CN1346798A - 用于氨基甲酸酯分解和从尿素溶液中汽提氨和二氧化碳的改进型设备 - Google Patents

用于氨基甲酸酯分解和从尿素溶液中汽提氨和二氧化碳的改进型设备 Download PDF

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Abstract

一种用于氨基甲酸酯分解和从尿素溶液中汽提氨和二氧化碳的改进的设备(1),包括一个汽提器(2),该汽提器(2)包括一个基本上是圆柱形的壳体(3),壳体(3)可以在相对于汽提器的水平对称轴(X－X)旋转180°的两个不同的垂直位置,固定在支撑壳体(3)的结构(6)上。

Description

用于氨基甲酸酯分解和从尿素溶液中 汽提氨和二氧化碳的改进型设备
发明领域
从其广义方面，本发明涉及从氨和二氧化碳反应产生的尿素水溶液中回收氨基甲酸酯和未反应的游离氨。在下面的说明中这种尿素水溶液将也称为尿素溶液。
尤其是，本发明涉及从尿素水溶液中分离未反应物质的方法，该尿素水溶液是通过氨基甲酸酯(尿素合成反应的中间产物)分解，并用例如随后用作尿素合成反应物的二氧化碳气流汽提未反应的氨和二氧化碳得到的浓缩产物。
更具体地说，但非排他地，本发明涉及一种改进的用于从含有上述组分的尿素水溶液中进行这些组分汽提的设备，该设备包括：
—一个汽提器，包括一个基本上是圆柱形的壳体，其相对两端分别用封头封闭，并在其最邻近的部位设置有输送汽提流体的入口和出口，用于汽提步骤的热交换和控制设备；
—一个在垂直位置支撑壳体的结构。
本发明还涉及一种延长上述型式设备使用寿命的方法，并参阅有关这个特定领域的申请资料，仅以对其简化展示为目的，作出下面说明。
背景技术
在此特定的技术领域，正如众所周知，实现尿素合成的步骤包括：从含有未反应物质的尿素水溶液中分离未反应物，并使之再循环到合成部分；为此，需要使用汽提设备，该设备与合成反应器相连，并且最好在与相应反应器同样的压力下操作。仅从结构观点看，这些设备与大型的直立的管束式热交换器类似，在管内进行实际的“汽提”操作，这就是说进行处理来自反应器的尿素水溶液，通过该处理将大部分未反应的氨和CO2分离(汽提)出来，从而得到浓缩的尿素。
通过用蒸汽加热尿素水溶液进行未反应的氨和CO2的分离，在所谓的“CO2汽提”的情况下，甚至还要加入CO2作为汽提剂。
在总循环的尿素工艺中，特别是那些向合成反应器中加入CO2作为汽提剂的工艺中，在其中进行汽提过程的管束式热交换器是很可能产生腐蚀现象的设备。
更确切地说，最易于产生腐蚀的部位是汽提器的上部、管束式热交换器列管的上部附近。事实上，在列管上部的内表面蒸发现象更为剧烈，同时形成NH3+CO2+水蒸气，这些对于通常涂覆的并保护所述列管内壁的钝化膜起着侵蚀和腐蚀作用。
特别是，由于腐蚀作用，管束的管壁上部变得越来越薄，因此，为了消除上部损害，整个汽提器将需要更新，要不然需要费用昂贵的维修，一般是要将管束热交换器截断。
由于这种腐蚀现象，该汽提设备的平均寿命约为10-12年，尽管在大多数情况下，设备的许多其它部件，特别是汽提器壳体仍然可正常使用。
为了制造理想的这种设备并消除这种腐蚀现象，曾对一些特殊材料进行研究。迄今，仍然不可能消除腐蚀。
在本发明基础上的技术问题是如何设计一种改进的设备，可以分离氨基甲酸酯并从尿素水溶液中汽提氨和二氧化碳，该设备具有的结构和功能特点可以延长设备本身的使用寿命，并克服了现今的现有技术的解决方法所存在的局限性。
发明内容
发明概述
根据本发明的解决思路是打算将汽提器翻转180°，这样使受损的上部转到下面，位于设备的底部，并相对地，将尚未受损害的相应区域转到上面。按此方法，该汽提器的使用寿命可提高一倍。
根据这种想法，前述技术问题可通过上述型式的设备解决，所述设备包括：
—一个汽提器(2)，包括一个基本上是圆柱形的壳体(3)，其相对两端分别用封头(A，B)封闭，并在封头附近处设有汽提流体的入口和出口(N1，N2，N3，N4，N5，N6)，并装有用于汽提步骤的热交换(4)和控制设备；
—用于在垂直位置支撑所述壳体(3)的结构(6)；
其特征在于，汽提器(2)的壳体(3)可以在相对于所述汽提器的水平对称轴(X-X)转动180°的两个不同的垂直位置，固定在所述的结构(6)上。
本发明还涉及一种延长设备使用寿命的方法，所述设备是用于氨基甲酸酯分解和从尿素水溶液中汽提未反应的氨和二氧化碳的设备，该设备包括：
