CN105688770A - 用于三聚氰胺生产设备的加热单元以及三聚氰胺生产设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于三聚氰胺生产设备的加热单元(10)，以及使用所述加热单元的三聚氰胺生产设备。用于三聚氰胺生产设备的加热单元(10)包括用于给三聚氰胺生产设备(20)供给反应热的熔盐回路(11)、以及用于给所述系统(20)供给过热氨的组件(12)，所述组件(12)包括至少一个汽化交换器(17)以及一个过热交换器(30)，其特征在于，过热交换器(30)包括不同于熔盐回路(11)的至少一个热源(32)。

Description

用于三聚氰胺生产设备的加热单元以及三聚氰胺生产设备
技术领域
本发明涉及一种用于三聚氰胺生产设备的加热单元以及使用所述加热单元的三聚氰胺生产设备。
特别地，本发明涉及一种使用熔盐回路的加热单元，其有利地具有低的形成烧碱的风险，并且本发明进而涉及一种三聚氰胺生产设备，在该设备中因熔盐中存在烧碱而产生的SCC(应力腐蚀破裂)现象被最小化，或者优选地被消除。
背景技术
在本说明书中，缩写“SCC”旨在表示一种腐蚀过程，所述腐蚀过程发展为穿晶破裂或晶内破裂，这会导致穿透有关壁部的泄漏，或者导致结构的完全崩坏。
在三聚氰胺生产设备的情况中，SCC可以例如导致热交换器的部分或生产反应器的管束的一根或更多根管崩坏，所述热交换器用于对相关组的氨进行过热加热。
在三聚氰胺的生产过程中，在高压和低压两个情况中都有必要在生产过程的反应区域或者生产过程的其他区域中供应特定量的高温氨，以便避免会导致三聚氰胺固化的局部冷却(发生在354℃)发生。
优选地，在等于大致380℃的反应温度下供应氨。该反应温度远高于氨的临界温度(132.4℃)，这样，处于该反应温度的氨通常定义为过热氨。
在三聚氰胺生产过程中，尤其在没有催化剂并且因此处于高压的情况下进行处理操作的过程中，通过泵将氨压缩至期望的压力。为实现该目的，通常使用往复式泵，例如由液氨供给的活塞泵或隔膜泵。
因此接下来，必须经历若干步骤以便将上述的氨加热至期望的温度，所述若干步骤包括：将温度升高至与压力平衡的沸点的第一步骤，直到完成液相到气相的转变的第二沸腾步骤，以及将气相的氨的温度升高至反应温度的第三步骤。
氨的前两个加热步骤优选地通过使用热交换器实现，所述热交换器使用在工业化设备中可获得的低压、中压或高压蒸汽作为加热流体。例如，可以使用压强为5-6bar的蒸汽用于加热至沸点温度并完成汽化。同一蒸汽还可以用于将氨的温度升高至大致150℃，保证处于该温度值的所有的氨都为气相。
随后可以通过使用中压或高压蒸汽作为加热流体的热交换器、根据所述蒸汽的情况持续尽可能地升高氨的温度，所述蒸汽能够从工业设备中获得，所述蒸汽在工业设备中进行操作。
关于加热氨的第三步骤，不能使用蒸汽，因为要到达的温度(即380℃)高于水的临界温度373.936℃，相应的压强为220.58bar。
因此，排除了使用蒸汽用于加热氨的第三步骤的现实可能性。
目前，为执行所述的第三步骤，已知的是使用已存在于三聚氰胺生产设备中的其他加热流体，并且所述其他加热流体被用于提供反应热和/或用于保持装备和/或管线处于高于三聚氰胺的固化点的温度，即处于高于354℃的温度，优选地，处于等于或高于380℃的温度。
在目前已知的三聚氰胺生产设备中两种流体是通常可获得的并且具有适于实现上述目的的温度，所述流体即导热油(例如道式热载体)以及熔盐，两者都通过两个分离闭合的环形回路进行管理和操作，每一个回路包括一加热炉、至少一个循环泵、储箱、相关的管线、阀以及用于系统管理所必须的任何其他装置。
导热油在持续使用中其温度限于380℃。因此，为避免因裂解而快速分解，这样的流体通常用于保持已处于反应温度的流体的温度。换而言之，所述导热油用于避免在管线中循环的三聚氰胺冷却。
事实上，导热油在连续使用中的最大温度等于380℃，这不允许获得可用的温度差以管理用于加热氨的热交换器，所述氨必须被准确地加热到380℃的温度。
