[发明专利]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

说明书

背景技术

尿素可通过在12MPa到40MPa之间的压力以及150℃到250℃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+CO₂→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：

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℃-240℃的温度下，优选地在170℃-220℃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5mol/mol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0.1MPa和5MPa之间，且优选地介于0.5MPa和0.2MPa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。