメートを分解することによって、第４の尿素液（Ｕ４）及び第３の蒸気（Ｖ３）を得ることを更に含む。プロセスは、準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＣ）で、冷却流体との間接熱交換において、当該第３の蒸気（Ｖ３）を凝縮させることによって、第４のカルバメート含有液（Ｃ４）を得ることを更に含む。
【0037】
プロセスは任意に、第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）内で、第２の蒸気（Ｖ２）を、冷却流体（ＣＷ）との間接熱交換において、凝縮させることによって、第３のカルバメート含有液（Ｃ３）を得ることを更に含み、第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）は、高圧反応ゾーン（Ｒ）の注入口と液体連通している第３のカルバメート含有液（Ｃ３）のための排出口を有する。いくつかの実施形態では、第２の蒸気（Ｖ２）は、スクラビング後に、任意選択的に代わりに排出される。
【0038】
好ましい実施形態では、準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＣ）は、高圧反応ゾーン（Ｒ）と液体連通している第４のカルバメート含有液（Ｃ４）の少なくとも一部のための排出口を有する。
【0039】
本発明の尿素プラント（ＵＰ）は、アンモニア及び二酸化炭素を尿素形成条件にさらすことによって、カルバメートも含有する第１の尿素液（Ｕ１）を形成するための高圧反応ゾーン（Ｒ）、並びに第１の尿素液を高圧ストリッピングにさらして、熱（Ｈ１、Ｓ１）を使用してカルバメートを分解することによって、ガス流（ＳＧ）及びカルバメートも含有する第２の尿素液（Ｕ２）を形成するための高圧ストリッパ（Ｓ）、並びに当該ガス流（ＳＧ）を凝縮することによって、第１のカルバメート含有液（Ｃ１）を形成し、凝縮熱（Ｈ２、Ｓ２）を放出するための高圧カルバメート凝縮器（ＨＰＣＣ）を含む。
【0040】
尿素プラントは、低圧分解器（ＬＰＤ）を更に含む。低圧分解器（ＬＰＤ）は、当該第２の尿素液（Ｕ２）を低圧分解するように構成されるか、又はプラントは、最初に中圧部（ＭＰＰ）で、第２の尿素液（Ｕ２）の少なくとも一部を中圧（ＭＰＰ）で処理して、処理された第２の尿素液を得るように構成され、低圧分解器（ＬＰＤ）は、当該処理された第２の尿素液を低圧分解するように構成されている。低圧カルバメート分解は、高圧カルバメート凝縮器からの当該凝縮熱（Ｈ２、Ｓ２）を使用して、カルバメートを含有する尿素液を加熱して、カルバメートを分解することによって、第１の蒸気（Ｖ１）及びカルバメートも含有する第３の尿素液（Ｕ３）を得ることを含む。尿素プラントは、第３の尿素液を準大気圧まで膨張させることによって、膨張した第３の尿素液（Ｕ３ａ）を得るための膨張システム（Ｆ１、Ｘ１）を更に含む。尿素プラントは、当該第１の蒸気（Ｖ１）を凝縮させることによって、第２のカルバメート含有液（Ｃ２）及び第２の蒸気（Ｖ２）を得て、追加の凝縮熱（Ｈ３）を放出するための第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）を更に含む。第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）は、高圧反応ゾーン（Ｒ）と液体連通している第２のカルバメート含有液（Ｃ２）のための排出口を有する。
【0041】
尿素プラントは、当該膨張した第３の尿素液（Ｕ３ａ）を、当該第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）と当該準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）との間の熱交換壁（ＬＰＨＸ）を通した熱伝達による当該第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）からの当該追加の凝縮熱（Ｈ３）を使用して、カルバメート分解することによって、第４の尿素液（Ｕ４）及び第３の蒸気（Ｖ３）を得るための準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）を更に含む。
【0042】
尿素プラントは、冷却流体との間接熱交換おいて、当該第３の蒸気（Ｖ３）を凝縮させることによって、第４のカルバメート含有液（Ｃ４）を得るように構成される、好ましくは、高圧反応ゾーン（Ｒ）の注入口と液体連通している第４のカルバメート含有液（Ｃ４）の全て又は一部のための排出口を有する、準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＣ）を更に含む。
【0043】
本発明は、尿素製造プロセス及びこのプロセスのために好ましく構成される尿素プラントに関する。例示的なプロセス及びプラントを図１に示す。
【0044】
尿素プラント（ＵＰ）は、ＨＰ反応ゾーン（Ｒ）、ＨＰストリッパ（Ｓ）及びＨＰカルバメート凝縮器（ＨＰＣＣ）を備えるＨＰ合成部を含む。ＨＰ反応ゾーン（Ｒ）は、アンモニア及び二酸化炭素を尿素形成条件にさらすことによって、カルバメート（アンモニウムカルバメート）も含み、典型的には、水及びアンモニアも含有する第１の尿素液（Ｕ１）を形成するように構成される。プロセスは、ＨＰ反応ゾーン（Ｒ）で、アンモニア及び二酸化炭素を尿素形成条件にさらすことによって、第１の尿素液（Ｕ１）を形成することを含む。反応は、例えば、２．５～３．５、好ましくは３．０～３．２のＮ／Ｃ比で実施される。Ｎ／Ｃ比は、理論的な初期混合物に基づいた、反応ゾーンにおけるＮＨ３とＣＯ２とのモル比である。
【0045】
ＨＰストリッパ（Ｓ）は、第１の尿素液（Ｕ１）（尿素合成液）を高圧ストリッピングにさらして、熱（Ｈ１）、具体的には、第１のスチーム（Ｓ１）を使用して、カルバメートの一部をＮＨ３及びＣＯ２に分解することによって、ＮＨ３及びＣＯ２を含有するガス流（ＳＧ）（例えば混合ガス）、並びにカルバメート、アンモニア、及び水を含有する第２の尿素液（Ｕ２）（ストリップした尿素液）を形成するように構成される。ＨＰストリッパは、図１に示すように、ＣＯ２ストリッピングプラントの尿素プラントのストリップガスとして、例えばＣＯ２を使用する。アンモニアストリッピング及びセルフストリッピングも反応ゾーン（Ｒ）へのＣＯ２原料供給との組み合わせで使用できる。高圧ストリッピングは、典型的には、流入する第１の尿素液と、第１の尿素液よりもＮＨ３又はＣＯ２に対する蒸気圧が低いガス流との間の逆流接触を伴う。
【0046】
好ましい実施形態では、第１の尿素液（Ｕ１）は、約３（例えば、２．５～３．５）のＮ／Ｃ比を有し、ストリッパの排出口のストリッピングした尿素液尿素液（Ｕ２）は、２．０～２．３、任意に２．１０～２．３０のＮ／Ｃ比を有する。
【0047】
第１のスチーム（Ｓ１）は、例えば、尿素プラントのＣＯ２原料圧縮機のスチームタービンから抽出される。第１のスチームは、例えば及び典型的には、ユーティリティプラント、例えば、任意にスチームタービンを通した化石燃料を使用する専用の沸騰システムから取り出すか、又は例えば上流アンモニアプラントから取り出すか、又は例えば任意のプラントから受け取った飽和スチーム（例えば、１８～２０ｂａｒａ）である。
【0048】
ＨＰカルバメート凝縮器（ＨＰＣＣ）は、プロセス媒体側及び冷却流体側、並びにこれらの間の熱交換壁を含み、当該ガス流（ＳＧ）をカルバメートの凝縮にさらすことによって、プロセス媒体側に、第１のカルバメート含有液（Ｃ１）を形成するように構成されている。このカルバメートの凝縮は、好ましくは冷却流体側で第２のスチーム（Ｓ２）を上昇させることによる、凝縮熱（Ｈ２）の放出を含む。高圧カルバメート凝縮器（ＨＰＣＣ）は、第１のカルバメート含有液（Ｃ１）を高圧反応ゾーン（Ｒ）に供給するための接続を有する。尿素プラントは、任意に、別々の容器間の接続を使用するか、又は組み合わせた容器内の液の輸送を伴って、高圧カルバメート凝縮器（ＨＰＣＣ）からの第１のカルバメート含有液（Ｃ１）を高圧反応ゾーンに供給するように構成される。プロセスは、カルバメート含有液（Ｃ１）を高圧反応ゾーンに供給することを含む。
【0049】