因此，可获得并且能够有效地用于过热加热氨的唯一流体只剩下熔盐的混合物，所述熔盐此外还构成了同样提供反应热的加热流体。
如已知的，熔盐由持续保持在高于380℃的温度的亚硝酸钠和亚硝酸钾以及硝酸盐的混合物构成。该类型的混合物有很强的氧化作用，因此为避免与氧气和环境水分接触，熔盐回路保持在大致0.5bar的氮气的正压强下。
为过热加热氨，目前使用由能够耐受380℃的氨的材料制成的热交换器，所述材料例如是具有高的镍含量的合金(高镍合金)制成，所述合金的一个示例为HastelloyC276。
该类型的材料通常还用于制造使用熔盐作为加热流体的设备中的三聚氰胺生产反应器。
如图1所示，通常从储箱101提取熔盐并且通过循环泵送至加热炉102。所述熔盐从循环泵被输送至三聚氰胺生产反应器103，并且被输送至用于过热加热氨的热交换器(所述热交换器还称作过热交换器，或者简称为过热加热器104)的部分，以随后从反应器和过热加热器两者返回至回路的储箱101。
随后，在用作反应器103的加热流体的熔盐量和用作过热加热器104的加热流体的熔盐量之间的组分和温度没有变化的情况下，连续地搅动所述熔盐。
申请人已考虑到在热交换器中，要被加热的流体为气相，所述流体必须以一定速度循环以便产生湍流运动，从而获得能够接受的热交换率的值。
申请人还考虑到在由汽化的液体形成的气体中，可能存在残留的液滴，例如在汽化步骤中发生故障的情况中。
申请人因此发现了因获得好的热交换效果所需的湍流运动而进行高速运动的残留液滴的存在所导致的侵蚀/腐蚀的风险。
申请人还观察到侵蚀/腐蚀现象会导致管壁(要被加热的流体在所述管壁内流动)穿孔，使得管与管外的区域连通，并且因此导致热交换器发生泄漏。
具体而言，根据热交换器所制成的机械结构的类型，热交换器可能会遭受内部泄漏(即，热交换器的两种流体(要被加热的流体和用于加热的流体)相互流通)和/或外部泄漏(即，交换器的流体与环境连通)。在内部泄漏的情况下，会产生两种流体的混合物。
在用于供给过热氨的热交换器104、105中，最具风险的部分在于热交换器中氨达到汽化温度的区域。在这样的区域中，蒸汽和液体的混合相会存在一段时间。热交换器的这样的临界区域通常包含在热交换器的用于汽化氨的部分中，也称为汽化热交换器105(或简称为汽化器)。
不过申请人还发现，由于异常情况，例如蒸汽采集故障、蒸汽压力下降或缺失、缺乏合适的热隔绝等，液体形式的氨液滴也可能存在于过热交换器104中，如已经说明的，所述过热交换器使用熔盐作为热源。
申请人还发现，在三聚氰胺生产设备中，氨的压力高于熔盐的压力。
因此，在过热加热器处发生热交换器的内部泄漏的情况中，会发生氨进入熔盐回路，并且这两种制品之间必然立即发生反应。
由于熔盐本身转化慢，总会有特定量的氧化钠存在于熔盐的混合物中。此外，氨与熔盐的反应会导致水的形成，原因在于在熔盐(亚硝酸盐和硝酸盐的混合物)中存在氧化剂化合物。
因此，在氨和熔盐接触的情况中，由于氧化钠和所形成的水之间的反应会形成氢氧化钠。
进入熔盐回路的氨的量与通量截面直接成比例。
在相当量的氨进入熔盐回路的情况中，会发生强烈的放热反应，并且熔盐回路的压力和温度会上升。这样的紧急情况能够直接探测到，这允许人们及时地停止生产设备以对其进行维护。尤其地，有必要更换熔盐，因为它们将因为存在氨而被污染，并且因为和氨发生反应改变其组分而变质。
申请人发现，相反地，在极少的氨进入熔盐回路的情况下，该异常情况并不能直接检测到，因为没有明显的发热反应发生，这样，生产设备持续正常运行。因此，从氨的过热加热器离开并且已与氨反应生成水、进而形成烧碱的熔盐回到储箱中，与剩余的熔盐混合，随后返回过热加热器和三聚氰胺生产反应器(以更大的量)两者的循环中。
申请人观察到，以高的操作温度进行操作并且装备(尤其是反应器和过热加热器)经受高机械应力的设备中存在包含烧碱的熔盐决定了形成SCC现象的前提条件，尤其在制成反应器和过热加热器的材料经历这样的现象的情况中更是如此，所述材料例如是具有高的镍含量的合金。即使熔盐中存在少量的烧碱，也会因此导致在上述装备中发生SCC现象。
