RU2804777C1

RU2804777C1 - Urea synthesis reactor

Info

Publication number: RU2804777C1
Application number: RU2022101514A
Authority: RU
Inventors: Марио ДЕНТЕ; Леонардо МАРРОНЕ; Федерико МАФФИЕТТИ
Original assignee: Касале Са
Priority date: 2019-07-02
Filing date: 2020-06-09
Publication date: 2023-10-05

Abstract

FIELD: chemical industry.

SUBSTANCE: invention relates to a reactor for the synthesis of urea, having a vertical body and at least one internal perforated wall (3), the location of which ensures the formation of sections in the reactor. The specified partition contains a lattice of individual perforated tiles (10), of which each tile (101) has side walls (101A-101D) and a front surface (101F), moreover, at least one of the side walls has the first perforations, the front surface has the second perforations, the size of which is smaller than the size of the first perforations, and the tiles are distributed along the partition in the form of a two-dimensional matrix with gaps (17) between adjacent tiles. The first perforations form a preferred liquid phase flow path in the reactor, and the second perforations form a preferred vapor phase flow path. Also proposed is a method for the synthesis of urea from ammonia and carbon dioxide and a method for upgrading a vertical urea reactor.

EFFECT: invention is aimed at increasing the conversion yield in modern urea reactors and enhancing heat and mass transfer between the gas phase (vapor phase) and the liquid phase.

20 cl, 13 dwg, 1 ex

Description

Область техникиField of technology

Изобретение относится к реактору синтеза мочевины.The invention relates to a urea synthesis reactor.

Уровень техникиState of the art

В промышленности мочевину получают реакцией аммиака и диоксида углерода. Обзор различных процессов и соответствующих установок для производства мочевины можно найти в литературе, например, в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, Wiley-VCH Verlag.In industry, urea is produced by the reaction of ammonia and carbon dioxide. An overview of the various processes and associated installations for the production of urea can be found in the literature, for example in the Ullmann Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH Verlag.

Реакция образования мочевины происходит в реакторе при высоком давлении и высокой температуре. Известно, что все реакторы получения мочевины имеют относительно низкую эффективность конверсии, в результате чего отходящий поток реактора содержит значительное количество неконвертированного вещества, преимущественно в форме неконвертированного карбамата аммония. Для отделения и извлечения неконвертированного вещества используется различное оборудование, устанавливаемое на выходе реактора, что требует больших затрат и может ограничивать производительность процесса. Поэтому существует необходимость повышения конверсии реактора.The reaction of urea formation occurs in a reactor at high pressure and high temperature. It is known that all urea reactors have relatively low conversion efficiencies, resulting in the reactor effluent containing a significant amount of unconverted material, predominantly in the form of unconverted ammonium carbamate. Separating and recovering the unconverted material requires a variety of downstream equipment, which is costly and can limit process performance. Therefore, there is a need to increase reactor conversion.

В реакторе получения мочевины одновременно существует жидкая фаза и газовая фаза. Поэтому реактор получения мочевины представляет собой сложную двухфазную систему, которая и поныне является объектом изучения и исследования. Известно, однако, что кинетика системы реактора мочевины может быть с достаточной точностью описана следующими тремя химическими реакциями, где индекс обозначает жидкое состояние:In the urea production reactor, a liquid phase and a gas phase simultaneously exist. Therefore, the urea production reactor is a complex two-phase system, which is still the object of study and research. It is known, however, that the kinetics of the urea reactor system can be described with sufficient accuracy by the following three chemical reactions, where the index denotes liquid state:

Реакцией (1) является быстрая экзотермическая реакция. Реакцией (2) является быстрая эндотермическая реакция. Реакцией (3) является медленная эндотермическая реакция. В реакции (3) происходит образовании мочевины в результате потери воды карбаматом аммония.Reaction (1) is a fast exothermic reaction. Reaction (2) is a fast endothermic reaction. Reaction (3) is a slow endothermic reaction. In reaction (3), urea is formed as a result of the loss of water from ammonium carbamate.

Реакции (1), (2) и (3) происходят в жидкой фазе. При этом значительное количество СО₂ и аммиака подается в реактор в газовой фазе и требуют конденсации для формирования карбамата аммония и для дальнейшего гидролиза в мочевину. Поэтому внутри реактора одновременно находятся паровая и жидкая фазы. Это равновесие жидкость/пар может быть приблизительно описано следующими дополнительными уравнениями, в которых (g) обозначает газ и (1) обозначает жидкость.Reactions (1), (2) and (3) occur in the liquid phase. In this case, a significant amount of CO ₂ and ammonia is fed into the reactor in the gas phase and requires condensation to form ammonium carbamate and for further hydrolysis into urea. Therefore, vapor and liquid phases are simultaneously present inside the reactor. This liquid/vapor equilibrium can be approximately described by the following additional equations, in which (g) denotes gas and (1) denotes liquid.

Тепло- и массообмен между жидкой фазой и паровой фазой является критическим фактором для общей конверсии реагентов в мочевину.Heat and mass transfer between the liquid phase and the vapor phase is a critical factor for the overall conversion of reactants to urea.

В обычных вариантах осуществления, реактор получения мочевины представляет собой вертикальный агрегат, в который реагенты вводятся в нижнюю часть, а содержащий мочевину жидкий отходящий поток отбирается из верхней части, обычно через спускной трубопровод. Внутри вертикального реактора этого типа устанавливается поток протекающей вверх смеси газа и жидкости. Известно, что идеальным способом работы такого реактора является режим поршневого потока, при котором образование мочевины происходит по мере перемещения снизу вверх, и предпринимались неоднократные попытки создания внутренней конструкции реактора для обеспечения такого режима и усиления тепло- и массообмена между фазами, и повышения, в итоге, конверсии мочевины. Тепло- и массообмен является стадией реакции, определяющей ее общую скорость.In conventional embodiments, the urea reactor is a vertical unit into which reactants are introduced at the bottom and a urea-containing liquid effluent is withdrawn from the top, typically through a vent. Inside a vertical reactor of this type, an upward flowing mixture of gas and liquid is established. It is known that the ideal way of operating such a reactor is the piston flow mode, in which the formation of urea occurs as it moves from bottom to top, and repeated attempts have been made to create an internal structure of the reactor to ensure such a mode and enhance heat and mass transfer between the phases, and ultimately increase , urea conversion. Heat and mass transfer is a stage of the reaction that determines its overall rate.

Известно, что для решения этой задачи полезно поделить внутренний объем реактора на несколько секций (отсеков), разделенных подходящими перфорированными перегородками или тарелками.It is known that to solve this problem it is useful to divide the internal volume of the reactor into several sections (compartments), separated by suitable perforated partitions or plates.

В ЕР 495418 описаны перфорированные перегородки, первые поверхности которых имеют крупные отверстия для жидкости, а вторые поверхности имеют мелкие отверстия для паровой фазы, причем расположение этих поверхностей обеспечивает создание раздельных соседних параллельных путей для жидкой фазы и газовой фазы. В области над перегородками, в данной конструкции создаются зоны эмульсии над вторыми поверхностями (газопроницаемыми перфорированными поверхностями) и зоны чистой жидкости между соседними зонами эмульсии. В частности, здесь раскрываются перфорированные перегородки, сформированные продолговатыми параллельными элементами с трапецеидальным поперечным сечением.EP 495418 describes perforated partitions, the first surfaces of which have large openings for the liquid phase, and the second surfaces have small openings for the vapor phase, the arrangement of these surfaces creating separate adjacent parallel paths for the liquid phase and the gas phase. In the area above the partitions, this design creates zones of emulsion above the second surfaces (gas-permeable perforated surfaces) and zones of pure liquid between adjacent zones of emulsion. In particular, perforated partitions are revealed here, formed by elongated parallel elements with a trapezoidal cross-section.

