專利名稱：一種用于氨基甲酸酯分解的降膜式汽提塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種用于氨基甲酸酯分解以及從合成尿素反應(yīng)器的流出物中回收氨和ニ氧化碳的降膜式汽提塔。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種氣態(tài)汽提介質(zhì)如ニ氧化碳，在汽提管里的分布。
背景技術(shù)：
在尿素的生產(chǎn)過(guò)程中，眾所周知將反應(yīng)器的流出物供給汽提塔，在汽提塔中，借助加熱和反萃劑的作用，氨基甲酸酯分解成氨和ニ氧化碳。降膜式汽提塔基本上是一臺(tái)立式的管殼式換熱器，包括頂部管箱和底部管箱，借助管束的管進(jìn)行流體的流通。將反應(yīng)器流出物供應(yīng)給上部的管箱；將汽提介質(zhì)供應(yīng)給下部的管箱，并且下部的管箱從管中收集濃縮的尿素溶液。包括汽提介質(zhì)和氨蒸汽(頂部蒸汽) 的氣相在頂部管箱的上部被收集。管的頂端通常設(shè)置有套圈和開ロ，該開ロ容許流體流入以及氣相流出。在運(yùn)行中，液體尿素溶液在管的內(nèi)表面形成ー個(gè)降膜，同時(shí)，在同一管中氣態(tài)的汽提介質(zhì)從底部向頂部逆向流動(dòng)。在運(yùn)行中，管被一種適宜的加熱介質(zhì)加熱，例如，冷凝蒸汽加熱。汽提介質(zhì)可以以ニ氧化碳為例。如圖I所示為現(xiàn)有技術(shù)中的CO2汽提塔S。尿素溶液U (反應(yīng)器流出物)經(jīng)由頂部管箱2的頂端入ロ I進(jìn)入，注入多孔板塔盤3和中間柵格4，流經(jīng)管6，管6為被蒸汽加熱管束中的管。管束的管6固定在上下管板7、8的相対的末端。管束具有成百或成千的管，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)這里只顯示了管6。管6的頂端設(shè)置有套圈5。尿素溶液U通過(guò)所述套圈5底部9的適當(dāng)液體進(jìn)入孔進(jìn)入管6，在每個(gè)管的內(nèi)表面形成ー個(gè)液體薄膜。管6的另一端底部管箱11處開放，與CO2入口 12相連通。在底部開ロ端13，ニ氧化碳進(jìn)入管6，與液體膜逆向流動(dòng)。管6由冷凝蒸汽加熱，該冷凝蒸汽從蒸汽入口 14進(jìn)入，從冷凝液出口 16排出，該冷凝蒸汽為供給汽提塔S的殼程的蒸汽。濃縮的尿素溶液U。被聚集在管箱11中并且被導(dǎo)向液體出ロ 19。包括氨和ニ氧化碳的氣相G，從管6和氣體分布器18的頂端流出，流向出ロ 15，并且通常被導(dǎo)向冷凝器或反應(yīng)器。如圖I，在套圈5上部10的氣體出口，CO2供給的分布遍及管束的多個(gè)管，主要通過(guò)在氣相出ロ產(chǎn)生的集中壓降來(lái)控制。這些氣體出ロ被設(shè)計(jì)成提供ー個(gè)給定壓降，該給定壓降適用于確保供應(yīng)給所有管的ニ氧化碳的適當(dāng)分布。在運(yùn)行中，在管板7的上方，汽提塔需要一定的液體壓頭a，以支撐液體的向下流動(dòng)。該液體壓頭取決于液相的壓降和氣相的壓降。上述詳情是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，因此不進(jìn)行進(jìn)ー步地討論。但是這種降膜式汽提塔的設(shè)計(jì)存在一些缺陷，還未被解決。人們注意到，當(dāng)從管的底端流出時(shí)，液體膜傾向子“關(guān)閉”或縮小用于汽提介質(zhì)供給的管的截面。汽提介質(zhì)的分布遍及管束的多管，該分布缺少均勻性，導(dǎo)致整體汽提過(guò)程效率損失。進(jìn)ー步地，人們注意到，汽提介質(zhì)進(jìn)入管底部，對(duì)液相逆向流出造成一些干擾，并且在某些情況下觀察到了后備液體的流動(dòng)，此種情況也有效率損失。