CN111278804B - 高压氨基甲酸盐冷凝器 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了高压氨基甲酸盐冷凝器、尿素装置和尿素生产方法。如所述的高压氨基甲酸盐冷凝器为具有管束的管壳式换热器类型，并且具有连接到所述管束的管和管道的再分配室。管道在所述再分配室和所述壳体之间延伸。

Description

高压氨基甲酸盐冷凝器
本发明涉及高压氨基甲酸盐冷凝器。所述冷凝器包括管壳式换热器，所述管壳式换热器包括安装在壳体内的管束。高压氨基甲酸盐冷凝器能够具体地用于冷凝汽提型的尿素生产装置中的氨基甲酸盐。在一些实施方案中，包含氨基甲酸盐的腐蚀性溶液在操作时存在于壳体侧和管侧两者处，具体地讲存在于管束中的至少一些管的内部以及管之间的空间两者中。
背景技术
常用类型的氨基甲酸盐冷凝器是描述于“A lower cost design for urea”，Nitrogen，第222期，1996年7月-8月，第29-31页中的池式冷凝器。此类池式冷凝器包括管板。管板更一般地为管壳式换热器型的高压氨基甲酸盐冷凝器的典型部件。管板通常为平面金属板，其从集管界定冷凝器中的壳体空间。此外，管板密封典型圆柱形壳体的一端。管板设置有多个镗孔。将管穿过镗孔插入或接合到与孔对齐的管板，使得流体能够在集管和管之间流动。管束通常具有大量管，例如多于100个管或甚至超过1000个管。集管用于将流体从入口分配到多个管，或用于将来自多个管的流体收集到出口。
在已知的氨基甲酸盐冷凝器中，管板一般需要能够承受高压。此外，防止腐蚀是一个挑战，因为氨基甲酸盐是高度腐蚀性的，尤其是在高压氨基甲酸盐缩合的高温下。为了实现高机械强度和高耐腐蚀性，已知的管板通常由碳钢制成，所述碳钢在暴露于腐蚀性介质的一侧(或多侧)上衬有一层高度耐腐蚀性钢，诸如双相不锈钢合金。这增加构造成本，例如由于难以将管焊接到管板。
用于尿素装置中的釜型氨基甲酸盐冷凝器的已知管板示于EP 0464307和US4082797中。
管板的构造一般具有挑战性并且是昂贵的。本发明总体上解决了具有管板的已知高压氨基甲酸盐冷凝器的缺点，诸如与管板相关联的高构造成本。
发明内容
因此，本发明在第一方面涉及包括管壳式换热器的高压氨基甲酸盐冷凝器，所述管壳式换热器包括容器，所述容器包括壳体和至少一个管束，其中所述壳体包封容器空间，其中所述管束包括具有端部的管，并且其中壳体空间设置在所述管和所述壳体之间，其中所述换热器还包括位于所述容器空间中的再分配室，其中所述再分配室包括壁，所述壁用于将所述壳体空间中的第一流体与所述再分配室内部的第二流体分隔开，其中多个所述管连接到单个再分配室，使得所述第二流体能够在所述管和所述再分配室之间流动，其中所述冷凝器还包括管道，所述管道从所述壳体中的第二流体的开口通过所述容器空间延伸至所述再分配室，使得所述第二流体能够通过所述再分配室和所述管道在管端和所述壳体中的第二流体的所述开口之间流动。
本发明还涉及一种尿素生产装置，其包括高压尿素合成区段，所述高压尿素合成区段包括反应器、汽提器和高压氨基甲酸盐冷凝器，其中所述高压氨基甲酸盐冷凝器如所述，并且其中任选地，所述反应器和所述高压氨基甲酸盐冷凝器组合在单个容器中，其中容器具有连接到所述汽提器的液体出口。
本发明还涉及一种尿素生产方法，其中尿素在反应器中形成以产生尿素合成溶液，所述尿素合成溶液中的至少一部分在汽提器中汽提以产生汽提的尿素溶液，并且其中来自所述汽提器的气体在高压氨基甲酸盐冷凝器中冷凝，其中所述方法在所述的装置中进行，和/或其中所述高压氨基甲酸盐冷凝器如所述。
更一般地，本发明还涉及一种管壳式换热器，其包括此类容器并且包括此类壳体、管束、再分配室和管道。管壳式换热器例如被构造用于除氨基甲酸盐之外的化合物的冷凝，和/或用于在低于100巴的压力下操作，和/或用于除冷凝之外的热交换过程。换热器能够用于尿素生产以及其他装置和工艺。
附图说明
图1示出了不是根据本发明的具有管板的参考氨基甲酸盐冷凝器。
图2示出了根据本发明的高压氨基甲酸盐冷凝器的示例。
图3示意性地示出了根据本发明的尿素装置的示例。
具体实施方式
在本申请中，对于工艺物流(即，不用于蒸汽管线)而言，高压(HP)高于100巴，例如120巴至300巴，通常为150巴至200巴。中压(MP)为例如10巴至70巴(包括30巴至70巴的中压)，具体地讲15巴至25巴，并且低压(LP)为例如0巴至10巴，具体地讲1巴至8巴或2巴至5巴。如本文所用，“氨基甲酸盐”是指氨基甲酸铵。
与降膜冷凝器相反，高压氨基甲酸盐冷凝器优选地为浸没式冷凝器。在浸没式冷凝器的操作中，冷凝在液体作为连续相并且待冷凝的气体分散在液体中的空间中进行。因此液位存在于冷凝空间中。例如，管在操作时被冷凝液体覆盖(在管的内部或外部上)，并且优选地将管浸没在冷凝液体中。包括管壳式换热器的浸没式冷凝器被构造用于在管的内部或壳体空间中冷凝。适当地，冷凝在壳体空间中进行。壳体空间是管的外表面对其暴露的空的空间。壳体空间由壳体限定。壳体空间中的冷凝是用于提供相对简单的构造的一种选择，其中冷凝物在冷凝器中具有足够的停留时间。这有利地允许尿素的一部分已经在冷凝器中形成。在管中冷凝的情况下，还能够通过使用更多的管和/或具有更大直径的管来提供更长的停留时间。
冷凝器例如为高压氨基甲酸盐冷凝器，其被构造为浸没式冷凝器，其中冷凝在壳体空间中进行，例如基于池式冷凝器设计，但被改进成具有一个或多个此类所述再分配室和管道。示例性池式冷凝器设计示于Nitrogen，第222期，1996年7月-8月，第29-31页中。优选地，在管中提供冷却流体。在本发明中，冷却流体为例如工艺物流，诸如包含尿素和氨基甲酸盐的溶液，所述溶液在通过管时被加热，此外，任选地还将水(工艺冷凝物)用作冷却流体。
高压氨基甲酸盐冷凝器具有例如竖式构造，其中当安装在尿素装置中时，管(的直部)相对于重力呈竖式布置。一般来讲，竖式氨基甲酸盐冷凝器被构造用于在壳体空间或管中、优选地在壳体空间中冷凝。冷凝器具有例如U形或直的管束，优选地U形管束。例如，具有US 6518457中描述的类型和/或具有在底部处具有管端的管束的竖式氨基甲酸盐冷凝器能够利用根据本发明的再分配室和管道进行改进。此外，具有在顶部处具有管端的管束的竖式冷凝器能够设置有根据本发明的再分配室和管道，这些再分配室和管道例如放置在冷凝器的顶部处。
高压氨基甲酸盐冷凝器优选地具有水平构造，其中当安装在尿素装置中时，管(的直部)相对于重力呈水平布置。例如，具有水平取向的高压氨基甲酸盐冷凝器能够被构造用于在管中冷凝和用于在壳体空间中接收冷却流体。例如，釜型氨基甲酸盐冷凝器(例如，如EP 0464307或US4899813中所述)，能够利用如本文所述的再分配室和管道来改进。
