卧式全冷凝反应器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种卧式全冷凝反应器，解决了现有尿素工艺的冷凝反应器结构复杂、功能单一，反应时间短、设备安装高度高等问题。技术方案包括下段的冷凝段和上段的洗涤段，所述冷凝段底部设有气体入口和第二液体入口，所述洗涤段顶部设第二气体出口和第一液体入口，底部设第一液体出口，还包括有中段的反应段，所述中段的反应段为卧式，底部设混合物进口和第二液体出口，顶部设第一气体出口，混合物进口上方设有水平的多孔板，所述多孔板上方上、下交错垂直设有多块折流板。本实用新型设备结构紧凑、框架高度低、物料反应时间长、既能生成氨基甲酸铵，同时又能将其转化为尿素，还能将气相中的NH3和CO2洗涤回收、安装、检修方便。
【专利说明】
卧式全冷凝反应器
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种化工领域的反应器，具体的说是一种卧式全冷凝反应器。
【背景技术】
[0002]传统尿素工艺技术中高压甲铵冷凝器、尿素合成塔、高压洗涤器是各自独立的设备，而且存在如下问题或不足:
[0003]I)尿素合成塔为立式结构，空间高度较高，导致尿素装置框架高，施工安装难度大、费用高，操作、维修及管理不方便；
[0004]2)传统高压冷凝器主要采用膜降式结构，工艺物料(由气、液构成)在冷凝器内走管侧自上向下运行，蒸汽冷凝液走壳侧。高压工艺物料走管侧，由于气、液下行，液体在管壁上形成薄膜，气体在管中行走，使得工艺物料在管内的停留时间很短，物料温度约为167°C，壳侧副产的蒸汽压力较低，一般为0.44MP(A)，难以合理利用。由于物料在管内的停留时间短且无反应区，因此，在高压冷凝器内无尿素生成。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的是为了解决上述问题，提供一种设备结构紧凑、框架高度低、物料反应时间长、既能生成氨基甲酸铵，同时又能将其转化为尿素，还能将气相中的NH3和C02洗涤回收、安装、检修方便的卧式全冷凝反应器。
[0006]技术方案包括下段的冷凝段和上段的洗涤段，所述冷凝段底部设有气体入口和第二液体入口，所述洗涤段顶部设第二气体出口和第一液体入口，底部设第一液体出口，还包括有中段的反应段，所述中段的反应段为卧式，底部设混合物进口和第二液体出口，顶部设第一气体出口，混合物进口上方设有水平的多孔板，所述多孔板上方上、下交错垂直设有多块折流板。
[0007]所述多孔板的两端也固定连接有垂直的折流板，且多孔板一端的折流板下端固定在反应段的底部，从而将所述混合物进口和液体出口隔开。
[0008]所述洗涤段的下部设有与反应段的第一气体出口连通的升气管，中部的填料区和上部与第一液体入口连接的液体喷淋头;所述升气管的上方设有管帽，所述升气管周部与洗涤段的壳体形成集液槽，所述集液槽与所述第一液体出口连通。
[0009]所述第一液体出口经管道与冷凝段的第二液体入口连通。
[0010]冷凝段由下部的封头段和上部的换热管段组成，所述封头段内设有气体及液体分布器。
[0011]本实用新型集冷凝、反应和洗涤功能于一体，改变了物流的流经方向，物料由下向上运行，气液混合和反应均匀充分，解决了过去膜降式结构带来的种种问题。
[0012]下段采用常规的封头和换热管结构，物料由下向上先进入冷凝段，在冷凝段中实现气液混合并通过换热管移走热量后向上进入中段的反应段。由于物料由下向上运行，能在冷凝段停留更长时间，具有较大的传热温差，从而使得设计的换热面积可减小50%以上，大大降低投资，壳侧可副产低压蒸汽，供后续系统合理使用，以降低低压蒸汽的消耗。