尤其地，关于反应器，这会导致所述反应器的管束的一根或更多根管穿孔，结果导致三聚氰胺和氨进入熔盐回路。
申请人还观察到，含碳的三聚氰胺在存在强氧化基质(例如构成熔盐的亚硝酸盐和硝酸盐的混合物)的情况下会被氧化。三聚氰胺进入到熔盐回路中会因此导致压力和温度陡升的风险，压力和温度陡升会导致回路发生实际上的爆炸。
发明内容
本发明要解决的问题因此在于缓解、或者优选地消除在熔盐回路中形成烧碱的风险。
在解决上述的问题的范围内，本发明还有一个目的在于最小化目前在三聚氰胺生产设备中发现的因腐蚀而形成磨损的SCC(应力腐蚀破裂)现象。
最后但不是最次要的，本发明的另一目的在于阻止发生三聚氰胺和/或氨可能进入三聚氰胺生产设备的熔盐回路的境况，以便阻止处于爆炸高风险的境况发生。
根据本发明的第一方面，因此本发明涉及一种用于三聚氰胺生产设备的加热单元，所述加热单元包括用于将反应热供给至三聚氰胺生产设备的反应器的熔盐回路、以及用于将过热氨供给至生产设备的组件，所述组件包括至少一个汽化交换器以及过热交换器，其特征在于，所述过热交换器包括不同于熔盐回路的至少一个热源。
申请人发现，为避免在熔盐回路中形成烧碱，即使阻止极少量的氨进入这样的回路实际上也是重要的。以这样的方式，在由经受SCC现象的材料制成的装备中形成所述现象的前提条件在根本上被消除，所述材料例如是通常制造三聚氰胺生产设备的反应器的材料。
实际上，申请人已经发现，通过阻止SCC现象(尤其是与三聚氰胺生产设备的反应器相关的SCC现象)消除了反应器的管束的管穿孔的主要诱因，所述穿孔允许三聚氰胺和氨从反应器逸出并进入熔盐回路。因此，保持用于供给过热氨的组件与熔盐回路分隔开保证了即使在所述组件中使用的过热加热器发生侵蚀/腐蚀的情况下，在过热加热器中被处理的氨也无法进入熔盐回路。为实现此目的，用于三聚氰胺生产设备的加热单元设置成使氨的过热加热器仅使用不同于熔盐回路的热源。以这样的方式，所述过热加热器和熔盐回路之间没有接触，并且过热加热器泄漏的氨不会与熔盐接触。
根据本发明的第二方面，本发明涉及一种三聚氰胺生产设备，其包括用于从尿素生产三聚氰胺的至少一个反应器，以及用于至少向反应器供给过热氨和反应热的加热单元，所述加热单元包括熔盐回路以及用于供给过热氨的组件，所述组件进而包括至少一个汽化交换器和一过热交换器，其特征在于，所述过热交换器包括不同于熔盐回路的至少一个热源。有利地，根据本发明的三聚氰胺生产设备实现了与用于三聚氰胺生产设备的加热单元相关的上述技术效果。
本发明在上述方面中的至少一个方面中可以具有下文中的优选特征中的至少一个特征；所述优选特征可以按期望彼此特别地组合以符合具体应用情况的要求。
优选地，所述过热交换器包括热联接至独立于熔盐回路的热源的管线，氨在所述管线中流动。优选地，过热交换器的热源是电加热器。
更优选地，所述电加热器包括连接至氨所流动的管线的电源。以这样的方式，有利地，电流流通管线的壁部。所述管线因此用作电导体并且因焦耳效应而被加热。
使用电加热器提供的优点在于，获得了均匀的热分布、避免了局部过热(这在处理氨的情况中尤其危险)。
此外，使用电加热器提供的优点在于，可以通过改变输送的电功率对排出过热交换器的氨的温度进行连续调节。
根据一可替代的实施例，过热交换器的热源是甲烷炉。
优选地，氨所流动的管线容纳在通过惰性气体加压的密封腔室中。
更优选地，所述惰性气体是氮气。
以这样的方式，可以避免在管线泄漏的情况下氨中掺入氧而可能形成爆炸性混合物。
更优选地，在密封盒体内有一内部环境的冷却系统。
以这样的方式，有利地阻止了容纳在密封腔室内的电力变压器的过热。这还保证了密封盒体的壁部不会到达导致灼伤无意间接触所述壁部的操作者的温度。
优选地，氨所流动的管线由耐氨的材料制成。
更优选地，所述耐氨的材料是具有高的镍含量的合金。
以这样的方式，有利地保证了过热交换器由适于承受设备的操作条件的材料制成。
优选地，汽化交换器使用能够在三聚氰胺生产设备中获得的蒸汽作为加热流体。
有利地，使用已存在于设备中的加热流体允许节省成本并且简化整体设备的复杂度。
