專利名稱：尿素的合成方法和高產(chǎn)率的反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過氨(NH3)和二氧化碳(CO2)的合成反應(yīng)來生產(chǎn)尿素的方法和相關(guān)的高產(chǎn)率反應(yīng)器，所述的反應(yīng)器實質(zhì)上由一種帶有內(nèi)襯、能耐高壓和高溫的殼體組成。
更確切地說，本發(fā)明涉及一種“一次通過”型、用于合成尿素的反應(yīng)器，其進(jìn)料僅為純的反應(yīng)物NH3和CO2，并在高于25MPa和高于160℃下操作。
在一題為“一種以可變產(chǎn)率的方式生產(chǎn)尿素的新方法及其在現(xiàn)有裝置中的應(yīng)用”的近期專利申請說明書中，描述了一種新的生產(chǎn)尿素的方法，其特征在于，無需循環(huán)，即以純反應(yīng)物作為原料，在一高產(chǎn)率“一次通過”的反應(yīng)器中生產(chǎn)尿素。
為了完善這一思想，一次通過的反應(yīng)器在過去得到了廣泛的應(yīng)用，而且，其中大多數(shù)仍在操作中。例如，所謂的“祝融星(Vulcan)”反應(yīng)器。眾所周知，該反應(yīng)器在400kg/cm2(39.2MPa)和215℃下操作，NH3/CO2的摩爾比為4.5，產(chǎn)率為80%。如果采用高的操作溫度(比傳統(tǒng)的循環(huán)反應(yīng)器高約25℃)，反應(yīng)器里面就得襯以鋯，以防止因采用較便宜的材料(特別是Sandvik 2RE69型鋼、尿素級AISI316等)時會產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象，這種腐蝕現(xiàn)象，即使在采用合適的方法對反應(yīng)器壁進(jìn)行鈍化處理后(如采用含有或不含H2O2的氧氣O2進(jìn)行鈍化)亦會發(fā)生。
由于熱平衡，必須以較冷的反應(yīng)物作為反應(yīng)器的進(jìn)料(CO2在120-150℃、液NH3約80℃)。
從腐蝕的角度來看，由于采用了鋯襯里，上述高產(chǎn)率反應(yīng)器有最大的可靠性。然而，由于鋯昂貴，裝置的總費用極高。對新的可變產(chǎn)率的方法來說，這將大大影響總投資。
令人驚奇的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過使用一附加的襯套(套管)，使相對冷的氨在所形成的空隙中循環(huán)的方法，可使與本方法有關(guān)的金屬的操作溫度至少降低15-20℃，從而可使用較便宜的材料(如尿素級AISI316，2RE69等)和傳統(tǒng)的鈍化體系(O2)，有可能維持與鋯作襯里的方法相同的可靠性。
在一優(yōu)選的實施例中，反應(yīng)器裝有一種用普通材料(不銹鋼)制成的附加保護(hù)襯套(套管)，該襯套不是剛性地焊接在耐壓殼體的內(nèi)壁，而是由一種上部焊接在所述的、采用傳統(tǒng)方法襯里和用普通材料(如AISI316，2RE69鋼等)制成的殼體上，下部可自由膨脹的套層(套管)組成，以便在殼體和套管之間留有間隙。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，使進(jìn)料NH3以比較低的溫度流過所述的間隙或空隙，如低于100℃，最好為80℃左右，從而冷卻附加的保護(hù)襯里和套層或反應(yīng)器的殼體，足以避免腐蝕現(xiàn)象(如比操作溫度低20-30℃)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，由合成反應(yīng)產(chǎn)生的和NH3熱交換的熱量保持在較低的值，從而不會影響反應(yīng)器的操作溫度。有利的是，任何情況下，在參與反應(yīng)的氨中都會產(chǎn)生這種交換熱，從而沿著反應(yīng)區(qū)將有可能產(chǎn)生更均一的溫度。
傳統(tǒng)的分配板仍采用薄的鋯，因為它在最高溫度下操作(215-220℃)。
通過實施例(優(yōu)選的但不限于)的描述將會更清楚地顯出本發(fā)明的各個方面和優(yōu)點，見本申請的附圖
，這兩張示意圖是反應(yīng)器軸向剖面圖。
圖中，M表示普通鋼材制造的傳統(tǒng)耐壓殼體。
M中，可見一套層或套管(CAM)，是采用不特別貴(AISI316，2RE69，等)的不銹鋼制成，其特征在于僅套管(CAM)的上部(SA)，環(huán)形焊接在M園柱體的尾部，而且封死;
(CAM)的下部(EI)實質(zhì)上是開口的，可向殼體的底部自由膨脹;