在一个实施方案中，冷凝器被构造为卧式浸没式冷凝器。这有利地允许降低装置的高度。在一个优选的实施方案中，冷凝器被构造为卧式浸没式冷凝器，其在冷凝在壳体侧上(即，在壳体空间中)进行的情况下操作。这提供了另一个优点，即冷凝器体积能够容易地针对较长的冷凝物停留时间设计。这也可用于形成池式反应器。壳体侧上的冷凝还导致在壳体侧上具有高压介质，这使得冷凝器更易于制造，并且具体地讲允许再分配室的更简单的设计。
因此，在一个优选的实施方案中，容器包括待冷凝的气体的通向壳体空间的气体入口。气体入口包括壳体中的开口。气体入口允许冷凝在壳体空间中进行并冷却流体处于管中的情况下操作。此外，该容器包括用于来自壳体空间的液体、诸如含氨基甲酸盐的液体流的出口。出口包括壳体中的开口。容器优选地包括连接到气体入口的气体分配器。气体分配器优选地包括气体从气体入口进入壳体空间的多个通道。气体分配器能够用于将待冷凝的气体分配到壳体空间上方和分配到壳体空间中，具体地讲在操作时分配到液体中。在操作时，气体分配器优选地布置在液位下方。气体分配器例如包括喷洒器，所述喷洒器具有在容器的长度上延伸的一个或多个管，所述管设置有在所述管的两侧处在容器的宽度上延伸的臂，其中所述臂在该臂的上侧处具有许多气体的开口(例如，每臂超过50个开口)。待冷凝的气体为例如来自高压汽提器的包含CO2和NH3的混合物。此外，容器优选地包括通向壳体空间的液体入口，以用于将包含氨和/或氨基甲酸盐再循环流的液体流引入壳体空间中。在一个示例性实施方案中，将例如来自尿素装置的中压区段的氨基甲酸盐再循环流通过壳体中的开口在壳体的顶部处引入壳体空间中。这能够提供改善的混合，因为氨基甲酸盐再循环液体具有比壳体空间中的冷凝混合物更高的密度。壳体中用于氨基甲酸盐再循环的开口优选地在长度方向上与再分配室间隔小于1m。这在再分配室附近的壳体空间中提供了良好的流体混合。
氨基甲酸盐冷凝器具有例如卧式或竖式布置。在具有气体分配器的卧式氨基甲酸盐冷凝器的情况下，气体分配器水平的且与管(的直部)平行地延伸，以便在气体分配器的各个出口处将待冷凝的气体引入壳体空间中，所述气体分配器在水平方向上间隔开。在该实施方案中，长度方向也是水平的。管优选地为U形。
冷凝器优选地包括用于在多个开口处将液体分配到壳体空间中的液体分配器。这些开口优选地在冷凝器的长度方向上间隔开。液体分配器例如连接到氨供应构件，诸如利用通向氨进料的压缩机的液体流连接部。通常，液体分配器(例如，氨分配器)连接到壳体中的开口，并且在操作时，例如浸没于壳体空间中存在的液体中。
管束一般包括多个管，其中所述管包括直管部分或由直管部分组成。通常，该管的直部平行布置并且彼此间隔开。如本申请中所用，如果冷凝在壳体中进行，则单个管束的管包含相同冷却流体。因此，再分配室优选地连接到单个管束的管。在另一个实施方案中，在管(具有独立的供应构件)中使用两种或更多种冷却流体，并且冷凝器包含多个管束。管束能够组合成组合管束。组合管束中的所有管的直部优选地彼此平行。
为了具有足够的热交换表面，高压氨基甲酸盐冷凝器具有一个或多个管束，其中例如所述管束中总共至少300个管，通常总共1000至4000个管，诸如1500至3000个管，其中例如每个管束中至少100个管。管在其长度上具有例如恒定的内径。优选地，每个再分配室仅连接到单个管束的入口端部或出口端部。
在一些实施方案中，管束包括直管，其具有在长度方向上在管束的相对侧处的管端。再分配室能够设置在管束的每个端部处。原则上，也能够在一端处使用管板，并且在相对端处使用再分配室。管束能够位于容器长度上的任何位置处，例如位于容器的端部或中心。管的直部的长度例如为该容器长度的20-90％，例如优选地为容器长度的至少30％、至少40％、至少50％、或至少60％，和/或例如至多达90％、至多达80％、或至多达70％。在一些实施方案中，管的直部的长度为容器长度的60％至90％，并且优选地将通过在冷凝器中冷凝获得的冷凝物供应到高压反应器中。在一些实施方案中，管的直部的长度为容器长度的20％至60％，并且优选地将通过在冷凝器中冷凝获得的冷凝物供应到高压汽提器中。例如，将冷凝物直接供应到汽提器，使得高压汽提器接收具有与冷凝器出口处的液体相同组成的冷凝物。在根据此类实施方案的尿素装置中，反应器和冷凝器组合在单个容器中。
在一些实施方案中，再分配室设置在管(优选地为直管束的管)的两端处，并且再分配室在管束的一端或两端处在长度方向上与容器间隔开一定距离，所述距离为容器长度的至少1％、至少5％、至少10％或至少20％。在管束的一端或两端处，再分配室和容器之间的较大间距产生冷凝物的相对较大的壳体空间，并且可有助于冷凝物在壳体空间中的较长停留时间。这可允许尿素形成发生，并且例如允许以池式反应器形式操作。通常将冷凝的氨基甲酸盐送至尿素反应器，并且在一些实施方案中在操作时直接送至汽提器。尤其是对于较大的管长度(基于直管部分)而言，诸如5m以上、10m以上、20m以上、或30m以上，直管的制造能够比U形管更简单。
在另一实施方案中，管束为一束U形管，其中每个管包括弯曲部和两个腿部，该腿部为直管部分。氨基甲酸盐冷凝器任选地包括在U形管束的弯曲部和壳体(与管腿部相对)之间的反应器部分，例如但不限于在池式反应器的情况下。示例性池式反应器描述于US5767313中。U形管束的管的直部被布置在壳体的长度方向上。在一些实施方案中，该壳体包括基本上圆柱形的中间部分，所述中间部分具有直径和长度，并且在两端处具有顶盖部分。在U形管束的情况下，例如基本上半球形的顶盖(任选地具有人孔)接合到靠近管束的管束弯曲部的中间部分的端部以及中间部分的另一端部。在现有技术中，例如如US 5767313中，在远离U形管束的弯曲部的端部处设置管板，以通过集管将管端与进料管线和排出管线连接。
本发明广泛地基于明智的见解，将再分配室置于壳体内部并将管束的管连接到再分配室，并且提供通过壳体中的开口将再分配室与进料管线或排出管线连接的管道。管道布置在壳体内部，并且使得再分配室与壳体间隔开。管道在操作时在一侧与冷却流体接触并且在另一侧与待冷凝的气体和/或在冷凝器中形成的冷凝物接触。这同样适用于再分配室的壁。在冷凝在壳体侧上(管外部)进行的实施方案中，壳体为容纳高压冷凝介质并且在内部与该介质接触的设备部件。在外部，壳体通常暴露于环境。
在典型的实施方案中，管束的每个管均具有两个管端，并且对于每个管，一个管端连接到入口再分配室(用于将流体分配到多个管)，并且另一个管端连接到出口再分配室(用于从多个管收集流体)。
在一个优选的实施方案中，容器包括例如两种不同冷却流体的两个管束，每个管束具有入口再分配室和出口再分配室，使得容器容纳四个再分配室。
再分配室包括壁。该壁包括具有镗孔的壁部分。在操作时，流体通过镗孔在再分配室和与其连接的管之间流动。然而，与常规的管板不同，该壁部分，并且更具体地讲整个再分配室与壳体间隔开。因此，再分配室的任何部分通常都不与壳体(的内表面)直接接触。
