CN208756997U - 尿素精馏系统及尿素制备系统 - Google Patents

Abstract

一种尿素精馏系统，包括精馏塔、循环加热器和气体输送装置，气体输送装置包括气体连通管道。精馏塔与循环加热器连通，气体连通管道与循环加热器连通，气体连通管道用于将带有氧气的气体输送至循环加热器。本尿素精馏系统利用气体输送装置向精馏塔和循环加热器内部输送带有氧气的气体，使氧气与精馏塔和循环加热器的内壁反应生成致密的钝化膜，这层膜可以把溶液和金属隔开，对精馏塔和循环加热器的内壁进行保护，解决了尿素溶液腐蚀内壁以及尿素产品铁含量偏高的问题。

Description

尿素精馏系统及尿素制备系统

技术领域

本实用新型涉及尿素生产技术领域，具体而言，涉及一种尿素精馏系统及尿素制备系统。

背景技术

工业上二氧化碳气提法制备尿素是采用液氨和二氧化碳为原料，在高温高压条件下直接合成尿素。合成塔、气提塔、高压冷凝器和高压洗涤器这四个设备组成高压圈，这是二氧化碳气提法的核心部分。从气提塔出来的反应混合物经液位控制阀减压到约0.3MPa，减压膨胀，使溶液中的甲铵液分解气化，气-液混合物进入精馏塔顶部，通过精馏塔进行精馏以及进一步的气-液分离。

精馏塔等尿素制备系统中的设备普遍由316L的不锈钢制成。尿素制备过程中生成甲铵溶液，甲铵溶液含有的氨基甲酸铵具有很强的还原性，能破坏不锈钢等金属表面的钝化膜，使精馏塔等产生电化学腐蚀，对设备腐蚀严重，而且使最终的尿素产品中铁含量偏高，影响尿素产品品质。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种尿素精馏系统，利用气体输送装置向精馏塔和循环加热器内部输送带有氧气的气体，使氧气与精馏塔和循环加热器的内壁反应生成致密的钝化膜，这层膜可以把溶液和金属隔开，对精馏塔和循环加热器的内壁进行保护，解决腐蚀问题以及尿素产品铁中含量偏高问题。

本实用新型的另一目的在于提供一种尿素制备系统，其包括上述的尿素精馏系统，具有该尿素精馏系统的全部功能，利用气体输送装置向精馏塔和循环加热器内部输送带有氧气的气体，对精馏塔和循环加热器的内壁进行保护，解决腐蚀问题以及尿素产品铁中含量偏高问题。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种尿素精馏系统，包括精馏塔、循环加热器和气体输送装置，所述气体输送装置包括气体连通管道，所述精馏塔与所述循环加热器连通，所述气体连通管道与所述循环加热器连通，所述气体连通管道用于将带有氧气的气体输送至所述循环加热器。

进一步地，所述气体连通管道设置有调节阀。

进一步地，所述气体输送装置还包括流量控制器和第一流量计，所述第一流量计设置于所述气体连通管道，所述流量控制器分别与所述第一流量计和所述调节阀电连接。

进一步地，所述精馏塔的进料管道设置有第二流量计，所述流量控制器与所述第二流量计电连接。

进一步地，所述气体输送装置包括气体增压器，所述气体增压器通过所述气体连通管道与所述循环加热器连通。

进一步地，所述精馏塔通过液体连通管道与所述循环加热器的冷料进口连通，所述循环加热器的排气口与所述精馏塔连通，所述气体连通管道和所述液体连通管道于所述循环加热器的所述冷料进口处汇集。

进一步地，所述尿素精馏系统还包括低压甲铵冷凝器，所述低压甲铵冷凝器与所述精馏塔的排气口连通。

进一步地，所述尿素精馏系统还包括低压甲铵冷凝器液位槽，所述低压甲铵冷凝器液位槽与所述低压甲铵冷凝器的热料出口连通。

进一步地，所述气体输送装置还包括气体管道分支，所述精馏塔通过所述气体管道分支与所述气体连通管道连通。

一种尿素制备系统，包括高压合成系统和上述的尿素精馏系统，所述高压合成系统用于进行尿素合成反应，所述高压合成系统的出料口与所述精馏塔的进料管道连通。

本实用新型实施例的有益效果是：

本实用新型提供了一种尿素精馏系统，利用气体输送装置向精馏塔和循环加热器内部输送带有氧气的气体，使氧气与精馏塔和循环加热器的内壁反应生成致密的钝化膜，这层膜可以把溶液和金属隔开，对精馏塔和循环加热器的内壁进行保护，解决腐蚀问题以及尿素产品铁中含量偏高问题。

