专利名称：分解尿素合成过程中尿素溶液中未转化的氨基甲酸铵的装置的制作方法
分解尿素合成过程中尿素溶液中未转化的氨基甲酸铵的装
CP背景技术：
尿素可通过在12MPa到40MPa之间的压力以及150°C到250°C之间的温度下将过量氨与二氧化碳一起引入尿素合成部分中来制备。所带来的尿素形成可以以两个连续反应步骤的形式来表示，在第一个步骤中，根据以下放热反应I形成氨基甲酸铵2NH3+C02 — H2N-CO-ONH4 (I)然后，所形成的氨基甲酸铵在第二个步骤中脱水，根据以下吸热平衡反应II得到
尿素
H2N-C0-0NH4^H2N-C0-NH2+H20 (II)这些反应发生的程度还依赖于温度和使用的过量氨。反应产物以尿素溶液的形式获得，该溶液中通常包括尿素、水、未结合的氨和氨基甲酸铵。将氨基甲酸铵和氨从溶液中移除，并优选地送回到尿素合成部分中。在尿素合成部分中除了上述溶液之外，还形成了气体混合物，该气体混合物由未转化的氨和二氧化碳以及惰性气体(所谓的反应器废气)组成。尿素合成部分可包括用于形成氨基甲酸铵和尿素的独立区域。这些区域也可组合到单个装置中。尿素气提设备应被理解为一种尿素设备，在该尿素设备中，在基本上几乎等于合成反应器中压力的压力下，大量发生未转化为尿素的氨基甲酸铵的分解和普通的过量氨的排出。该分解和排出可能在气提气体(例如二氧化碳和/或氨)的辅助下并进行加热，在安装于尿素合成部分下游的一个或多个气提器中发生。也可能使用热气提器。热气提意思是指仅通过提供热来分解氨基甲酸铵并从尿素溶液中移除氨和二氧化碳。离开热气提器的含有氨和二氧化碳的气流在高压冷凝器中冷凝，然后送回到尿素合成部分。在尿素气提设备中，在160°C _240°C的温度下，优选地在170°C _220°C的温度下操作合成区域。合成反应器中的压力为12MPa-21MPa，优选地为12. 5MPa-20MPa。气提设备的尿素合成部分中，氨与二氧化碳的摩尔比(N/C比率)通常介于2.2和5m0l/m0l之间，并优选地介于2. 5和4. 5mol/mol之间。合成部分可为单个反应器或并联或串联设置的多个反应器。气提之后，尿素回收物中经气提的尿素溶液的压力降低，且通过水分的蒸发来浓缩尿素溶液。在比尿素合成部分中的压力低的压力下操作，使回收部分中所产生的甲酸酯流优选地返回到尿素合成部分。回收部分可包括单个部分或串联设置的多个回收部分。基于气提方法的常用尿素制备方法是斯那姆(Snamprogetti)氨气提方法，例如
1970年4月15日公布的专利号为1，188，051中描述的方法。在这样的尿素气提方法中，
反应器和高压气提器之间的压差通常介于0. IMPa和5MPa之间，且优选地介于0. 5MPa和
0.2MI^之间。在该方法中的二氧化碳进料通常全部加入反应器中。二氧化碳进料含有惰
性蒸气，且通常在该二氧化碳中加入空气，以保持合成中使用的材料免受过度腐蚀。离开反
应器的尿素溶液中含有尿素、水和未转化的氨基甲酸铵，以及含有非转化的氨和二氧化碳气体的惰性蒸气，将该离开反应器的尿素溶液进行闪蒸后，送入高压气提器中。高压气提器为包括壳体和一个或多个管的热交换器。蒸气从壳体送入从而为氨基甲酸铵至氨和二氧化碳蒸气的分解反应提供必要的所需热量。在管的顶部加入尿素溶液，液体以液膜的形式沿管流至气提器的底部通道。通过氨基甲酸铵的分解反应所释放的蒸气从顶部离开热交换器管。可从热交换器管的底部加入气提气体，以便提高分解率。也可从热交换器的底部供给空气以保护装置处理侧的材料免受过度腐蚀。过度腐蚀应被理解为结构材料的严重蚀刻。
发明内容
