改善尿素廠中釜型氨基甲酸酯冷凝器工作狀態及通過減少腐蝕來改善其壽命的方法及裝置的製作方法

2023-05-24 05:59:16 3

專利名稱：改善尿素廠中釜型氨基甲酸酯冷凝器工作狀態及通過減少腐蝕來改善其壽命的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明有關改善工作狀況和減少因處理系統中產生的NH3、CO2、H2O蒸汽高壓和高溫冷疑對腐蝕的影響的方法，該處理系統稱為萃取，其中的NH3、CO2、H2O來自於尿素反應塔排出的溶液中。上述冷凝是藉助一種氨基甲酸酯冷凝器，特別是管簇「釜」型冷凝器，來完成的，而來自冷凝器的氨基甲酸酯溶液的一部分又循環回到冷凝器。
眾所周知，現代尿素廠通過等壓來萃取反應塔中排出的尿素溶液中所含的大部分未反應的物質，且利用部分CO2或NH3原料氣作為萃取劑，而所得到的萃取蒸汽在回收餘熱的熱交換器中冷凝而得到低壓蒸汽產品(4-5巴)。
考慮到冷凝，就需要向冷凝器提供來自下遊蒸餾段的且為使氨基甲酸酯保持在溶液中而含有充足水的氨基甲酸酯溶液。
特別有用的氨基甲酸酯冷凝器是水平U型管熱交換器，更著名的是以斯納姆普洛蒂法進行生產的尿素廠中通常使用的水平釜式冷凝器。
這種冷凝過程是極關鍵的且需要一個複雜的工作參數的組合事實上主要是待冷凝的蒸汽(NH3、CO2、H2O)與富水氨基甲酸酯溶液要達到均勻混合，該富水溶液作為吸收劑，且來自在下遊的合成段，因此能夠進行高溫冷凝並由此產生很高的壓力;此外，需要防止部件(熱交換面)通常為廉價不鏽鋼製腐蝕，這是由於處理溶液很具腐蝕性。
不幸的是，通常在現代工廠中使用的管簇冷凝器壽命受到很大限制，且不能確保最佳運行狀態，這是由於所遵循的處理過程中存在各種限制和欠缺，這些限制和欠缺引證如下-在冷凝管噴口，會造成管簇的管板上部為蒸汽和所述板的下部為液體的順向堆積的汽液組份的分離;
這種分離是因流體低速循環(大約0.1m/s)及汽液間比重的巨大差別所造成。
因此，在面朝管板的區域和大多數管內的汽/液比將不會最佳，且冷凝會更困難。
為消除這個問題，就需要顯著地增加換熱面，這樣就會使設備的外形增大，投資自然也會增加。
此外，汽液組份的分離導致產生的蒸汽量與理論上所能產生的相比將有所下降。
-上述兩相分離會引起管板和管(通常為冷凝器的換熱面)的腐蝕。
通常為消除這種不利現象所採取的預防措施之一是，例如，把空氣引入系統中，所引入的空氣通過待冷凝的萃取蒸汽到達氨基甲酸酯冷凝器。
然而，為保證各部位的裝置具有相同的鈍化作用，就必須避免各區域有滯流流體或以一種不足以確保合理分配起鈍化作用的氧氣的速度循環的流體(死區，高溫區的形成)。
如上描述的包含在蒸汽中起鈍化作用的空氣若分布不理想，這會使氨基甲酸酯冷凝器的上部管子比下部管子耐腐蝕。
到目前為止，已提出了不少的方法，例如義大利專利申請NO23214的第二種裝置，其中描述了一個使部分氨基甲酸酯溶液在該冷凝器外部循環的水平管簇冷凝器，這種系統用來解決吸收液體和待冷凝蒸汽混合的關鍵性問題，這是為了確保冷凝器管內的液-汽混合物的最佳分布(浸泡)，那也只能部分地和不能完全滿意的方法來解決目前上述裝置中存在的問題。
由此可以看出，通過一條有效的途徑來改善工作情況和耐久性是很重要的，主要是減輕釜型氨基甲酸酯冷凝器的腐蝕。
本發明的首要目的是提供一種使氨基甲酸酯冷凝更多且消除了上述不利因素並能得到更高品位蒸汽的方法，從而顯著地改善了工作狀況和設備的壽命。
該目的和其它一些目的在下面的敘述中會得到更好的解釋，並通過說明書和權利要求中描述的本發明的方法實現，該方法的特點是在面對冷凝器管的入口區域內冷凝大量萃取蒸汽且使所述管出口處的壓降增加。
完成在前的權利要求描述的方法的裝置，特徵是由以下部件組成，在面對冷凝器管板的區域內，a)一個裝置，該裝置至少包括a1)一根已冷凝的氨基甲酸酯溶液的回流管，a2)一個使循環液體與來自所述部件外部的富水溶液混合的噴嘴，和a3)一個流到反應塔的冷凝流體的出品，一個回流入口位於管板排放區的邊緣，b)至少一根從外部或從內部通過冷凝器的萃取蒸汽管，該蒸汽管在管板流入區的周邊部分有一出口，可使流體流到管板，而蒸汽分布受帶孔圓環部件的影響。
