CN1189451C - 尿素生产设备的现代化方法 - Google Patents

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Abstract

一种尿素生产设备现代化的方法，其设备包括：尿素合成反应器、二氧化碳汽提装置和至少一个立式薄膜冷凝器，其方法：设置在离开气体装置后将含汽相二氧化碳和氨的大部分流体输送给冷凝器的机构；在冷凝器中设置使含汽相二氧化碳和氨的大部分流体基本上完全冷凝的装置，由此获得含尿素和氨基甲酸酯的水溶液流体，将其供给尿素合成器。立式薄膜冷凝器(4)的效率明显得到提高，生产力提高。

Description

尿素生产设备的现代化方法
技术领域
本发明涉及一种根据二氧化碳汽提法的尿素生产设备的现代化方法。
背景技术
众所周知地，对尿素生产来说，人们越来越希望一方面建立有效工作效率及生产力高的设备，另一方面投资和工作成本越少且能耗越少。
为此，近年来在本领域中已经提出了根据二氧化碳汽提法的尿素生产设备的现代化方法，它们主要基于对合成反应器的改进、用生产力更高的装置代替合成反应器下游的装置和/或在现有装置基础上添加新装置。
例如，在EP-A-0796334中披露了一种尿素生产设备的现代化方法，它设想添加一个部分分解被回收到合成反应器中的氨基甲酸酯的水溶液的步骤。利用这种现代化方法，可以明显减少合成反应器的回收水量，由此可提高转化产量并因此提高设备的生产力。
当在根据二氧化碳汽提法的现有尿素生产设备中考虑提高生产力时所遇到的一个主要问题是提高可包括至少一个冷凝器的高压冷凝段的生产力。
目前提出的提高冷凝段生产力的现代化方法总是设想并置地添加额外的薄膜冷凝器或者添加热交换率高的机构，例如锅型卧式冷凝器(池式冷凝器)。
在某些情况下，甚至还须考虑用生产率高的新装置取代现有装置。
与根据上述现有技术方法对冷凝段进行改造相比，这样的提案对投资成本和构造复杂性都有很不利的影响。
由于有这些缺点，我们发现，根据二氧化碳气体法的尿素生产设备的现代化改造目前用得越来越少了，尽管为了提高生产力并降低能耗，人们对现有设备改造业更加关注，而不是用新设备来代替它们。
发明内容
因此，构成本发明基础的技术问题是提供一种可提高设备生产力、意味着低能耗和低投资成本并在技术上易于实施的尿素生产设备现代化方法。
确切地说，本发明涉及一种使这类尿素生产设备现代化的方法，所述设备包括：
-尿素合成反应器；
-向反应器输送二氧化碳和氨的机构；
-二氧化碳汽提装置，它使来自反应器的含尿素、氨基甲酸酯、游离氨的水溶液的反应混合物进行氨基甲酸酯部分分解和游离氨部分分离，由此分别获得一股含汽相二氧化碳与氨的流体和一股含尿素和残余氨基甲酸酯的水溶液的流体；
-回收自汽提装置的且含尿素和残余氨基甲酸酯的水溶液的液流的回收段，它用于从残余氨基甲酸酯的水溶液中分离出尿素；
-至少一个立式薄膜冷凝器，它包括用于使来自汽提装置的含汽相二氧化碳和氨的流体部分冷凝的管束，由此获得了含氨基甲酸酯的水溶液的液流和含汽相二氧化碳和氨的气流；
-分别将含氨基甲酸酯的水溶液的流体和含汽相二氧化碳和氨的气流输送给尿素合成反应器的机构；
-将含一种或多种钝化剂的且对尿素合成反应不活泼的气流输送给汽提装置并经过冷凝器地从汽提装置中输送给尿素合成反应器。
在以下说明书和所附权利要求书中，术语“现代化”系指为了改进其性能并获得如产量的提高和/或转化产量的提高以及降低能耗而对现有设备进行的改造。尤其是，可设想本发明的尿素合成设备的现代化，在保留高压合成区(合成环路)的主要设备的情况下可提高产量。
在以下说明书和权利要求书中，术语“薄膜冷凝器”是指其中气体冷凝出现在在许多管内与气流合流地向下流动的薄膜处的冷凝装置。液体薄膜接触管壁流动，而气体在管内流动。
根据本申请的另一个方面，本发明也涉及一种尿素合成工艺以及一种实施该工艺的设备。
根据本发明，通过上述类型的方法解决了上述问题，所述方法的特点是：设置与含一种或多种钝化剂的小部分气流一起将来自汽提装置的含汽相二氧化碳和氨的小部分流体直接输送给尿素合成反应器的机构；设置与含一种或多种钝化剂的大部分气流一起将来自气体装置的含汽相二氧化碳和氨的大部分流体输送给所述冷凝器的机构；在所述的冷凝器中设置使含汽相二氧化碳和氨的大部分流体几乎完全冷凝的装置，由此获得了含尿素和氨基甲酸酯的水溶液的流体。
就术语“大部分”而言，它是指大于来自汽提装置的且含汽相二氧化碳和氨的整个流体的50％的部分。根据合成反应器中的工作状况，大部分流体可以占流体的65％-85％例如为70％-75％。
有利的是，本发明可明显提高热交换率并因此提高冷凝段效率，由此可以打破现有设备的瓶颈限制，从而充分利用整个生产能力，由此最佳地提高了生产力。
通过简单有效方式、最小地且无关紧要地干扰基本上保持不变的高压合成区地并且能耗低地获得了上述优点。
因此，投资成本、实施成本和工作成本明显低于现有技术的现代化方法所要求的费用。
