[发明专利]合成尿素的组合装置

说明书

组合装置(1)，用于由氨和二氧化碳合成尿素，所述组合装置(1)包括在装置内限定两个同轴区(4)的内壁(3)，两个同轴区分别作为反应区(4)和冷凝区(5)，组合装置可选地还包括集成于同一装置中的汽提区和/或洗涤器。

技术领域

本发明涉及一种用于高压合成尿素的组合装置。

背景技术

由氨和二氧化碳合成尿素的方法和装置是已知的，在文献中有描述，例如梅森，“尿素”，沃尔曼的工业化学的百科全书，威利西南(Wiley-VCH)出版社，2010。

氨和二氧化碳之间的反应在反应器中进行，包括生产氨基甲酸铵的第一高放热阶段和将氨基甲酸铵转化为尿素和水的第二吸热阶段。

反应器产生水溶液和气体混合物，所述水溶液大体上含有尿素、未转化的氨基甲酸铵和游离氨；所述气体混合物含有氨、二氧化碳和可能的惰性气体。

大多数尿素设备使用汽提过程进行操作，其中离开反应器的水溶液被送入汽提器，在汽提器中氨基甲酸酯分解成氨和二氧化碳。汽提过程辅以热量供应，在CO₂汽提设备中，还辅以充当汽提剂的二氧化碳流，以从液相中分离气相(主要由氨和二氧化碳组成)。

因此汽提过程产生更浓的尿素水溶液和含有氨和二氧化碳的气流。通常将水溶液送至处于较低压力下的处理部；在特定冷凝器内，气体至少部分冷凝，所得的冷凝物被再循环回到反应器。

在洗涤器内，从反应器中提取的气体混合物也转化为氨基甲酸酯。

所提及的装置，即反应器、汽提器、冷凝器和洗涤器，基本上在相同压力下操作，形成所谓的合成回路或高压回路。

四个单独的装置中每个装置有其自己的加压容器，使得成本高。所有这些装置都在严格的操作条件(高压和高温)，以及高腐蚀性液体条件下运行，因此需要高质量的材料和复杂的结构方案。此外，每个装置需要不同的基础；用于将设备连接在一起的管道需要高质量的材料，并且成本高。

为了降低成本，现有技术已经提出在单个组合装置内组合反应器和冷凝器。

为此目的，现有技术的组合设备大体上由垂直圆柱体形成，该垂直圆柱体包括反应部和管束冷凝部，它们一个接着一个垂直布置，冷凝部通常位于反应部下方。

然而，这样的实施例并不令人满意，因为冷凝器需要集成于装置中的管束，大体上与容器直径相同。这带来了许多缺点：难以制造超过一定直径的管板，这一因素限制了反应器的最大尺寸，因此限制了反应器的最大容量；由于管束集成于反应器内部，更换损坏管道成为非常复杂的操作，设备停机时间长。由于容器和管之间的热膨胀不同，容器必须设有柔性波纹部，价格昂贵。由于这些部逐个上下设置，该装置很高，因此难以运输和安装。

例如，WO 00/43358描述了一种组合装置，发挥反应器、冷凝器和洗涤器的功能。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的上述问题和限制。更详细地说，本发明提出了一种组合反应器，其能够结合反应器和冷凝器的功能，与现有技术相比能够实现以下优点：生产能力更大、设计更简单、易于提取、易于更换损坏的热交换元件，以及降低建造反应器和维护的成本。

通过一种用于由氨和二氧化碳合成尿素的组合装置来实现这些目的，所述组合装置包括壳体、反应区和冷凝区，所述两个区在所述壳体内部，且彼此连通，其特征在于所述反应区和所述冷凝区中的一个区同轴布置在另一个区的外部。

本发明的优选的方面在从属权利要求中描述。

优选地，所述反应区和冷凝区中的一个区为圆柱形或大体圆柱形的几何形状，所述两个区中的另一个区为环形或大体环形的几何形状。

在一个优选实施例中，所述装置包括附加内壁，所述附加内壁将所述反应区和所述冷凝区限定在所述装置内部。