CN116261480A - 汽提器底室 - Google Patents

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CN116261480A CN202180062907.9A CN202180062907A CN116261480A CN 116261480 A CN116261480 A CN 116261480A CN 202180062907 A CN202180062907 A CN 202180062907A CN 116261480 A CN116261480 A CN 116261480A
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利诺·乔瓦尼·波罗
阿德里安·拜恩斯
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Yara International ASA
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Abstract

本公开提供了一种汽提器(或底部储液器)的底室,其包括防涡器、挡板和导流板。本公开进一步提供了汽提器、尿素HP汽提器、尿素装置、操作汽提器的方法以及产生基于固体颗粒尿素的组合物的方法。

Description

汽提器底室
技术领域
本公开涉及化学品制造领域,特别地涉及汽提器领域。
背景技术
汽提器是用于化学品制造的装置,旨在除去液体溶液中的气体或加热时可能分解成气体的化合物。典型的汽提器包括:顶部或顶室,其包括用于待汽提液体溶液的入口,以及用于回收从液体溶液蒸发的任何气体的气体出口,顶部流体连接至中部或中室;中部或中室,其包括多条管,液体溶液在管中形成降膜;底部或底室,其是收集已除去气体的液体溶液的地方。
尿素生产装置通常包括汽提器。尿素是当今最重要的工业生产化学品之一,全世界每年生产约2亿吨尿素。其中大部分(占总产量的90%以上)用作农业肥料,作为氮源。尿素由氨(NH3)和二氧化碳(CO2)通过两步过程的反应产生:首先,两分子氨与一分子二氧化碳反应以形成氨基甲酸铵(H2N-COONH4);然后,氨基甲酸铵(在本文其余部分将称为氨基甲酸酯)分解为尿素和水。在容器(称为尿素反应器)中,二氧化碳和氨在高压和高温下混合。
然而,由于反应的热力学和动力学,氨基甲酸铵不会完全分解成尿素和水,因而得到包含尿素、氨基甲酸铵、游离氨和水的尿素溶液。尿素溶液经过几个步骤纯化,以便除去氨基甲酸铵、未反应的氨和水,获得浓缩的尿素熔体。在其中一些步骤中,氨基甲酸铵(在本文称为氨基甲酸酯)被迫分解回氨和二氧化碳。由于氨和二氧化碳是气体,因此很容易将它们从尿素溶液中除去。除去大量氨基甲酸酯和游离氨的一个重要步骤是在所谓的尿素高压(HP)汽提器中进行的,工作压力非常接近尿素反应器。这允许轻松地将氨和二氧化碳气体再循环回反应器。HP汽提器常用在80巴至150巴的压力下操作。汽提器也可在低压(小于5巴)或中压(10巴至60巴)下操作。低压或中压汽提器的总体设计与HP汽提器相同,但某些细节(诸如所选择的制造材料)可能略有不同,因为其操作条件不同。
根据工艺技术,HP汽提器可分为几类:在所有汽提器中,HP尿素汽提器都包括三个部分:顶部或顶室,在此喷入来自尿素反应器的富含氨基甲酸酯的尿素溶液;中部或中室,尿素溶液在此扩散入成束排列的多条管中,并且形成向下流动的降膜;以及底部或底室。热量通过冷凝蒸汽提供给HP汽提器的中部,并加热管的外表面。尿素溶液从范围在160℃至190℃之间的温度(根据技术)加热到在165℃与210℃之间的温度(根据技术),并且维持在通常为130巴至180巴(根据技术)的压力下。在HP汽提器的多条管内,部分氨基甲酸铵转换回其原料(氨和二氧化碳)并与一些游离氨一起从尿素溶液中蒸发。气体在管中心上升,并通过位于尿素HP汽提器的顶室的气体出口收集,而已除去氨基甲酸酯和游离氨的尿素溶液则在容器(通常称为底部储液器)中的HP汽提器的底部收集。在一些技术中,将包含二氧化碳和/或氨的汽提气体引入容器,目的是帮助管内的氨汽提。在一些技术中,由于氨基甲酸酯的强腐蚀性,向容器中送入少量空气,以便提供氧气来钝化不锈钢。
