专利名称：改善尿素厂中釜型氨基甲酸酯冷凝器工作状态及通过减少腐蚀来改善其寿命的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明有关改善工作状况和减少因处理系统中产生的NH3、CO2、H2O蒸汽高压和高温冷疑对腐蚀的影响的方法，该处理系统称为萃取，其中的NH3、CO2、H2O来自于尿素反应塔排出的溶液中。上述冷凝是借助一种氨基甲酸酯冷凝器，特别是管簇“釜”型冷凝器，来完成的，而来自冷凝器的氨基甲酸酯溶液的一部分又循环回到冷凝器。
众所周知，现代尿素厂通过等压来萃取反应塔中排出的尿素溶液中所含的大部分未反应的物质，且利用部分CO2或NH3原料气作为萃取剂，而所得到的萃取蒸汽在回收余热的热交换器中冷凝而得到低压蒸汽产品(4-5巴)。
考虑到冷凝，就需要向冷凝器提供来自下游蒸馏段的且为使氨基甲酸酯保持在溶液中而含有充足水的氨基甲酸酯溶液。
特别有用的氨基甲酸酯冷凝器是水平U型管热交换器，更著名的是以斯纳姆普洛蒂法进行生产的尿素厂中通常使用的水平釜式冷凝器。
这种冷凝过程是极关键的且需要一个复杂的工作参数的组合事实上主要是待冷凝的蒸汽(NH3、CO2、H2O)与富水氨基甲酸酯溶液要达到均匀混合，该富水溶液作为吸收剂，且来自在下游的合成段，因此能够进行高温冷凝并由此产生很高的压力;此外，需要防止部件(热交换面)通常为廉价不锈钢制腐蚀，这是由于处理溶液很具腐蚀性。
不幸的是，通常在现代工厂中使用的管簇冷凝器寿命受到很大限制，且不能确保最佳运行状态，这是由于所遵循的处理过程中存在各种限制和欠缺，这些限制和欠缺引证如下-在冷凝管喷口，会造成管簇的管板上部为蒸汽和所述板的下部为液体的顺向堆积的汽液组份的分离;
这种分离是因流体低速循环(大约0.1m/s)及汽液间比重的巨大差别所造成。
因此，在面朝管板的区域和大多数管内的汽/液比将不会最佳，且冷凝会更困难。
为消除这个问题，就需要显著地增加换热面，这样就会使设备的外形增大，投资自然也会增加。
此外，汽液组份的分离导致产生的蒸汽量与理论上所能产生的相比将有所下降。
-上述两相分离会引起管板和管(通常为冷凝器的换热面)的腐蚀。
通常为消除这种不利现象所采取的预防措施之一是，例如，把空气引入系统中，所引入的空气通过待冷凝的萃取蒸汽到达氨基甲酸酯冷凝器。
然而，为保证各部位的装置具有相同的钝化作用，就必须避免各区域有滞流流体或以一种不足以确保合理分配起钝化作用的氧气的速度循环的流体(死区，高温区的形成)。
如上描述的包含在蒸汽中起钝化作用的空气若分布不理想，这会使氨基甲酸酯冷凝器的上部管子比下部管子耐腐蚀。
到目前为止，已提出了不少的方法，例如意大利专利申请NO23214的第二种装置，其中描述了一个使部分氨基甲酸酯溶液在该冷凝器外部循环的水平管簇冷凝器，这种系统用来解决吸收液体和待冷凝蒸汽混合的关键性问题，这是为了确保冷凝器管内的液-汽混合物的最佳分布(浸泡)，那也只能部分地和不能完全满意的方法来解决目前上述装置中存在的问题。
由此可以看出，通过一条有效的途径来改善工作情况和耐久性是很重要的，主要是减轻釜型氨基甲酸酯冷凝器的腐蚀。
本发明的首要目的是提供一种使氨基甲酸酯冷凝更多且消除了上述不利因素并能得到更高品位蒸汽的方法，从而显著地改善了工作状况和设备的寿命。
该目的和其它一些目的在下面的叙述中会得到更好的解释，并通过说明书和权利要求中描述的本发明的方法实现，该方法的特点是在面对冷凝器管的入口区域内冷凝大量萃取蒸汽且使所述管出口处的压降增加。
完成在前的权利要求描述的方法的装置，特征是由以下部件组成，在面对冷凝器管板的区域内，a)一个装置，该装置至少包括a1)一根已冷凝的氨基甲酸酯溶液的回流管，a2)一个使循环液体与来自所述部件外部的富水溶液混合的喷嘴，和a3)一个流到反应塔的冷凝流体的出品，一个回流入口位于管板排放区的边缘，b)至少一根从外部或从内部通过冷凝器的萃取蒸汽管，该蒸汽管在管板流入区的周边部分有一出口，可使流体流到管板，而蒸汽分布受带孔圆环部件的影响。