進(jìn)ー步的缺陷是，汽提塔的上部必須設(shè)計(jì)成可容納足夠長(zhǎng)度的套圈，為了允許氣相在頂部管箱中存在必要液位的情況下流出。參考圖1，套圈5必須有足夠的長(zhǎng)度使上部10的氣體出ロ維持在液位上。通常所需的液體壓頭a約400-800mm，通常為500mm，因此套圈長(zhǎng)度幾乎為lm。所以，高壓汽提塔的整個(gè)上部較高，即整個(gè)外型尺寸A受位于管之上的液體壓頭a這ー必要條件的影響。由于汽提塔在高壓下操作并且需要昂貴的材料來(lái)避免腐蝕，所以大型零部件的制作是昂貴的，因此這尤為不利條件。還應(yīng)被考慮的是，降膜式汽提塔對(duì)于所謂的液泛是靈敏的。液泛發(fā)生于管內(nèi)部的液體膜被瓦解以及部分液體被流出的氣體蒸汽帶走時(shí)。液泛會(huì)降低汽提的效率，因此必須避免液泛。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)修補(bǔ)ー個(gè)尿素裝置來(lái)增 加生產(chǎn)率時(shí)，會(huì)遇到該難題。由于液泛的問(wèn)題，現(xiàn)有汽提塔不能支持増加的流速。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，通過(guò)改善汽提介質(zhì)進(jìn)入管中的分布，解決用于氨基甲酸酯分解的降膜式汽提塔存在的上述缺陷。通過(guò)用多個(gè)位于汽提塔底部的升氣管分布汽提介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的。每個(gè)升氣管分別提供帶有汽提介質(zhì)的管束中的ー個(gè)管。升氣管小于主管束的管，升氣管末端進(jìn)入汽提塔的每個(gè)管中，以此向所述管提供汽提介質(zhì)的直接供給。因此，用于氨基甲酸酯分解及從尿素溶液中回收氨的殼管式汽提塔，包括ー個(gè)頂部管箱和一束加熱管，所述頂部管箱與所述尿素溶液的入口連通；所述加熱管束中的管具有頂端和底端，所述頂端與所述頂部管箱連通，所述底端與氣態(tài)汽提介質(zhì)的進(jìn)料ロ相連通，在運(yùn)行中，所述尿素溶液的液體降膜和汽提介質(zhì)的氣態(tài)逆向流動(dòng)在管內(nèi)建立，其特征在干，所述汽提介質(zhì)的進(jìn)料ロ與借助于多個(gè)升氣管與管底部分連通，設(shè)置所述升氣管用于分布各個(gè)管中的汽提介質(zhì)，每個(gè)升氣管以管的形式實(shí)現(xiàn)，所述升氣管小于所述管束的管，所述升氣管具有第一末端和第二末端，所述第一末端與汽提介質(zhì)的進(jìn)料ロ相連通，所述第二末端進(jìn)入管束的各個(gè)管中。優(yōu)選地，汽提塔包括用于管束各個(gè)管的升氣管。優(yōu)選地，升氣管與管束的管是同軸。升氣管小于汽提管，因此在每個(gè)汽提管的底端，使升氣管周圍為液體的流出留出一個(gè)環(huán)形空隙。因此升氣管的外徑小于汽提管的內(nèi)徑。在優(yōu)選的實(shí)施例中，汽提塔有一個(gè)底部管箱，所述底部管箱與汽提介質(zhì)的進(jìn)料ロ相連通，聚集從管中流下的濃縮的尿素溶液；優(yōu)選地，升氣管與塔盤相連，所述塔盤位于管底端下方的底部管箱里。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述塔盤被穿孔使?jié)饪s的尿素溶液流出，從而使溶液在塔盤自身下方被收集起來(lái)。在可選的實(shí)施例中，濃縮的尿素溶液經(jīng)塔盤連接的降液管溢出，從所述塔盤流出。優(yōu)選地，汽提介質(zhì)為ニ氧化碳。本發(fā)明所述的汽提塔通常為高壓循環(huán)的一部分，所述高壓循環(huán)包括反應(yīng)器、汽提段以及可選的冷凝段。因此，本發(fā)明的一方面是尿素合成的裝置，在此高壓循環(huán)包括上述公開的汽提塔。