方法は、ＮＨ３原料をＨＰ反応ゾーンに、任意にＨＰＣＣを通して供給することを含む。既に一部の尿素は、プロセスで形成される尿素の総量のうち例えば１０重量％超、３０重量％超、及び／又は９０重量％未満は、高圧カルバメート凝縮器で形成されてもよい。したがって、ＨＰ反応ゾーンは、いくつかの実施形態では、ＨＰカルバメート凝縮器の少なくとも一部に設けられる。ＨＰカルバメート凝縮器は、例えば冷却液として冷却水を使用する熱交換器であり、例えば、Ｕ字型のチューブ束を有し、例えばチューブ内に冷却水、シェル側にプロセス媒体を有する、例えばシェル＆チューブ熱交換器である。
【0050】
尿素プラントは、１つ又は複数のＨＰ反応ゾーンを含んでもよい。少なくとも１つのＨＰ反応ゾーンは、いくつかの実施形態では、反応器であり、例えば、ＨＰカルバメート凝縮器とは別個の容器である縦型反応器である。いくつかの実施形態では、ＨＰ反応ゾーン及びＨＰカルバメート凝縮器は、別個の容器で設けることができる。いくつかの実施形態では、ＨＰ反応ゾーン又はＨＰ反応ゾーン及びＨＰカルバメート凝縮器のうちの少なくとも１つは、単一の容器内で組み合わされ、単一の容器は、好ましくは、横型の浸漬凝縮器部分を有する容器であり、任意に、プラントは、例えば縦型反応器として、容器の下流にＨＰ反応ゾーンを更に含む。このような組み合わせた容器内の凝縮器は、例えば、チューブ束を有するシェル＆チューブ熱交換器である。チューブ束は、例えばＵ字型のチューブ束又は直線型のチューブ束とすることができる。作動中、冷却流体は、典型的には、チューブを通って供給され、ストリッパからのガス流（ＳＧ）はシェル部に供給される。容器は、例えば、米国特許第５７６７３１３号明細書に記載されているようなプール反応器、又は米国特許第６６８０４０７号明細書に記載されているような縦型組合わせ反応器である。
【0051】
ＨＰ装置、例えば、反応器、ストリッパ、及びＨＰカルバメート凝縮器は、少なくともプロセス媒体と接触する部分に関しては、尿素グレード鋼、例えば、フェライト－オーステナイト系二相ステンレス鋼等の耐腐食性材料でからなる。
【0052】
尿素プラントは、ＨＰ反応ゾーンの排出口と第１の尿素液のためのＨＰストリッパの注入口との間の接続、ストリッパの排出口とガス流（ＳＧ）のためのＨＰカルバメート凝縮器の注入口との間の接続を含み、いくつかの実施形態では、ＨＰカルバメート凝縮器の排出口と第１のカルバメート液のためのＨＰ反応ゾーンの注入口との間の接続を含む。ストリッパは、好ましくは、ストリップガスのための注入口を有し、ＨＰカルバメート凝縮器は好ましくは、アンモニア原料のための注入口を有する。
【0053】
いくつかの実施形態では、尿素プラントは、ＨＰ合成部の排出口から、例えばＨＰＣＣからのガスをスクラビングするためのＨＰスクラバを含む。これらのガスは、具体的には、不活性（使用される場合、例えば不動態化空気）である。中圧凝縮器を有する好ましい実施形態では、尿素プラントは、好ましくはＨＰスクラバを含まない。
【0054】
尿素プラントは、ストリッパからの第２の尿素液（Ｕ２）の少なくとも一部、例えば全てを受け取る低圧回収部、及び任意に、第２の尿素液（Ｕ２）の少なくとも一部、任意に全てを処理して、処理された第２の尿素液（Ｕ２ａ）を得るための、ストリッパと低圧回収部との間の中圧部（ＭＰＰ）を更に含む。
【0055】
尿素プラント、具体的には、ＬＰ回収部は、低圧分解器（ＬＰＤ）を含む。低圧分解器（ＬＰＤ）は、第２の尿素液（Ｕ２）及び／又は処理された第２の尿素液（Ｕ２ａ）を低圧でカルバメート分解するように構成され、ストリッパの排出口への接続及び／又は中圧部（ＭＰＰ）の排出口への接続を有するこれらの流れのための注入口を有する。ＬＰ分解は、カルバメートを含有する任意に処理された第２の尿素液（Ｕ２、Ｕ２ａ）を、ＨＰカルバメート凝縮器からの凝縮熱（Ｈ２）を使用して加熱して、好ましくは第２のスチーム（Ｓ２）との熱交換によって、カルバメートを分解することによって、ＣＯ２、ＮＨ３、及び水蒸気を含む第１の蒸気（Ｖ１）、並びにカルバメート及び水も含有する第３の尿素液（Ｕ３）を得ることを含む。
【0056】
ＬＰ分解器は、例えば、カルバメートを含む流入する（任意に処理された）第２の尿素液（Ｕ２、Ｕ２ａ）と第１の蒸気（Ｖ１）との間の接触のための、具体的にはこれらの流れの間の逆流接触のための整流カラムを含む。整流カラムは、例えば、第１の蒸気（Ｖ１）の水の含有量を減少させるために使用される。整流カラムは、例えば、充填材を含み、例えば、底部でスチームと熱交換するための熱交換器ゾーンを有する。
【0057】
好ましい実施形態では、ＣＯ２原料の一部は、大気フラッシュ（Ｆ１）に供給されて、第１の蒸気（Ｖ１）のより良好な凝縮のために望ましい低いＮ／Ｃ比を有するように第１の蒸気（Ｖ１）のＮ／Ｃ比を調節する。好ましい実施形態では、断熱フラッシュ容器（Ｆ１）は、ガス状ＣＯ２流と尿素液との間の逆流接触のために構成され、それによって尿素液中のＮＨ３種の一部を、好ましくは断熱的にストリッピングする。
【0058】
好ましくは、フラッシュ容器（Ｆ１）は、この接触のために充填床を含む。好ましい実施形態では、フラッシュ容器（Ｆ１）は大気圧ストリッパである。好ましい実施形態では、ＣＯ２原料の一部は大気フラッシュ（Ｆ１）に供給され、当該一部は、例えば、尿素プラントへのＣＯ２原料の総量の１～１０重量％、より好ましくは３～８重量％の量である。好ましい実施形態では、大気フラッシュに供給されるＣＯ２のストリッピング効果は、尿素液（Ｕ３）のための注入口における約４．０から、尿素液（Ｕ３ａ）のための排出口における約２．６まで、Ｎ／Ｃ比の減少をもたらす。フラッシュ容器におけるＮ／Ｃの補正は、ＬＬＰＣにおける凝縮温度が、準大気圧でのカルバメート凝縮のために、ＬＬＰＣにおいて典型的に利用可能な冷却水（例えば、３０～４０℃）を使用するのに十分に高い（例えば３０℃超）という利点をもたらす。
【0059】
プラント、具体的には低圧回復部は、第３の尿素液（Ｕ３）を準大気圧（１．０ｂａｒ未満の絶対圧、例えば０．１０～０．９ｂａｒａ、好ましくは０．３～０．５ｂａｒａ）まで膨張させることによって、膨張した第３の尿素液（Ｕ３ａ）を得るための膨張システム（Ｆ１、Ｘ１）を更に含む。プロセスは、このような膨張を更に含む。
【0060】
好ましい実施形態では、膨張システムは、例えば断熱フラッシュによって、尿素液を大気圧（例えば１～２ｂａｒ絶対圧、例えば１．０～１．８ｂａｒａ、好ましくは１．０～１．３ｂａｒａ）まで膨張させて、第４の蒸気（Ｖ４）及び尿素液を得るための、第３の尿素液（Ｕ３）のための注入口を有する大気フラッシュ容器（Ｆ１）、並びに尿素液を準大気圧まで更に膨張させて、膨張した第３の尿素液を（Ｕ３ａ）を得るための膨張バルブ（Ｘ１）を含む。プロセスは、好ましくは、大気圧凝縮器（Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ：ＡＰＣ）で、第４の蒸気（Ｖ４）を凝縮させて、第５のカルバメート含有液（Ｃ５）を得ることを更に含む。大気圧凝縮器（ＡＰＣ）は、カルバメートの効果的な再利用のための、高圧反応器（Ｒ）と間接液体接続している、第５のカルバメート含有液（Ｃ５）のための排出口を有する。好ましくは、プロセスは、第５のカルバメート含有液（Ｃ５）を第１及び／又は第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１、ＬＰＣ２）に供給することを含む。このようにして、第５のカルバメート含有液（Ｃ５）の水の一部分は、第１及び／又は第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１、ＬＰＣ２）におけるカルバメートの結晶化を回避するために見事に使用される。
【0061】
低圧回収部は、第１の蒸気（Ｖ１）をカルバメートの凝縮さらすことによって、第２のカルバメート含有液（Ｃ２）及び第２の蒸気（Ｖ２）を得て、追加の凝縮熱（Ｈ３）を放出するための第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）を更に含む。凝縮は部分的である。第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）は、低圧分解器の第１の蒸気（Ｖ１）のための排出口への接続を有する注入口を有する。ＬＰＣ１作動圧は、好ましくは６～９ｂａｒａであり、より好ましくは８ｂａｒａであり、これらの圧力は、ＬＬＰＤとの熱統合のための、ＬＰＣ１における最適な凝縮温度を提供する。
【0062】
