CN113348026B - 用于在尿素设备中使用的高压汽提塔 - Google Patents

Abstract

用于汽提尿素/氨基甲酸盐混合物的管壳式汽提塔、相关系统、方法和用途。汽提塔包括外壳和设置在外壳内的多个管。挡板和偏转器提供了汽提塔的外壳侧空间中的加热流体流的改进的均匀性。

Description

用于在尿素设备中使用的高压汽提塔

技术领域

本发明在于尿素制造领域，具体地是在于用于分解氨基甲酸盐和从尿素设备中的尿素反应器中汽提尿素/氨基甲酸盐混合物中的氨的高压汽提塔的领域。

背景技术

高压汽提塔在尿素设备中通过从液体尿素/氨基甲酸盐混合物中去除氨基甲酸盐来浓缩尿素。尿素/氨基甲酸盐混合物是来自反应器的尿素、氨基甲酸铵、游离氨和水的溶液，其中尿素通过氨和CO₂反应成氨基甲酸铵(也称为氨基甲酸盐)并随后对氨基甲酸盐进行脱水以产生尿素而形成。实际上，氨基甲酸盐向尿素的转化从来都不是完全的，并且离开尿素反应器的溶液总是包括一些氨基甲酸盐和游离氨。

去除氨基甲酸盐并浓缩溶液的常用方法包括使用在与尿素反应器的压力相似的压力下操作的管式热交换器(称为高压汽提塔)。在通过加热介质(诸如蒸汽)提供的热量的影响下，尿素和氨基甲酸盐混合物中的氨基甲酸铵分解，以形成气态NH₃和CO₂。这些NH₃和CO₂气体从汽提塔中去除。因此，产生了液体尿素，该液体尿素被收集在汽提塔的底部处。

目前存在两类高压汽提塔：CO₂汽提塔和自汽提塔。

在CO₂汽提塔中，CO₂用作汽提气体。CO₂被供给到高压汽提塔的底部，并且氨基甲酸铵的分解期间所产生的NH₃和CO₂被CO₂汽提气体夹带。

在自汽提塔中，没有汽提气体被添加到汽提塔，但是在氨基甲酸铵分解期间形成的NH₃和CO₂用作汽提气体。

汽提塔包括管和外壳、顶端和底端。在正常使用期间，顶端位于汽提塔的顶部处，并且底端位于汽提塔的底部处。在顶端处，尿素/氨基甲酸盐混合物分布在管中，并且包括汽提气体和在氨基甲酸盐分解期间形成的夹带的NH₃和CO₂的气体混合物离开汽提塔。在底端处，收集被汽提的尿素溶液。在CO₂汽提塔的情况下，CO₂汽提气体被提供给氨基甲酸盐分解器的底端。

在正常操作期间，管大致竖直安装。管围成管侧空间。外壳侧空间设置在管和外壳之间。汽提气体和尿素/氨基甲酸盐混合物逆流行进通过管侧空间，同时尿素/氨基甲酸盐混合物通过外壳侧空间中的加热介质(通常为蒸汽)被加热。尿素/氨基甲酸盐混合物以降膜模式流入管中，而气体在管的内部部分中上升。

期望的是扩大这种汽提塔的规模，以便以成本有效的方式制造大量尿素。不幸的是，扩大这些汽提塔的规模并不总是容易的，并且在扩大规模期间往往会出现许多意想不到的问题。

发明内容

发明人在管壳式汽提塔的扩大规模期间标识了两个问题：严重的管腐蚀和低效汽提。这些问题通过当前所公开的汽提塔、系统和方法来解决。

具体地，本文提供了一种用于汽提尿素/氨基甲酸盐混合物的管壳式汽提塔，该管壳式汽提塔包括顶端，所述顶端通过设置在外壳内的多个管与底端流体连通；顶端包括用于尿素/氨基甲酸盐混合物的入口、和用于包括汽提气体和一种或多种所汽提的化合物的气体混合物的出口；底端包括用于浓缩在尿素中的尿素/氨基甲酸盐流的出口；该管壳式汽提塔还包括加热流体入口和加热流体出口、和蒸汽带式分配器和入口偏转器，该加热流体入口和加热流体出口与设置在多个管和外壳之间的外壳侧空间流体连通，所述蒸汽带式分配器和入口偏转器用于使蒸汽入口附近的蒸汽流均匀化；该管壳式汽提塔具有纵向方向和横向横截面，该纵向方向平行于管，而该横向横截面垂直于纵向方向；其中多个挡板布置在外壳侧空间中，该挡板在外壳侧空间中限定多通道横流，其中挡板平行于横向横截面；其特征在于，汽提塔还包括定位在流动路径中的多个偏转器，其中偏转器相对于挡板成斜角或直角。

在一些实施例中，至少80％的偏转器与挡板相关联，优选地其中，至少90％的偏转器与挡板相关联。

在一些实施例中，与挡板相关联的偏转器物理附接到所述偏转器相关联的所述挡板。

在一些实施例中，汽提塔包括多于3000个管、或多于4000个管、或多于5000个管、或多于6000个管、或多于7000个管、或3000至7000个管、或4000至6000个管、或5000至7000个管、或5000至10000个管。

在一些实施例中，偏转器与挡板所成的角度在10.0°与90.0°之间；和/或偏转器沿着穿过管壳式汽提塔的平行于纵向方向的横截面描绘在10.0°与80.0°之间的弧，和/或偏转器沿着穿过管壳式汽提塔的横向横截面描绘10.0°与80.0°之间的弧。

在一些实施例中，偏转器是拱形的。

在一些实施例中，偏转器和/或挡板被穿孔，可选地其中穿孔是圆形的。

在一些实施例中，挡板是单段式挡板，每个分式挡板都被成形为具有弦的圆弓形段，其中单段式挡板在小于1.0％的误差幅度内垂直于纵向方向，其中单段式挡板沿着管壳式汽提塔的纵向方向连续定位，其中单段式挡板的方向沿着管壳式汽提塔的纵向方向变化，并且其中偏转器被定位在连续的单段式挡板之间。

在一些实施例中，挡板是包括盘形挡板和环形挡板的盘环式挡板，每个盘形挡板被成形为盘，而每个环形挡板被成形为包括孔的环，盘形挡板的直径在小于10.0％的误差幅度内等于或大于环形挡板中的孔的直径，盘形挡板和环形挡板在小于1.0％的误差幅度内垂直于纵向方向定位，盘形挡板和环形挡板沿管壳式汽提塔的纵向方向连续交替定位，其中偏转器被定位在相邻的盘形挡板和环形挡板之间。

在一些实施例中，挡板是包括外挡板和内挡板的双段式挡板，每个外挡板都被成形为具有弦的圆弓形段，两个外挡板被布置在穿过管壳式汽提塔的横向横截面的对置侧，内挡板被成形为在外挡板之间的镜像对称区域，两个外挡板和内挡板被定位成在小于1.0％的误差幅度内垂直于纵向方向，其中两个外挡板和内挡板沿着管壳式汽提塔的纵向方向交替定位，并且其中偏转器被定位在相邻的内挡板和外挡板之间。

在一些实施例中，挡板是包括外挡板和内挡板的双段式挡板，每个外挡板都被成形为具有弦的圆弓形段，两个外挡板被布置在穿过管壳式汽提塔的横向横截面的对置侧，内挡板被成形为在具有平行弦的两个圆弓形段之间的镜像对称区域，两个外挡板和内挡板被定位成在小于1.0％的误差幅度内垂直于纵向方向，其中两个外挡板和内挡板沿着管壳式汽提塔的纵向方向交替定位，并且其中偏转器被定位在相邻的内挡板和外挡板之间。

在一些实施例中，第二加热流体入口与外壳侧空间流体连通，并安装在前面所述的加热流体入口和加热流体出口之间。

还提供了一种用于生产尿素的系统，该系统包括氨基甲酸盐冷凝器、尿素反应器和如本文提供的管壳式汽提塔。

还提供了如本文所述的管壳式汽提塔用于汽提尿素-氨基甲酸盐混合物的用途。

还提供了一种用于汽提尿素/氨基甲酸盐混合物的方法，该方法包括以下步骤：

提供如本文所述的汽提塔；

将尿素/氨基甲酸盐混合物提供给用于尿素/氨基甲酸盐混合物的入口；

通过加热流体入口向外壳侧空间提供加热流体；

使尿素/氨基甲酸盐混合物和汽提气体在设置在管内的管侧空间中接触，并通过加热流体加热尿素/氨基甲酸盐混合物，从而获得浓缩在尿素中的尿素/氨基甲酸盐流；

在用于浓缩在尿素中的尿素/氨基甲酸盐流的出口处，提取浓缩在尿素中的尿素/氨基甲酸盐流；

在用于包括一种或多种所汽提的化合物的气体混合物的出口(112)处，提取所述气体混合物，所述一种或多种所汽提的化合物包括NH₃、CO₂和水；

在加热流体出口处，提取加热流体。

附图说明

本发明的具体实施例的附图的以下描述仅作为示例给出，并不旨在限制本解释、其应用或用途。在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的部件和特征。

图1示出了CO₂汽提塔(100)的实施例。

图2示出了自汽提塔(100)的实施例。

图3和图4示出了用于使蒸汽入口附近的蒸汽均匀化的带式分配器的实施例和引导挡板的实施例的联合功能。

图5示出了在用于汽提尿素-氨基甲酸盐混合物的管壳式汽提塔中使用具有分段式挡板(134)的偏转器(137)的实施例。

图6示出了汽提塔的在两个单段式挡板之间的部分的实施例。

图7和图8示出了包括盘环式挡板(1360，1361)的汽提塔的实施例。

图9和图10示出了包括双段式挡板(1351，1352)的汽提塔的实施例。

图11示出了其中可以使用目前公开的技术的特定类型的尿素设备的高压部分的示例。

图12示出了在用于汽提尿素/氨基甲酸盐混合物的现有技术管壳式汽提塔的管中同时发生的两种腐蚀图案。在一些操作模式中，图4a中示出的腐蚀图案发生在CO₂汽提塔中，而图4b中示出的腐蚀图案发生在自汽提汽提塔中。

图13示出了用于汽提尿素/氨基甲酸盐混合物的现有技术管壳式汽提塔的管中同时发生的气体密度和腐蚀速率。

图14是作为被较少加热的管和被更多加热的管中的位置的函数的气体密度的示意性表示。

图15示出了套圈(700)的示例。

图16示出了几种示例性挡板类型。

图17示出了具有两个加热流体入口的CO₂汽提塔的实施例。

在说明书和附图中使用了以下附图标记：

100-汽提塔；101-汽提气体进料；102-用于尿素/氨基甲酸盐流的管；103-用于包括汽提气体和一种或多种所汽提的化合物的流的管；104-用于浓缩在尿素中的尿素/氨基甲酸盐流的管；110-顶端(正常使用期间位于汽提塔的顶部上)；111-用于尿素/氨基甲酸盐混合物的入口；112-用于气体混合物的出口；120-底端(正常使用期间位于汽提塔的底部处)；121-用于汽提气体的入口；122-用于浓缩在尿素中的尿素/氨基甲酸盐溶液的出口；130-外壳侧空间；131-加热流体入口；132-第二加热流体入口；133-加热流体出口；134-单段式挡板；1351-外挡板；1352-内挡板；1353-分段平衡挡板；1360-盘形挡板；1361-环形挡板；137-偏转器；138-穿孔；1371-偏转器部件；140-管侧空间；150-管；151-顶部管板；152-底部管板；153-腐蚀区域；154-结垢区域；160-外壳；170-蒸汽带式分配器；171-带形空间；173-流管线；175-侧部开口；176-中心开口；177-等压线；178-蒸汽带式分配器的穿孔区域；179-蒸汽带式分配器的非穿孔区域；200-反应器；201-用于NH₃、CO₂、水和惰性气体的蒸气的管；300-氨基甲酸盐冷凝器；301-用于气态流的管；302-用于氨基甲酸盐溶液流的管；400-洗涤器；401-用于从下游部分供给的氨基甲酸盐溶液的管；402-用于惰性气体流的管；500-加热流体供应部；501-蒸气生成器；502-到外部加热流体供应部的连接件；503-用于加热流体流的管；504-用于冷却的加热流体流的管；600-高压注射器；601-氨进料；700-套管；710-用于尿素/氨基甲酸盐混合物的孔；720-用于气体的孔；800-障碍区域；810-无障碍区域；1000-尿素设备的高压部分；H-蒸汽带式分配器的高度。