实际上，由于有了本发明的方法，现有冷凝段既没有升级换代，也没有被取代，而是有利地保留了下来，这只需要使送如其中的气体基本上完全冷凝地内部改动冷凝器就行。
由于设置了分别将含汽相二氧化碳和氨的流体(来自汽提装置)分成小部分和大部分的机构这一事实，所以不再象现有技术那样使控制合成反应器内反应温度所需的气相反应物部分和液体一起流过冷凝器。这样一来，可以允许使大部分流体所含的所有气体反应物基本上冷凝并由此可获得最高工作效率地从内部改造冷凝器。
在这方面，本发明的现代化方法有利地包括设置将立式薄膜冷凝器转变成立式潜管冷凝器的机构的步骤。
在以下说明书和所附权利要求书中，术语“潜管冷凝器”是指其中液体充满管束且气相由于流过液体而发生冷凝的装置。换句话说，在这种情况下，冷凝器在管束管充满液体的情况下工作，这不同于管子基本上是空的的薄膜冷凝器。
更确切地说，通过在至少一个冷凝器的管束下端设置用于输送含汽相二氧化碳和氨的大部分流体的机构以及用于使含氨和氨基甲酸酯的水溶液的冷凝液在冷凝器中象热对流循环那样循环的机构，从而有利地改造了现有的冷凝器。
借助于本发明，现有冷凝器的垂直位置和尺寸得到了利用，这确保了(一旦变型的话)高液压头并因此保证了在管束内自然循环液体(象热对流循环运动)。
类似热对流循环运动的液体循环是由于通过管束各部分地在装置中上流的液气流体和只向下流的液流之间的比重差而引起的。
就此而言，如果设置了一个靠近管束下端的气体分配器，所述下端与所述的用于输送含汽相二氧化碳和氨的大部分流体的机构连通，从而将汽相二氧化碳和氨最好分布在管束中心的预定部分中，则获得了非常令人满意的结果。
由此一来，使汽相二氧化碳和氨的冷凝有利地只在明确限定的管束部分中进行，由此促进了液体在冷凝器中并在小比重流体(气液混合物)所流经的管束部分与大比重流体(只有液流)所流经的管束部分(最好在外周部位)之间象热对流循环那样最佳地循环。
至于薄膜冷凝器，本发明现代化方法所提供的冷凝器允许如此有效地混合气体和液体，即由此明显提高了管内的热交换率并因此提高了整个热交换率和现有冷凝段的效率。
这允许提高现有冷凝段的生产力。
试验结果表明，甚至可以将现有冷凝器的总体热交换率提高一倍。
另外，由于有了将立式薄膜冷凝器改造成潜管冷凝器的步骤，所以在液体象热对流循环那样循环时，可以简单而有效地延长所储氨基甲酸酯在冷凝器中的停留时间，由此它们可以发生反应并部分转变为尿素。
这样一来，可以获得甚至高达10％-20％的总体反应量，即氨基甲酸酯在冷凝器和反应器中的停留时间延长了。这个因素意味着，二氧化碳转化成尿素的转化比相应地提高了。
为了从冷凝器中抽吸出如此获得的含尿素和氨基甲酸酯的水溶液的流体而不用明显改动原来的结构，本发明的现代化发有利地包括，在冷凝器中设置收集并从一个在管束上方的区域将所述的含尿素和氨基甲酸酯的水溶液的流体输送给所述冷凝器下端的机构，所述下端与用来将液体输送给尿素合成反应器的机构流通。
要注意的是，与建议添加新冷凝器而升级冷凝段或用热交换率更高的新装置取代旧装置的现有技术的重复教导不同地，本发明的现代化方法允许通过现有的冷凝器获得相同(如果不是更高的话)的生产力提高，就其工作而论，从构造的角度来看，这些冷凝器只是很好地加以改造而没有巨大改变。
如果我们考虑了这样的情况，即根据现有技术的现代化方法，人们无法想象到只通过现有的装置就能明显提高冷凝器的生产力，那么这种结果绝对会令人吃惊的。
根据本发明的一个特别有利的优选实施例，本发明的现代化方法还包括以下步骤：设置了用于抽吸并将所述的含一种或多种钝化剂的大部分气流与可能有的微量汽相二氧化碳和氨一起从所述冷凝器中供应给在尿素合成反应器下游的清洗装置的机构。
换句话说，通过设置适当机构，含由汽提装置提供给冷凝器的钝化剂的大部分气流很好地偏离了任何在反应区下游设备中的清洗装置，而不是经过该装置。
有利的是，本发明的现代化方法因而允许只给尿素合成反应器供应含钝化剂的小部分气流，由此尽可能减少了对转化反应来说是多余的物质，从而充分利用了被提高了1-3个百分点的总体转化产量，同时保证适当保护反应器不受腐蚀影响。
与含汽相二氧化碳和氨的流体一样的，在这种情况下，术语“大部分”是指大于来自汽提装置的整个钝化剂流体的50％的部分。
例如在大部分流体占到整个流体的65％-85％的情况下，只有15％-35％的惰性气体被送往合成反应器，与现有技术的100％的情况相比，它在更高转化产量方面确有明显优势。
就此而论，应该注意的是，为了保护尿素合成设备合成区的装置，尤其是汽提装置不会因反应所涉及物质的腐蚀作用而快速损伤，给汽提装置输送定量钝化剂(如氧气或空气)和二氧化碳流是本领域的公知常识。因此，二氧化碳流所含的钝化剂和其它可用的惰性物质流过冷凝器并接着被送往尿素合成反应器。
当工作环境比汽提装置的工作环境好时，保护冷凝段和反应器所需的理论钝化剂量明显小于在合成环路中有效循环的数量。
因此，二氧化碳汽提式尿素生产工艺和根据现有技术的尿素生产设备现代化方法受到反应器转化产量损失的影响，因而因反应器中过多地存在惰性物质而损失了生产力。