本发明涉及一种用于分解尿素气提设备中的尿素合成部分中的氨基甲酸铵的装置，所述装置包括多个位于顶部腔室和底部腔室之间的热交换器管。本申请人已经发现一种装置，也称为高压气提器，该装置优化热交换器管上的液体分配以便提高高压气提器的性能。现有技术的高压气提器常常发生热交换器管的过度腐蚀以及氨基甲酸铵的分解效率的降低。效率降低导致过量的氨基甲酸铵从高压气提器流到下游回收部分，从而使设备容量受限和/或导致过量的氨排放。通过本发明的装置解决上述问题，在本发明中，顶部腔室包括气体/液体分离器。 在气提器的热交换器管上的液体分配发生之前，高压气提器的顶部腔室中的气体/液体分离器将气相从液相中分离出来。热交换器管设有液体分配器，该液体分配器能够使每个热交换器管等量地载有尿素溶液。令人惊奇的是，这导致液体被等量地分配在气提器的热交换器管上，从而避免了管道的过度腐蚀，并实现最佳的气提器效率。在本发明的优选实施方式中，顶部腔室进一步包括位于装置的顶部腔室的中心的带孔液体分配篮。通过所述带孔液体分配篮，获得了液体在热交换器管上的更好的分配。优选地，气体/液体分离器为切向类型或旋风类型。气体/液体分离器和或分配篮可由这几种材料制成，如不锈钢、钛或锆双合金材料。材料优选地为例如美国专利号阳82656中描述的铁氧体/奥氏体材料。
以下使用附图将更详细地解释本发明。图1为描述典型的现有技术的尿素气提方法的示意图；图2示出了根据本发明的热交换器管上的液体分配的实例；图3示出了根据本发明的装置的顶部通道的实例。
具体实施例方式在图1中，将二氧化碳通过孔11加入尿素气提工艺的尿素合成部分中的反应器1 中。二氧化碳中可含有惰性气体，通常为空气，以避免过度腐蚀。在反应器1中，发生从氨基甲酸铵至尿素的水合反应。通常在介于HMI^a和ISMI^a之间的压力下进行该反应，但是其它压力也是可能的。所形成的尿素溶液温度为175°C至190°C，与惰性蒸气一起经由两相线13送入气提器4。在该线13中通常安装有阀门，以保证反应器1和气提器4之间的压差为约0. 2MPa至2MPa，从而允许尿素溶液被闪蒸。在气提器4中，发生未转化的氨基甲酸铵的分解。高压气提器通常包括壳体和管式热交换器。通过具有介于IMI^a和之间的压力的饱和蒸气23将热量添加到该热交换器的壳体侧，以提供分解反应必需的热量。经气提的尿素溶液离开合成区域，经由液体线15进入一个或多个下游处理部分。经由线14离开气提器4的蒸气被送入尿素合成部分中的甲酸酯冷凝器3中。下游回收部分形成的氨基甲酸铵通过线20经由甲酸酯冷凝器3被重新引入合成部分。通过氨基甲酸铵反应(I)释放的热量通常用于产生蒸气，该蒸气被用于例如尿素气提设备的下游处理部分中的加热器和喷射器中。甲酸酯冷凝器3可为降膜式冷凝器、釜式冷凝器以及浸没式冷凝器。所形成的氨基甲酸铵与未转化的氨和二氧化碳气体经由线16送入至液体/气体分离器2，在液体/气体分离器2中气相与液相分离。气相经由线18离开合成区域，并通常被送入下游回收部分，该下游回收部分在比合成部分的压力低的压力下运行。液相中含有氨基甲酸铵、水、溶解的氨和二氧化碳、且在某些情况下含有尿素，该液相经由线17被送入高压氨喷射器5。高压氨喷射器5使所述液体的压力增加约0.2MI^至2MPa。作为驱动力， 通过19引入氨。在氨用作喷射器5的驱动力之前，可先将氨加热。形成的氨基甲酸铵与氨一起经由线12送入反应器1，在反应器1发生尿素合成反应直至达到反应(II)中描述的平衡。合成区域中的氨与二氧化碳的摩尔比通常介于2. 2和5之间，更具体地介于2. 5和 4之间。图2示出了根据本发明的装置的顶部腔室的实例。