本发明的另一个特殊形状是当釜型氨基甲酸酯冷凝器是垂直时，在面对管板的区域内的氨基甲酸酯的循环是温差环流系统(热虹吸)。
以本方法运行优点很多，下面的描述会使其更加清楚。
在冷凝器的运行过程中，氨基甲酸酯的形成与吸收产生的高反应热的系统能力的关系比与它的反应动力学特性的关系更密切;系统的这种能力越高，氨基甲酸酯形成就越容易。
在位于冷凝器的管入口前的区域内，富水的冷氨基甲酸酯溶液和待冷热蒸汽相互接触，在NH3和CO2之间几乎发生连续的反应而形成氨基甲酸酯。
当溶液的温度将与汽相温度相等时，绝热反应就被中止。
结果有小部分CO2的氨基甲酸酯预冷凝，而剩余部分在冷凝器的管内伴有上述问题的情况下被冷凝。
在这个特别简单且充满优点的并请求保护的方法和装置中，使循环溶液比富水氨基甲酸酯溶液更冷是可能的，并因此使其能吸收热量，并显著地促进了面对冷凝器管入口区的氨基甲酸酯的形成。
在得到的许多结果中，我们仅引用如下-液体流到管内的速度显著增加;
-流到管内的蒸汽速度大大地降低;
-面对冷凝器管入口区的蒸汽/液体比率随后大幅度地下降。
由于喷嘴口处较高的液体流速和随之造成的更大的压力降，就有可能在管板入口处和管内获得更加均匀的流体分布，获得更高的热交换系数和更好的蒸汽分布，并因此由通过整个冷凝器的抗腐气体的作用下，有效地消除了上述腐蚀现象。此外，由于较高的热交换系数，就有可能提高所产蒸汽的品位。
为了在位于冷凝器管入口前的区域内使得萃取蒸汽几乎完全冷凝，可合利地改变在面对管板的区域内的那一部分预冷的氨基甲酸酯量。
然而，最理想的结果是把上述预冷凝的液/汽重量比限制在4到46之间的范围内，4到20之间更好，最好是5到10之间;以此方式，再循环液体和富水氨基甲酸酯溶液间的比率被保持在4到30之间的范围内，6到15较好，6到10更好。
特别令人惊奇的是通过改进已有的釜型氨基甲酸酯冷凝器就显著地并简单地解决了上述的不利因素。
本发明的其它方面的优点，在参考附图进行详细描述之后会变得更加清楚，但不局限于所给出的实施例。其中
图1是传统的釜型水平管板冷凝器的平面简图，该图局部剖视。
图2是在对着釜型水平热交换区内设置了新的部件的部分轴向剖视图。
图3是垂直的釜型冷凝器的部分轴向剖视图，其中冷凝器在面对管板区以温差环流方式，使氨基甲酸酯循环。
特别地，图1表示了一种带“U”型管的水平釜型管板的热交换器SC，“U”型管与冷凝器SC入口处的管板PT相联。管板在汽液混合物的流入区Z1和排放区Z2处把管Ti分隔开，并由隔板P将流入区和排放区开且不会渗漏。
来自下游蒸留段(未画出)的富水氨基甲酸酯溶液L1和萃取蒸汽V一起流过空腔Z1上的喷嘴I1，它们在通过管板上的入口I2进入管Ti之前在空腔Z1内混合，并由此流到管板PT的出口S1处，然后在流体流过排放区Z2后通过孔S2流出设备。
用于热交换的水由管10通入到热交换器内，且以稀蒸汽的形式收集在管11内。
图2较详细地表示了面朝热交换器Sc的管板PT的那一部分，该部位有两个由隔板P分隔开并相互不可渗漏的区Z1和Z2。供料管B与凸缘F2、F3相联并安装到所述热交换器Sc的凸缘F1上，供料管B内设有回流管T1和喷嘴E。供料管B上设有一个能使将被送到反应塔的冷凝液L2流出的出口，其上还有一个插入喷嘴U的孔S4。
一根导管C如可见的那样横穿过区Z1和Z2的内部，在位于Z1的内周边处有一成圆环TT的端部，该端部可使从导管C的入口I3进入的萃取蒸汽V得到理想的扩散。
富水氨基甲酸酯溶液(动力液体)L1通过喷嘴U进入到供料管B内，在喷嘴E的入口与循环氨基甲酸酯溶液L3混合，然后从喷嘴E的出口S6处进入区Z1，在区Z1内穿过管板PT前与萃取蒸汽V充分接触造成预冷。流过管板PT的经冷凝的混合物L2+L3流入返回管T1的入口I4，入口I4处于区Z2的边上以避锡滞留流体(死区)，其中在冷凝器内仅再循环部分L3而其余部分L2被送到上游合成塔内。