尿素溶液从容器中送往下游进行进一步的纯化步骤,工作压力低于HP汽提器。重要的是控制离开HP汽提器的尿素溶液中残留的氨基甲酸酯和游离氨的含量,并且避免由氨基甲酸酯分解产生的一些氨和二氧化碳气体与尿素溶液一起从底部逸出。存在于离开HP汽提器的尿素溶液中的任何氨和二氧化碳气体均必须通过下游步骤除去。因此,应在HP汽提器(容器)的底室中保持一定的液位。此外,应保持HP汽提器的底室中的液位尽可能低,以便:
·减少停留时间并避免将尿素分解回氨基甲酸酯并进一步分解为氨和二氧化碳的尿素水解反应;和/或
·减少由尿素形成的缩二脲,高温和停留时间可增强该反应。
然而,已经观察到,即使在底部储液器的下圆柱段中保持高液位,在HP汽提器的底部收集的尿素溶液也可能包含一些气体,特别地是氨和/或二氧化碳。如上所述,这是非常不希望的。这就需要开发一种防止这种现象发生的新型汽提器。
发明内容
在一个方面,本公开提供了一种包括底室的汽提器装置以及汽提器装置的底室,所述底室包括:容器,其包括下圆柱段、中间段和上圆柱段;多个开口,其位于上圆柱段的顶壁上;液体出口,其位于容器的下圆柱段的底部,并且与容器的下圆柱段同心;其中该底室包括防涡器,该防涡器包括顶部圆板,该顶部圆板与下圆柱段的底部平行、与液体出口同心并且通过一个或多个竖直板连接到容器的下圆柱段的底部,其中该顶板的直径大于液体出口的直径,以防止流体从多个开口中的一个或多个开口直接落入液体出口中;挡板,用于防止从多个开口落下的流体所夹带的气泡到达液体出口,其包括与液体出口同心且直径大于防涡器的直径的第一圆柱段,该第一圆柱段的高度大于防涡器的高度,其中第一圆柱段连接到下圆柱段的底部,第二段连接到第一圆柱段的顶部并且具有向上指向的截锥形状,其中第二段底部的直径等于第一圆柱段的直径,第一圆柱段包括一个或多个开口,从而允许流体从下圆柱段的壁流向防涡器,挡板与防涡器重叠,导流板用于引导从中间向外段的壁落下的流体流向下圆柱段的侧壁,导流板与液体出口同心,其中导流板的直径等于或大于挡板的直径,但小于容器的下圆柱段的直径,其中导流板位于下圆柱段与中间段的连接处,部分延伸入容器的下圆柱段中,并且部分伸入容器的中间段中。
本公开的另一个方面提供了一种汽提器装置,特别地是一种尿素HP汽提器装置,其包括根据本公开的底室。
在另一个方面,本公开提供了一种用于操作作为尿素HP汽提器装置的根据本公开的汽提器装置的方法,其包括以下步骤:将包含尿素、氨基甲酸酯、氨和水的尿素溶液引导至尿素HP汽提器装置的液体入口;以及从液体出口回收包含尿素和水并除去氨基甲酸酯、氨和任选地二氧化碳的尿素溶液。
在另一个方面,本公开提供了根据本公开的尿素汽提器用于从包含尿素和氨基甲酸酯的水溶液中除去氨基甲酸酯的用途。
在另一个方面,本公开提供了根据本公开的尿素HP汽提器的底室用于降低经液体出口从汽提器底室抽出的液体中的氨和二氧化碳的含量的用途。
附图说明
以下对表示根据本公开的系统的具体实施例的附图的描述仅通过示例的方式给出,并且不旨在限制本说明、其应用或使用。在附图中,相同的附图标记表示相同或相似的部分和特征。
图1表示根据本公开的尿素HP汽提器的底室的实施例的横截面。
具体实施方式
除非另有定义,否则在公开本发明时使用的所有术语(包括技术和科学术语)都具有如本发明所属领域中的普通技术人员通常理解的含义。通过进一步的指引,将术语定义包括在内以更好地理解本发明的教导。
本说明书中引用的所有参考文献在此都被视为以其全部内容通过引用并入。
如本文所用,以下术语具有以下含义:
除非上下文另有明确规定,否则如本文所用的“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”是指单数指称对象和复数指称对象两者。举例来说,“区室”是指一个或多于一个区室。
如本文所用的提及诸如参数、量、持续时间等可测量值的“约”意指涵盖指定值的或偏离指定值的+/-20%或更小、特别地+/-10%或更小、更特别地 +/-5% 或更小、甚至更特别地 +/-1% 或更小以及还更特别地 +/-0.1%或更小的变化,到目前为止此类变化适合于在所公开的发明中执行。然而,应当理解,修饰语“约”所提及的值本身也被具体地公开。
如本文所用的“包含(comprise)”、“包含(comprising)”和“包含(comprises)”及“由......组成(comprised of)”与“包括(include)”、“包括(including)”、“包括(includes)”或“含有(contain)”、“含有(containing)”、“含有(contains)”同义并且是包括性或开放式术语,其指定了后跟的事物(例如部件)的存在,并且不排斥或排除本领域中已知或其中公开的附加的、未列举的部件、特征、元件、构件、步骤的存在。
