Аппарат для разложения карбамата аммония и способ изготовления аппарата для разложения карбамата аммония

АППАРАТ ДЛЯ РАЗЛОЖЕНИЯ КАРБАМАТА АММОНИЯ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АППАРАТА ДЛЯ РАЗЛОЖЕНИЯ КАРБАМАТА АММОНИЯ Аппарат, использующийся для разложения непрореагировавшего карбамата аммония в подаваемом растворе мочевины в секции синтеза с десорбированием при получении мочевины. Аппарат включает несколько труб теплообменника между верхней камерой и нижней камерой,распределитель жидкости, установленный на каждой трубе теплообменника, и газожидкостной сепаратор совместно с перфорированной корзиной в центре верхней камеры. Меннен Йоханнес Хенрикус,Эйкенбом Йозеф Мария Герардус (NL) Медведев В.Н. (RU) Мочевина может быть получена в результате введения избытка аммиака совместно с диоксидом углерода при давлении от 12 до 40 МПа и при температуре от 150 до 250 С в секцию синтеза мочевины. Получающееся в результате образование мочевины может быть представлено в виде двух последовательных стадий реакции, при этом на первой стадии образуется карбамат аммония в соответствии с экзотермической реакцией (I) после чего на второй стадии полученный карбамат аммония дегидратируют для получения мочевины в соответствии с эндотермической равновесной реакцией (II) Степень, в которой протекают данные реакции, помимо прочего, зависит от температуры и использованного избытка аммиака. Продукт реакции получают в форме раствора мочевины, обычно содержащего мочевину, воду, несвязанный аммиак и карбамат аммония. Карбамат аммония и аммиак из раствора удаляют и предпочтительно возвращают в секцию синтеза мочевины. В дополнение к вышеупомянутому раствору в секции синтеза мочевины образуется и газовая смесь, которая состоит из непрореагировавших аммиака и диоксида углерода совместно с инертными газами, это так называемые отходящие газы реактора. Секция синтеза мочевины может включать раздельные зоны для получения карбамата аммония и мочевины. Данные зоны также могут быть и объединены в одном аппарате. Установка десорбирования при получении мочевины понимается как установка при получении мочевины, в которой разложение карбамата аммония, который не превратился в мочевину, и удаление обычного избытка аммиака происходят в основном при давлении, которое, по существу, является почти что равным давлению в реакторе синтеза. Данные разложение и удаление имеют место в одном или нескольких десорберах, установленных по ходу технологического потока после секции синтеза мочевины,возможно при помощи десорбирующего газа, такого как, например, диоксид углерода и/или аммиак, и при подводе тепла. Также можно использовать и термический десорбер. Термическое десорбирование обозначает использование для разложения карбамата аммония и удаления аммиака и диоксида углерода из раствора мочевины исключительно подвода тепла. Газовый поток, покидающий термический десорбер и содержащий аммиак и диоксид углерода, конденсируют в конденсаторе высокого давления, а после этого возвращают в секцию синтеза мочевины. В установке десорбирования при получении мочевины зона синтеза функционирует при температуре 160-240 С, а предпочтительно при температуре 170-220 С. Давление в реакторе синтеза составляет 12-21 МПа, предпочтительно 12,5-20 МПа. Молярное соотношение между аммиаком и диоксидом углерода (соотношение N/C) в секции синтеза мочевины установки десорбирования обычно находится в диапазоне от 2,2 до 5, а предпочтительно от 2,5 до 4,5, моль/моль. Секция синтеза может представлять собой один реактор или множество реакторов, скомпонованных параллельно или последовательно. После десорбирования давление десорбированного раствора мочевины при извлечении мочевины уменьшают, а раствор мочевины концентрируют в результате выпаривания воды. Полученный поток карбамата, образованный в секции извлечения, функционирующей при давлении, меньшем, чем давление в секции синтеза мочевины, предпочтительно возвращают в секцию синтеза мочевины. Секция извлечения может состоять из одной секции или множества последовательно скомпонованных секций извлечения. Часто использующимся способом получения мочевины в соответствии со способом десорбирования является способ десорбирования аммиака от компании Snamprogetti, описывавшийся, например, в патенте 1188051, опубликованном 15 апреля 1970 г. В таком способе десорбирования при получении мочевины разница давлений между реактором и десорбером высокого давления обычно составляет от 0,1 до 5 МПа, а предпочтительно от 0,5 до 0,2 МПа. Подаваемый материал диоксида углерода в данном способе обычно полностью добавляют в реактор. Подаваемый материал диоксида углерода содержит инертные пары, а зачастую к данному диоксиду углерода подают воздух для сохранения стойкости материалов,использующихся при синтезе, к избыточной коррозии. Покидающий реактор раствор мочевины, содержащий