CN202107649U - 用于三聚氰胺的生产设备以及节能生产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于三聚氰胺的导热油空心桨叶冷却结晶机以及由该结晶机组成的节能生产系统。创新点在于采用了由导热油空心桨叶冷却结晶机、热气净化装置、导热油蒸汽发生器以及旋风分离器组成的热气冷却结晶系统。本实用新型首次采用具有活动换热面并且换热面具有自清洁功能的导热油空心桨叶冷却结晶机对三聚氰胺进行结晶回收；并首次采用导热油作为三聚氰胺结晶冷却介质，导热油把热量传递给软水产生蒸汽；导热油闭路循环，没有热量埙耗，实现了冷却结晶余热的高效回收利用，节约了能源、降低了消耗。

Description

用于三聚氰胺的生产设备以及节能生产系统

技术领域

本实用新型涉及化工领域，尤其涉及三聚氰胺的生产系统及生产工艺。

背景技术

目前，国内三聚氰胺的生产工艺主要有传统常压一步法、低压一步法和常压两步法；另有极少部分的高压一步法。这里说的常压是指系统压力为0～0.2MPa，低压是指系统压力为0.2～1MPa，高压是指系统压力大于1MPa。与本实用新型有关的是传统常压一步法、低压一步法和常压两步法。(传统常压一步法和低压一步法生产工艺系统完全相同，区别在于系统压力不同)

传统常、低压一步法三聚氰胺生产工艺系统如图1所示，主要由熔盐加热炉、流化床反应器、热气冷却器、热气过滤器、热气冷却结晶系统、压缩机和尾气吸收系统等组成。

传统常压两步法三聚氰胺生产工艺系统如图2所示，主要由生产粗品的熔盐加热炉、流化床反应器、热气过滤器、热气冷却结晶系统、水洗塔1-4、氨冷干燥器、载气压缩机、冷冻压缩机等粗制系统；以及生产精品的溶解罐、加热器、过滤器、冷却器、结晶器、分离器、烘干器、粉碎机等精制系统组成。

其中，常、低压一步法的热气冷却结晶系统主要由蒸汽系统、结晶器、旋风分离器、冷气循环风机、液尿循环泵、液尿洗涤塔、气液分离器和液尿冷却器等部件组成。

常、低压一步法的生产流程工艺是：流化床反应器出来的380摄氏度左右的高温混合工艺气(三聚氰胺、氨气、二氧化碳)经过热气冷却器降温到320摄氏度左右(高沸点副产物结晶出来)，再进入热气过滤器进行过滤；从热气过滤器过滤后的纯净中温混合工艺气由结晶器顶部向下进入结晶器；从集气罐过来的140摄氏度左右的冷工艺气经过结晶器中下部的六到八支环型射流管向上进入结晶器，冷、热工艺气交汇过程中三聚氰胺结晶析出；降温到210摄氏度左右的低温混合工艺气(氨气、二氧化碳)混合夹带着三聚氰胺晶体经过结晶器底部出口进入旋风分离器，分离出的三聚氰胺晶体由旋风分离器底部出口进入成品料仓；从旋风分离器顶部出来的氨和二氧化碳的混合工艺气经过冷气循环风机后由顶部向下进入液尿洗涤塔，和从液尿洗涤塔内液尿喷嘴喷出的130度左右的液尿混合顺流向下，经过塔内混合折流板后降温到140摄氏度左右的冷工艺气，冷工艺气会同液尿经过液尿洗涤塔底出口分别进入二到八组气液分离器内，升温到136摄氏度左右的液尿由分离器底部汇入液尿储罐内；液尿通过液尿循环泵进入液尿冷却器冷却(热量由冷却循环水通过空气冷却器散发到大气中)，冷却到130摄氏度左右后再进入液尿洗涤塔内继续循环；降温到140摄氏度左右的冷工艺气由二到八组气液分离器顶部出来后进入集气罐内分成三路：一路(大部分)去结晶器继续循环冷却；第二路(很少部分)去尾气吸收；第三路经过压缩机提压后去流化床反应器继续循环。