“氨基甲酸酯”是指氨基甲酸铵,是由两摩尔氨与一摩尔二氧化碳反应后得到的化合物。
通过端点对数值范围的列举包括包含在该范围内的所有数字和分数以及列举的端点。
除非另有定义,否则此处和整个说明书中的表述“重量百分比”、“%wt”或“重量%”均指基于配方总重量的各组分的相对重量。
在本申请的上下文中,术语“汽提器”和“汽提器装置”可互换使用。同样在本申请的上下文中,汽提器装置是指从顶到底的汽提器装置,其中待汽提的液体溶液被引导至汽提器装置的顶室并在重力作用下通过多条管落下。液体溶液在汽提器装置的底室中收集。因此,当涉及根据本公开的装置或其子段的不同特征时,术语“顶部”、“上部”、“底部”和“下部”是指在正常操作条件下所述特征在装置中的位置。
在一个方面,本公开提供了一种包括底室的汽提器装置以及这类汽提器装置的底室,该底室包括:容器,其包括下圆柱段、中间段和上圆柱段;多个开口,其位于上圆柱段的顶壁上;液体出口,其位于容器下圆柱段的底部,并且与容器下圆柱段同心;其中底室包括防涡器,该防涡器包括顶部圆板,该顶部圆板与下部圆柱段的底部平行,并且与液体出口同心且通过一个或多个竖直板与连接到容器下圆柱段的底部,其中顶板的直径大于液体出口的直径,以防止流体从多个开口中的一个或多个开口直接落入液体出口中;挡板,用于防止从多个开口落下的流体所夹带的气泡到达液体出口,该挡板包括与液体出口同心且直径大于防涡器的直径的第一圆柱段,该第一圆柱段的高度大于防涡器的高度,其中第一圆柱段连接到下圆柱段的底部,第二段连接到第一圆柱段的顶部且具有向上指向的截锥形状,其中第二段底部的直径等于第一圆柱段的直径,第一圆柱段包括一个或多个开口,从而允许流体从下圆柱段的壁流向防涡器,挡板与防涡器重叠,导流板用于引导从中间向外段的壁落下的流体流向下圆柱段的侧壁,导流板与液体出口同心,其中导流板的直径等于或大于挡板的直径,但小于容器的下圆柱段的直径,其中导流板位于下圆柱段与中间段的连接处,部分延伸入容器的下圆柱段中,并且部分伸入容器的中间段中。
汽提器的底室的容器包括三个部分:上圆柱段,其连接至洗涤器室,该洗涤器包括溶液在其中被加热并汽提气体成分的管。中间段,其不具有恒定直径,并将上圆柱段连接至下圆柱段。下圆柱段是从多条管收集溶液以及溶液经液体出口离开汽提器的地方。
在典型操作条件下,汽提器容纳位于其底段的一定量的液体溶液。一般认为,当从多条管落入中间段并溢流至下圆柱段中的液体碰撞位于下圆柱段中的液体溶液的表面时,在汽提器的底室中存在的部分气体就会以气泡的形式由溶液所夹带。气体进入溶液后,可通过液体出口进行收集,特别是当液体在汽提器中的停留时间相当短时,在尿素HP汽提器中通常为10秒至20秒。一般认为,由于液体溶液从中间段溢流至下圆柱段的中心区域中的动量,大量夹带气体均会到达液体出口。非常不希望液体出口处的液体溶液中存在气体,例如氨和/或二氧化碳,因为这些气体会导致下游部分超载,从而造成装置混乱。此外,通常可将气体再循环,例如在尿素反应器中,以提高生产方法的产量。
第一圆柱板或挡板安装在汽提器的下圆柱段,以避免液体溶液(从中间段溢出并因动量到达下圆柱段的底部)与防涡器的入口接触,因此迫使任何夹带气体上升并远离防涡器的入口和液体出口。挡板在顶部倾斜,以当液体溶液溢流往下流时,阻止任何气泡向下圆柱段的中心区域扩散。其次,导流板位于汽提器的下圆柱段与中间段的连接处,使液体溶液溢流停留在由挡板形成的同一环形区域内。
标准汽提器装置的底室具有漏斗状容器形状,其包括:下圆柱段、中间段和上圆柱段;多个开口,其位于上圆柱段的顶壁上;液体出口,其位于容器下圆柱段的底部,并且与容器下圆柱段同心。液体出口处装有防涡器。防涡器包括一块板,其直径大于液体出口,通过竖直板固定到底部,并且与液体出口保持一定距离。
为减少液体出口所收集液体溶液中存在的气体量,对标准汽提器进行了一些改进。首先,防涡器位于容器下圆柱段的底部。防涡器包括与下圆柱段的底部平行且与液体出口同心的顶部圆板,其中顶板的直径大于液体出口的直径,且顶部圆板通过竖直板固定到下圆柱段的底部。当液体溶液离开汽提器时,防涡器防止涡流形成。防涡器还防止从位于汽提器中心的管落下的溶液直接进入容器的液体出口中。顶部圆板防止容器中心处的溶液下落所夹带的任何气体直接流向液体出口。