再分配室连接到管端。具体地讲，具有镗孔的壁部分例如利用无裂缝接头连接到管端。
因此，至少一些管端位于由壳体包封的空间(容器空间)的内部，并且通过再分配室和在再分配室和壳体之间延伸的管道连接(用于流体流动)到壳体中的开口。再分配室与该壳体开口间隔开例如至少5cm、至少10cm或至少40cm。再分配室还优选地与壳体完全间隔开，优选地间隔开至少5cm、至少10cm或至少40cm。这些间距优选地由空的空间提供，该空的空间在操作时能够填充有冷却流体或冷凝介质。支撑元件能够存在于再分配室和壳体以及管道之间。
有利的是，在管中具有冷却流体的一个优选的实施方案中，高压处于再分配室的外部，而不是内部。
有利的是，再分配室的壁能够比已知管板更薄，这是由于与管板相比再分配室的更小的尺寸。具体地讲，与壳体和密封壳体的管板相比，再分配室在垂直于容器长度的横截面上具有较小的表面积。这导致需要为再分配室壁设计显著更小的力(应力)。
在一个优选的实施方案中，具有再分配室(或再分配室的堆叠共用的)的镗孔的(板)元件例如仅具有围绕管束的相对小的凸缘，诸如在每侧处围绕每个管束的距每个管束的外管小于40cm、小于20cm、或小于10cm的相对小的凸缘。
再分配室能够例如设置有内部承载结构，诸如间隔件。再分配室的壁能够由单片耐腐蚀材料(例如双相不锈钢)制成或由其组成。对于具有单片壁的优选的实施方案而言，管与再分配室的焊接连接更易于制造，尤其是因为不存在碳钢暴露的风险。
此外，有利的是，再分配室的壁也有助于热交换表面，因为在操作时，其能够在一侧处与冷却流体接触并且在另一侧处与冷凝介质接触。
本发明还涉及尿素生产装置，其包括高压尿素合成区段，所述高压尿素合成区段包括如本发明所述的高压氨基甲酸盐冷凝器、反应器和汽提器。反应器、冷凝器和汽提器各自在高压下操作。汽提器具有通向冷凝器的气体流动管线，冷凝器具有通向反应器的液体流动管线，并且反应器具有通向用于尿素溶液的至少一部分的汽提器的液体流动管线。反应器和冷凝器任选地组合在单个容器中，该容器例如水平放置，并且冷凝物从所述容器直接供应到汽提器。此类单个容器例如包括冷凝器部分和反应器部分。另外，在冷凝器和反应器(通常具有竖式反应器容器)作为独立的容器提供的情况下，任选地一些尿素已经在冷凝器中形成。该装置例如包括从汽提器通向壳体空间的气体流动管线以及从汽提器通向氨基甲酸盐冷凝器的管束的液体流动管线；或者该装置例如包括从汽提器通向管束的气体流动管线以及从汽提器通向氨基甲酸盐冷凝器的壳体空间的液体流动管线；其中如本发明所述，通向管束的所述流动管线通过管道和再分配室。
在操作时，将来自反应器的包含尿素、水和CO2以及NH3(部分以氨基甲酸盐形式)的尿素合成流至少部分地供应到汽提器。氨基甲酸盐在汽提器中解离成CO2和NH3，并且未反应组分的一部分作为气体从溶液中移除。在汽提器中，通过加热并与汽提气体逆流接触以促进解离来促进氨基甲酸盐的解离。汽提器使用加热并将例如高压CO2的供应源用作汽提剂，所谓的热汽提也是可能的。汽提器中的加热通常是与蒸汽的间接热交换，通常与壳体侧上的蒸汽以及用作汽提器的管壳式换热器的管内的尿素合成流进行热交换。通常将仍然包含一些氨基甲酸盐和NH3的汽提的尿素溶液膨胀到较低的压力并供应到回收区段，其中从尿素溶液中移除更多的氨基甲酸盐；回收区段包括例如与下流LP回收区段串联的MP回收，或仅LP回收。将来自汽提器的包含NH3和CO2的混合气体流供应到高压冷凝器，供应到管或供应到壳体空间。
在一个优选的实施方案中，将混合气体流通过壳体中的开口供应到壳体空间。将一种或多种冷却流体通过如所述的管道和再分配室供应到管(不同的冷却流体具有独立的管道和再分配室)。形成液体冷凝物，并且在该优选的实施方案中，该液体冷凝物存在于壳体空间中，并且任选地气体在壳体空间的顶部部分处。冷凝液体与管接触，使得冷凝物通常被过冷。
在该优选的实施方案中，使用气体分配器诸如喷洒器将待冷凝的气体分配在壳体空间中，具体地讲在冷凝器的长度方向上分配。喷洒器是例如具有连接到壳体的入口开口的入口，任选地具有臂，并且具有多个气体的出口开口的管，其中出口开口在长度方向上间隔开。臂在容器的宽度上延伸并且具有气体的开口。优选的氨基甲酸盐冷凝器包括此类喷洒器。对于卧式冷凝器而言，气体分配器和管的直部两者均在长度方向上平行延伸；优选地，气体分配器的至少一部分布置在直部下方。这有利地提供了冷凝热在壳体中的改善的分布。
在一些实施方案中，还例如使用液体分配器将氨引入壳体空间中，尤其是在使用CO2汽提器时。
在一些实施方案中，冷凝热通过在壳体空间中冷凝的情况下在至少一些管中，以及在管中冷凝的情况下在壳体空间中产生蒸汽(水蒸发)而至少部分地抽出，所述蒸汽例如由工艺冷凝物形成。
尤其是在较高温度下，与工艺介质(例如，在冷凝器中在高压下冷凝的工艺介质)接触的氨基甲酸盐冷凝器的部件通常由耐腐蚀材料制成，具体地讲由尿素级钢，诸如奥氏体-铁素体双相不锈钢(双相钢)制成。例如，壳体在内部通常设置有由尿素级钢或其他耐腐蚀金属(例如，双相奥氏体-铁素体不锈钢、AISI 316L钢或INOX 25/22/2Cr/Ni/Mo钢)制成的堆焊(即，堆焊层)或内衬。此类内衬通常用于高压氨基甲酸盐冷凝器的壳体。外部壳体为例如碳钢壳体，并且为例如至少30mm或至少40mm厚。
在一些实施方案中，HP氨基甲酸盐冷凝器包括两个管束。这能够用于实施其中使用两种不同冷却流体的工艺，例如第一管束用于由水产生蒸汽，并且第二管束，其中加热包含尿素和氨基甲酸盐的水性溶液以导致氨基甲酸盐的解离。
此类冷凝器能够例如用于如US 2015/0119603中所述的装置和方法中。
在一个实施方案中，具有两个管束的HP冷凝器用于尿素生产方法中，其中第一管束蒸汽由水(也称为冷凝物)产生。在第二管束中，包含氨基甲酸盐(并且通常还包含尿素)的溶液通过从壳体侧上的高压工艺介质接收的冷凝热来加热，使得第二管束中的溶液中的至少部分氨基甲酸盐解离成NH3和CO2。溶液例如作为来自HP汽提器的汽提的尿素溶液获得，或者作为未在HP汽提器中汽提的来自反应器的尿素合成溶液的一部分获得。例如，将作为来自反应器(任选地，来自包括冷凝器和反应器的组合容器)的液体的一部分的尿素溶液和/或作为来自汽提器的液体的至少一部分的尿素溶液供应到第二管束，具体地讲通过入口再分配室和入口管道供应到第二管束，其任选地具有中间步骤，诸如膨胀和气/液分离(闪蒸)。例如，使离开汽提器的尿素溶液的全部或一部分膨胀，任选地闪蒸，并且任选地进一步膨胀并在中压(例如，10-35巴)下供应到第二管束。