由于有了本发明，因在反应器中的惰性物质较少而造成的转化产量增加以及因上述整个反应量增加而造成的转化量增加允许在反应器内获得最大的转化产量并因此获得了最大的现有设备生产力，而没有由此造成反应器下游的不平衡或混乱且尤其是冷凝段存在超负荷。
另外，值得一提的是，在上述转化量提高的情况下，可以很好地保持低能耗，甚至在某些情况下，相对于现有的待改造设备而言，降低了蒸汽消耗。
含汽相二氧化碳和氨的大部分流体和小部分流体以及含一种或多种钝化剂的大部分气流和小部分气流最好是根据本发明的现代化方法进行调节，这多亏是有了在装置中设置用于抽吸并将含一种或多种钝化剂的大部分气流与可能有的微量汽相二氧化碳和氨一起从冷凝器送往清洗装置的机构的步骤。
根据另一个方面，本发明涉及一种尿素生产工艺，它包括以下步骤：使二氧化碳和氨在反应器中反应，由此获得了含尿素、氨基甲酸酯和游离氨的水溶液的反应混合物；将反应混合物供给二氧化碳汽提装置并使混合物进行氨基甲酸酯部分分解和游离氨部分分离处理，由此获得了含汽相二氧化碳和氨的流体和含尿素和残余氨基甲酸酯的水溶液的流体；将含尿素和残余氨基甲酸酯的水溶液的流体输送给尿素回收段；其特征在于，该工艺还包括以下步骤：将所述的含汽相二氧化碳和氨的小部分流体直接供给反应器；将含汽相二氧化碳和氨的大部分流体供给至少一个冷凝器并使大部分流体基本上完全冷凝，由此获得了一股含尿素和氨基甲酸酯的水溶液的流体；将所述的含尿素和氨基甲酸酯的水溶液的流体供给反应器。
本发明还涉及一种用于实施上述尿素生产工艺的设备，它包括：尿素合成反应器；用于给尿素合成反应器输送氨和二氧化碳的机构；二氧化碳汽提装置，它使含尿素、氨基甲酸酯和游离氨的水溶液的且离开反应器的反应混合物接受氨基甲酸酯部分分解和游离氨部分分离处理，由此获得了含汽相二氧化碳和氨的流体和含尿素和残余氨基甲酸酯的水溶液的流体；用于所述的离开汽提装置的且含尿素和残余氨基甲酸酯的水溶液的流体的且使尿素与残余氨基甲酸酯的水溶液分离开的回收段；其特征在于，它还包括：至少一个潜管冷凝器，它至少使含汽相二氧化碳和氨的且离开汽提装置的部分流体完全冷凝，由此获得了含尿素和氨基甲酸酯的水溶液的流体；用于将含汽相二氧化碳和氨的且离开汽提装置的小部分流体直接输送给尿素合成反应器的机构；用于将含汽相二氧化碳和氨的且离开汽提装置的大部分流体输送给所述的至少一个冷凝器的机构；用于将含氨和氨基甲酸酯的水溶液的且离开所述的至少一个冷凝器的流体输送给尿素合成反应器的机构。
根据本发明，要用于实施尿素生产工艺的设备可以重新实现或者通过改动现有设备来实现，从而实现了生产力的提高，并且在某些情况下，从能耗角度出发获得了性能改善。
根据以下非限定地且结合附图地对本发明尿素合成工艺和现代化方法的实施例的描述，本发明的其它优点和特点将变得更清楚。
附图说明
图1示意且局部地示出了现有技术中的根据二氧化碳汽提法的尿素生产设备；
图2是现有技术中的图1所示设备的立式薄膜冷凝器的纵截面示意图；
图3局部示意地示出根据本发明的现代化方法的一个优选实施例而对图1的设备进行改造而实现的根据二氧化碳汽提法的尿素生产设备；
图4是图3的设备的立式潜管冷凝器的纵截面示意图，系通过根据本发明改造的图2冷凝器而获得的；
图5部分示意地示出用于实施本发明工艺的且根据二氧化碳气体法的尿素生产设备；
图6是根据本发明的图5所示设备的立式潜管冷凝器的纵截面示意图。
具体实施方式
为了简化本发明的描述，在图1中仅示意地画出了尿素生产设备的一部分，确切地说，在图1中画出了高压合成区(合成环路)，其余区段对于理解本发明来说是不必要的。
另外，只有当十分需要时，才具体参见图1所示的下述生产设备各部分的传统连接管路。
参见图1，根据二氧化碳汽提法、且其特点是反应物回流到反应室的现有尿素生产设备整体用参考数字1表示。
生产设备1，确切地说是高压合成区，包括尿素合成用反应器2(或合成室)、二氧化碳汽提装置3、包括薄膜垂直冷凝器4(以下将参见图2对其进行具体描述)的冷凝段、钝化剂和其它可能有的惰性反应物质的清洗装置5。
另外，生产设备1包括合成尿素回收段(图1未示出)、通过输送给冷凝器4的冷却液而造成分流的分离装置6。
反应器2通常在180℃-185℃之间工作，其NH3/CO2的摩尔比为2.8-3.0，H2O/CO2的摩尔比为0.4-0.5，反应产量为58％-60％。
在图1的合成区内的生产压力(等压)通常为1.40×107～1.45×107Pa。与中压(约1.8×106Pa)和低压(约3×105～4×105Pa)的压力相比，这样的压力通常在尿素合成工艺中被认为是高压，在本领域中，用这样的术语来表示合成环路下游区段的压力。
在图1中，用于将各种流体供给尿素生产设备1的各装置通常用数字7-21表示。
这样的输送机构包括管路或连接管道、泵、压缩机、喷射器和已知类型的其它装置，它们通常被用于这样的生产设备中，因此，在下文中将不进一步描述这些部件。
