一种立式组合式尿素合成反应器及包含其的系统的制作方法

本发明属于化工设备领域，特别涉及一种立式组合式尿素合成反应器及包含其的与三聚氰胺装置尾气联产制备尿素的系统。

背景技术：

1、根据尿素法生产三聚氰胺生产原理，其化学反应方程式为：

2、6co(nh2)2＝＝＝c3n6h6+3co2+6nh3

3、理论上每生产1mol三聚氰胺会消耗6mol的尿素，同时产生3mol的co2和6mol的nh3的混合尾气，但是三聚氰胺反应需要过量的氨，不同的三聚氰胺工艺，尾气的氨和二氧化碳组分、压力和温度略有不同。三聚氰胺尾气(以下简称“三胺尾气”)可以制成含氨的其它化工产品，比如碳铵、硫酸铵、硝铵和氯化铵等。除碳铵外，生产其它产品时均排放二氧化碳。三胺尾气副产的其它产品产量巨大、市场容量小、经济性较差，因此与尿素装置联产是三胺尾气最好的处理方案。要与尿素装置联产，三胺尾气必须以液相返回尿素合成的高压系统，而以液相形式回收的三胺尾气必然要带入多余的水，水对尿素合成是不利的，会降低尿素合成的转化率，所以会增加尿素装置的生产负荷和综合能耗，从而增加熔融尿素的生产成本。且传统的尿素生产工艺，无法实现以氨和二氧化碳为原料，生产出的全部或绝大部分熔融尿素用于三聚氰胺的联合生产。三聚氰胺装置消耗尿素装置产能的比重越大，对尿素装置的影响越严重，能耗越高，当达到一定程度时尿素装置无法正常运行。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供了一种立式组合式尿素合成反应器及包含其的与三聚氰胺装置尾气联产制备尿素的系统。其工艺简单、流程短、转化率高、能耗低、反应热能充分回收利用、投资和运行成本低。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种立式组合式尿素合成反应器，包括：

3、上部的反应段和下部的气提段、设置在反应段和气提段之间的气液分布器和升气帽；

4、所述反应器的顶部设置有高压甲铵液入口和气体出口，气提段的下部设置有二氧化碳入口和气提液出口；所述反应段内设置有降液管，所述降液管的顶部位于反应器的顶部，底部连接气液分布器；所述反应器的外部设置有进料管，进料管的上部通过出料口连通反应段上部，进料管的下部通过进料口连通汽提段的上部；

5、高压甲铵液从高压甲铵液入口进入，通过降液管进入气液分布器，汽提段上升的汽提气通过升气帽进入气液分布器，混合的气液混合物自下而上在反应段完成生产尿素的反应，离开反应段的反应液，通过反应段上部的出料口经外部进料管自流至下部汽提段的进料口，反应后的气相经高压甲铵液洗涤后从顶部气体出口排出；

6、从进料口进入的反应液在加热下分解成nh3和co2，被下部来的co2汽提，气提液从反应器底部的气提液出口排出，汽提气经过升气帽进入反应段下部。

7、进一步的，反应段和气液分布器之间设置有冷凝段，在气液分布器内混合的气液混合物自下而上在冷凝段内生产甲胺，再进入反应段，冷凝段的壳侧吸收冷凝热后副产低压蒸汽。

8、进一步的，反应段内设置有一块以上的塔盘。

9、进一步的，反应器的顶部设置有洗涤段，高压甲铵液从高压甲铵液入口进入后在洗涤段与反应后的气相逆流接触洗涤，洗涤后通过降液管进入气液分布器，洗涤后的尾气排出反应器。

10、进一步的，气提段的上部设置有液体分布器。

11、一种用于与三聚氰胺装置尾气联产制备尿素的系统，包括上述的立式组合式尿素合成反应器。

12、进一步的，系统还包括三聚氰胺尾气冷凝器、中压分解回收系统、低压分解回收系统和真空蒸发系统；

13、所述三聚氰胺装置产出的尾气与立式组合式尿素合成反应器气体出口排出的气体、中压系统的甲铵液一起送入三聚氰胺尾气冷凝器内冷凝为次高压甲铵液，

14、三聚氰胺尾气冷凝器内的次高压甲铵液经高压甲铵泵增压后通过高压甲铵液入口送入组合式尿素合成反应器进行反应，组合式尿素合成反应器底部排出气提液进入中压分解回收系统，在中压分解回收系统内被蒸汽加热分解，液相经减压后送至低压分解回收系统，气相用来自低压分解回收系统的甲铵液冷凝吸收形成中压甲铵液，通过次中压甲铵液泵送至三聚氰胺尾气冷凝器；

15、中压分解回收系统的液相进入低压分解回收系统后被加热分解，液相被送至真空蒸发系统提浓后得到熔融尿素，气相用稀氨水进行冷凝吸收，形成低压甲铵液，通过甲铵液泵送至中压系统的冷凝器。

16、进一步的，系统还包括尾气处理系统；所述三聚氰胺尾气冷凝器的不凝气经减压后送入尾气处理系统，在洗涤后得到的稀甲铵液送入低压系统进行回收，其余废气从尾气处理系统排入大气。

