一种采用自然-循环合成回路的二氧化碳汽提尿素装置及改装该装置的方法
【专利摘要】一种用于使用二氧化碳汽提工艺的尿素合成的设备，其包括自然循环合成回路，所述回路包括至少尿素反应器（1）、二氧化碳汽提器（2）和冷凝器（3），所述反应器、汽提器和冷凝器基本上在相同的升高的压力操作，所述回路还包括将所述尿素合成器连接至所述汽提器的反应器流出液流送管（5），所述设备包含用于直接或间接地检测经过所述反应器流出液流送管（5）的流速和/或流动的方向的器件（15）。
【专利说明】一种采用自然-循环合成回路的二氧化碳汽提尿素装置及改装该装置的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及尿素装置。更详细地，本发明涉及具有高压合成回路的自然循环的C02汽提尿素装置的一种改进。
现有技术
[0002]二氧化碳汽提尿素工艺是本领域已知的。二氧化碳汽提工艺的介绍可在Ullmann，s Encyclopedia of Industrial Chemistry,第 5 版,第 A27 卷,第 3.3.2 部分中找到。运行二氧化碳汽提工艺的设备的合成部分主要包括:尿素反应器、汽提器、氨基甲酸酯冷凝器、反应器废气洗涤器。所述反应器、汽提器、冷凝器和洗涤器是所谓高压合成回路的一部分。合成回路中的压力通常为约140 - 150bar ;该环路为基本上等压的，即，除了小偏差和/或经过管道、阀等时相对小的压力损失之外，上文所述设备内部的压力是基本相同的。
[0003]所述术语自然循环回路表示其中工艺物流的循环受重力和/或密度差控制的等压合成回路，与其中循环受到机器诸如喷射器或泵影响且所述回路是非等压的强制循环不同。强制循环用于例如自汽提或氨汽提设备中。
[0004]在自然循环回路中一个容器和另一个之间不同的密度主要由不同的组成或气体/液体比例决定。为了由重力提供驱动力，所述回路的装置可被放置在不同的高度，例如在所述汽提器上方安装所述反应器。特别地，驱动力是由所述反应器中的液位给出。所述反应器中的液位由放置在流出液反应器管线上的阀控制，其从反应器进入汽提器。所述阀被称为反应器液位阀并且还间接地控制在所述回路中的整体循环。
[0005]自然循环的C02汽提回路的缺点在于液体/气体比例或密度的出乎意料的变化可降低所述驱动力，因此降低流速或者，在最坏的情况下，可以使该流动逆转。例如，如果所述反应器中的液位低，可能发生的是在`所述汽提器中的压力足够启动从汽提器至反应器的逆向流动。该流动的逆转将引起循环压力突然增加，远超出标称的140-150bar。存在风险，SP所述回路压力的增加引起安全阀的开启，因此将大量氨释放到大气中且设备关闭。这一事件，虽然罕见，是可能的。上述风险在启动阶段期间较大。
【发明内容】
[0006]本发明目的在于防止上述在自然循环、二氧化碳汽提尿素合成回路中流动逆转的风险。本发明目的还在于提供对建立在C02汽提设备的自然循环回路中的所述流动的更精确的控制。
[0007]所提出的解决方案是用于使用二氧化碳汽提工艺的尿素合成的设备，其包括自然循环合成回路，所述回路至少包括尿素反应器、汽提器和冷凝器，所述反应器、汽提器和冷凝器基本上在相同的升高的压力下运行，所述回路还包括将所述尿素反应器连接至所述汽提器的反应器流出液流送管，其特征在于所述设备包括用于直接或间接检测所述反应器流出液流送管中的所述流速和/或所述流动的方向的器件。
[0008]根据本发明的实施方案，可安置上述器件以测量所述反应器流出液管线中的流速(随时间的质量或体积)和/或仅所述流动的方向(即是否从反应器至汽提器，或反之)。在一些实施方案中，所述器件包括一个流量计。
[0009]本发明的优选的实施方案包括在所述反应器流出液流送管的至少两个选定点之间的压差传感器。术语Λ-ρ是压力差的简称。
[0010]更优选地，所述选定点包含测量的第一点，其在反应器液位阀的上游，和测量的第二点，其在所述阀的下游。按照这一实施方案，所述阀两侧正的Λ-p将表示所述回路处于正常运行下，即尿素溶液如常从反应器流至汽提器；所述阀两侧负的Λ-ρ将表示不需要的、危险的逆向流动情况，即从汽提器至反应器。具有所述反应器液位阀两侧的Λ-P的传感的这一实施方案是特别优选的，因为其使得有可能甚至在所述设备启动之前，当所述阀关闭且在所述流出液管线中没有流动要测量时，预测逆向流动的风险。
[0011 ] 对逆向流速或者接近这一情况例如流速下降到给定阈值以下的检测，可产生用于人工干预的警报信号或者控制系统的自动干预。
[0012]任选地，所述流速的测量，例如上述实施例中所述正的Λ-ρ的大小，可用于监测所述回路的运行；反应器流出液管线中流速的大小，在一些实施方案中，被输送到所述设备的控制系统，其为例如分布式控制系统(DCS)。因此，所述控制系统可利用这一测量维持所述回路的或者启动期间的稳定运行。