其中，常压两步法的热气冷却结晶系统主要由五台串联的捕集器组成。

上述两步法的生产流程工艺是：流化床反应器出来的380摄氏度左右的高温混合工艺气(三聚氰胺、氨气、二氧化碳)进入热气过滤器进行过滤，从热气过滤器过滤后的含有高沸点副产物的高温混合工艺气依次进入五台串联的捕集器内，高温混合工艺的温度从380摄氏度左右通过五台捕集器的外壁面向外部环境自然散热降温冷却到140摄氏度左右，三聚氰胺连同副产物随着温度的降低在五台捕集器内自然结晶沉降而得到，装置需要定期停车(约5～6天)打开五个捕集器底部盲板采用人工方式进行出料，只能间歇生产，所得三聚氰胺产品因含有副产物等杂质，质量不合格只能算粗品，粗品还需要再经过溶解、加热、过滤、冷却、结晶、分离、烘干、粉碎等精制系统才能得到三聚氰胺合格品，既成品；经过五台捕集器冷却结晶后温度降低到140摄氏度左右的低温工艺气再经过四台串联的水洗塔和一台氨冷干燥器后温度降低到零下6摄氏度左右，氨冷干燥器配有冷冻压缩机进行氨循环；零下6摄氏度左右的冷冻工艺气经过压缩机提压后去流化床反应器继续循环。

上述传统工艺的热气冷却结晶系统的共同不足是：系统结构复杂，冷却结晶过程中的余热都没有回收利用，余热散发到大气中，造成热量的极大浪费，系统能耗很高。

常、低压一步法还有以下不足：

1、结晶器、液尿循环泵、液尿洗涤塔、气液分离器和液尿冷却器等设备及管线阀门等均为不锈钢材质，大部分为昂贵的316L不锈钢材质，并且设备庞大众多、管线繁杂，占用生产空间大，设备及配套土建投资巨大；

2、结晶用循环冷气量是正常反应循环工艺气量的六到七倍，需要功率很大的冷气风机进行冷气循环；液尿循环量也很大，也需要大功率的液尿循环泵完成，它们都需要消耗大量的电力，能耗很高；

3、冷却结晶系统工艺设备复杂众多，生产流程长，操作复杂，控制难度大；

4、液尿在不断升、降温强制循环过程中，不但会造成大量的动力消耗，还会随着工艺波动而出现高温尿素分解和产生部分缩二脲现象，增加了尿素的消耗；

5、液尿在低温下易结晶，和液尿接触的所有设备和管道都需要蒸汽系统伴热；另结晶器也需要蒸汽系统伴热，都使能耗增加很多；

6、气液分离器后的工艺气中总会夹带少部分的残留液尿，既增加了尿素的消耗，又会使管道和设备结壁，影响生产周期；

常压二步法还有以下不足：

1、装置需要定期停车打开捕集器底部盲板采用人工方式进行出料，只能间歇生产，无法连续生产；

2、捕集器所得三聚氰胺产品因含有副产物等杂质，质量达不到成品指标，只能算粗品，粗品还需要再经过溶解、加热、过滤、冷却、结晶、分离、烘干、粉碎等繁杂的精制系统才能得到三聚氰胺成品，只能两步法生产；

3、生产流程长、能耗高、污染大；

4、捕集器冷却结晶效果受捕集器结壁、外界环境温度及料位高度的影响较大，1#洗塔前温度较难控制。特别是在夏季，因外界环境温度高、捕集器内高料位时冷却结晶所需的有效空间减小，1#洗塔前温度会比平时偏高，循环气极易带料进入1#洗塔氨水中，造成不必要的物料损耗和消耗的上升；

5、每次出料前的停料活化和开车后的系统升温过程都需要十多小时的时间，此间熔盐炉、压缩机、冷冻机等大能耗设备都处于空载运行中，即增加了煤耗、电耗，又影响了产量；

6、每次出料过程都需要6-8小时的时间，人工放料时有许多三胺粉尘和余氨会飘散到空中，即形成环境污染又造成很大物料浪费；

7、因为捕集器结壁问题需要人工对捕集器外壁进行定时敲打，劳动强度大，也产生很大噪音污染；

发明内容

为克服现有常、低压一步法和常压两步法等传统工艺技术的上述不足，本实用新型针对常、低压一步法和常压两步法等传统工艺的热气冷却结晶系统进行节能优化综合改进，本实用新型提出一种三聚氰胺导热油空心桨叶冷却结晶机以及由该冷却结晶机组成的节能生产系统。