—一个汽提器(2)，包括一个基本上是圆柱形的壳体(3)，其相对两端分别用封头(A，B)封闭，并在封头附近处设有汽提流体的入口和出口(N1，N2，N3，N4，N5，N6)，并装有用于汽提步骤的热交换(4)和控制设备；
—用于在垂直位置支撑所述壳体(3)的结构(6)；
其特征在于，在达到预定的时限后，即当所述热交换器设备的上部达到预定的破损程度以后，可以将所述壳体(3)相对于汽提器的水平对称轴(X-X)旋转180°。
根据本发明的设备和方法的特点和优点，可从下面的非限定性的叙述及所指出的具体方案，同时参阅附图，明显地体现出来。
附图简述
图1表示根据本发明第一种使用条件下的一种设备的示意图，用于从尿素水溶液中汽提氨基甲酸酯。
图2表示图1设备在第二种使用条件下的示意图。
图3表示图1设备的部件示意图。
图4A表示图3部件顶示图，4B和4C分别为图3部件的侧视图。
图5表示图1设备的透视图。
发明详述
参照上面提到的附图，用数字1示意地表示按照本发明完成的全套设备，该设备用于氨基甲酸酯分解和从尿素水溶液中汽提未反应的氨和二氧化碳。
显然，该设备与尿素合成反应器(由于其是通用型的，故未示出)相连，后者向设备1供给合成尿素溶液。该溶液是一种含有尿素、氨基甲酸酯和未反应氨的尿素水溶液。
设备1含有一个汽提器2，其包括一个基本上是圆柱形的壳体3。壳体3在其相对两端分别用封头A、B封闭。
每个封头A、B包含一个安装在壳体3相应一端的圆筒形部分和一个球形密封帽。在球形帽顶部，封头上分别设有通道，即所谓的“人孔”。
在靠近封头A、B的部位设有不同的开孔，作为汽提流体的入口和/或出口，其将在下文中详述。
在壳体3的内部安装有热交换设备。此类设备可以管束式热交换器4为代表，利用分别安装在上下封头A、B上的管板5将其固定在壳体内。在装配或维修期间，通过所谓的人孔可以到达每个管板5上。
为将壳体3支撑在垂直位置，设备1上还设有支撑结构6。壳体3的纵向轴Y-Y沿垂直方向延伸(图3)。
特别是该壳体3设有支撑元件7，例如支撑鞍架，它固定在支撑结构6上，如图5所示。
参见图1，将尿素溶液通过安置在封头A的圆筒形部分的管口N1加入到汽提器2中，所述尿素溶液含有：尿素，氨基甲酸酯，游离氨和水，来自尿素合成反应器(由于它是通用型的，未示出)。
将需要进行浓缩的尿素溶液通过分布箱8分布到上管板5上，并使之通过套管(图中未示出)，采用液膜流动方式，在管9的内部流下来，所述套管装在热交换器的管9上。
分布箱8固定在相应的封头A的圆筒部分，并由例如焊接的金属板箱制成。该箱8的作用是将处理的尿素溶液分布到其下面的管板5上。
从位于壳体3下部的管口N3加入用作汽提剂的CO2，并通过使氨蒸发来促进氨基甲酸酯分解。为使气体分布良好，在下封头B内安有一个CO2分布器，它通过连接管10与管口N3连通。该CO2分布器安装在液体分布器8内。
氨基甲酸酯蒸发和分解的热量由管9外边水蒸气冷凝供给。水蒸气通过位于上管板5下面最近的管口N5通入。该蒸汽一旦冷凝，即从管束下部通过位于稍高于下管板5的管口N6排出。
从安装在壳体3上封头A球形帽上的管口N4排出氨蒸汽和汽提CO2，以及由氨基甲酸酯蒸发和分解产生的CO2和水。
这样浓缩的尿素溶液，从汽提器2的下部通过位于下封头B球形帽内并与U形管11相连的管口N2排出，同时控制其液面。
通常，在壳体3的下封头上设有适当的管口，位于人孔上并与液面控制设备/仪器连接。考虑到特殊的需要，如果处理溶液的液面控制仪是差示型的(ΔP传感器)，在下封头B的人孔内设置两个管口N9B和N10B，分别用作控制仪的一个臂。反之，如果液面控制仪为放射性型式，则在下封头B的圆筒形部分设置单一的管口，代替上述管口N9B和N10B，通过它将放射性探头引入到壳体3中。
由于管束需要防止可能的过压，所以在离上管板5下方不远的部位设有管口N11，其上接入一个安全阀。
在管板上设有所谓的管束的“排液口”和“排气口”，分别以N8和N7表示。
在邻近下管板5的管束上还设有管口N14，可以代替管口N6，用于抽取冷凝液。
有利的是，根据本发明，汽提器2的壳体3可以在相对于汽提器2的水平对称轴(X-X)转动180°的两个不同的垂直位置，固定在所述的结构6上。在这方面，采用的第一垂直位置或条件是如图1所示的一种情况，而采用的第二垂直位置是如图2所示的一种情况。
特别是，按照本发明的设备1可以这样的方式，即不对外部设备的连接环路进行改动，便能实现汽提器2的转动。
例如，在壳体3里边设有两个尿素溶液分布箱8，而封头A、B内设有完全对称连接的管口。