[0013]虽然上述Λ-ρ测量是优选的，但是检测器件的其他实施方案也是可以的。本发明的另一个实施方案，例如，提供安装在所述反应器流出液流送管上的超声波流量计。更优选地，所述流量计是非介入式流量计，以避免与侵蚀性的尿素溶液接触。例如夹钳式超声波流量计可用于实施本发明。
[0014]本发明因此提供了一种控制C02-汽提工艺的方法，其中尿素产生于至少包括尿素合成器、二氧化碳汽提器和冷凝器的自然循环合成回路中，所述方法包括至少以下步骤:
[0015]-检测在设计运行下将尿素溶液从反应器输送至汽提器的反应器流出液流送管中流速的大小和/或传感，
[0016]-当所述流速的传感是逆向的或流速的大小下降到阈值以下时发送警报信号，或者通过所述管线将测量的流速输送至所述工艺的自动化控制系统。
[0017]本发明可适用于采用自然循环回路的所有种类的C02汽提尿素设备。作为非限制性实施例，本发明可适用的设备包括具有一个或多个反应器、冷凝器或汽提器的回路；其中在高压冷凝器中的冷凝部分或完全受影响的设备；其中来自所述汽提器的顶部气流是在所述反应器和所述冷凝器之间分流的实施方案。
[0018]本发明的另一个方面是对现有尿素设备的改装，通过添加用于直接或间接检测所述反应器流出液管线中流动的速度和/或方向的上述器件。优选的Λ-P传感器被添加至所述反应器液位阀上游的测量点和在所述阀下游的另一个测量点。
[0019]本发明允许能够以安全的方式避免在所述回路中的逆向流动的风险。本发明还给出了在启动阶段期间的优点，当在主要设备内部的压力可能偏离标称值时，有时以出乎意料的方式，并且因此，逆向流动的风险较高。通过检查所述流出液管线中从反应器至汽提器的流速，或通过检查所述阀两侧的压差，本发明确保避免逆转的开始且回路循环建立在正确的传感上。
[0020]本发明的一些实施方案还提供对流速的测量。所述测量可用于对所述工艺的更精确的控制。
[0021]另外的优点是低成本和容易实施，特别是对现有设备而言。上述优点通过添加传感器诸如所述公开的Λ-p传感器或流量计来达成，而无需对所述回路的主要压力容器的任何修饰。当翻新改进尿素设备时这是相当大的优势，因为没有传感器器件将被添加到所述装置的主要容器例如反应器、汽提器和冷凝器中。
[0022]本发明的特征和优点将从以下优选实施例的描述中并参照附图1而变得更清楚。
[0023]优选实施方案详细i兑明
[0024]图1是C02汽提尿素设备的合成回路的简化图。该图是简化的且一些物品，如阀，泵和辅助设备为简易起见不显示。
[0025]该环路包括尿素反应器1、高压汽提器2、高压冷凝器3和高压洗涤器4。在一些实施方案中，所述回路可以包含多于一个用于反应、冷凝或汽提的容器，例如两个冷凝器或两个汽提器。在所述反应器I中产生且含有未转化的氨基甲酸酯的尿素溶液通过所述流出液流送管5引入气提器2。借助于新鲜二氧化碳进料6，氨和二氧化碳被汽提出所述溶液。浓缩的尿素溶液7离开汽提器2并且被引至尿素回收部分(未显示)。离开所述汽提器且含有氨和二氧化碳的气体流8在冷凝器3和冷凝器9中冷凝且送回反应器I。
[0026]在所述回收部分中分离的低压氨基甲酸酯溶液10在高压4中用离开所述尿素反应器的顶部蒸气11洗涤，然后通过喷射器12输送至冷凝器3。喷射器12是由氨进料13驱动。
[0027]上述特征是本领域已知的且不同的实施方式是可能的。例如冷凝器3中的冷凝可以是部分或全部的，在部分冷凝的情况下，剩余的气体在反应器I中浓缩；在冷凝器3中全部浓缩的情况下，提供C02的气体进料至反应器1，例如，将主要进料6分流进入两个管线，一个至所述汽提器，而另一个至所述反应器。另外的实施方案包括所述流8被分流成两部分，一部分被送至所述反应器而另一部分被送至所述冷凝器。这些实施方案被作为本发明申请的非限制性实施例引用。
[0028]所述回路中的循环1 — 2 — 3，即内部流送管5 — 8 — 9，自然地发生，由重力和由所述反应器、汽提器和冷凝器的压力容器内整体密度的不同值控制。为此目的，所述汽提器通常在所述反应器下方。相关驱动力特别地由所述反应器中的阀14控制的液位给予。所述阀14从检测反应器I内液位的传感器接收信号20，并且将所述液位保持在所需范围内来运行。可以理解的是，所述阀的开口角度，在管线5内引入一定的压降，控制所述反应器I内的液位和在所述管线5内的流速，其意味着所述阀14最终控制所述回路中的整体循环。
[0029]通过管线5的标称流如图1中的箭头所示从反应器I进入汽提器2。
[0030]在图1的实施方案中1，所述管线5包含被横跨所述阀14安装的差压传感器15。所述传感器15对阀14上游的第一测量点16和阀14下游的第二测量点17之间的压力差敏感。优选地，所述点16和17接近所述阀，以使它们具有同样的高度且Λ-ρ的测量不受到测量点中的一个在另一个上方或下方的影响。