总的来说，在本发明说明书和所附权利要求书中，在术语“输送、连接或抽吸装置”没有不同表示的情况下，它是要表示管路、连接管道或导管、泵、压缩机、喷射器或已知类型的其它装置，它们被用于从生产设备的一个部位向另一个部位输送液体或气流。
更确切地说，用7、8来表示给汽提装置3输送含二氧化碳来料的气流以及给冷凝器4输送含氨来料(液态)的流体的各输送机构。
通过输送机构7而供给汽提装置3的二氧化碳来料被用作反应混合物的汽提剂，所述反应混合物在离开反应器2的并通过机构9供给汽提装置3的水溶液中含有尿素、氨基甲酸酯和游离氨。
汽提装置3属于蒸汽外加热式薄膜汽提装置。在外壳侧输送和抽吸加热汽提装置2用蒸汽的装置总的用22表示。
在汽提装置3中与含二氧化碳气流反向流动的反应混合物受到了氨基甲酸酯部分分解及游离氨部分分离的处理，由此获得含汽相二氧化碳和氨的气流和含尿素和残余氨基甲酸酯的水溶液的液流。
在含尿素和残余氨基甲酸酯的水溶液的液流被从汽提装置3的底部抽出并通过输送机构10被送往尿素回收段(未示出)。
在汽提装置3中获得的且除了氨与二氧化碳外也含水的气流从汽提装置3的上端流出并通过输送机构11被送往冷凝器4的上端。
冷凝器4是立式薄膜冷凝器，它使含汽相氨与二氧化碳的且通过装置11来自汽提装置3的所有流体接受部分冷凝处理。
接着，含氨来料的流体通过装置8与在含氨及氨基甲酸酯的水溶液的回收液流一起输送给冷凝器4的上端。所回收的氨和氨基甲酸酯的水溶液通过输送机构13送入含氨供料流体中。在反应器2和输送机构13之间还设置了连接机构12。
如图2所示，蒸汽的部分冷凝是由于汽相接触液相而发生的，它们混合成一股地在冷凝器包24所包含的管束23的许多管子中向下流动。
在此图中，结构和工作与图1所示的相同的生产设备1的局部将采用相同参考数字来表示，并且不再描述它们。
管束23在上、下两端分别与上、下管板25、26相邻，冷凝器4的上、下头27、28分别固定在所述管板上。
尤其是，在含氨来料和氨基甲酸酯的水溶液的液体通过输入喷嘴30被送入由上头27限定边界的空间29内并且喷洒在上管板25上，再因重力而沿管束23下降，由此形成薄膜。通过输入喷嘴31而供给上管板25的含汽相二氧化碳和氨的流体也在这样的管子内流动(它们基本上空载工作)。
由于部分冷凝，所以在管束23的管出口处获得了在含氨基甲酸酯的水溶液的液流和含氨水与二氧化碳的气流。这样的流体经过在下头28中限定出的空间32并分别通过用于液体和气体的输出喷嘴33、34流出冷凝器4。
含汽相二氧化碳和氨的蒸汽以及在含氨基甲酸酯的水溶液的液体从冷凝器4的底部通过各输送机构14、15被分别送往尿素合成反应器2。
在图2中，含汽相和液相的冷凝器4中的流体总体用Fg、F1分别表示。
显然，在现有技术的冷凝器4中，在管束23的管内的停留时间很短，在上管板25上的液相均匀分布可能相当难于获得。而这些对于有效冷凝汽相反应物来说都是有害的。
在冷凝器4中部分分解含汽相二氧化碳和氨的流体时所产生的热是通过使冷却液即水流经管束23(在外壳侧)而被带走的，这产生了回收蒸汽(通常为4.5×105Pa的绝对压力)。
水流在外壳上通过机构16被送给冷凝器4并通过机构17从冷凝器中被抽出。
来自冷凝器4的且也含有因与在冷凝器4内在管侧流动的工作流体间接热交换而产生的蒸汽的水流通过机构17被送往用于从水中分离出蒸汽的装置6。由此通过机构16在外壳侧将水回送给冷凝器4，而通过机构18将蒸汽抽离出分离装置6。
按照本领域的术语，分离装置也用术语“上汽锅”表示。
为了保护高压合成区装置不被腐蚀，生产设备1还包括使一种或多种对尿素合成反应不活泼的钝化剂如氧气或空气流过这样的装置的方案。
为此目的，通常设置将含钝化剂的气流输送给汽提装置3并从汽提装置中经过冷凝器4地送往尿素合成反应器2的输送机构。
在图1的例子中，钝化剂直接与含二氧化碳来料的气流混合。就此而言，上述含钝化剂的气流的输送机构相应于输送机构7。
由于汽提装置3中的工作环境是很恶劣的，从防腐蚀观点出发这样的装置需要明显多于其它装置钝化实际所需的钝化剂。因此，在汽提装置3的旁边，给其它合成区装置供应过量的钝化剂。
另外，通过机构7被输送给汽提装置3的含二氧化碳的气流还含有一定数量如1％-3％(体积百分比)的其它惰性物质，这些惰性物质与钝化剂一起经过高压合成区各装置。
尤其是，就可在合成反应惰性物质含量少的情况下获得的产量而言，通常被供给尿素合成反应器2的钝化剂和惰性物质的数量能够降低二氧化碳转化成尿素的产量的百分比。
惰性物质流经过留有一部分未反应的汽相二氧化碳和氨的尿素合成反应器2，并通过机构19从反应器2上端流向清洗装置5。
在清洗装置5中，汽相的氨与二氧化碳通过来自尿素回收段的(未示出)且通过机构20被输送给清洗装置5的含(如在图1中)氨基甲酸酯的水溶液的清洗液得到冷凝。
从清洗装置5中，通过机构21大体上从高压合成区内抽吸出钝化剂和惰性物质，而适当富集了氨与二氧化碳的清洗液通过机构13被送往冷凝器4。
参见图3，图1的尿素生产设备看起来有利地经过了根据本发明现代化方法的第一实施例的适当改造。