来自合成部分中的尿素反应器1的气体和尿素溶液的混合物经由连接至气体/液体分离器6的管道13进入反应器的顶部通道。该气体/液体分离器6优选地为切向类型或旋风类型。在气体/液体分离器6中，气体馏分与液体馏分分离。气体馏分经由连接至顶部腔室上部的管道14从顶部离开。液体馏分经由21排放到带孔液体分配篮7，液体通过该带孔液体分配篮7分配到顶部腔室的剖面直径上，从而产生高于液体分配器50的液位 40。通过液体分配器50使每个热交换器管10等量地载有尿素溶液。通过尿素溶液中的氨基甲酸铵的分解所释放的蒸气经由气体管8离开热交换器管10到达顶部腔室的上部。该蒸气与来自气体/液体分离器6的气体一起经由喷嘴(图中未示出)和管道14离开气提器，到达尿素合成部分中的处理部分。图3示出了根据本发明的热交换器管上的液体分配的实施方式的实例。来自气体/液体分离器的液体21进入位于气提器的顶部腔室的中心的液体分配篮7。为了保证液位稳定地高于管板9，该篮可设有多个孔，或可由带有细纱网的框组成。该篮使液体在气提器顶部腔室的横截面上等量地分开。在每个热交换器管上的液体载量相等的情况下，气提性能是最佳的。根据本发明，这通过产生并保证每个热交换器管10都具有高于液体分配器50的恒定液体静压头hi实现。每个液体分配器50上的静压头高于顶部通道的横截面直径的差值应小于200mm，且优选地该差值不大于100mm。为了获得液体分配器50的静压头之间尽量小的差值，液体分配篮穿有1至6个液体孔，优选地穿有2至4个液体孔。液体分配器中孔的直径为1至4mm，并优选地为2至3mm。在热交换器管10中的由氨基甲酸铵至氨和二氧化碳的分解所形成的蒸气，以及额外的气提气体(如果适用)，经由气体管30离开热交换器管10。气提器被设计为所有环境下其液位都低于气体管8的长度。这可通过改变液体分配器50的尺寸来实现。
权利要求
1.一种用于分解尿素气提设备的尿素合成部分中的氨基甲酸铵的装置，该装置包括多个位于顶部腔室和底部腔室之间的热交换器管，其特征在于，该顶部腔室包括气体/液体分离器，且每个该热交换器管设有液体分配器。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括位于该装置的所述顶部腔室的中心的带孔液体分配篮。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述液体分配篮穿有直径为l-4mm且优选地直径为2-3mm的孔，或该篮制作于纱网框中。
4.根据权利要求1至3所述的装置，其特征在于，所述气体/液体分离器和或所述分配篮由不锈钢、钛或锆制成，或优选地由铁氧体/奥氏体材料制成。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述气体/液体分离器是切向类型或旋风类型。
6.一种用于分解尿素气提设备的尿素合成部分中的氨基甲酸铵的现有装置，装置包括多个位于顶部腔室和底部腔室之间的热交换器管，其特征在于，该顶部腔室被改变，改变后的顶部腔室包括气体/液体分离器，且每个该热交换器管设有液体分配器。
全文摘要
一种用于分解尿素气提合成部分中所供应的尿素溶液中未转化的氨基甲酸铵的装置。所述装置包括多个位于顶部腔室和底部腔室之间的热交换器管、安装在每个热交换器管上的液体分配器、气体/液体分离器以及位于顶部腔室的中心的带孔篮。
文档编号B01D1/06GK102596390SQ201080036418
公开日2012年7月18日 申请日期2010年8月9日 优先权日2009年8月17日
发明者J·M·G·艾肯博姆, 约翰尼斯·亨利克斯·孟嫩 申请人:斯塔米卡邦有限公司