[0031]由传感器15感应的Δ -p与通过管线5的流速[kg/s或m3/s]相关。所述Δ -p计算为点16的压力减去点17点压力(p16 - p17)。可以注意到的是:
[0032]所述Λ -Ρ>0表示从反应器I至汽提器2的正常流动，
[0033]所述Λ -Ρ〈0表示汽提器2至反应器I的逆向流动。
[0034]因此所述传感器15使信号18可以获得，所述信号18与所述管线中的当前流速相关或者，在一些实施方案中，当所述△-P为负(逆向流动)或当所述Λ-p低于预期时，是用于触发警报的旗信号。启动之前，这一信号是有用的，尤其是当阀14关闭时。在这种情况下，管线5中没有现时的流动，但对阀14两侧压力的检测，使得可预测当阀打开时所述流动的方向，并且之后能够防止逆向启动。
[0035]在其它实施方案中，所述Λ-ρ测量可在管线5的两个通用点之间进行，例如更靠近反应器I的第一点和更靠近汽提器2的第二段。显而易见地，正的Λ-P将表明正常流动，而负的Λ-P将表明所述汽提塔附近压力变大，即循环是逆向的，或低Λ-P将表明所述系统正在接近流动逆转的危险。
[0036]在本发明的一些实施方案中，所述信号18被输送到所述设备的控制系统。在这种方式中，所述控制系统能够监测管线5中的流速，间接地，还有所述回路的装置内部密度或气体/液体比例的变化。
[0037]本发明还可适用于现有的尿素装置的翻新改进。再次参照图1，本发明可通过加入Δ-ρ传感器15用以测量所述现有阀14两侧的点16`，17之间的压力差来实施。
【权利要求】
1.一种用于采用二氧化碳汽提工艺的尿素合成的设备，其包括自然循环合成回路，所述回路至少包括尿素反应器(I)、汽提器(2)和冷凝器(3)，所述反应器、汽提器和冷凝器基本上在相同的升高的压力运行，所述回路还包括将所述尿素合成器连接至所述汽提器的反应器流出液流送管(5)，其特征在于: 所述设备包含用于直接或间接地检测所述反应器流出液流送管(5)内的流速和/或在流动的方向的器件(15)。
2.根据权利要求1所述的设备，所述器件(15)对所述反应器流出液管线的第一测量点的压力和所述反应器流出液管线的第二测量点的压力之间的差敏感。
3.根据权利要求2所述的设备，所述第一测量点(16)在安置于所述反应器流出液管线(5)上用于所述反应器内液位控制的阀(14)的上游，且所述第二测量点(17)在所述阀下游。
4.根据权利要求2或3所述的设备，所述器件包括连接至所述第一测量点和第二测量点的压差传感器(15)。
5.根据权利要求1-4任意之一所述的设备，所述器件包括流量计，其优选为非介入式流量计。
6.根据前述权利要求任意之一所述的设备，所述器件(15)提供其与所述反应器流出液管线内的流速相关的信号(18)。
7.根据权利要求1-5任意之一所述的设备，所述器件(15)提供为旗信号的信号(18)，当所述流出液管线(5)内的流速在正常运行范围时所述旗信号具有第一状态，且当所述流速的方向逆转或当所述流速下降至阈值以下时，所述信号具有第二状态。
8.根据权利要求6或7所述的设备，所述信号(18)为警报信号，其在所述反应器流出液管线(5)内的流动的方向逆转时，或当所述管线(5)内流速下降至阈值以下时被激活。
9.根据权利要求2或3所述的设备，当所述压力差由正常值偏差接近零或负值时所述器件(15)提供警报信号。
10.一种用于改进C02汽提尿素设备的方法，所述设备包含自然循环生成回路，所述回路包括至少尿素反应器(I)、二氧化碳汽提器(2)和冷凝器(3)，所述反应器、汽提器和冷凝器基本上在相同的升高的压力运行，所述回路还包括将所述尿素合成器连接至所述汽提器的反应器流出液流送管(5)，所述方法以以下为特征: 添加用于直接或间接检测所述反应器流出液流送管(5)内流速和/或流动的方向的器件(15)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述反应器流出液流送管(5)包括用于控制所述反应器内液位的阀(14)，所述方法包括加入压差传感器(15)，安置所述传感器以检测所述阀(14)上游的所述流出液流送管第一点(16)，和所述阀下游的该第二点(17)的压力之间的差。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其包括安装当所述器件检测所述回路中的逆向流动时或当所述器件检测所述回路中流速下降至阈值以下时被激活的警报。
【文档编号】C07C273/04GK103781761SQ201280043768
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年4月25日 优先权日:2011年9月9日
【发明者】洛伦佐·彭尼诺 申请人:乌里阿·卡萨勒有限公司