参见图4，强调了对现有的冷凝器做出的修改特征。
在图3、4中，结构和工作与图1、2所示的相同的生产设备1和冷凝器4的具体部分将用相同参考数字表示，并不再描述。
借助于本发明的现代化方法，来自汽提装置3的含汽相二氧化碳和氨的流体的冷凝器4的输送机构适当地经过修改，就只有大部分流体接受液相冷凝。
另外，最好冷凝器4内部结构经过修改，从而可基本上完全冷凝大部分流体。
为此目的，根据图3的实施例，图1的现有生产设备的机构11经过修改，设置了机构35、36以便分别将含汽相二氧化碳和氨的微量流体从汽提装置3中直接送往尿素合成反应器，并将大部分流体送往冷凝器4。机构35、36例如包括各连接导管。
显然，由于使含一种或多种钝化剂的气流在输送机构11内和含汽相二氧化碳和氨的流体一起流动，机构36、35的设置不可避免地造成分别将微量钝化剂供给反应器2和将大部分钝化剂供给冷凝器4。
在冷凝器4内，设置了在图4中更具体描述的机构，以便通过简单有效的方式基本上使所有供给冷凝器的汽相反应物质冷凝。
换句话说，现有的立式薄膜冷凝器有利地被转变成立式潜管冷凝器，即管束充满冷凝液，这明显提高了冷凝器的效率及其生产力。另外，这种变化可延长合成氨基甲酸酯在冷凝器中的停留时间，它们部分地反应变成尿素。
尤其是，有利地使含氨和氨基甲酸酯的水溶液的冷凝液在管束23内类似热对流循环地环流。含汽相二氧化碳和氨的大部分流体通过机构36被送入靠近管束23底端，确切地说是靠近下管板26的下腔32。
这样一来，汽相二氧化碳和氨向上流过冷凝器(与冷凝液合流地)，在管束23的充满液体的管子内汩汩流动并在管子侧明显进行热交换。
为了使冷凝液的类似热对流循环的运动在冷凝器4内正确进行循环，本发明的现代化方法包括设置了带孔壁37a的气体分配器37，它与含汽相二氧化碳和氨的大部分流体的输送机构6相通地设置在下管板26附近。
分配器37的尺寸是如此选择的，即它能够很好地只在特定部分的管束23内分布汽相二氧化碳和氨。
这样一来，管束23本身被分成第一部分38(在图4中的中心部分)和第二部分39，低比重液/气流体通过第一部分内向上流，高比重液/气流体通过第二部分向下流，它因此按照类似热对流循环运动的方式在冷凝器4内循环流动。
如图4所示，管束23的另一个外周部40被用于使在含尿素和氨基甲酸酯的水溶液的流体从上腔29流向输送机构15以便被送往合成反应器2。
就此而言，本发明的现代化方法提出了，应该在冷凝器4内设置在图4中用41、42表示的适当装置，以便收集和通过管束23的第三部分40将这种含尿素和氨基甲酸酯的水溶液的流体从空间29送往机构15。
这样的收集输送装置包括没有穿孔的且相对部分上腔29垂直立于上管板25上的器壁41、接收含尿素和氨基甲酸酯水溶液以便送往反应器2的下管板部分与输送机构15之间的连接机构42。
器壁41根据类似热对流循环的运动在液体上腔29内限定出一液压头，并象堤坝那样分流出含尿素和氨基甲酸酯的水溶液的流体以便通过管束部分40送往机构42。
应该注意的是，增大器壁41的高度并提高液体在空间29内的液面，可以延长液体在冷凝器4中停留时间，这对在这样的冷凝器中大量生产尿素来说是最有利的。
装置42又，例如，可以包括一个固定在下管板26上且用来收集来自管束部分40的液体、并通过穿过喷嘴33的导管与机构15相连的箱形部件。
通过机构8被送往冷凝器4的含氨和氨基甲酸酯的水溶液的冷凝液流由输入喷嘴30流入上腔29，并通过靠近上管板25的旋流分配器43被分布在管束部分39中。
用于尿素合成反应的且通过机构34被供给冷凝器4的钝化剂和其它可能有的惰性物质向上经过管束23，并同可能未冷凝的微量汽相二氧化碳和氨一起与冷凝器上腔29的液体分离开。
有利的是，与上腔29中的液体分离开的气体被抽出冷凝器4，并被送往在反应器2下游的清洗装置5，这借助于设置了适当装置44(根据本发明的现代化方法)。
这样的装置44例如是由一个通过喷嘴31冷凝器上腔29流通的导管构成。
如参见发明概述所述的那样，由于有这个特征，所以可以将尿素合成反应器2中的转化产量提高几个百分点(1-3％)，其明显的优点是现有生产设备的生产力提高了。
这样一来，不仅转化产量提高了，而且反应器2可以在更理想地环境中工作，而且设备能耗低于未现代化前的水平(蒸汽消耗少)。
从本发明现代化方法的实施例得到的另一个优点是，由于只给合成反应器2输送微量惰性物质，所以离开反应器2的汽相二氧化碳和氨的数量明显低于当所有惰性物质被供给反应器2时的情况。
因此，由于来自冷凝器4的大部分惰性物质只包含了微量氨与二氧化碳，所以进一步减轻了清洗装置5的负担，于是，此装置将肯定回收更少的汽相反应物质(以便与少于汽相二氧化碳和氨的惰性物质流分离开)，由此允许装置5有更好的工作环境并因此提高清洗装置的生产力。
根据另一个实施例(未示出)，可设想设置用于将来自冷凝器的惰性物质流送往在反应器2下游的其它清洗装置的机构，这些清洗装置在现有的尿素生产设备中就有。或者，无论何时在来自冷凝器4的惰性物质流中的二氧化碳和氨的含量为零或基本为零时，都可设想设置用于马上将这样的流体抽入环境中的机构，如一个与出气喷嘴31相连的排气阀。
