一种尿素连续合成系统的制作方法

1.本发明涉及尿素生产技术领域，特别涉及一种尿素连续合成系统。


背景技术：

2.现有技术中一般通过尿素合成塔合成尿素，合成塔通常无法实现连续流合成，在合成尿素时，需要一次性将大量的反应原料加入合成塔内进行反应，且由于合成塔体积较大，使得合成塔的比表面积小(比表面积＝换热面积/体积)，进而导致合成塔的塔内中心位置传热不好，从而在合成尿素时，容易造成产品质量不高，并且存在飞温等安全风险，同时存在产品质量出现批次的不一致性。


技术实现要素：

3.基于此，本发明的主要目的是提供一种能够连续合成尿素且传热性能好的尿素连续合成系统。
4.为实现上述目的，本发明提供一种尿素连续合成系统，包括：
5.反应器；
6.混合缓冲罐，用于容置第一原料；
7.进料泵，一端与所述混合缓冲罐连接，所述进料泵的另一端与所述反应器连接，所述进料泵用于将所述混合缓冲罐内的所述第一原料泵送至所述反应器内；
8.调压阀，与所述反应器连接，所述调压阀用于传输第二原料，并调节所述第二原料的压力，所述第二原料为气体，所述第二原料经所述调压阀传输至所述反应器内，并与所述反应器内的所述第一原料发生反应，以生成预设产物；
9.第一换热器，与所述反应器连接，所述第一换热器用于将所述反应器内的温度调节至第一预设温度；及
10.背压阀，与所述反应器远离所述进料泵的一端连接，所述背压阀用于使尿素连续合成系统的压力保持在预设压力。
11.优选地，所述反应器能够发生摆动，以带所述反应器内的所述第一原料和所述第二原料晃动，使得所述第一原料和所述第二原料充分混合。
12.优选地，所述反应器包括第一圆管和第二圆管，所述第二圆管设置于第一圆管内，且所述第二圆管的侧壁上开设有多个通孔，所述第一圆管能够沿自身径向摆动，以带动所述第二圆管在所述第一圆管内来回移动。
13.优选地，所述混合缓冲罐内设置有搅拌件，所述搅拌件能够绕自身的轴线转动，以对所述第一原料进行搅拌。
14.优选地，所述调压阀与所述反应器之间设置有所述单向阀，所述第二原料能够依次经所述调压阀和所述单向阀传输至所述反应器内。
15.优选地，所述尿素连续合成系统还包括预热器，所述预热器的一端与所述反应器连接，所述预热器的另一端与所述进料泵连接，所述预热器与所述第一换热器连接，所述第
一换热器还用于将所述预热器内的温度调节至第一预设温度。
16.优选地，所述调压阀与所述反应器之间设置有气体流量控制器，所述气体流量控制器用于控制所述第二原料的体积流量。
17.优选地，所述尿素连续合成系统还包括分离器，所述背压阀远离所述反应器的一端与所述分离器的顶端的一侧连接，所述分离器的顶端的另一侧用于与尾气处理装置连接。
18.优选地，所述尿素连续合成系统还包括气体冷凝干燥器，所述气体冷凝干燥器的底端与所述分离器的顶端连接，所述气体冷凝干燥器的顶端与用于尾气处理装置连接。
19.优选地，所述尿素连续合成系统至少还包括如下一种：
20.干燥器，设置于所述调压阀和所述反应器之间，所述干燥器用于对所述第二原料进行干燥处理；
21.冷却器，设置于所述反应器和所述背压阀之间，所述冷却器用于对所述反应器输出的所述预设产物进行冷却处理；
22.温度传感器，用于检测所述尿素连续合成系统的温度；
23.压力传感器，用于检测所述尿素连续合成系统的压力。
24.本发明技术方案具有以下优点，进料泵将混合缓冲罐内的第一原料泵送至反应器内，第二原料经调压阀传输至反应器内，第一原料和第二原料在反应器内发生反应，以生成预设产物，其中，第一换热器的设置使得反应器内的温度能够保持在反应所需的第一预设温度，背压阀的设置使得反应器内的压力能够保持在反应所需的预设压力，从而保证反应的可靠进行，此外，本技术第一原料和第二原料能够持续供应至反应器内，反应器也能够持续输出预设产物，从原料到产品不需要经过任何的周转和停歇，从而本技术能够实现连续流合成，且由于本技术反应器能够持续输出预设产物，从而本技术反应器设置为体积较小的小型反应器，也不会影响合成效率，相对于现有技术，本技术将反应器设置为体积更小的反应器，使得反应器的比表面积更大，进而反应器传热更好，从而避免反应器出现飞温现象，同时，由于实现了原料到产品的连续性合成和输出，确保了产品质量的一致性。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的装置获得其他的附图。
26.图1为一实施例的尿素连续合成系统的结构示意图；
27.图2为一实施例的反应器的结构示意图。