第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）は、高圧反応ゾーン（Ｒ）と液体連通している第２のカルバメート含有液（Ｃ２）のための排出口を有する。したがって、プロセスは、第２のカルバメート含有液（Ｃ２）を、高圧反応ゾーン（Ｒ）に、任意に第２のＬＰカルバメート凝縮器を通して、例えばＨＰカルバメート凝縮器を通して、及びポンプを使用して、間接的に供給することを含む。この方法では、プロセスは、ＨＰ合成部へのカルバメートの再利用を含む。
【0063】
尿素プラントは、当該膨張した第３の尿素液（Ｕ３ａ）を、第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）からの追加の凝縮熱（Ｈ３）を使用して、カルバメート分解することによって、第４の尿素液（Ｕ４）及び第３の蒸気（Ｖ３）を得るように構成されている準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）を更に含む。準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）は、膨張システムの膨張した第３の尿素液（Ｕ３ａ）のための排出口への接続を有する注入口を有し、第４の尿素液（Ｕ４）のための排出口及び第３の蒸気（Ｖ３）のための排出口を有する。
【0064】
尿素プラントは、当該第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）と当該準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）との間に熱交換壁（ＬＰＨＸ）を含む。したがって、実際には、単一の容器内で、より具体的には、熱交換器内で、例えば、熱交換壁（ＬＰＨＸ）による大量輸送のために分離されている、膨張した第３の尿素液（Ｕ３ａ）を第１の側（例えばチューブ側）、第１の蒸気（Ｖ１）を熱交換器の第２側（例えばシェル側）を有する、シェル＆チューブ熱交換器において、低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）及び当該準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）を組み合わせる。単一の容器は、好ましくは、チューブ及びシェル側を有する逆流シェル＆チューブ熱交換器を構成され、より好ましくは、シェル側で液体相中にチューブが浸漬し、チューブ（ＬＰＤ１）に流下膜式蒸発器を有し、チューブにおける流れはシェル側の流れに逆流している、シェル側（ＬＰＣ１）浸漬凝縮器で構成される。
【0065】
プロセスは、この熱交換壁（ＬＰＨＸ）を通した熱伝達を含む。第４の尿素液（Ｕ４）は、好ましくは、少なくとも６０重量％の尿素、より好ましくは少なくとも７０重量％の尿素、例えば７０～８０重量％の尿素、例えば７０～７６重量％の尿素を含む。
【0066】
尿素プラントは、間接熱交換において、典型的には、冷却水（ＣＷ）等の冷却流体と共に当該第２の蒸気（Ｖ２）を凝縮させることによって、第３のカルバメート含有液（Ｃ３）を得るように構成される第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）を更に含む。
【0067】
第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）は、第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）の第２の蒸気（Ｖ２）のための排出口と接続する注入口を有し、ＨＰ反応ゾーン（Ｒ）の注入口と液体連通している第３のカルバメート含有液（Ｃ３）のための排出口を有して、典型的にはＨＰカルバメート凝縮器を通し、ポンプを使用して、第３のカルバメート含有液（Ｃ３）を最終的にＨＰ反応ゾーン（Ｒ）に供給する。第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）は、例えば、シェル＆チューブ熱交換器である。
【0068】
任意の実施形態では、ＬＰＣ２を省略することができる。ＬＰＣ１／ＬＬＰＤユニットの適切な作動条件及びＬＰＣ１とＬＬＰＤとの間の熱統合では、ＬＰＣ２の熱負荷（冷却水に対する冷却のための熱負荷）は非常に低いか、存在しない可能性がある。したがって、任意の実施形態では、ＬＰＣ２は省略される。このような実施形態では、準大気圧凝縮器（ＬＬＰＣ）からのカルバメート液（Ｃ４）は、例えば、第１のＬＰ凝縮器（ＬＰＣ１）に供給され、第１のＬＰ凝縮器（ＬＰＣ１）からの蒸気（Ｖ２）は、スクラビング後に任意に排出される。
【0069】
尿素プラントは、冷却流体（ＣＷ）との間接熱交換において、第３の蒸気（Ｖ３）をカルバメートの凝縮することによって、第４のカルバメート含有液（Ｃ４）を得るように構成される準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＣ）を更に含む。準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＣ）は、準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）の第３の蒸気（Ｖ３）のための排出口と接続している第３の蒸気（Ｖ３）のための注入口を有し、第４のカルバメート含有液（Ｃ４）のための排出口を有する。
【0070】
第４のカルバメート含有液（Ｃ４）は、例えば、少なくとも２０重量％のカルバメート、例えば７０重量％未満のカルバメート、例えば３０～５０重量％のカルバメートを、典型的には残留した本質的な水と共に含む。
【0071】
準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＣ）の排出口は、好ましくは、第４のカルバメート含有液（Ｃ４）の全て又は一部のためのものであり、好ましくは、高圧反応ゾーン（Ｒ）の注入口と液体連通している。最適には、準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＣ）は、脱着カラム及び／又は廃水処理部の注入口と液体連通している第４のカルバメート含有液（Ｃ４）の全て又は一部のための排出口を有する。プロセスは、好ましくは、第１及び／又は第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１、ＬＰＣ２）を通して、次いでＨＰカルバメート凝縮器を通して、好ましくは、第４のカルバメート含有液（Ｃ４）の全部又は一部を高圧反応ゾーン（Ｒ）に間接的に供給することを含む。準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＣ）は、好ましくは、シェル側に凝縮物及びチューブ内に冷却水を有するシェル＆チューブ熱交換器であり、更に好ましくは、横型チューブ束を備え、チューブの表面上に凝縮体を有する横型表面凝縮器、又は更に好ましくは、縦型チューブ束を有する縦型流下膜式凝縮器である。好ましくは、チューブは直線型チューブ束として提供される。好ましくは、チューブの両側はカルバメートを含むプロセス媒体にさらされているため、両面（チューブ壁の内側及び外側表面）は、ステンレス鋼材料で提供される。特に好ましい実施形態では、シェル側（チューブ外側表面）に３１６Ｌの鋼を有する直線型チューブ束を、チューブ側（チューブ内側表面）に３０４Ｌの鋼を使用する。
【0072】
好ましい実施形態では、準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＣ）は、好ましくは第１及び／又は第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１、ＬＰＣ２）を通じて、及び任意にＨＰカルバメート凝縮器（ＨＰＣＣ）を通じて、高圧反応ゾーン（Ｒ）と液体連通している第４のカルバメート含有液（Ｃ４）の少なくとも一部のための排出口を有する。尿素プラントが中圧凝縮器を含まない任意の実施形態では、第４のカルバメート含有液は、好ましくは尿素プラントのＨＰスクラバに供給され、ＨＰスクラバは、ＨＰカルバメート凝縮器の注入口に接続されたカルバメート液のための排出口を有する。
【0073】