本实用新型还提供了一种尿素制备系统，其包括上述的尿素精馏系统，具有该尿素精馏系统的全部功能，利用气体输送装置向精馏塔和循环加热器内部输送带有氧气的气体，对精馏塔和循环加热器的内壁进行保护，解决腐蚀问题以及尿素产品铁中含量偏高问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例1提供的尿素精馏系统的结构示意图；

图2为图1中的精馏塔的结构示意图；

图3为本实用新型实施例1提供的尿素精馏系统中气体流动方向的示意图；

图4为本实用新型实施例1提供的尿素精馏系统中尿素溶液流动方向的示意图。

图标：100-尿素精馏系统；10-精馏塔；11-液体连通管道；12- 鲍尔环填料；13-分离隔板；20-循环加热器；21-冷料进口；30-气体输送装置；31-气体连通管道；32-调节阀；33-第一流量计；34-第二流量计；35-流量控制器；36-气体增压器；40-低压甲铵冷凝器；50-低压甲铵冷凝器液位槽。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”等应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

图1为本实施例1提供的尿素精馏系统100的结构示意图，请参考图1，尿素精馏系统100包括精馏塔10、循环加热器20和气体输送装置30，精馏塔10的底部与循环加热器20的顶部直接连通，循环加热器20与气体连通管道31冷料进口21连通。

气体输送装置30可以将带有氧气的气体流进气体连通管道31，输送至循环加热器20，由于循环加热器20与精馏塔10是直接连通的，因此，带有氧气的气体会经过循环加热器20流入精馏塔10。氧气与循环加热器20与精馏塔10的不锈钢内壁反应生成致密的钝化膜，将甲胺溶液和内壁隔开，防止了甲胺溶液对内壁的腐蚀。

图2为图1中的精馏塔10的结构示意图，请参考图1和图2，精馏塔10的顶部设置有进料管道，进料管道将气体塔与精馏塔10 连通，从而将气体塔中的溶解有氨、二氧化碳和甲胺等的溶液输送至精馏塔10中。精馏塔10的内部设置有填料区域，能够增加气体与液体的接触面积。

详细地，本实施例中，填料选择是鲍尔环填料12。鲍尔环填料 12由于环壁开孔使得气-液的分布性能更好，尤其是环的内表面积能够得以充分利用。可以理解的是，在其他实施例中，选择其他填料也是可以的，比如，拉西环填料。

在精馏塔10的内鲍尔环填料12的下侧还设置有分离隔板13，气-液混合物在分离隔板13上部发生气-液分离。分离隔板13的侧面还设置有用于与外置的尿液浓缩系统连通的物料出口。物料在分离隔板13上部发生气-液分离，分离出的液体经过物料出口排出，进入尿液浓缩系统。

精馏塔10的底部设置有液体连通管道11，精馏塔10通过液体连通管道11与循环加热器20的冷料进口21连通。

循环加热器20的顶部与精馏塔10的底部直接连通，循环加热器20的底部设置有冷料进口21，精馏塔10底部的尿液通过液体连通管道11经冷料进口21进入循环加热器20的换热管内被加热。

图3为本实用新型实施例1提供的尿素精馏系统100中气体流动方向的示意图，图4为本实用新型实施例1提供的尿素精馏系统 100中尿素溶液流动方向的示意图，请参考图3和图4。

尿素反应的气-液混合物在精馏塔10与循环加热器20中的具体流动过程如下：从气提塔出来的反应混合物经液位控制阀减压到约 0.3MPa，减压膨胀，使溶液中甲铵分解气化，气-液混合物进入精馏塔10顶部，从顶部喷洒到精馏塔10的鲍尔环填料12上，液体从鲍尔环填料12的底部流出，通过液体连通管道11经冷料进口21进入循环加热器20的换热管内被加热，甲铵分解成氨和二氧化碳，游离于尿液中的氨和二氧化碳被解吸。

带有氨和二氧化碳的气-液混合物从循环加热器20的顶部上升进入精馏塔10，在精馏塔10的分离隔板13的下部气-液发生分离，分离后的尿液经过精馏塔10底部的物料出口排出，进入尿液浓缩系统，以进行后续的浓缩。分离出来的气体通过隔板13的出气孔进入鲍尔环填料12段与喷淋液逆流接触，进行传热传质，进一步释放氨及二氧化碳。然后这些气体继续上升至精馏塔10的顶部。