在一些实施方案中，第二管束例如在尿素生产方法中接收含氨基甲酸盐的溶液，该尿素生产工艺涉及将尿素溶液从反应器(或反应器部分)，例如从反应器、汽提器或从回收区段，优选地通过入口管道和入口再分配室直接或间接地供应到第二管束。在此类实施方案中，氨基甲酸盐的热解离(成为CO2和NH3气体)能够在第二管束中发生。
高压冷凝器能够例如用于汽提型尿素生产方法中，其中将来自反应器的尿素溶液的一部分送至高压汽提器，并且溶液的另一部分绕过汽提器并送至中压处理步骤，该中压处理步骤涉及通过在中压下加热溶液来解离氨基甲酸盐。本发明还涉及此类方法。使用不同类型高压冷凝器的此类方法的示例描述于US 2004/0116743中。在本发明的高压氨基甲酸盐冷凝器的操作中，并且在本发明的优选的方法中，中压处理步骤例如通过使尿素溶液通过高压氨基甲酸盐冷凝器的(第二)管束，与冷凝器中从汽提器接收的冷凝气体间接热交换接触来进行。在另一个实施方案中，氨基甲酸盐冷凝器用于产生蒸汽(例如，在管束中)，所述蒸汽用于向从汽提器获得的尿素溶液或来自反应器的未汽提的尿素溶液的中压解离步骤供应热量。
对于常规HP氨基甲酸盐冷凝器而言，在操作时在至少一些管中以及在壳体空间中具有一种或多种含氨基甲酸盐的液体的情况下，挑战是具有腐蚀风险，以及管与管板连接的方式，例如对于具有管板的池式冷凝器而言，如US 2015/0119603中所示。本发明提供了重要的优点，即在一个实施方案中，再分配室，具体地讲在两侧均暴露于腐蚀性含氨基甲酸盐溶液的具有镗孔的壁部分，能够由单片耐腐蚀钢，诸如单片双相不锈钢制成(并且由其组成)。这在壳体侧上进行冷凝时尤其如此。室的多层壁也是可能的，尤其是在所有层均具有耐腐蚀性材料时。在一些实施方案中，具有用于管的镗孔的壁部分的厚度为再分配室壁的任何其他部分的厚度的0.5-2倍，具有镗孔的壁部分为平板。例如，如果再分配室的其他部分具有1-2cm厚度的壁，则具有用于管的镗孔的壁部分具有0.5-4cm的厚度。在一些实施方案中，具有用于管的镗孔的壁部分的厚度为再分配室壁的其他部分的厚度的0.9–1.1倍。本发明的优点在于，具有用于管的镗孔的壁部分不需要为非常厚的板，诸如在管板的情况下。
在一个示例性实施方案中，冷凝器包括两个U形管束，其在竖直方向上以ABBA布置，其中A为第一管束的直部，并且B为第二管束的直部，或者其中A为第二管束的直部(在例如用于氨基甲酸盐解离的操作中)，并且B为第一管束的直部(在例如用于产生蒸汽的操作中)，并且优选地具有连接到两个管束的四个再分配室的竖直堆叠。在此类实施方案中，U形管束的弯曲部能够以同心方式(具体地讲，在长度-高度平面中的横截面中)布置。另选地，布置能够以为AABB，其将在每个管束内产生例如两组同心的弯曲部，并且这两组彼此重叠布置。
在本发明的尿素生产装置的一个优选的实施方案中，高压氨基甲酸盐冷凝器包括管束，该管束通过再分配室和管道连接到进料管线。进料管线用于将还包含氨基甲酸盐的尿素溶液进料到管束的管中。进料管线连接到汽提器以用于从汽提器接收汽提的尿素溶液和/或连接到反应器以用于从反应器接收尿素溶液的一部分。在一个优选的实施方案中，进料管线包括膨胀装置，并且优选地包括用于将气体与膨胀的尿素溶液分离的气/液分离器。优选地，进料管线被构造用于将膨胀的尿素溶液的至少一部分供应到管道。
在一个优选的实施方案中，管束(接收还包含氨基甲酸盐的尿素溶液)通过出口再分配室和管道连接到气/液分离器。气/液分离器优选地具有通向回收区段的液体流连接部和通向第二冷凝器的气体流连接部。通过氨基甲酸盐在管中的热解离获得的氨和CO2至少部分地在第二冷凝器中冷凝。优选地，该第二冷凝器在中压下操作。优选地，冷凝在与尿素装置的蒸发区段的热交换接触中进行，使得冷凝热用于水从尿素溶液中蒸发。优选地，第二冷凝器具有通向高压氨基甲酸盐冷凝器，并且更优选地通向壳体空间的氨基甲酸盐再循环流的液体流连接部。
此外，HP冷凝器还可包括第二管束，所述第二管束连接到工艺冷凝物(即，水)的进料管线并且连接到蒸汽的排出管线。
在一个优选的实施方案中，冷凝器包括一对或多对管道，每对管道包括入口管道和出口管道。冷凝器优选地包括一对或多对再分配室，每对再分配室包括用于将来自入口管道的冷却流体进料分配至多个管的入口再分配室以及用于将来自多个管的加热的冷却流体合并到出口管道的出口再分配室。对于每一对而言，再分配室通常在U形管束的情况下布置在直管部分的同一侧处，或在直管束的情况下布置在管的相对侧(在长度方向上)处。
在一个优选的实施方案中，再分配室包括多个元件(诸如板元件)，并且因此不是完全一体的。这些元件一起提供再分配室的壁。元件中的至少一个设置有用于管的镗孔，并且同一个元件或另一个元件(例如，其他板)设置有用于管道的孔。优选地，至少一个其他元件是可打开的和可闭合的，例如可移除的，从而提供通向再分配室的内部的通路。该元件例如为盖板。该元件能够用于使再分配室的内部可触及，例如对于人和/或装置而言。以这种方式，再分配室的内部(即，用于接收流体的空间)可用于内部再分配室和管的维护和检查，具体地讲可用于内部管的检查以及可用于管的堵塞。管的堵塞能够涉及将塞置于管中在连接到再分配室的管端处。在一个优选的实施方案中，再分配室包括用于将可打开的元件紧固到至少一个其他元件(诸如螺栓)的紧固件。例如，具有可打开的前板的箱体形状的再分配室可包括具有开口的前板和具有与开口对齐的凹槽(例如螺纹孔)的侧板。开口和凹槽能够接收紧固件诸如螺栓。
此外，再分配室还可包括用于将壁部分(例如，板元件)彼此间隔开的间隔件，例如以提供对压缩力的阻力。
容器优选地包括用于再分配室的支撑件，其例如布置在再分配室下方和壳体上。例如，支撑元件能够设置在设置有镗孔的壁部分下方(并且例如，在容器的长度方向上的相同位置处)。支撑件可包括用于接收再分配室的耳状物的凹槽，以用于将再分配室锁定在适当位置。再分配室或例如再分配室的堆叠例如设置有用于将室保持在壳体中的适当位置的固定装置。
优选地，再分配室的横向截面(垂直于容器的纵轴的横截面)的表面积为容器横截面的表面积(具体地讲，该横截面中由壳体包封的表面积)的小于90％或小于80％或小于40％。
在再分配室的(竖直)堆叠的情况下，堆叠在宽度-高度平面(垂直于容器的中心纵轴)中的横截面的表面积为容器横截面的表面积(具体地讲，该横截面中由壳体包封的表面积)的例如小于90％或小于80％或小于70％。
优选地，壳体空间为单个未划分的空间，其中空间的所有部分均彼此流体连通；另外，在此类实施方案中，所述壳体空间能够包括导流板以在彼此不完全密封的隔室中划分所述壳体空间。优选地，壳体与壳体空间接触，并且优选地，壳体的整个内表面与壳体空间接触。优选地，每个管道延伸穿过壳体空间。优选地，每个管道包括长度区段，其中管道的整个外壁暴露于壳体空间。优选地，箱体形状的再分配室的前板(其具有用于与相对的后板中的管连接的孔)在暴露于壳体空间的外部侧面上。
