[发明专利]声处理用于尿素或三聚氰胺合成方法

说明书

用于尿素或三聚氰胺合成的方法及相应的反应器，包括对所述化学反应器内的反应液体物质或两相混合物的至少一部分进行声处理。

技术领域

本发明涉及用于尿素或三聚氰胺合成的化学反应器和方法领域。

背景技术

本发明涉及的由氨(NH₃)和二氧化碳(CO₂)合成尿素的方法和相关设备以及由尿素合成三聚氰胺的方法已经在文献中有描述。例如，在乌尔曼工业化学百科全书(Ullmann’sEncyclopedia of Industrial Chemistry)，德国化学学会出版社林格(Wiley-VCHVerlag)A27卷中记载了用于尿素合成的方法和设备；在乌尔曼工业化学百科全书第6版，第21卷，205页中记载了三聚氰胺合成的方法和设备。通常三聚氰胺设备与尿素设备结合，因为三聚氰胺的合成产生了含有氨和二氧化碳的气流(废气)，可以再次用作生产尿素的反应物。

WO 01/30748和WO 2005/102992中也描述了尿素的制备。

上述尿素和三聚氰胺合成方法目前仍然是研究对象，研究人员正在努力对其进行改进。

尿素的合成是在基本上非均相气/液体系的尿素反应器中进行。气相主要含有游离的二氧化碳和氨；液相含有NH₃、氨基甲酸酯、碳酸氢盐、尿素和水。反应物从气相逐渐转移到液相，其中CO₂与NH₃反应，生成氨基甲酸酯，然后生成尿素和水，在两相之间连续交换CO₂和NH₃。

众所周知，尿素的形成涉及以下现象：在含气泡的蒸气与液体之间、气/液界面处发生的传质过程，生成氨基甲酸酯并产生热量；从气/液界面向气/液乳液的传热和传质，以及从气/液乳液向液体的传热和传质，在此过程中氨基甲酸酯转化成尿素。

因此，尿素反应器旨在获得良好的传质传热，尤其是在气/液界面处。在现有技术中，为了满足这一要求，故意在反应器中停留一定时间，以使气相转移到液相的量最大化，从而使反应器出口处的含有NH₃和CO₂的蒸气量最少。然而申请人发现，由于传热传质的限制，这些不利的蒸气总是存在于离开反应器的流体中，使反应减慢。

在尿素合成过程中遇到的另一个问题在于二氧化碳在水中的溶解度比在氨和尿素中低。为了克服这一缺陷，在现有技术中，使用的NH₃过量于CO₂，即NH₃与CO₂的比率明显大于2:1的化学计量比，例如3:1或更大的比率。此外，已知每个单一通道的转化率低，这导致从初始的直通式工艺到目前的汽提工艺的转变，汽提工艺包括中压和低压回收段，然而这一过程相当复杂而且费用昂贵。

汽提设备通常包括合成段，所述合成段包括反应器、汽提塔、冷凝器和洗涤器。所述装置在高压和高温下使用腐蚀性流体操作，因此需要昂贵的材料和建设方案。换句话说，由于反应器内的转化率低，需要在反应器的下游引入其它装置(例如汽提塔和冷凝器)，而这些装置很昂贵。

三聚氰胺的合成在液相和气/液界面处混合过程中具有类似的传质传热问题。三聚氰胺设备包括第一合成反应器(也称为初级反应器或三聚氰胺反应器)和第二汽提反应器。初级反应器进行液态尿素至三聚氰胺的吸热转化；所述初级反应器的流出物被引导至次级反应器，在次级反应器中经历使用气态氨进行汽提的过程。

初级反应器是具有内部再循环的反应器，通常包括围绕壳体布置成环形形式的加热束；尿素进料的外部流体和来自加热束区域的再循环流在壳体内汇集。

US 6815545和US 7041822分别公开了用于初级三聚氰胺反应器和次级三聚氰胺反应器的现有技术的典型配置。WO 2011/161215公开了一种组合式反应器，在一个加压体中结合了初级反应器、次级反应器和洗涤器的功能。