具体实施方式

如本文中以下所用，单数形式“一”、“一个”、“该或所述”包括单数和复数两者，除非上下文中另有明确指示。

下面使用的术语“包括(comprise或comprises)”与“包含(including或include)”或“含有(contain或contains)”同义，并且是包含性的或开放性的，并且不排除附加未提及的部分、元素或方法步骤。在本说明书涉及“包括”特定特征、零件或步骤的产品或过程的情况下，这指的是也可能存在其他特征、零件或步骤，但也可以指仅包含所列特征、零件或步骤的实施例。

通过数字范围对数值进行枚举包括这些范围内的所有值和分数、以及所引用的端点。

当涉及可测量的值(诸如参数、数量、时间段等)时使用的术语“大约”旨在包括指定值的并与指定值的+/-10％或更小，优选地+/-5％或更小，更优选地+/-1％或更小，并且还更优选地+/-0.1％或更小的变化，只要这些变化适用于本文公开的发明。应当理解的是，术语“大约”本身所指的值也已经被公开。

在本说明书中引用的所有参考文献在此被认为是通过引用整体并入。

除非另有定义，本发明中公开的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常赋予所述术语的含义。为了进一步的指导，包括定义以进一步解释在本发明的描述中使用的术语。

在扩大用于分解尿素-氨基甲酸盐混合物的高压管壳式汽提塔的过程中，观察到显著的腐蚀图案。特别是，发现用于分解尿素-氨基甲酸盐混合物的高压汽提塔中的一些管比其它管遭受更严重的腐蚀。在本发明不受任何特定理论或操作模式的限制的情况下，认为与腐蚀相关的问题与在高温下由氨基甲酸铵引起的管腐蚀有关。进一步发现，与腐蚀相关的问题可以通过管的不均匀加热来解释；氨基甲酸铵在较高的温度下导致更严重的腐蚀，使得管的不均匀加热导致不均匀的腐蚀。在正常操作期间，本文公开的方法和装置提高了液态氨基甲酸铵相中的温度均匀性，并且因此，侧向温度变化减小。这进而提高了管被加热的均匀性，减少了管腐蚀，并增加了汽提塔的使用寿命。

发明人进一步发现，与腐蚀相关的问题可以通过本文公开的汽提塔设计来解决。因此，可以确保根据本发明的汽提塔中的管具有约20至30年的预期寿命。

虽然本发明是在使汽提塔扩大规模的情况下发现的，但不认为本发明提供的优点以任何方式局限于任何特定大小的汽提塔。

如本文使用的术语“氨基甲酸盐”是指氨基甲酸铵。如本文使用的术语“尿素/氨基甲酸盐混合物”是指包含尿素、氨基甲酸铵、氨和水的混合物。在一些实施例中，尿素/氨基甲酸盐混合物由31wt％至34wt％的尿素、32wt％至35wt％的氨基甲酸铵、16wt％至18wt％的氨、0.1wt％至0.3wt％的缩二脲组成，余量由水构成。

如本文所用的表述“汽提尿素/氨基甲酸盐混合物”是指分解混合物中所包含的氨基甲酸铵以形成氨和二氧化碳的过程。所形成的氨和二氧化碳被汽提气体夹带。而且，尿素/氨基甲酸盐混合物中所包含的水也至少部分被汽提气体夹带。

汽提塔作为也包含尿素反应器的尿素设备中的高压汽提塔特别有用。这种汽提塔通常在类似于尿素反应器的压力的压力下操作。

本文提供了一种用于汽提尿素/氨基甲酸盐混合物的管壳式汽提塔。本发明适用于用于汽提尿素/氨基甲酸盐混合物的任何类型的汽提塔。特别地，本发明适用于自汽提塔和CO₂汽提塔两者。在CO₂汽提塔中，CO₂用作汽提气体。CO₂被供给到高压汽提塔的底部，并且氨基甲酸铵的分解期间产生的NH₃和CO₂被CO₂汽提气体夹带。在自汽提塔中，没有汽提气体被添加到汽提塔，但是在氨基甲酸铵分解期间形成的NH₃和CO₂用作汽提气体。

因此，在一些实施例中，汽提塔是CO₂汽提塔，并且汽提气体是CO₂。

替代性地，在一些实施方案中，汽提塔是自汽提塔，并且汽提气体是由氨基甲酸盐分解生成的NH₃和CO₂。当汽提塔是自汽提塔时，该汽提塔的底端不包括用于汽提气体的入口。尽管如此，自汽提塔的底端优选地包括用于钝化气体流的入口。优选地，空气被用作钝化气体流。请注意，钝化气体流的流率非常低，以至于所述钝化气体流不以任何有意义的方式对汽提过程本身做出贡献。钝化空气的典型流率为50至250kg/小时、或50至500kg/小时空气。

汽提塔的顶端包括用于尿素/氨基甲酸盐混合物的入口、和用于包含汽提气体和一种或多种所汽提的化合物的气体混合物的出口。当尿素/氨基甲酸盐混合物被汽提时，一种或多种所汽提的化合物包括NH₃、CO₂和水。

汽提塔包括顶端和底端。顶端通过设置在外壳内的多个管与底端流体连通。等效地，顶端可以被称为第一端，而底端可以被称为第二端。

顶端包括用于尿素/氨基甲酸盐混合物的入口、和用于包含汽提气体和一种或多种所汽提的化合物的气体混合物的出口。

底端包括用于浓缩在尿素中的尿素/氨基甲酸盐流的出口。

在管和外壳之间，汽提塔包括外壳侧空间。加热流体入口和加热流体出口与外壳侧空间流体连通。优选地，加热流体入口被设置成与汽提塔的顶端相邻，并且加热流体出口被设置成与汽提塔的底端相邻。

汽提塔具有纵向方向和横向横截面。纵向方向平行于管。换句话说，纵向方向是连接顶端和底端的方向。横向横截面垂直于纵向方向。换句话说，术语“穿过汽提塔的横向横截面”是指在垂直于管的平面内穿过汽提塔的横截面。优选地，汽提塔是圆柱形的。换句话说，汽提塔优选地具有圆形横向横截面。

多个挡板布置在外壳侧空间内。挡板包括用于使加热流体通过的开口。挡板被布置成在外壳侧空间中限定曲折的流动路径。换句话说，挡板被布置成在外壳侧空间中限定多通道横流路径。挡板沿着流动路径连续排列，优选地均匀排列。这增强了加热流体和管之间的热传递。

优选地，连续挡板中的开口被定位在不同的位置处。例如，两个连续挡板中的开口可以设置在对置侧处。

挡板在小于10.0°、或小于8.0°、或小于6.0°的误差幅度内与横向横截面平行。优选地，挡板在小于5.0°、或小于4.0°、或小于3.0°、或小于2.0°、或小于1.0°、或小于0.50°、或小于0.25°、或小于0.10°的误差幅度内与横向横截面平行。甚至更优选地，挡板在小于1.0°、小于0.50°、或小于0.25°、或小于0.10°的误差幅度内与横向横截面平行。

汽提塔还包括在外壳侧空间中的多个偏转器。特别地，偏转器和挡板由单独的片状金属板制成。偏转器被定位在流动路径中，并且相对于挡板成斜角或直角。偏转器相对于挡板成斜角和/或直角。

本文提供的汽提塔受益于减少的腐蚀并提供更好的汽提效率，即使当该汽提塔被扩大规模到非常大的尺寸时。在本发明不受任何特定理论或操作模式的界限的情况下，认为减少腐蚀是由于加热管内部的尿素/氨基甲酸盐混合物的更均匀分布的加热流体流。该机制在示例中详细说明。

在一些实施例中，至少10.0％、或至少20.0％、或至少30.0％、或至少40.0％、或至少50.0％、或至少60.0％、或至少70.0％、或至少80.0％、或至少90.0％的偏转器与挡板相关联。换句话说，这些偏转器被定位成与挡板相邻，并且被布置成与该挡板协作以成形加热流体的流动路径。

在一些实施例中，与挡板相关联的偏转器小于所述偏转器所相关联的挡板。

在一些实施例中，与挡板相关联的偏转器具有所述偏转器所相关联的挡板相同的尺寸，可选地在5.0、2.0或1.0cm的误差幅度内。

在一些实施例中，与挡板相关联的偏转器大于所述偏转器所相关联的挡板。

在一些实施例中，与挡板相关联的偏转器物理附接到所述偏转器所相关联的挡板。

在一些实施例中，偏转器被定位与所述偏转器所相关联的挡板相距在1.0mm与50.0mm之间的距离处、或者在2.0mm与25.0mm之间的距离处、或者在5.0mm与12.5mm之间的距离处、或者在7.5mm与10.0mm之间的距离处。

在一些实施例中，汽提塔包括单段挡板，并且每个单段挡板与至少一个(优选地，两个)偏转器相关联。优选地，单段挡板与两个偏转器相关联，一个偏转器在单段挡板的上游，而一个偏转器在单段挡板的下游。更优选地，至少一个单段挡板(优选地除了外挡板之外的每个单段挡板)与四个偏转器相关联，两个偏转器在单段挡板的上游，而两个偏转器在单段挡板的下游。单段挡板的上游的两个偏转器优选地被定位在挡板的对置边缘处。同样地，单段挡板的下游的两个偏转器优选地被定位在挡板的对置边缘处。

注意，术语“外挡板”用于指最靠近入口的挡板，和最靠近出口的挡板。

最靠近入口的单段挡板优选地与三个偏转器相关联，两个偏转器在该挡板的下游，而一个偏转器在该挡板的上游。该挡板的上游的偏转器优选地被定位在单段挡板的相对于加热流体入口的远边缘处。

最靠近出口的单段挡板优选地与三个偏转器相关联，两个偏转器在该挡板的上游，而一个偏转器在该挡板的下游。该挡板的下游的偏转器优选地被定位在单段挡板的相对于加热流体出口的远边缘处。

如前所提及那样，汽提塔包括外壳和设置在外壳内的多个管。在一些实施例中，管竖直地设置在外壳内。在一些实施例中，管具有大于3.0m、大于4.0m或大于5.0m的长度。在一些实施例中，管具有在4.0m与8.0m之间的长度，或者在5.0m与7.0m之间的长度。优选地，管具有在5.0m与6.0m之间的长度。