好ましい実施形態では、第３のカルバメート含有液（Ｃ３）は、第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）に供給され、第４のカルバメート含有液（Ｃ４）は、第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）に供給され、したがって、プラントは、第３のカルバメート含有液（Ｃ３）のためのＬＰＣ２の排出口とＬＰＣ１の注入口との間の接続、及び第４のカルバメート含有液（Ｃ４）のためのＬＬＰＣの排出口からＬＰＣ２の注入口への接続を含む。第２のカルバメート含有液（Ｃ２）は、ＨＰ反応ゾーンに供給される。これにより、エネルギー効率の良い尿素製造プロセス及びプラントが提供される。
【0074】
図１は、更にストリッパがＣＯ２ストリッパであり、好ましい大気凝縮器（ＡＰＣ）が使用されるような実施形態の一例のプロセス概略図を表す。任意に、中圧処理ユニット（ＭＰＰ）が使用される。ＣＯ２原料の一部は、大気フラッシュ（Ｆ１）におけるＮ／Ｃ補正に使用される。更に、膨張バルブ（図示せず）は、ＨＰストリッパと低圧分解器との間等の膨張／圧力低減の各工程に含まれる。加えて、ＬＬＰＣからＬＰＣへの流れＣ４等の、液体流の圧力上昇のためのポンプ及び／又は放出装置が含まれる（図示せず）。更に、ＬＬＰＣ、ＬＰＣ２及びＭＰＣは、典型的には、未凝縮蒸気（具体的には、例えば任意に使用される不動態化空気から及び／又はＣＯ２原料及び／又はＮＨ３原料からの水素及び又はＮ２の痕跡からの不活性物質）のための排出口を有する。いくつかの実施形態では、ＨＰカルバメート凝縮器ＨＰＣＣは、ＨＰスクラバ又はＭＰスクラバに接続されたガスのための排出口を有し、他の実施形態では、ＨＰ合成部はＨＰスクラバを含まない。これらの排出口は、図１には示されていない。更に、熱（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）に関する矢印は、プロセスの流れではなく、概念的な熱流を示し、図３の熱流Ｈ４についても同様である。
【0075】
別の実施形態では、第２のカルバメート含有液（Ｃ２）は、第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）の排出口から、第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）の注入口に供給され、第４のカルバメート含有液（Ｃ４）は、準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＣ）の排出口から、第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）の注入口に供給され、プラントは、これらの注入口と排出口との間の接続を含む。
【0076】
【0077】
第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）及び第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）は、それぞれ独立して、好ましくは、連続相として液体を有する浸漬凝縮器であり、例えば、好ましくはチューブ内に冷却流体を有するシェル＆チューブ熱交換器であり、好ましくは、第１及び第２の低圧カルバメート凝縮器の両方は、このような凝縮器である。第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）は、準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）と組み合わされたユニットであり、この組み合わされたユニットは、好ましくは、チューブ束を有するシェル＆チューブ熱交換器であり、シェル側に蒸気（Ｖ１）の凝縮物及びチューブ内に尿素液（Ｕ３ａ）の加熱を伴い、より好ましくは、浸漬凝縮器として構成される。好ましくは、尿素液の加熱は、チューブ内で流下膜式蒸発を使用するか、あるいはチューブ内で上昇膜式蒸発を使用することができ、更に好ましくは、チューブは、シェル側で、カルバメート含有液の液相に浸漬し、あるいは流下膜式凝縮は、例えばシェル側で使用することができる。チューブ束は、好ましくは縦型である。
【0078】
第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）は、好ましくは、第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）よりも高い温度、例えば、少なくとも１０℃又は少なくとも２０℃高い温度で作動する。ＬＰＣ１は、好ましくは、蒸気を部分的に凝縮させるために使用され、ＬＰＣ２は、蒸気Ｖ２中の残存ＣＯ２及びＮＨ３をカルバメートに凝縮させるために使用される。いくつかの実施形態では、ＬＰＣ１及びＬＰＣ２は、単一のシェルに統合される。
【0079】
ＬＰ回収部は、例えば、ユニットＬＰＤ、ＬＰＣ１、ＬＰＣ２、Ｆ１、ＡＰＣ、ＬＬＰＤ、及びＬＬＰＣを含むが、Ｆ１、ＡＰＣ、ＬＬＰＤ、及びＬＬＰＣは、２ｂａｒ未満の絶対圧で作動する。
【0080】
好ましい実施形態では、プロセスは、最初に当該第２の尿素液（Ｕ２）を中圧（ＭＰＰ）で処理して、処理された第２の尿素液（Ｕ２ａ）を低圧カルバメート分解（ＬＰＤ）にさらすことを含む。中圧処理は、好ましくは、尿素液からアンモニア及び／又はカルバメートを除去することによって、カルバメートも含有する処理された第２の尿素液（Ｕ２ａ）、並びにＮＨ３及びＣＯ２を含有する（例えば、６０重量％のＣＯ２、５重量％の水、残りはＮＨ３）第５の蒸気（Ｖ５）を得ることを含む。ストリッピングされた尿素液（Ｕ２）の中圧への圧力低下は、カルバメート分解をもたらす。
【0081】
プロセスは、好ましくは、第５のカルバメートを含有液を中圧凝縮器（ＭＰＣ）で凝縮させて、第６のカルバメート含有液（Ｃ６）を得ることを含む。好ましくは、当該第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）からの第２のカルバメート含有液（Ｃ２）及び／又は準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＣ）からの第３のカルバメート含有液（Ｃ３）は、中圧凝縮器（ＭＰＣ）に供給され、プラントは、このような流れのための注入口と排出口との間の接続を備える。好ましくは、中圧凝縮器（ＭＰＣ）は、高圧反応ゾーン（Ｒ）の注入口と液体連通している第６のカルバメート含有液（Ｃ６）のための排出口を有し、好ましくは、プロセスは、第６のカルバメート含有液（Ｃ６）を高圧反応ゾーン（Ｒ）に直接又は間接的に供給することを含む。
【0082】
好ましくは、本方法は、予備蒸発器（ＰＥＶ）内で、準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＤ）からの第４の尿素液（Ｕ４）を、（任意に、尿素貯蔵タンクを通して）加熱して、尿素液から水を蒸発させ、当該中圧凝縮器（ＭＰＣ）内のカルバメート凝縮によって放出された凝縮熱（Ｈ４）を使用して、一部の残存カルバメートを任意に分解することによって、水の含有量が減少した第５の尿素液（Ｕ５）及び主に水蒸気である第６の蒸気（Ｖ６）を得ることを更に含む。第６の蒸気は、例えば凝縮され、凝縮物は、例えば、廃水処理部に送られる。第５の尿素液（Ｕ５）は、例えば、少なくとも８０重量％の尿素、好ましくは少なくとも８５重量％の尿素、例えば８６～９５重量％の尿素、例えば９３重量％の尿素を含む。この実施形態による例示的なプロセスを図３に示す。
【0083】
好ましくは、中圧カルバメート凝縮器（ＭＰＣ）は、予備蒸発器（ＰＥＶ）と組み合わされた容器であり、より好ましくは、シェル側でＭＰ蒸気（Ｖ５）の凝縮、及びチューブ内で尿素液（Ｕ４）の加熱を行う、より好ましくは、浸漬凝縮器として構成される、チューブ束を有するシェル＆チューブ熱交換器である。好ましくは、尿素液の加熱は、チューブ内で流下膜式蒸発を使用するか、あるいはチューブ内で上昇膜式蒸発を使用することができ、好ましくは、チューブは、カルバメート含有液の液相に浸漬したシェル側にある。好ましくは、シェル＆チューブ熱交換器は、蒸気注入口が尿素液排出口の近くにあるように、チューブ内のフローがシェル側のフローに逆流するように構成される。ＭＰＣのチューブ束は、好ましくは縦型である。
【0084】
好ましくは、中圧での処理は、処理された尿素液がフラッシュされた第２の尿素液（Ｕ２ａ）であるように、中圧フラッシュ容器（ＭＰＦ）内で、第２の尿素液（Ｕ２）を断熱フラッシュすることを含む。この実施形態を図３に示す。
【0085】
