CN1085106C - 反应物料逗留时间均布的尿素合成塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反应物料逗留时间均布的尿素合成塔。在尿素合成塔底部，所有的物料包括氨、二氧化碳和氨基甲酸铵等，都分别通过各自的流体分布器进入合成塔，使料液一进入合成塔即达到全截面均布，从根本上消除由于进料所引起的底部流速、浓度和温度的不均匀分布的状态；塔上部的尿液出料口和下部少量尿液出料口，亦分别设置流体分布器，使其均匀出料。从而使整个合成塔的液流均处于全截面均匀分布状态，实现反应物料逗留时间均布，克服了现有技术塔内流体严重逆向混和的局面，有效地提高了反应转化率。

Description

反应物料逗留时间均布的尿素合成塔

本发明属于尿素生产技术领域，涉及一种尿素合成塔。

众所周知，尿素是一种优质化肥，也是一种重要的化工原料。尿素的合成反应分两步进行：首先是氨和二氧化碳作用生成氨基甲酸铵，其反应式为：

                 而后是氨基甲酸铵脱水生成尿素，其反应式为：

               第一步生成氨基甲酸铵(简称甲铵)的反应是放热反应，比较容易进行，第二步生成尿素的反应是吸热的，需要在高压的尿素合成塔中进行。因此，尿素合成塔是尿素生产的关键设备。

为了满足反应物料在尿素合成塔中有足够的停留时间并减少逆向混和，目前工业上使用的尿素合成塔除设计成较大的高径比外，还在塔内设置了多块塔板，以减少流体的逆向混和现象。即便如此，塔内流体的逆向混和现象仍十分严重。为了改变这种状况，美国专利U.S.Patent 5,304,353，Apr.19,1994公开了一种具有凹凸结构筛板的尿素合成塔，使转化率得到了一些提高。但是，具有这种结构的尿素合成塔依然没有从根本上解决塔内流体的逆向混和问题，主要原因是：1.尿素合成塔底部料液入口均采用直管直接进料，这些料液以射流形态进入塔体内，由于尿素合成塔的直径一般均较大，空间也较大，致使塔截面上的流速和浓度严重不均；由于反应热效应的相关性，温度分布也因此很不均匀。在这种低流速场合下的混合过程，藉助一般的筛板或旋流板往往是无效的，因为它只能在相当大的高径比的空间中方能完成，其后果是明显降低尿素合成塔的反应转化率；2.尿素合成塔上部尿液出口处和下部少量尿液出口处，尿液是通过直管或喇叭口管直接导出的，由于出料管的直径远小于塔径，必然导致塔截面流速分布严重不匀，影响全塔物料停留时间的均匀分布，从而造成转化率的降低。据此，必须开发研究一种消除流体逆向混和的新型尿素合成塔，以满足工业生产增产挖潜的需要。

本发明的目的在于公开一种具有进料和出料流体分布器的尿素合成塔，使反应物料在整个尿素合成塔内全截面均匀流动，从而使浓度、温度和停留时间沿塔截面能均匀分布，彻底消除流体逆向混和，实现反应物料逗留时间均布，克服现有技术的上述缺陷，以获得较现有技术更接近平衡态的尿素转化率。

本发明的构思是这样的：

在尿素合成塔底部，所有的物料包括氨、二氧化碳和甲铵，都分别通过各自的流体分布器进入合成塔，使料液一进入合成塔即达到全截面均布，从根本上消除由于进料所引起的底部流速、浓度和温度的不均匀分布状态；在塔上部的尿液出料口和下部少量尿液出料口，亦分别设置流体分布器，使其均匀出料。从而使整个合成塔的液流均处于全截面均匀分布状态，实现反应物料逗留时间均布，克服现有技术塔内流体严重逆向混和的缺陷，以有效地提高反应转化率。

依据上述构思，本发明公开了一种具有进、出料全截面分布器的尿素合成塔。目前，工业上使用的尿素合成塔由于流程不同，结构略有不同，下面将结合附图对本发明的技术方案作详细的说明。

图1为具有全截面均布器的水溶液全循环法尿素合成塔的示意图。图2为具有全截面均布器的二氧化碳气提法尿素合成塔的示意图。图中：

      1————塔体               2————甲铵进口分布器

      3————塔板               4————尿液出料管

      5————尿液出料分布器

      6————二氧化碳进口分布器

      7————液氨进口分布器

      8————少量尿液出料分布器

      9————氨与二氧化碳气体进口分布器

     10————进料管

图1所示的水溶液全循环法尿素合成塔为一个组合体，主要由塔体1、甲铵进口分布器2、塔板3、尿液出料管4、尿液出料分布器5、二氧化碳进口分布器6、液氨进口分布器7和进料管10等部件所构成。高径比一般为11～21。尿液出料分布器5设置于塔的上部，为安装方便，尿液出料管4可采用承插结构。甲铵进口分布器2、二氧化碳进口分布器6和液氨进口分布器7设置于塔的底部。塔板3设置于塔内，现有尿素合成塔通常为2～10块，可采用平板筛孔型、凹凸板筛孔型或旋流板型等。尿液出料分布器5、液氨进口分布器7、二氧化碳进口分布器6、甲铵进口分布器2均采用机械方法与塔内壁相固接。生产时，甲铵、二氧化碳和液氨分别由塔底通过各自的分布器进入合成塔，反应后的尿液则由尿液出料分布器5通过出料管4流出塔外。