根据本发明的现代化方法，最好预想到：在装置44中设置适当机构45(如在图3中由控制阀所示)，以便分别控制含汽相二氧化碳和氨的大部分气流和微量气流以及含至少一种钝化剂的气流。
当装置44使冷凝器4上端与反应器顶部流通时，控制阀45可控制汽相二氧化碳和氨的数量以便分别送往冷凝器4和尿素合成反应器2。
根据管束23尺寸和特殊形状，本发明提供了一种现代化方法，它可以进一步提高冷凝器的热交换率并提高管束23外的热交换率(外壳侧)，在这里，除了在工作流体经过的管内侧(管侧)有提高外，使冷却水流动以便充分利用由此提高的冷凝器生产力。
令人惊奇地发现，为了改善在汽相二氧化碳与氨冷凝过程中产生的热的散热并由此提高热交换率，最好当在管束外壳侧横穿时没有通过冷却水产生蒸汽。
实际上，在现有冷凝器4的管束23具有太多相互靠近的管子而且在外壳侧用于通水的空间很小的特殊情况下，在冷凝器外壳侧流动的冷却水中形成蒸汽看起来对液体环流很要命的。这意味着将减弱热交换并减弱在流动于管侧的流体与冷却水之间的冷凝热散热。
与现有技术的教导相比，这个特征是不重要的，在现有技术中，用于冷凝热散热的冷却水蒸发是在横流过管束外壳侧时进行的，其目的是促进散热并在外壳侧进行连好的热交换。
因此，在冷凝器的许多个管子紧密排列的特定情况下，本发明有利地提出，设置适当装置来提高冷却水流速，从而防止在冷凝器4内形成蒸汽并进一步提高整个热交换率。
例如，通过在机构16中设置循环泵(未示出)来提高流速和提高冷却环路中的水环流，或者通过提高装置6高度即提高装置6与冷凝器4之间的高度差来提高液压头。
由此一来，冷凝器4外壳侧的入口压力增大了，温度升高变小，故只在冷凝器出口形成蒸汽。
由于这样改进了冷却环路，所以可以获得外壳侧的高热交换率，即使是在那些冷凝器具有一个有上述特征的管束的特殊情况下。
总的来说，本发明的方法不仅可以提高冷凝器的生产力，而且可以获得所产生蒸汽的压力的提高，并由此可以在更高的热水平下进行热回收。
如此获得的高温蒸汽可以很好地被用于尿素生产设备1的其它部件，如用于合成区下游的热交换器或二氧化碳压缩透平，由此减轻了设备的负荷和能耗。
参见图5，它极佳地示出了一台根据二氧化碳汽提法的尿素生产设备46，它被用于实施本发明的方法。
在图6中更好地示出了与新设备冷凝器4有关的特征。
在图5、6中，结构和功能与以前附图所示相同的设备46和冷凝器4的具体部件用相同参考数字表示，并且不再描述。
换句话说，就对设备46的各种装置和机构以及对其工作的说明而言，基本上参见图3、4。
唯一的区别是进入含氨和氨基甲酸酯的水溶液的流体的冷凝器4中的不同入口(机构8)和含尿素和氨基甲酸酯的水溶液且要被送往反应器2的流体的冷凝器的出口(机构15)。
这些差别是由于以下事实造成的，即当可能设计新冷凝器构造时，各蒸汽出口喷嘴和入口喷嘴的结构得到了最佳化。
这样一来，避免了在上、下腔29、30内设置收集输送机构41、42。另外，避免了采用一部分管束23以将含尿素和氨基甲酸酯的水溶液的流体抽出冷凝器4。因此，冷凝汽相二氧化碳和氨可用的冷凝器内容积得到了最大应用。
尤其是，含氨与氨基甲酸酯的水溶液的液体正经机构8并通过布置在冷凝器底部的喷嘴34供给冷凝器4。另外，含尿素与氨基甲酸酯的水溶液的并且要通过机构15被送往反应器2的流体经布置在其上端附近的喷嘴48离开冷凝器4。
为了保证离开喷嘴48的液体稳定流动，上收集腔29还设有一个其作用象液体收集槽那样的收集容器47，以便将液体供应给反应器2。
图5的草图只示出了本发明的新型尿素生产设备的一个优选实施例。实际上，按照图3的草图方式来实现新型设备不存在任何障碍。
参见现有设备现代化方式而描述的优点重新出现在新建成的图5的设备中，但是新设备的投资成本当然要高许多。
借助现有设备现代化后获得了图3的设备，并由于有了图5的新设备，可以有利地实施如所附权利要求9-13所述的尿素生产工艺。
尤其是，这样的工艺的的特点是，它包含以下步骤：将含汽相二氧化碳和氨的小部分流体直接送往(机构35)反应器2，将含汽相二氧化碳和氨的大部分流体供给(机构36)至少一个冷凝器4，使大部分流体基本上完全冷凝，由此获得了含尿素和氨基甲酸酯的水溶液的流体，将含尿素和氨基甲酸酯的水溶液的流体供给(机构15)反应器2。
为了促进供给冷凝器4的大部分气体几乎完全冷凝，本发明的工艺最好包括使在冷凝器4中的这样的大部分流体通过一股含氨和氨基甲酸酯的水溶液的液流在冷凝器内环流地象热对流循环那样流动。
更确切地说，该工艺包括这样的步骤：使含汽相二氧化碳和氨的大部分流体与含氨和氨基甲酸酯的水溶液的液流一起向上在冷凝器管束23的最好是中心的预定部分38中流动。
根据本发明的一个优选实施例，其工艺有利地包括以下步骤：抽吸并与可能有的微量氨和汽相二氧化碳一起(机构44)将含一种或多种钝化剂的大部分气流从冷凝器4送往一个在反应器2下游的清洗装置5，以便用清洗流，且最好是用来自尿素回收段的含氨基甲酸酯的水溶液的流体，回收微量的氨和二氧化碳。