正如图3和4所示，汽提器2相对于水平对称轴X-X是对称的。此对称轴X-X由通过汽提器2的水平的中间平面P和垂直的径向平面Q的交叉线来定义。所谓“径向平面”是指包括通过壳体3中心的汽提器2的轴(图3中未示出的Y-Y)的平面。
汽提器2可以相对于此对称轴X-X进行转动形成两个不同的垂直位置。
有利的是，在汽提器2内设有两个对应的管口，它们安装在与平面Q垂直的平面S上，而且与其是等距的。所谓“对应的管口”是指这些成对的管口在汽提器2翻转180°以后，它们仍然执行同样的任务，从下文说明中便可清晰地了解。
换言之，上述管口设置成相对于轴X-X对称是有利的。对称成对的管口分别位于相应的平面S上，彼此平行并与壳体3的母线(以其纵向轴Y-Y表示)平行，而且垂直于平面Q。所以分别成对的管口均与对称轴X-X和管口所在相应平面S的交叉点是对称的。
参见图2，对设备1的结构进行详述，以更好地了解汽提器2的上面和下面的互换性。
处理的尿素溶液通过管口N3在管束的列管9内部流动。在列管9外壁上进行水蒸气冷凝，以便向处理的尿素溶液提供热量。
管口N3位于上封头B的圆筒形部分，并与设在所述封头B内的流体分布箱是流体连通的。
从处理的尿素溶液中释放出的蒸汽通过上封头B球形帽内的管口N2排出。
作为汽提剂的CO2通过位于封头A的圆筒形部分的管口N1导入汽提器2的封头A内。管口N1通过导管10与位于下封头A内并嵌装在流体分布器8内的CO2分布器连接。
处理的尿素溶液集聚在下封头A内，通过该封头上的管口N4顺次排出。如果处理溶液的液面控制仪特别需要差示型的(ΔP传感器)，那么，在下封头A的人孔上还要设置两个管口N9A和N10A，分别用作控制仪的一个臂。
相反，如果使用放射性型式的液面控制仪，则在下封头A的圆筒形部分设置一个单一的管口，代替上述的管口N9A和N10A，通过此单一管口将放射性探头导入壳体3内。
加热的水蒸气通过位于离上管板5最近的管口N6进入壳体3内、管束的列管9外。
冷凝液将通过位于下管板5上面的管口N5从管束的下部抽出。该冷凝液甚至可从管口N11排出，取代管口N5。
在上管板5下面的管板上设有管口N14，其上连接一安全阀，以防止管束可能产生的过压。
所谓的管束的“排液口”和“排气口”设在管板处，并分别以N7和N8表示。
从此说明和图2可以清楚地看出，根据图1的使用条件汽提器2转动180°以后，管口N2通过简单地改变一下内部连接就可转变成管口N4。而N3表示的管口也可作为管口N1使用。同样适用于其它成对的管口：N5/N14，N6/N11，N7/N8，N9B/N9A和N10B/N10A。为此，这些管口的定位应是这样的，即在进行翻转以后，它们的法兰应可与剩下固定的相应的进料/排放管线连接。
此外，分布箱8设置在两个封头A和B上，而支撑部件7优选安装在贴近封头A和B的壳体外边，相对于汽提器2对称轴X-X的对称位置。
同样，汽提步骤用的热交换和控制设备，汽提器2的管口与相应内部之间的连接部件，优选相对于汽提器2的对称轴X-X对称装配。
因此，根据本发明的设备1可以在不需要对连接管线作重大改变的情况下进行翻转。
如图1中安置在下封头B上的管口N3一般用于汽提CO2的进料，管口N1、N3的定位应是这样的：即在翻转180°(图2)以后，使向下转动的管口(N1)面向CO2管线的法兰(图中未示出)，并使向上转动的管口(N3)朝向输送处理的尿素溶液管道的法兰(图中未示出)。
按此方法，当处理的溶液流经管口N1(图1)时，人孔上安有盖板，从而使相应的分布箱8实施其分布尿素溶液的功能。相反，当通过同样的翻转的管口N1时，则流过的是CO2(图2)，人孔将打开，使管口N1与位于下封头中的连接管10连通，用于引入CO2。
同样，一般用于排放来自上封头蒸汽的管口N4，相对于用来排放集聚尿素溶液的下封头上的管口N2也是对称的(图1)。还有，在这种情况下，即汽提器2翻转以后(图2)，这两个管口将分别转接尿素溶液进料管线和蒸汽排出管线。
优选管口N2和N4设置在封头A和B的球形帽部分，这样，在人孔法兰上不用设置任何管口，从而可以易于检查热交换器的封头。显然，不论如何，现在还没有什么办法能够避免在人孔法兰上设置管口。
一旦蒸汽排出，管口N4翻转向下，将其与下人孔壁内下倾的U形管11这样连接：即不管管口本身的高度如何，能够在所有选择范围内调节处理溶液的液面。
为了完善起见。应该注意，液面控制用的管口应设置在下部和上部两个部位。设置在上部的管口带有盖板。