本实用新型的导热油空心桨叶冷却结晶机结构是，它包括一个夹套形筒体，筒体的一端顶部设有与热气净化装置出口相连的混合气进口、另一端底部设有与旋风分离器相连的混合物出口；在筒体中的轴平面上安装两到四根空心轴；每根空心轴上均间隔布置有中空的扇形叶片，两相邻空心轴的扇形叶片相对布置或交错布置；扇形叶片的空腔与空心轴的空腔相通；在筒体内壁上固定有间隔布置的刮板，刮板伸入扇形叶片之间，保证所有扇形叶片两侧都布置有刮板，刮板与扇形叶片的相互间隙为6-10毫米；空心轴通过传动装置以每分钟3到18转的低速度转动，且两相邻空心轴的转动方向互为反向；空心轴的两端均设有与导热油循环管路连接的旋转接头，通过旋转接头与导热油蒸汽发生器形成循环通路；在筒体的两对侧设有与夹套腔相通的导热油进口和导热油出口，并与导热油蒸汽发生器形成循环通路；循环通路通过导热油泵实现导热油的强制循环。

本实用新型的三聚氰胺导热油节能生产系统，主要由熔盐加热炉、流化床反应器、热气冷却器、热气净化装置、热气冷却结晶系统、压缩机和尾气吸收系统共同组成；

上述的热气冷却结晶系统由导热油空心桨叶冷却结晶机、静电除尘器、导热油蒸汽发生器以及旋风分离器组成；其连接关系是：导热油空心桨叶冷却结晶机、旋风分离器和热气净化装置依次连接，导热油蒸汽发生器并联在导热油空心桨叶冷却结晶机的导热油进、出口上。

上述的热气净化装置采用静电除尘器或传统工艺用的的热气过滤器均可。

本实用新型三聚氰胺导热油节能生产工艺方法如下：

第一步：高温三聚氰胺混合气体的制备

按照现有技术将尿素在流化床反应器中反应制备成由三聚氰胺气、氨气和二氧化碳气组成的380摄氏度左右的高温三聚氰胺混合气体；

第二步：高温三聚氰胺混合气体的冷却与净化

将从流化床反应器中制备的高温三聚氰胺混合气体，经过热气冷却器冷却、净化装置过滤净化，得到320摄氏度左右的纯净中温混合气体；

第三步：中温三聚氰胺混合气体的强制结晶

将中温三聚氰胺混合气体送入导热油空心桨叶冷却结晶机中与导热油进行换热，使混合气体的温度降到200摄氏度左右，此时三聚氰胺结晶析出；同时换热升温后的导热油进入导热油蒸汽发生器，经软水吸热后降温到140-150摄氏度，通过导热油泵再重新进入导热油空心桨叶冷却结晶机循环使用；

第四步：三聚氰胺成品的分离

在导热油空心桨叶冷却结晶机中结晶析出的三聚氰胺结晶物与混合气体中的氨气和二氧化碳气一起进入旋风分离器进行分离，得到三聚氰胺成品；

第五步：低温氨气和二氧化碳气的回收利用

从旋风分离器顶部出来的氨气和二氧化碳气的混合气体经过静电除尘器的进一步净化，回收出残留的三聚氰胺成品，其余200摄氏度左右的低温纯净混合气体一少部分进入尾气吸收系统进行吸收，大部分经过压缩机再进入流化床参与三聚氰胺的循环制备。