管优选地具有在20.0mm与40.0mm之间的外径。

在CO₂汽提塔的情况下，管优选地具有在20.0mm与40.0mm之间，或者在25.0mm与35.0mm之间的外径。

在自汽提塔的情况下，管优选地具有在20.0mm与30.0mm之间的外径。在CO₂汽提塔的情况下，管优选地具有在30.0mm与35.0mm之间的外径。

在一些实施例中，汽提塔包括多于3000个管、或多于4000个管、或多于5000个管、或多于6000个管、或多于7000个管。在一些实施例中，汽提塔包括3000个至7000个管、或4000个至6000个管、或5000个至7000个管、或5000个至10000个管。

优选地，管由不锈钢制成。

在优选的操作模式中，尿素/氨基甲酸盐混合物作为液膜沿着管壁向下流动，并且汽提气体向上流动通过管的中心。

在一些实施例中，外壳是圆筒形的，并且外壳具有在2.0m与6.0m之间、或者在3.0m与5.0m之间的外径。

如前所提及的那样，汽提塔包括顶端和底端。在正常使用期间，汽提塔的顶端被定位在汽提塔的顶部处，而底端被定位在汽提塔的底部处。换句话说，汽提塔包括顶部和底部。在正常使用期间，顶端被定位在汽提塔的顶部处，而底端被定位在汽提塔的底部处。

管设置在顶端与底端之间。管侧空间设置在管内，并且外壳侧空间设置在管和外壳之间。顶端和底端与管侧空间流体连通。换句话说，顶端通过设置在外壳内的多个管与底端流体连通。外壳侧空间不与顶端和底端流体连通。外壳侧空间例如通过顶部管板与顶端分离。外壳侧空间例如通过底部管板与底端分离。当顶端通过顶部管板与外壳侧空间分离时，管和顶端之间的流体连通由顶部管板中的穿孔来提供。当底端通过底部管板与外壳侧空间分离时，管和底端之间的流体连通由底部管板中的穿孔来提供。优选地，顶部管板中和底部管板中的穿孔是圆形的，管是圆筒形的，并且穿孔具有在小于10.0％、5.0％、2.0％或1.0％的误差幅度内等于管的直径的直径。

底端包括用于浓缩在尿素中的尿素/氨基甲酸盐流的出口。在一些实施方案中，浓缩在尿素中的这种尿素/氨基甲酸盐流包括未反应的氨基甲酸铵，例如，在0.0wt％与30.0wt％之间、或10.0wt％与20.0wt％之间、或10.0wt％与15.0wt％之间、或15.0wt％与25.0wt％之间的氨基甲酸铵。

在一些实施方案中，浓缩在尿素中的尿素/氨基甲酸盐物流包可以游离氨，例如在0.0wt％与20.0wt％之间、或0.5wt％与1.0wt％之间、或0.5wt％与20wt％之间、或10wt％与15wt％之间的游离氨。

在一些实施例中，例如在上述指定浓度下，浓缩在尿素中的尿素/氨基甲酸盐流包括游离氨和氨基甲酸铵两者。

在一些实施例中，挡板和偏转器之间的角度至少为45°。特别地，挡板和偏转器之间的角度在与挡板的45.0°与90.0°之间、或者在50.0°与85.0°之间、或者在55.0°与80.0°之间、或者在60.0°与75.0°之间、或者在65.0°与70.0°之间。更特别地，挡板和偏转器之间的角度在45.0°与90.0°之间。

应该理解的是，以上结合挡板对偏转器的描述适用于汽提塔的中心级(即，在汽提塔的顶端和底端之间)的构造。在汽提塔的顶端处，蒸汽带式分配器附近的偏转器构造优选地适用。这些构造在本文的其他地方进行描述。

在一些实施例中，偏转器是拱形的。

在一些实施例中，偏转器描述了弧，例如在0.0°与5.0°之间、或在5.0°与15.0°之间、或在15.0°与30.0°之间的弧。

在一些实施例中，偏转器描述了沿着穿过管壳式汽提塔的平行于纵向方向的横截面在0.0°与5.0°之间、或在5.0°与15.0°之间、或在15.0°与30.0°之间的弧。

在一些实施例中，偏转器描述了呈三维的弧。换句话说，在一些实施例中，偏转器具有三维曲率。优选地，偏转器描述了小于30.0°的弧。

在一些实施例中，偏转器描述了沿着穿过管壳式汽提塔的横截面在0.0°与5.0°之间、或在5.0°与15.0°之间、或在15.0°与30.0°之间的弧。

在一些实施例中，偏转器是平坦的。换句话说，在一些实施例中，偏转器具有零曲率。在一些实施例中，偏转器是弯曲的。在一些实施例中，偏转器是凸起的。在一些实施例中，偏转器是凹入的。

偏转器和挡板可以协作以均化外壳侧空间中的加热流体流。

在一些实施例中，偏转器被穿孔。

在一些实施例中，挡板被穿孔。

在一些实施例中，穿孔是圆形的。

换句话说，在一些实施例中，偏转器和/或挡板包括多个穿孔。在一些实施例中，挡板中的至少一些穿孔是圆形的，以容纳管。在一些实施例中，所有穿孔都是圆形的。优选地，穿孔具有大于管的外径的直径。例如，穿孔具有比管的直径大1.0％至10.0％，或2.0％至5.0％，或1.0％至3.0％的直径。在这些实施例中，偏转器或挡板中的穿孔的数量优选地等于或大于穿过该偏转器或挡板的管的数量。应当理解的是，偏转器是与管不同的部件，并且布置在管之间的外壳侧空间中。一般来说，偏转器和挡板包括金属板，并且可以被穿孔或不被穿孔。与挡板相关联的金属板是平坦的，而与偏转器相关联的金属板是平坦的或弯曲的。相反，管是管状结构，并且是封闭的。换句话说，管没有被穿孔。

优选地，穿过偏转器挡板的穿孔是椭圆形的。这种穿孔非常适合于通过倾斜布置的偏转器容纳竖直布置的管。在一些实施例中，挡板被均匀间隔开，即，在汽提塔的纵向方向上相邻挡板之间的距离在25.0％、15.0％、10.0％、5.0％、1.0％或0.50％的误差幅度内是恒定的。在一些实施例中，挡板中的穿孔在25.0％、15.0％、10.0％、5.0％、2.0％或1.0％的误差幅度内具有一致的尺寸。

在一些实施例中，任何管和所述管穿过其伸出挡板或偏转器的穿孔之间的空间小于管的直径的1.0％、2.0％、3.0％、5.0％或10.0％。在一些实施例中，任何管和该管穿过其伸出挡板或偏转器的穿孔之间的空间在管的直径的0.0％与1.0％之间、或在管的直径的1.0％与2.0％之间、或在管的直径的2.0％与3.0％之间、或在管的直径的3.0％与5.0％之间、或在管的直径的5.0％与10.0％之间、或在管的直径的0.5％与1.5％之间、或在管的直径的1.5％与2.5％之间、或在管的直径的2.5％与3.5％之间、或在管的直径的3.5％与5.5％之间、或在管的直径的5.5％与10.5％之间。

因此，穿孔的形状紧密地适形于穿过挡板伸出的管的边缘。在需要的地方，管和穿孔的边缘之间的大小裕度允许适应汽提塔中的热应变。

在一些实施例中，偏转器中穿孔的尺寸在该偏转器的顶端附近大于在该偏转器的底端附近。

在一些实施例中，每个挡板都具有与穿过该挡板的管的数量相等的穿孔数量。在这些实施例中，挡板在管之间是封闭的。

在一些实施例中，每个偏转器具有两种类型的穿孔：管穿过的一种类型的穿孔，和加热流体可以经过的另一类型的穿孔。在一些实施例中，偏转器中的加热流体经过的穿孔具有不同的尺寸。这些穿孔的不同尺寸允许平衡偏转器上的压降。

在一些实施例中，挡板是分段式挡板。分段式挡板在本领域中是已知的，并且包括单段式挡板和双段式挡板。分段式挡板优选地在小于10.0％，或小于5.0％，或小于2.0％，或小于1.0％的误差幅度内垂直于纵向方向。

单段式挡板可以被描述为如下所述的挡板：该挡板在一个端部处包括开口，并且除了可能存在穿孔之外，其他都是封闭的。对于具有圆形横向横截面的汽提塔的情况，单段式挡板被成形为圆弓形段。圆弓形段具有弦。

而且，单段式挡板沿着管壳式汽提塔的纵向方向连续定位，并且所述单段式挡板的取向沿着管壳式汽提塔的纵向方向变化。偏转器被定位在相邻的单段式挡板之间。优选地，偏转器被定位在单段式挡板的边缘处。

在一些实施例中，偏转器被定位为与单段式挡板的开口相邻。在一些实施例中，偏转器被定位成与单段式挡板的弦相邻。换句话说，在这些实施例中，偏转器被定位成与该偏转器所相关联的单段式挡板的边缘相邻。换句话说，在这些实施例中，偏转器平行于单段式挡板的弦定位、并且被定位在距分段式挡板的开口或弦的小于挡板的特征尺寸的10.0％、或小于挡板的特征尺寸的5.0％、或小于挡板的特征尺寸的1.0％的距离处。当单段式挡板被成形为圆弓形段时，该挡板的特征尺寸对应于该挡板的直径。

在一些实施例中，挡板是包括盘形挡板和环形挡板的盘环式挡板。每个盘形挡板被成形为盘。每个环形挡板被成形为包括孔的环。在一些实施例中，盘形挡板的直径在小于10.0％、或小于5.0％、或小于2.0％、或小于1.0％的误差幅度内等于环形挡板中的孔的直径。在一些实施例中，盘形挡板的直径比环形挡板中的孔大1.0％至30.0％、或2.0％至15.0％、或5.0％至10.0％。盘形挡板和环形挡板沿管壳式汽提塔的纵向方向交替定位。偏转器被定位在相邻的盘形挡板和环形挡板之间。

在一些实施例中，偏转器挡板被定位在距环形挡板中的孔的边缘小于环形挡板的外径的10.0％、或小于环形挡板的外径的5.0％、或小于环形挡板的外径的2.0％、或小于环形挡板的外径的1.0％的距离处。

在一些实施例中，环形挡板的中心孔的直径小于盘形挡板的直径。

盘环式挡板优选地在小于10.0％，或小于5.0％，或小于2.0％，或小于1.0％的误差幅度内垂直于纵向方向。

在一些实施例中，并且与盘形挡板相邻，偏转器在平行于盘形挡板的平面中具有圆形横截面。换句话说，在一些实施例中，并且与盘形挡板相邻，当从汽提塔的顶部观察时，偏转器挡板具有圆形横截面。优选地，偏转器在该横截面中的直径比相对应的盘形挡板的直径小1.0％至50.0％、或2.0％至25.0％、或5.0％至10.0％。

在一些实施例中，盘环式挡板之间的偏转器由多个不同的部分构成。

在一些实施例中，环形挡板是被成形为凸多边形的板，该凸多边形包括5条或更多条边，并且包括被成形为凸多边形的孔。换句话说，在一些实施例中，并且与盘形挡板相邻，当从汽提塔的顶部观察时，偏转器挡板具有圆形横截面。在一些实施例中，除了管通过所需的任何孔之外，盘形挡板被成形为实心(即，不包括任何孔)的凸多边形板。

优选地，盘形挡板与两个偏转器相关联，一个偏转器在盘形挡板的上游，而一个盘形挡板在盘形挡板的下游。优选地，偏转器从盘形挡板的边缘延伸到相邻的环形挡板的边缘。因此，偏转器每个都与盘形挡板和环形挡板相关联。

上游是朝向加热流体入口的方向。下游是朝向加热流体出口的方向。

在一些实施例中，挡板是双分段式挡板。双分段式挡板包括外挡板和内挡板。每个外挡板都被成形为圆弓形段，即，由圆的边缘和弦描绘的圆的区域。外挡板成对布置，且挡板对中的两个挡板布置在穿过管壳式汽提塔的横向横截面的对置侧。内挡板优选地被成形为在两个具有平行弦的圆弧段之间的镜像对称区域。特别地，当从汽提塔的顶部看时，内挡板优选地被定位在外挡板之间。两个外挡板和内挡板在小于10.0％，或小于5.0％，或小于2.0％，或小于1.0％的误差幅度内垂直于纵向方向。而且，所述外挡板和所述内挡板沿着管壳式汽提塔的纵向方向连续且交替地定位。偏转器被定位在连续的内挡板和外挡板之间。

在一些实施例中，两个外挡板之间在同一横向横截面中的间距在小于10.0％，或小于5.0％，或小于2.0％，或小于1.0％的误差幅度内等于内挡板的宽度。在一些实施例中，内挡板的宽度比外挡板之间的间距大1.0％至30.0％，或大2.0％至20.0％，或大5.0％至15.0％，或大8.0％至10.0％。内挡板和外挡板沿管壳式汽提塔的纵向方向交替地定位。偏转器被定位在相邻的内挡板和外挡板之间。

这些挡板构造在减少用于尿素-氨基甲酸盐分解的管壳式汽提塔的管中的腐蚀量方面是有效的。对于较大的(相当大的)汽提塔来说尤其如此。

优选地，内挡板与四个偏转器相关联，每个边缘处两个偏转器；两个偏转器在内挡板的上游，而两个偏转器在内挡板的下游。优选地，外挡板与两个偏转器相关联，一个偏转器在外挡板的上游，而一个偏转器在外挡板的下游。与内挡板相关联的偏转器延伸到相邻的外挡板。类似地，与外挡板相关联的偏转器延伸到相邻的内挡板。由上可知，偏转器分别与一个内挡板和一个外挡板相关联。

在一些实施例中，偏转器包括具有不同尺寸的穿孔。优选地，偏转器中的穿孔的直径在最靠近相关联的外挡板的偏转器边缘与最靠近相关联的内挡板的偏转器边缘之间从1.0％到50.0％、从2.0％到25.0％或从5.0％到10.0％变化。例如，穿孔朝向相对应的外挡板越大，而朝向相对应的内挡板越小。替代性地，穿孔可以朝向相对应的外挡板越小，而朝向相对应的内挡板越大。

在一些实施例中，分段式平衡挡板设置在内挡板和汽提塔的外壳之间。分段式平衡挡板被穿孔，以允许蒸汽通过。优选地，分段式平衡挡板包括具有不同直径的穿孔。优选地，穿孔越靠近外壳具有越大的直径。在一些实施例中，分段式平衡挡板中的穿孔的直径在分段式平衡挡板的最靠近相对应的挡板的边缘和分段式平衡挡板的最靠近外壳的边缘之间从1.0％到50.0％、从2.0％到25.0％、或者从5.0％到10.0％变化。

应该理解的是，以上结合单分段式挡板、双分段式挡板和盘环式挡板对偏转器的描述适用于汽提塔的中心级(即，汽提塔的顶端和底端之间)的构造。在汽提塔的顶端处，蒸汽带式分配器附近的偏转器构造优选地适用。这些构造在本文的其他地方进行描述。

在一些实施例中，汽提塔的顶端通过顶部管板中的套管连接到管。每个套管都是液体分隔器，并与管联接。套管被构造成通过套管中的孔将尿素/氨基甲酸盐混合物均匀地分配通过每个管。优选地，孔设置在套管的底部部分中。而且，套管包括一个或多个孔，所述孔优选地在所述套管的顶部部分中，该一个或多个孔允许将气体流释放到汽提塔的顶端。

在一些实施例中，汽提塔包括多于3000个管、或多于4000个管、或多于5000个管、或多于6000个管、或多于7000个管。

在一些实施例中，外壳是圆筒形的，并且其中外壳具有在2.0m与6.0m之间、或者在3.0m与5.0m之间的外径。

在一些实施例中，汽提塔还包括两个加热流体入口：第一加热流体入口和第二加热流体入口。第一加热流体入口和第二加热流体入口两者都与外壳侧空间流体连通。

优选地，第二加热流体入口安装在第一加热流体入口和加热流体出口之间。

在一些实施例中，第一加热流体入口被设置成与汽提塔的顶端相邻，并且加热流体出口被设置成与汽提塔的后端相邻。

在一些实施例中，第二加热流体入口被定位在距汽提塔的顶端等于汽提塔的顶端和底端之间的距离的35.0％至75.0％、或35.0％至70.0％、或35.0％至65.0％、或40.0％至60.0％的距离处；或者，第二加热流体入口被定位在距汽提塔的底端等于汽提塔的顶端和底端之间距离的35.0％至75.0％、或35.0％至70.0％、或35.0％至65.0％、或40.0％至60.0％的距离处。

在一些实施例中，汽提塔包括多于两个的加热流体入口。多于两个的加热流体入口包括第一加热流体入口、第二加热流体入口和一个或多个另外的加热流体入口，所述一个或多个另外的加热流体入口被定位在第一加热流体入口和加热流体出口之间。

在一些实施例中，第一加热流体入口被设置成与汽提塔的顶端相邻，并且加热流体出口被设置成与汽提塔的底端相邻。换句话说，第一加热流体入口优选地设置在距汽提塔的顶端小于汽提塔的前端和底端之间的距离的20％、或10.0％、或5.0％、或1.0％的距离处；并且加热流体出口优选地设置在距汽提塔的底端小于汽提塔的前端和底端之间的距离的20％、或10.0％、或5.0％、或1.0％的距离处。

第二加热流体入口设置在第一加热流体入口和加热流体出口之间。换句话说，第一加热流体入口优选地设置在距汽提塔的底端小于汽提塔的前端和底端之间的距离的20％、或10.0％、或5.0％、或1.0％的距离处；并且加热流体出口优选地设置在距汽提塔的顶端小于汽提塔的前端和底端之间的距离的20.0％、15.0％、10.0％、或5.0％、或1.0％的距离处。

然而，优选地，第一加热流体入口被设置成与汽提塔的顶端相邻，并且加热流体被设置成与汽提塔的底端相邻。以这样的方式，蒸汽冷凝物可以容易且有效地被从外壳空间侧移除。

在一些实施例中，第二加热流体入口被定位在距汽提塔的顶端等于汽提塔的顶端和底端之间的距离的40.0％至75.0％的距离处。在一些实施例中，第二加热流体被定位在距汽提塔的顶端等于汽提塔的顶端和底端之间的距离的35.0％至75.0％、或35.0％至70.0％、或35.0％至65.0％、或40.0％至60.0％的距离处。

在一些实施例中，第二加热流体入口被定位在距汽提塔的底端等于汽提塔顶端和底端之间的距离的40.0％至75.0％的距离处。在一些实施例中，第二加热流体被定位在距汽提塔的底端等于汽提塔的顶端和底端之间的距离的35.0％至75.0％、或35.0％至70.0％、或35.0％至65.0％、或40.0％至60.0％的距离处。

这进一步提高了分配到管的热量的均匀性，这进而减少了与腐蚀相关的问题的发生并提高了汽提效率。

在一些实施例中，汽提塔包括多于两个的加热流体入口：第一加热流体入口、第二加热流体入口和一个或多个另外的加热流体入口。所述一个或多个另外的加热流体入口被定位在第一加热流体入口和加热流体出口之间。

在一些实施例中，汽提塔包括一组或多组加热流体入口。一组加热流体入口由被定位在汽提塔中的同一纵向位置处的两个或更多个加热流体入口组成。术语“汽提塔中的纵向位置”是指管被定位所沿的方向上的位置。在正常操作期间，汽提塔被直立定位，并且管竖直排列，以使得汽提塔中的蒸汽入口的纵向位置对应于蒸汽入口被定位的高度。

当物体被称为竖直定向时，参考所述物体的纵向轴线的取向。应当理解的是，这种取向可能与竖直轴线有一定偏差。优选地，该偏差小于1.0°，或者小于0.5°。更优选地，偏差小于0.1°。

在一些实施例中，第一加热流体入口被第一组加热流体入口代替。

在一些实施例中，第二加热流体入口被第二组加热流体入口代替。

在一些实施例中，加热流体出口被一组加热流体出口代替。

在一些实施例中，汽提塔包括位于第一组加热流体入口和第二组加热流体出口之间的两组或更多组加热流体入口，例如3组、4组、5组、6组、7组或8组加热流体入口。

在一些实施例中，加热流体入口或加热流体入口组被均匀间隔开。术语“均匀间隔开”表示相邻加热流体入口或相邻组加热流体入口之间的距离与相邻加热流体入口之间的平均距离的偏差小于20.0％、小于10.0％、小于5.0％、小于1.0％或小于0.10％。

加热流体入口和/或出口的这些特定布置进一步提高了将热量提供给管的均匀性。

在一些实施例中，汽提塔包括蒸汽带式分配器和入口偏转器。这些额外的设计特征使蒸汽入口附近的蒸汽流均匀化。蒸汽带式分配器在汽提塔的外壳和蒸汽带式分配器之间形成带形空间。带形空间是在蒸汽带式分配器和外壳之间的环形空间。蒸汽带式分配器可以与任何类型的挡板一起使用。

在一些实施例中，蒸汽带式分配器被成形为在其侧部具有两个或更多个开口(例如，三个开口)的敞口筒体。在一些实施例中，蒸汽带式分配器是敞口圆筒。如本文所用的表述“敞口筒体”表示其底部和顶部平面敞开的筒体。

优选地，蒸汽带式分配器由钣金制成，例如由钢板制成。

在一些实施例中，蒸汽带式分配器在其侧部包括三个开口：中心开口和两个侧部开口。在这些实施例中，入口偏转器与中心开口对准，并用于进一步使通过带形空间进入外壳侧空间的加热流体均匀化。

在一些实施例中，入口偏转器围绕垂直于挡板的平面对称定位，并穿过加热流体入口的中心和中心开口。

在一些实施例中，偏转器被成形为扇形，或被成形为椭圆形，或者被成形为平坦的。在一些实施例中，入口偏转器是弯曲的。优选地，入口偏转器在中心开口的方向上被弯曲。在一些实施例中，入口偏转器包括开口，例如，穿孔。优选地，入口偏转器中的开口靠近对称平面越小，而在背离对称平面移动的情况下变得越大，例如以1.0％至50.0％、或2.0％至25.0％、或5.0％至10.0％变得越大。在一些实施例中，蒸汽带式分配器被穿孔。在一些实施例中，入口偏转器被穿孔。

在一些实施例中，蒸汽带式分配器包括多个开口或穿孔。开口可以是例如矩形或圆形。例如，蒸汽带式分配器包括2个至1000个开口，例如5个至500个开口、或10个至250个开口、或50个至225个开口、或100个至200个开口、或150个至175个开口。

在一些实施例中，蒸汽带式分配器中的开口或穿孔的总面积等于相应加热流体入口的总面积的2倍至8倍、或3倍至6倍、或4倍。

在一些实施例中，蒸汽带式分配器包括穿孔区域和非穿孔区域。在非穿孔区域，蒸汽带式分配器是封闭的。穿孔区域靠近加热流体入口相邻设置。因此，非穿孔区域被定位成背离加热流体入口。在这些实施例中，并且对于单段式挡板的情况来说，多个偏转器优选地被设置成与单段式挡板的被定位成最靠近加热流体入口的边缘相邻。优选地，这些偏转器围绕穿过蒸汽入口和蒸汽带式分配器中的封闭区域的竖直中心平面对称布置。优选地，这些偏转器相对于彼此倾斜排列，例如，相邻偏转器之间的角度在1.0°与50.0°之间、或在2.0°到45.0°之间、或在5.0°到30.0°之间、或在10.0°到25.0°之间、或在15.0°到20.0°之间。这些偏转器可以是弯曲的或平坦的。优选地，所述偏转器是弯曲的。

蒸汽带式分配器和一个或多个相关联的分配器使加热流体入口附近的蒸汽流均匀化。此外，蒸汽带式分配器在蒸汽流冲击在汽提塔中的管上时降低蒸汽流的速度，从而减少管腐蚀。

本文还提供了一种汽提塔，该汽提塔包括蒸汽带式分配器和一个或多个入口偏转器，所述入口偏转器用于使从蒸汽入口提供的蒸汽均匀化。蒸汽带式分配器和一个或多个入口偏转器在上文进行了描述。汽提塔可以包括或可以不包括挡板。优选地，汽提塔包括单段式挡板、双段式挡板或盘环式挡板。优选地，蒸汽带式分配器和一个或多个偏转器与包括单段式挡板的汽提塔结合使用。挡板可以或可以不与所述挡板自身的偏转器相关联。优选地，汽提塔包括与上述挡板相关联的偏转器。

本文还提供了一种用于生产尿素的系统。该系统包括氨基甲酸盐冷凝器、尿素反应器和汽提塔。

汽提塔是管壳式汽提塔，并且已在以上进行了描述。特别地，汽提塔可以是如上所述的CO₂汽提塔或自汽提塔。

在一些实施例中，尿素反应器和氨基甲酸盐冷凝器是单独的反应器容器。替代性地，尿素反应器和氨基甲酸盐冷凝器被实现为一体式尿素反应器和氨基甲酸盐冷凝器。这两个实施例被单独讨论。

当氨基甲酸盐冷凝器和尿素反应器是单独的反应器容器时，氨基甲酸盐冷凝器被布置成将氨和二氧化碳部分地以放热的方式转化成氨基甲酸铵，并且氨基甲酸盐冷凝器将由此形成的氨基甲酸铵部分地转化成尿素。因此，可获得冷凝器流出物。尿素反应器被布置成以绝热的方式将冷凝器流出物中的氨基甲酸铵中的至少一部分转化成尿素。因此，可获得尿素/氨基甲酸盐混合物。系统被布置成向汽提塔提供尿素/氨基甲酸盐混合物。汽提塔被布置成将尿素/氨基甲酸盐混合物转化成浓缩在尿素中的尿素/氨基甲酸盐流和包括二氧化碳和氨的气态流。

当系统包括用作氨基甲酸盐冷凝器和用作尿素反应器两者的组合式反应器时，该组合式反应器被布置成将氨和二氧化碳部分地以放热的方式转化为氨基甲酸铵。此外，组合式反应器还被布置成将氨基甲酸铵部分地转化成尿素。因此，可获得尿素/氨基甲酸盐混合物。系统被布置成向汽提塔提供尿素/氨基甲酸盐混合物，并且汽提塔被布置成将尿素/氨基甲酸盐混合物转化成浓缩在尿素中的尿素/氨基甲酸盐流和包括二氧化碳和氨的气态流。

还提供了如上所述的汽提塔用于汽提尿素-氨基甲酸盐混合物的用途。

还提供了如上所述的汽提塔用于在汽提尿素/氨基甲酸盐混合物的同时提高汽提效率和/或减少管腐蚀的用途。

还提供了一种汽提尿素/氨基甲酸盐混合物的方法。附加地或替代性地，该方法可以被陈述为用于减少用于分解尿素/氨基甲酸盐混合物的汽提塔的管中的腐蚀和/或用于在汽提尿素/氨基甲酸盐混合物时提高汽提效率的方法。

该方法包括提供汽提塔的步骤。汽提塔是如上所述的汽提塔。优选地，汽提塔被定位成使得管竖直设置在外壳内。此外，汽提塔优选地被定位成使得顶端在汽提塔的顶部上，而底端在汽提塔的底部处。尿素/氨基甲酸盐混合物被提供给用于尿素/氨基甲酸盐混合物的入口。

当使用CO₂汽提塔时，汽提气体(即，CO₂)被提供给用于汽提气体的入口。当使用自汽提塔时，在氨基甲酸铵分解期间形成的CO₂和NH₃用作汽提气体。要说明的是，如上所述，为了减少腐蚀的目的，自汽提塔通常包括用于钝化空气的入口，但是钝化空气的流率不足以以有意义的方式对汽提过程做出贡献。

通过加热流体入口向外壳侧空间提供加热流体。尿素/氨基甲酸盐混合物和汽提气体在管中接触。特别地，尿素/氨基甲酸盐混合物作为降膜沿着管的内壁流动。汽提气体在管侧空间中向上流动。

尿素/氨基甲酸盐混合物通过加热流体被加热。在由加热流体提供的热量的影响下，尿素/氨基甲酸盐中的氨基甲酸铵分解，以形成气态氨和二氧化碳。随着尿素/氨基甲酸盐混合物中的氨基甲酸铵分解，可获得浓缩在尿素中的尿素/氨基甲酸盐流。在用于浓缩在尿素中的尿素/氨基甲酸盐流的出口处，提取浓缩在尿素中的尿素/氨基甲酸盐流。

在用于气体混合物的出口处，提取包括一种或多种所汽提的化合物的气体混合物。当使用CO₂汽提塔时，该气体混合物还包括汽提气体。加热流体通过加热流体出口被从外壳侧空间提取。

这些方法有效地允许更好地汽提尿素/氨基甲酸盐混合物，同时减少汽提塔的腐蚀。

在一些实施例中，沿着穿过汽提塔的任何横向横截面，管的温度是恒定的。在一些实施例中，管的温度沿着穿过汽提塔的任何横向横截面在小于10℃、小于5℃、小于2℃或小于1℃的误差幅度内是恒定的。沿着穿过汽提塔的横向横截面的恒定温度确保到管的均匀热传递。径向恒定温度是由改进的加热流体分布引起的，并且进而径向恒定温度减少汽提塔的管的腐蚀。

在一些实施例中，外壳侧空间中的压力在10.0bar g与30.0bar g之间，优选地在16.0bar g与24.0bar g之间。

加热流体的质量流率取决于汽提塔的容量。在一些实施例中，加热流体的质量流率在10.0kg/s与60.0kg/s之间、在20.0kg/s与50.0kg/s之间、或在30.0kg/s与40.0kg/s之间。

在一些实施例中，加热流体包括蒸汽。优选地，加热流体基本上由蒸汽组成。换句话说，加热流体优选地包括至少99.0wt％的蒸汽，或者至少99.9wt％的蒸汽。符号wt％表示加热流体的组成以重量百分比表示，即，表示为加热流体中所包含的蒸汽的质量流率与整个加热流体的质量流率的百分比比率。

在一些实施例中，加热流体具有在7.0kg/m³与13.0kg/m³之间的密度，或者在8.5kg/m³与12.0kg/m³之间的密度。

示例

示例1

在第一示例中，参考图1，该图示出了本文提供的汽提塔(100)。具体地，汽提塔(100)是CO₂汽提塔。汽提塔(100)包括外壳(160)和设置在外壳(160)内的多个管(150)。而且，汽提塔(100)包括顶端(110)和底端(120)。管(150)设置在顶端(110)和底端(120)之间。管侧空间(140)设置在管(150)内。外壳侧空间(130)设置在管(150)和外壳(160)之间。外壳侧空间(130)与顶端(110)和底端(120)分离。顶端(110)和底端(120)与管侧空间(140)流体连通。挡板与偏转器结合使用，以便更均匀地加热管(150)。

底端(120)包括用于浓缩在尿素中的尿素/氨基甲酸盐流的出口(122)、和用于汽提气体的入口(121)。

顶端(110)包括用于尿素/氨基甲酸盐混合物的入口(111)、和用于包括汽提气体和一种或多种所汽提的化合物的气体混合物的出口(112)。

汽提塔(100)还包括加热流体入口(131)和加热流体出口(133)。加热流体入口(131)和加热流体出口(133)与外壳侧空间(130)流体连通。而且，加热流体入口(131)与汽提塔(100)的顶端(110)相邻。加热流体出口(133)与汽提塔(100)的底端(120)相邻。

管(150)具有6.0m的长度和31.0mm的外径。汽提塔具有直径为3.1m的圆筒形外壳。

任何类型的挡板(分段式、双段式或盘环式)可以用于示例2的汽提塔中，只要所述挡板与本文所述的偏转器结合使用即可。

可选地，根据本示例的汽提塔包括如本文所述的两个或更多个加热流体入口，包括第一加热流体入口(131)和第二加热流体入口(132)的这种汽提塔在图17中被示出。

示例2

在第二示例中，参考图2，该图示出了本文提供的汽提塔(100)。具体地，汽提塔(100)是自汽提塔。汽提塔(100)的构造类似于示例1的构造，但具有一些不同之处。

具体地，自汽提塔在其底端处不包括汽提气体入口：在氨基甲酸铵的分解期间形成的NH₃和CO₂用作自汽提塔中的汽提气体，使得不需要汽提气体入口。

此外，自汽提塔的管比示例1的CO₂汽提塔的管薄。特别是，自汽提塔的管具有25mm的外径。

任何类型的挡板(分段式、双段式或盘环式)可以用于示例2的汽提塔中，只要所述挡板与本文所述的偏转器结合使用即可。

可选地，根据本示例的汽提塔包括如本文所述的两个或更多个加热流体入口。

示例3

在第三示例中，参考图3和图4。图3具有5个分图a)至e)，其示出了在单段式挡板的情况下，带式分配器和用于使蒸汽入口附近的蒸汽均匀化的偏转器的联合功能。在具有单段式挡板构造的汽提塔中，通常安装带，以避免通过加热流体入口(131)进入的整个蒸汽流直接冲击到加热流体入口(131)前面的第一排管上。在根据本示例的汽提塔中，加热流体入口(131)是喷嘴，蒸汽通过该喷嘴高速进入外壳侧空间(130)。这种高速蒸汽会导致管腐蚀。

本示例的蒸汽带式分配器(170)包括多个狭槽(175，176)，所述狭槽的总面积是蒸汽入口(131)的面积的两倍。在这种情况下，蒸汽的比动能(1/2)ρv²减少了75％。

具体参考图3，分图a)示出了在蒸汽入口附近穿过汽提塔的横截面，分图b)示出了偏转板(137)的特写视图，分图c)示出了汽提塔的在蒸汽入口处的横截面。分图c)中示出的横截面垂直于分图a)中示出的横截面。分图e)示出了蒸汽带式分配器(170)的立体图。

蒸汽通过加热流体入口(131)进入汽提塔的外壳侧空间(130)。在进入外壳侧空间(130)时，蒸汽首先进入在汽提塔的外壳(160)和蒸汽带式分配器(170)之间形成的带形空间(171)。带形空间(171)是位于蒸汽带式分配器和外壳之间的环形空间。蒸汽带式分配器(170)是金属板，该金属板被成形为在其侧部具有三个开口(175，176)的敞口筒体。

参照分图a)和c)，蒸汽通过汽提塔的左手侧处的加热流体入口(131)进入，并该蒸汽进入带形空间(171)。在带形空间(171)的左手侧，蒸汽带式分配器(170)是封闭的，也就是说，该蒸汽带式分配器不包括任何开口，使得进入带形空间的蒸汽被迫流到带形空间(171)的右手侧，其中在所述带形空间(171)的右手侧，带式分配器(170)包括三个开口(175，176)：两个侧部开口和一个中心开口。蒸汽流动通过开口(172)进入到大部分外壳侧空间(130)中。

偏转器(137)定位在中心开口(176)的前面。所述偏转器(137)围绕垂直于挡板的平面对称定位，并穿过加热流体入口(131)和中心开口(176)的中心。偏转器可以是圆的一段、椭圆形或平坦的。如果是弯曲的，曲率可以以任何方向取向，但理想地朝向中心开口(参见图3c)。偏转器(137)被穿孔，即，，偏转器(137)包括穿孔(138)。理想地，穿孔靠近对称平面越小，而在背离对称平面移动时变得越大。偏转器形成对蒸汽流的阻碍，这使通过外壳侧空间(130)的水平蒸汽流均匀化，以使得靠近蒸汽入口(131)的管(150)被更均匀地加热。此外，通过改善的蒸汽分布，撞击在管上的蒸汽的速度被降低，以使得管腐蚀也被减少。

然而，在蒸汽流分布的均匀性方面还可以进行进一步的改善。蒸汽流的均匀性可以被进一步改善，例如通过提供各自具有较小面积的175个狭槽，而不是具有较大面积的仅三个狭槽。

替代性地，用于与单段式挡板一起使用的蒸汽带式分配器(170)可以具有图4的构造。图4示出了四个分图a)至d)。与图3一样，图4也示出了用于使蒸汽入口附近的蒸汽均匀化的蒸汽带式分配器和偏转器的联合功能。图4的蒸汽带式分配器的结构和功能与图3的蒸汽带式分配器的结构和功能相似，具有一些具体的不同，这些不同将在下面详细说明。

图4的分图a)示出了在蒸汽入口附近穿过汽提塔的横截面，分图b)示出了蒸汽带式分配器(170)上的立体图，分图c)是管(150)之间的偏转器(137)的详细俯视图，而分图d)是偏转器(137)的详细侧视图。

图4的蒸汽带式分配器(170)操作如下：蒸汽通过加热流体入口(131)进入汽提塔的外壳侧空间(130)。在进入外壳侧空间(130)时，蒸汽首先进入汽提塔的外壳(160)和蒸汽带式分配器(170)之间形成的带形空间(171)。带形空间(171)是位于蒸汽带式分配器和外壳之间的环形空间。蒸汽带式分配器(170)是金属板，该金属板被成形为具有穿孔区域(178)和非穿孔区域(179)的敞口筒体。

在正常操作期间，蒸汽通过汽提塔的左手侧处的加热流体入口(131)进入，并该蒸汽进入带形空间(171)。在带形空间(171)的左手侧，蒸汽带式分配器(170)包括允许蒸汽经过的多个穿孔。穿孔靠近加热流体入口(131)最小，而随着与加热流体入口(131)的距离增加而逐渐变得越来越大，以使得蒸汽流被均匀化。在蒸汽带式分配器(170)的右手侧，靠近单段式挡板(134)中的开口，蒸汽带式分配器包括封闭区域(179)，在该封闭区域中，蒸汽带式分配器不包括任何穿孔，即，在该封闭区域中，蒸汽带式分配器是封闭的。

偏转器(137)被布置成与单段式挡板(134)的最靠近加热流体入口(131)的边缘(1341)相邻。这些偏转器进一步使靠近加热流体入口(131)的汽提塔段中的蒸汽流均匀化。

偏转器围绕穿过蒸汽入口(131)和蒸汽带式分配器中的封闭区域(179)的竖直中心平面镜像对称布置。这些偏转器是弯曲的，并且相邻偏转器之间的角度为15°。

示例4

在第四示例中，参考图5，该图具有三个分图a)、b)和c)，所有分图都示出了在用于汽提尿素-氨基甲酸盐混合物的管壳式汽提塔中使用具有单段式挡板(134)的偏转器(137)。

尽管被定位在靠近蒸汽带式分配器(170)的汽提塔段中的一个偏转器(137)或多个偏转器(137)(参见示例3)在使靠近蒸汽入口(131)的蒸汽流均匀化方面是有效的，但是蒸汽流不均匀性和相关联的不均匀加热在汽提塔更下方持续存在。因此，期望在外壳侧空间(130)中的其他位置使用另外的偏转器。这些偏转器(137)通过额外地均匀化蒸汽流来进一步增加加热汽提塔中的管(150)的均匀性。

汽提塔包括用作其外壁的外壳(160)、在其中汽提尿素-氨基甲酸盐混合物的管(150)、加热流体入口(131)、和蒸汽带式分配器(170)。蒸汽通过加热流体入口(131)进入汽提塔，并进入外壳(160)和蒸汽带式分配器(170)之间的带形空间(171)。蒸汽离开带形空间(171)，并通过分段式挡板和偏转器(137)被引导通过汽提塔的大部分外壳侧空间(130)。

单段式挡板(134)和偏转器(137)两者都被穿孔。穿孔允许管(150)穿过偏转器(137)和单段式挡板(134)。穿孔(138)基于挡板或偏转器在管(150)穿过挡板(134)和偏转器(137)的点处的取向而具有不同的尺寸。穿孔(138)紧密配合在相对应的管(150)的周围。可选地，偏转器和/或单段式挡板(134)包括允许蒸汽通过的额外的穿孔(138)，这对于避免在某些位置和在某些条件下形成停滞流是有用的。

单段式挡板(134)水平布置，并且偏转器(137)的取向基于所述偏转器被定位在外壳侧空间(130)中的位置而变化。特别地，图5中示出的偏转器(137)以与水平平面的在45.0°至90.0°之间的角度被定向，并且所述偏转器(137)被定位在该偏转器所相关联的单段式挡板(134)的边缘处。

分图a)显示了在蒸汽入口(131)附近穿过汽提塔的竖直横截面。

分图b)示出了单段式挡板(134)和偏转器(137)的立体图。分图b)中示出的具体构造具体地涉及最上面的单段式挡板(134)和相关联的偏转器。该最上面的单段式挡板仅与一个偏转器(137)相关联。

分图c)示出了位于汽提塔更下方的单段式挡板(134)的立体图。分图c)还示出了与单段式挡板相关联的两个偏转器(137)。这些偏转器(137)被定位在单段式挡板的上方并与该单段式挡板相邻。

示例5

在又一个示例中，参考图6，该图示出了在两个单段式挡板之间的汽提塔的截面。具体地，分图a)示出了平行于挡板的横截面，而分图b)示出了垂直于挡板并垂直于偏转器的横截面。蒸汽的流动路径由流线(173)表示。蒸汽进入左手侧的区域(i)中的区段，并且离开右手侧的区域(iv)中的区段。如果不受阻碍，则大部分蒸汽将在该蒸汽从(i)到(ii)的路线上沿着中心路径(ii)，并且少量蒸汽将走较长的路径(ii)。这种不均匀流将导致汽提塔中的管的不均匀加热。为了增加蒸汽流的均匀性，偏转器(137)被安装成靠近蒸汽进入该区段的区域(i)并靠近蒸汽离开该区段的区域(ii)。偏转器(137)被穿孔，并沿着中心路径(iii)产生额外的压降，从而迫使更多的蒸汽走更长的路线(ii)。这也导致通过该区段的均匀压降，如由分图b中均匀间隔开的等压线(177)所示。

示例6

在又一个示例中，参考图7和图8，图7和图8示出了包括盘环式挡板(1360，1361)的汽提塔。盘形挡板(1360)被成形为穿孔盘。环形挡板(1361)被穿孔，并成环形，并且包括中心孔。替代性地，盘形挡板(1360)是被成形为包括5条或更多条边的凸多边形的板，并且该盘形挡板包括被成形为凸多边形的孔。环形挡板(1361)中的孔具有与盘形挡板(1360)的直径大约相同的尺寸。

具体地，图7的分图a)示出了穿过汽提塔的横截面。图7的分图b)示出了穿过汽提塔的垂直于图7的分图a)的横截面的另一横截面。图8的分图a)示出了盘形挡板(1361)和偏转器(137)的立体图。图8的分图b)示出了偏转器(137)的单个部分(1371)。图8的分图c)示出了穿过汽提塔的横截面。

蒸汽通过蒸汽入口(131)进入，并在进入汽提塔的大部分外壳侧空间之前流动通过蒸汽带式分配器中的带形空间(171)。盘形挡板(1360)和环形挡板(1361)沿着汽提塔的长度交替定位，并提高蒸汽流的均匀性。不幸的是，这种改进是不完美的。为了增强蒸汽流的均匀性，偏转器(137)被定位在随后的盘形挡板(1360)和环形挡板(1361)之间。通过汽提塔的外壳侧空间的蒸汽流(130)由流线(173)指示。

偏转器(137)由多个不同的部分(1371)构成。偏转器(137)、环形挡板(1361)和盘形挡板(1360)都被穿孔。盘形挡板(1360)和环形挡板(1361)中的穿孔(138)具有一致的尺寸。偏转器(137)中的穿孔(138)的尺寸变化，并适于优化蒸汽流均匀性。

偏转器本身从盘形挡板延伸到相邻的环形挡板水平。偏转器本身应在盘水平处相对靠近汽提塔的中心伸展，以确保不会使最中心的管处于停滞状态。偏转器可以是弯曲的或平坦的。理想的孔图案由越靠近环水平越小的孔和越靠近盘水平越大的孔提供。

示例7

在又一个示例中，参考图9和图10，图9和图10示出了包括双段式挡板(1351，1352)的汽提塔。双段式挡板(1351，1352)包括内挡板(1352)和外挡板(1351)。内挡板(1352)被成形为由两条平行线和汽提塔的外壳界定的单片穿孔片材。外挡板(1351)被成形为两个穿孔的圆弓形段。所述挡板被两两定位在汽提塔的对置侧。外挡板的弦彼此平行，并且所述外挡板的弦平行于界定内挡板的平行线。在内挡板(1352)和汽提塔的外壳(160)之间，设置分段式平衡挡板(1353)。分段式平衡挡板(1353)被穿孔，以允许蒸汽通过，特别是通过包括具有不同直径的穿孔。特别地，这些穿孔越靠近外壳(160)具有越大的直径。

特别地，图9的分图a)示出了穿过汽提塔的横截面。图9的分图b)示出了穿过同一汽提塔的另一横截面。分图b)的横截面垂直于分图a)中示出的横截面。图10具有两个分图。图10的分图a)示出了连续内挡板和外挡板之间的区段的特写视图。图10的分图b)示出了两个外挡板(1351)及其相关联的偏转器(137)的立体图。

偏转器(137)从内挡板(1352)的边缘延伸到外挡板(1351)的边缘。偏转器(137)应在内挡板水平处被定位成相对靠近汽提塔的中心，以确保不会使靠近汽提塔的中心的管处于停滞状态。

偏转器(137)可以是弯曲的或平坦的。理想地，所述偏转器的穿孔具有变化的尺寸，并且优选地，偏转器(137)中的穿孔靠近外挡板水平越小，而靠近内挡板水平越大。

要说明的是，参照图10，偏转器(137)的曲率一方面在分图a)中以及另一方面在分图b)和c)中相反。技术人员将基于汽提塔的操作条件选择合适的曲率。

除了挡板的形状之外，根据本实施例的汽提塔的结构基本上与示例6的结构相同。

示例8

在又一示例中，论述了用于操作示例1的汽提塔(100)的示例性方法。在该方法中，汽提塔(100)被竖直定位，并且顶端(110)被定位在汽提塔的顶部处，而底端(120)被定位在汽提塔(100)的底部处。任何类型的挡板(分段式、双段式或盘环式)可以与该汽提塔中的偏转器一起使用。

该方法包括向用于尿素/氨基甲酸盐混合物的入口(111)提供包括尿素和氨基甲酸铵的混合物，并向用于汽提气体的入口(121)提供CO₂，即，汽提气体。

汽提气体和尿素/氨基甲酸盐混合物逆流流动通过管(150)。同时，尿素/氨基甲酸盐混合物被加热，并且尿素/氨基甲酸盐混合物中包含的氨基甲酸铵分解，以形成被汽提气体夹带的气态NH₃和CO₂。因此，在管(150)中形成浓缩在尿素中的尿素/氨基甲酸盐流。该流向下流到底端(120)，在所述底端处，所述流通过用于浓缩在尿素中的尿素/氨基甲酸盐流的出口(122)被提取。

蒸汽用作加热流体，并通过加热流体入口(131)被提供给外壳侧空间(130)。分段式挡板、双段式挡板或盘环式挡板与偏转器一起使用，以便使外壳侧空间中的蒸汽流均匀化。蒸汽具有约为18巴(绝对压力)的操作压力，该蒸汽具有为36kg/sec的质量流率、和9kg/m³的蒸气密度。

冷凝的蒸汽通过加热流体出口(133)被从外壳侧空间(130)提取。在从加热流体入口(131)行进到加热流体出口(133)时，蒸汽行进通过外壳侧空间(130)，并加热管(150)及其内容物，这允许前面所述的氨基甲酸铵的分解形成NH₃和CO₂。除了分段式挡板、双段式挡板或盘环式挡板之外，偏转器的设置确保了管(150)及其内容物的均匀加热，这进而导致汽提塔效率提高以及管中的更少的腐蚀。

示例9

在又一个示例中，论述了用于操作示例2和示例8的汽提塔(100)的示例性方法。具体地，除了没有向底端提供汽提气体之外，所述汽提塔(100)的操作类似于示例1的汽提塔的操作。替代地，在氨基甲酸铵的分解期间形成的NH₃和CO₂用作汽提气体。

示例10

在又一个示例中，参考图11，图11示出了尿素设备(1000)的所选择的部分。尿素设备包括如示例1中所述的汽提塔(100)、用于将氨基甲酸铵转化成尿素的反应器(200)、用于形成氨基甲酸铵的氨基甲酸盐冷凝器(300)、以及用于冷凝来自反应器和氨基甲酸盐冷凝器的NH₃和CO₂蒸气的洗涤器(400)。洗涤液是由管(401)从下游部分供给的氨基甲酸盐溶液。

汽提气体进料(101)与用于汽提塔(100)的汽提气体的入口(121)流体连通。用于浓缩在尿素中的尿素/氨基甲酸盐流的管(104)与用于浓缩在汽提塔(100)的尿素中的尿素/氨基甲酸盐流的出口(122)流体连通。

汽提塔(100)包括外壳侧空间-(参见图1)(130)，所述外壳侧空间(130)包括加热流体入口和加热流体出口-参见图1(131，133)。

加热流体入口与用于加热流体流的管(503)流体连通。加热流体出口与用于冷却后的加热流体流的管(504)流体连通。用于加热流体流的管(503)和用于冷却后的加热流体流的管(504)与加热流体供应部(500)流体连通，该加热流体供应部又与通向外部加热流体供应部的连接件(502)流体连通。

汽提塔(100)还与用于尿素/氨基甲酸盐流的管(102)流体连通。该管(102)从反应器(200)输送尿素/氨基甲酸盐流，所述反应器(200)将氨基甲酸铵转化成尿素。反应器又通过氨基甲酸盐冷凝器(300)经由管(302)被提供有氨基甲酸铵，并经由另一管(301)被提供有气态NH₃、CO₂、水和惰性物质。在氨基甲酸盐冷凝器(300)中由氨基甲酸盐形成生成的热量通过蒸汽和蒸气供应部(501)被提取。

示例11

在又一个示例中，参考图12、图13、图14和图15，这些图示出了通过根据本发明的系统和方法克服的挑战中的一些。具体地，本系统和方法提供了改进的汽提塔寿命和增强的汽提塔效率。本示例示出了具体的CO₂汽提塔的这些问题。然而，当不均匀加热发生时，类似的腐蚀问题预期在其他类型的汽提塔中也会发生，但是精确的腐蚀图案预期取决于具体的汽提塔形态。其中预期类似腐蚀问题的不同类型的汽提塔的一个示例是自汽提塔。

图12示出了两种腐蚀图案，这两种腐蚀图案特别地在大型CO₂汽提塔中出现，该大型CO₂汽提塔只有一个加热流体入口、具有不锈钢管，并且在该大型CO₂汽提塔中，CO₂用作用于汽提尿素/氨基甲酸盐溶液的汽提气体。更具体地说，在管壳式汽提塔中观察到腐蚀图案，该管壳式汽提塔具有6m高的管，具有约3m的外壳直径，在外壳侧空间中安装有盘环式挡板，并且包括约5000个管(150)。

腐蚀类型还取决于汽提塔是CO₂汽提塔还是自汽提式汽提塔。

事实上，图12a)中示出的腐蚀图案被发现通常出现在小直径CO₂汽提塔中，而图12b)中示出的腐蚀图案被发现通常出现在小直径自汽提式汽提塔中。在本发明的上下文中，CO₂汽提塔和自汽提式汽提塔两者都是管壳式汽提塔的具体构造。

管壳式汽提塔包括顶部管板(151)，所述顶部管板(151)被定位在管上方并位于管的顶端处。所述顶部管板(151)将包括盘环式挡板的外壳侧空间与汽提塔的顶端分开。顶部管板(151)还允许尿素/氨基甲酸盐混合物作为液膜沿着管(150)的内壁向下流动。顶部管板(151)还允许包括CO₂和NH₃的气体混合物离开管(150)。

管壳式汽提塔还包括底部管板(152)，所述底部管板(152)被定位在管的下方并位于管的底端处。底部管板(152)将外壳侧空间与汽提塔的底端分开。底部管板(152)还允许浓缩在尿素中的尿素/氨基甲酸盐流离开管(150)，并且在CO₂汽提塔中，底部管板(152)允许CO₂汽提气体进入管(150)。

这些汽提塔的特征在于汽提塔的外管和内管中的不同腐蚀图案。内管大致覆盖盘形挡板的横截面，而外管大致覆盖环形挡板的横截面。外管中的腐蚀图案在图12的分图a)中示出。内管中的腐蚀图案在图12的分图b)中示出。外管中的腐蚀速率被示意性地在图13的分图a)的右侧曲线图中示出。内管中的腐蚀速率被示意性地在图13的分图b)的右侧曲线图中示出。

在外管中，存在腐蚀区域(153)和结垢区域(154)两者。相反，在内管中，仅存在腐蚀区域(153)。在腐蚀区域中，发生管的腐蚀。在结垢区域(154)中，没有发生腐蚀，但是铁垢被沉积。尽管外管中的腐蚀区域仅沿着管的长度的一部分延伸，但是在外管的腐蚀区域(153)中，腐蚀严重得多。汽提塔的使用寿命受到管的腐蚀速率的限制。因此，如果外管(150)中发生的腐蚀的速率可以被降低，则在操作一定时段后腐蚀的程度将会被降低，并因此可以增加汽提塔的使用寿命。

在不将本发明限制于任何特定操作模式的情况下，认为用于从尿素/氨基甲酸盐流中汽提氨基甲酸铵的现有技术CO₂汽提塔中的不均匀腐蚀的发生可以解释如下。在现有技术汽提塔的正常操作期间，尿素/氨基甲酸盐混合物作为降膜图案沿着管(150)的内壁向下流动，并该尿素/氨基甲酸盐混合物通过提供给外壳侧空间的蒸汽被加热。在热量的影响下，尿素/氨基甲酸盐混合物中的氨基甲酸铵分解，以形成气态NH₃和CO₂，该气态NH₃和CO₂与汽提气体一起向上流动。因此，氨基甲酸铵被逐渐分解。

在实现本发明时，意识到在外管的下部部分(即结垢部分(154))中铁垢的存在指示在结垢部分中，液相主要由尿素、残余氨基甲酸盐、游离NH₃和水组成。换句话说，大部分氨基甲酸铵已经被分解，从而留下主要由尿素、残余氨基甲酸盐、游离NH₃和水组成的液相，该液相在结垢部分(154)处沿管壁流动：相比于在氨基甲酸铵中，铁(Fe)在尿素中溶解度低得多。相反，中心管没有结垢部分，这指示氨基甲酸铵还没有完全分解。

还认识到，氨基甲酸铵被分解的速率随着被提供给管(150)的热量的量的增加而增加。因此，观察到氨基甲酸铵在外管中更靠近汽提塔的顶端分解，指示相比于内管，外管中的更强烈的加热。因为热量由在汽提塔的外壳侧空间上流动的蒸汽提供，所以热量的量由蒸汽流确定。因此，与内管相比向外管提供更多的热量与汽提塔的外壳侧空间中的蒸汽流有关。因此，发明人发现汽提塔的外壳侧空间中的不均匀的蒸汽流是相比于内管外管中的观察到的腐蚀速率增加的原因。

另外发现，管的不均匀加热导致汽提塔的与管上不均匀的CO₂汽提气体分布有关的低效操作。特别地，已经发现，在现有技术的管壳式汽提塔(其特征在于蒸汽入口和外壳侧空间中的盘环式挡板)的典型操作条件下，通过被较少加热的内管的气体流率显著高于通过被较多加热的外管的气体流率。不均匀的汽提气体流导致过程低效(诸如在管中的氨基甲酸盐的不均匀汽提)，并且因此导致汽提塔中的氨基甲酸铵的低效分解。

液体分隔器(所谓的套管，该套管的示例在图15中示出)安装在汽提塔前头部，并与顶部管板中的管联接，以便确保尿素/氨基甲酸盐混合物经由套管的底部部分中的孔(710)通过每个管的均匀分布。而且，液体分隔器顶部部分中的一个或多个孔(720)被安装成将气体流释放到汽提塔顶端。汽提气体流由流体动力学和流体静力学效应共同确定。流体动力学效应对应于顶部液体分隔器(所谓的套管)中的一个或多个孔(720)上的压降，并且可以被写成Δp＝0.5ρ v²，其中Δp为压降、ρ为流体密度，以及v为流体速度。

对于典型的操作条件，管上的流体动力学压降约为250Pa。流体静力学效应对应于由于沿管的高度的气体密度引起的压力效应，并且对于给定压力，可以写成Δp＝Δρgh。上述汽提塔中的流体静力学压降估计约为5500Pa。因此，流体静力学效应占主导地位，并因此，该流体静力学效应主要负责管上的汽提气体流分布。因此，通过改变套管的顶部上的孔上的流体动力学压降，不能补偿由管上的流体静力学压降的差异引起的管之间的汽提气体流中的任何可能的不平衡。孔上的压降可以通过改变套管中的孔的尺寸来改变。通过减小孔尺寸，压降将增加，反之亦然。

