具有改进的冷凝器和改进的反应器内部构件的尿素装置的制作方法

本发明涉及尿素的生产。

背景技术：

1、经常使用的尿素生产工艺类型是所谓的汽提工艺，其中高压尿素合成段包括反应区、汽提塔和冷凝器。此类方法的背景参考文献是ullmann’s encyclopaedia ofindustrial chemistry, chapter urea, 2010。该文献提到，一些工艺使用纯粹基于重力的再循环流，即维持合成段的高压(hp)回路中的主要再循环流，该主要再循环流由从汽提塔到冷凝器、从冷凝器到反应器以及从反应器到汽提塔的流形成。

2、本发明特别涉及co2汽提型尿素生产工艺，其中来自反应器的尿素溶液在包括在高压段中的汽提塔中用进料co2气体汽提。

3、kaasenbrood和chermin，“the urea stripping process”，fertiliser society，1977中描述了co2汽提型尿素生产工艺和装置的早期实施方式。在其中所述的实施方式中，来自hp汽提塔顶部的气体流到氨基甲酸酯冷凝器的头部。在冷凝管中，气体被部分冷凝。将离开冷凝器的液-气混合物引入反应器底部。反应器、汽提塔和冷凝器具有这样的空间布置，使得通过这些容器的驱动流由相的变化以及因此由汽提塔中的热量供应和冷凝器中的热量排出引起的流体密度的变化提供。汽提塔顶部在反应器和冷凝器底部以下约10m。反应器绝热操作，这通过来自冷凝器的气体混合物的冷凝来实现。kaasenbrood 1977的图7表明，该实施方式中的冷凝器是立式管壳式热交换器，蒸汽在壳中上升，来自汽提塔的气体被供应到管束的顶部，并且在底部有出口用于将流体供应到立式反应器的底部。反应器和冷凝器的底部处于相等的高度。液体从反应器顶部抽出并供应至汽提塔上腔室的液体入口。

4、在ep0155735a1中描述了一种改进类型的高压冷凝器。在此，待冷凝的气体被引入到具有水平管束、特别是具有u形管束的管壳式热交换器的壳侧，其中在操作中在壳侧隔室中保持连续的液相。因此，冷凝器作为水平浸没式冷凝器运行。立式反应器的底部示出为与池式冷凝器的流体出口基本上相同的高度，其位于池式冷凝器的顶部。

5、通常希望增加现有尿素装置的产能，最大限度地利用现有设备并进行最少的修改。这样的项目在本领域中被称为“改造”。此外，许多现有的带有降膜高压氨基甲酸酯冷凝器的co2汽提型尿素装置仍在运行。本发明一方面旨在提供一种用于此类尿素装置的改造方法。

6、ep1036787a1讨论了一种改造方法，其中hp合成段的降膜型冷凝器被改进成立式浸没式冷凝器。这种方法的进一步参考文献是us20080242890a1。

7、us2015343409a1提及作为增加现有装置的反应器体积的已知方式，用池式冷凝器代替“hpcc”(高压氨基甲酸酯冷凝器)。据说，这需要复杂的设备设计。该文献建议通过安装一个额外的反应器来增加。

8、us20030088126a1图4b示出了具有池式冷凝器的装置，其中来自冷凝器的流体被供应到立式组合反应器的上部隔室的底部。气体从立式组合反应器的底部隔室释放到上部隔室中。喷射器用于将部分气体从汽提塔供应到立式组合反应器的底部隔室。

9、ep0329215a1示出了利用hp co2汽提塔、立式反应器和冷凝器的尿素工艺。将来自冷凝器的液体供应至反应器底部，将来自冷凝器的气体供应至hp洗涤器。使用由氨进料的一部分驱动的喷射器将来自汽提塔的一部分气体供应到反应器底部。来自反应器顶部的气体被供应到冷凝器。该文献解释说，如果连接冷凝器与反应器的管线以及从反应器到汽提塔的管线充满液体，则这些设备项目起到连通容器的作用，使得液体能够通过重力从冷凝区通过反应区输送到汽提区。将来自水平式氨基甲酸酯冷凝器的非冷凝气体供应至hp洗涤器。冷凝器是水平安装的氨基甲酸酯冷凝器，位于地面以上20米处，采用浸没式冷凝器设计，直径约3米。反应器放置在地面，高度为约18米。汽提塔放置在地面，高度约为11米。