28.其中，10.反应器；11.第一圆管；12.第二圆管；1201.通孔；20.混合缓冲罐；30.进料泵；40.调压阀；50.第一换热器；60.背压阀；70.搅拌件；80.单向阀；90.预热器；100.第一传输管；110.气体流量控制器；120.干燥器；130.安全阀；140.分离器；150.球阀；160.气体冷凝干燥器；170.第二换热器；180.冷却器；190.第二传输管；200.温度传感器；210.压力传感器；
29.1.尾气处理装置；2.产物收集罐。
30.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中的“和/或”包括三个方案，以a和/或b为例，包括a技术方案、b技术方案，以及a和b同时满足的技术方案；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
33.如图1所示，一种尿素连续合成系统包括反应器10、混合缓冲罐20、进料泵30、调压阀40、第一换热器50及背压阀60，混合缓冲罐20用于容置第一原料，进料泵30的一端与混合缓冲罐20连接，进料泵30的另一端与反应器10连接，进料泵30用于将混合缓冲罐20内的第一原料泵送至反应器10内，调压阀40与反应器10连接，调压阀40用于传输第二原料，并调节第二原料的压力，第二原料为气体，第二原料经调压阀40传输至反应器10内，并与反应器10内的第一原料发生反应，以生成预设产物，第一换热器50与反应器10连接，第一换热器50用于将反应器10内的温度调节至第一预设温度，背压阀60与反应器10远离进料泵30的一端连接，背压阀60用于使尿素连续合成系统的压力保持在预设压力。
34.进料泵30将混合缓冲罐20内的第一原料泵送至反应器10内，第二原料经调压阀40传输至反应器10内，第一原料和第二原料在反应器10内发生反应，以生成预设产物，其中，第一换热器50的设置使得反应器10内的温度能够保持在反应所需的第一预设温度，背压阀60的设置使得反应器10内的压力能够保持在反应所需的预设压力，从而保证反应的可靠进行，此外，本技术第一原料和第二原料能够持续供应至反应器10内，反应器10也能够持续输出预设产物，从原料到产品不需要经过任何的周转和停歇，从而本技术能够实现连续流合成，且由于本技术反应器10能够持续输出预设产物，从而本技术反应器10设置为体积较小的小型反应器10，也不会影响合成效率，相对于现有技术，本技术将反应器10设置为体积更小的反应器10，使得反应器10的比表面积更大，进而反应器10传热更好，从而避免反应器10出现飞温现象。
35.具体地，比表面积＝换热面积/体积，因此，体积越小，比表面积越大，比表面积越大，反应器10传热越好。
36.在本实施例中，第一原料为甲醇胺和硫粉，具体地，硫粉混在甲醇胺中形成悬浮液；第二原料为一氧化碳气体，预设产物为尿素和硫化氢气体，在实际方案中，预设产物中还含有氨气及未反应的少量硫粉和溶剂；即，本技术通过尿素连续合成系统实现尿素的连
续流合成，在其他实施例中，本技术的尿素连续合成系统也能够用于制备其他产物，当本技术的尿素连续合成系统用于制备其他产物时，原料的种类可以为多种，且原料的形态可以为气态、液态和/或固态。
37.在本实施例中，第二原料为一氧化碳气体，且一氧化碳气体由一氧化碳罐提供，具体地，由于一氧化碳罐提供的一氧化碳的压力较高，从而通过调压阀40降低一氧化碳罐输出的一氧化碳的压力。
38.在本实施例中，背压阀60在尿素连续合成系统的压力低于预设压力时，处于阻断状态，从而随着进料过程尿素连续合成系统的压力逐渐增大；当尿素连续合成系统的压力达到预设压力时，背压阀60导通，从而系统内的预设产物能够经背压阀60排出，从而使得背压阀60保持在预设压力。
39.再进一步地，本技术的第二原料为c
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的一氧化碳气体，预设产物为c
13
的尿素，在本实施例中，c
13
的一氧化碳气体中可以混入惰性气体，以降低c
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的一氧化碳气体的浓度，一方面，c
13
的一氧化碳气体的浓度降低依然可以完成反应，另一方面，c
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的一氧化碳气体中混入惰性气体，避免大量c
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的一氧化碳气体没有反应完全，c
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的一氧化碳气体价格昂贵，从而可以节省成本。
40.在本实施例中，第一预设温度为40-120℃，预设压力为1-2mpa。
41.进一步地，反应器10能够发生摆动，以带反应器10内的第一原料和第二原料晃动，使得第一原料和第二原料充分混合，具体地，反应器10进行摆动，使得第一原料和第二原料接触更充分，从而使得第一原料和第二原料反应的更充分。
42.进一步地，参考图1-2，反应器10包括第一圆管11和第二圆管12，第二圆管12设置于第一圆管11内，且第二圆管12的侧壁上开设有多个通孔1201，第一圆管11能够沿自身径向摆动，以带动第二圆管12在第一圆管11内来回移动，具体地，第一圆管11摆动振荡时，第一圆管11内的第二圆管12会来回振荡，从而第二圆管12侧壁上开设的多个通孔1201会将内部的第一圆管11内的第二原料进行高度剪切，形成一个个微小的气泡，从而产生微气泡状态，大大增加第一原料和第二原料接触面积，进一步使第一原料和第二原料进行更充分的反应，在本实施例中，静止状态时，第一圆管11和第二圆管12的轴线相平行。
43.进一步地，参考图1，混合缓冲罐20内设置有搅拌件70，搅拌件70能够绕自身的轴线转动，以对第一原料进行搅拌，具体地，本技术的第一原料为硫粉混在甲醇胺中形成的悬浮液，搅拌件70的设置使得硫粉均分分散在甲醇胺，以形成均匀的悬浮液，进而使得进料均匀，从而避免进料不均匀导致反应不完全或生成副产物。
44.进一步地，参考图1，调压阀40与反应器10之间设置有单向阀80，第二原料能够依次经调压阀40和单向阀80传输至反应器10内，具体地，单向阀80的设置，使得第二原料只能够依次经调压阀40和单向阀80传输至反应器10内，而不能从反应器10中依次经单向阀80返回，从而单向阀80和背压阀60的配合使得尿素连续合成系统的压力更可靠地保持在预设压力，最主要的是使反应器10内的压力可靠地维持在预设压力。
45.进一步地，参考图1，尿素连续合成系统还包括预热器90，预热器90的一端与反应器10连接，预热器90的另一端与进料泵30连接，预热器90与第一换热器50连接，第一换热器50还用于将预热器90内的温度调节至第一预设温度，具体地，预热器90的设置，使得第一原料和第二原料进入反应器10前，先在预热器90内进行加热，从而使得第一原料和第二原料
被加热至反应所需的温度，从而第一原料和第二原料进入反应器10后能够直接进行反应，从而提高了反应进行的效率，在本实施例中，预热器90的另一端分别与进料泵30及单向阀80连接，单向阀80通过预热器90实现与反应器10的连接；预热器90为管式预热器90，且预热器90远离反应器10的一端分别与进料泵30及单向阀80连接。
46.进一步地，参考图1，尿素连续合成系统还包括第一传输管100，第一传输管100的两端分别与第一换热器50连接，以形成循环回路，且第一传输管100的中部与预热器9的外侧壁及反应器10的外侧壁接触，第一换热器50用于输出导热介质，导热介质经第一传输管100传输后再回流至第一换热器50内，当导热介质经第一传输管100传输时，导热介质通过第一传输管100的侧壁及预热器90的外侧壁和预热器90进行热交换，导热介质通过第一传输管100的侧壁及反应器10的外侧壁和反应器10进行热交换，具体地，第一传输管100的中部能够缠绕在预热器9的外侧壁及反应器10的外侧壁上，只要能够实现第一换热器50与预热器90及反应器10的换热即可。
47.进一步地，参考图1，调压阀40与反应器10之间设置有气体流量控制器110，气体流量控制器110用于控制第二原料的体积流量，具体地，体积流量是指单位时间里流体通过封闭管道或敞开槽有效截面的流体质量，气体流量控制器110设置于调压阀40和单向阀80之间。
48.进一步地，参考图1，尿素连续合成系统还包括干燥器120，干燥器120设置于调压阀40和反应器10之间，干燥器120用于对第二原料进行干燥处理，具体地，气体流量控制器110与液体接触容易损坏，干燥器120对第二原料进行干燥处理，以避免第二原料中含有水分而损坏气体流量控制器110，在本实施例中，干燥器120设置于调压阀40和气体流量控制器110之间。
49.进一步地，参考图1，尿素连续合成系统还包括安全阀130，安全阀130设置于调压阀40和反应器10之间，安全阀130用于在尿素连续合成系统的压力过大时进行泄压，在本实施例中，安全阀130设置于气体流量控制器110和单向阀80之间。
50.具体地，安全阀130包括间隔设置的第一端、第二端及第三端，第一端与气体流量控制器110连接，第二端与单向阀80连接，第三端连通外部环境，当尿素连续合成系统的压力正常时，安全阀130的第一端和第二端连通，使得第二原料能够正常传输，当系统故障堵塞或其他原因导致系统的压力过大时，安全阀130的第一端和第二端连通，使得第二原料排出至外部，从而避免系统的压力持续增大。