在一些实施方案中，至少一个再分配室在操作时至少部分地浸没在冷凝液体中，优选地每个再分配室至少部分地浸没在冷凝液体中，并且优选地至少一个再分配室完全浸没在冷凝液体中，其中冷凝液体在壳体空间中冷凝。
在一个优选的实施方案中，壳体包括基本上圆柱形的中间部分和两个顶盖部分。每个顶盖部分可包括多个壳体部分。顶盖部分为例如基本上半球形的部件，任选地具有人孔和板。两个顶盖部分在相对端部处具体地在长度方向上的相对端处闭合中间部分。优选地，壳体空间是由中间部分和顶盖部分限定的单个壳体空间。优选地，壳体空间不例如被分隔壁划分；但能够包括导流板。优选地，流体能够从气体分配器流动到两个顶盖部分。
高压氨基甲酸盐冷凝器与其他类型的换热器、具体地讲热气体冷却器在许多特征上不同，所述特征对于本发明的氨基甲酸盐冷凝器而言是优选的。被构造用于在壳体中冷凝的卧式氨基甲酸盐冷凝器可例如包括导流板(或分隔部)，其在长度方向上划分隔室中的壳体空间并且从容器的底部延伸，但不完全延伸到顶部，从而在壳体的顶部处留下气体排放区域；导流板的顶部限定操作时冷凝物的液位。导流板中的一些能够例如在管束的竖直高度处具有开口。通常，最下游的导流板在其中不具有开口，使得液体冷凝物在导流板顶部上方流动到壳体中的液体出口。因此，壳体区段包括堰。这允许控制冷凝器中冷凝物的液位，尤其是以完全浸没管束。此外，管束，尤其是U形管束，通常具有直流构型或每种冷却流体(尿素溶液和/或工艺冷凝物)。
在例如卧式釜型管中冷凝的氨基甲酸盐冷凝器包括例如在氨基甲酸盐溶液的入口处的喷射器，并且例如包括待冷凝的气体和氨基甲酸盐溶液的入口的混合区。氨基甲酸盐冷凝器具有例如用于将氨基甲酸盐溶液从管的出口端再循环至待冷凝的气体的入口的导管。
在被构造用于在壳体空间中冷凝的竖式氨基甲酸盐冷凝器的情况下，该冷凝器包括例如在顶部处的填料部分，例如具有填料的部分，其用于利用通过在填料部分上方的壳体入口(具体地讲，氨基甲酸盐溶液的入口)供应的溶液来洗涤废气，以及布置在该填料部分下方但在管束的U形弯曲部上方至冷凝器在所述弯曲部下方的一部分的下降管。竖式氨基甲酸盐冷凝器优选地具有壳体的液体的出口，任选地具有下降管，使得在操作时液位保持在管束的U形弯曲部上方，其中管端位于容器的底部处。
管道优选地包含耐腐蚀钢(诸如双相不锈钢)或由其制成。例如，管道完全由此类钢制成。再分配室的壁部分以及在操作时与氨基甲酸盐接触的任何内部结构(诸如间隔件)优选地由耐腐蚀性钢，诸如双相不锈钢制成。管和壳体的优选的内衬优选地由耐腐蚀性钢、诸如双相不锈钢制成。
适用于氨基甲酸盐冷凝器的所述部分的双相不锈钢包括例如以商品名
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钢购得并且具有组成29Cr-6.5Ni-2Mo-N的钢，其也由ASME编号2295-3和UNS S32906命名，或者例如以商品名DP28W(TM)钢购得并且具有组成27Cr-7.6Ni-1 Mo-2.3W-N的钢，其也由ASME编号2496-1和UNS S32808命名。Safurex(R)钢具有例如组成(质量％):C：最多0.05，Si：最多0.8，Mn:0.3-4.0，Cr:28-35，Ni:3-10，Mo:1.0-4.0，N:0.2-0.6，Cu：最多1.0W：最多2.0S：最多0.01Ce:0-0.2，剩余Fe和(不可避免的)杂质。优选地，铁氧体含量为30-70体积％，并且更优选地30-55％。更优选地，钢包含(重量％)：C最多0.02，最多0.5Si，Cr 29至33，Mo 1.0至2.0，N 0.36至0.55，Mn 0.3至1.0，剩余Fe和杂质。还合适的是具有以下组成重量％(重量％)的双相不锈钢：C最多0.030；Si最多0.8；Mn最多2.0；Cr 29.0至31.0；Ni 5.0至9.0；Mo小于4.0；W小于4.0；N 0.25-0.45；Cu最多2.0；S最多0.02；P最多0.03；剩余Fe以及不可避免出现的杂质；并且其中Mo+W的含量大于3.0但小于5.0(重量％)，此外优选地具有如WO 2017/014632中所述的钢组成，所述专利文献据此以引用方式并入。在一些实施方案中，壳体包括由此类钢制成的内衬。
每个管道具有与再分配室的壁连接的第一管道端部和与壳体连接的第二端部。第一管道端部与壁中的开口对齐，并且第二管道端部与壳体中的开口对齐，使得流体能够从壳体外部通过管道流至再分配室。管道至少部分位于容器中。第一管道端部位于容器中。管道延伸穿过容器空间。此外，管道的外表面暴露于壳体空间。
管道可由一个或多个管道部分，例如串联布置并彼此连接的管道部分组成。
第一管道端部例如利用焊接部连接到再分配室。第一管道端部例如置于连接到该再分配室的管端的径向外侧，即，在垂直于长度的方向上从容器的中心纵轴进一步移除。在具有带底板、顶板、前板、后板和两个侧板的箱体形状的再分配室的示例性实施方案中，管道端部例如附接到侧板、顶板或底板，并且管端附接到后板，并且前板为例如能够被打开以用于维护和检查的盖板。原则上，管道还能够连接到后板或前板。在具有箱体形状的再分配室的示例性实施方案中，管道连接到前板，并且侧板能够被打开。
在一个优选的实施方案中，多个再分配室彼此堆叠，以产生堆叠，优选地箱体形状的再分配室的堆叠，并且优选地竖直堆叠。优选地，板元件是堆叠的再分配室共用的，优选地板元件具有镗孔。优选地，管束包含U形管，其中每个管具有弯曲部和两个腿部。优选地，再分配室的堆叠包括连接到相同U形管束的入口再分配室和出口再分配室。
在优选地箱体形状的再分配室的(竖直)堆叠的情况下，各种板能够是堆叠的再分配室共用的，例如后板(例如，具有用于与管束连接的镗孔)和侧板可能就是这种情况。水平板能够是两个相邻的室共用的，从而提供顶板和底板，具体地讲当室在操作时在相同压力下接收流体时。在四个或更多个再分配室的竖直堆叠的情况下，对于顶部再分配室而言，管道能够连接到顶板，对于底部再分配室而言，管道能够连接到底板，并且对于中间管道中的再分配室而言，管道能够连接到侧板。在一个优选的实施方案中，再分配室在两个相对侧板处设置有管道，并且这些管道在操作时例如均用作入口或均用作出口。这可有利地有助于流体在管内的良好分布以及流体从管中的有效移除。具体地讲，因为在一些实施方案中，箱体形状的再分配室具有的宽度(从一侧到另一侧)长于再分配室的高度，并且其中这同样适用于设置有孔的后板的区域。
在具有再分配室的堆叠的示例性实施方案中，连接到该堆叠的所有管道均延伸至壳体的顶部。与例如在壳体底部和管束之间的容器中管束的支撑结构组合，这可允许适于设备的膨胀和/或收缩。在再分配室的堆叠的情况下，该室可具有例如共享的后板，并且对于竖直堆叠而言还具有共享的侧板。
在一些示例性实施方案中，对于一个或多个管道而言(或甚至对于所有管道而言)，在管道的第一端部和第二端部之间在长度方向上的间距为容器长度的小于20％或小于10％，或为管的直部长度的小于20％或小于10％。