在CAM的外壁(底部開口而上部封死)和M的內(nèi)壁形成空隙或間隙(GAP)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在略低于焊點(SA)的區(qū)域10中，引入較低溫度的液氨(如約80℃)，該液氨在GAP中形成環(huán)流，并從底部離開EI，從而使整個M園柱的壁冷卻。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，NH3的溫度和循環(huán)量為它不僅能使M得到恰到好處的冷卻，即不再需要昂貴的鋯襯里，而僅用普通鋼，而且它不會對合成反應(yīng)物的溫度產(chǎn)生不利的影響。有利的是，僅上面穹形部分(CU)未受液NH3循環(huán)的影響，得用鋯作內(nèi)襯;然而，這種高質(zhì)量的襯里(RE)僅覆蓋了尿素反應(yīng)器(RU)的一極小部分。傳統(tǒng)的分配板(PE)仍采用鋯，但其厚度不很大。CO2從RU的底部通過管線1和分配器(D)引入。
圖2中圖示了一種特別優(yōu)異的RU反應(yīng)器的實施例，在M里面(包括CAM套管)可能有設(shè)備的頂端開口、脫模和替換品。
由圖2可見，NH3的入口10在SA上部，因此NH3流同樣能籠罩穹形部分(CU)，CU不再需要采用鋯。僅分配板(PE)和噴嘴(BE)仍采用鋯。焊接處(SA)使得NH3能流過整個間隙(GAP)。
權(quán)利要求
1.一種用純氨和二氧化碳作為原料、通過采用在高壓和高溫下操作的一次通過的反應(yīng)器(即無需循環(huán))來高產(chǎn)率合成尿素的方法，其特征在于，純氨在進(jìn)入反應(yīng)空間之前，先基本上在整個內(nèi)壁或反應(yīng)器殼體上循環(huán)，所述氨的溫度和循環(huán)量要a)冷卻所述的反應(yīng)器殼體，以致于不再需要采用昂貴的特殊材料作料里；b)不會明顯影響反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，氨在低于150℃下，最好在80℃左右進(jìn)料，并循環(huán)以便使反應(yīng)殼體的溫度降低到足以避免腐蝕現(xiàn)象。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中合成反應(yīng)的溫度為190-240℃，特別是215℃，壓力為200-450巴，特別是400巴，氨進(jìn)料溫度為50-150℃，特別是80℃，CO2進(jìn)料溫度為120-150℃，并引入氧氣作為鈍化劑。
4.用于實現(xiàn)前述權(quán)利要求所述方法的反應(yīng)器，包括一個殼體或耐壓筒體和用于殼體的襯里，其特征在于，襯里不再采用昂貴的特殊材料而只是不銹鋼制成，該襯里是一種套管，其上部(SA)焊接在殼體(M)上，下部(EI)不固定，并同殼體(M)形成用于較冷氨循環(huán)的空隙(GAP)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的反應(yīng)器，其特征在于，NH3進(jìn)料管道(10)剛好在不銹鋼套管襯里(CAM)的焊縫下，僅反應(yīng)器(RU)的穹形上部(CU)以鋯作料里。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)器(RU)的上部(C.APR)是可拆卸的，NH3管道(10)置于較高的位置，高于(SA)，以便NH3流也能流過穹形部分(CU)，僅與上部開口(C.APR)相連的噴嘴(BE)得以鋯作襯里。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用純氨和二氧化碳作為原料、通過在高壓和高溫下操作的“一次通過”反應(yīng)器(即無需循環(huán))高產(chǎn)率合成尿素的方法(和相關(guān)的反應(yīng)器)，其特征在于，純氨在進(jìn)入反應(yīng)空間之前，先在幾乎整個內(nèi)壁或反應(yīng)器殼體上循環(huán)，所述氨的溫度和循環(huán)量要a)冷卻所述反應(yīng)器殼體，以致于不再需要采用昂貴的特殊材料作襯里；b)不會明顯影響反應(yīng)。
文檔編號B01J19/02GK1064483SQ91111108
公開日1992年9月16日 申請日期1991年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1990年11月26日
發(fā)明者G·帕加尼 申請人:尤里卡薩林股份公司