本發(fā)明的另一方面是ー種氨基甲酸酯分解和從尿素溶液中回收氨的方法，所述溶液供向降膜式管束立式汽提塔的管，與氣態(tài)汽提介質(zhì)逆向流動(dòng)；濃縮的尿素溶液被聚集于所述汽提塔的底部，包含ニ氧化碳和氨的氣相在所述汽提塔的頂部被回收，該方法的特征在于，所述汽提介質(zhì)借助多個(gè)升氣管被供向所述管，每個(gè)升氣管以管的形式實(shí)現(xiàn)，所述升氣管小于所述管束的管，每個(gè)升氣管具有與汽提介質(zhì)的進(jìn)料ロ相連通的一末端，還具有進(jìn)入管束各個(gè)管中的第二末端。本發(fā)明的另一方面是改進(jìn)了現(xiàn)有汽提塔，尤其是在CO2-汽提尿素過(guò)程中的高壓CO2汽提塔。本發(fā)明的一方面，通過(guò)至少提供上述的升氣管來(lái)改進(jìn)現(xiàn)有的汽提塔，每個(gè)升氣管被設(shè)置為進(jìn)入汽提塔管束的各個(gè)管中，以實(shí)現(xiàn)汽提介質(zhì)進(jìn)入管的直接供應(yīng)。優(yōu)選地，升氣管被設(shè)為與多孔板塔盤相連，所述多孔板塔盤設(shè)置在汽提塔的底部管箱內(nèi)，與ニ氧化碳的進(jìn)料ロ相連接，并且濃縮的尿素溶液在此處被聚集。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，氣態(tài)汽提介質(zhì)在管束的管中均勻分布。升氣管給管束的各個(gè)管提供汽提介質(zhì)直接的供應(yīng)，并且汽提介質(zhì)的注入在管的底端超過(guò)了液體出口段。因此，在管的底端，出液口和進(jìn)氣ロ之間的相互干擾被消除或大大地降低。氣態(tài)汽提介質(zhì)的流速大體上與在所有管中的流速相同，因此，該過(guò)程更為有效。汽提介質(zhì)的均勻分布降低了液泛的風(fēng)險(xiǎn)，并充分利用了可用的換熱表面。換句話說(shuō)，該汽提塔在管的數(shù)量和尺寸上更有效。進(jìn)ー步和顯著的優(yōu)點(diǎn)在于，升氣管提供集中壓降，控制汽提介質(zhì)的分布。根據(jù)本發(fā)明，所述壓降位于汽提塔的下部，也就是在汽提介質(zhì)進(jìn)入管的入口處，與現(xiàn)有技術(shù)相反，現(xiàn)有技術(shù)中主要壓降在汽提塔上部，出氣ロ處。這意味著，在管束頂部的套圈可以更短，出氣ロ大于現(xiàn)有技術(shù)中的出氣ロ ；汽提塔上部的整體設(shè)計(jì)更加緊湊，并且更便宜。本發(fā)明以及相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)借助于以下優(yōu)選的實(shí)施例的描述會(huì)更加明顯。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)中汽提塔的方案圖。圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的殼管蒸汽加熱式汽提塔的方案圖。圖3是圖2中細(xì)節(jié)III的放大圖，顯示了一個(gè)升氣管上端，該升氣管上端進(jìn)入管束的各個(gè)管。圖4是按照?qǐng)D3中線IV-IV的橫截面。圖5是本發(fā)明的另ー個(gè)實(shí)施例的一個(gè)升氣管進(jìn)入各個(gè)管的細(xì)節(jié)。
具體實(shí)施例如圖2所示為本發(fā)明的汽提塔SN。那些與現(xiàn)有的圖I中汽提塔圖相同的特征由相同的標(biāo)號(hào)表明，在此只討論新的特征。在底部液體管箱11中，本發(fā)明的汽提塔Sn有ー個(gè)多孔板塔盤30，所述多孔板塔盤帶有液體排水孔31 (圖4)并承載多個(gè)升氣管32。每個(gè)升氣管32為小于主管束管6的管，具有一個(gè)底端和一個(gè)頂端部分33，所述底端與塔盤30相連并且與腔室11相連通，所述頂端部分33進(jìn)入各個(gè)管6中，并處于所述管6的底端部分34的上方(圖3)。