本發明的另一個特殊形狀是當釜型氨基甲酸酯冷凝器是垂直時，在面對管板的區域內的氨基甲酸酯的循環是溫差環流系統(熱虹吸)。
以本方法運行優點很多，下面的描述會使其更加清楚。
在冷凝器的運行過程中，氨基甲酸酯的形成與吸收產生的高反應熱的系統能力的關係比與它的反應動力學特性的關係更密切;系統的這種能力越高，氨基甲酸酯形成就越容易。
在位於冷凝器的管入口前的區域內，富水的冷氨基甲酸酯溶液和待冷熱蒸汽相互接觸，在NH3和CO2之間幾乎發生連續的反應而形成氨基甲酸酯。
當溶液的溫度將與汽相溫度相等時，絕熱反應就被中止。
結果有小部分CO2的氨基甲酸酯預冷凝，而剩餘部分在冷凝器的管內伴有上述問題的情況下被冷凝。
在這個特別簡單且充滿優點的並請求保護的方法和裝置中，使循環溶液比富水氨基甲酸酯溶液更冷是可能的，並因此使其能吸收熱量，並顯著地促進了面對冷凝器管入口區的氨基甲酸酯的形成。
在得到的許多結果中，我們僅引用如下-液體流到管內的速度顯著增加;
-流到管內的蒸汽速度大大地降低;
-面對冷凝器管入口區的蒸汽/液體比率隨後大幅度地下降。
由於噴嘴口處較高的液體流速和隨之造成的更大的壓力降，就有可能在管板入口處和管內獲得更加均勻的流體分布，獲得更高的熱交換係數和更好的蒸汽分布，並因此由通過整個冷凝器的抗腐氣體的作用下，有效地消除了上述腐蝕現象。此外，由於較高的熱交換係數，就有可能提高所產蒸汽的品位。
為了在位於冷凝器管入口前的區域內使得萃取蒸汽幾乎完全冷凝，可合利地改變在面對管板的區域內的那一部分預冷的氨基甲酸酯量。
然而，最理想的結果是把上述預冷凝的液/汽重量比限制在4到46之間的範圍內，4到20之間更好，最好是5到10之間;以此方式，再循環液體和富水氨基甲酸酯溶液間的比率被保持在4到30之間的範圍內，6到15較好，6到10更好。
特別令人驚奇的是通過改進已有的釜型氨基甲酸酯冷凝器就顯著地並簡單地解決了上述的不利因素。
本發明的其它方面的優點，在參考附圖進行詳細描述之後會變得更加清楚，但不局限於所給出的實施例。其中

圖1是傳統的釜型水平管板冷凝器的平面簡圖，該圖局部剖視。
圖2是在對著釜型水平熱交換區內設置了新的部件的部分軸向剖視圖。
圖3是垂直的釜型冷凝器的部分軸向剖視圖，其中冷凝器在面對管板區以溫差環流方式，使氨基甲酸酯循環。
特別地，圖1表示了一種帶「U」型管的水平釜型管板的熱交換器SC，「U」型管與冷凝器SC入口處的管板PT相聯。管板在汽液混合物的流入區Z1和排放區Z2處把管Ti分隔開，並由隔板P將流入區和排放區開且不會滲漏。
來自下遊蒸留段(未畫出)的富水氨基甲酸酯溶液L1和萃取蒸汽V一起流過空腔Z1上的噴嘴I1，它們在通過管板上的入口I2進入管Ti之前在空腔Z1內混合，並由此流到管板PT的出口S1處，然後在流體流過排放區Z2後通過孔S2流出設備。
用於熱交換的水由管10通入到熱交換器內，且以稀蒸汽的形式收集在管11內。
圖2較詳細地表示了面朝熱交換器Sc的管板PT的那一部分，該部位有兩個由隔板P分隔開並相互不可滲漏的區Z1和Z2。供料管B與凸緣F2、F3相聯並安裝到所述熱交換器Sc的凸緣F1上，供料管B內設有回流管T1和噴嘴E。供料管B上設有一個能使將被送到反應塔的冷凝液L2流出的出口，其上還有一個插入噴嘴U的孔S4。
一根導管C如可見的那樣橫穿過區Z1和Z2的內部，在位於Z1的內周邊處有一成圓環TT的端部，該端部可使從導管C的入口I3進入的萃取蒸汽V得到理想的擴散。
富水氨基甲酸酯溶液(動力液體)L1通過噴嘴U進入到供料管B內，在噴嘴E的入口與循環氨基甲酸酯溶液L3混合，然後從噴嘴E的出口S6處進入區Z1，在區Z1內穿過管板PT前與萃取蒸汽V充分接觸造成預冷。流過管板PT的經冷凝的混合物L2+L3流入返回管T1的入口I4，入口I4處於區Z2的邊上以避錫滯留流體(死區)，其中在冷凝器內僅再循環部分L3而其餘部分L2被送到上遊合成塔內。