[0013]中段采用带折流板的卧式反应段，具有以下技术效果:(I)多个垂直上、下交错布置的折流板可将反应段分成多个小室，物料在反应段内由一侧向另一侧沿径向流动，接近于平推活塞式理想流动模型，无反混，无短路，大大延长了物料在反应段内的停留时间，使得氨基甲酸和一定量的尿素的生成变成了可能，从而能分流尿素合成塔的负荷，提高C02转化率；(3)采用卧式结构的反应段可大大减少反应段的垂直高度，从而进一步降低安装高度和维护检修难度；(3)卧式结构的反应段还可根据需要增减折流板数量而不会对设备的安装高度带来影响，具有显著的效果。
[0014]上段的洗涤段设置升气管，用于收集来自反应段的鼓泡而出的气体，这部分气体经出气管排出后继续上行在填料区与液体进行进一步反应洗涤，最后由顶部的气体出口排出。在洗涤段是，发明人在出气管上方设置了管帽，其作用是将流下的液体引流至集液槽，而不使液体漏入中段的反应段中，同时还能将出气管引出的气体均匀分布。通过上述结构的设计，气体可由下至上最终于洗涤塔顶部排出，一次性完成冷凝、反应和洗涤的过程，而液体则先流经洗涤段再进入冷凝段最后由反应段排出，上述液体的行经过程既有与气体的气液混合状态，也有与气体的鼓泡分离状;既有同向接触也有逆向接触过程，上述多个状态使得反应均匀充分，进一步提高了冷凝、反应和洗涤的效率。
[0015]有益效果:
[0016]本实用新型将C02气提工艺中高压洗涤器、尿素合成塔和高压冷凝器整合成一个设备，可分流合成塔的负荷，缩小合成塔的尺寸，使高压圈设备结构紧凑，所占空间大为减小。与传统立式尿素反应器相比，本发明反应器高度降低约一半，施工安装容易、费用低，操作、维修及管理方便。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型结构不意图。
[0018]其中，丨-冷凝段、2-反应段、3-洗涤段、4-填料区、5-升气管、6_折流板、7-多孔板、8-集液槽、9-换热管段、10-第二气体出口、11-第一液体入口、12-甲铵液出口、13-反应液出口、14-蒸汽出口、15-蒸汽冷凝液入口、16-气体入口、17-第二液体入口、18-气体及液体分布器、19-封头段、20-混合物进口、21-第一气体出口、22-液体喷淋头、23-管帽。
[0019]图中，HLA表示高报警液位，NL表示正常液位，LLA表示低报警液位。
【具体实施方式】
[0020]参见图1，本实用新型由下段的冷凝段1、中段的反应段2和上段的洗涤段3组成，所述冷凝段I底部设有气体入口 16和第一液体入口 17，所述反应段2设第二液体出口，所述洗涤段3顶部设第二气体出口 10和第一液体入口 11，底部设第一液体出口 12，所述冷凝段I由下部的封头段19和上部的换热管段9组成，所述封头段19内设有气体及液体分布器18。
[0021]所述中段的反应段2为卧式，底部设混合物进口20和第二液体出口 13，顶部设第一气体出口 21，混合物进口 20上方设有水平的多孔板7，所述多孔板7上方上、下交错垂直设有多块折流板6，所述多孔板7的两端也固定连接有垂直的折流板6，且多孔板7—端的折流板6下端固定在反应段2的底部，从而将所述混合物进口 20和液体出口 13隔开，多个垂直上、下交错布置的折流板6将反应段2分成多个小室，更有利于气液充分混合和反应。
[0022]所述洗涤段3的下部设有与反应段2的第一气体出口21连通的升气管5，中部的填料区4和上部与第一液体入口 11连接的液体喷淋头22;所述升气管5的上方设有管帽23，所述升气管5周部与洗涤段I的壳体形成集液槽8，所述集液槽8与所述第一液体出口 12连通，所述第一液体出口 12经管道与冷凝段I的第二液体入口 17连通。
[0023]工作原理:
[0024]以CO2气提法尿素工艺为例，由高压气提塔出来的汽提气(含C02、NH3气体):