在另一个实施方案中，一个或多个管道在长度方向上延伸，例如，其中管道被布置成与管的(直部)基本上平行(例如，偏差小于5°)。在一些示例性实施方案中，对于一个或多个或甚至所有管道而言，在管道的第一端部和第二端部之间在长度方向上的间距为管的直部长度的大于10％或大于20％。
一般来讲，对于再分配室而言，连接到该再分配室的管的数量比连接到该再分配室的管道的数量高至少10倍，例如高至少50倍或至少100倍。因此，管道在管道的内部流动空间的横向截面(垂直于流动方向)中的表面积一般比管的该表面积大至少10倍或至少20倍。
每个管道具有至少两个管道端部，其中管道端部是指端部部分，而不仅仅是指侧边。在Y形管道的情况下，管道还可以具有例如三个管道端部。管道端部连接到再分配室。例如，管道边缘可利用无裂缝接头邻接再分配室壁的(平面)侧。管道端部也可穿过再分配室壁中的开口插入，例如其中壁和管道部分之间的裂缝通过焊接部密封。
以相同方式，管道端部(端部部分)与壳体连接，例如管道端部可例如利用无裂缝接头邻接壳体。在壳体壁包括碳钢元件并且待通过管道输送的流体包括氨基甲酸盐的情况下，管道端部或管道的一部分能够通过壳体中的开口插入。插入的管道部分和壳体的孔表面(包括任何暴露的碳钢)之间的裂缝也能够通过在壳体的内侧处焊接来封闭，如将可触及孔位。任选地，首先将管道部分诸如套管(例如双相不锈钢的套管)穿过孔插入，裂缝例如通过焊接密封，并且插入的管道部分(例如套管)例如通过内孔焊接连接到另一个管道部分。例如，冷凝器包括管道端部部分，所述管道端部部分通过壳体中的开口插入并且在插入的管道部分和壳体之间具有密封的裂缝。
在其中再分配室设置有多个管道的实施方案中，这些管道任选地连接到集管(或接头区段)，所述集管(或接头区段)能够置于容器内部或外部。在一些实施方案中，管道包括连接至少三个管道区段的接头区段(例如，T形接头)。利用此类管道，两个管道端部能够例如连接到再分配室，并且一个管道端部连接到壳体。在示例性实施方案中，通过各自连接到底板的两个或更多个管道区段、连接到壳体的至少一个管道区段和接合管道区段的位于容器空间内部的接头区段，将入口管道连接到再分配室的竖直堆叠的底部再分配室的底板。连接到再分配室的至少两个管道区段能够彼此间隔开，以使流体最佳地分配在管上。
冷凝器能够例如利用以下方法构造，所述方法包括将管束安装在壳体(具有至少一个开口端)中，诸如在支撑导流板上。本发明还涉及此类构造方法。该方法能够包括在安装管束之前或之后，例如使用内孔焊接部将再分配室连接到管端。例如，将连接到再分配室的堆叠的管束安装在壳体中。该方法可涉及在安装管束之后将管道连接到再分配室。管道能够在安装之前或之后穿过壳体插入。该方法可涉及通过例如将封闭顶盖(例如，半头式)接合到具有至少一个开口端的容器的基本上圆柱形的中间部分(例如，在再分配室位于其中的中间部分端部处)来封闭容器。
结合附图说明和讨论了本发明的示例性实施方案，这些附图不限制本发明或权利要求。
图1示出了不是根据本发明的参考高压氨基甲酸盐冷凝器。该冷凝器(100)设置成管壳式换热器(101)，并且被构造成卧式浸没式冷凝器，其具有U形管束(103)以用于冷却流体并且在操作时使气体在所述壳体空间(105)中冷凝。冷凝器(100)的下半部的一部分示于图1中。换热器(101)包括容器(102)，所述容器包括壳体(1)和管束(103)。所述壳体被设计成承受高压并包封容器空间(104)。容器(102)还包括集管(107)。集管(107)不被壳体(1)包封并且在容器空间(104)的外部。管束(103)的管(2)设置在容器空间(104)中。管(2)和壳体(1)之间的空间是用于接收待冷凝的气体的壳体空间(105)。因此，容器包括通向壳体空间(105)的气体入口(4)、和来自壳体空间(104)的液体的出口(5)、以及壳体(1)中的工艺介质的相应开口。此外，该容器包括氨基甲酸盐再循环入口(13)，所述氨基甲酸盐再循环入口包括在所述壳体(1)的开口。容器还包含连接到气体入口(4)的气体分配器(6)。气体分配器(6)被构造用于将待冷凝的气体(例如，来自尿素装置的高压汽提器的混合气体)分配在壳体空间(105)中。
容器(102)还包括管板(108)。管板将壳体空间(105)与集管(107)分离，因此需要承受大的压力差。基本上圆柱形的壳体(1)的一个开口端由管板(108)密封。管板包含用于冷却流体的镗孔(110)。管(2)的端部(3)连接到管板(108)，使得流体能够在管和集管(107)之间流动。集管设置有用作入口或出口的开口(109)，使得冷却流体在大量管(2)，例如超过100个管的开口(109)之间流动。管板(108)例如为基本上圆形的金属板，并且通常为厚碳钢板(例如约30cm至60cm的碳钢)，所述厚碳钢板在暴露于壳体空间(105)的侧面上衬有耐腐蚀性钢，诸如衬有双相不锈钢合金内衬(其包括例如堆焊层)。
对于图1的参考氨基甲酸盐冷凝器(不是根据本发明的)而言，鉴于需要耐受高压、至少一侧暴露于极具腐蚀性的工艺介质、以及非常大量的管，管板(108)的构造是具有挑战性且昂贵的。此外，管和管板之间的任何裂缝均引入裂缝腐蚀的高风险，因为其与含氨基甲酸盐的介质接触。例如，在管腿部延伸穿过镗孔的情况下存在裂缝，所述镗孔例如具有(略)大于管的外径的孔径。裂缝腐蚀对于与氨基甲酸盐接触的金属部件而言是特别严重的。裂缝腐蚀能够指由于裂缝中限制性流动，在裂缝中难以用钝化剂(诸如氧气)维持钢上的钝化层。如果碳钢暴露于此类裂缝中，则腐蚀也在裂缝中发生。因此，在已知的池式冷凝器中，管常常不插入孔中，而是使用例如内孔焊接以无裂缝方式接合到管板。将管板的碳钢部分暴露于孔中的工艺冷凝物和蒸汽是没有问题的。
在将还包含氨基甲酸盐的尿素溶液作为冷却流体提供到集管(107)中的情况下，诸如当用于如US 2015/0119603中所述的方法时，腐蚀保护层是管板(108)的暴露于集管(107)的侧面所必需的，并且镗孔(110)的碳钢表面不应当暴露于冷却流体。单片双相不锈钢合金管板的替代形式实际上是不可行的，因为至少以实际上可接受的方式制造具有足以容纳高压介质的厚度(例如，30cm至60cm)的均匀双相不锈钢钢板是不可行的。
在US 2015/0086440中，描述了一种构造方法，其中套管穿过管板插入镗孔中，使得套管延伸穿过管板。套管比管短得多。套管能够(外部)焊接在管板的两侧上，使得管罩的碳钢层与壳体空间(105)中的流体和集管(107)中的流体密封隔开。在管板的一侧处，随后利用内孔焊接部将套管与U形管束的腿部连接。因此，在将套管焊接到管板之后，通过从低压侧(集管侧)将焊接探针插入套管中并形成内孔焊接部，通过从内部进行焊接将管端连接到套管。