为满足尿素两步反应的机理以及确保物料入塔后具有足够的反应空间，各个进料分布器的位置均应合理安排。具体的结构参数如下：

液氨进口分布器7与塔底的间距H为(0.15～0.45)D，D为合成塔的内径；

液氨进口分布器7与二氧化碳进口分布器6之间的间距H₁为(0.05～0.45)D；

二氧化碳分布器6与甲铵分布器2之间的间距H₂为(0.10～1.0)D；

出料分布器的位置可与现有的合成塔中的出口管齐平。

图2所示的二氧化碳气提法尿素合成塔为一个组合体，主要由塔体1、甲铵进口分布器2、塔板3、尿液出料分布器5、少量尿液出料分布器8以及氨和二氧化碳气体进口分布器9所构成。高径比一般为11～21。

尿液出料分布器5设置于塔的上部，氨和二氧化碳气体进口分布器9以及甲铵进口分布器2设置于塔的底部，少量尿液出料分布器8设置于塔的下部。塔板3设置于塔内，现有尿素合成塔通常为2～10块，可采用平板筛孔型、凹凸板筛孔型或旋流板型等。尿液出料分布器5、少量尿液出料分布器8、氨和二氧化碳气体进口分布器9、甲铵进口分布器2均采用机械方法与塔内壁相固接。生产时，氨和二氧化碳气体、甲铵分别通过各自的分布器由塔底进入塔内，而下部少量尿液则通过分布器8由塔底流出，成品尿液通过尿液出料分布器5由塔底流出。具体的结构参数如下：

氨和二氧化碳气体进口分布器9与塔底的间距H₃为(0.15～0.45)D；

氨和二氧化碳气体进口分布器9与甲铵进口分布器2的间距H₄为(0.05～0.40)D；

下部少量尿液出料分布器8和成品尿液出料分布器5的位置与现有的设备的出料口相同。

所说的各个分布器可采用常规的流体分布器，如管枝形分布器、环管形分布器和方槽式分布器等多种型式。

图3为图1中的A-A向示图。其分布器为管枝形分布器。图中：

  11————总管            12————支管

  13————支承件

图4为图3中的B-B向示图。图中：

  14————小孔

料液通过进料管10进入总管11，然后通过支管12由小孔14进入合成塔。所说的分布器通过支承件13与塔内壁相固接。

由于在尿素合成塔内设置了进料和出料分布器，并对各个分布器的位置进行了合理的安排，从根本上消除了原有技术的流体分布严重不均匀状态，确保整个尿素合成塔的流体均处于全截面均匀流动，从而使浓度、温度和停留时间沿塔截面均能均匀分布，因此，尿素合成反应能在流体有序流动的状态下进行，其转化率将有明显的提高，是一种高效的尿素合成塔。

本发明除适用于上述的水溶液全循环法尿素合成塔和二氧化碳气提法尿素合成塔外，尚适用于其它各种流程的尿素合成塔。

Claims (2)

1.一种反应物料逗留时间均布的尿素合成塔，其特征在于：在尿素合成塔底部，设有甲铵进口分布器(2)、二氧化碳进口分布器(6)和液氨进口分布器(7)；在尿素合成塔上部设有尿液出料分布器(5)；

尿液出料分布器(5)、液氨进口分布器(7)、二氧化碳进口分布器(6)、甲铵进口分布器(2)均采用机械方法与塔内壁相固接；

液氨进口分布器(7)与塔底的间距为塔内径的0.15～0.45倍；

液氨进口分布器(7)与二氧化碳进口分布器(6)之间的间距为塔内径的0.05～0.45倍；

二氧化碳进口分布器(6)与甲铵进口分布器(2)之间的间距塔内径的0.10～1.0倍；

出料分布器(5)的位置可与现有的尿素合成塔中的出口管齐平。

2.如权利要求1所述的尿素合成塔，其特征在于：在尿素合成塔底部，设有少量尿液出料分布器(8)以及氨和二氧化碳气体进口分布器(9)；

氨和二氧化碳气体进口分布器(9)和少量尿液出料分布器(8)均采用机械方法与塔内壁相固接；

氨和二氧化碳气体进口分布器(9)与塔底的间距为塔内径的0.15～0.45倍；

氨和二氧化碳气体进口分布器(9)与甲铵进口分布器(2)的间距为塔内径的0.05～0.40倍；

少量尿液出料分布器(8)的位置与现有的设备相同。

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