CN2570725Y - 尿素生产中回收热能的列管式换热器 - Google Patents
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Abstract
尿素生产中回收热能的列管式换热器由壳体、支撑件、连接法兰、上管板、上排放管、热源介质入口管、下管板、下排放管、热源介质出口管、底封头、待加热尿素溶液入口管、竖向换热管、竖向固定杆及挡板连接构成。使用时可采用两个相同结构的本实用新型装置分别安装在现有尿素生产系统的一分加热器和二分加热器的下方，并分别从其热源介质入口管送入主要成分为NH3和CO2的三项壳程物料，分别从其待加热尿素溶液入口管送入管程物料尿素溶液，壳程物料在壳体内主要进行放热反应而放出大量热量，尿素溶液则逆流而上吸收热量，因而能回收热量15～20万大卡，约降低吨尿素产品蒸汽消耗300kg左右，达到显著降低能耗的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及的是化学工程领域中用原料二氧化碳和氨制备尿素的装置部件，具体是指一种尿素生产中回收热能的列管式换热器。
背景技术
我国中小型尿素装置，大都采用水溶液全循环法，经过数十年的努力，已形成具有我国特色的工艺流程及装置。尿素生成的化学反应主要由两个过程组成，一是原料氨与二氧化碳生成甲胺的快速放热反应，另一个是甲胺水解生成尿素的慢速吸热反应。目前由于二氧化碳转化率的限制，未转化为尿素的二氧化碳，在出合成塔后的减压闪蒸过程放出，人们让它与氨进行生成甲胺的反应，然后重新送回尿素合成塔。这样一方面回收了未转化的氨和二氧化碳，另一方面在溶液蒸发过程中利用了它的化学反应热，降低了蒸发尿液的蒸汽消耗，但是其热能回收率并不太高，仅只回收了约10万大卡(41.87万KJ)左右的热量，所以吨尿素还需消耗1.3t蒸汽。究其原因，这主要是由于在预分离/预精馏流程中，从预分离器闪蒸出来的气相(其中含有大量的氨气)，对其中氨气的显热及化学潜能未加利用而送入一段吸收塔，然后再度循环回到尿素合成塔，以致造成了蒸汽消耗居高不下。
发明内容
本实用新型的目的，乃是为了解决尿素生产的预分离/预精馏流程中，对从预分离器闪蒸出来的气相中的氨气的显热及化学潜能未加利用的问题，提供一种尿素生产中回收热能的列管式换热器，从而进一步降低吨尿素产品的蒸汽消耗。
本实用新型的解决方案如下。它具有一壳体，壳体外固连有支撑件，壳体顶部固连有连接法兰，连接法兰下方的壳体上部内固连有上管板，上管板下方的壳体上部外侧装设有与壳体内部相连通的上排放管和热源介质入口管，壳体底端固连有下管板，下管板上方的壳体下部外侧装设有与壳体内部相连通的下排放管和热源介质出口管，下管板通过其周边的法兰盘与下方的底封头形成可拆卸连接，底封头的底端装设有与底封头内部相连通的待加热尿素溶液入口管，在上管板与下管板之间的壳体内并列装设有多根两端分别穿透上管板和下管板上的开孔且固连于上管板和下管板之上的竖向换热管，以及并列装设有多根底端固连在下管板之上的竖向固定杆，数量至少为两组的挡板固定装设在壳体内的竖向固定杆上并让部分竖向换热管穿过相交会的挡板上的开孔。
本实用新型在使用时，可同时采用两个具有上述相同结构的列管式换热器分别安装在现有尿素生产系统的一分加热器和二分加热器的下方，即是分别将两个结构相同的列管式换热器顶部的连接法兰分别与一分加热器和二分加热器的下端口相连接，将从尿素生产系统的一分塔和二分塔引出的尿素溶液作为管程物料分别从两个列管式换热器底端的待加热尿素溶液入口管送入；将从尿素生产系统的预分离器引出的含氨和二氧化碳的预分离气体送入一分加热器下方的列管式换热器的热源介质入口管，并将该列管式换热器上的热源介质出口管与另一列管式换热器的热源介质入口管相接通，这就实质上等于将含氨和二氧化碳的预分离气体也送入了另一列管式换热器的热源介质入口管；将从尿素生产系统的二甲泵引出的部分二甲液送入一分加热器下方的列管式换热器的热源介质入口管，这也就实质上等于将二甲液也送入了另一列管式换热器的热源介质入口管；还将从尿素生产系统的二氧化碳压缩机引出的部分原料二氧化碳，在中压(2.5MPa)状态下分别送入两个列管式换热器的热源介质入口管。
如上所述，分别从两个列管式换热器的热源介质入口管送入的三项壳程物料，其主要成分均为NH3和CO2，它们之间进行下列反应：
即由于主要进行了放热反应，因此能够向系统放出热量。而又由于分别从两列管式换热器底端送入到多根竖向换热管中的管程物料尿素溶液，是由下向上呈逆流状态，故它能有效地吸收管外壳程物料进行上述化学反应放出的热量，吸热后的尿素溶液则分别从两列管式换热器顶部输送到一分加热器和二分加热器，能够回收的热量为15～20万大卡(62.8～83.7万KJ)。由于在现有尿素生产系统装置中插入本实用新型列管式换热器，大量回收了预分离气相中氨的显热及化学潜能，约降低吨尿素产品蒸汽消耗300kg左右，达到显著降低能耗的目的。