Предложенные в HP 495418 тарелки длительное время демонстрировали свою эффективность. Несмотря на это продолжались попытки усовершенствования внутренней конструкции реактором мочевины. Реактор получения мочевины является дорогостоящим изделием, главным образом, потому, что его работа происходит при высоком давлении и высокой температуре и в очень агрессивной среде, поэтому для него требуются дорогие материалы. Выигрыш в производительности реактора означает использование реактора меньшего размера и меньшей стоимости для получения заданного количества мочевины или, что то же самое, возможность получать больше мочевины при данном размере реактора и времени пребывания в реакторе.The plates offered in HP 495418 have demonstrated their effectiveness for a long time. Despite this, attempts continued to improve the internal design of the urea reactor. The urea reactor is an expensive product, mainly because it operates at high pressure and high temperature and in a very aggressive environment, so it requires expensive materials. A gain in reactor productivity means using a smaller reactor at a lower cost to produce a given amount of urea or, equivalently, being able to produce more urea for a given reactor size and residence time.

Раскрытие изобретенияDisclosure of the Invention

Задачей изобретения является повышение выхода конверсии в современных реакторах получения мочевины. В частности, задачей изобретения является усиление тепло- и массообмена между газовой фазой (паровой фазой) и жидкой фазой.The objective of the invention is to increase the conversion yield in modern reactors for the production of urea. In particular, the objective of the invention is to enhance heat and mass transfer between the gas phase (vapor phase) and the liquid phase.

Эта задача решается в реакторе синтеза мочевины, имеющем вертикальный корпус и по меньшей мере одну внутреннюю перфорированную перегородку, расположение которой позволяет сформировать секции в реакторе, отличающемся тем, что эта перегородка содержит решетку отдельных перфорированных плиток, каждая из которых имеет боковые стенки и лицевую (верхнюю) поверхность, причем по меньшей мере одна из боковых стенок имеет первые отверстия, а лицевая поверхность имеет вторые отверстия, размер которых меньше размера первых отверстий, а размещение плиток по перегородке образует двухмерную матрицу с зазорами между соседними плитками.This problem is solved in a urea synthesis reactor having a vertical body and at least one internal perforated partition, the location of which allows the formation of sections in the reactor, characterized in that this partition contains a lattice of individual perforated tiles, each of which has side walls and a front (top) ) surface, wherein at least one of the side walls has first holes, and the front surface has second holes, the size of which is smaller than the size of the first holes, and the placement of tiles along the partition forms a two-dimensional matrix with gaps between adjacent tiles.

Каждая плитка представляет, по существу, призматическую конструкцию, обращенную вверх, имеющую боковые стенки и лицевую поверхность. Плитку можно рассматривать как коробку с полностью открытым днищем для приема восходящей смеси и перфорированными гранями с отверстиями (например прорезями), специально предназначенными для жидкости или газа.Each tile is essentially an upward-facing prismatic structure having side walls and a face. The tile can be thought of as a box with a completely open bottom to receive the rising mixture and perforated sides with holes (such as slots) specifically designed for liquid or gas.

Плитки распределены по площади поверхности перегородки. Эта площадь поверхности перегородки означает площадь в горизонтальной плоскости, перпендикулярной оси реактора. Эту площадь может быть также названа площадью поперечного сечения перегородки, и может, в основном, соответствовать площади поперечного сечения реактора, поскольку диаметр перегородки близок внутреннему диаметру реактора. Эта площадь поперечного сечения является площадью фигуры в форме диска.The tiles are distributed over the surface area of the partition. This baffle surface area means the area in a horizontal plane perpendicular to the axis of the reactor. This area may also be called the cross-sectional area of the baffle, and may generally correspond to the cross-sectional area of the reactor, since the diameter of the baffle is close to the internal diameter of the reactor. This cross-sectional area is the area of the disc-shaped figure.

При размещении по площади поверхности перегородки в виде двумерной матрицы, плитки перегородки совместно образуют двумерную дискообразную конструкцию, площадь поверхности которой перекрыта плитками.When placed over the surface area of the partition in the form of a two-dimensional matrix, the partition tiles together form a two-dimensional disk-shaped structure, the surface area of which is covered by the tiles.

Плитки формируют на поверхности перегородки чередующиеся приподнятые и опущенные участки, где приподнятые участки соответствуют верхним лицевым поверхностям плиток, а опущенные участки соответствуют зазорам между плитками. Благодаря двумерной матричной форме, приподнятые и опущенные участки чередуются вдоль перпендикулярных направлений, например, в первых направлениях и во вторых направлениях, перпендикулярных друг другу и лежащих в горизонтальной плоскости.The tiles form alternating raised and lowered areas on the surface of the partition, where the raised areas correspond to the upper faces of the tiles, and the lowered areas correspond to the gaps between the tiles. Due to the two-dimensional matrix shape, the raised and lowered portions alternate along perpendicular directions, for example in first directions and in second directions perpendicular to each other and lying in the horizontal plane.

Размер вторых перфорационных отверстий меньше размера первых перфорационных отверстий, поэтому первые отверстия создают путь предпочтительного протекания жидкой фазы, а вторые отверстия создают путь предпочтительного протекания паровой фазы (газовой фазы). Соответственно, когда восходящая смесь встречает перегородку, жидкая фаза преимущественно протекает через боковые стенки плиток, а паровая фаза преимущественно протекает через лицевые поверхности.The size of the second perforations is smaller than the size of the first perforations, such that the first holes create a preferential flow path for the liquid phase, and the second holes create a preferential flow path for the vapor phase (gas phase). Accordingly, when the rising mixture encounters the baffle, the liquid phase predominantly flows through the side walls of the tiles and the vapor phase predominantly flows through the front surfaces.

Вследствие сказанного, каждая плитка осуществляет разделение фаз, и каждая отдельная плитка генерирует над перегородкой зоны эмульсии и зоны чистой жидкости. Термином чистая жидкость обозначается деаэрированная жидкость.As a result of the above, each tile carries out phase separation, and each individual tile generates an emulsion zone and a pure liquid zone above the partition. The term pure liquid refers to a deaerated liquid.

Предпочтительно перегородка не имеет других проходов для жидкости или газа помимо первых и вторых перфорационных отверстий в плитках, за исключением зазора по периферии между перегородкой и внутренней облицовкой корпуса реактора. Поэтому восходящая смесь распределяется между плитками и смесь, перехватываемая одной плиткой, может проходить только через первые и вторые перфорационные отверстия. Как было показано выше, благодаря разному размеру перфорационных отверстий, жидкость будет протекать преимущественно через боковые стенки плитки, в то время как паровая фаза будет выходить в основном через лицевую поверхность.Preferably, the partition has no other passages for liquid or gas other than the first and second perforations in the tiles, except for a gap around the periphery between the partition and the inner lining of the reactor vessel. Therefore, the rising mixture is distributed between the tiles and the mixture intercepted by one tile can only pass through the first and second perforations. As shown above, due to the different sizes of the perforations, the liquid will flow predominantly through the side walls of the tile, while the vapor phase will exit mainly through the front surface.

Решетка плиток может содержать ряды и столбцы в соответствии с перпендикулярными направлениями, при этом в каждом ряду и каждом столбце имеется по меньшей мере две плитки. Например, решетка включает ряды плиток, расположенных в первом направлении, и столбцы плиток, расположенных во втором направлении, причем первое направление перпендикулярно второму направлению, и первое и второе направления лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси реактора (в горизонтальной плоскости).The lattice of tiles may contain rows and columns in accordance with perpendicular directions, with each row and each column having at least two tiles. For example, the array includes rows of tiles arranged in a first direction and columns of tiles arranged in a second direction, the first direction being perpendicular to the second direction, and the first and second directions being in the same plane perpendicular to the axis of the reactor (horizontal plane).