图3表示了带垂直管束的釜型氨基甲酸酯冷凝器，而在面朝管板区域内氨基甲酸酯以温差环流方式物循环。
在图1、2及3中所用标记，显然都具有相同意义。
下面描述的对照例子，其中将传统釜型冷凝器与改进了方法和装置(见图2)的那种釜型冷凝器相比，表明本发明的更好，并表示如下
对照实例在图1的普通结构中，25000kg/h的氨基甲酸酯溶液L1通过I1进入，其温度为76℃，压力150巴，具有下列成份NH347.12% (重量)CO217.46% (重量)H2O 35.42% (重量)和以50，000kg/h的蒸汽V，温度190℃压力150巴，并具有如下成份NH356.74% (重量)CO232.60% (重量)H2O 10.56% (重量)在混合区Z1中两种流体混合部分蒸汽(大约有18%的蒸汽)冷凝，而液体温度升高到170℃在管入品I2处，具有下列流率液体≈34，000kg/h蒸汽≈41，000kg/h管入口处的液体/蒸汽重量比为0.83。
特别地，区Z1内，大约33%的蒸汽冷沿，并温度升到175℃。
在冷凝器的管入口处，有下列流率液体 191，7000kg/h蒸汽 33，300kg/h液体/蒸汽重量比等于5.75，大约是无内循环的7倍。
液体相对于汽体得到显著的增加，从而保证了热交换器管内两相更均匀的分布，消除了在前所述的欠缺。
权利要求
1.改善工作状况，减少因称作萃取的处理系统中产生的NH3、CO2、H2O蒸汽的高压和高温冷凝对腐蚀影响的方法，其中的NH3、CO2、H2O包含于尿素反应塔排出溶液中，上述冷凝是在一个特殊的管簇釜型氨基甲酸酯冷凝器中完成的，其中来自冷凝器的部分氨基甲酸酯溶液又被再次循环，其特征在于在所述冷凝器管入口的前部区域内，大部分萃取蒸汽得到冷凝，且压力降(管入口处)增加。
2.根据权利要求1的方法，特征是冷凝器管入口处的液/汽重量百分比是在4-46之间的范围内的范围内，更好是在4-20之间，最好是在5-10之间。
3.根据权利要求1的方法，特征是再循环溶液和富水氨基甲酸酯溶液间的比率保持在4-30之间范围内，在6-15之间更好，最好是在6-10之间。
4.根据权利要求1的方法，特征是在冷凝器内部，使来自冷凝器内的部分氨基甲酸酯溶液在冷凝器内再循环。
5.根据权利要求1或4的方法，其特征是当釜型氨基甲酸酯冷凝器是垂直时候，氨基甲酸酯在管板前的区域内的内循环是温差环流型的。
6.完成上述权利要求所述方法的装置，该装置用以改善工作状况和减少氨基甲酸酯冷凝器的腐蚀，这种冷凝器是管簇釜型结构，冷凝器内的部分氨基甲酸酯溶液将再循环，所进冷凝器包括一个带“U”型管束的冷凝室，这些管束在冷凝器入口处被固定，其特征是在所述管板前的区域内，包括a)一个装置，该装置至少包括a1)冷凝的氨基甲酸酯溶液的回流管;a2)使再循环液体与来自所述装置外部的富水溶液混合的喷嘴;a3)流到反应塔的冷凝流体的出口，回流管的入口位于管板排放区的边上;b)至少一根外部地或内部地穿过冷凝器的萃取蒸汽管，该蒸汽管有一个位于管板流入区边缘上的出口，蒸汽分配由带孔圆环完成。
7.根据权利要求6的设备，特征是当釜型氨基甲酸酯冷凝器是垂直的时候，氨基甲酸酯在管板前的区域内的内循环是温差环流型的。
全文摘要
通过使用釜型管板氨基甲酸酯冷凝器来改善尿素厂中蒸汽萃取冷凝的工作状况并减少腐蚀影响的方法。用来完成上述方法的设备，在面对氨基甲酸酯冷凝器管板的区域内，有a)供料孔管，并至少包含a1)冷凝的氨基甲酸酯溶液的回流管，a2)使循环液体与来自供料孔管外部的富水溶液相混合的喷嘴，和a3)冷凝流体流流向反应塔的出口，回流管的入口位于管板排放区的边上；b)至少一根从内部或从外部穿过冷凝器的萃取蒸汽导管，并且管板流入口的边上有一个出口。
文档编号C07C273/04GK1056869SQ91102100
公开日1991年12月11日 申请日期1991年3月12日 优先权日1990年3月12日
发明者尤伯多·泽德 申请人:尤里康·阿斯塔特