合成尿素的组合装置制造方法及图纸

组合装置(1)，用于由氨和二氧化碳合成尿素，所述组合装置(1)包括在装置内限定两个同轴区(4)的内壁(3)，两个同轴区分别作为反应区(4)和冷凝区(5)，组合装置可选地还包括集成于同一装置中的汽提区和/或洗涤器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】合成尿素的组合装置
本专利技术涉及一种用于高压合成尿素的组合装置。
技术介绍
由氨和二氧化碳合成尿素的方法和装置是已知的，在文献中有描述，例如梅森，“尿素”，沃尔曼的工业化学的百科全书，威利西南(Wiley-VCH)出版社，2010。氨和二氧化碳之间的反应在反应器中进行，包括生产氨基甲酸铵的第一高放热阶段和将氨基甲酸铵转化为尿素和水的第二吸热阶段。反应器产生水溶液和气体混合物，所述水溶液大体上含有尿素、未转化的氨基甲酸铵和游离氨；所述气体混合物含有氨、二氧化碳和可能的惰性气体。大多数尿素设备使用汽提过程进行操作，其中离开反应器的水溶液被送入汽提器，在汽提器中氨基甲酸酯分解成氨和二氧化碳。汽提过程辅以热量供应，在CO2汽提设备中，还辅以充当汽提剂的二氧化碳流，以从液相中分离气相(主要由氨和二氧化碳组成)。因此汽提过程产生更浓的尿素水溶液和含有氨和二氧化碳的气流。通常将水溶液送至处于较低压力下的处理部；在特定冷凝器内，气体至少部分冷凝，所得的冷凝物被再循环回到反应器。在洗涤器内，从反应器中提取的气体混合物也转化为氨基甲酸酯。所提及的装置，即反应器、汽提器、冷凝器和洗涤器，基本上在相同压力下操作，形成所谓的合成回路或高压回路。四个单独的装置中每个装置有其自己的加压容器，使得成本高。所有这些装置都在严格的操作条件(高压和高温)，以及高腐蚀性液体条件下运行，因此需要高质量的材料和复杂的结构方案。此外，每个装置需要不同的基础；用于将设备连接在一起的管道需要高质量的材料，并且成本高。为了降低成本，现有技术已经提出在单个组合装置内组合反应器和冷凝器。为此目的，现有技术的组合设备大体上由垂直圆柱体形成，该垂直圆柱体包括反应部和管束冷凝部，它们一个接着一个垂直布置，冷凝部通常位于反应部下方。然而，这样的实施例并不令人满意，因为冷凝器需要集成于装置中的管束，大体上与容器直径相同。这带来了许多缺点：难以制造超过一定直径的管板，这一因素限制了反应器的最大尺寸，因此限制了反应器的最大容量；由于管束集成于反应器内部，更换损坏管道成为非常复杂的操作，设备停机时间长。由于容器和管之间的热膨胀不同，容器必须设有柔性波纹部，价格昂贵。由于这些部逐个上下设置，该装置很高，因此难以运输和安装。例如，WO00/43358描述了一种组合装置，发挥反应器、冷凝器和洗涤器的功能。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的上述问题和限制。更详细地说，本专利技术提出了一种组合反应器，其能够结合反应器和冷凝器的功能，与现有技术相比能够实现以下优点：生产能力更大、设计更简单、易于提取、易于更换损坏的热交换元件，以及降低建造反应器和维护的成本。通过一种用于由氨和二氧化碳合成尿素的组合装置来实现这些目的，所述组合装置包括壳体、反应区和冷凝区，所述两个区在所述壳体内部，且彼此连通，其特征在于所述反应区和所述冷凝区中的一个区同轴布置在另一个区的外部。本专利技术的优选的方面在从属权利要求中描述。优选地，所述反应区和冷凝区中的一个区为圆柱形或大体圆柱形的几何形状，所述两个区中的另一个区为环形或大体环形的几何形状。在一个优选实施例中，所述装置包括附加内壁，所述附加内壁将所述反应区和所述冷凝区限定在所述装置内部。本专利技术的装置可以称为组合式反应器-冷凝器。该装置包括彼此同轴的第一区和第二区。所述区之一同轴地围绕另一个区延伸。根据本专利技术的不同实施例，第一区可以作为反应器，第二区作为冷凝器，反之亦然。在第一种情况下，本专利技术的组合装置可以定义为中心反应器；另一方面，在第二种情况下，本专利技术的组合装置可以定义为中心冷凝器。术语“反应区”应理解为是指装置中生成尿素的反应的区，即更精确地说，是主要生成氨基甲酸铵和将氨基甲酸酯转化为尿素和水的反应的区域。术语“冷凝区”应理解为是指装置中去除热量，以及氨和CO2蒸汽的主要冷凝的区。从冷凝器中排出的热量表示氨基甲酸铵的冷凝热。根据本专利技术的一些实施例，部分尿素生成反应可以发生在冷凝区。在中央冷凝器一个特定实施例中，冷凝区由附加壁内侧的圆柱形或大体圆柱形区域的底部形成，反应区包括在所述附加壁的内侧、冷凝区上方的区域的顶部、以及围绕所述附加壁延伸的环形或大体环形的区域。在该实施例中，附加壁内侧的装置的中心区域包括冷凝区以及部分反应区。优选地，冷凝区接收来自含未转化氨基甲酸酯的尿素水溶液的汽提过程的氨和CO2蒸气。有利地，冷却元件安装在冷凝区，其被设计成去除冷凝热，冷却流体例如蒸发水流经冷却元件。热交换元件，例如由管或板形成。第一优选实施例，提供了具有单个管板的卡口式管束。