一種三相流態(tài)化尿素催化水解制氨設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種利用尿素制氨的設(shè)備，尤其涉及三相流態(tài)化尿素催化水解制氨的設(shè)備，屬于化工材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前商業(yè)化應(yīng)用以尿素為原料制氨的工藝主要有尿素催化水解和尿素?zé)峤鈨煞N。尿素?zé)峤獾姆磻?yīng)速度快且安全，現(xiàn)場無需設(shè)置氨氣儲罐，但其能耗和運(yùn)行費(fèi)用很高；所以在油價高漲的今天，對單一用戶采用時，其運(yùn)行成本壓力越來越大；與尿素?zé)峤庀啾?，水解方法需要蒸汽作為熱源，故多用于火電廠制取氨氣，用以凈化煙氣中的氮氧化物，能耗較低，具有一定的優(yōu)勢。
[0003]已有的尿素催化水解工藝，如中國專利文獻(xiàn)(CN 101450807AXN 202490568 U)等均采用的是液相全混反應(yīng)，反應(yīng)速度較慢、需要龐大的反應(yīng)器和緩沖裝置，且只是利用了簡單的盤管換熱器，并不能充分的利用能源，造成投資和能耗較高。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種三相流態(tài)化尿素催化水解制氨設(shè)備，使其進(jìn)一步降低能耗，節(jié)約能源，提高設(shè)備的利用率。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0006]—種三相流態(tài)化尿素催化水解制氨設(shè)備，該設(shè)備含有反應(yīng)器本體、原料儲罐、原料栗和蒸汽管道，在反應(yīng)器本體內(nèi)，自下而上依次設(shè)有布風(fēng)板、盤管式換熱器和產(chǎn)品氣出口，其特征在于:在反應(yīng)器本體內(nèi)安裝有噴淋器和除霧器，所述除霧器設(shè)置在噴淋器與產(chǎn)品氣出口之間，原料儲罐通過原料栗和管路與噴淋器相連；所述除霧器包括除霧器入口、偏心內(nèi)筒、偏心內(nèi)筒缺口、上頂板、下底板和水封槽；所述的偏心內(nèi)筒與下底板連接，并通過上頂板和下底板固定安裝在反應(yīng)器內(nèi)壁面上；所述的蒸汽管道分成兩路，一路與盤管式換熱器入口相連，另一路與反應(yīng)器底部的蒸汽入口連接；盤管式換熱器的出口分別通過管路和調(diào)節(jié)閥與原料儲罐和排空管連接。
[0007]上述技術(shù)方案中，在所述布風(fēng)板的中心區(qū)域布置有風(fēng)帽，布置風(fēng)帽的中心區(qū)域面積與其周圍的環(huán)形面積之比在3:7至4:6之間；風(fēng)帽的開孔率為2%?5%。
[0008]優(yōu)選地，所述偏心內(nèi)筒的偏心距為0.05-0.lm ;偏心內(nèi)筒外表面與反應(yīng)器內(nèi)表面之間最窄通道的流通面積為0.0015-0.003m2。
[0009]本實(shí)用新型的另一技術(shù)特征是:在盤管式換熱器上設(shè)有肋片，肋片采用厚度相等或厚度不等的直肋片，其肋化系數(shù)在8?15之間。
[0010]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性的技術(shù)效果:①本實(shí)用新型采用了固體顆粒催化劑、原料噴淋及蒸汽加熱的三相流態(tài)化的催化水解方法，并采用了蒸汽直接加熱和間接加熱相結(jié)合，使部分蒸汽對反應(yīng)料層直接加熱，不僅為反應(yīng)提供所需熱量，而且可作為流化介質(zhì)，用以增強(qiáng)反應(yīng)器內(nèi)物料各相之間的傳質(zhì)和傳熱，從而可以加速水解反應(yīng)，有效增強(qiáng)了反應(yīng)器內(nèi)的擾動，使傳熱、傳質(zhì)能力增強(qiáng)，原料的轉(zhuǎn)化率約為98%以上；同時除直接加熱外，從盤管式換熱器換熱后的余熱對原料儲罐內(nèi)的料液進(jìn)行加熱，使原料儲罐內(nèi)尿素溶液的溫度保持在50-80度之間，進(jìn)一步提高了蒸汽的利用率。