优选地，所述熔盐回路包括循环泵、熔盐的储箱以及加热炉，其中，所述循环泵限定了从储箱到加热炉、从加热炉到反应器并且从反应器到储箱而不经过过热交换器的至少一条熔盐流。
这因此有利地保证了不会将熔盐送向过热交换器，因此避免熔盐与过热加热器中的氨所流动的管线发生任何接触。
附图说明
通过下文参考附图而对本发明的一些优选的实施例进行的详细描述将更清楚地展现本发明的其他特征和优点。
根据上文的说明书内容，在单个构造中的不同特征可以按期望彼此组合，以利用具体方式的特定组合的优点。
在所述附图中：
图1是根据现有技术的用于三聚氰胺生产设备的加热单元的框图；
图2是根据本发明的第一实施例的用于三聚氰胺生产设备的加热单元的框图；
图3是根据本发明的一可替代实施例的过热交换器的示意图；
图4是根据图3的实施例的过热交换器的示意性透视图。
具体实施方式
在下文的说明书内容中，相同的附图标记用于说明附图内容以表示功能相同的结构元件。此外，为进行清楚的说明，一些附图标记可能不会在所有附图中重复。
参考图2，显示了一种用于三聚氰胺生产设备的加热单元，总体上用附图标记10表示。
加热单元10包括用于给三聚氰胺生产设备20供给反应温度的熔盐回路11，为简化起见，在图2中仅显示了所述三聚氰胺生产设备的反应器21。特别地，三聚氰胺生产设备的反应温度大致等于380℃。
熔盐回路11包括循环泵19、熔盐的储箱14以及加热炉15。循环泵19使得熔盐流从储箱14流至加热炉15。总是通过循环泵19在熔盐回路11中的作用将所述熔盐从加热炉15仅输送至三聚氰胺生产设备20的反应器21。最后，使熔盐从反应器21返回至储箱14。
所述加热单元10还包括用于将过热氨供给至三聚氰胺生产设备20的组件12，例如，所述组件将过热氨供给至所述三聚氰胺生产设备的反应器21，但不仅限于将过热氨供给至所述三聚氰胺生产设备的所述反应器。
尤其地，用于供给过热氨的组件12接收输入的液氨16，并且设置成用于将液氨提升至优选地等于反应温度的温度。
用于供给过热氨的组件12包括汽化交换器17，所述汽化交换器适于将液氨16加热至使得液氨发生从液体到气体的基本上完全的物相转变，并且将氨优选地加热至高于大致150℃的温度。所述汽化交换器优选地使用已经能够在三聚氰胺生产设备20中获得的加热流体作为热源，并且尤其使用蒸汽22作为热源。
用于供给过热氨的组件12还包括过热交换器30，所述过热交换器适于将离开汽化交换器17的氨加热至反应温度。
所述过热交换器30包括任意形状的管线31，所述形状例如是如图2所示的直形或者如图3所示的弯折形，所述管线由适于耐受处于操作条件下的氨的材料制成，所述材料例如是具有高的镍含量的合金，氨在所述管线中流动。
氨所流动的管线31热联接至根据本发明的加热装置，所述加热装置不是熔盐，相反地，所述加热装置是独立于熔盐回路11的热源32。
参照氨的流动，过热交换器30在上游与汽化交换器17连接而在下游与反应器21连接，以便将从过热加热器30输出的过热氨供给至反应器21。
过热交换器30的热源32优选是电加热器。具体地，所述电加热器包括连接至氨所流动的管线31的电源(例如，电网)。以这样的方式，所述管线用作电导体，并且因电流通过产生的焦耳效应被加热。
使用电加热器32提供的优点在于，获得了均匀的热分布、避免了局部过热(这在处理氨的情况中尤其危险)。
此外，使用电加热器32提供的优点在于，通过改变输送的电功率可以对排出过热交换器30的氨的温度进行连续调节。为实现该目的，将变压器34介于到电源和管线之间，优选地，所述变压器连接在功率控制回路33的下游，这允许对输送的电压和/或电流进行调节。
优选地，过热交换器30还包括多个温度传感器35，所述多个温度传感器布置成探测管线31的多个位置的温度。
基于由传感器35探测的温度，可以通过合适地改变由发电机33输送的电功率来设置过热交换器30的自动调节。
优选地，如图4所示，过热交换器30包括由惰性气体(优选为氮气)加压的密封盒体36，氨所流动的管线31容纳在所述密封盒体中。
以这样的方式，可以避免在密封盒体36内的管线31泄漏的情况下氨掺入氧气而可能形成爆炸性混合物。