请再次参考图1，尿素精馏系统100还包括低压甲铵冷凝器40，低压甲铵冷凝器40底部设置有进气口。精馏塔10的顶部的排气口与低压甲胺冷凝器底部的进气口连通。从精馏塔10顶部排出的带有氨和二氧化碳的气-液混合物进入低压甲胺冷凝器进行冷凝，收集气体中的氨、二氧化碳和水，以便回收利用。氨和二氧化碳是气提法制备尿素的原料，通过低压甲胺冷凝器收集气体中的氨和二氧化碳，可以再次供给合成系统用于合成尿素，节省了原料，降低了生成成本。

尿素精馏系统100还包括低压甲铵冷凝器40，低压甲铵冷凝器 40的底部设置有进气口，低压甲铵冷凝器40顶部设置有热料出口。气-液混合物经过低压甲铵冷凝器40冷凝，将部分二氧化碳、氨和水等冷凝，冷凝后的气-液混合物从热料出口排出。

尿素精馏系统100还包括低压甲铵冷凝器液位槽50，低压甲铵冷凝器液位槽50的顶部侧面设置有进料口，低压甲铵冷凝器液位槽 50的进料口与低压甲铵冷凝器40的热料出口连通。气-液混合物经过低压甲铵冷凝器40冷凝后，剩余的气-液混合物进入低压甲铵冷凝器液位槽50进行进一步的气-液分离，气体进入常压吸收塔，液相进入高压甲铵泵。

尿素精馏系统100还包括气体输送装置30，气体输送装置30 通过气体连通管道31与循环加热器20连通，将带有氧气的气体输送至循环加热器20，进而也输送至精馏塔10、低压甲铵冷凝器40和低压甲铵冷凝器液位槽50中。

可以理解的是，在其他实施例中，气体输送装置30还可以包括气体管道分支，精馏塔10通过气体管道分支直接与气体连通管道31 连通，气体连通管道31中的气体从气体管道分支直接进入精馏塔10，此时，精馏塔10中既有来自于循环加热器20的氧气，也有直接从气体管道分支中输送的氧气，氧气与精馏塔10的内壁反应生成钝化膜，防止精馏塔10内壁腐蚀。

在本实施例中，带有氧气的气体为空气，可以有效节省生产成本。可以理解的是，在其他实施例中，只要是带有氧气的气体即可。

在本实施例中，气体连通管道31和液体连通管道11于循环加热器20的冷料进口21处汇集后，空气和尿液混合后共同进入循环加热器20。在靠近循环加热器20的冷料进口21处先将气液混合，一起流入循环加热器20，而不是直接将空气输入循环加热器20，由于压缩空气进入液体时会产生振动，选择这样的方式，可以有效减少空气混合进液体时的震动。

可以理解的是，在其他实施例中，也可直接将空气输入至循环加热器20，同样可以使氧气与精馏塔10和循环加热器20的内壁发生反应，生成钝化的氧化膜，防止腐蚀。

气体输送装置30还包括气体增压器36。气体增压器36通过气体连通管道31与循环加热器20连通。虽然精馏塔10和循环加热器 20，属于制备尿素中的低压系统，但是，由于其内部充满了气液混合物，具有一定的压力。气体增压器36可以将空气加压后顺利地输送至循环加热器20中。

详细地，在气体连通管道31上还设置有调节阀32，用于调节气体连通管道31中空气的流量。

详细地，气体输送装置30还包括流量控制器35和第一流量计 33，第一流量计33设置于气体连通管道31，流量控制器35与第一流量计33电连接，流量控制器35与调节阀32电连接。流量控制器 35通过获取第一流量计33的数据来控制调节阀32的动作，从而控制气体连通管道31输送至循环加热器20的空气流量。

进一步地，精馏塔10的进料管道处还设置有第二流量计34，流量控制器35与第二流量计34电连接。第二流量计34用于检测进入精馏塔10的尿液的流量。此时，第一流量计33与调节阀32的出口连通并用于检测进入循环加热器20的空气流量。

本发明人经过大量实验发现，控制进入循环加热器20的空气流量为进入精馏塔10的尿液流量的0.1％～0.5％时，既能使氧气与尿素精馏系统100中各个装置的内壁反应生成致密的氧化膜，防止腐蚀，又不会在气体流动时带走过多的尿素，影响正常的尿素生产。

在实际使用时，流量控制器35通过监控着第一流量计33和第二流量计34的数据来分别获取气体连通管道31的流量和精馏塔10 的进料管道的流量，当精馏塔10的进料管道的流量增大时则控制调节阀32增大气体连通管道31的流量，当精馏塔10的进料管道的流量减小时则控制调节阀32减小气体连通管道31的流量，始终保持气体连通管道31的流量为精馏塔10的进料管道的流量的0.1％～0.5％。