Предпочтительно решетка плиток симметрична относительно по меньшей мере одной вертикальной плоскости (плоскости, параллельной оси реактора); более предпочтительно симметрична относительно двух взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостей.Preferably, the array of tiles is symmetrical with respect to at least one vertical plane (a plane parallel to the axis of the reactor); more preferably symmetrical with respect to two mutually perpendicular vertical planes.

В предпочтительном варианте осуществления, плитки располагаются с квадратной разбивкой или прямоугольной разбивкой, образуя матричную (по типу шахматной доски) решетку плиток. В другом варианте осуществления, ряды или столбцы плиток могут устанавливаться со сдвигом, в шахматном порядке, с наклоном или разным расположением. Например, плитки могут устанавливаться с треугольной разбивкой. Термины квадратная разбивка или прямоугольная разбивка или треугольная разбивка означают, что центральные точки лицевых поверхностей соседних плиток располагаются в вершинах квадратов, прямоугольников или треугольников, соответственно.In a preferred embodiment, the tiles are arranged in a square layout or rectangular layout, forming a matrix (checkerboard-like) lattice of tiles. In another embodiment, the rows or columns of tiles may be staggered, staggered, tilted, or staggered. For example, tiles can be installed in a triangular pattern. The terms square layout or rectangular layout or triangular layout mean that the center points of the faces of adjacent tiles are located at the vertices of squares, rectangles or triangles, respectively.

Предпочтительно, боковые стенки плиток представляют собой вертикальные стенки, а лицевая поверхность представляет собой горизонтальную поверхность. Предпочтительно, вертикальные стенки и/или лицевая поверхность являются плоскими. В некоторых вариантах осуществления, боковые стенки некоторых или всех плиток могут быть наклонены относительно вертикали, и/или лицевая поверхность некоторых или всех плиток может быть наклонена относительно горизонтали.Preferably, the side walls of the tiles are vertical walls and the front surface is a horizontal surface. Preferably, the vertical walls and/or the front surface are flat. In some embodiments, the side walls of some or all of the tiles may be inclined relative to the vertical, and/or the front surface of some or all of the tiles may be inclined relative to the horizontal.

В предпочтительном варианте осуществления, каждая плитка характеризуется соотношением длина/ширина от 0,5 до 1,5. Это соотношение сторон представляет собой отношение максимальной длины плитки к ее максимальной ширине, где длина и ширина определяются по перпендикулярным направлениям в горизонтальной плоскости.In a preferred embodiment, each tile has a length/width ratio of 0.5 to 1.5. This aspect ratio is the ratio of the tile's maximum length to its maximum width, where length and width are defined in perpendicular directions in the horizontal plane.

Некоторые признаки плитки могут быть описаны относительно некоторой базовой плоскости. От базовой плоскости отсчитывается высота в реакторе, где установлена перегородка. Например, базовой плоскостью может быть верхняя поверхность опорного кольца перегородки.Some tile features can be described relative to some reference plane. The height in the reactor where the partition is installed is measured from the base plane. For example, the reference plane may be the top surface of the septum support ring.

Отдельные плитки выступают вверх относительно этой базовой плоскости. Все плитки каждой перегородки имеют предпочтительно одинаковую высоту над базовой плоскостью перегородки. Этой высотой является расстояние верхней поверхности от базовой плоскости в направлении оси реактора (вертикальном направлении).Individual tiles project upward relative to this reference plane. All tiles of each partition are preferably the same height above the base plane of the partition. This height is the distance of the top surface from the reference plane in the direction of the reactor axis (vertical direction).

Каждая плитка отделена от соседних плиток зазорами. Предпочтительно зазоры проходят по направлениям, параллельным боковым стенкам плитки. Каждая плитка, соответственно, образует отдельную коробчатую конструкцию.Each tile is separated from adjacent tiles by gaps. Preferably the gaps run in directions parallel to the side walls of the tile. Each tile, accordingly, forms a separate box-shaped structure.

Общая площадь первых перфорационных отверстий каждой перегородки (площадь перфорации) предпочтительно составляет от 2% до 3% внутреннего поперечного сечения корпуса реактора. Полная площадь вторых перфорационных отверстий предпочтительно составляет от 0,4% до 1,5% площади внутреннего поперечного сечения корпуса реактора. Эта площадь второй перфорации зависит от паровой фракции смеси и, предпочтительно, снижается от нижней части реактора к верхней. Например, нижние перегородки могут иметь большее число вторых перфорационных отверстий по сравнению с верхними перегородками.The total area of the first perforations of each partition (perforation area) is preferably 2% to 3% of the internal cross-section of the reactor vessel. The total area of the second perforations is preferably from 0.4% to 1.5% of the internal cross-sectional area of the reactor vessel. This second perforation area depends on the vapor fraction of the mixture and preferably decreases from the bottom of the reactor to the top. For example, lower partitions may have a greater number of second perforations than upper partitions.

Размер первых перфорационных отверстий значительно больше размера вторых перфорационных отверстий. В пределах перегородки первые перфорационные отверстия могут быть от 20 до 100 раз больше вторых перфорационных отверстий, или даже еще больше. Индивидуальная площадь каждого первого перфорационного отверстия предпочтительно составляет от 300 до 600 мм², более предпочтительно, от 350 до 550 мм². Индивидуальная площадь каждого второго перфорационного отверстия составляет примерно от 3 до 15 мм².The size of the first perforations is significantly larger than the size of the second perforations. Within the septum, the first perforations may be 20 to 100 times larger than the second perforations, or even larger. The individual area of each first perforation hole is preferably from 300 to 600 mm ² , more preferably from 350 to 550 mm ² . The individual area of every second perforation hole ranges from approximately 3 to 15 mm ² .

Первыми перфорационными отверстиями и/или вторыми перфорационными отверстиями могут быть круглые отверстия или продолговатые щели. Расположение первых перфорационных отверстий формирует горизонтальную решетку отверстий с интервалом на некоторых или всех боковых стенках.The first perforations and/or the second perforations may be circular holes or oblong slits. The arrangement of the first perforations forms a horizontal array of holes at intervals on some or all of the side walls.

Вторые перфорационные отверстия могут быть расположены по специальной схеме, например, с квадратной или треугольной сеткой.The second perforations can be arranged according to a special pattern, for example, with a square or triangular mesh.

Первые перфорационные отверстия могут быть расположены только на некоторых или всех боковых стенках при данной полной площади поверхности проходов. Предпочтительно все боковые стенки перфорированы.The first perforations may be located on only some or all of the side walls for a given total surface area of the passages. Preferably, all side walls are perforated.

Вторые перфорационные отверстия, в предпочтительном варианте осуществления, представляют собой круглые отверстия диаметром не более 4 мм, предпочтительно от 2 мм до 3 мм, еще более предпочтительно 2 мм. Как будет показано ниже, этим снижается сопротивление тепло- и массообмену.The second perforations are, in a preferred embodiment, round holes with a diameter of not more than 4 mm, preferably from 2 mm to 3 mm, even more preferably 2 mm. As will be shown below, this reduces the resistance to heat and mass transfer.

Количество плиток в перегородке может быть различным. Как правило, для разделения фаз желательно использовать больше плиток, зато меньшее число плиток позволит упростить конструкцию. В практических вариантах осуществления, число плиток в перегородке предпочтительно находится в интервале от 12 до 30, более предпочтительно, от 18 до 26.The number of tiles in the partition may vary. As a rule, it is desirable to use more tiles to separate the phases, but fewer tiles will simplify the design. In practical embodiments, the number of tiles in the partition is preferably in the range of 12 to 30, more preferably 18 to 26.

