CN1043039C - 在真空条件下浓缩尿素溶液的方法 - Google Patents

Abstract

用于真空浓缩尿素溶液的方法，其中在真空条件下蒸发的最后步骤是在浓缩器的上部喷射过热水蒸汽而实施的，以消除从尿素分解出的高熔融、结垢化合物的形成和沉积。

Description

在真空条件下浓缩尿素溶液的方法

本发明涉及尿素生产，具体地说，是涉及浓缩尿素溶液直至获得实用纯的，熔融产品这种工艺产品浓缩的最后步骤，该方法适用于制得固体颗粒，即“成粒”产品。

目前，用于生产尿素的所有工业方法是基于由氨和二氧化碳直接合成尿素，按照总反应式：

而使之形成浓度为约75％(重量)的尿素水溶液。

实际上，该方法是复杂得多，因为它是由许多彼此相随的平衡反应构成的，为了使产量达到近于按上述总反应的反应物的总转化率，需要分离和再循环。

从工业设备中所得到的溶液中还含有少量的氨和二氧化碳，它们尚未转换成尿素，也没有去除并再循环到工艺的中间步骤中去。

在其某些使用中，尿素主要是需要固体产品，主要包括按产品用途要求而预定粒径，通过造粒(Prilling)或成粒(granulation)而获得的各种不同粒径的基本球形的颗粒。

这些处理，在造粒情况下必须输入浓度为99.5～99.8％(重量)的熔融尿素而进行，而在成粒处理情况下浓度可以低些。

根据通常的方法，这样的浓缩步骤是在真空蒸发器内进行，其中将约75％的尿素溶液浓缩直至获得99.9～99.8％的熔融尿素。

在最新的方法中，为节能的需要，将最后的浓缩步骤在减压下分为二步：第一步在负压(指示值为0.25～0.5绝对巴)条件下进行。直到产品的浓度高于90％(重量)，其指示值为92～96％(重量)为止，而对真空生产而言没有很多的能量消耗，而第二步在高真空下进行，使产品浓度增加到尿素重量的99.5％～99.8％，其能量消耗仅仅为了除去最后部分要蒸发的水。

浓缩操作必须在高于尿素固化温度的温度条件下进行，特别是，当尿素中的水含量低到不能再进行任何基本溶液化作用时。

在最后的浓缩操作过程中，特别是，在两步浓缩法的最后浓缩器中，该浓缩器的上半部分会产生结垢现象，这是因为已分离的气相引起的。

这种结垢随着时间而积累，导致结壳，为了不损害产品的质量和设备的效率需要定期除去这些结壳。这种定期维修防止了困难溶垢片的掉落而引起意外停工，这种垢片在产品排出时可以引起管道堵塞和困难。

形成这种结壳现象是很复杂的，并且按照未知的反应和动力学过程进行的。无论怎样，事实是在最后的浓缩过程中，在浓缩器的内所产生的气相除了水蒸汽外还含有残余量的氨和二氧化碳以及因尿素分解而产生的其它挥发性成分与所夹带的熔融尿素的悬浮颗粒，它们的量是小的，但是随时间的推移却不能忽略。

在浓缩的上部结壳的形成与所产生的气相有关，这归因于上述气相中所含的这些化合物。事实上，该结壳所以生成除了可溶于水的尿素和缩二脲之外，还有不溶于水的，如缩三脲以及其更高的同素产物的较长链的化合物，它们是由尿素缩合而成的，以及其它化合物如氰尿酸。

那些反应被认为是在浓缩器的顶壁上沉积的尿素颗粒上所发生的，而在低压和相当高的温度下会有助于这些反应的进行。

这些现象作为工艺产量，其量是可以忽略的，因为它们进行很慢，但是在长时间中它们会在浓缩器的上部壁上沉积而形成结壳。由于它们实际上是无用的，要除去和清理掉是困难的。

上述化合物的熔点比尿素(132℃)为高，缩二脲在190℃熔化，而缩三脲在231℃才熔化。它们在水中的溶解度是很低的，为了除去结壳，只能进行机械清理，这就必须在设备停止运行期间才进行。

按照本发明的方法，包括在真空下浓缩已达高浓度的尿素溶液，直至获得99.5～99.8％尿素的熔融尿素，而在浓缩设备中不会产生任何不溶结壳的形成。按照本发明，该方法包括通过在与气体混合物产生有关的浓缩器的上部内喷射膨胀和过热的水蒸气来进行最后的真空浓缩步骤，因此在气相和产生的熔融尿素之间的组成和重量比是不同的。

这种过热水蒸汽的喷射既能连续进行也可以间歇地进行输入一定量的水蒸汽，其输入量按浓缩步骤中所含的蒸汽相重量计，为10％至100％(重量)范围内，优选的是在20％～50％范围内。

为了说明本发明的特征和优点，通过下面的一个典型实施例来公开本方法，在这里结合附图来描述，这仅是用于说明而不是为了限制本发明。

在常压浓缩步骤中已经浓缩到纯度为92～96％尿素溶液，通过管道1进料到管束形热交换器2中，在其中加热到高于尿素结晶的温度，其平均值为134～144℃。

在热交换器2内的压力通过真空发生器的作用保持在0.02～0.1绝对巴范围内，真空发生器通常是多级蒸汽喷射器，其后的分离器容器与之相连接。

在热交换器2的管束内形成了两相：一个是液相，主要是由尿素重量的99.5～99.8％的熔融尿素构成，和一个是分散气相，由水蒸汽和小部分的氨、二氧化碳以及还有其它由尿素分解出来的可挥发的化合物所构成，所需的热量由蒸汽通过管道3输入热交换器的外套中而提供的，并且以冷凝液形式通过管4排放。