在一个实施例中,防涡器通过交叉布置的竖直板固定到下圆柱段的底部。防涡器包括顶部圆板并固定到容器下圆柱段的底部。防涡器可通过一个或多个允许液体溶液流向液体出口的竖直板连接到下圆柱段的底部。例如,防涡器可通过交叉布置的竖直板固定,即其中竖直板在液体出口的中心轴线处连接并且定位为彼此成90°,这是防涡器的典型设计。
在一个实施例中,防涡器的顶部圆板的直径包括在400mm与600mm之间,特别地在500mm与600mm之间。
在一个实施例中,防涡器的顶部圆板的直径包括在液体出口直径的100%与150%之间。
此外,HP尿素汽提器的底座包括挡板,该挡板包括:与液体出口同心且直径大于防涡器直径的第一圆柱段,第一圆柱段的高度大于防涡器的高度;以及第二段,其连接到第一圆柱段的顶部并且具有向上指向的截锥形状,即指向中间段,其中第二段的底部的直径等于第一圆柱段的直径,第一圆柱段包括一个或多个开口,从而允许流体从下圆柱段的壁流向防涡器,且挡板与防涡器重叠,这意味着存在底座的横截面:包括挡板的第一圆柱段和防涡器的竖直板。挡板的主要作用是阻挡从下圆柱板的外部区域直接流向液体出口的流动。通过阻挡该流动,液体溶液和溶液所夹带的气泡必须向上移动至挡板的顶部,然后再流过挡板。该移动增加了气泡离开液体溶液而不在液体出口回收的机会。
挡板的第一圆柱段与液体出口同心,即挡板的第一圆柱段与液体出口具有共同的中心轴线,并且连接到下圆柱段的底部。挡板的第一圆柱段包括靠近下圆柱段的底部的一个或多个开口或槽,以允许液体溶液在容器的下圆柱段的壁与液体出口之间的非常小范围的循环。该循环避免了液体停滞,如果液体包含腐蚀性化合物,例如尿素汽提器中的氨基甲酸酯,则该液体停滞可能存在问题。可以存在1或2或3或4或5或6或7或8或9或10或更多个槽或开口。开口可沿挡板的第一圆柱段的圆周均匀分布,特别地开口可接触或邻近容器的下圆柱段的底部。开口可以具有任何种类的形状,诸如正多边形形状,例如正方形形状或三角形或五边形形状;或者圆形形状或不规则形状。在一个实施例中,开口具有正方形形状。开口的直径可包括在1.0mm与5.0mm之间,特别地在1.0mm与4.0mm之间,更特别地在1.0mm与3.0mm之间,即直径足够小,以便允许尿素溶液流动,但不允许气泡流动。
在一个实施例中,挡板的第一圆柱段中包含的一个或多个开口具有多边形形状,特别地具有正方形形状,特别地具有其中正方形的边包括在1mm与10mm之间的正方形形状。
在一个实施例中,一个或多个开口相当于挡板的第一圆柱段的圆周的0.1%至90%,即圆周的0.1%至50%是空的,并且允许流体从下圆柱段的侧面移动至防涡器。一个或多个开口所占据的面积越大,将允许移动至消波器的流体就越多,这降低了流体停滞的风险。然而,这也增加了一些气泡将穿过一个或多个开口并到达防涡器的风险。在一个实施例中,一个或多个开口相当于挡板的第一圆柱段的圆周的小于10%,特别地小于5.0%,更特别地小于2.0%,甚至更特别地小于1.0%。在一个实施例中,一个或多个开口的组合面积包括在10与100mm2之间,特别地在10与80mm2之间,更特别地在10与70mm2之间,甚至更特别地在10与50mm2之间。
第一板的第二段为截锥并且指向向上,即指向容器的中间段。挡板的第二段的作用是避免从顶部落下的尿素溶液中所夹带的气泡更大范围地向底部扩散,以便能够到达防涡器的入口。截锥将阻止气泡流向容器下圆柱段的中心,从而减少尿素溶液的动量,因此气泡将上升,因为其比液体尿素溶液更轻。
根据本公开的汽提器装置的底室进一步包括与液体出口同心的导流板,其中该导流板的直径等于或大于挡板的直径,但小于容器的下圆柱段的直径,其中导流板部分位于容器的下圆柱段中,并且部分位于容器的中间段中。也就是说,导流板是部分伸入容器的下圆柱段中并且部分伸入容器的中间段中的圆柱板。导流板的作用是防止来自中间段的液体溶液溢流入下圆柱段的中心中并将夹带的气体带入中心中。导流板沿容器的下圆柱段的壁引导液体溶液及所夹带的气体,以增加溶液和气体行进的距离,并将液体溶液及所夹带的气体引导至由第一圆柱板形成的环形部分。导流板与第一圆柱板及液体出口同中心轴线。
在一个实施例中,汽提器的底室是尿素汽提器的底室,并且在管中流动的液体溶液是包含尿素、氨基甲酸酯、氨和水的尿素溶液。在一个实施例中,汽提器的底室是尿素HP汽提器的底室,并且在管中流动的液体溶液是包含尿素、氨基甲酸酯、氨和水的尿素溶液。