空气在尿素精馏系统100中的流向为：来自空气管网的空气首先被气体增压器36增压，然后流经调节阀32和第一流量计33，在循环加热器20的冷料进口21处的液体连通管道11中与尿液混合后进入循环加热器20的换热管内，此时空气中的氧气与与换热管内壁接触，氧化换热管内壁，形成氧化膜，减轻了循环加热器20换热管的腐蚀。在循环加热器20中，一部分尿素和甲铵液分解出氨、二氧化碳和水蒸汽，其中氨气，二氧化碳和水蒸汽和空气通过循环加热器 20进入精馏塔10并与精馏塔10上部流下的尿液和甲铵液换热。混合气体中的氧气先后经过精馏塔10、低压甲铵冷凝器40和低压甲铵冷凝器液位槽50以及设备之间连通的管道，并与上述设备和管道接触，形成氧化膜，减轻了上述设备和管道的腐蚀，解决了尿素产品铁含量偏高的问题。

本尿素制备系统通过利用气体输送装置30向尿素精馏系统100 内部输送带有氧气的气体，使氧气与尿素精馏系统100的金属内壁反应生成致密的钝化膜，这层膜把溶液和金属隔开，对尿素精馏系统 100的内壁进行保护，解决了尿素精馏系统100的腐蚀问题，以及尿素产品铁含量偏高的问题。

实施例2

一种尿素制备系统，包括高压合成系统和上述的尿素精馏系统 100，高压合成系统用于利用二氧化碳、氨和水为原料进行尿素合成反应，高压合成系统的出料口与精馏塔10的进料管道连通，将未反应完全的二氧化碳、氨、水和反应中间产物以及尿素等减压后排放至精馏塔10，精馏塔10对合成的尿素进行初步的浓缩，以及用于回收原料的气-液分离。

本尿素制备系统通过利用气体输送装置30向尿素精馏系统100 内部输送带有氧气的气体，使氧气与尿素精馏系统100的金属内壁反应生成致密的钝化膜，这层膜把溶液和金属隔开，对尿素精馏系统 100的内壁进行保护，解决了腐蚀问题。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例中的特征可以相互结合。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种尿素精馏系统，其特征在于，包括精馏塔、循环加热器和气体输送装置，所述气体输送装置包括气体连通管道，所述精馏塔与所述循环加热器连通，所述气体连通管道与所述循环加热器连通，所述气体连通管道用于将带有氧气的气体输送至所述循环加热器。

2.根据权利要求1所述的尿素精馏系统，其特征在于，所述气体连通管道设置有调节阀。

3.根据权利要求2所述的尿素精馏系统，其特征在于，所述气体输送装置还包括流量控制器和第一流量计，所述第一流量计设置于所述气体连通管道，所述流量控制器分别与所述第一流量计和所述调节阀电连接。

4.根据权利要求3所述的尿素精馏系统，其特征在于，所述精馏塔的进料管道设置有第二流量计，所述流量控制器与所述第二流量计电连接。

5.根据权利要求1所述的尿素精馏系统，其特征在于，所述气体输送装置包括气体增压器，所述气体增压器通过所述气体连通管道与所述循环加热器连通。

6.根据权利要求1所述的尿素精馏系统，其特征在于，所述精馏塔通过液体连通管道与所述循环加热器的冷料进口连通，所述循环加热器的排气口与所述精馏塔连通，所述气体连通管道和所述液体连通管道于所述循环加热器的所述冷料进口处汇集。

7.根据权利要求1所述的尿素精馏系统，其特征在于，所述尿素精馏系统还包括低压甲铵冷凝器，所述低压甲铵冷凝器与所述精馏塔的排气口连通。

8.根据权利要求7所述的尿素精馏系统，其特征在于，所述尿素精馏系统还包括低压甲铵冷凝器液位槽，所述低压甲铵冷凝器液位槽与所述低压甲铵冷凝器的热料出口连通。

9.根据权利要求1所述的尿素精馏系统，其特征在于，所述气体输送装置还包括气体管道分支，所述精馏塔通过所述气体管道分支与所述气体连通管道连通。

10.一种尿素制备系统，其特征在于，包括高压合成系统和权利要求1～9任意一项所述的尿素精馏系统，所述高压合成系统用于进行尿素合成反应，所述高压合成系统的出料口与所述精馏塔的进料管道连通。