另外，在某些特殊情况下，可以有利地将含冷却水的流体以一定流速送往(机构16)冷凝器(在外壳侧)，从而至少部分限制了在冷凝器中形成蒸汽。
通过本发明工艺获得的优点是多种多样的。尤其值得强调的是，这样的工艺允许简单有效地在冷凝器中获得高的热交换率、高转化产量和大生产量。另外，它的实现在技术上很简单，而且能耗少、投资少。
最后，由本发明现代化方法限定的保护范围应该被认为(除了改动现有结构外)也包括因磨损而用具有图4、6所示类型结构的新装置更换现有冷凝器的特例。无论现有装置何时到了工作寿命极限并不再能保证可靠持续地工作，这种特例都会出现。

Claims (19)

1.一种使这类尿素生产设备现代化的方法，所述设备包括：尿素合成反应器(2)；
用于将氨和二氧化碳输送给尿素合成反应器(2)的机构(7，8)；
用于使含尿素、氨基甲酸酯和游离氨的水溶液的且来自反应器(2)的反应混合物接受氨基甲酸酯部分分解和游离氨部分分离处理的二氧化碳汽提装置(3)，由此分别获得含汽相二氧化碳和氨的流体和含尿素和残余氨基甲酸酯的水溶液的流体；
用于所述的含尿素和残余氨基甲酸酯的水溶液的且来自汽提装置(3)的流体的回收段，它用于使尿素脱离残余氨基甲酸酯的水溶液；
至少一个立式薄膜冷凝器(4)，它包括使含汽相二氧化碳和氨的且离开汽提装置(3)的流体接受部分冷凝的管束(23)，由此获得含氨基甲酸酯的水溶液的液流和含汽相二氧化碳和氨的气流；
用于分别将含氨基甲酸酯的水溶液的流体和含汽相二氧化碳和氨的气流输送给尿素合成反应器(2)的机构(15，14)；
用于将含一种或多种对尿素合成反应不活泼的钝化剂的气流输送给汽提装置(3)并通过所述的至少一个立式薄膜冷凝器(4)而从汽提装置(3)中送往尿素合成反应器(2)的机构(7，11，14)；
所述现代化方法的特征包括以下步骤：
提供用于在离开汽提装置(3)后马上与含一种或多种钝化剂的小部分气流一起地将含汽相二氧化碳和氨的小部分流体输送给尿素合成反应器(2)的机构(35)；
提供用于在离开气体装置(3)后与含一种或多种钝化剂的大部分气流一起地将含汽相二氧化碳和氨的大部分流体输送给所述的至少一个立式薄膜冷凝器(4)的机构(36)；
在所述的至少一个立式薄膜冷凝器(4)中设置用于使含汽相二氧化碳和氨的大部分流体完全冷凝的装置，由此获得合尿素和氨基甲酸酯的水溶液的流体。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它设置用于将所述的至少一个立式薄膜冷凝器(4)转变为“潜管型”立式冷凝器的机构(17)。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，它在所述的至少一个立式薄膜冷凝器(4)的管束(23)下端内设置用于供给所述的含汽相二氧化碳和氨的大部分流体的机构(36)。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，它设置靠近管束(23)下端的气体分配器(37)，所述下端与所述的用于输送含汽相二氧化碳和氨的大部分流体的机构(36)连通，从而将汽相二氧化碳和氨分布在管束(23)的中心的预定部分(38)中并用于象热对流循环运动那样循环含氨和氨基甲酸酯的水溶液的冷凝液。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，它在所述的至少一个立式薄膜冷凝器(4)中设置用于收集并从在管束(23)上方的区域(29)将所述的含尿素和氨基甲酸酯的水溶液的流体输送给所述的至少一个立式薄膜冷凝器(4)的下端的机构(41，42)，所述下端与用来将液体输送给尿素合成反应器(2)的机构(15)沟通。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括以下步骤：
设置用于抽吸并将所述的含一种或多种钝化剂的大部分气流从所述的至少一个立式薄膜冷凝器(4)中供应给一个布置在尿素合成反应器(2)下游的清洗装置(5)的机构(44)。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，它还包括以下步骤：
设置适用于分别在该机构(44)中控制所述的含汽相二氧化碳和氨的小部分流体和大部分流体以及所述的含一种或多种钝化剂的小部分气流与大部分气流以便抽吸并将所述的含一种或多种钝化剂的大部分气流从所述的至少一个立式薄膜冷凝器(4)中输送给该清洗装置(5)的装置(45)。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括以下步骤：设置用于提高含被供给所述的至少一个立式薄膜冷凝器(4)的冷却水的流体的流速的机构。
9.一种尿素生产工艺，它包括以下步骤：