Размер и/или форма плитки может зависеть от места плиток в схеме их размещения. Например, перегородка может включать первые плитки квадратной формы, ограниченные четырьмя боковыми стенками, расположенными под прямым углом друг к другу, и вторые плитки многоугольной формы, у которых по меньшей мере одна боковая стенка наклонена относительно соседних боковых стенок. Эти вторые плитки могут быть расположены по периферии для аппроксимирования к дискообразной форме поперечного сечения реактора.The size and/or shape of the tiles may depend on the placement of the tiles in the layout. For example, the partition may include first tiles that are square in shape, defined by four side walls that are at right angles to each other, and second tiles that are polygonal in shape, where at least one side wall is inclined relative to adjacent side walls. These second tiles may be positioned peripherally to approximate the disc-shaped cross-section of the reactor.

Перегородка предпочтительно закрепляется в корпусе высокого (повышенного) давления реактора на опорном кольце. Верхняя плоская кольцевая поверхность этого опорного кольца может совпадать с (т.е., принадлежать к) базовой плоскостью перегородки.The partition is preferably fixed in the high pressure vessel of the reactor on a support ring. The upper flat annular surface of this support ring may coincide with (ie, belong to) the base plane of the partition.

Перегородка может иметь опорные балки, противоположные концы которых соединены с опорным кольцом. Плитки могут быть прикреплены (например, болтами) к этим опорным балкам.The partition may have support beams, the opposite ends of which are connected to the support ring. The tiles can be attached (eg bolted) to these support beams.

В соответствии с предпочтительными вариантами осуществления, каждая плитка может быть изготовлена из металлических листов. Из каждого металлического листа могут быть отформованы одна или более боковых стенок и лицевая поверхность. Металлические листы, образующие плитку, предпочтительно соединяются друг с другом газонепроницаемым или практически газонепроницаемым соединением с тем, чтобы прохождение жидкости или газа было возможным только через перфорацию.According to preferred embodiments, each tile may be made from metal sheets. Each metal sheet may be formed into one or more side walls and a face. The metal sheets forming the tile are preferably connected to each other in a gas-tight or substantially gas-tight connection so that the passage of liquid or gas is only possible through the perforation.

В предпочтительном варианте осуществления, перегородка может включать сфальцованный металлический лист, образующий лицевую поверхность и две противоположные боковые стенки плиток, например, переднюю стенку и заднюю стенку. Перегородка также включать дополнительные металлические листы для формирования боковых стенок.In a preferred embodiment, the partition may include a folded metal sheet defining the front surface and two opposing side walls of the tiles, for example, a front wall and a back wall. The partition also includes additional metal sheets to form the side walls.

В другом варианте осуществления, перегородка может включать самонесущие конструкции, каждая из которых образует несколько расположенных в ряд плиток, от одного конца перегородки до ее другого, противоположного конца, при этом эти конструкции расположены параллельно друг другу, формируя двухмерную решетку. Такие конструкции могут прикрепляться непосредственно к опорному кольцу перегородки.In another embodiment, the partition may include self-supporting structures, each of which forms a number of tiles arranged in a row, from one end of the partition to the other, opposite end, and these structures are located parallel to each other, forming a two-dimensional lattice. Such structures can be attached directly to the support ring of the partition.

Количество перегородок в реакторе может быть разным. Предпочтительно, вертикальный реактор мочевины, согласно изобретению, содержит комплект из 8-20 описанных выше перегородок. В одном комплекте перегородок реактора, перегородки могут иметь одинаковую схему расположения плиток, или разные схемы.The number of partitions in the reactor may vary. Preferably, the vertical urea reactor according to the invention contains a set of 8-20 baffles as described above. In one set of reactor baffles, the baffles may have the same tile layout, or different patterns.

Особенностью настоящего изобретения также является способ синтеза мочевины в соответствии с формулой изобретения.A feature of the present invention is also a method for synthesizing urea in accordance with the claims.

Способ включает формирование смеси жидкой фазы и газовой фазы, поднимающейся вверх в вертикальном реакторе мочевины, и отведение жидкого отходящего потока из верхней области реактора, и включает пропускание этой смеси через несколько перегородок, установленных по вертикальной оси в реакторе, причем каждая перегородка двухмерную матрицу отдельных плиток, разделенных зазорами, каждая плитка имеет боковые стенки, по меньшей мере одна из которых имеет первые перфорационные отверстия для жидкой фазы, и лицевую поверхность со вторыми перфорационными отверстиями для газовой фазы, при этом размер вторых перфорационных отверстий меньше размера первых перфорационных отверстий так, что жидкая фаза смеси протекает преимущественно через первые перфорационные отверстия, а вторая фаза протекает преимущественно через вторые перфорационные отверстия, и каждая плитка осуществляет отделение газовой фазы от жидкой фазы.The method includes forming a mixture of a liquid phase and a gas phase rising upward in a vertical urea reactor, and withdrawing a liquid effluent from an upper region of the reactor, and includes passing this mixture through several partitions installed along a vertical axis in the reactor, each partition a two-dimensional matrix of individual tiles separated by gaps, each tile has side walls, at least one of which has first perforations for the liquid phase, and a front surface with second perforations for the gas phase, the size of the second perforations being smaller than the size of the first perforations so that the liquid the mixture phase flows predominantly through the first perforations, and the second phase flows predominantly through the second perforations, and each tile separates the gas phase from the liquid phase.

Другой особенностью настоящего изобретения является способ модернизации реактора синтеза мочевины, в соответствии с формулой изобретения, в котором по меньшей мере одна внутренняя перегородка реактора мочевины заменяется на новую перегородку, имеющую перфорированные плитки, расположенные по схеме двухмерной матрицы, как это было описано выше.Another feature of the present invention is a method for upgrading a urea synthesis reactor, in accordance with the claims, in which at least one internal partition of the urea reactor is replaced with a new partition having perforated tiles arranged in a two-dimensional matrix pattern, as described above.

Различные предпочтительные варианты осуществления перегородок также применимы для процесса синтеза и для процедуры модернизации.Various preferred embodiments of the partitions are also applicable for the synthesis process and for the upgrading procedure.

Отмечается, что термин реактор для синтеза мочевины, или реактор мочевины, означает реактор, способный выдерживать типичные условия реакции образования мочевины, например, давление свыше 80 бар, обычно примерно 150 бар, температуру примерно 190°С и коррозионное воздействие карбамата аммония.It is noted that the term urea synthesis reactor, or urea reactor, means a reactor capable of withstanding typical urea reaction conditions, for example, pressure in excess of 80 bar, typically about 150 bar, temperature about 190° C. and the corrosive effects of ammonium carbamate.

Далее рассмотрим преимущества изобретения.Next, let's look at the advantages of the invention.

Главным преимуществом изобретения является то. что конструкция перегородки с перфорированными плитками, расположенными в виде двухмерной матрицы, улучшает разделение паровой фазы и жидкой фазы, и улучшает тепло- и массообмен.The main advantage of the invention is that. that the baffle design with perforated tiles arranged in a two-dimensional matrix improves vapor-liquid phase separation and improves heat and mass transfer.

В частности, на каждую отдельную плитку попадает определенная часть восходящего потока смеси, и смесь, перехватываемая плиткой, в основном разделяется на газ и жидкость благодаря боковым проходам, преимущественно пропускающим жидкость и пропускающим газ, образованным, соответственно, большими перфорационными отверстиями в боковых стенках и мелкими перфорационными отверстиями в лицевой поверхности.In particular, each individual tile receives a certain portion of the upward flow of the mixture, and the mixture intercepted by the tile is mainly separated into gas and liquid thanks to the side passages, predominantly permeable to liquid and permeable to gas, formed by large perforations in the side walls and small ones, respectively. perforation holes in the front surface.