[0025]甲铵液从冷凝段底部的第二液体入口17进入封头段19，汽提气由气体入口 16进入封头段19，两者经气体及液体分布器18混合并均匀分布后形成气液混合物进入换热管段9的管程，由于重力作用，换热管中充满甲铵液，汽提气由冷凝段I底部上行，在换热管内鼓泡，蒸汽冷凝液由蒸汽冷凝液入口 15走壳侧，再由蒸汽冷凝液出口 14流出，与管侧换热并副产蒸汽。在换热管段9的壳侧设有压力表，在蒸汽冷凝液出口 14设有压力调节阀，通过控制副产蒸汽的压力，用来控制汽提气的冷凝程度。
[0026]来自冷凝段I气液混合物经经混合物进口 20进入卧式的反应段2下部的多孔板7，气液混合物在此分离，液相从多孔板7下方的空间流入反应段2—端(图1中的左端)，然后经多个垂直上、下交错布置的折流板6溢流入各个小室，最后由反应液出口 13引出；气相经多孔板7上的小孔鼓泡垂直上行，与上部流动的液相充分接触反应，没有反应的NH3和CO2气相继续冷凝，放出的热量用于甲铵脱水生成尿素;未反应的气相从液相中逸出，经过反应段2顶部的第一气体出口 21进入洗涤段3的升气管5。由于这些反应小室的作用，保证气液能充分接触反应。在反应段2上设有液位计，防止液位高过折流板造成返混，或防止液位太高使甲铵液经过升气管5进入洗涤段。在反应段2上还设有温度计，用于监测反应2的液相温度。
[0027]在洗涤段3中，甲铵液由第一液体入口11引入经液体喷淋头22向下喷出，从反应段2上来的气相经出气管5被管帽23均布后继续上行，在填料区4被从顶部喷淋下来的甲铵液洗涤，进一步吸收气相中没有反应的NH3和CO2 ο洗涤后的气体从洗涤段顶部的第二气体出口10排出；对气体洗条后的甲铵液经管帽5引流后被收集在洗涤段3出气管5周部的的集液槽8中，再经甲铵液出口 12引出经外部管线循环回送到冷凝段I底部的第二液体入口 17中。
[0028]由第二气体出口10排出的气体温度为150°C?170°C，大部分的NH3和C02被洗涤下来，由反应液出口 13引出的甲铵液中含有尿素20 %?28wt %，物料温度约为170 °C?190 °C，壳侧副产的蒸汽压力为0.6?0.75MPa(A);采用本发明卧式全冷凝反应器框架高度可降低至30米以内，维护和检修更为方便。
【主权项】
1.一种卧式全冷凝反应器，包括下段的冷凝段和上段的洗涤段，所述冷凝段底部设有气体入口和第二液体入口，所述洗涤段顶部设第二气体出口和第一液体入口，底部设第一液体出口，其特征在于，还包括有中段的反应段，所述中段的反应段为卧式，底部设混合物进口和第二液体出口，顶部设第一气体出口，混合物进口上方设有水平的多孔板，所述多孔板上方上、下交错垂直设有多块折流板。2.如权利要求1所述的卧式全冷凝反应器，其特征在于，所述多孔板的两端也固定连接有垂直的折流板，且多孔板一端的折流板下端固定在反应段的底部，从而将所述混合物进口和液体出口隔开。3.如权利要求1或2所述的卧式全冷凝反应器，其特征在于，所述洗涤段的下部设有与反应段的第一气体出口连通的升气管，中部的填料区和上部与第一液体入口连接的液体喷淋头;所述升气管的上方设有管帽，所述升气管周部与洗涤段的壳体形成集液槽，所述集液槽与所述第一液体出口连通。4.如权利要求3所述的卧式全冷凝反应器，其特征在于，所述第一液体出口经管道与冷凝段的第二液体入口连通。5.如权利要求1所述的卧式全冷凝反应器，其特征在于，冷凝段由下部的封头段和上部的换热管段组成，所述封头段内设有气体及液体分布器。
【文档编号】B01D5/00GK205700573SQ201620428528
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】夏炎华, 孙喜, 望姣赟
【申请人】中国五环工程有限公司