根據(jù)圖5中的實(shí)施例，升氣管32由塔盤30a支撐，所述塔盤30a不帶液體排水孔。濃縮的尿素溶液Uc在塔盤30a處聚集，并從降液管37處溢出。在管6的所述底端部分34，升氣管32周圍留有一個(gè)環(huán)形空隙35。例如，管6的內(nèi)徑是25mm，而升氣管32的外徑是15mm。所述環(huán)形空隙35允許液體膜在管箱11內(nèi)向下流，運(yùn)行中的所述液體膜形成于管6的內(nèi)表面36上。在管箱11底部的濃縮尿素溶液Uc通過(guò)出口 19排出，并且被導(dǎo)向進(jìn)一步處理，例如導(dǎo)向處于低壓的下游段。應(yīng)該指出，汽提介質(zhì)的壓降大量地從汽提塔頂部移向底部，所述頂部即套圈部分10的出口，所述底部即通過(guò)升氣管32的通道。其結(jié)果是，管6上的液體壓頭必須克服氣體蒸汽的壓降，通過(guò)套圈5的所述氣體蒸汽的壓降較低；換句話說(shuō)，新的汽提塔Sn需要液體壓頭aN,所述液體壓頭aN很大程度上小于現(xiàn)有技術(shù)中相應(yīng)的液體壓頭a。例如，壓頭aN可能約為現(xiàn)有技術(shù)的壓頭a的50%。 從而，汽提塔的這種設(shè)計(jì)能夠被有利地改進(jìn)為由于需要較低的壓降，套圈5上部10開放的出氣ロ可以較大一些；套圈5可以縮短，并且整體尺寸A (圖I)可以減小。實(shí)際上，所述尺寸A可以短于500_。相對(duì)于現(xiàn)有汽提塔，新型汽提塔可以制備的更為緊湊，由于尿素裝置的汽提塔是高壓、昂貴的項(xiàng)目，所以這是ー個(gè)比較顯著的優(yōu)點(diǎn)。如果汽提塔Sn是對(duì)現(xiàn)有裝置進(jìn)行改進(jìn)后獲得的，優(yōu)選維持現(xiàn)有技術(shù)中的容器。本發(fā)明依然是有益的，由于汽提介質(zhì)在管中的均勻分布和管6底部出液口和進(jìn)氣ロ之間干擾的消除，改進(jìn)后的汽提塔對(duì)液泛反應(yīng)的敏感度更低。因此，在低成本和沒(méi)有更進(jìn)ー步改進(jìn)的情況下，以最佳方式使用有效的換熱面積，并且仍然增加了汽提塔的容量。汽提塔Sn的操作如下。反應(yīng)器流出物U為尿素、氨基甲酸酯和未轉(zhuǎn)化的游離氨的水溶液，流出物U通過(guò)套圈5下部9的切向進(jìn)液ロ進(jìn)入管6，從而在管6的壁36上形成ー個(gè)液體膜。汽提介質(zhì)，如ニ氧化碳，通過(guò)進(jìn)氣管12和升氣管32來(lái)供給到同一管6的底部，并且與液體膜逆向流入。在汽提介質(zhì)和表面加熱的作用下，氨基甲酸酯被分離，未反應(yīng)的氨和ニ氧化碳從溶液中被“汽提”并且作為塔頂蒸汽G被回收。濃縮的尿素溶液Uc從汽提塔的底端獲得。
權(quán)利要求
1.一種殼管汽提塔(Sn)，用于氨基甲酸酯分解和尿素溶液(U)中氨的回收， 所述汽提塔包括一個(gè)頂部管箱(2 )，所述頂部管箱(2 )與所述尿素溶液的入口( I)相連通；一束加熱管(6)，所述管(6)具有頂端和底端(13)，所述頂端與所述頂部管箱(2)相連通，所述底端(13)與氣態(tài)的汽提介質(zhì)的進(jìn)料口相連通，在運(yùn)行中，所述尿素溶液的液體降膜以及汽提介質(zhì)的逆向氣態(tài)流動(dòng)在管(6)內(nèi)建立， 其特征在于，所述汽提介質(zhì)的進(jìn)料口(12)借助多個(gè)升氣管(32)與管(6)的底端部分(34)連通，設(shè)置所述升氣管(32)用于分布各個(gè)管中的汽提介質(zhì)，每個(gè)升氣管以管的形式實(shí)現(xiàn)， 所述升氣管小于所述管束的管，每個(gè)升氣管具有第一末端和第二末端(33)，所述第一末端與汽提介質(zhì)的進(jìn)料口( 12 )連通，所述第二末端(33 )進(jìn)入管束的各個(gè)管(6 )中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的汽提塔，其特征在于一個(gè)升氣管(32)用于所述管束的一個(gè)管(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的汽提塔，其特征在于所述升氣管(32)與所述管束的管(6)同軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的汽提塔，其特征在于所述升氣管(32)與塔盤(30，30a)相連，所述塔盤(30，30a)位于汽提塔的底部管箱(11 )，所述底部管箱(11)與所述汽提介質(zhì)的進(jìn)料口(12)連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的汽提塔，其特征在于所述塔盤為多孔板塔盤(30)或與降液管(37)相連，使從管(6)流出的濃縮尿素溶液(Uc)的液相從所述塔盤排出到底部管箱(11)。
6.一種用于合成尿素的裝置，包括至少一個(gè)反應(yīng)器和一個(gè)高壓循環(huán)的汽提段，所述汽提段包括至少一個(gè)權(quán)利要求1-5中所述的殼管汽提塔(Sn)。
7.一種氨基甲酸酯分解和尿素溶液(U)中氨回收的方法，所述溶液被供向降膜式管束立式汽提塔的管(6)，所述溶液與氣態(tài)汽提介質(zhì)逆向流動(dòng)；濃縮的尿素溶液在所述汽提塔的底部聚集，包含二氧化碳和氨的氣相在所述汽提塔的頂部被回收，其特征在于，所述汽提介質(zhì)借助多個(gè)升氣管(32)被供向所述管(6)，每個(gè)升氣管以管的形式實(shí)現(xiàn)，所述升氣管小于管束的管(6),每個(gè)升氣管具有一末端和第二末端(33),所述一末端與汽提介質(zhì)的進(jìn)料口(12)連通，所述第二末端(33)進(jìn)入管束的各個(gè)管(6)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述管束的每個(gè)管借助各自的升氣管(32),被直接供給汽提介質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于所述汽提介質(zhì)為二氧化碳。
10.一種改進(jìn)合成尿素裝置的CO2汽提塔的方法，所述汽提塔包括尿素溶液的進(jìn)口，二氧化碳進(jìn)料口，表面加熱管的垂直管束，所述尿素溶液來(lái)自合成反應(yīng)器，在所述加熱管中尿素溶液被供給，所述尿素溶液與二氧化碳逆向流動(dòng)，所述方法包括提供了多個(gè)升氣管(32)，設(shè)置所述升氣管(32)用于分布所述管束的各個(gè)管中的二氧化碳，所述升氣管為小于加熱管的管，每個(gè)升氣管帶有一末端和第二末端，所述一末端與所述二氧化碳進(jìn)料口相連，所述第二末端延伸入管束的各個(gè)管中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述升氣管與所述塔盤(30，30a)連接，所述塔盤安裝于所述汽提塔底部管箱(11)中，所述塔盤(30，30a)用于聚集濃縮的尿素溶液及與二氧化碳的進(jìn)料口相連通。
全文摘要
一種用于氨基甲酸酯分解和從尿素(U)中回收氨和二氧化碳的汽提塔(SN)，通過(guò)管殼式換熱器來(lái)實(shí)現(xiàn)，在此，尿素溶液的液體降膜和汽提介質(zhì)的逆向流動(dòng)氣體流供向表面加熱管(6)的管束；汽提介質(zhì)如二氧化碳，通過(guò)多個(gè)的升氣管(32)分布在管(6)中；升氣管優(yōu)選與汽提塔的底部管箱(11)的多孔板塔盤(30)相連接。本發(fā)明同樣公開了一種傳統(tǒng)CO2汽提塔的改進(jìn)。
文檔編號(hào)B01D1/06GK102844086SQ201180009075
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月12日
發(fā)明者安德里亞·斯考托, 達(dá)米亞諾·維西奧提 申請(qǐng)人:烏里阿·卡薩勒有限公司