Благодаря расположению плиток в виде двухмерной матрицы, поток над перегородкой (т.е., после нее) сильнее разделен на зоны с преимущественным содержанием газа и зоны с преимущественным содержанием жидкости, по сравнению с известными устройствами. Действительно, под действием плитки имеется тенденция формирования в выходном потоке системы зон, содержащих преимущественно жидкость, и зонй, содержащих преимущественно пары. Можно сказать, что каждая плитка генерирует соответствующую зону эмульсии над лицевой поверхностью, окруженную одной или более зонами чистой жидкости, генерируемыми жидкостью, проходящей через перфорированные боковые стенки. По сравнению с существующими устройствами, создается большее число таких областей и предотвращается появление больших зон, содержащих только жидкость или только газ.Due to the arrangement of the tiles in a two-dimensional matrix, the flow above (i.e., after) the baffle is more divided into zones with a predominant content of gas and zones with a predominant content of liquid, compared with known devices. Indeed, under the influence of the tile, there is a tendency to form in the outlet stream a system of zones containing predominantly liquid and zones containing predominantly vapor. Each tile can be said to generate a corresponding emulsion zone above the front surface, surrounded by one or more pure liquid zones generated by the liquid passing through the perforated side walls. Compared to existing devices, a larger number of such areas are created and large areas containing only liquid or only gas are prevented.

В частности, Заявителями установлено, что в реакторе мочевины, где разделительные перегородки формируют зону эмульсии и зону чистой жидкости благодаря проходам с различными характеристиками предпочтительного пропускания жидкой фазы и газовой фазы, ключевым фактором, отрицательно влияющим на скорость тепло - и массообмена, является сопротивление между зонами эмульсии и чистой жидкости. В изобретении этот фактор значительно ослаблен введением дополнительных поверхностей раздела между зоной эмульсии и зоной чистой жидкости.In particular, the Applicants have found that in a urea reactor, where dividing walls form an emulsion zone and a pure liquid zone thanks to passages with different characteristics of preferential passage of the liquid phase and gas phase, the key factor negatively affecting the rate of heat and mass transfer is the resistance between the zones emulsion and pure liquid. In the invention, this factor is significantly weakened by the introduction of additional interfaces between the emulsion zone and the pure liquid zone.

Вторым фактором, противодействующим тепло - и массообмену, является сопротивление между каждым пузырьком и окружающей жидкостью внутри эмульсии. Влияние этого фактора обычно слабее, чем описанного выше сопротивления между зоной эмульсии и зоной чистой жидкости; однако, он может стать значимым с учетом снижения влияния упомянутого сопротивления, достигнутого в настоящем изобретении. Этот второй фактор может быть ослаблен соответствующим выбором мелких отверстий для газа, предпочтительно с диаметром не более 3 мм, как это было упомянуто выше.The second factor counteracting heat and mass transfer is the resistance between each bubble and the surrounding liquid within the emulsion. The influence of this factor is usually weaker than the resistance described above between the emulsion zone and the pure liquid zone; however, it may become significant in view of the reduction in the influence of said resistance achieved in the present invention. This second factor can be mitigated by an appropriate choice of small gas holes, preferably with a diameter of no more than 3 mm, as mentioned above.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:The invention is discussed in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which:

на фиг. 1 представлена схема реактора мочевины, включающего несколько внутренних перегородок, с более подробным изображением одной из перегородок;in fig. 1 is a diagram of a urea reactor including several internal baffles, with a more detailed view of one of the baffles;

на фиг. 2 представлен вид одной перегородки реактора на фиг. 1, в соответствии с первым вариантом осуществления;in fig. 2 shows a view of one reactor baffle in FIG. 1, according to the first embodiment;

на фиг. 3 представлен вид сверху одной плитки перегородки, показанной на фиг. 2;in fig. 3 is a top view of one partition tile shown in FIG. 2;

на фиг. 4 представлен вид сечения плитки, показанной на фиг. 3;in fig. 4 is a cross-sectional view of the tile shown in FIG. 3;

на фиг. 5 представлен вид сверху другой плитки перегородки, показанной на фиг. 2;in fig. 5 is a top view of another partition tile shown in FIG. 2;

на фиг. 6 представлен вид сечения плитки, показанной на фиг. 5;in fig. 6 is a cross-sectional view of the tile shown in FIG. 5;

на фиг. 7 представлен вид сечения по плоскости VII на фиг. 2;in fig. 7 shows a sectional view along plane VII in FIG. 2;

на фиг. 8 представлен вид сечения по плоскости VIII на фиг. 2;in fig. 8 shows a sectional view along plane VIII in FIG. 2;

на фиг. 9 представлен вид фрагмента изображения на фиг. 7;in fig. 9 is a fragment view of the image in FIG. 7;

на фиг. 10 представлен вид одной перегородки в соответствии со вторым вариантом осуществления;in fig. 10 is a view of one partition according to the second embodiment;

на фиг. 11 и 12 представлены виды сечения по плоскостям XI и XII на фиг. 10;in fig. 11 and 12 show cross-sectional views along planes XI and XII in FIG. 10;

На фиг. 13 представлен вид фрагмента опорного кронштейна перегородки, показанной на фиг. 10.In fig. 13 is a view of a fragment of the support bracket of the partition shown in FIG. 10.

Подробное описание осуществления изобретенияDetailed Description of the Invention

На фиг. 1 показан реактор 1 для синтеза мочевины, имеющий корпус 2 с вертикальной осью А-А и перфорированные перегородки (или тарелки) 3, установленные внутри корпуса 2, с образованием нескольких секций С1, С2, … Cn реактора.In fig. Figure 1 shows a reactor 1 for the synthesis of urea, having a housing 2 with a vertical axis A-A and perforated partitions (or plates) 3 installed inside the housing 2, forming several sections C1, C2, ... Cn of the reactor.

Реактор принимает реагенты, поступающие в его нижнюю часть, например, от питательной линии 4, и имеет выпускной трубопровод 5, соединенный со спускным трубопроводом 6 для содержащего мочевину жидкого отходящего потока, отводимого из верхней секции над самой верхней перегородкой.The reactor receives reactants entering its lower part, for example, from a feed line 4, and has an outlet line 5 connected to a drain line 6 for a urea-containing liquid effluent stream discharged from the upper section above the uppermost partition.

Реактор 1 может быть частью контура высокого давления, включающего отпарную колонну, конденсатор и, возможно, газоочиститель; по питательной линии 4 может подводиться конденсат от конденсатора высокого давления вместе со свежим газообразным аммиаком и, возможно, газообразным диоксидом углерода. При необходимости может также использоваться отдельная питательная линия 7 для газообразного диоксида углерода.Reactor 1 may be part of a high pressure circuit including a stripper, a condenser and possibly a scrubber; Feed line 4 can supply condensate from the high pressure condenser along with fresh ammonia gas and possibly carbon dioxide gas. If necessary, a separate feed line 7 for carbon dioxide gas can also be used.

Выпускной трубопровод 5 может подводить отходящий поток реактора к отпарной колонне. Верхний газообразный продукт отводится сверху реактора по линии 8 и может быть направлен в газоочиститель.The outlet line 5 can lead the reactor effluent to the stripping column. The upper gaseous product is removed from the top of the reactor along line 8 and can be sent to a gas purifier.