在热交换器2的管束内所产生的混合气-液相通过管道5输入到圆柱形分离器6，在其中进行两相分离。按照本发明实施例的最佳方式，气相是被切向地输入到分离器的内圆柱形表面，这样可利用因两相密度不同所产生的离心作用，并且在向心方向上产生气相的分离——一种典型的旋风分离器——所得到的两相间的相对速度比要比通过基于以分离器的横截面的表面积计算所希望获得的要小得多，并且降低了悬浮尿素颗粒的纯动力的夹带作用——这是导致结垢的决定因素。分离器6的底部做成锐角锥形底，这样可限制熔融尿素的滞留时间，和向上夹带的悬浮尿素颗粒。熔融尿素由管道7从分离器6的底部输入到固化成特种形状，造粒或成粒的步骤。

与之相反，分离出来的气相通过管道8从分离器6的上部侧面往下输入到一个图中未示的通常的真空冷凝单元。一般，它可以按串联安装的多个蒸汽喷射器与相关的冷凝器构成。

分离器6的有关结垢的部分一般是在顶部球形顶板上和与之相邻的圆柱形壁上。按照本发明，过热水蒸汽通过管道9喷射到分离器6的上部，且通过多个喷嘴而喷布，喷嘴是将其射流指向上部球形顶板壁和与之相邻的圆柱形侧壁上。按照本发明的一个实施例的典型方式，喷嘴10安装在一个环形喷布器11上，以便既可以轴向也可以径向地喷射水蒸汽，从而建立一个喷布区，以防止上述的结垢。

喷嘴的数量可以在6～24个范围内，最好是8至16个，也可以再分为多个喷布器。

通过阀12来控制经管道9所输入的水蒸汽输入量，并且可以连续地或藉助于定时器13间断地输入水蒸汽，事实上，本申请人发现，即使水蒸汽仅仅是间断地注入分离器容器6中也能有效地防止结垢的作用。

原则上来说，对于要改善的现有设备，间断喷射是易于实施的，因为可以适当考虑到已有的真空冷凝单元和真空发生器的有效能力，然而在新设备情况下，连续喷射则更易于实施，因为新设备在真空发生单元和安装在分离器6下游的冷凝器的运行中不会产生振动。

                    实施例

在一个具有日产达1000吨生产能力的现有生产尿素的设备中，输入最后浓缩步骤的尿素溶液的流速是：

*尿素        41717kg/h

*氨          9kg/h

*二氧化碳    4kg/h

*水    2650kg/h

浓缩步骤是在138℃温度和0.03绝对巴压力下进行的，而且所生产尿素的熔融物质会有41620kg/h的尿素和104kg/h的水；所产生的气相，含有：

*分解的和夹带的尿素    97kg/h

*氨                    9kg/h

*二氧化碳              4kg/h

*水                    2546kg/h

在这个浓缩段中，在分离器的上部产生相当量的结垢，每隔三星期用水清洗，每年用机械清理，以除去结壳。

通过安装在分离器6上部配有8个喷嘴的环形喷布器，如附图中所示而改装设备，以喷射水蒸汽。

在近一年的长生产时间过程中，即在两个年维修之间的时期间隔内，通入150℃的，流速为450kg/h的水蒸汽。水蒸汽是间断输入的，即藉助于定时器13，每隔两小时一次，每次约10分钟。

在运行一年后，在其后的维修阶段，所形成的结垢，与以前没有用水蒸汽喷射的运行相比较，减少了约90％。

Claims (6)

1．在真空条件下浓缩尿素溶液直至获得可送入最后成粒或造粒步骤的熔融尿素的方法，该方法是在134～144℃温度范围内和0.02-0.1绝对巴的压力下，通过在由热交换器2、分离器6和真空冷凝单元所构成的浓缩单元中进行，其特征在于，在分离器6中产生的气相中，输入的过热蒸汽的量相对同一气相的重量在10～50％范围内，而其温度为140～160℃范围内，所述过热水蒸汽是通过喷布器的喷嘴输入的，喷嘴的安装要使所喷射的水蒸汽会喷到分离器6的上部，而且形成阻止结垢的区域。

2．按照权利要求1的用于真空浓缩尿素溶液直到获得可送入最后成粒或造粒步骤的熔融尿素的方法，其特征在于，水蒸汽的输入是按连续模式进行的。

3．按照权利要求1的用于真空浓缩尿素溶液直到获得可送入最后成粒或造粒步骤的熔融尿素的方法，其特征在于，水蒸汽的输入是按间断模式进行的。

4．按照权利要求1的用于真空浓缩尿素溶液直至获得可送入最后成粒或造粒步骤的熔融尿素的方法，其特征在于，所述过热水蒸汽是通过多个喷嘴10来喷布的，喷嘴的数量为在6～24个范围内，安置在一个或多个喷布器11上，该喷布器安装在分离器6的上部空间靠近其顶板。

5．按照权利要求1的用于真空浓缩尿素溶液直至获得可送入最后成粒或造粒步骤的熔融尿素的方法，其特征在于，在分离器6中产生的气相中，过热水在150℃的温度输入。

6．按照权利要求4的用于真空浓缩尿素溶液直至获得可送入最后成粒或造粒步骤的熔融尿素的方法，其特征在于，多个喷嘴10以8-16个数量提供。

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