本発明による低圧回収部と組み合わせて、非常にエネルギー効率の高いプロセスは、有利なことに、中圧処理としての断熱フラッシュによって達成することができる。更に、中圧断熱フラッシュ容器は、比較的単純な装置である。
【0086】
図３は、ＨＰストリッパからのストリッパ第２の尿素液（Ｕ２）の断熱フラッシュのための中圧フラッシュ容器（ＭＰＦ）の例示的実施形態を概略的に示す。また、図３は、ＬＰ回収部が図１に示されるようなものであることも概略的に示し、すなわち、液Ｃ２は、ＬＰＣ１からＬＰＣ２に供給され、液Ｃ４は、ＬＬＰＣからＬＰＣ１に供給され、この構成は、ＭＰ処理の使用から独立しており、他の構成も可能である。例えば、更なる例示的な尿素プラントは、中圧フラッシュ容器（ＭＰＦ）を含み、ＬＰ回収部の構成は図２に示す通りである。
【0087】
別の実施形態では、中圧での処理は、中圧分解器内で、第２の尿素液（Ｕ２）を加熱することによって、カルバメートを分解することを含む。中圧加熱は、例えば、スチームを加熱流体として使用する。一実施形態では、中圧加熱は、ＨＰカルバメート凝縮器内の凝縮高圧プロセス媒体を有する壁を通した熱交換を含み、例えば、２つのチューブ束を有するＨＰカルバメート凝縮器において、１つは、任意のフラッシュ後の第２の尿素液（Ｕ２）用であり、他方は、スチームを上昇させる冷却水用である。
【0088】
準大気圧分解器（ＬＰＤ）からの尿素液（Ｕ４）及び／又は予備蒸発器（ＰＥＶ）からの尿素液（Ｕ５）は、例えば尿素プラント（ＵＰ）の蒸発部に供給され、この蒸発部は、水を蒸発させるために、例えば順に１、２、又は３以上の真空蒸発段階を含み、蒸気及び尿素溶融物（例えば少なくとも９５重量％又は少なくとも９９重量％の尿素を有する）を得る。蒸気は、例えば、凝縮され、廃水処理部に供給される。廃水処理部（Ｗａｓｔｅ－Ｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｓｅｃｔｉｏｎ：ＷＷＴ）は、例えば、脱着カラム及び深い加水分解ユニットを含む。深い加水分解は、典型的には、加熱流体として、スチーム、例えば１０ｂａｒ超のスチームを使用して加熱することを含む。ＷＷＴからの洗浄された凝縮物は、典型的には、処理媒体としてＨＰ合成部に再利用されないが、例えば、冷却流体として使用された後に、任意に、バッテリーリミットに配置される。尿素溶融物は、例えば、造粒機又は噴射塔等の固体尿素製品へと固体化するための仕上げ部に供給される。尿素液は、例えば、ディーゼルエキゾーストフルード（Ｄｉｅｓｅｌ Ｅｘｈａｕｓｔ Ｆｌｕｉｄ：ＤＥＦ）及び／又は尿素硝酸アンモニウム（ＵＡＮ）等の液体肥料の製造のために、液体として使用することができる。
【0089】
本発明はまた、既存の尿素プラントを改質して、本発明によるプラントを得る方法に関する。
【0090】
既存の尿素プラントを改質する好ましい方法では、既存のＬＰカルバメート凝縮器は、任意の第２のＬＰカルバメート凝縮器となり、ＬＰＣ１／ＬＬＰＤのための熱交換容器が追加され、任意に、ＭＰＣ／ＰＥＶのための熱交換器、例えばＭＰフラッシュ容器ＭＰＦ又は中圧分解器を含むＭＰ処理部が更に追加される。
【0091】
既存の尿素プラントを改質する好ましい方法に関して、既存の尿素プラントは、カルバメートも含む第１の尿素液（Ｕ１）を形成するための高圧反応ゾーン（Ｒ）と、第１の尿素液を高圧ストリッピングにさらして、熱（Ｈ１、Ｓ１）を使用してカルバメートを分解することによって、ガス流（ＳＧ）及びカルバメートも含有する第２の尿素液（Ｕ２）を形成するための高圧ストリッパ（Ｓ）と、当該ガス流（ＳＧ）を凝縮することによって、第１のカルバメート含有液（Ｃ１）を形成し、凝縮熱（Ｈ２、Ｓ２）を放出するための高圧カルバメート凝縮器（ＨＰＣＣ）と、を含み、高圧カルバメート凝縮器（ＨＰＣＣ）は、カルバメート含有液（Ｃ１）を高圧反応ゾーンに供給するための接続を有する。既存のプラントは、低圧分解器（ＬＰＤ）を更に含み、低圧分解器（ＬＰＤ）は、当該第２の尿素液（Ｕ２）を低圧分解するように構成されるか、又は当該低圧分解器（ＬＰＤ）は、処理された第２の尿素液を低圧カルバメート分解するように構成されて、既存のプラントは、最初に中圧部で、中圧（ＭＰＰ）で当該第２の尿素液（Ｕ２）を処理して、当該処理された第２の尿素液を得るように構成されている。低圧カルバメート分解は、高圧カルバメート凝縮器からの当該凝縮熱（Ｈ２、Ｓ２）を使用して、カルバメートを含有する第２の尿素液（Ｕ２）を加熱して、カルバメートを分解することによって、第１の蒸気（Ｖ１）及びカルバメートも含有する第３の尿素液（Ｕ３）を得ることを含む。
【0092】
本方法は、第１の蒸気（Ｖ１）を凝縮するように構成された既存の低圧カルバメート凝縮器、及び既存のプラントが膨張容器を含んでいない場合、第３の尿素液を準大気圧まで膨張させることによって、膨張した第３の尿素液（Ｕ３ａ）を得るための膨張システム（Ｆ１、Ｘ１）を追加することを含む。本方法は、第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）及び準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）を含むユニットを追加することを更に含み、第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）は、当該第１の蒸気（Ｖ１）を凝縮させることによって、第２のカルバメート含有液（Ｃ２）及び第２の蒸気（Ｖ２）を得、追加の凝縮熱（Ｈ３）を放出するように構成され、第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）は、第２のカルバメート含有液（Ｃ２）を高圧反応ゾーン（Ｒ）に輸送するための排出口を有し、準大気圧分解器は（ＬＬＰＤ）は、当該膨張した第３の尿素液（Ｕ３ａ）を、当該第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）と当該準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）との間の熱交換壁（ＬＰＨＸ）を通じた熱交換による当該第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）からの当該追加の凝縮熱（Ｈ３）を使用して、カルバメートを分解することによって、第４の尿素液（Ｕ４）及び第３の蒸気（Ｖ３）を得るように構成されている。本方法は、任意に、既存の低圧カルバメート凝縮器を、当該第２の蒸気（Ｖ２）のための注入口を有し、冷却流体（ＣＷ）との間接熱交換における第２の蒸気（Ｖ２）を凝縮することによって、第３のカルバメート含有液（Ｃ３）を得るように構成され、及び第３のカルバメート含有液（Ｃ３）を高圧反応ゾーン（Ｒ）に輸送するための排出口を有する、第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）に改質することを更に含む。本方法は、冷却流体との間接熱交換において、当該第３の蒸気（Ｖ３）を凝縮することによって、第４のカルバメート含有液（Ｃ４）を得るように構成され、第４のカルバメート含有液（Ｃ４）の一部又は全てを高圧反応ゾーン（Ｒ）に輸送するための排出口を有する、準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＣ）を追加することを更に含む。改質プラントは、好ましくは本発明のプラントであり、本明細書で上述したような好ましいプロセス特性及びプラント特性を好ましくは有する、本発明の尿素製造プロセスを行うために好ましく構成される。
【0093】
図４は、既存の尿素プラントを改質するような方法の一例を示す。既存のプラントは、反応器Ｒ、ストリッパＳ、及びＨＰカルバメート凝縮器ＨＰＣＣを有するＨＰ合成ゾーン、並びに例えば、Ｕ字型のチューブ束を有するシェル＆チューブ熱交換器として、ＬＰ分解器ＬＰＤ及びＬＰＤからの蒸気Ｖ１のための冷却水ＣＷを使用する既存のＬＰ凝縮器を含むＬＰ回収部を含む。第１のＬＰカルバメート凝縮器ＬＰＣ１及び準大気圧分解器ＬＬＰＤを備える熱交換ユニット、例えば、記載されるような容器、好ましくは直線型のチューブ束を有するシェル＆チューブ熱交換器が追加され、準大気圧カルバメート凝縮器ＬＬＰＣも追加される。本方法で追加されるユニットは、影付きで示される。既存のＬＰ凝縮器は、任意に、追加ユニットＬＰＣ１から蒸気Ｖ２を受け取るＬＰＣ２となる。ＬＬＰＣからのカルバメート液Ｃ４は、例えば、ＬＰＣ２に供給され、ＬＰＣ２からのカルバメート液Ｃ３は、例えば、ＬＰＣ１に供給される。あるいは、図２の構成を使用することもできる。