與通常采用間接加熱的反應(yīng)釜相比，由于加強(qiáng)了傳質(zhì)和傳熱能力，設(shè)備利用率可以提高50%以上。②采用偏心內(nèi)筒的除霧器回收產(chǎn)物中所夾帶的液滴，不僅分離效果好，而且有效減少了原料的損失。③采用帶有肋片的盤管式換熱器，傳熱面的肋片不僅減小傳熱的熱阻，還可以切割汽泡，增強(qiáng)各相之間的傳質(zhì)。④采用了特殊結(jié)構(gòu)的分布板，即布風(fēng)板上風(fēng)帽所占的圓面積與其周圍的環(huán)形面積成一定的比例關(guān)系，使反應(yīng)器內(nèi)的物料構(gòu)成內(nèi)循環(huán)，增加了原料的停留時間，從而提高了原料的轉(zhuǎn)化率。
【附圖說明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型提供的一種三相流態(tài)化尿素催化水解制氨設(shè)備實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是采用偏心內(nèi)筒的除霧器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3是液滴與產(chǎn)品氣被偏心內(nèi)筒分離的原理示意圖。
[0014]圖4是帶肋片的盤管式換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖5是本實(shí)用新型布風(fēng)板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖6是布風(fēng)板上面的風(fēng)帽結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中:1_反應(yīng)器；2_除霧器；3_產(chǎn)品氣出口 ；4_盤管式換熱器；5_布風(fēng)板；6_蒸汽管路；7_余熱利用；8_原料儲_ ;9_輔助軟水；10-排空管；11-給料栗；13_肋片；14_風(fēng)帽；15-蒸汽進(jìn)口 ；16_除霧器入口 ；17_水封槽；18-下底板；19-噴淋器；20-偏心內(nèi)筒缺口 ；21-偏心內(nèi)筒；22-上頂板。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)、原理和工作過程作進(jìn)一步的說明。
[0019]圖1為本實(shí)用新型提供的一種三相流態(tài)化尿素催化水解制氨設(shè)備實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，該設(shè)備含有反應(yīng)器本體1、原料儲罐8、原料栗11和蒸汽管道6 ;在反應(yīng)器本體內(nèi)，自下而上依次設(shè)有布風(fēng)板5、盤管式換熱器4、噴淋器19、除霧器和產(chǎn)品氣出口 3 ;所述除霧器設(shè)置在噴淋器與產(chǎn)品氣出口之間，原料儲罐8通過原料栗11和管路與噴淋器19相連；所述除霧器包括除霧器入口 16、偏心內(nèi)筒21、偏心內(nèi)筒缺口 20、上頂板22、下底板18和水封槽17 ;所述的偏心內(nèi)筒21與下底板18連接，并通過上頂板22和下底板18固定安裝在反應(yīng)器內(nèi)壁面上；所述的蒸汽管道6分成兩路，一路與盤管式換熱器4入口相連，另一路與反應(yīng)器底部的蒸汽入口連接；盤管式換熱器的出口分別通過管路和調(diào)節(jié)閥與原料儲罐8和排空管10連接。