附图说明
图1为本实用新型一种具体结构的正向剖视图；
图2为将两个具有如图1所示同样结构的本实用新型应用在现有尿素生产系统中的生产流程示意图。
具体实施方式
参见图1。本实用新型具有壳体1，壳体1外固连有支撑件12，壳体1顶部焊接固连有连接法兰3，连接法兰3下方的壳体1上部内固连有上管板2，上管板2下方的壳体1上部外侧焊接有与壳体1内部相连通的上排放管11和热源介质入口管4，壳体1底端焊接固连有下管板7，下管板7上方的壳体1下部外侧焊接有与壳体1内部相连通的下排放管13和热源介质出口管10，下管板7通过其周边的法兰盘与下方的底封头8用螺栓15形成可拆卸连接，底封头8的底端焊接有与底封头8内部相连通的待加热尿素溶液入口管9，在上管板2与下管板7之间的壳体1内并列装设有多根两端分别穿透上管板2和下管板7上的开孔且焊接在上管板2和下管板7之上的竖向换热管6，以及并列装设有多根底端固连在下管板7之上的竖向固定杆14，上、下两组挡板5通过其上的开孔套装在竖向固定杆14上并用螺母加以固定，且让部分竖向换热管6穿过相交会的挡板5上的开孔。图1中的挡板5采用的是折流杆(rod baffle)挡板，也可不采用折流杆挡板而采用横向挡板。
参见图2及图1。本实用新型在使用时，将两个相同结构的列管式换热器16和17通过支撑件12安装在图2中尿素生产系统的一分加热器24和二分加热器26的下方。将从一段分解塔23和二段分解塔27引出的尿素溶液作为管程物料分别送入两列管式换热器16和17底端的待加热尿素溶液入口管9。在水溶液全循环法尿素的预分离/预精馏流程中，从配置有换热器内件的尿素合成塔21出口获得的含尿素熔融体经减压至18Bar后，进入预分离器22，在其中得到含氨83.87％、二氧化碳7.26％的预分离气体，和含尿素41.83％的液体。预分离气体送入列管式换热器16和17的热源介质入口管4，液体则进入原有一段分解塔23和二段分解塔27。液体在二段分解塔27进一步减压至4Bar，闪蒸出气体去二段循环冷却器31，被从后系统送来回收的二段蒸发冷凝液吸收成为含氨和二氧化碳的氨水溶液，该项从二段循环冷却器31排出的氨水溶液(二甲液)，含氨21.6％，含二氧化碳16.35％，以其30～69％的量，经二甲泵32送去列管式换热器16和17的热源介质入口管4。在我国现行的水溶液全循环法尿素生产中，生成尿素所需要的原料二氧化碳以气相状态加压至所需压力22Mpa，与原料氨(液态)，以及与回收未合成尿素的氨与二氧化碳生成的甲胺(液态)，一同送入尿素合成塔21。而在图2中，则拟将原料二氧化碳的一部分，在中压(2.5Mpa)状态下从二氧化碳低压机20送入列管式换热器16和17的热源介质入口管4。
如前所述，分别从两列管式换热器16和17的热源介质入口管4送入的三项壳程物料，其主要成份为NH3和CO2，它们之间进行了已如前述的两个放热反应和一个吸热反应，并且由于主要进行了放热反应，因此能向系统放出热量，将分别送入到多根竖向换热管6中的由下而上呈逆流状态的尿素溶液进行加热，大量吸热之后的尿素溶液则分别从两列管式换热器16和17顶部输送到一分加热器24和二分加热器26，能够回收的热量为15～20万大卡(62.8～83.7万KJ)。图1中的上排放管11的作用是排出气体中夹带的少量非反应性气体(如用于防腐的空气)，下排放管13的作用是用于排放存积于死角的物料；壳体1、上管板2、下管板7、底封头8、竖向换热管6、竖向固定杆14、挡板5等均用耐上述介质腐蚀的不锈钢材料制造。在图2中未被述及的附图标记是：18，液氨泵；19，二氧化碳压缩机；25，一分分离器；28，一吸塔；29，一甲泵；30，一吸外冷器。
Claims (3)
1、一种尿素生产中回收热能的列管式换热器，其特征在于，它具有一壳体，壳体外固连有支撑件，壳体顶部固连有连接法兰，连接法兰下方的壳体上部内固连有上管板，上管板下方的壳体上部外侧装设有与壳体内部相连通的上排放管和热源介质入口管，壳体底端固连有下管板，下管板上方的壳体下部外侧装设有与壳体内部相连通的下排放管和热源介质出口管，下管板通过其周边的法兰盘与下方的底封头形成可拆卸连接，底封头的底端装设有与底封头内部相连通的待加热尿素溶液入口管，在上管板与下管板之间的壳体内并列装设有多根两端分别穿透上管板和下管板上的开孔且固连于上管板和下管板之上的竖向换热管，以及并列装设有多根底端固连在下管板之上的竖向固定杆，数量至少为两组的挡板固定装设在壳体内的竖向固定杆上并让部分竖向换热管穿过相交会的挡板上的开孔。
2、根据权利要求1所述的尿素生产中回收热能的列管式换热器，其特征在于，挡板采用折流杆挡板。
3、根据权利要求1所述的尿素生产中回收热能的列管式换热器，其特征在于，挡板采用横向挡板。
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