因此，套管与管板的外部焊接在套管连接到管束之前进行，因为否则管束(具有大量紧密间隔的管)会妨碍在管板的一侧处触及。然而，缺点在于，对于每个管而言，需要三个焊接部，从而导致高构造成本。
如果在US 2015/0086440的方法中，可省略套筒，并且利用内孔焊接将管直接连接到管板，则管板内部的碳钢板将在镗孔处暴露于用作管内部冷却流体的尿素溶液中存在的氨基甲酸盐。这将引起腐蚀。如果将管插入到镗孔中，则在插入镗孔中的管端和管板之间将存在裂缝，即在管的外部和管板孔的内部之间的间隙，从而使得工艺介质接触管板的碳钢部分。在本发明中，再分配室的壁(包括如常规管板中具有镗孔的壁部分)能够有利地由单片双相不锈钢制成，使得用作冷却流体的包含氨基甲酸盐的尿素溶液能够与镗孔的表面接触，但不引起过度的腐蚀风险。
为了使冷凝物在图1的冷凝器中的壳体空间中具有更长的停留时间，一种选择是增加壳体的直径，使得壳体具有比管束大得多的横截面的表面积，例如如US 5767313中所示。缺点在于管板的直径也增大，因为管板用于密封壳体的一端，因此由压力差引起的应力也增加。
图2A示出了根据本发明的氨基甲酸盐冷凝器(100)的示例。图2B示出了放大部分。代替如图1所示的集管(107)和管板(108)，氨基甲酸盐冷凝器(100)包含具有壁(8)的再分配室(7)。壁(8)被构造用于将再分配室(7)中的流体与壳体空间(105)中的流体分离。这两种流体在操作时一般具有不同的组成。再分配室(7)设置在容器空间(104)内部并因此被壳体(1)包封。壳体(1)被构造用于保持与管(2)的外表面流体接触的流体。多个管(2a,2b)连接到每个单个再分配室(7)，使得流体能够通过壁(8)中的开口(12)(例如，镗孔)在管(2)和再分配室(7)之间流动，所述开口设置在壁(8)的一部分(11)中。管(2)的端部(3)附接到壁(8)，使得管端的开口与壁(8)的开口(12)对齐。这在图2C中示意性地示出，其中与再分配室(7)相比，管(2a,2b)的直径增大。管端(3)的附接例如利用内孔焊接部。再分配室(7)通过管道(9)连接到壳体(1)中的开口(10)以用于(冷却)流体。管道(9)置于容器空间(104)中，并且优选地暴露于壳体空间(105)。管道(9)在壳体(1)的开口(10)和再分配室(7)之间延伸，更具体地讲，延伸至再分配室(7)的开口(14)。以这种方式，冷却流体能够通过再分配室(7)和管道(9)在壳体(1)中的开口(10)和管(2)之间输送，同时将冷却流体与壳体空间(105)中的工艺介质流体分离。在操作时，管道(9)在内部与冷却流体接触，并且在外部与壳体空间(105)中的工艺介质接触。如图2A和2B所示，氨基甲酸盐冷凝器(100)还包括人孔(106)和导流板(15)。
图2D示意性地示出了垂直于示例性实施方案的长度的剖视图。氨基甲酸盐冷凝器(100)包括4个箱体形状的再分配室(7)的竖直堆叠，所述再分配室各自具有管道(9)，在每个再分配室(7)中示出具有镗孔的部分(11)。图2D中的管道(9)的布置是示意性的，许多变型是可能的。管道(9)一般从再分配室向外延伸至壳体(1)中的开口(1)。图1和图2的相同参考标号优选地在图2中具有相同特征，如结合图1所述的。
图3示出了根据本发明的示例性尿素装置。该装置包括高压合成区段，所述高压合成区段包括尿素反应器R、汽提器S和HP氨基甲酸盐冷凝器HPCC。反应器R具有通向汽提器S的尿素合成溶液USS的液体流连接部，所述汽提器S除了通过与蒸汽间接热交换进行加热之外，还使用CO2进料进行汽提。任选地，反应器R与冷凝器HPCC组合在单个容器中，所述单个容器具有通向汽提器S的液体流连接部。尿素合成溶液USS还包含氨基甲酸盐、氨和水，其(至少部分)使用汽提器S和回收区段REC从最终尿素产品中移除，所述回收区段REC包括低压区段并且例如由低压区段组成但不具有中压区段。在REC的下游，任选地设置蒸发区段EVAP以用于移除水产生尿素熔体UM，该尿素熔体任选地在精加工区段完成中固化以产生固体尿素产品SU。汽提器S具有通向冷凝器HPCC的混合气体SG的气体连接部。冷凝器HPCC包括两个U形管束T1和T2。每个管束(T1,T2)均包括多个管(例如，超过100个管)。每个管的一端连接到入口再分配室RC1A,RC2A，并且另一端连接到出口再分配室RC1B,RC2B。入口再分配室(RC1A,RC2A)连接到入口管道D1a,D2a。出口再分配室(RC1B,RC2B)连接到出口管道(D1b,D2b)。
冷凝在HPCC的壳体侧上进行，还向所述壳体侧供应NH3进料。汽提器S具有液体流连接部以用于通过膨胀装置(例如，膨胀阀)V1将尿素溶液SUSS汽提到闪蒸容器F1中用于气/液分离。闪蒸容器F1具有通向管束T2的中压尿素溶液MPUS的液体连接部，该中压尿素溶液MPUS仍包含氨基甲酸盐。在管束T2中，将MPUS溶液加热，并且MPUS中的氨基甲酸盐相应地分解。将MPUS溶液从管束T2的出口送至气/液分离器，例如闪蒸容器(F2)。将气体G1送至冷凝器MPC，所述冷凝器通常在中压(MP)下、并且例如与蒸发区段EVAP进行热交换来进行操作。将来自分离器F2的液体US1送至例如低压回收区段(REC)以进一步移除氨基甲酸盐和水，并且然后将其作为尿素溶液US2送至蒸发区段EVAP。在回收区段REC中，通过通常在低压下加热使尿素溶液经受氨基甲酸盐解离，将移除的气体冷凝成液体氨基甲酸盐再循环流CR2。冷凝器MPC还可以接收来自闪蒸容器F1的气体G2和来自HPCC的未冷凝气体G3以及来自R的(未示出)废气。使用泵(未示出)将来自MPC的冷凝物作为液体氨基甲酸盐再循环CR1送至合成区段，具体地讲送至HPCC冷凝器的壳体空间，其通常与来自回收区段REC的液体氨基甲酸盐再循环(CR2)合并。冷凝器HPCC具有通向反应器的冷凝物C的液体流连接部。另选地或除此之外，能够绕过汽提器S将USS的一部分从R送至管束T2，例如送至F。在管束T1中，水(通常为冷凝物)转化成蒸汽(未示出)。
如本文所用，“一”和“一个”包括一个或多个。术语“包含”允许存在不是所述那些的其他元素。上文已部分地结合附图描述了各种示例性实施方案，但本发明不限于这些实施方案。单独描述的实施方案的特征通常能够彼此组合，这对于技术人员而言将是显而易见的。生产方法的步骤能够利用本发明装置的对应单元和流体流连接部来实现。本发明的方法优选地在如所述的装置中并使用如所述的高压氨基甲酸盐冷凝器进行，其中所有优选的装置特征同样适用于该方法。权利要求中的附图的参考标记仅提供示例性说明，并且不限制权利要求。

Claims (24)