[0020]圖2和圖3為帶偏心內(nèi)筒的除霧器的結(jié)構(gòu)原理示意圖，帶有偏心內(nèi)筒的除霧器2位于反應(yīng)器內(nèi)的上部，在噴淋器19和產(chǎn)品氣出口 3之間；偏心內(nèi)筒的偏心距一般為0.05?0.lm ;偏心內(nèi)筒外表面與反應(yīng)器內(nèi)表面之間最窄通道的流通面積為0.0015?0.003m2。當(dāng)反應(yīng)后的產(chǎn)物脫離反應(yīng)料層向上流動時，通過除霧器入口 16進(jìn)入除霧器。由于上頂蓋22和偏心內(nèi)筒21以及下底板18的限制，氣流將沿偏心內(nèi)筒21的外側(cè)加速旋轉(zhuǎn)，由于離心力的作用，反應(yīng)產(chǎn)物中所夾帶的液滴被分離出來，液滴沿反應(yīng)器內(nèi)壁面下流，經(jīng)水封槽17返回反應(yīng)料層；分離后的產(chǎn)品氣經(jīng)偏內(nèi)筒缺口 16進(jìn)入偏內(nèi)內(nèi)筒，上升后從產(chǎn)品氣出口 3流出。[0021 ] 本實(shí)用新型采用了帶有肋片的盤管式換熱器(如圖4所示)，肋片可以采用厚度不變的直肋或厚度改變的直肋，其肋化系數(shù)(肋的面積/光管面積)在8?15之間，肋片增大了傳熱面積，不僅增強(qiáng)了傳熱，還可以切割汽泡，增強(qiáng)各相之間的傳質(zhì)。
[0022]如圖5、6所示，本實(shí)用新型在反應(yīng)器內(nèi)采用了特殊結(jié)構(gòu)的分布板，即布風(fēng)板上風(fēng)帽所占的圓面積與其周圍的環(huán)形面積之比在3:7到4:6之間；風(fēng)帽的開孔率為2%?5%(物料沿反應(yīng)器的中心占一定圓柱面積上升，再沿反應(yīng)器壁面占一定圓環(huán)面積下降，周而復(fù)始循環(huán))，使反應(yīng)器內(nèi)的物料構(gòu)成內(nèi)循環(huán)；由于采用了帶有內(nèi)循環(huán)的流態(tài)化反應(yīng)器，增加原料的停留時間，借以提高原料的轉(zhuǎn)化率。
[0023]本實(shí)用新型的工藝過程如下:
[0024]1)反應(yīng)器內(nèi)裝填以活性炭為載體的堿性顆粒催化劑，裝填量30kg/m3?50kg/m3;尿素裝入儲罐內(nèi)，并用軟水進(jìn)行溶解；由給料栗經(jīng)噴淋器噴灑到反應(yīng)器中，給料濃度為60%?80%，溫度為50°C?80°C ;所述堿性顆粒催化劑為五氧化二釩、三氧化鎢或三氧化鉬中的任一種；顆粒尺度分布為1?8_，平均粒度為5_ ;堆積密度約1300kg/m3 ;比表面積 1.5X 105m2/kg ?2.1 X 105m2/kg ;反應(yīng)器的體積熱負(fù)荷為 400MJ/m3?800MJ/m 3。
[0025]2)將壓力為0.5?1.0MPa,溫度為180?250°C的蒸汽通過蒸汽管道6分成兩路，一路進(jìn)入盤管式換熱器4，對反應(yīng)器內(nèi)的料液進(jìn)行間接加熱，進(jìn)入盤管式換熱器的蒸汽的熱量占蒸汽總熱量的50%?64%;另一路從反應(yīng)器底部進(jìn)入，經(jīng)布風(fēng)板5直接進(jìn)入反應(yīng)器，經(jīng)布風(fēng)板5直接進(jìn)入反應(yīng)器的蒸汽的熱量占蒸汽總熱量的36 %?50 %，此路蒸汽兼作反應(yīng)器的流化介質(zhì)，反應(yīng)器內(nèi)的壓力0.5Mpa?1.0Mpa，反應(yīng)溫度140 °C?180°C ；
[0026]3)經(jīng)盤管式換熱器換熱后的余熱蒸汽分兩路排出，一路經(jīng)管道進(jìn)入原料儲罐對液進(jìn)行加熱，使原料儲罐內(nèi)尿素溶液的溫度保持在50?80度之間。另一路經(jīng)排空管排空。
[0027]4)尿素在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行催化水解反應(yīng)，反應(yīng)后的產(chǎn)物沿偏心內(nèi)筒的外側(cè)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的平均線速度在10m/s?20m/s之間；在離心力的作用下，所夾帶的液滴被分離出來，液滴沿反應(yīng)器壁面下流，經(jīng)水封槽17返回反應(yīng)料層；分離后的產(chǎn)品氣經(jīng)螺旋內(nèi)筒缺口 16進(jìn)入內(nèi)筒，上升后從反應(yīng)器出口 3流出。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三相流態(tài)化尿素催化水解制氨設(shè)備，該設(shè)備含有反應(yīng)器本體(1)、原料儲罐(8)、原料栗(11)和蒸汽管道￠)，在反應(yīng)器本體內(nèi)，自下而上依次設(shè)有布風(fēng)板(5)、盤管式換熱器(4)和產(chǎn)品氣出口(3)，其特征在于:在反應(yīng)器本體內(nèi)安裝有噴淋器(19)和除霧器(2)，所述除霧器設(shè)置在噴淋器與產(chǎn)品氣出口之間，原料儲罐(8)通過原料栗(11)和管路與噴淋器(19)相連；所述除霧器包括除霧器入口(16)、偏心內(nèi)筒(21)、偏心內(nèi)筒缺口(20)、上頂板(22)、下底板(18)和水封槽(17);所述的偏心內(nèi)筒(21)與下底板(18)連接，并通過上頂板(22)和下底板(18)固定安裝在反應(yīng)器內(nèi)壁面上；所述的蒸汽管道(6)分成兩路，一路與盤管式換熱器(4)入口相連，另一路與反應(yīng)器底部的蒸汽入口連接；盤管式換熱器的出口分別通過管路和調(diào)節(jié)閥與原料儲罐(8)和排空管(10)連接。2.如權(quán)利要求1所述的一種三相流態(tài)化尿素催化水解制氨設(shè)備，其特征在于:在所述布風(fēng)板(5)的中心區(qū)域布置有風(fēng)帽，布置風(fēng)帽的中心區(qū)域面積與其周圍的環(huán)形面積之比在3:7至4:6之間；風(fēng)帽的開孔率為2%?5%。3.如權(quán)利要求1所述的一種三相流態(tài)化尿素催化水解制氨設(shè)備，其特征在于:所述偏心內(nèi)筒的偏心距為0.05?0.lm ;偏心內(nèi)筒外表面與反應(yīng)器內(nèi)表面之間最窄通道的流通面積為 0.0015 ?0.003m2。4.如權(quán)利要求1、2或3所述的一種三相流態(tài)化尿素催化水解制氨設(shè)備，其特征在于:在盤管式換熱器上設(shè)有肋片，肋片采用厚度相等或厚度不等的直肋片，其肋化系數(shù)在8?15之間。
【專利摘要】一種三相流態(tài)化尿素催化水解制氨設(shè)備，屬于化工材料制備技術(shù)領(lǐng)域。該設(shè)備包括反應(yīng)器本體、原料儲罐、原料泵和蒸汽管道；在反應(yīng)器本體內(nèi)自下而上依次設(shè)有布風(fēng)板、盤管式換熱器、噴淋器和除霧器。本實(shí)用新型所述設(shè)備采用了帶肋片的盤管式換熱器、帶偏心內(nèi)筒的除霧器以及風(fēng)帽在布風(fēng)板上的布置結(jié)構(gòu)，同時采用固體顆粒催化劑、原料噴淋以及蒸汽直接加熱和間接加熱相結(jié)合，有效增強(qiáng)了反應(yīng)器內(nèi)的擾動，使傳熱、傳質(zhì)能力顯著增強(qiáng)，具有反應(yīng)速度快，原料轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點(diǎn)，從而進(jìn)一步降低能耗，提高了設(shè)備的利用率高。
【IPC分類】C01C1/08
【公開號】CN205023869
【申請?zhí)枴緾N201520299810
【發(fā)明人】袁井春
【申請人】北京新葉能源科技有限公司
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年5月11日