在一个实施例中,挡板的圆柱段的高度介于容器的下圆柱段的高度的30% 与70% 之间,特别地介于 30% 与 65% 之间,更特别地介于 30%与60%之间。第一圆柱板越高,流体到达液体出口所必须行进的距离越长,且在流体改变流向后溶液中所夹带的气体释放的区域越高。增加流体行进的距离可能增加气体逸出的机会,但也可能增加液体溶液在汽提器中的停留时间。在某些情况下,可能不建议增加液体溶液在汽提器中的停留时间:例如,在尿素汽提器中,增加包含尿素的液体溶液的停留时间会增加缩二脲的形成,该缩二脲是由尿素在高压和高温条件下分解以及尿素在原料氨和二氧化碳中分解产生的副产物。缩二脲不是理想产品,应尽可能限制其形成,因为尿素的部分分解会降低尿素装置的效率。因此,可能必须在液体出口收集的气体量、液体出口处的组合物中存在的缩二脲量与液体溶液中存在的尿素量之间寻求平衡。
在一个实施例中,挡板的第二段(即截锥体)具有:偏离竖直轴线在15°与60°之间的角度;以及等于或小于防涡器的顶部圆板的直径的上部直径。如上所述,倾斜部分的作用是:避免从容器中间段落下的尿素溶液所夹带的气泡向防涡器扩散。倾斜部分将阻止气泡的流动,从而减小动量,并且气泡将因比液体更轻而上升。
在一个实施例中,导流板伸入中间段中的部分在100mm与400mm之间。该重叠越高,尿素溶液从该部分溢流至容器的下圆柱段的中心部分中的可能性就越小。
第二板可通过多种附接装置附接至下圆柱段或中间段,例如通过夹子或支架。
在一个实施例中,导流板伸入下圆柱段中的部分在100mm与400mm之间。该重叠越高,所夹带的气泡大范围扩散入下圆柱段中的可能性就越小。导流板与下圆柱段的重叠引导液体溶液流向由第一圆柱板形成的环形部分的外侧。
在一个实施例中,汽提器的底室包括延伸穿过容器的中间段或上圆柱段的壁的管道,该管道适于接纳用于确定汽提器中的液体溶液的液位的装置,特别地为放射源。在汽提器的操作期间,关键参数是容器的下圆柱段中存在的液体的液位。有许多方法来确定此类液位。其中之一使用封闭在位于容器中间段或上圆柱段的容器中的管道中的放射源与位于容器的下圆柱段下方的检测器的组合。
在一个实施例中,汽提器的底室包括喷射管,该喷射管延伸穿过容器的壁伸入中间段或上圆柱段中,用于将汽提气体喷入容器。汽提气体可包含氨和/或二氧化碳。汽提气体喷入汽提器的底座,并流入多条管中,并在这些管中该汽提汽体接触尿素溶液。汽提气体通过降低水溶液中的氨和/或二氧化碳的分压并加速其汽化来增加落入多条管中的尿素溶液中所包含的气体(即氨和二氧化碳)的蒸发。
在一个实施例中,挡板的第一圆柱段的直径包括在400mm与900mm之间。
在一个实施例中,容器的下圆柱段的直径包括在0.5m与1.5m之间,特别地在0.6m与1.4m之间,更特别地在0.7m与1.3m之间,甚至更特别地在0.7m与1.1m之间。
在一个实施例中,容器的下圆柱段的高度包括在0.5m与1.5m之间,特别地在0.7m与1.4m之间,更特别地在0.8m与1.3m之间,甚至更特别地在0.9m与1.3m之间。
在一个实施例中,液体出口的直径包括在150mm与600mm之间,特别地在170mm与550mm之间,更特别地在180mm与500mm之间,甚至更特别地在200mm与450mm之间,甚至更特别地在250mm与400mm之间。
在一个实施例中,第二板的直径包括在450mm与1100mm之间,特别地在470mm与1050mm之间,更特别地在480mm与1000mm之间,甚至更特别地在500mm与950mm之间,甚至更特别地在400mm与900mm之间。
在一个实施例中,导流板的高度包括在200mm与600mm之间,特别地在250mm与550mm之间。
在一个实施例中,中间段是向外弯曲的。在一个实施例中,中间段是向下指向(即朝向下圆柱段)的截锥。
在另一个方面,本公开提供了一种汽提器,其包括如本文所述的顶室或分配室、中室和底室,其中顶室与中室彼此连接,并且中室与底室也彼此连接。汽提器的顶室包括:用于待汽提的液体溶液的液体入口;用于收集气体的气体出口;以及用于接收汽提器的中室中所包含的多条管的多个开口。中室包括:用于将液体溶液从汽提器的顶室引导至底室的多条管;以及用于加热多条管的装置。用于加热多条管的装置可包括:包围多条管的外壳;和用于加热流体(例如蒸汽)的入口;以及用于加热流体的出口。底室中的多个开口构造成接纳汽提器装置的中室的多条管。