Приведенные сведения о реакторе 1 известны специалисту и могут отличаться для разных процессов синтеза мочевины, например, реализованных как процесс синтеза с самодесорбцией, с десорбцией аммиака или с десорбцией СО₂. Поэтому дальнейшее описание реактора 1 не приводится.The given information about reactor 1 is known to a specialist and may differ for different urea synthesis processes, for example, those implemented as a synthesis process with self-desorption, with ammonia desorption or with CO ₂ desorption. Therefore, further description of reactor 1 is not given.

Одна из перегородок 3 показана на увеличенном фрагменте на фиг. 1, и далее описывается со ссылками на фиг. 2-9.One of the partitions 3 is shown in an enlarged fragment in Fig. 1 and is further described with reference to FIGS. 2-9.

Перегородка 3 включает несколько плиток коробчатой формы, обозначенных на фиг. 1 ссылочным номером 10. Плитки 10 образуют двухмерную матрицу. В данном примере, как хорошо видно на фиг. 2, плитки 10 расположены с квадратной разбивкой и образуют матрицу рядов 11 и столбцов 12, в частности, пять рядов и пять столбцов в показанном примере. Каждая плитка 10 отделена от соседних плиток зазорами 17.The partition 3 includes several box-shaped tiles, indicated in FIG. 1 reference number 10. The tiles 10 form a two-dimensional matrix. In this example, as can be clearly seen in Fig. 2, the tiles 10 are arranged in a square pattern and form a matrix of rows 11 and columns 12, specifically five rows and five columns in the example shown. Each tile 10 is separated from adjacent tiles by gaps 17.

Плитки 10 закреплены на кольце 13, которое, в свою очередь, жестко прикреплено к внутренней поверхности корпуса 2 несколькими опорными кронштейнами 14. Плоская верхняя поверхность 15 кольца 13 определяет плоскость 16 (фиг. 4 и 6), перпендикулярную оси А-А, которая может рассматриваться как базовая плоскость перегородки 3. Этой плоскостью 16 определяется высота расположения базовой плоскости перегородки 3 внутри реактора 1.The tiles 10 are fixed to a ring 13, which, in turn, is rigidly attached to the inner surface of the housing 2 by several support brackets 14. The flat upper surface 15 of the ring 13 defines a plane 16 (Fig. 4 and 6), perpendicular to the axis AA, which can be considered as the base plane of the partition 3. This plane 16 determines the height of the base plane of the partition 3 inside the reactor 1.

Каждая плитка 10 в основном представляет собой призматическую фигуру, выступающую вверх от кольца 13 (т.е., вверх от базовой плоскости 16) и имеющую боковые стенки и лицевую поверхность.Each tile 10 is generally a prismatic figure projecting upward from the ring 13 (ie, upward from the base plane 16) and having side walls and a front surface.

На фиг. 2 иллюстрируются типичные плитки 101-106, описанные ниже.In fig. 2 illustrates typical tiles 101-106 described below.

На фиг. 3 показана первая плитка 101, имеющая боковые стенки 101A-101D и лицевую поверхность 101F. Некоторые или все из боковых стенок 101A-101D имеют перфорацию, размер отверстий которой приспособлен для предпочтительного пропускания жидкой фазы. Перфорация лицевой поверхности имеет отверстия меньшего размера, приспособленные для предпочтительного пропускания газа. Перфорационные отверстия на чертежах не показаны.In fig. 3 shows a first tile 101 having side walls 101A-101D and a front surface 101F. Some or all of the side walls 101A-101D are perforated, the openings of which are sized to preferentially permit the passage of a liquid phase. The perforation of the front surface has smaller holes adapted for preferential gas passage. Perforations are not shown in the drawings.

Боковые стенки 101A-101D расположены под прямым углом, благодаря чему боковые стенки образуют прямой угол с соседними боковыми стенками.The side walls 101A-101D are arranged at right angles, whereby the side walls form a right angle with adjacent side walls.

Лицевая поверхность 101F расположена на расстоянии h по вертикали от базовой плоскости 16 в направлении оси А-А. Это расстояние h можно назвать высотой плитки 101 от базовой плоскости 11. Предпочтительно все плитки перегородки 3 имеют одинаковую высоту.The front surface 101F is located at a vertical distance h from the base plane 16 in the direction of the axis AA. This distance h can be called the height of the tile 101 from the reference plane 11. Preferably, all the tiles of the partition 3 have the same height.

Плитка 101 также характеризуется длиной L и шириной w. Предпочтительно длина и ширина одинаковы или слегка различаются; например отношение L/w предпочтительно составляет в интервале от 0,5 до 1,5, более предпочтительно, от 0,8 до 1,2. Предпочтительно это отношение равно 1 или близко 1 так, чтобы лицевая поверхность 101F на виде сверху представляла собой квадрат или была близка к квадрату.The tile 101 is also characterized by a length L and a width w. Preferably the length and width are the same or slightly different; for example, the L/w ratio is preferably in the range of 0.5 to 1.5, more preferably 0.8 to 1.2. Preferably, this ratio is 1 or close to 1 so that the front surface 101F is square or close to square in plan view.

Отмечается, что разные плитки 10 в пределах перегородки 3 могут иметь разную длину и/или разную ширину.It is noted that different tiles 10 within the partition 3 may have different lengths and/or different widths.

На фиг. 5 и 6 показана вторая плитка 102, имеющая четыре боковых стенки 102A-102D и лицевую поверхность 102F и, кроме того, наклонную боковую стенку 102Е для соединения коротких боковых стенок 102В и 102С. Такая форма с наклоненной боковой стенкой обеспечивает лучшее согласование с дугой круглого поперечного сечения. Плитка 102 также имеет пластину 24 для прикрепления к кольцу 13.In fig. 5 and 6 show a second tile 102 having four side walls 102A-102D and a front surface 102F and, in addition, an inclined side wall 102E for connecting the short side walls 102B and 102C. This shape with an inclined side wall provides better coordination with the arc of a circular cross-section. The tile 102 also has a plate 24 for attachment to the ring 13.

Плитки с наклонными боковыми стенками, например 102, предпочтительно устанавливаются по краю перегородки 3, как это показано на фиг. 2.Tiles with sloped side walls, for example 102, are preferably installed along the edge of the partition 3, as shown in FIG. 2.

Боковые стенки каждой плитки 10 предпочтительно расположены вертикально и параллельно оси А-А, а лицевая поверхность предпочтительно плоская и расположена перпендикулярно этой оси.The side walls of each tile 10 are preferably vertical and parallel to the axis AA, and the front surface is preferably flat and perpendicular to this axis.

Должно быть понятно, что при расположении плиток 10 по верхней поверхности перегородки 3 в виде двухмерной матрицы создается чередование приподнятых и опущенных участков. Приподнятые участки соответствуют лицевым поверхностям плиток, например, лицевым поверхностям 101F и 102F. Опущенные участки (углубления) соответствуют зазорам 17. Приподнятые и опущенные участки также можно рассматривать как выступы и углубления относительно некоторой средней плоскости перегородки (например, плоскости, параллельной плоскости 16 и проходящей на уровне половины высоты А).It should be clear that by arranging the tiles 10 along the top surface of the partition 3 in the form of a two-dimensional matrix, an alternation of raised and lowered areas is created. The raised areas correspond to the facing surfaces of the tiles, for example, the facing surfaces 101F and 102F. The lowered areas (recesses) correspond to the gaps 17. The raised and lowered areas can also be considered as protrusions and indentations relative to some average plane of the partition (for example, a plane parallel to the plane 16 and passing at half the height A).

Перегородка 3 имеет верхнюю поверхность и нижнюю поверхность. Каждая плитка 10 образует камеру на нижней поверхности перегородки, и в эту камеру в процессе работы поступает часть восходящего потока смеси газа и жидкости.The partition 3 has an upper surface and a lower surface. Each tile 10 forms a chamber on the bottom surface of the partition, and this chamber receives part of the upward flow of the gas-liquid mixture during operation.

