尿素合成塔的製作方法
2023-06-27 10:39:06
專利名稱：尿素合成塔的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是化學工程領域，具體是尿素合成塔。
尿素生成的化學反應是由兩個過程組成。一是原料氨與二氧化碳生成甲胺的快速放熱反應，另一個是甲胺水解生成尿素的慢速吸熱反應，目前的尿素合成塔內只有幾塊促使流體左(右)旋轉的旋流板或促使流體變換速度的多孔篩板，其目的就是使其進行充分的化學反應，以提高二氧化碳的轉化率。儘管如此，但在實際使用過程中，由於尿素合成塔內結構的不完善，使得化學反應仍不能充分進行，二氧化碳的轉化率還是很低。由於二氧化碳轉化率低下，在出塔熔融物料中，未轉化為尿素的原料被迫要在後系統中用減壓、加熱等手段加以回收，重新送回塔內進行反應，，從而導致成本高，生產操作難度大等問題。現有的尿素合成塔是將全部原料一次由底部送入，然後從頂部取出，這樣，底部生成甲胺的瞬時放熱反應導致有一部分二氧化碳氣體未來得及反應就直串頂部，並造成底部過熱，使得底部內襯超溫出現應力腐蝕，整臺合成塔被迫提前退役。甲胺水解生成尿素的慢速吸熱反應是在塔內溶液向上流動時進行的，由於塔內溶液溫度逐漸下降，形成熱力學上的不利條件，所帶來的是頂部被冷卻了，也造成二氧化碳轉化率低下。針對上述問題，國內外也在研究解決辦法，但均在技術上難以突破。
本實用新型的目的就是提供一種新型結構的尿素合成塔，結構新穎、設計合理，以順應合成尿素化學反應的規律，從而取得較高的二氧化碳轉化率。
本實用新型的技術方案是包括外殼和塔板構件，其中在外殼內還裝有至少兩個換熱構件，且與塔板構件相間設置，換熱構件的結構是包括上下環管並由扁平換熱管將上下環管連通，換熱構件之間通過管道相互連通，外殼的上部裝有進料管與上換熱構件連通，下換熱構件下部裝有出料管，在外殼的上下分別開有物料出口、物料進口。
根據上述技術方案，由於本實用新型在外殼內除設置有塔板構件外，還裝有至少兩個換熱構件，這樣，物料(二氧化碳氣體、一甲液及液氨)由外殼上部的進料管進入上換熱構件內相遇，首先進入上環管，再經過扁平換熱管進入下環管，發生激烈的甲胺生成反應，放出大量的反應熱，然後進行部分甲胺水解生成尿素的反應，未反應的物料通過管道進入下一換熱構件內進一步混合、反應、轉化。最後從換熱構件的出料管出來。上面進行第一階段的反應。同時根據反應初期逆反應較少，即使過量氨較少，反應也能較好進行，而反應中後期逆反應多了，需要過量氨大一些，以保證正常反應的進行，為此，外殼下部開有物料進口，由物料進口按一定的比例要求向上段來的物料補充液氨，進行第二階段的反應，同時，按照將物料互相分散進行充分反應的要求由塔板構件提供及適度供熱的要求由前階段甲胺生成放熱反應提供，繼續進行以甲胺水解反應為主的兩個反應，使二氧化碳進一步轉化。物料繼續向上，經過上面的搭板構件進行第三階段的反應。經過上述的二次加氨，三段反應後，最後含有尿素的熔融物從外殼上部的物料出口排出。
為了使物料能夠更好地相互分散，使反應能夠充分進行，本實用新型的塔板構件是由旋流板、篩板、波紋板和靜態混合器組成，且從下往上依次相疊，裝在換熱構件下部的管道上，這樣，從換熱構件出來的物料往上首先經過旋流板，再經過篩板、波紋板最後經過靜態混合器，得到更好地相互分散，使反應充分進行。