在另一个方面,根据本公开的汽提器装置是尿素HP汽提器。相应地,在另一个方面,本公开提供了一种尿素HP汽提器,其包括如本文所述的顶室或分配室、中室和底室,其中顶室与中室彼此连接,并且中室与底室也彼此连接。尿素HP汽提器的顶室包括:用于包含尿素、氨基甲酸酯、氨和水的尿素溶液的液体入口;用于收集由氨基甲酸酯分解和加热尿素溶液所生成的气体的气体出口;以及用于接纳汽提器的中室中所包含的多条管的多个开口。中室包括:用于将液体溶液从汽提器的顶室引导至底室的多条管;以及用于加热多条管的装置。用于加热多条管的装置可包括:包围多条管的外壳;和用于加热流体(例如蒸汽)的入口;以及用于加热流体的出口。底室中的多个开口构造成接纳汽提器装置的中室的多条管。
收集的气体可包括氨、二氧化碳和/或水。尿素HP汽提器的顶室可包括其他装置,诸如分配装置,以将尿素溶液均匀地分配到中部的多条管上方。中室包括用于将尿素溶液从顶室引导至底室的多条管。中室可包括用于容纳加热流体的外壳,该加热流体加热多条管并催化氨基甲酸酯转化回氨和二氧化碳。中室也可以包括挡板或杆,以减少多条管的振动。尿素HP汽提器的底室是根据本公开的底室。
HP汽提器的顶室、中室和底室具有相同的直径。
在一个实施例中,尿素HP汽提器具有在2.0m与4.0m之间的直径,特别地在2.1m与3.9m之间,更特别地在2.3m与3.7m之间,甚至更特别地在2.5m与3.3m之间。尿素HP汽提器的直径越大,其中室所包含的管就越多,从而允许每单位时间处理更多的尿素溶液。
在另一个方面,本公开提供了一种用于产生尿素的尿素装置,该尿素装置包括根据本公开的尿素HP汽提器。尿素装置包括用于将原料、氨和二氧化碳转化为基于固体颗粒尿素的组合物的多个装置。尿素装置始终包括尿素反应器,氨和二氧化碳在高压和高温下在该尿素反应器中混合,并且产生包含尿素、氨基甲酸酯、氨和水的尿素溶液。特别地,用于产生尿素的尿素装置包括:合成段,其包括根据本公开的尿素HP汽提器;低压段;和任选地精制段。
在另一个方面,本公开提供了一种用于操作根据本公开的汽提器装置的方法,该方法包括以下步骤:a)将液体组合物引导入根据本公开的汽提器,特别地为尿素HP汽提器的液体入口中;以及b)从汽提器的液体出口收集已除去气体的液体组合物。
在另一个方面,本公开提供了一种用于操作根据本公开的尿素HP汽提器装置的方法,该方法包括以下步骤:a)将所获得的包含尿素、氨基甲酸酯、氨和水的液体组合物引导入根据公开的尿素HP汽提器的液体入口中;b)从尿素HP汽提器的液体出口收集包含尿素和水并已除去氨和氨基甲酸酯的液体组合物。
有必要获得高质量的尿素水溶液,即具有非常低的污染物量,以便产生基于固体颗粒尿素的组合物。由于产生尿素的反应的热力学,不可能在尿素反应器的出口处获得具有高纯度的尿素溶液。尿素溶液始终包含尿素、氨基甲酸酯、氨和水。众所周知,在装置(诸如尿素HP汽提器)中,能够迫使氨基甲酸酯分解回其原料(氨和二氧化碳)。一旦汽提器已安装在生产线上,从尿素反应器获得的尿素溶液就可以喷入汽提器中。汽提器内的压力和温度条件使得氨基甲酸酯分解回氨和二氧化碳,而尿素具有非常低的反应速率。氨和二氧化碳从包括在HP汽提器中的气体出口回收,并且可以再循环至例如尿素反应器。在尿素HP汽提器的液体出口处获得的尿素水溶液可能仍含有一些氨基甲酸酯,尽管其量比喷入汽提器中的溶液少得多。
在另一个方面,本公开提供了根据本公开的尿素HP汽提器用于从包含尿素和氨基甲酸酯的水溶液中除去氨基甲酸酯的用途。
在另一个方面,本公开提供了根据本公开的尿素HP汽提器的底室用于降低经液体出口从汽提器底室抽出的液体中的氨和二氧化碳的含量的用途。
在另一个方面,本公开提供了一种用于产生基于固体颗粒尿素的组合物的方法,其包括以下步骤:a)使氨和二氧化碳的混合物在尿素反应器中发生反应,从而生产包含尿素、氨基甲酸酯、氨、水和任选地二氧化碳的尿素溶液;b)将在步骤a)中获得的包含尿素、氨基甲酸酯、氨、水和任选地二氧化碳的尿素溶液引导入根据本公开的尿素HP汽提器中;c)从尿素HP汽提器的液体出口收集包含尿素和水并除去氨和氨基甲酸酯的尿素溶液;d)浓缩步骤c)中得到的包含尿素和水的尿素溶液,从而得到浓缩尿素水溶液;e)将步骤d)中获得的浓缩尿素水溶液转化为基于固体颗粒尿素的组合物。
产生基于固体颗粒尿素的组合物的上述方法的步骤a)、b)、d)和e)在尿素生产领域是众所周知的。
在典型操作条件下,尿素反应器中的氨和二氧化碳的混合物在高温高压下加热,见上文。以以下方式在反应器中添加氨和二氧化碳:与二氧化碳相比,始终存在过量的氨。