在另一个优选实施例中，提供了U形管束。本专利技术的装置可以连接到外部汽提器，设想连接到洗涤器。例如，将从装置中提取的尿素水溶液供给汽提器，将来自汽提器的主要由氨和CO2形成的蒸汽供应至装置的反应区。来自洗涤器的氨基甲酸酯溶液也被供应至反应区。为此，该装置可以包括合适的分配器，该分配器优选布置在反应区的最低部或底部。在一些实施例中，本专利技术的设备还可以包括集成式汽提器和/或洗涤器。设想汽提区优选位于装置的最低部，即同轴反应区和冷凝区下面。汽提区优选具有汽提剂，甚至更优选由气态CO2形成。设想洗涤区有利地位于同轴反应区和冷凝区之上的装置的顶部。本专利技术的第一个优点在于装置的紧凑性。由于同轴布置，与现有技术的塔式反应器-冷凝器相比，本专利技术的装置更小，更易于运输和安装。此外，组合装置相对于它所替代的多个装置更容易运输和安装。本专利技术的另一个优点是热交换元件可以以比传统管束更低的成本生产。例如，可以用需要单个管板的卡口管或U形管来实现。具有中央冷凝器的实施例还有其他优点，即热交换元件在装置的中心内以相对较小的直径组合在一起：例如，管束的管板更小，因此成本更低。由于采用单板结构，使用卡口式管带来了其他的优势：简化了管的拆卸和/或更换，不需要设备长时间停机。由于管固定在单板上，所以板和管组件可以很容易地从反应器中取出。此外，卡口式管具有自由端(在管板的相对侧上)，因此自由膨胀；这意味着与容器相比，管的不同膨胀不会产生张力，不需要特殊的补偿装置。使用U形管束也可具有这一优势。另一个优点在于大体上轴对称性，其确保反应器内部的均匀条件。这在诸如尿素合成的复杂反应中是有利的，确保适当地使用装置内可用的整个体积。本专利技术还涉及根据所附权利要求由氨和二氧化碳合成尿素的方法。通过下文的非限制性示例描述的优选实施例详细描述本申请。附图说明图1是图1是本专利技术第一实施例中用于合成尿素的组合反应器的示意性剖视图。图2是本专利技术另一个实施例中用于合成尿素的组合反应器的示意性剖视图。图3是包括图1或图2的组合式反应器的设备的简化图。图4是本专利技术另一实施例中用于合成尿素的组合反应器的示意性剖视图，该组合反应器还具有集成在该设备中的汽提部。具体实施方式图1示出了本专利技术的中央冷凝器类型实施例的组合式反应器-冷凝器装置1。例如，所述反应器-冷凝器1构成高压回路的一部分，高压回路还包括汽提器和洗涤器。组合式反应器-冷凝器1包括外壳2和附加内壁3，附加内壁3也被称为内壳，优选为圆柱形壁。外壳2和内壳3在装置1内部限定出不同的区域，具体来说，限定出反应区4和冷凝区5。冷凝区5由壁3的内侧的大致圆柱形体积的至少一部分形成。在图1所示的例子中，冷凝区5基本上由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组合装置(1)，用于由氨和二氧化碳合成尿素，所述组合设备(1)包括壳体(2)、反应区(4)和冷凝区(5)，所述两个区在所述壳体(2)内部，且彼此连通，其特征在于，所述反应区和所述冷凝区中的一个区同轴布置在另一个区的外部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.17 EP 16160846.81.一种组合装置(1)，用于由氨和二氧化碳合成尿素，所述组合设备(1)包括壳体(2)、反应区(4)和冷凝区(5)，所述两个区在所述壳体(2)内部，且彼此连通，其特征在于，所述反应区和所述冷凝区中的一个区同轴布置在另一个区的外部。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述反应(4)和所述冷凝区(5)中的第一个区为圆柱形或大体圆柱形的几何形状，所述两个区中的第二个区为环形或大体环形的几何形状，并围绕所述第一区延伸。3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括附加内壁(3)，所述附加内壁(3)将所述反应区和所述冷凝区限定在所述装置内部。4.根据权利要求3所述的装置，其中：所述反应区和所述冷凝区中的一个区包括位于所述附加壁(3)的内侧的圆柱形或大体圆柱形的区域，所述反应区和所述冷凝区中的另一个区包括围绕所述附加壁(3)外侧延伸的环形或大体环形的区域。5.根据权利要求4所述的装置，其中：所述冷凝区(5)由所述附加壁(3)内侧的所述圆柱形或大体圆柱形区域的底部表示，所述反应区(4)包括在所述附加壁(3)的内侧、冷凝区(5)上方的所述区域的顶部(4A)、以及围绕所述附加壁(3)延伸的所述环形或大体环形的区域(4B)。6.根据权利要求3至5中任一项所述的装置，其中，所述反应区和所述冷凝区具有环形或大体环形的几何形状，...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德里亚·斯考托，恩里科·里奇，
申请(专利权)人：卡萨勒有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH