尿素设备装备的改进的制作方法

本发明涉及尿素生产设备的某些装备的改进。特别地，本发明涉及适用于尿素汽提塔和蒸发器的改进设计。

背景技术：

1、尿素通过使氨和二氧化碳在合适的形成尿素的条件下反应来工业化生产，该形成尿素的条件通常包括100巴至200巴的高压和约200℃的高温。用于合成尿素的工业工艺的概述可以在梅森(meessen)，“尿素”，乌尔曼的工业化学百科全书，威利-vch出版社，2010中找到。

2、可以从合成反应器获得的反应混合物是包含尿素和大量的未转化试剂(通常以氨基甲酸铵的形式)的水溶液。在尿素汽提工艺中，在尿素汽提塔中加工反应混合物，在尿素汽提塔中，包含在混合物中的氨基甲酸铵被热分解以获得纯化的尿素溶液以及包括从混合物中除去的氨和二氧化碳的气流。

3、纯化的尿素溶液仍含有氨基甲酸酯，并且通常被送至在较低压力下操作的一个或多个回收段以进一步分解并除去氨基甲酸铵；来自汽提塔的氨和二氧化碳通常被冷凝并再循环到反应器中。

4、该汽提工艺可以在汽提介质的帮助下执行。已知的co2汽提工艺使用气态co2作为汽提介质。在可替代的氨汽提工艺中，反应混合物包含过量的氨，使得氨可以用作汽提助剂。

5、尿素汽提塔通常是竖直的壳管式装置，其中反应混合物通常以降膜状态在管束的管内向下流动。管束通过横穿壳侧的热蒸汽加热以提供用于分解氨基甲酸酯的热量。汽提介质(如果使用的话)，通常逆流进料至溶液中。

6、来自管的尿素溶液流出物(即，在汽提工艺之后)被收集在汽提塔的下部。特别地，已知的汽提塔具有底部液体保持器，在该底部液体保持器中收集纯化的尿素溶液。该底部液体保持器与汽提塔的液体出口直接连通。另一方面，氨和co2蒸气通常从汽提塔顶部排出。

7、底部保持器通常配备有防涡器以避免在出口喷嘴附近形成涡流。

8、申请人已经注意到，尿素汽提塔遭受气体携带的问题。该术语表示不希望发生的事情：包含在汽提塔中的一些工艺气体(主要是氨和/或二氧化碳)通过液体流出物被携带。所希望的是在液相与气相之间维持良好的分离以避免上述气体携带。然而，申请人已经注意到汽提塔的底部部分(其中已处理的液体被收集并导向该液体出口)尤其暴露于气体携带的风险。

9、申请人已经进一步注意到，气体携带可以发生在尿素设备的蒸发器中。提供蒸发器以除去来自回收段中产生的水溶液中的水。上述水溶液包含尿素、水和不可避免的杂质。通过除去水，将溶液转化成更浓的溶液或尿素熔体，例如适合于如造粒或制粒等最后的工艺的尿素熔体。根据用途，尿素熔体可以具有大于96wt％的尿素浓度或大于98wt％尿素浓度或大于99wt％的尿素浓度。为了造粒工艺，可能需要大于99.5wt％的纯度。申请人注意到浓缩溶液或尿素熔体可以携带一些工艺气体，主要是氨和二氧化碳或惰性气体。

技术实现思路

1、本发明解决了如何避免或减少尿素汽提塔或尿素蒸发器中气体携带的缺点的技术问题，如上述所公开的。因此，本发明旨在增加汽提塔或蒸发器中包含的液体流出物与工艺气体之间的分离。这种分离也称为相分离。因此，该专利旨在改善汽提塔或蒸发器的液体出口处的相分离。

2、申请人已经认识到，尿素汽提塔和蒸发器的共同特征是液体保持器的容积(保持容积)相对较小以减少液体的停留时间(通常地约5秒至20秒)和形成不期望的副产物(诸如缩二脲)的相关问题。对于为大容量设计的大型项目尤其如此，其中，主压力容器的尺寸相对较大。因此，进入保持器的液体流动具有高速度和动量，这可以促进工艺气体(通常为氨、二氧化碳和惰性气体)的携带。本发明的基本思想是为装置的底部(特别是液体保持器)提供具有适于阻碍这种效果的配件。

3、根据以上所述，本发明可以包括以下中的至少一项：

4、水平地布置在底部液体保持器中的一个或多个穿孔筛网；

5、竖直地布置在底部液体保持器中的一个或多个穿孔筛网；

6、密封室，该密封室布置在液体保持器中以减小液体保持器的内室容积，在液体保持器的内室中可以收集尿素溶液或熔体；

7、多个叶片和/或竖直板，该多个叶片和/或竖直板从连接至液体保持器的底部圆顶端的内表面伸出。

8、以上项表示配件，该配件适于降低底部液体保持器内部的液体流的速度并限制不期望的液体-气体再循环的形成。更确切地说，以上项可以破坏液体流动并且降低其在装置的下部中并且特别是在液体出口处的速度和动量。申请人已经发现，破坏液体流动并且降低其速度和动量可以大幅度地减少不期望的气体携带。

9、本发明的另外的方面是一种包括本发明的尿素汽提塔和/或本发明的蒸发器的尿素设备，以及一种用于改造这些项的方法。特别地，本发明的各种实施例可以应用于提供新的汽提塔或蒸发器，以及对现有汽提塔或现有蒸发器的改进。

10、汽提塔通常包括在高压合成回路中，该高压合成回路包括反应器、冷凝器以及任选地洗涤器。

11、现有项的改进是本发明的引人关注的实施例。装置的下部的相对低成本的改进可以在性能方面提供显著的改进。例如，关于汽提塔的改进，本发明给出了相的更好分离，因此改进了气相到冷凝器的再循环和下游回收段的操作，其中汽提塔的液体流出物被加工。

12、现在更详细地阐明以上选项a)至选项d)。

13、选项a)可以包括布置在底部液体保持器中的不同高度处的多个穿孔筛网。多个穿孔筛网可以包括圆盘形筛网和/或环形筛网。该筛网可以彼此上下堆叠。

14、在实施例中，各个穿孔筛网具有基本上等于液体保持器的横截面的表面积。

15、在引人关注的实施例中，多个穿孔筛网包括具有小于液体保持器的横截面的表面积的筛网，并且该筛网布置成覆盖横截面的不同部分。特别地，至少两个连续的筛网可以是交错的或偏移的，以便为流入液体保持器的液体流提供迷宫式路径。

16、在另一引人关注的实施例中，选项a)包括邻近液体保持器的液体出口管道的水平筛网。该水平筛网优选地具有适于用作防涡器的未穿孔的中央区域以及围绕该中央区域的穿孔的环形区域。该筛网可以通过合适的支撑件与出口管道隔开，使得液体通过支撑件之间的通道流入出口管道。支撑件可基本上成形为类似叶片。

17、在引人关注的实施例中，一个或多个穿孔筛网可以与安装在液体保持器中的防涡器成一体。防涡器通常设置在汽提塔的底部液体保持器中。

18、选项b)可以包括被置于底部液体保持器中的穿孔的圆柱形壁，使得底部液体保持器的内部被分成围绕该壁的环形室以及该壁内部的中央室。所述两个室通过该壁的穿孔连通，并且仅中央室与液体出口连通。该液体流(例如来自汽提塔的水溶液)主要收集在环形室中；该液体流从环形室通过穿孔的壁进入中央室并且最终进入液体出口。

19、在另外的实施例中，选项b)包括从未穿孔水平筛网向下延伸的竖直布置的穿孔圆柱形壁。该竖直布置的穿孔壁可以用已知的约翰逊(johnson)筛网或等效物技术来实现。在一些实施例中，它可以是具有提供合适的通道面积的多个槽的槽壁。

20、根据又另一实施例，选项c)包括被置于底部液体保持器中的封闭的圆柱形室，使得该底部液体保持器的可以收集液体的唯一区域是围绕该密封室的环形区域。该封闭室可以由装配在液体保持器中的管的一段来限定。

21、该封闭室减小了液体在底部保持器中的可用容积，使得对于给定量(流量)的液体，将在保持器中形成更高的液位。更高的液位改进了相分离。

22、选项d)可以包括从该装置的底部圆顶端的内表面伸出的多个合适形状的叶片和/或竖直板。

23、所述选项d)对于汽提塔是特别引人关注的。在操作中，来自管的溶液流出物在圆顶端的内表面上朝向底部液体保持器流动。提供合适数量的叶片或竖直板减小了朝向底部保持器行进的液体流的速度和动量。

24、本发明适用于所有种类的尿素汽提塔。该尿素汽提塔可以适于根据以下中的任一项来操作：自汽提工艺、氨汽提工艺、co2汽提工艺。用于co2汽提工艺的汽提塔包括在下部中的co2入口和co2分配器。该co2分配器适于在管束的管中提供气态co2的上升流，相对于液体的降膜逆流。

25、尿素汽提塔通常是高压合成段或高压合成回路的一部分。该回路除了汽提塔之外还可以包括尿素合成反应器和高压冷凝器。高压冷凝器通常接收来自汽提塔的气流和来自回收段的再循环氨基甲酸酯溶液。当从反应器的顶部排出的蒸气和惰性气体用氨基甲酸酯溶液洗涤时，该回路还可以包括高压洗涤器。

26、本发明所应用的蒸发器可以是包括一个以上蒸发器的蒸发段的一部分。

27、本发明的另一方面是根据权利要求的改造尿素设备的汽提塔或蒸发器的方法。

28、特别引人关注的实施例提供了防涡器的改进或替换。尿素汽提塔通常装备有防涡器，该防涡器包括定位在液体出口的入口上方的未穿孔筛网和合适数量(例如四个)的横向叶片支撑件。从上方流动的液体可以仅通过在支撑叶片之间横向流动而进入液体出口，因为筛网防止液体竖直下落并直接落入液体出口。

29、根据本发明，可以改进或替换防涡器，从而提供围绕该未穿孔的防涡器筛网的穿孔的水平环形筛网。因此，第一水平筛网设置有由穿孔的环形区域环绕的未穿孔的中央区域。在一些实施例中，一个或多个水平布置的另外的穿孔筛网可以放置在该第一筛网上方。

30、本发明改造方法的一些实施例可以通过改进或替换现有的防涡器来实施。例如可以通过向防涡器的常规结构添加一个或多个穿孔筛网来改进防涡器，如将在下文中用一些示例阐明。

31、在另一实施例中，改进的防涡器包括未穿孔的水平第一筛网和从该第一筛网向下延伸的竖直布置的环形穿孔筛网。

32、由于容易且低成本的实现方式，基于改进的防涡器的改造方法的实施例可能是特别引人关注的。特别地，通过打开压力容器的下部相对容易接近防涡器，并且因此可在相对短的时间内在现场执行改进，这是相当大的优势。通常尿素汽提塔和蒸发器都具有底部检修孔，使得可以在其容器的下部内部操作而不会出现复杂的情况。