因此，本實用新型提供的尿素合成塔結構新穎，設計合理，通過在合成塔內設置換熱構件，不僅使物料在其內充分混合，反應，轉化，而且反應產生的熱量可以給後續反應提供了適度的熱量，順應了合成尿素化學反應的規律，使反應充分進行，以提高轉化率。同時，塔板構件的組成又使得物料可以相互分散，充分反應，從而大大提高了二氧化碳的轉化率，而且對後系統影響較小，對尿素生產有重要的技術經濟價值。
下面結合實施例附圖詳細描述。
首先對
圖1表示本實用新型的結構示意圖；圖2表示塔板構件的結構示意圖。
參見圖1，尿素合成塔包括外殼1，在外殼1內裝有換熱構件2和塔板構件3，在圖1的實施例中，共有兩個換熱構件2，與兩個塔板構件3相同設置。換熱構件2包括上、下環管21、22，並由扁平換熱管23將上、下環管21、22連通，換熱構件2通過管道24相互連通，而塔板構件3則裝在管道24上。在外殼上的頂部裝有進料管4與上換熱構件2連通，下換熱構件2的下部裝有出料管25，在外殼1的上下分別開有物料出口5和物料進口6，塔板構件3的結構如圖2所示，由旋流板31、篩板32、波紋板33和靜態混合器34組成，從下往上依次相疊，裝在換熱構件2下部的管道24上。
其工作原理和過程是首先物料(二氧化碳氣體、一甲液及液氨)從進料管4進入換熱構件2，即先進入上環管21，通過扁平換熱管23進入下環管22，再通過管道24進入下換熱構件2，進行以甲胺生成為主的第一階段的反應，放出大量反應熱，此時的二氧化碳轉化率約為45-50％。
第二階段是向上段來的物料從塔底物料進口6補充液氨，並利用塔板構件即旋流板、篩板、波紋板和靜態混合器對物料的相互分散作用及上階段產生的反應熱產生以甲胺水解反應為主的兩個反應，此時的二氧化碳轉化率為55-70％。
第三階段是物料繼續上升，經過上面的搭板構件，並利用塔板構件對物料的相互分散作用及第一階段產生的反應熱使反應繼續進行，此進二氧化碳的轉化率約為20-28％。
這樣，經過上述二次加氨，三段反應後，在總轉化率約為75％時，含有30-35％尿素的溶融物，在185-192℃、19.8-20.5Mpa條件下，從尿素合成塔的物料出口5排出。
權利要求1.一種尿素合成塔，包括外殼和塔板構件，其特徵是在外殼內還裝有至少兩個換熱構件，且與塔板構件相間設置，換熱構件的結構是包括上下環管並由扁平換熱管將上下環管連通，換熱構件之間通過管道相互連通，外殼的頂部裝有進料管與上換熱構件連通，下換熱構件下部裝有出料管，在外殼的上下分別開有物料出口、物料進口。
2.根據權利要求1所述的尿素合成塔，其特徵是塔板構件是由旋流板、篩板、波紋板和靜態混合器組成，且從下往上依次相疊，裝在換熱構件下面的管道上。
專利摘要本實用新型涉及的是化學工程領域,具體是尿素合成塔,包括外殼和塔板構件,其特徵是在外殼內還裝有至少兩個換熱構件,且與塔板構件相間設置,換熱構件的結構是包括上下環管並由扁平換熱管將上下環管連通,換熱構件下部裝有出料管,在外殼的上下分別開有物料出口和物料進口。本實用新型結構新穎,設計合理,從而順應合成尿素化學反應的規律,可以取得較高的二氧化碳轉化率。
文檔編號C07C273/04GK2361631SQ99233018
公開日2000年2月2日 申請日期1999年3月24日 優先權日1999年3月24日
發明者董彥良, 錢鏡清, 易莊雲, 黃端午, 蔡曾鍈 申請人:湖南化學工業設計院