本实用新型可用于合成氨纯碱生产系统或合成氨碳铵生产系统中，进行节能循环联合生产三聚氰胺。即从合成氨纯碱生产系统或合成氨碳铵生产系统中的合成氨工段直接将压力为0.1～0.2MPa的纯氨工艺气引入到本实用新型的生产系统的流化床反应器中，经本实用新型生产工艺方法生产出三聚氰胺；从静电除尘器净化后的低温混合工艺气再送入合成氨纯碱生产系统中的纯碱工段或合成氨碳铵生产系统中的碳铵工段，做为生产中的原料气使用，从而实现上下游资源循环利用的高效节能低碳环保的联合生产模式。

本实用新型的积极效果是：

1、本实用新型三聚氰胺节能生产工艺的冷却结晶过程中，首次采用具有活动换热面并且换热面具有自清洁功能的导热油空心桨叶冷却结晶机对三聚氰胺进行结晶回收；并首次采用导热油作为三聚氰胺结晶冷却介质，导热油把热量传递给软水产生蒸汽；导热油闭路循环，没有热量埙耗，实现了冷却结晶余热的高效回收利用，节约了能源、降低了消耗；

2、本实用新型三聚氰胺节能生产工艺的冷却结晶过程中，首次采用导热油空心桨叶冷却结晶机、静电除尘器和导热油蒸汽发生器的简易组合，代替了传统常、低压一步法工艺中繁杂昂贵的结晶器、冷气循环风机、液尿循环泵、液尿洗涤塔、气液分离器和液尿冷却器等系统设备以及相应的管线阀门，大大减少了装置的设备、材料以及配套土建投资费用；与传统工艺相比，初始投资费用可降低50～60％；

3、本实用新型三聚氰胺节能生产工艺，首次采用静电除尘器对320摄氏度中温三聚氰胺混合工艺气及200摄氏度低温混合工艺气进行净化。因静电除尘器的阻力远小于传统热气过滤器的阻力，压缩机的电机运行负荷便会相对降低，这样有效的减少了压缩机的电力消耗；同时因静电除尘器不需要定期进行切换，大大延长了装置的运行周期；

4、本实用新型三聚氰胺节能生产工艺净化后的低温工艺气从200摄氏度直接经过压缩机进行循环，不需要象传统工艺降低到140摄氏度才经过压缩机进行循环，这样便省去了2×60摄氏度的降温和升温过程，节约了120摄氏度的热能，可降低燃料消耗30％；

5、本实用新型三聚氰胺节能生产工艺不存在大功率的冷气循环风机和液尿循环泵进行冷气和液尿循环，减少了一半的电力消耗，大大降低了装置的运行费用；与传统工艺相比，综合运行能耗可降低60％；

6、本实用新型三聚氰胺节能生产工艺利用独特的导热油强制结晶方式，通过对传统工艺系统热能的优化高效综合回收利用，大大简化缩短了传统工艺繁长复杂的工艺路线，减少了大量的设备投入投资，可以自动化连续化生产，一次出成品；具有流程短凑、操控简便、开停灵活、投资省小、能耗低少、低碳环保、可循环联产等显著特点；

7、利用本实用新型三聚氰胺节能生产工艺可以对传统常压一、两步法工艺系统进行工艺节能改造，使传统工艺在花费很少投资情况下转变成节能工艺；特别是对传统常压两步法工艺，能实现两步法改一步法：改造后不但余热进行了有效回收实现节能降耗，还可变间歇生产为连续生产、不需精制，一次出成品等，大大降低了装置的能耗和成本；

8、本实用新型三聚氰胺节能生产工艺：没有液尿循环过程，工艺气中不会夹带液尿微粒，也不存在尿素分解和产生部分缩二脲现象，降低了尿素消耗；设备和管道都不需要蒸汽伴热，减少了蒸汽消耗；不存在出料时三胺粉尘和余氨的飘散，减少了物料消耗和环境污染；不存在对捕集器外壁进行定时敲打又消除了噪音污染等一系列传统工艺存在的一直难以解决的既增加消耗又污染环境的普遍问题；

9、本实用新型可以与合成氨纯碱装置或合成氨碳铵装置进行上下游物料互为利用，联合节能生产三聚氰胺。该工艺同时不用载气压缩机、冷气循环风机、液尿循环泵等传统三聚氰胺一步法工艺中三台功率最大的高能耗动设备，动力消耗可降低90％以上，可实现资源的高效综合循环再利用，彻底达到节能降耗的目的。