发现在被更多加热的管中，氨基甲酸盐分解和伴随的CO₂和NH₃的释放发生在管的顶部部分中，即靠近顶端，例如在管的上部50％中。因此，管的顶部处的NH₃的分压力较高，而管的底部部分中的NH₃的分压力较低。汽提气体为CO₂，并且在相同的条件下，NH₃具有比CO₂低的密度。因为气体向上流动，NH₃浓度在管的顶部部分中最高。因此，管的顶部部分比管的底部部分具有更低的比重。这在图13的分图(a)中示出。该图示出了管包括三个区域：其特征在于较高的气体密度和较低腐蚀速率的下部区域、其中气体密度和腐蚀速率突然变化的过渡区域、以及具有较高腐蚀速率和较低气体密度的上部区域。特别地，沿着管向上，气体遇到的第一区域是下部区域。在下部区域中，气体密度随着气体在沿管向上行进的同时被加热而逐渐降低。在过渡区域中，由于氨基甲酸铵的分解和氨气的最终释放，气体密度突然降低。在上部区域中，随着气体被进一步加热，气体密度逐渐降低，并且腐蚀速率较高，这是因为管壁与强烈加热的尿素/氨基甲酸盐溶液接触。事实上，管的腐蚀厚度在上部区域在向下移动中增加，这是因为溶液在向下移动的同时变得越来越热。

此外，发明人发现，在被较少加热的管中，从管的顶部直到接近管的底部发生氨基甲酸盐分解，以使得与被更多加热的管相比，整个被加热较少的管具有较低的比重，这又导致被较少加热的管中的流体静力学压力低于被更多加热的管中的流体静力学压力。

被更多加热的外管的气体密度分布在图13的分图a)的左手曲线图中示出。被较少加热的内管的气体密度分布在图13的分图(b)的左手曲线图中示出。在图14中，还比较了被较少加热的管和被更多加热的管中的气体密度分布。图14清楚地示出，与被更多加热的管相比，在被较少加热的管中，氨基甲酸盐在汽提塔的底部附近分解。这导致不同的密度分布，这进而导致流体静力学压力差。内管中较低的流体静力学压力导致被较少加热的管中的汽提气体的流率高于被更多加热的管中，这导致较低的汽提效率。

当使用温度低于管的CO₂汽提气体时，这种情况会稍微抵消，这是因为较冷的CO₂气体降低管中的气相的密度，从而增加流体静力学压力并抵消增加的加热的效应。然而，这种效应不足以显著消除与不均匀加热相关联的汽提低效率。

事实上，模拟(结果未包括)表明，即使密度分布方面的较小差异也会导致对流动分布的显著影响。特别地，在被较少加热的内管中的面积加权平均流体流速被估计约比被更多加热的外管中的面积加权平均流体流速高5倍。流体流速的这种巨大差异导致现有技术汽提塔中的显著的汽提低效率。

总之，在大型现有技术CO₂汽提塔中的不均匀加热导致腐蚀问题和低效汽提。除了分段式挡板、双段式挡板或盘环式挡板之外，这个问题可以通过提供偏转器来解决；从而允许均匀加热，以使得汽提塔的所有管都可以被适度且均匀地加热，这导致整个汽提塔的较低的腐蚀速率。此外，均匀加热导致均匀的气体密度分布，这又导致一致的汽提气体流速和提高的汽提效率。

示例12

在又一个示例中，参考图16，该图示出了可以与本文描述的偏转器一起用在本汽提塔的外壳侧空间中的几种类型的挡板(134、1351、1352、1360、1361)。

特别地，分图a)示出了分段式挡板134。这些挡板被布置成阻挡外壳侧空间的交替部分，例如径向相对的部分，从而迫使加热流体沿着迂回路径。在具有圆形横截面的汽提塔中，每个挡板阻挡由圆形横截面的弦和主圆弧(其端点与弦的端点相同)界定的外壳侧空间。

分图b)示出了其特征在于交替定位的两种类型的障碍物的双段式挡板(1351，1352)。对于具有圆形横截面的汽提塔来说，第一类型的障碍物的特征在于两个板，这两个板各自阻挡外壳侧空间的径向对置的圆弓形段，从而迫使加热流体在其位置处流动通过外壳侧空间的中心。第二类型的障碍物是在两个平行弦之间居中放置的障碍物，从而迫使加热流体在外壳侧空间的侧部附近流动。优选地，当从汽提塔的顶部观察时，第二类型的障碍物被定位在第一类型的障碍物的两个板之间。

分图c)示出了其特征在于交替定位的两种类型的障碍物的盘环式挡板(1360，1361)。这些类型的挡板通常用于具有圆形横截面的汽提塔。第一类型的障碍物是居中得设置在外壳侧空间内从而迫使加热流体在外壳侧空间的侧部附近流动的盘。第二类型的障碍物是环形板。该环形板在外壳侧空间的边缘附近阻碍流体流动，并且该环形板具有允许加热流体在外壳侧空间的中心附近通过的孔。

如本文所述的横向和偏转器的存在通过增加加热管的均匀性，进一步提高了汽提效率并减少了管腐蚀。

Claims (18)

1.一种用于汽提尿素/氨基甲酸盐混合物的管壳式汽提塔(100)，

所述汽提塔(100)包括顶端(110)，所述顶端(110)通过设置在外壳(160)内的多个管(150)与底端(120)流体连通；

所述顶端(110)包括用于尿素/氨基甲酸盐混合物的入口(111)、和用于气体混合物的出口(112)，所述气体混合物包括汽提气体和一种或多种所汽提的化合物；

所述底端(120)包括用于浓缩在尿素中的尿素/氨基甲酸盐流的出口(122)；

所述管壳式汽提塔(100)还包括加热流体入口(131)和加热流体出口(133)、以及蒸汽带式分配器(170)和入口偏转器，所述加热流体入口和所述加热流体出口与设置在所述多个管(150)和所述外壳(160)之间的外壳侧空间(130)流体连通，所述蒸汽带式分配器(170)和所述入口偏转器用于使所述蒸汽入口附近的蒸汽流均匀化；其中，蒸汽带式分配器(170)被成形为具有两个或更多个开口的敞口筒体，使得在汽提塔的外壳(160)和蒸汽带式分配器(170)之间形成环形空间；并且，入口偏转器围绕垂直于挡板的平面对称定位，并穿过加热流体入口的中心；

所述管壳式汽提塔(100)具有纵向方向和横向横截面，所述纵向方向平行于所述管，而所述横向横截面垂直于所述纵向方向；

其中多个挡板布置在所述外壳侧空间(130)中，所述挡板在所述外壳侧空间(130)中限定多通道横流路径，其中所述挡板在小于1°的误差幅度内平行于所述横向横截面；其特征在于，所述汽提塔还包括被布置在管之间的外壳侧空间中并且被定位在流动路径中的多个偏转器(137)，其中所述偏转器(137)相对于所述挡板成斜角或直角。

2.根据权利要求1所述的管壳式汽提塔，其中，至少80％的所述偏转器与挡板相关联。

3.根据权利要求2所述的管壳式汽提塔，其中，至少90％的所述偏转器与挡板相关联。

4.根据权利要求2或3所述的管壳式汽提塔，其中，与挡板相关联的所述偏转器(137)物理附接到所述偏转器所关联的所述挡板。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的管壳式汽提塔，其中，所述汽提塔包括多于3000个管。

6.根据权利要求5所述的管壳式汽提塔，其中，所述汽提塔包括3000至10000个管。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的管壳式汽提塔，其中，所述偏转器与所述挡板所成的角度在10.0°与90.0°之间；和/或

其中所述偏转器沿着穿过所述管壳式汽提塔的平行于所述纵向方向的横截面描绘在10.0°与80.0°之间的弧，和/或其中所述偏转器沿着穿过所述管壳式汽提塔的横向横截面描绘在10.0°与80.0°之间的弧。

8.根据权利要求7所述的管壳式汽提塔，其中，所述偏转器与所述挡板所成的角度在45.0°与90.0°之间。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的管壳式汽提塔，其中，所述偏转器是拱形的。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的管壳式汽提塔，其中，所述偏转器(137)和/或所述挡板被穿孔。

11.根据权利要求10所述的管壳式汽提塔，其中，所述偏转器(137)和/或所述挡板中的穿孔是圆形的。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的管壳式汽提塔，其中，所述挡板是单段式挡板(134)，每个单段式挡板(134)都被成形为具有弦的圆弓形段，其中所述单段式挡板(134)在小于1.0％的误差幅度内垂直于所述纵向方向，其中所述单段式挡板沿着所述管壳式汽提塔的所述纵向方向被连续定位，其中所述单段式挡板的方向沿着所述管壳式汽提塔的所述纵向方向变化，并且其中偏转器(137)被定位在连续的单段式挡板(134)之间。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的管壳式汽提塔，其中，所述挡板是包括盘形挡板(1360)和环形挡板(1361)的盘环式挡板(1360，1361)，每个盘形挡板(1360)都被成形为盘，并且每个环形挡板(1361)都被成形为包括孔的环，所述盘形挡板(1360)的直径在小于10.0％的误差幅度内等于或大于所述环形挡板(1361)中的孔的直径，所述盘形挡板(1360)和所述环形挡板(1361)被定位成在小于1.0％的误差幅度内垂直于所述纵向方向，所述盘形挡板(1360)和所述环形挡板(1361)沿着所述管壳式汽提塔的所述纵向方向连续交替地定位，其中所述偏转器(137)被定位在相邻的盘形挡板(1360)和环形挡板(1361)之间。

14.根据权利要求1至3中任一项所述的管壳式汽提塔，其中，所述挡板是包括外挡板(1351)和内挡板(1352)的双段式挡板(1351，1352)，每个外挡板都被成形为具有弦的圆弓形段，两个外挡板布置在穿过所述管壳式汽提塔的横向横截面的对置侧，所述内挡板被成形为在两个外挡板(1351)之间的镜像对称区域，两个外挡板(1351)和内挡板(1352)被定位成在小于1.0％的误差幅度内垂直于所述纵向方向，其中两个外挡板(1351)和内挡板(1352)沿着所述管壳式汽提塔的所述纵向方向交替定位，并且其中所述偏转器被定位在相邻的内挡板和外挡板之间。

15.根据权利要求1至3中任一项所述的管壳式汽提塔，其中，第二加热流体入口与所述外壳侧空间(130)流体连通，并且安装在前面所述的加热流体入口(131)和所述加热流体出口(133)之间。

16.一种用于生产尿素的系统，包括氨基甲酸盐冷凝器(300)、尿素反应器(200)、和根据权利要求1至15中任一项所述的管壳式汽提塔(100)。

17.一种根据权利要求1至15中任一项所述的管壳式汽提塔用于汽提尿素-氨基甲酸盐混合物的用途。

18.一种用于汽提尿素/氨基甲酸盐混合物的方法，所述方法包括以下步骤：

提供根据权利要求1至15中任一项所述的汽提塔(100)；

将所述尿素/氨基甲酸盐混合物提供给用于所述尿素/氨基甲酸盐混合物的入口(111)；

通过加热流体入口(131)将加热流体提供给所述外壳侧空间(130)；

使所述尿素/氨基甲酸盐混合物和所述汽提气体在设置在所述管(150)内的管侧空间(140)中接触，并通过所述加热流体加热所述尿素/氨基甲酸盐混合物，从而获得浓缩在尿素中的尿素/氨基甲酸盐流；

在用于浓缩在尿素中的所述尿素/氨基甲酸盐流的所述出口(122)处，提取浓缩在尿素中的所述尿素/氨基甲酸盐流；

在用于包括一种或多种所汽提的化合物的气体混合物的出口(112)处，提取所述气体混合物，所述一种或多种所汽提的化合物包括NH₃、CO₂和水；

在加热流体出口(133)处，提取所述加热流体。

Images