10、us20110160486a1描述了一种尿素生产工艺，其中该工艺完全依靠重力流运行，用于尿素生产方法的高压合成段中未转化的氨和二氧化碳的主要再循环，使得耗能泵、压缩机或喷射器的使用是多余的。

技术实现思路

1、本发明在实施方式中提供了一种改造现有尿素装置的方法，其中所述现有尿素装置包括高压合成段，其包括：立式尿素反应器；汽提塔，其具有用于气态co2进料的入口；高压氨基甲酸酯冷凝器，被配置为接收来自所述汽提塔的气体，其中所述高压氨基甲酸酯冷凝器是降膜壳管式热交换器，所述降膜壳管式热交换器具有来自所述管的底部出口，所述底部出口连接到所述反应器的底部入口，其中所述反应器包括用于来自所述冷凝器的流体的一个或多个进料管，所述一个或多个进料管在所述反应器中的第一垂直水平处具有出口；其中所述方法包括：用替换氨基甲酸酯冷凝器替换所述高压氨基甲酸酯冷凝器，所述替换氨基甲酸酯冷凝器是水平浸没式冷凝器，所述水平浸没式冷凝器是在壳侧空间中冷凝的管壳式热交换器，优选地，其中所述替换冷凝器是池式冷凝器；以及改进反应器的一个或多个进料管中的至少一个以在高于第一垂直水平的第二垂直水平处具有出口。优选地，反应器包括在改进之前和之后接收来自冷凝器的气体的第一进料管和接收来自冷凝器的液体的第二进料管，并且该方法包括用水平浸没式冷凝器替换氨基甲酸酯冷凝器，并且延伸用于气体的第一进料管以在所述第二垂直水平处具有出口。在替代的实施方式中，现有反应器(在改进之前)不包含进料管，并且改进涉及为来自冷凝器的流体添加一个或多个这样的进料管。对改进的进料管、特别是第二垂直水平的优选也适用于添加的一个或多个进料管。

2、第二垂直水平优选地比第一垂直水平高至少1.0 m或高至少2.0 m。延伸的进料管优选延伸至少1.0 m或至少2.0 m。第一垂直水平距反应器底部例如小于0.50 m。

3、还提供了一种尿素装置，其包括高压合成段，所述高压合成段包括：立式尿素反应器，其包括第一进料管和第二进料管；汽提塔，其具有用于气态co2进料的入口；高压(hp)氨基甲酸酯冷凝器，被配置为接收来自所述汽提塔的气体，其中所述高压(hp)氨基甲酸酯冷凝器是具有水平管束的水平浸没式管壳式热交换器，其中来自汽提塔的气体在壳体中冷凝，优选地其中hp氨基甲酸酯冷凝器是池式冷凝器，以及用于从冷凝器到反应器的第一进料管的冷凝物的液体流动管线和从冷凝器到反应器的第二进料管的单独的气体流动管线；其中第一进料管的出口和/或第二进料管的出口到反应器底部之间的垂直距离优选地至少等于所述管束的高度(即直径)，或者更优选地至少等于池式冷凝器的壳体的高度或直径。

4、该装置优选通过对现有装置的发明性改进获得。

5、还提供了在根据本发明的装置中进行的尿素生产工艺，该工艺包括向所述汽提塔供应co2进料和向所述高压氨基甲酸酯冷凝器供应nh3，并在至少100巴的压力下操作高压合成段以形成尿素。

1.一种改进现有尿素装置的方法，其中所述现有尿素装置包括高压(hp)合成段，高压合成段包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中改进的装置具有用于冷凝物的从所述冷凝器到所述反应器的第一进料管(f1)的液体流动管线(2)和从所述冷凝器到所述反应器的第二进料管(f2)的单独的气体流动管线(3)，并且所述方法包括改进所述第二进料管以在高于所述第一垂直水平的第二垂直水平(h2)处具有出口。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述替换氨基甲酸酯冷凝器具有水平管束(7)，优选u形管束，并且其中从所述第二垂直水平(h2)到所述反应器底部的距离至少等于(等于或大于)所述管束的高度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法包括在底部反应器隔室(303)中为所述反应器提供用于含氧流体的入口(301)，所述底部反应器隔室设置在所述反应器底部和所述第二垂直水平之间。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述方法包括在所述底部反应器隔室中为所述反应器提供垂直分隔器(304)，其中所述垂直分隔器(304)在所述垂直分隔器和所述反应器壁之间将第一隔室(305)与第二隔室(306)分开，并且其中所述垂直分隔器布置成用于在所述垂直分隔器的底部将所述含氧流体和液体从所述第二隔室(306)接收到所述第一隔室(305)中。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述垂直分隔器是垂直管状分隔器。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中进料管延伸穿过所述第一隔室(305)，优选地，其中所述第二进料管延伸穿过垂直管状分隔器(304)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一垂直水平与所述降膜hp氨基甲酸酯冷凝器的底部出口的垂直水平相同。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一垂直水平与所述替换氨基甲酸酯冷凝器(pc)的壳侧空间的底部相同。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二垂直水平面(h2)处于比所述水平浸没式冷凝器的管束的上部管更高的高度。