51.进一步地，参考图1，尿素连续合成系统还包括分离器140，背压阀60远离反应器10的一端与分离器140的顶端的一侧连接，分离器140的顶端的另一侧用于与尾气处理装置1连接，具体地，反应器10内生成的产物(如本实施例中为尿素和硫化氢)经背压阀60进入分离器140内，其中非气体(尿素溶液)留在分离器140的底部，而未溶解于甲醇胺溶剂中的气体(硫化氢气体、氨气)较轻，从分离器140的顶端进入尾气处理装置1，以对气体(硫化氢气体)进行尾气处理，在本实施例中，分离器140为气液固多相分离器；尾气处理装置1为外部设备，在其他实施例中，尾气处理装置1也可以为尿素连续合成系统的一部分。
52.进一步地，参考图1，分离器140的底端用于与产物收集罐2连接，分离器140底部的非气体(尿素)传输至产物收集罐2中收集起来，在本实施例中，产物收集罐2为外部设备，在其他实施例中，产物收集罐2也可以为尿素连续合成系统的一部分。
53.进一步地，参考图1，尿素连续合成系统还包括球阀150，球阀150的一端与分离器140的底端连接，球阀150的另一端用于与产物收集罐2连接，球阀150通过开闭，以控制分离器140与产物收集罐2之间的导通与阻断，具体地，刚开始反应时，球阀150关闭，等到分离器140内的产物达到一定的量后，球阀150打开，使得分离器140内的产物持续传输至产物收集罐2内。
54.进一步地，参考图1，尿素连续合成系统还包括气体冷凝干燥器160，气体冷凝干燥器160的底端与分离器140的顶端连接，气体冷凝干燥器160的顶端与用于尾气处理装置1连接，具体地，分离器140内的气体(硫化氢气体)经气体冷凝干燥器160传输至尾气处理装置1，气体冷凝干燥器160的设置，使得气体(硫化氢气体)经过气体冷凝干燥器160时，气体中包含的水分冷凝后脱离气体，然后回流至分离器140内，从而减少了非气体(尿素)的损失。
55.进一步地，参考图1，尿素连续合成系统还包括第二换热器170，第二换热器170与气体冷凝干燥器160连接，第二换热器170用于使气体冷凝干燥器160内的温度维持在第二预设温度，第二预设温度低于第一预设温度，第二预设温度使得气体(硫化氢气体)中包含的水分能够冷凝脱离气体。
56.进一步地，参考图1，尿素连续合成系统还包括冷却器180，设置于反应器10和背压阀60之间，冷却器180用于对反应器10输出的预设产物进行冷却处理，具体地，冷却器180为管式冷却器180，在本实施例中，第二换热器170与冷却器180连接，第二换热器170用于使冷却器180内的温度维持在第二预设温度。
57.进一步地，参考图1，尿素连续合成系统还包括第二传输管190，第二传输管190的两端分别与第二换热器170连接，以形成循环回路，且第一传输管100的中部分别与冷却器180的外侧壁及气体冷凝干燥器160的外侧壁接触，第二换热器170用于输出导热介质，导热介质经第二传输管190传输后再回流至第二换热器170内，当导热介质经第二传输管190传输时，导热介质通过第二传输管190的侧壁及冷却器180的外侧壁和冷却器180进行热交换，导热介质通过第二传输管190的侧壁及气体冷凝干燥器160的外侧壁和气体冷凝干燥器160进行热交换，具体地，第二传输管190的中部能够缠绕在冷却器180的外侧壁及气体冷凝干燥器160的外侧壁上，只要能够实现第二换热器170与冷却器180及气体冷凝干燥器160的换热即可。
58.进一步地，参考图1，尿素连续合成系统还包括温度传感器200，温度传感器200用于检测尿素连续合成系统的温度，具体地，根据本技术温度传感器200检测到的温度与实际所需的温度之间的差值，调节第一换热器50的温度，以使系统的温度维持在所需的温度，如：使反应器10和预热器90内的温度，维持在第一预设温度。
59.进一步地，参考图1，温度传感器200的数量为多个，多个温度传感器200能够更可靠地检测尿素连续合成系统的温度，在本实施例中，温度传感器200的数量为十一个，第一个温度传感器200位于进料泵30和预热器90之间，第二个温度传感器200位于预热器90和反应器10之间，第一个和第二个温度传感器200用于检测物料(此处为第一原料和第二原料)进入预热器90前和物料离开预热器90后的温度；第三个温度传感器200位于反应器10前端，第四个温度传感器200位于反应器10后端，第三个和第四个温度传感器200用于检测物料刚进入反应器10和物料(此处为预设产物)将离开反应器10的温度；第五个温度传感器200位于第一换热器50和反应器10之间的第一传输管100上，第六个温度传感器200位于反应器10