圖3表示了帶垂直管束的釜型氨基甲酸酯冷凝器，而在面朝管板區域內氨基甲酸酯以溫差環流方式物循環。
在圖1、2及3中所用標記，顯然都具有相同意義。
下面描述的對照例子，其中將傳統釜型冷凝器與改進了方法和裝置(見圖2)的那種釜型冷凝器相比，表明本發明的更好，並表示如下
對照實例在圖1的普通結構中，25000kg/h的氨基甲酸酯溶液L1通過I1進入，其溫度為76℃，壓力150巴，具有下列成份NH347.12% (重量)CO217.46% (重量)H2O 35.42% (重量)和以50，000kg/h的蒸汽V，溫度190℃壓力150巴，並具有如下成份NH356.74% (重量)CO232.60% (重量)H2O 10.56% (重量)在混合區Z1中兩種流體混合部分蒸汽(大約有18%的蒸汽)冷凝，而液體溫度升高到170℃在管入品I2處，具有下列流率液體≈34，000kg/h蒸汽≈41，000kg/h管入口處的液體/蒸汽重量比為0.83。
特別地，區Z1內，大約33%的蒸汽冷沿，並溫度升到175℃。
在冷凝器的管入口處，有下列流率液體 191，7000kg/h蒸汽 33，300kg/h液體/蒸汽重量比等於5.75，大約是無內循環的7倍。
液體相對於汽體得到顯著的增加，從而保證了熱交換器管內兩相更均勻的分布，消除了在前所述的欠缺。
權利要求
1.改善工作狀況，減少因稱作萃取的處理系統中產生的NH3、CO2、H2O蒸汽的高壓和高溫冷凝對腐蝕影響的方法，其中的NH3、CO2、H2O包含於尿素反應塔排出溶液中，上述冷凝是在一個特殊的管簇釜型氨基甲酸酯冷凝器中完成的，其中來自冷凝器的部分氨基甲酸酯溶液又被再次循環，其特徵在於在所述冷凝器管入口的前部區域內，大部分萃取蒸汽得到冷凝，且壓力降(管入口處)增加。
2.根據權利要求1的方法，特徵是冷凝器管入口處的液/汽重量百分比是在4-46之間的範圍內的範圍內，更好是在4-20之間，最好是在5-10之間。
3.根據權利要求1的方法，特徵是再循環溶液和富水氨基甲酸酯溶液間的比率保持在4-30之間範圍內，在6-15之間更好，最好是在6-10之間。
4.根據權利要求1的方法，特徵是在冷凝器內部，使來自冷凝器內的部分氨基甲酸酯溶液在冷凝器內再循環。
5.根據權利要求1或4的方法，其特徵是當釜型氨基甲酸酯冷凝器是垂直時候，氨基甲酸酯在管板前的區域內的內循環是溫差環流型的。
6.完成上述權利要求所述方法的裝置，該裝置用以改善工作狀況和減少氨基甲酸酯冷凝器的腐蝕，這種冷凝器是管簇釜型結構，冷凝器內的部分氨基甲酸酯溶液將再循環，所進冷凝器包括一個帶「U」型管束的冷凝室，這些管束在冷凝器入口處被固定，其特徵是在所述管板前的區域內，包括a)一個裝置，該裝置至少包括a1)冷凝的氨基甲酸酯溶液的回流管;a2)使再循環液體與來自所述裝置外部的富水溶液混合的噴嘴;a3)流到反應塔的冷凝流體的出口，回流管的入口位於管板排放區的邊上;b)至少一根外部地或內部地穿過冷凝器的萃取蒸汽管，該蒸汽管有一個位於管板流入區邊緣上的出口，蒸汽分配由帶孔圓環完成。
7.根據權利要求6的設備，特徵是當釜型氨基甲酸酯冷凝器是垂直的時候，氨基甲酸酯在管板前的區域內的內循環是溫差環流型的。
全文摘要
通過使用釜型管板氨基甲酸酯冷凝器來改善尿素廠中蒸汽萃取冷凝的工作狀況並減少腐蝕影響的方法。用來完成上述方法的設備，在面對氨基甲酸酯冷凝器管板的區域內，有a)供料孔管，並至少包含a1)冷凝的氨基甲酸酯溶液的回流管，a2)使循環液體與來自供料孔管外部的富水溶液相混合的噴嘴，和a3)冷凝流體流流向反應塔的出口，回流管的入口位於管板排放區的邊上；b)至少一根從內部或從外部穿過冷凝器的萃取蒸汽導管，並且管板流入口的邊上有一個出口。
文檔編號C07C273/04GK1056869SQ91102100
公開日1991年12月11日 申請日期1991年3月12日 優先權日1990年3月12日
發明者尤伯多·澤德 申請人:尤裡康·阿斯塔特