【0094】
好ましくは、改質されたプラントでは、大気圧凝縮器（ＡＰＣ）は、第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）に接続された第５のカルバメート含有液（Ｃ５）のための排出口を有する。
【0095】
更なる好ましい実施形態では、プラントを改質する方法は、ＭＰ処理部（ＭＰＰ）、好ましくは、記載されるような断熱フラッシュ容器（ＭＰＦ）を追加することを含む。
【0096】
本発明のプロセスは、好ましくは、本発明のプラントにおいて実施される。本発明のプラントは、好ましくは、本発明のプラントに好適である。プラントに関連して説明される選択もプロセスに適用される。プロセスに関連して説明される選択もプラントに適用される。
【0097】
本明細書で使用するとき、ＨＰは、少なくとも１００ｂａｒａ、例えば１１０～１６０ｂａｒａ、ＭＰは２０～６０ｂａｒａであり、ＬＰは４～１０ｂａｒａであり、大気は１～２ｂａｒａ、例えば、１．０～１．８ｂａｒａであり、及び準大気圧（ＬＬＰ）は、１．０ｂａｒａ未満、例えば０．２～０．５ｂａｒａであり、これらの圧力範囲は、プロセス液に対するものであり、スチーム及び加熱流体に対しては、必ずしも同じではない。略語「ｂａｒａ」は、絶対圧を意味する。
【0098】
用語「液体連通」は、任意に多数の中間ユニットを通して、２つのユニット間の液体の通過を可能にする流路（例えば、チューブ又はダクト）を指す。液体連通は、ガス相輸送を含まず、したがって、蒸発器、蒸気のための流路、及び凝縮器によって接続している２つのユニットは、流体連通（ガス相輸送及び液体輸送の両方を含む）をしているが、液体連通をしていない。例えば、第１のユニットの液体のための排出口が凝縮器の注入口と接続され、凝縮器の液体の排出口が第２のユニットの注入口と接続される場合、第１のユニットは、第２のユニットと液体連通している。
【0099】
ストリッパ効率（ａｌｆａ）は、典型的にストリッパの液体排出口で測定される、尿素（及びビウレット）に変換されたアンモニアの量をアンモニアの総量で割ったものとして定義される。この定義は、ストリッパの排出口に基づく、ＮＨ３変換のストリッパ効率と同等である。したがって、ａｌｆａ＝（２＊重量％尿素／６０）／（（２＊重量％尿素／６０）＋（重量％ＮＨ３／１７））であり、ストリッパの液体排出口で測定され、重量％ＮＨ３は、アンモニウムカルバメートを含む全てのアンモニア種を含んでいる。当業者であれば、「ストリッピング効率」は、ストリッパ液体排出口における尿素純度を指し、ストリッパのエネルギー効率を指すものではないことを理解する。
【0100】
カルバメート凝縮器における凝縮は、いわゆるカルバメート凝縮を指し、これは、効果的なガス状ＮＨ３及びＣＯ２が液相中でカルバメートとなるような、液体であるアンモニウムカルバメートへのＮＨ３及びＣＯ２の反応を含む。カルバメート分解は、カルバメートのＮＨ３及びＣＯ２への解離反応を指す。
【0101】
実施例１
例示的なプロセスは、図３のプロセス概略図によって実行される。ＨＰストリッパは、０．６３のストリッピング効率（ａｌｆａ）の例で作動し、ストリッパは、１７０～１８０℃及び１４０～１４５ｂａｒ（ＨＰ）でストリッピングされた尿素液Ｕ１（全ての圧力は絶対圧である）を排出口に有し、これはＭＰＦ内で、断熱的にフラッシュされて、２０～３０ｂａｒ（ＭＰ）及び１４０～１５０℃のフラッシュされた尿素液Ｕ２ａを得る。流れＵ２ａは、カルバメートの分解のため、整流カラムを有し、５～８ｂａｒ及び１３０～１４０℃で流れＵ３を得る、分解器ＬＰＤに供給され、これはフラッシュ容器Ｆ１内で１～１．３ｂａｒにフラッシュされ、バルブＸ１内で、ＬＬＰＤの注入口で、６０～７０℃で絶対圧０．３～０．５ｂａｒ（ＬＬＰ）まで膨張する。任意に、一部の新しいＣＯ２が、Ｎ／Ｃ補正のためにフラッシュ容器Ｆ１に追加される。ＬＬＰＤからの蒸気Ｖ３は、７０～８５℃及び０．３～０．５ｂａｒである。ＬＬＰＤの排出口及びＰＥＶの注入口における尿素液Ｕ４は、０．３～０．５ｂａｒ及び７５～９０℃であり、加熱され、１２５～１３５℃及び０．３～０．５ｂａｒの尿素液Ｕ５を得る。ＭＰＦからの蒸気Ｖ５は、２０～３０ｂａｒ及び１４０～１５０℃であり、ＭＰＣ内で２０～３０ｂａｒ及び１０５～１１５℃のカルバメート液Ｃ６に凝縮される。ＭＰＣは、シェル及びチューブ内の逆流のためのシェル＆チューブ熱交換器であり、ガス注入口温度は、シェル側では１４０～１５０℃であり、これは尿素液のためのチューブ排出口と同じ端部にある。
例示的なプロセスは、図３のプロセス概略図によって実行される。ＨＰストリッパは、０．６３のストリッピング効率（ａｌｆａ）の例で作動し、ストリッパは、１７０～１８０℃及び１４０～１４５ｂａｒ（ＨＰ）でストリッピングされた尿素液Ｕ１（全ての圧力は絶対圧である）を排出口に有し、これはＭＰＦ内で、断熱的にフラッシュされて、２０～３０ｂａｒ（ＭＰ）及び１４０～１５０℃のフラッシュされた尿素液Ｕ２ａを得る。流れＵ２ａは、カルバメートの分解のため、整流カラムを有し、５～８ｂａｒ及び１３０～１４０℃で流れＵ３を得る、分解器ＬＰＤに供給され、これはフラッシュ容器Ｆ１内で１～１．３ｂａｒにフラッシュされ、バルブＸ１内で、ＬＬＰＤの注入口で、６０～７０℃で絶対圧０．３～０．５ｂａｒ（ＬＬＰ）まで膨張する。任意に、一部の新しいＣＯ２が、Ｎ／Ｃ補正のためにフラッシュ容器Ｆ１に追加される。ＬＬＰＤからの蒸気Ｖ３は、７０～８５℃及び０．３～０．５ｂａｒである。ＬＬＰＤの排出口及びＰＥＶの注入口における尿素液Ｕ４は、０．３～０．５ｂａｒ及び７５～９０℃であり、加熱され、１２５～１３５℃及び０．３～０．５ｂａｒの尿素液Ｕ５を得る。ＭＰＦからの蒸気Ｖ５は、２０～３０ｂａｒ及び１４０～１５０℃であり、ＭＰＣ内で２０～３０ｂａｒ及び１０５～１１５℃のカルバメート液Ｃ６に凝縮される。ＭＰＣは、シェル及びチューブ内の逆流のためのシェル＆チューブ熱交換器であり、ガス注入口温度は、シェル側では１４０～１５０℃であり、これは尿素液のためのチューブ排出口と同じ端部にある。
【0102】
ＬＬＰＣは、３２℃から３５℃に冷却水ＣＷを加熱し、ＬＬＰＣの排出口の液Ｃ４は０．３～０．５ｂａｒ及び３５～４０℃であり、ＬＰＣ２にポンプで注入され、５～８ｂａｒ及び７５～８５℃のカルバメート液Ｃ３を得て、ＬＰＣ１に供給される冷却水を５５℃から６５℃まで加熱する。ＬＰＣ１からの蒸気Ｖ２は、５～８ｂａｒで８５～９５℃である。尿素製品１トン当たり５８０～６６０ｋｇのスチームの非常に低エネルギー消費が達成される。更に、ＨＰカルバメート凝縮器の熱負荷は、３７％まで低減する。ＭＰＦを省略しても（例えば、図１のように）、依然として、尿素製品１トン当たり７２０～８００ｋｇのスチームの低エネルギー消費が達成される。これらのスチーム消費値は、１８～２３ｂａｒａ及び約３００℃におけるスチームに基づき、例えば、１８～２３ｂａｒａの飽和スチームを使用することも可能である。実施例では、ストリッピングされた尿素液Ｕ２は、例えば、４４重量％の尿素、１５重量％のＮＨ３、１６重量％のＣＯ２、及び２５重量％のＨ２Ｏを含む。ＰＥＶからの尿素液Ｕ５は、８６～９５重量％、好ましくは９３重量％の尿素濃度を有する。ＬＬＰＤからの尿素液Ｕ４は、７０～７６重量％、好ましくは７３重量％の尿素濃度を有する。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【手続補正書】
【提出日】2021-06-21
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ａ）高圧反応ゾーン（Ｒ）内で、アンモニア及び二酸化炭素を尿素形成条件にさらすことによって、カルバメートも含む第１の尿素液（Ｕ１）を形成することと、Ｂ）前記第１の尿素液を高圧ストリッピング（Ｓ）にさらして、熱（Ｈ１、Ｓ１）を使用してカルバメートを分解することによって、ガス流（ＳＧ）及びカルバメートも含有する第２の尿素液（Ｕ２）を形成すること、及び高圧カルバメート凝縮器（ＨＰＣＣ）内で、前記ガス流（ＳＧ）を凝縮させることによって、前記高圧反応ゾーンに供給される第１のカルバメート含有液（Ｃ１）を形成し、凝縮熱（Ｈ２、Ｓ２）を放出することと、