Например, плитка 101 образует камеру 23 (фиг. 4). Понятно, что часть смеси, поступившей в камеру 23, будет вытекать через перфорацию в ее боковых стенках и лицевой поверхности и, в частности, жидкая фаза будет вытекать, в основном, через большие отверстия первой перфорации, в то время как газовая (паровая) фаза будет, в основном, вытекать через меньшие отверстия второй перфорации. Это обусловлено разным размером и положением первой и второй перфораций. По аналогии, на фиг. 6 показана камера 23, образованная плиткой 102.For example, tile 101 forms chamber 23 (FIG. 4). It is clear that part of the mixture entering chamber 23 will flow out through the perforations in its side walls and front surface and, in particular, the liquid phase will flow mainly through the large holes of the first perforation, while the gas (vapor) phase will mainly flow out through the smaller holes of the second perforation. This is due to the different size and position of the first and second perforations. By analogy, in FIG. 6 shows a chamber 23 formed by tile 102.

Плитка 10 могут содержать металлический лист, профилированный и, возможно, разрезанный для формирования лицевой поверхности и двух противоположных боковых стенок, и может содержать два или более дополнительных металлических листов, приспособленных для формирования других боковых стенок.The tile 10 may comprise a metal sheet shaped and possibly cut to form a face and two opposing side walls, and may contain two or more additional metal sheets adapted to form the other side walls.

На виде сечения на фиг. 7 показаны примеры выполнения плиток 103 и 104, присоединенных к опорным балкам 20. Опорные балки 20, в данном варианте осуществления, проходят от одного до другого края перегородки 3 и непосредственно поддерживают плитки 10, а также повышают сопротивление изгибу.In the cross-sectional view of FIG. 7 shows examples of the tiles 103 and 104 attached to the support beams 20. The support beams 20, in this embodiment, extend from one end to the other of the partition 3 and directly support the tiles 10 and also increase the resistance to bending.

Плитка 103 содержит металлический лист 130, профилированный для формирования двух боковых стенок, например, передней боковой стенки 103В и задней боковой стенки 103D, и лицевую поверхность 103F. Концы металлического листа 130 прикреплены (например, болтами) к кольцу 13 или к опорным балкам 20 (см. также фиг. 9). Плитка 103 также включает два металлических листа 131, 132, образующих левую и правую боковые стенки.The tile 103 includes a metal sheet 130 shaped to form two side walls, for example, a front side wall 103B and a rear side wall 103D, and a front surface 103F. The ends of the metal sheet 130 are attached (eg bolted) to the ring 13 or to the support beams 20 (see also FIG. 9). The tile 103 also includes two metal sheets 131, 132 forming left and right side walls.

Плитка 14, находящаяся рядом с плиткой 103, аналогична ей, и включает металлический лист 140 для формирования передней стенки и задней стенки, и лицевой поверхности, и два металлических листа для формирования правой и левой стенок.Tile 14 adjacent to tile 103 is similar and includes a metal sheet 140 to form the front wall and back wall and front surface, and two metal sheets to form the right and left walls.

На виде сечения на фиг. 8 иллюстрируется другой пример выполнения плитки 105, показывающий металлический лист 150, формирующий лицевую поверхность 105F и переднюю/заднюю боковые стенки, и поперечные металлические листы 151, 152, формирующие левую/правую боковые стенки 105А и 105С.In the cross-sectional view of FIG. 8 illustrates another example of tile 105 showing a metal sheet 150 forming the front surface 105F and front/rear side walls, and transverse metal sheets 151, 152 forming the left/right side walls 105A and 105C.

На фиг. 7 и 8 показана пластина 22, установленная в середине балки 20 для повышения сопротивления изгибу.In fig. 7 and 8 show a plate 22 installed in the middle of the beam 20 to improve bending resistance.

На фиг. 9 показан фрагмент концов 133 и 143 металлических листов 130, 140, присоединенных к балке 20 обычным способом крепления, например болтом 21.In fig. 9 shows a fragment of the ends 133 and 143 of metal sheets 130, 140 attached to the beam 20 by the usual fastening method, for example with a bolt 21.

Некоторые особенности изображений на фиг. 7-9 также отмечены на фиг. 2 для упрощения понимания. На фиг. 7 и 9 корпус 2 также показан в сечении.Some features of the images in Fig. 7-9 are also marked in FIG. 2 for ease of understanding. In fig. 7 and 9, building 2 is also shown in cross-section.

В плитках с наклонной боковой стенкой (например, как на фиг. 5), наклонная боковая стенка может быть сформирована отдельным металлическим листом или путем изгиба соответствующим образом поперечно расположенного металлического листа.In tiles with a slanted sidewall (eg, as in FIG. 5), the slanted sidewall can be formed by a separate metal sheet or by bending a suitably transversely positioned metal sheet.

Металлические листы, образующие одну плитку, предпочтительно соединяются герметично, например сваркой. Соответственно, предотвращается утечка жидкости или газа в месте стыка металлических листов.The metal sheets forming one tile are preferably joined tightly, for example by welding. Accordingly, leakage of liquid or gas at the junction of metal sheets is prevented.

На фиг. 10 показана перегородка 3 в соответствии со вторым вариантом осуществления. В этом втором варианте осуществления плитки сформированы фальцованными металлическими листами и поперечными металлическими листами, как было описано ранее. Однако плитки в ряду соединены вместе, образуя самонесущую конструкцию, присоединенную противоположными концами к кольцу 13, без необходимости использования опорных балок 20.In fig. 10 shows a partition 3 according to the second embodiment. In this second embodiment, the tiles are formed by folded metal sheets and cross metal sheets as previously described. However, the tiles in the row are connected together to form a self-supporting structure attached at opposite ends to the ring 13, without the need for support beams 20.

Этот второй вариант осуществления включает встроенные балки 30 между соседними плитками, например, плитками 107, 108 на фиг. 11. Кроме того, предпочтительно между соседними плитками располагаются газоуравнительные трубы 31. На фиг. 12 показана другая пара плиток 109, 110 и предпочтительный вариант расположения газоуравнительных труб 31.This second embodiment includes embedded beams 30 between adjacent tiles, such as tiles 107, 108 in FIG. 11. In addition, gas equalizing pipes 31 are preferably located between adjacent tiles. In FIG. 12 shows another pair of tiles 109, 110 and the preferred arrangement of gas equalizing pipes 31.

На фиг. 13 показан фрагмент, согласно предпочтительному варианту реализации, опорного кронштейна 14, включающего L-образую пластину 40, приваренную к корпусу 2 и к кольцу 13. На фиг. 13 также показана лицевая поверхность 15 кольца 13, совпадающая с базовой плоскостью 16. Вариант осуществления, показанный на фиг. 13, может быть использован, предпочтительно, но не исключительно, совместно со вторым вариантом осуществления, показанным на фиг.10.In fig. 13 shows a fragment, according to a preferred embodiment, of a support bracket 14 including an L-shaped plate 40 welded to the body 2 and to the ring 13. FIG. 13 also shows the front surface 15 of the ring 13 coinciding with the reference plane 16. The embodiment shown in FIG. 13 can be used, preferably, but not exclusively, in conjunction with the second embodiment shown in FIG. 10.

Сравнительный примерComparative example

Было проведено сравнение работы реактора в соответствии с изобретением и реактора в соответствии с уровнем техники, описанным в ЕР 495418, с использованием специальной математической модели.A comparison was made of the operation of the reactor in accordance with the invention and the reactor in accordance with the prior art described in EP 495418, using a special mathematical model.