Claims (8)

1.用于氨基甲酸酯分解和从尿素溶液中汽提氨和二氧化碳的改进型设备(1)，包括：
—一个汽提器(2)，包括一个基本上是圆柱形的壳体(3)，其相对两端分别用封头(A，B)封闭，并在封头附近处设有汽提流体的入口和出口(N1，N2，N3，N4，N5，N6)，并装有用于汽提步骤的热交换(4)和控制设备；
—用于在垂直位置支撑所述壳体(3)的结构(6)；
其特征在于，汽提器(2)的壳体(3)可以在相对于所述汽提器的水平对称轴(X-X)转动180°的两个不同的垂直位置，固定在所述的结构(6)上。
2.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述汽提流体的入口和出口(N1，N2，N3，N4，N5，N6)在汽提器(2)上相对于所述对称轴(X-X)是对称的。
3.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述壳体(3)在所述封头的邻近部位的外部，装有支撑元件(7)，该元件是相对于对称轴(X-X)对称装配的。
4.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述汽提步骤的热交换(4)和控制设备，相对于所述对称轴(X-X)对称地布置在汽提器壳体内。
5.根据权利要求1的设备，其特征在于，它包括所述入口和出口(N1，N2，N3，N4，N5，N6)之间的连接部件和相应的汽提器内部部件，并相对于所述对称轴(X-X)对称装配。
6.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述水平对称轴(X-X)是由汽提器的中间水平平面(P)和汽提器的径向垂直平面(Q)的交叉线来定义。
7.根据权利要求6的设备，其特征在于，所述汽提流体的入口和出口(N1，N2，N3，N4，N5，N6)是相对于所述对称轴(X-X)对称安置的管口，其中各对称的管口对彼此平行地布置在相应的平面(S)上，并且垂直于汽提器的径向垂直面(Q)，各对管口相对于所述对称轴(X-X)和管口所在相应平面(S)的交叉点是对称的。
8.延长用于氨基甲酸酯分解和从含有氨和二氧化碳的合成尿素的水溶液中汽提氨和二氧化碳的设备的使用寿命的方法，所述设备包括：
—一个汽提器(2)，包括一个基本上是圆柱形的壳体(3)，其相对两端分别用封头(A，B)封闭，并在封头附近处设有汽提流体的入口和出口(N1，N2，N3，N4，N5，N6)，并装有用于汽提步骤的热交换(4)和控制设备；
—用于在垂直位置支撑所述壳体(3)的结构(6)；
其特征在于，在达到预定的时限后，即当所述热交换器设备的上部达到预定的破损程度以后，可以将所述壳体(3)相对于汽提器的水平对称轴(X-X)旋转180°。
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