Ｃ）前記第２の尿素液（Ｕ２）を低圧カルバメート分解させるか、又は最初に中圧（ＭＰＰ）で前記第２の尿素液（Ｕ２）を処理して、前記処理された第２の尿素液（Ｕ２ａ）を低圧分解させることであって、前記低圧カルバメート分解が、低圧分解器（ＬＰＤ）内で、前記高圧カルバメート凝縮器からの前記凝縮熱（Ｈ２、Ｓ２）を使用して、カルバメートを含有する前記尿素液（Ｕ２、Ｕ２ａ）を加熱して、カルバメートを分解することによって、第１の蒸気（Ｖ１）及びカルバメートも含有する第３の尿素液（Ｕ３）を得て、前記第３の尿素液を準大気圧（Ｆ１、Ｘ１）まで膨張させることによって、膨張した第３の尿素液（Ｕ３ａ）を得ることを含むことと、
Ｄ）第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）内で、前記第１の蒸気（Ｖ１）を凝縮させることよって、第２のカルバメート含有液（Ｃ２）及び第２の蒸気（Ｖ２）を得て、追加の凝縮熱（Ｈ３）を放出することであって、前記第１の低圧カルバメート凝縮器が、前記高圧反応ゾーン（Ｒ）の注入口と液体連通している前記第２のカルバメート含有液（Ｃ２）のための排出口を有すること、
及び準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）内で、前記膨張した第３の尿素液（Ｕ３ａ）を、前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）と前記準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）との間の熱交換壁（ＬＰＨＸ）を通した熱伝達による前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）からの前記追加の凝縮熱（Ｈ３）を使用して、分解することによって、第４の尿素液（Ｕ４）及び第３の蒸気（Ｖ３）を得ることと、
Ｅ）準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＣ）内で、前記第３の蒸気（Ｖ３）を、冷却流体との間接熱交換において凝縮させることによって、第４のカルバメート含有液（Ｃ４）を得ることと、
を含む尿素製造プロセス。
【請求項2】
前記準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＣ）が、前記高圧反応ゾーン（Ｒ）と液体連通している前記第４のカルバメート含有液（Ｃ４）の少なくとも一部のための排出口を有する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項3】
第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）内で、前記第２の蒸気（Ｖ２）を、冷却流体（ＣＷ）との間接熱交換において、凝縮させることによって、第３のカルバメート含有液（Ｃ３）を得ることを更に含み、前記第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）が、前記高圧反応ゾーン（Ｒ）の注入口と液体連通している前記第３のカルバメート含有液（Ｃ３）のための排出口を有する、請求項１又は２に記載のプロセス。
【請求項4】
前記第３の尿素液の準大気圧への膨張が、第４の蒸気（Ｖ４）を得るための大気フラッシュ（Ｆ１）及び準大気圧まで更に膨張させて、前記膨張した第３の尿素液（Ｕ３ａ）を得るための尿素液を含み、前記プロセスが、大気圧凝縮器（ＡＰＣ）内で、第４の蒸気（Ｖ４）を凝縮させて、第５のカルバメート含有液（Ｃ５）を得て、前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）及び／又は前記第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）に、前記第５のカルバメート含有液（Ｃ５）を供給することを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項5】
前記方法が、最初に中圧（ＭＰＰ）で前記第２の尿素液（Ｕ２）を処理して、カルバメートも含有する処理された第２の尿素液（Ｕ２ａ）及び第５の蒸気（Ｖ５）を得ること、及び中圧凝縮器（ＭＰＣ）内で、前記第５の蒸気を凝縮して、第６のカルバメート含有液（Ｃ６）を得ることを含み、前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）からの前記第２のカルバメート含有液（Ｃ２）及び／又は前記準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＣ）からの前記第３のカルバメート含有液（Ｃ３）が、前記中圧凝縮器（ＭＰＣ）に供給され、前記中圧凝縮器（ＭＰＣ）は、前記高圧反応ゾーン（Ｒ）の注入口と液体連通する前記第６のカルバメート含有液（Ｃ６）のための排出口を有し、前記方法が、前記処理された第２の尿素液（Ｕ２ａ）を前記低圧カルバメート分解（ＬＰＤ）にさらすこと、及び予備蒸発器（ＰＥＶ）内で、前記第４の尿素液（Ｕ４）を加熱して、前記中圧凝縮器（ＭＰＣ）内に放出された凝縮熱（Ｈ４）を使用して水を蒸発させることによって、第５の尿素液（Ｕ５）及び第６の蒸気（Ｖ６）を得ることを更に含む、請求項１～４のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項6】
前記中圧での処理が、中圧フラッシュ容器（ＭＰＦ）における、前記第２の尿素液（Ｕ２）の断熱フラッシュを含み、前記処理された尿素液が、フラッシュされた第２の尿素液（Ｕ２ａ）である、請求項５に記載のプロセス。
【請求項7】
前記中圧での処理が、中圧分解器内において、前記第２の尿素液（Ｕ２）を加熱することよって、カルバメートを分解すること含む、請求項５に記載のプロセス。
【請求項8】
前記第３のカルバメート含有液（Ｃ３）が、前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）に供給され、前記第４のカルバメート含有液（Ｃ４）が、前記第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）に供給される、請求項３～７のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項9】
前記第２のカルバメート含有液（Ｃ２）が、前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）から前記第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）に供給され、前記第４のカルバメート含有液（Ｃ４）が、前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）に供給される、請求項３～７のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項10】
前記高圧ストリッパが、ストリップガスとしてＣＯ
２
を使用し、６０～７０％のストリッピング効率で操作される、請求項１～９のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項11】
Ａ）アンモニア及び二酸化炭素を尿素形成条件にさらすことによって、カルバメートも含有する第１の尿素液（Ｕ１）を形成するための高圧反応ゾーン（Ｒ）と、Ｂ）前記第１の尿素液を高圧ストリッピングにさらして、熱（Ｈ１、Ｓ１）を使用してカルバメートを分解することによって、ガス流（ＳＧ）及びカルバメートも含有する第２の尿素液（Ｕ２）を形成するための高圧ストリッパ（Ｓ）と、
及び前記ガス流（ＳＧ）を凝縮させることによって、第１のカルバメート含有液（Ｃ１）を形成し、凝縮熱（Ｈ２、Ｓ２）を放出するための高圧カルバメート凝縮器（ＨＰＣＣ）と、
Ｃ）低圧分解器（ＬＰＤ）であって、
前記第２の尿素液（Ｕ２）を低圧分解するように構成されるか、又は前記プラントが、最初に中圧部（ＭＰＰ）内で、中圧（ＭＰＰ）で少なくとも一部の第２の尿素液（Ｕ２）を処理して、処理された第２の尿素液を得るように構成され、前記低圧分解器（ＬＰＤ）が、前記処理された第２の尿素液を低圧分解するように構成され、前記低圧カルバメート分解が、前記高圧カルバメート凝縮器からの前記凝縮熱（Ｈ２、Ｓ２）を使用してカルバメートを含有する尿素液を加熱して、カルバメートを分解することによって、第１の蒸気（Ｖ１）及びカルバメートも含有する第３の尿素液（Ｕ３）を得ることを含む、低圧分解器（ＬＰＤ）及び、