和预热器90之间的第一传输管100上，第七个温度传感器200位于预热器90和第一换热器50之间的第一传输管100上，第五个、第六个及第七个温度传感器200用于检测第一传输管100内的导热介质在不同位置的温度，从而得到第一换热器50对反应器10及预热器90的换热效果；第八个温度传感器200位于冷却器180和背压阀60之间，第八个温度传感器200用于检测物料离开冷却器180后的温度；第九个温度传感器200位于第二换热器170和冷却器180之间的第二传输管190上，第十个温度传感器200位于冷却器180和气体冷凝干燥器160之间的第二传输管190上，第十一个温度传感器200位于气体冷凝干燥器160和第二换热器170之间的第二传输管190上，第九个、第十个及第十一个温度传感器200用于检测第二传输管190内的导热介质在不同位置的温度，从而得到第二换热器170对冷却器180及气体冷凝干燥器160的换热效果。
60.进一步地，参考图1，尿素连续合成系统还包括压力传感器210，压力传感器210用于检测尿素连续合成系统的压力，具体地，根据本技术压力传感器210检测到的压力与实际所需的压力之间的差值，从而调节安全阀130的导通状态，或通过气体流量控制器110调节第二原料的体积流量，从而使系统的压力维持在所需的压力。
61.进一步地，参考图1，压力传感器210的数量为多个，多个压力传感器210能够更可靠地检测尿素连续合成系统的压力，在本实施例中，压力传感器210的数量为两个，一个压力传感器210设置于单向阀80和管式预热器90之间，用于检测第二原料进入管式预热器90前的压力，即反应前的压力，另一个压力传感器210设置于冷却器180与背压阀60之间，用于检测从冷却器180输出的产物的压力，即反应后的压力，从而两个压力传感器210配合，能够很好的监测系统的压力。
62.参考图1，简述尿素连续合成系统制备c
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的尿素时的工作流程：
63.将甲醇胺和硫粉加入混合缓冲罐20内，搅拌件70对甲醇胺和硫粉进行搅拌，已形成均匀的悬浮液，进料泵30将悬浮液从混合缓冲罐20内经预热器90传输至反应器10内；
64.外部的一氧化碳罐提供c
13
的一氧化碳，c
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的一氧化碳依次经调压阀40、干燥器120、气体流量控制器、安全阀130、单向阀80及预热器90传输至反应器10内；
65.悬浮液和c
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的一氧化碳在反应器10内发生反应，以生成c
13
的尿素和硫化氢，反应器10的c
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的尿素和硫化氢依次经冷却器180及背压阀60进入分离器140内，硫化氢气体较轻，在分离器140内向上移动，经气体冷凝干燥器160进入尾气处理装置1进行尾气处理，硫化氢气体经过气体冷凝干燥器160时，硫化氢中包含的水分(如c
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的尿素液体)冷凝后脱离硫化氢，然后回流至分离器140内，进入分离器140内的c
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的尿素会直接流入分离器140底部，然后c
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的尿素经球阀150，流入产物收集罐，从而得到c
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的尿素；此外本技术的多个温度传感器200和多个压力传感器210实时监测尿素连续合成系统的温度和压力，根据多个温度传感器200和多个压力传感器210反馈的数据，通过第一换热器50和气体流量控制器110等实时调节系统的温度和压力，以使系统的温度和压力维持在反应所需的温度和压力下。
66.本技术的尿素连续合成系统集成度高，温度、压力、流量等反应参数可精准控制，从而在系统发生故障时，很容易找出故障处，使得维护方便快速。
67.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。