浓缩步骤d)通常提供包含1.0至5.0的重量百分比的水的尿素熔体。可根据转化步骤调整水的含量。
转化步骤可以在本领域已知的多种设备中进行,诸如流化床、盘式造粒机、鼓式造粒机、造粒塔、球化机、搅拌机和锭剂机。
如果需要,该方法可包括进一步的步骤,例如该方法可能需要进行额外的步骤以在浓缩尿素溶液之前除去仍然存在于步骤c)中获得的尿素溶液中的氨、氨基甲酸酯或二氧化碳中的任一种。
在一个实施例中,可能需要向尿素溶液或浓缩尿素溶液中添加其他组分。其他组分可以是改进生产工艺的工艺添加剂,诸如降粘添加剂,其他组分也可以是改进基于固体颗粒尿素的组合物的性质的添加剂,诸如造粒添加剂,例如包含脲醛的添加剂。
在另一个方面,本公开提供了根据本公开的汽提器,特别地根据本公开的尿素HP汽提器用于降低包含尿素、氨基甲酸酯、氨和水的溶液中氨基甲酸酯、氨和二氧化碳的含量的用途。
实例1
图1中的示意图描绘了根据本发明的尿素高压汽提器的底室的横截面。该汽提器包括容器1,其包括三个部分:上圆柱段4、中间段3和下圆柱段2。该上圆柱段具有3.1m的直径,下圆柱段2具有1.0m的直径以及1.1m的高度。汽提器可包括3500至6000条管,这些管与位于上圆柱段的顶壁上的多个开口6相连,管排成一束,出口位于容器的顶室:包含尿素、氨基甲酸酯、氨和水的尿素溶液通过降膜方式进入容器,而气体则通过相同的管离开容器。该汽提器包括位于下圆柱段2的底部且与下圆柱段2同心的液体出口7。该液体出口的直径为320mm。
该容器包括两块板,即导流板和挡板。第一圆柱挡板12包括第一圆柱段8,该第一圆柱段与液体出口7同心的,并且具有包括在650mm与900mm之间的直径,特别地在650mm与850mm之间,以及包括在250mm与500mm之间的高度,特别地在300mm与450mm之间。第一圆柱挡板12包括第二段10,该第二段连接到第一圆柱段8的顶部,并且具有指向中间段3的截锥形状,其中第二段10的底部的直径等于第一圆柱段8的直径。截锥10的角度偏离竖直方向的角度包括在15°与60°之间,特别地在 30° 与 45° 之间。第二段 10 的上部直径包括在400mm 与 600 mm 之间,特别地在 500 mm 与 600 mm 之间。第一圆柱段 8在其圆周上包括2至10个开口或孔(此处未示出),从而允许流体从下圆柱段的壁流向防涡器。每个孔均为正方形,与容器的下圆柱段2的底部接触,其中正方形的各边尺寸在1mm与5.0mm之间。
第二板为圆柱导流板9。导流板9与挡板12的第一圆柱段8同心,并且与液体出口7同心,还与中间段3重叠,意味着导流板的一部分进入中间段中。导流板9的直径可在650mm与950mm之间,但始终至少等于挡板12的第一圆柱段8的直径,但小于容器的下圆柱段2的直径。导流板9位于容器的中间段3的末端与下圆柱段2的顶部之间。第二板9的高度包括在200mm与600mm之间,特别地在250mm与550mm之间。第二板9通过支架14附接到下圆柱段2。
该容器1还包括与液体出口7同心的防涡器11。该防涡器包括顶部圆板13,该顶部圆板具有包括在400mm与600mm之间的直径,特别地在500mm与600mm之间。防涡器11的顶板13的直径应小于挡板12的第一圆柱段8的直径,以使尿素溶液到达液体出口。防涡器通过交叉布置的竖直板15固定到下圆柱段的底部。

Claims (12)

1.一种汽提器,其包括:包括液体入口和气体出口的顶室、包括多条管的中间室以及底室,其中所述底室包括:容器(1),其包括下圆柱段(2)、中间段(3)和上圆柱段(4);位于所述上圆柱段的顶壁的多个开口(6);液体出口(7),其位于所述容器的所述下圆柱段(2)的底部并与所述容器的所述下圆柱段(2)同心;并且所述多个开口(6)构造成接纳所述汽提器的多条管,其中所述多条管构造成用于将含有溶解气体的流体从所述汽提器的所述顶室引导至所述底室;
其特征在于,所述底室包括:
(i)防涡器(11),其连接到所述容器的所述下圆柱段(2)的所述底部,所述防涡器(11)包括与所述下圆柱段的所述底部平行并与所述液体出口同心的顶部圆板(13),所述顶部圆板(13)通过交叉布置的竖直板(15)固定到所述下部圆柱段的所述底部,其中所述顶板的直径大于所述液体出口(7)的直径,以防止流体从所述多个开口中的一个或多个开口直接落入所述液体出口(7)中;