1.一种高压氨基甲酸盐冷凝器(100)，其包括管壳式换热器(101)，所述管壳式换热器包括容器(102)，所述容器包括壳体(1)和至少一个管束(103)，其中所述壳体(1)包封容器空间(104)，其中所述管束(103)包括具有端部(3)的管(2)，并且其中壳体空间(105)设置在所述管(2)和所述壳体(1)之间，
其中所述换热器还包括位于所述容器空间(104)中的再分配室(7)，其中所述再分配室包括壁(8)，所述壁用于将所述壳体空间(105)中的第一流体与所述再分配室(7)内部的第二流体分隔开，
其中多个所述管(2a, 2b)连接到单个再分配室(7)，使得所述第二流体能够在所述管(2a, 2b)和所述再分配室(7)之间流动，
其中所述冷凝器(100)还包括管道(9)，所述管道从所述壳体(1)中的所述第二流体的开口(10)通过所述容器空间(104)延伸至所述再分配室(7)，使得所述第二流体能够通过所述再分配室(7)和所述管道(9)在管端(3)和所述壳体中的所述第二流体的所述开口(10)之间流动。
2.根据权利要求1所述的高压氨基甲酸盐冷凝器，
其被构造用于在所述壳体空间(105)中冷凝氨基甲酸盐，
其中所述容器包括通向所述壳体空间(105)的气体入口(4)和来自所述壳体空间(105)的液体的出口(5)，
其中所述容器还包括连接到所述气体入口(4)的气体分配器(6)，以用于将待冷凝的气体分配在所述壳体空间中。
3.根据权利要求2所述的高压氨基甲酸盐冷凝器，
其中所述冷凝器包括至少两个所述管道，其包括入口管道和出口管道，并且包括至少两个所述再分配室，其包括用于将来自所述入口管道的冷却流体进料分配至多个管的入口再分配室以及用于将来自多个管的加热的冷却流体合并到所述出口管道的出口再分配室。
4.根据权利要求3所述的高压氨基甲酸盐冷凝器，其中所述冷凝器被构造用于在操作时水平定位，其中所述管包括直管部分或由直管部分组成，并且其中所述气体分配器和所述直管部分平行布置。
5.根据权利要求4所述的高压氨基甲酸盐冷凝器，其中所述管束包含U形管，其中每个管具有弯曲部和两个腿部。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的高压氨基甲酸盐冷凝器，其中所述壳体包括基本上圆柱形的中间部分和在相对端部处封闭所述中间部分的两个顶盖部分，
并且其中所述壳体空间是由所述中间部分和顶盖部分限定的单个壳体空间，使得流体能够从所述气体分配器流动到两个所述顶盖部分。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的高压氨基甲酸盐冷凝器，其中所述再分配室包括提供所述再分配室的壁的多个元件，并且其中所述元件中的至少一个是可打开和可闭合的，以用于提供通向所述再分配室的内部的通路。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的高压氨基甲酸盐冷凝器，
-其中多个再分配室彼此堆叠，
-并且其中具有镗孔的板元件是所述多个再分配室共用的。
9.根据权利要求8所述的高压氨基甲酸盐冷凝器，
其中所述管束包含U形管，其中每个管具有弯曲部和两个腿部，并且其中所述多个再分配室包括相同U形管束的入口再分配室和出口再分配室，其布置在再分配室的相同堆叠中。
10.根据权利要求1-5中任一项所述的高压氨基甲酸盐冷凝器，其中每个管道具有与再分配室的壁连接的第一管道端部和与壳体连接的第二端部。
11.根据权利要求10所述的高压氨基甲酸盐冷凝器，其中第一管道端部与壁中的开口对齐，并且第二管道端部与壳体中的开口对齐，使得流体能够从壳体外部通过管道流至再分配室；其中管道至少部分位于容器中；其中第一管道端部位于容器中；其中管道延伸穿过容器空间，且其中管道的外表面暴露于壳体空间。
12.根据权利要求10所述的高压氨基甲酸盐冷凝器，其中第一管道端部连接到再分配室。
13.根据权利要求12所述的高压氨基甲酸盐冷凝器，其中第一管道端部利用焊接部连接到再分配室。
14.根据权利要求12或13所述的高压氨基甲酸盐冷凝器，其中第一管道端部置于连接到再分配室的管端的径向外侧。
15.一种尿素生产装置，其包括高压尿素合成区段，所述高压尿素合成区段包括反应器、汽提器和高压氨基甲酸盐冷凝器，其中所述高压氨基甲酸盐冷凝器根据前述权利要求中任一项所述，并且其中任选地，所述反应器和所述高压氨基甲酸盐冷凝器组合在单个容器中，其中容器具有连接到所述汽提器的液体出口。
16.根据权利要求15所述的尿素生产装置，其中所述高压氨基甲酸盐冷凝器包括管束，所述管束通过再分配室和管道连接到还包含氨基甲酸盐的尿素溶液的进料管线，其中所述进料管线连接到所述汽提器以用于从所述汽提器接收汽提的尿素溶液，和/或其中所述进料管线连接到所述反应器以用于从所述反应器接收所述尿素溶液的一部分。
17.根据权利要求16所述的尿素生产装置，其中所述进料管线包括膨胀装置和用于将气体与所述膨胀的尿素溶液分离的气/液分离器，并且其中所述进料管线被构造用于将所述膨胀的尿素溶液的至少一部分供应至所述管道。
18.根据权利要求16或17所述的尿素生产装置，其中所述管束通过再分配室和管道连接到气/液分离器，所述气/液分离器具有通向回收区段的液体流连接部以及通向第二冷凝器的气体流连接部。
19.根据权利要求18所述的尿素生产装置，其中所述第二冷凝器在中压下操作。
20.根据权利要求18所述的尿素生产装置，其中所述第二冷凝器与所述尿素装置的蒸发区段热交换接触。
21.权利要求18所述的尿素生产装置，其中所述第二冷凝器具有用于使氨基甲酸盐再循环至所述高压氨基甲酸盐冷凝器的液体流连接部。
22.一种尿素生产方法，其中尿素在反应器中形成以产生尿素合成溶液，所述尿素合成溶液的至少一部分在汽提器中汽提以产生汽提的尿素溶液，并且其中来自所述汽提器的气体在高压氨基甲酸盐冷凝器中冷凝，其中所述方法在根据权利要求15-21中任一项所述的装置中进行，和/或其中所述高压氨基甲酸盐冷凝器根据权利要求1-14中任一项所述。
23.根据权利要求22所述的尿素生产方法，其中所述管道中的至少一个在所述管道的内部和外部两者上均与包含氨基甲酸盐的溶液接触，并且其中至少一个管束的所述管在内部和外部两者上均与包含氨基甲酸盐的溶液接触。
24.根据权利要求23所述的尿素生产方法，其中将来自所述汽提器的所述气体供应至所述冷凝器的所述壳体空间，其中使所述汽提的尿素溶液的至少一部分和/或未送至所述汽提器的所述尿素合成溶液的一部分膨胀同时还包含氨基甲酸盐，并且其中所述膨胀的尿素溶液的至少一部分任选地在气/液分离之后，通过如权利要求1-14中任一项中限定的管道和再分配室供应至所述高压氨基甲酸盐冷凝器的管束，并且通过与所述壳体空间中的冷凝工艺介质进行热交换在所述管束中加热，使得所述尿素溶液中的氨基甲酸盐在所述管束中分解。
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