用于冷却内部环境的系统37、38优选地位于过热交换器30内。根据图4所示的示例性实施例，冷却系统包括再循环风机37以及制冷交换器38。
根据另一实施例(未显示)，过热交换器30的热源32是甲烷炉。
根据另一可替代的实施例(未显示)，所述热源32是过热空气源(例如通过合适的炉获得)。该可替代实施例还将管线31设置成带肋片的类型，以便有助于热交换。
根据上述的说明书内容可以明了本发明的用于三聚氰胺生产设备的加热单元以及相关的三聚氰胺生产设备对象的特征，以及本发明的优点。
在不脱离本发明的教导的情况下上述的实施例的额外的变型是可行的。
最后，明了的是，可以对用于三聚氰胺生产设备的加热单元以及据此构造的三聚氰胺生产设备进行多种更改和变型，所述多种更改和变型都落在本发明的保护范围内；此外，所有细节都可以用技术等效元件替代。在实践中，使用的材料以及尺寸可以根据技术要求呈任何形式。

Claims (11)

1.用于三聚氰胺生产设备的加热单元(10)，所述加热单元包括用于供给反应热至三聚氰胺生产设备(20)的熔盐回路(11)、以及用于供给过热氨至所述系统(20)的组件(12)，所述组件(12)包括至少一个汽化交换器(17)和一个过热交换器(30)，其特征在于，所述过热交换器(30)包括不同于所述熔盐回路(11)的至少一个热源(32)。
2.根据权利要求1所述的用于三聚氰胺生产设备的加热单元(10)，其特征在于，所述过热交换器(30)包括管线(31)，氨在所述管线中流动，所述管线热联接至独立于所述熔盐回路(11)的所述热源(32)。
3.根据权利要求1或2所述的用于三聚氰胺生产设备的加热单元(10)，其特征在于，过热交换器(30)的所述热源(32)是电加热器，所述电加热器包括连接至氨所流动的管线(31)的电源。
4.根据权利要求3所述的用于三聚氰胺生产设备的加热单元(10)，其特征在于，至少一个电压和/或电流变压器(34)介于所述电源和所述管线(31)之间。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的用于三聚氰胺生产设备的加热单元(10)，其特征在于，氨所流动的管线(31)容纳在由惰性气体加压的密封腔室(36)中，所述惰性气体优选是氮气。
6.根据权利要求5所述的用于三聚氰胺生产设备的加热单元(10)，其特征在于，在所述过热交换器(30)的内部设置有冷却所述密封盒体(36)的外部环境的冷却系统。
7.根据权利要求6所述的用于三聚氰胺生产设备的加热单元(10)，其特征在于，所述冷却系统包括再循环风机(37)，所述再循环风机热联接至制冷交换器(38)。
8.根据权利要求2至7中的任一项所述的用于三聚氰胺生产设备的加热单元(10)，其特征在于，氨所流动的管线(31)由耐受氨的材料制成，所述材料优选为具有高的镍含量的合金。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的用于三聚氰胺生产设备的加热单元(10)，其特征在于，汽化交换器(17)使用能够在所述三聚氰胺生产设备(20)中获得的蒸汽(22)作为加热流体。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的用于三聚氰胺生产设备的加热单元(10)，其特征在于，所述熔盐回路(11)包括循环泵(19)、熔盐的储箱(14)以及加热炉(15)，其中，所述循环泵(19)限定了从所述储箱(14)到所述加热炉(15)、从所述加热炉(15)到反应器(21)并且从反应器(21)到储箱(14)而不经过所述过热交换器(30)的至少一条熔盐流。
11.三聚氰胺生产设备(20)，所述三聚氰胺生产设备包括用于从尿素生产三聚氰胺的至少一个反应器(21)、以及根据前述权利要求中的任一项所述的加热单元(10)，所述加热单元用于给所述至少一个反应器(21)供给反应热以及过热氨。
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