11.一种尿素装置，包括高压合成段，所述高压合成段包括：

12.根据权利要求11所述的尿素装置，其中所述第二进料管的出口垂直地位于与所述高压氨基甲酸酯冷凝器的液体出口相同的高度或高于所述高压氨基甲酸酯冷凝器的液体出口；以及优选地所述第一进料管的出口也是如此。

13.根据权利要求11或12所述的尿素装置，其中所述高压氨基甲酸酯冷凝器(pc)的底部和所述反应器的底部位于所述尿素装置的同一垂直水平上。

14.根据权利要求11-13中任一项所述的尿素装置，其中所述反应器包括用于底部反应器隔室(303)中的含氧流体的入口(301)，所述底部反应器隔室设置在反应器底部和所述第二垂直水平面之间。

15.根据权利要求11-14中任一项所述的尿素装置，其中所述反应器包括内部供应装置，所述内部供应装置用于在所述反应器的底部与来自所述池式冷凝器的气体和液体的引入点之间将附加的流体垂直引入所述反应器。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的尿素装置，其中所述反应器包括在所述底部反应器隔室(303)中的垂直分隔器(304)，其中所述垂直分隔器(304)在所述垂直分隔器和所述反应器壁之间将第一隔室(305)与第二隔室(306)分开，并且其中所述垂直分隔器布置成用于在所述垂直分隔器的底部处将所述含氧流体和液体从所述第二隔室(306)接收到所述第一隔室(305)中；优选地，其中所述垂直分隔器是垂直管状分隔器。

17.根据权利要求16所述的尿素装置，其中进料管延伸穿过所述第一隔室(305)，优选地其中所述第二进料管延伸穿过所述第一隔室(305)，优选地其中所述第一隔室(305)由垂直管状分隔器(304)的内部空间提供。

18.根据权利要求11-17中任一项所述的尿素生产装置，其中所述水平浸没式壳管式热交换器包括带盖的水平圆柱形容器，其保持水平管束，并且用于气体的第二进料管的出口与反应器的底部之间的垂直距离(h2)等于或大于所述水平圆柱形容器的直径。

19.一种在根据权利要求11-18中任一项所述的装置中进行的尿素生产方法，所述方法包括向所述汽提塔供应co2进料和向所述高压氨基甲酸酯冷凝器供应nh3，以及在至少100巴的压力下操作所述高压合成段以形成尿素。

20.根据权利要求19所述的尿素生产方法，其中从冷凝器到反应器和从反应器到汽提塔的液体流是重力流。

21.根据权利要求19或20所述的尿素生产方法，其中相对于co2进料，将钝化空气以至少0.3体积%o2的量添加到co2进料中。

22.根据权利要求19-21中任一项所述的尿素生产方法，其中所述立式尿素反应器包括在所述反应器的底部与所述第一进料管和所述第二进料管的出口之间的底部部分，其中所述方法包括将包含钝化剂的流体，例如包含o2的流体，引入所述底部部分中，优选通过用于将包含o2的流体引入所述反应器的所述底部部分中的供应装置。

23.根据权利要求19-22中任一项所述的尿素生产方法，其中所述第二垂直水平(h2)与保持在所述水平浸没式冷凝器中的液位处于相同的高度。

24.根据权利要求19-23中任一项所述的尿素生产方法，其中所述其中所述立式尿素反应器包括在所述反应器的底部与所述第一进料管和所述第二进料管的出口之间的底部部分，其中所述底部部分的高度与维持在所述替换氨基甲酸盐冷凝器（pc）中的液体体积的高度相同。