前記第３の尿素液を準大気圧まで膨張させることによって、膨張した第３の尿素液（Ｕ３ａ）を得るための膨張システム（Ｆ１、Ｘ１）と、
Ｄ）前記第１の蒸気（Ｖ１）を凝縮させることによって、第２のカルバメート含有液（Ｃ２）及び第２の蒸気（Ｖ２）を得て、追加の凝縮熱（Ｈ３）を放出する第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）であって、前記高圧反応ゾーン（Ｒ）と液体連通している前記第２のカルバメート含有液（Ｃ２）のための排出口を有する第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）及び、
前記膨張した第３の尿素液（Ｕ３ａ）を、前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）と前記準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）との間の熱交換壁（ＬＰＨＸ）を通した熱伝達による前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）からの前記追加の凝縮熱（Ｈ３）を使用して、分解することによって、第４の尿素液（Ｕ４）及び第３の蒸気（Ｖ３）を得るための準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）と、
Ｅ）冷却流体との間接熱交換において、前記第３の蒸気（Ｖ３）を凝縮させることによって、第４のカルバメート含有液（Ｃ４）を得るように構成され、好ましくは、前記高圧反応ゾーン（Ｒ）の注入口と液体連通している第４のカルバメート含有液（Ｃ４）の全て又は一部のための排出口を有する、準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＣ）と、
を含む尿素プラント（ＵＰ）。
【請求項12】
冷却流体（ＣＷ）との間接熱交換において、前記第２の蒸気（Ｖ２）を凝縮させることによって、第３のカルバメート含有液（Ｃ３）を得るように構成され、前記高圧反応ゾーン（Ｒ）の注入口と液体連通する前記第３のカルバメート含有液（Ｃ３）のための排出口を有する、第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）を更に含む、請求項１１に記載の尿素プラント。
【請求項13】
前記プラントが、中圧で前記第２の尿素液（Ｕ２）を処理して、カルバメートも含有する処理された第２の尿素液（Ｕ２ａ）及び第５の蒸気（Ｖ５）を得るための中圧処理部（ＭＰＰ）を含み、前記プラントが、前記第５の蒸気を凝縮させて、第６のカルバメート含有液（Ｃ６）を得るための中圧凝縮器（ＭＰＣ）であって、前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）からの第２のカルバメート含有液（Ｃ２）のための排出口及び／又は前記中圧凝縮器（ＭＰＣ）に接続した準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＣ）からの第３のカルバメート含有液（Ｃ３）のための排出口を有する中圧凝縮器（ＭＰＣ）を更に含み、前記中圧凝縮器（ＭＰＣ）は、前記高圧反応ゾーン（Ｒ）の注入口と液体連通している前記第６のカルバメート含有液（Ｃ６）のための排出口を有し、前記中圧処理部（ＭＰＰ）は、前記低圧カルバメート分解器（ＬＰＤ）に接続している前記処理された第２の尿素液（Ｕ２ａ）のための排出口を有し、前記プラントは、前記第４の尿素液（Ｕ４）を加熱して、前記中圧凝縮器（ＭＰＣ）内に放出された凝縮熱（Ｈ４）を使用して水を蒸発させることによって、第５の尿素液（Ｕ５）及び第６の蒸気（Ｖ６）を得るための予備蒸発器（ＰＥＶ）を更に含み、
中圧処理部（ＭＰＰ）は、第２の尿素液（Ｕ２）の断熱フラッシュのための中圧フラッシュ容器（ＭＰＦ）である、請求項１１又は１２に記載の尿素プラント。
【請求項14】
好ましくは請求項１１の尿素プラントを達成することである、既存の尿素プラントを改質する方法であって、前記既存の尿素プラントが、Ａ）カルバメートも含有する第１の尿素液（Ｕ１）を形成するための高圧反応ゾーン（Ｒ）と、
Ｂ）前記第１の尿素液を高圧ストリッピングにさらして、熱（Ｈ１、Ｓ１）を使用してカルバメートを分解することによって、ガス流（ＳＧ）及びカルバメートも含有する第２の尿素液（Ｕ２）を形成するための高圧ストリッパ（Ｓ）及び、
前記ガス流（ＳＧ）を凝縮させることによって、第１のカルバメート含有液（Ｃ１）を形成し、凝縮熱（Ｈ２、Ｓ２）を放出するための高圧カルバメート凝縮器（ＨＰＣＣ）であって、前記高圧反応ゾーンにカルバメート含有液（Ｃ１）を供給するための接続を有する高圧カルバメート凝縮器（ＨＰＣＣ）と、
Ｃ）前記第２の尿素液（Ｕ２）を低圧分解するように構成されるか、又は
前記処理された第２の尿素液を低圧カルバメート分解するように構成される低圧分解器（ＬＰＤ）であって、前記既存のプラントが、最初に中圧部内で、中圧（ＭＰＰ）で前記第２の尿素液（Ｕ２）を処理して、前記処理された第２の尿素液を得るように構成され、前記低圧カルバメート分解が、カルバメートを含有する前記第２の尿素液（Ｕ２）を、前記高圧カルバメート凝縮器からの前記凝縮熱（Ｈ２、Ｓ２）を使用して加熱して、カルバメートを分解することによって、第１の蒸気（Ｖ１）及びカルバメートも含有する第３の尿素液（Ｕ３）を得ることを含む、低圧分解器（ＬＰＤ）と、
Ｄ）第１の蒸気（Ｖ１）を凝縮させるように構成された既存の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）と、
を含み、
前記方法は、
前記第３の尿素液を準大気圧まで膨張させることによって、膨張した第３の尿素液（Ｕ３ａ）を得るための膨張システム（Ｆ１、Ｘ１）を、既存のプラントがこのような膨張容器を備えない場合、追加することと、
第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）及び準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）を含むユニットを追加することと、
を含み、
Ｄ１）前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）が、前記第１の蒸気（Ｖ１）を凝縮させることによって、第２のカルバメート含有液（Ｃ２）及び第２の蒸気（Ｖ２）を得て、追加の凝縮熱（Ｈ３）を放出しするように構成され、前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）が、前記高圧反応ゾーン（Ｒ）への前記第２のカルバメート含有液（Ｃ２）の輸送のための排出口を有し、
Ｄ２）前記準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）が、前記膨張した第３の尿素液（Ｕ３ａ）を、前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）と前記準大気圧分解器（ＬＬＰＤ）との間の熱交換壁（ＬＰＨＸ）を通した熱伝達による前記第１の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ１）からの前記追加の凝縮熱（Ｈ３）を使用して、カルバメート分解することによって、第４の尿素液（Ｕ４）及び第３の蒸気（Ｖ３）を得るように構成され、
任意に、既存の低圧カルバメート凝縮器を、前記第２の蒸気（Ｖ２）のための注入口を有し、冷却流体（ＣＷ）との間接熱交換において、第２の蒸気（Ｖ２）を凝縮させることによって、第３のカルバメート含有液（Ｃ３）を得るように構成され、前記第３のカルバメート含有液（Ｃ３）を前記高圧反応ゾーン（Ｒ）に輸送するための排出口を有する、第２の低圧カルバメート凝縮器（ＬＰＣ２）に改質することと、
前記第３の蒸気（Ｖ３）を冷却流体との間接熱交換において、凝縮させることによって、第４のカルバメート含有液（Ｃ４）を得るように構成され、前記第４のカルバメート含有液（Ｃ４）の一部又は全てを前記高圧反応ゾーン（Ｒ）に輸送するための排出口を有する、準大気圧カルバメート凝縮器（ＬＬＰＣ）を追加することと、
を含む既存の尿素プラントを改質する方法であって、前記改質されたプラントが、好ましくは、請求項１に記載の尿素製造プロセスに好適である、既存のプラントの改質方法。
【国際調査報告】