使二氧化碳和氨在反应器(2)中反应，由此获得了含尿素、氨基甲酸酯和游离氨的水溶液的反应混合物；
将反应混合物供给到二氧化碳汽提装置(3)并使混合物接受氨基甲酸酯部分分解和游离氨部分分离处理，由此获得含汽相二氧化碳和氨的流体和含尿素和残余氨基甲酸酯的水溶液的流体；
将含尿素和残余氨基甲酸酯的水溶液的流体输送给尿素回收段；其特征在于，该工艺还包括以下步骤：
将所述的含汽相二氧化碳和氨的小部分流体直接供给反应器(2)；
将含汽相二氧化碳和氨的大部分流体供给至少一个冷凝器(4)并使大部分流体完全冷凝，由此获得含尿素和氨基甲酸酯的水溶液的流体；
将所述的含尿素和氨基甲酸酯的水溶液的流体供给反应器(2)。
10.如权利要求9所述的工艺，其特征在于，使所述的含汽相二氧化碳和氨的大部分流体在所述的至少一个冷凝器(4)中流过含氨和氨基甲酸酯的水溶液的液流，它在所述的至少一个冷凝器(4)内按照类似热对流循环的运动循环。
11.如权利要求10所述的工艺，其特征在于，使所述的含汽相二氧化碳和氨的大部分流体与含氨和氨基甲酸酯的水溶液的液流一起在所述的至少一个冷凝器(4)的垂直管束(23)的中心的预定部分(38)中向上流动。
12.如权利要求9所述的工艺，其特征在于，它还包括以下步骤：
将含一种或多种钝化剂的且对尿素合成反应不活泼的气流输送给该汽提装置(3)；
将所述的含一种或多种钝化剂的小部分气流从气体装置(3)中直接供给反应器(2)；
将所述的含一种或多种钝化剂的大部分气流从汽提装置(3)供给所述的至少一个冷凝器(4)；抽吸并从所述的至少一个冷凝器(4)中将所述的含一种或多种钝化剂的大部分气流与可能有的微量汽相二氧化碳和氨一起输送给一个布置在反应器(2)下游的清洗装置(5)。
13.如权利要求9所述的工艺，其特征在于，它还包括以下步骤：将含冷却水的流体以这样的流速供应给所述的至少一个冷凝器(4)，使所述流速至少部分限制了在冷凝器(4)内生成蒸汽。
14.一种尿素生产设备，它包括：尿素合成反应器(2)；
用于给尿素合成反应器(2)输送氨和二氧化碳的机构(7，8)；
二氧化碳汽提装置(3)，它使含尿素、氨基甲酸酯和游离氨的水溶液的且来自反应器(2)的反应混合物接受氨基甲酸酯部分分解和游离氨部分分离处理，由此获得含汽相二氧化碳和氨的流体和含尿素和残余氨基甲酸酯的水溶液的流体；
用于所述的离开汽提装置(3)的且含尿素和残余氨基甲酸酯的水溶液的流体的且使尿素与残余氨基甲酸酯的水溶液分离开的回收段；其特征在于，它还包括：
至少一个“潜管”冷凝器(4)，它至少使含汽相二氧化碳和氨的且离开汽提装置(3)的部分流体完全冷凝，由此获得含尿素和氨基甲酸酯的水溶液的流体；
用于将含汽相二氧化碳和氨的且离开汽提装置(3)的小部分流体直接输送给尿素合成反应器(2)的机构(35)；
用于将含汽相二氧化碳和氨的且离开汽提装置(3)的大部分流体输送给所述的至少一个冷凝器(4)的机构(36)；
用于将含氨和氨基甲酸酯水溶液的且离开所述的至少一个冷凝器(4)的流体输送给尿素合成反应器(2)的机构(15)。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述的至少一个冷凝器(4)是立式的，它包括分别用于输送含汽相二氧化碳和氨的大部分流体和含氨和氨基甲酸酯的水溶液的冷凝液流且布置在其下端的输入喷嘴(33，34)、用于含氨基甲酸酯的水溶液的流体的且布置在其上端附近的输出喷嘴(48)。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述的至少一个冷凝器(4)包括管束(23)和靠近该管束(23)下端的气体分配器(37)，所述下端与所述的机构(33)流通以便输送含汽相二氧化碳和氨的大部分流体并从而在管束(23)的中心的预定部分(38)内分布汽相二氧化碳和氨。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，它还包括：
用于将含至少一种或多种对尿素合乎成反应不活泼的钝化剂供给该汽提装置(3)的机构(7)；
用于从汽提装置(3)中将含一种或多种钝化剂的小部分气流直接供给尿素合成反应器(2)的机构(35)；
用于从汽提装置(3)中将含一种或多种钝化剂的大部分气流供给所述的至少一个冷凝器(4)的机构(36)；
用于抽吸并从所述的至少一个冷凝器(4)中将含一种或多种钝化剂的大部分气流供给布置在尿素合成反应器(2)下游的清洗装置(5)。
18.如权利要求17所述的设备，其特征在于，它还包括适用于分别调节所述的含汽相二氧化碳和氨的大部分流体和小部分流体以及含一种或多种钝化剂的气流的装置(45)，所述装置布置在用于将抽吸气流供给所述清洗装置(5)的机构(44)中。
19.如权利要求17所述的设备，其特征在于，所述的至少一个冷凝器(4)包括一个位于其上端、用于抽吸所述的含一种或多种钝化剂的大部分气流的喷嘴(31)。
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