(ii)挡板(12),其用于防止从所述多个开口落下的流体所夹带的气泡到达所述液体出口(7),所述挡板(12)包括第一圆柱段(8)和第二段(10),所述第一圆柱段与所述液体出口(7)同心,并且其直径大于所述防涡器(11)的直径,并且所述第一圆柱段(8)的高度大于所述防涡器(11)的高度,所述第一圆柱段(8)连接到所述下圆柱段(2)的所述底部;所述第二段连接到所述第一圆柱段(8)的顶部,并且具有向上指向的截锥形状,其中所述第二段(10)的底部的直径等于所述第一圆柱段(8)的直径,其中所述第一圆柱段(8)包括一个或多个开口,从而允许流体从所述下圆柱段(2)的壁流向所述液体出口(7);
(iii)导流板(9),其用于将从中间段(3)的壁落下的流体引导朝向所述下圆柱段(2)的侧壁,所述导流板(9)与所述液体出口(7)同心,其中所述导流板(9)的直径等于或大于所述挡板(12)的直径,但小于所述容器的所述下圆柱段(2)的直径,其中所述导流板(9)位于所述下圆柱段(2)与所述中间段(3)的连接处,部分伸入所述容器(1)的所述下圆柱段(2)中,并且部分伸入所述容器的所述中间段(3)中。
2.根据权利要求1所述的汽提器,其中所述挡板(12)的所述圆柱段(8)的所述高度在所述容器的所述下圆柱段(2)的高度的10%与50%之间。
3.根据权利要求1或2所述的汽提器,其中所述防涡器(11)的所述顶部圆板(13)的所述直径包括在400mm与600mm之间,特别地在500mm与600mm之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的汽提器,其中所述挡板(12)的所述第一圆柱段(8)的所述直径包括在400mm与900mm之间。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的汽提器,其中所述导流板(9)的所述高度包括在200mm与600mm之间、特别地在250mm与550mm之间。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的汽提器,进一步包括延伸穿过所述容器的所述中间段(3)或所述上圆柱段(4)的壁的管道,所述管道适于接纳用于确定所述汽提器的所述底室中液体的液位的装置,特别地为放射源。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的汽提器,进一步包括延伸穿过所述容器(1)的壁伸入所述中间段(3)或所述上圆柱段(4)的喷射管中,用于将汽提气体,特别地包含二氧化碳和/或氨的汽提气体喷入所述底室。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的汽提器,其中所述挡板(12)的所述第一圆柱段(8)所包含的所述一个或多个开口具有多边形形状,特别地为正方形形状,特别地为其中正方形的边长包括在1mm与10mm之间的正方形形状。
9.一种用于产生尿素的尿素装置,其包括合成段、低压段和任选地精制段,所述合成段包括根据权利要求1至8中任一项所述的汽提器作为尿素高压(HP)汽提器。
10.一种用于操作作为尿素HP汽提器的根据权利要求1至8中任一项所述的汽提器的方法,其包括以下步骤:a)将含有尿素、氨基甲酸酯、氨和水的尿素溶液引导至所述尿素HP汽提器的所述液体入口,以及b)从所述尿素HP汽提器的底室的所述液体出口回收含有尿素和水并除去氨基甲酸酯、氨和任选地二氧化碳的尿素溶液。
11.根据权利要求10所述的方法,其用于产生基于固体颗粒尿素的组合物,所述方法包括以下步骤:
a0)使氨和二氧化碳的混合物在尿素反应器中发生反应,从而产生包含尿素、氨基甲酸酯、氨、水和任选地二氧化碳的尿素溶液;
a)将在步骤a0)中获得的包含尿素、氨基甲酸酯、氨、水和任选地二氧化碳的尿素溶液导入尿素HP汽提器中;
b)从所述尿素HP汽提器的所述液体出口收集包含尿素和水并除去氨和氨基甲酸酯的尿素溶液;
c)浓缩步骤c)中得到的包含尿素和水的所述尿素溶液,从而得到浓缩尿素水溶液;
d)将在步骤d)中获得的所述浓缩尿素水溶液转化为基于固体颗粒尿素的组合物。
12.根据权利要求1至8中任一项所述的汽提器用于降低包含尿素、氨基甲酸酯、氨和水的溶液中氨基甲酸酯、氨和二氧化碳的含量的用途。
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