Для сравниваемого примера из уровня техники были приняты следующие условия: процесс синтеза с самодесорбцией; время пребывания в реакторе 20 мин; производительность 2216 метрических тонн в день (мт/д); соотношение азота с углеродом (N/C) на входе 3,27; соотношение водорода с углеродом (Н/С) на входе 0,59; температура на входе 140°С; температура на выходе 193°С. Общая конверсия CO2 составляла 54,3%, конверсия по жидкости - 61,9%.For the compared example from the prior art, the following conditions were adopted: synthesis process with self-desorption; residence time in the reactor 20 min; capacity 2216 metric tons per day (mt/d); inlet nitrogen to carbon ratio (N/C) 3.27; hydrogen to carbon ratio (H/C) at the inlet is 0.59; inlet temperature 140°C; outlet temperature 193°C. The total CO2 conversion was 54.3%, the liquid conversion was 61.9%.

При том же времени пребывания, отношении N/C на входе, отношении Н/С на входе и температуре на входе, общая конверсия CO2 55,4% и конверсия 62,9% по жидкости были получены в реакторе согласно изобретению с производительностью 2263 мт/д.At the same residence time, inlet N/C ratio, inlet H/C ratio and inlet temperature, a total CO2 conversion of 55.4% and a liquid conversion of 62.9% were obtained in the reactor according to the invention with a capacity of 2263 mt/ d.

Таким образом, изобретение дает преимущество в части конверсии примерно 1%. Это преимущество может быть больше в случае, например, модернизации системы с худшими начальными характеристиками.Thus, the invention provides an advantage in terms of conversion of approximately 1%. This advantage may be greater in the case, for example, of upgrading a system with worse initial characteristics.

В процессе с десорбцией CO2 в известной установке время пребывания составляет 30 мин, отношение N/C на входе 3,19, отношении Н/С на входе 0,61, температуре жидкости на входе 174°С, общая конверсия CO2 составляла 54,2% и конверсия по жидкости составляла 59,1%, а в установке согласно изобретению увеличение составляло соответственно 56,3% и 60,6%. Расчетная производительность увеличилась с 2134 мт/д до 2217 мт/д.In a CO2 desorption process in a known setup, the residence time was 30 minutes, the inlet N/C ratio was 3.19, the inlet H/C ratio was 0.61, the inlet liquid temperature was 174°C, the total CO2 conversion was 54.2% and the liquid conversion was 59.1%, and in the installation according to the invention the increase was 56.3% and 60.6%, respectively. Estimated production increased from 2134 mt/d to 2217 mt/d.

Claims

1. A reactor for urea synthesis having a vertical body and at least one internal perforated partition (3), the location of which ensures the formation of sections in the reactor, characterized in that said partition contains a lattice of individual perforated tiles (10), of which each tile ( 101) has side walls (101A-101D) and a front surface (101F), wherein at least one of the side walls has first perforations, the front surface has second perforations the size of which is smaller than the size of the first perforations, and the tiles are distributed along the partition in the form of a two-dimensional matrix with gaps (17) between adjacent tiles, and the first perforations form a preferred flow path for the liquid phase in the reactor, and the second perforations form a preferential flow path for the vapor phase.

2. The reactor according to claim 1, wherein the array of tiles includes rows (11) and columns (12) corresponding to perpendicular directions, each row and each column including at least two tiles.

3. A reactor according to any of the previous paragraphs, in which the tiles (10) are arranged symmetrically with respect to at least one vertical plane, preferably symmetrically with respect to two orthogonal vertical planes.

4. A reactor as claimed in any of the preceding claims, wherein the tiles (10) are arranged in a square or rectangular pattern to form a matrix lattice of tiles, or wherein the rows and columns of tiles are staggered.

5. The reactor according to any of the previous paragraphs, in which the side walls of the tiles are vertical walls parallel to the vertical axis of the reactor, and the front surface is perpendicular to the vertical axis of the reactor.

6. The reactor as claimed in any one of the preceding claims, wherein each tile has an aspect ratio of from 0.5 to 1.5, wherein the aspect ratio is the ratio of the maximum length to the maximum width of the tile, according to perpendicular directions in the horizontal plane.

7. The reactor according to any of the previous claims, wherein all the baffle tiles have the same height from the reference plane (16), defined as the vertical distance of the top surface from that reference plane.

8. A reactor as claimed in any one of the preceding claims, wherein each tile is separated from adjacent tiles by gaps (17) extending in directions parallel to the side walls of the tile so that each tile forms a separate box-like structure.

9. The reactor according to any of the previous paragraphs, in which each hole of the first perforations intended for the passage of liquid has an area from 300 to 600 mm ² , and each hole of the second perforations intended for the passage of gas has an area from 3 to 15 mm ² .

10. The reactor according to any of the previous claims, wherein the first perforations are provided in some or all of the side walls.

11. The reactor according to any of the previous claims, wherein the first perforations and/or the second perforations are round holes.

12. The reactor according to any of the previous paragraphs, wherein the number of tiles in the at least one partition is from 12 to 30, preferably from 18 to 26.

13. The reactor according to any of the previous paragraphs, in which the second perforations are round gas holes with a diameter of not more than 4 mm.

14. The reactor according to any of the previous paragraphs, in which the partition corresponds in shape to a solid circle and includes first tiles (101) of a square shape, limited by four side walls located relative to each other at right angles, and second tiles (102) of a polygonal shape, having at least one side wall inclined relative to adjacent side walls, the second tiles being located along the periphery of the partition to approximate its shape to that of a solid circle.

15. The reactor according to any of the previous paragraphs, including a corresponding support ring (13) for attaching each partition (3) to the high pressure reactor body.

16. The reactor as claimed in any one of the preceding claims, wherein each tile (103) includes a plurality of metal sheets, including a folded metal sheet (130) forming the front surface and two opposing side walls, and one or more metal sheets (131, 132), forming the other side walls of the tile.

17. The reactor according to claim 16, wherein the at least one partition includes support beams (20) and at least one of the metal sheets of each tile is attached to these support beams.

18. Reactor according to any one of paragraphs. 1-16, in which the partition includes self-supporting structures, each of which forms a number of tiles aligned in a row, from one end of the partition to its other, opposite end, and these structures are located parallel to each other to form a two-dimensional lattice.

19. A method for synthesizing urea from ammonia and carbon dioxide in a vertical urea synthesis reactor (1), carried out in a two-phase environment containing a liquid phase and a gas phase, and including forming a mixture of the liquid phase and the gas phase flowing upward in the reactor, and removing the liquid waste flow from the upper region of the reactor, and when carrying out the method, the mixture is passed through several partitions (3) installed along a vertical axis in the reactor, each partition containing a lattice of individual tiles (10), each of which has side walls and a front surface of at least one side wall has first perforations for the liquid phase, and the front surface has second perforations for the gas phase, the size of the second perforations being smaller than the size of the first perforations, such that the liquid phase flows predominantly through the first perforations, the gas phase flows predominantly through second perforations, and each tile separates the gas phase from the liquid phase, and the tiles of each partition form a two-dimensional matrix along the surface of the partition, and adjacent tiles are separated by gaps (17).

20. A method for upgrading a vertical urea reactor, including internal dividing partitions dividing the internal space of the reactor into sections, during which at least one reactor partition is replaced with a new partition (3), and the new partition (3) contains a lattice of individual tiles (10), of which each tile has side walls and a front surface, at least one side wall has first perforations, the front surface has second perforations the size of which is smaller than the size of the first perforations, and the distribution of the tiles along the partition forms a two-dimensional matrix with gaps (17) between adjacent tiles, the first perforations forming a preferential flow path for the liquid phase in the reactor, and the second perforations forming a preferential flow path for the vapor phase.