17、进一步的，组合式尿素合成反应器操作参数为：12.0～22.0mpag，130～250℃。

18、进一步的，三胺尾气冷凝器的操作压力为4.0～12.0mpag，冷凝温度为130～190℃。

19、本发明的有益效果：

20、(1)将三胺尾气与组合式尿素合成反应器出口气体、甲铵液在三胺尾气冷凝器冷凝，反应热可以副产低压蒸汽，可用于为尿素蒸发浓缩提供能量、为真空蒸发系统提供动力蒸汽。

21、(2)由于三胺尾气的高nh3/co2摩尔比，且组合式尿素合成反应器顶部设置有洗涤层，其可以很好的冷凝吸收下组合式尿素合成反应器上部气体中的co2，因此在尿素与三聚氰胺尾气联产尿素装置中高压合成设备组合成一台设备，布置紧凑，从而降低了尿素装置整体的土建安装高度与设备投资。

22、(3)取消了高压洗涤器的尿素装置也不再需要高压甲铵喷射器，进入尿素装置的nh3的压力也可以随之降低，从而节约了装置的电耗与设备成本，并同时提高了整个装置的操作弹性。

23、(4)三聚氰胺装置返回的含氨和二氧化碳的尾气在三胺尾气冷凝器冷凝并回收热量，故与传统的尿素合成高压系统相比，本发明所述的尿素合成高压系统无需额外设置高压甲铵冷凝器，优化了整个装置的能量回收利用，同时减少了整个装置的投资。

24、(5)本发明所述的组合式尿素合成反应器为立式组合结构，除了可以有效降低装置的设备投资，也可以大大减少设备的占地面积，使得整个装置结构更为紧凑，降低了高压管道的用量。

25、(6)本发明适用于对原有的尿素装置进行联产三聚氰胺的改造，可以将原有的高压甲铵冷凝器直接作为三胺尾气冷凝器，无需增加新的设备；同时也适用于新建不副产或少量副产产品尿素的三聚氰胺联产装置，增加了对最终产品的选择性。

技术特征：

1.一种立式组合式尿素合成反应器，其特征在于包括：上部的反应段和下部的气提段、设置在反应段和气提段之间的气液分布器和升气帽；

2.根据权利要求1所述的用于与三聚氰胺装置尾气联产制备尿素的系统，其特征在于：所述反应段和气液分布器之间设置有冷凝段，在气液分布器内混合的气液混合物自下而上在冷凝段内生产甲胺，再进入反应段，冷凝段的壳侧吸收冷凝热后副产低压蒸汽。

3.根据权利要求1所述的用于与三聚氰胺装置尾气联产制备尿素的系统，其特征在于：所述反应段内设置有一块以上的塔盘。

4.根据权利要求1所述的用于与三聚氰胺装置尾气联产制备尿素的系统，其特征在于：所述反应器的顶部设置有洗涤段，高压甲铵液从高压甲铵液入口进入后在洗涤段与反应后的气相逆流接触洗涤，洗涤后通过降液管进入气液分布器，洗涤后的尾气排出反应器。

5.根据权利要求1所述的用于与三聚氰胺装置尾气联产制备尿素的系统，其特征在于：所述气提段的上部设置有液体分布器。

6.一种用于与三聚氰胺装置尾气联产制备尿素的系统，其特征在于：包括权利要求1至5任一所述的立式组合式尿素合成反应器。

7.根据权利要求6所述的用于与三聚氰胺装置尾气联产制备尿素的系统，其特征在于：所述系统还包括三聚氰胺尾气冷凝器、中压分解回收系统、低压分解回收系统和真空蒸发系统；

8.根据权利要求7所述的用于与三聚氰胺装置尾气联产制备尿素的系统，其特征在于：所述系统还包括尾气处理系统；所述三聚氰胺尾气冷凝器的不凝气经减压后送入尾气处理系统，在洗涤后得到的稀甲铵液送入低压系统进行回收，其余废气从尾气处理系统排入大气。

9.根据权利要求7所述的用于与三聚氰胺装置尾气联产制备尿素的系统，其特征在于：所述组合式尿素合成反应器操作参数为：12.0～22.0mpag，130～250℃。

10.根据权利要求6所述的用于与三聚氰胺装置尾气联产制备尿素的系统，其特征在于：所述三胺尾气冷凝器的操作压力为4.0～12.0mpag，冷凝温度为130～190℃。

技术总结本发明公开了一种立式组合式尿素合成反应器及包含其的与三聚氰胺装置尾气联产制备尿素的系统。立式组合式尿素合成反应器包括：上部的反应段和下部的气提段、设置在反应段和气提段之间的气液分布器和升气帽；本申请在一个设备内实现甲铵分解汽提、甲铵冷凝、尿素合成和合成尾气洗涤，各段之间物料靠压差和密度差流动，无需辅助动力装置，简化了尿素合成高压系统流程，设备布置更紧凑，减少高压管道用量，装置投资更低。物料在冷凝段自下而上流动，传热系数和冷凝温度高，壳侧副产蒸汽的压力高。本发明解决了传统的三聚氰胺尾气与尿素装置联产时尿素装置的能耗增加较多，且尿素装置所产的熔融尿素在全部或绝大部分作为三聚氰胺装置的原料时无法回收对应的三聚氰胺尾气的难题。技术研发人员：孙喜,夏炎华,杨志国,余志文,潘琦,望姣赟,查溪,叶霜,李培钰受保护的技术使用者：中国五环工程有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29