附图说明：

图1是传统常、低压一步法三聚氰胺生产系统工艺图；

图2是传统常压两步法三聚氰胺生产系统工艺图；

图3是本实用新型实施例一的三聚氰胺节能生产系统工艺图；

图4是本实用新型实施例二的三聚氰胺节能生产系统工艺图；

图5是本实用新型实施例一的三聚氰胺节能联合生产系统工艺图；

图6是本实用新型实施例二的三聚氰胺节能联合生产系统工艺图；

图7是导热油空心桨叶冷却结晶机构造主视图；

图8是图7的构造俯视图；

图9是图7的A-A断面图；

图10是导热油空心桨叶冷却结晶机另一方案的构造主视图；

图11是图10的构造俯视图；

图12是图10的A-A断面图。

图例说明：1-筒体，2-空心轴，3-扇形叶片，4-传动装置，5-旋转接头，6-旋转接头，7-混合气进口，8-混合物出口，9-导热油进口，10-导热油出口，11-刮板。

具体实施方式

图1是传统常、低压一步法三聚氰胺生产系统工艺图；图2是传统常压两步法三聚氰胺生产系统工艺图；其具体工艺见背景技术所述，在此不再详述。

本实用新型实施例一；下面参照附图3和图5对三聚氰胺导热油强制结晶节能生产系统和节能联合生产系统的实施例进一步说明。

如图3、图5所示，本实用新型的三聚氰胺导热油节能生产系统和节能联合生产系统，主要由熔盐加热炉、流化床反应器、热气冷却器、热气净化装置、热气冷却结晶系统、压缩机和尾气吸收系统共同组成；其中热气净化装置采用市场上通用的静电除尘器。上述的热气冷却结晶系统主要由导热油空心桨叶冷却结晶机、静电除尘器、导热油蒸汽发生器以及旋风分离器等组成。

本实用新型实施例二；

下面参照附图4和图6对三聚氰胺导热油强制结晶节能生产系统和节能联合生产系统的实施例进一步说明。

如图4、图6所示，本实用新型的三聚氰胺导热油节能生产系统，主要由熔盐加热炉、流化床反应器、热气冷却器、热气净化装置、热气冷却结晶系统、压缩机和尾气吸收系统共同组成；其中热气净化装置采用传统工艺用的热气过滤器。上述的热气冷却结晶系统主要由导热油空心桨叶冷却结晶机、静电除尘器、导热油蒸汽发生器以及旋风分离器等组成。

实施例一、二中所述的导热油空心桨叶冷却结晶机的构造有两种构造方式。

第一种构造方式如图7、8、9所示：它包括一个夹套形筒体1，筒体的一端顶部设有与热气净化装置出口相连的混合气进口7、另一端底部设有与旋风分离器相连的混合物出口8；在筒体中的轴平面上安装两到四根空心轴2；每根空心轴2上均间隔布置有中空的扇形叶片3，两相邻空心轴的扇形叶片3交错布置；扇形叶片3的空腔与空心轴2的空腔相通；在筒体1内壁上固定有间隔布置的刮板11，刮板11伸入两个扇形叶片3之间，保证所有扇形叶片两侧都布置有刮板，刮板11与扇形叶片3的相互间隙为6-10毫米；空心轴2通过传动装置4以每分钟3到18转的低速度转动，且两相邻空心轴的转动方向互为反向；空心轴2的两端均设有与导热油循环管路连接的旋转接头5和旋转接头6，通过旋转接头与导热油蒸汽发生器形成循环通路；在筒体1的两对侧设有与夹套腔相通的导热油进口9和导热油出口10，并与导热油蒸汽发生器形成循环通路；循环通路通过导热油泵实现导热油的强制循环。

第二种构造方式如图10、11、12所示，它与第一种构造方式相同，仅是两相邻空心轴的扇形叶片3采用相对布置方式。

下面参照附图3和图4对三聚氰胺导热油强制结晶节能生产方法实施例进一步说明。

第一步：高温三聚氰胺混合气体的制备

按照现有技术将尿素在流化床反应器中反应制备成由三聚氰胺气、氨气和二氧化碳气组成的380摄氏度左右的高温三聚氰胺混合气体；

第二步：高温三聚氰胺混合气体的冷却与净化

将从流化床反应器中制备的高温三聚氰胺混合气体，经过热气冷却器冷却、净化装置过滤净化，得到320摄氏度左右的纯净中温混合气体；

第三步：中温三聚氰胺混合气体的强制结晶

将中温三聚氰胺混合气体送入导热油空心桨叶冷却结晶机中与导热油进行换热，使混合气体的温度降到200摄氏度左右，此时三聚氰胺结晶析出；同时换热升温后的导热油进入导热油蒸汽发生器，经软水吸热后降温到140-150摄氏度，通过导热油泵再重新进入导热油空心桨叶冷却结晶机循环使用；

第四步：三聚氰胺成品的分离

在导热油空心桨叶冷却结晶机中结晶析出的三聚氰胺结晶物与混合气体中的氨气和二氧化碳气一起进入旋风分离器进行分离，得到三聚氰胺成品；

第五步：低温氨气和二氧化碳气的回收利用

从旋风分离器顶部出来的氨气和二氧化碳气的混合气体经过静电除尘器的进一步净化，回收出残留的三聚氰胺成品，其余200摄氏度左右的低温纯净混合气体一少部分进入尾气吸收系统进行吸收，大部分经过压缩机再进入流化床参与三聚氰胺的循环制备。

如图5、图6所示，本实用新型可用于合成氨纯碱生产系统或合成氨碳铵生产系统中，进行节能循环联合生产三聚氰胺。即从合成氨纯碱生产系统或合成氨碳铵生产系统中的合成氨工段直接将压力为0.1～0.2MPa的纯氨工艺气引入到本实用新型的生产系统的流化床反应器中，经本实用新型生产工艺方法生产出三聚氰胺；从静电除尘器净化后的低温混合工艺气再送入合成氨纯碱生产系统中的纯碱工段或合成氨碳铵生产系统中的碳铵工段，做为生产原料气循环使用，从而实现上下游资源循环利用的高效节能低碳环保的联合生产模式。

Claims (3)

1.一种导热油空心桨叶冷却结晶机，其特征在于，它包括一个夹套形筒体，筒体的一端顶部设有与热气净化装置出口相连的混合气进口、另一端底部设有与旋风分离器相连的混合物出口；在筒体中的轴平面上安装两到四根空心轴；每根空心轴上均间隔布置有中空的扇形叶片，两相邻空心轴的扇形叶片相对布置或交错布置；扇形叶片的空腔与空心轴的空腔相通；在筒体内壁上固定有间隔布置的刮板，刮板伸入扇形叶片之间，保证所有扇形叶片两侧都布置有刮板，刮板与扇形叶片的相互间隙为6-10毫米；空心轴通过传动装置以每分钟3到18转的低速度转动，且两相邻空心轴的转动方向互为反向；空心轴的两端均设有与导热油循环管路连接的旋转接头，通过旋转接头与导热油蒸汽发生器形成循环通路；在筒体的两对侧设有与夹套腔相通的导热油进口和导热油出口，并与导热油蒸汽发生器形成循环通路；循环通路通过导热油泵实现导热油的强制循环。

2.一种由权利要求1所述的冷却结晶机组成的三聚氰胺导热油节能生产系统，主要由熔盐加热炉、流化床反应器、热气冷却器、热气净化装置、热气冷却结晶系统、压缩机和尾气吸收系统共同组成；其特征在于，所述的热气冷却结晶系统由导热油空心桨叶冷却结晶机、热气净化装置、导热油蒸汽发生器以及旋风分离器组成；其连接关系是：导热油空心桨叶冷却结晶机、旋风分离器和热气净化装置依次连接，导热油蒸汽发生器并联在导热油空心桨叶冷却结晶机的导热油进、出口上。

3.如权利要求2所述的生产系统，其特征在于：所述的热气净化装置采用静电除尘器或热气过滤器。

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