мочевину, воду и непрореагировавший карбамат аммония совместно с инертными парами, которые содержат непрореагировавшие газообразные аммиак и диоксид углерода, после мгновенного испарения подают в десорбер высокого давления. Десорбер высокого давления представляет собой теплообменник, включающий кожух и одну или несколько труб. В межтрубное пространство подают водяной пар, который подводит требуемое тепло, необходимое для прохождения реакции разложения карбамата аммония на пары аммиака и диоксида углерода. В верхней части труб добавляют раствор мочевины, и жидкость протекает в виде жидкой пленки вдоль трубы до нижнего канала десорбера. Пары, высвобожденные в результате прохождения реакции разложения карбамата аммония, покидают трубы теплообменника в верхней части. Для улучшения эффективности разложения возможным является добавление десорбирующего газа в нижней части труб теплообменника. Возможной является также и подача воздуха в нижней части теплообменника для защиты материала технологической части аппарата от избыточной коррозии. Избыточная коррозия понимается как серьезное травление конструкционного материала. Изобретение относится к аппарату для разложения карбамата аммония в секции синтеза мочевины установки десорбирования при получении мочевины, включающей несколько труб теплообменника ме-1 022597 жду верхней камерой и нижней камерой. Заявитель обнаружил аппарат, также называемый десорбером высокого давления, который оптимизирует распределение жидкости по трубам теплообменника для улучшения эксплуатационных характеристик десорбера высокого давления. Десорберы высокого давления современного уровня техники зачастую страдают от избыточной коррозии труб теплообменника, а также от уменьшения эффективности разложения карбамата аммония. Пониженная эффективность приводит к прохождению избыточного количества карбамата аммония из десорбера высокого давления в расположенную по ходу технологического потока дальше секцию (секции) извлечения, что вызывает появление ограничений установки по мощности и/или избыточных выбросов аммиака. Данную проблему разрешают при использовании аппарата настоящего изобретения, в котором верхняя камера включает газожидкостной сепаратор. Газожидкостной сепаратор в верхней камере десорбера высокого давления отделяет газовую фазу от жидкой фазы до прохождения распределения жидкости по трубам теплообменника десорбера. Трубы теплообменника снабжают распределителем жидкости, который обеспечивает получение равномерной нагрузки по раствору мочевины для каждой трубы теплообменника. Как это ни удивительно, но это в результате приводит к равномерному распределению жидкости по трубам теплообменника данного десорбера, что, таким образом, позволяет избежать появления избыточной коррозии данных труб и приводит к получению оптимальной эффективности десорбера. В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения верхняя камера дополнительно включает перфорированную корзину для распределения жидкости в центре верхней камеры аппарата. В результате использования упомянутой перфорированной корзины для распределения жидкости получают еще лучшее распределение жидкости по трубам теплообменника. Предпочтительно газожидкостной сепаратор относится к тангенциальному типу или циклонному типу. Газожидкостной сепаратор и/или корзина для распределения могут быть изготовлены из нескольких материалов, подобных нержавеющей стали, титановому или циркониевому биметаллическому материалу. Предпочтительно материал представляет собой феррит/аустенит, как это, например, описывается в патенте США 5582656. Изобретение будет более подробно разъяснено ниже при использовании чертежей. Фиг. 1 представляет собой схематическую диаграмму, описывающую типичный способ десорбирования при получении мочевины современного уровня техники. Фиг. 2 демонстрирует один пример распределения жидкости по трубам теплообменника, соответствующим изобретению. Фиг. 3 демонстрирует один пример верхнего канала аппарата, соответствующего изобретению. На фиг. 1 диоксид углерода добавляют в реактор (1) в секции синтеза мочевины способа десорбирования при получении мочевины через линию (11). Диоксид углерода может содержать инертный газ,обычно воздух, для предотвращения появления избыточной коррозии. В реакторе (1) протекает реакция гидратации с превращением карбамата аммония в мочевину. Реакцию обычно проводят при давлении от 14 до 18 МПа, но также возможны и другие давления. Полученный раствор мочевины, имеющий температуру от 175 до 190 С, совместно с инертными парами отправляют в десорбер (4) через двухфазную линию (13). В данной линии (13) обычно устанавливают клапан для обеспечения получения разницы давлений в диапазоне приблизительно от 0,2 до 2 МПа между реактором (1) и десорбером (4), что позволяет провести мгновенное испарение для раствора мочевины. В десорбере (4) происходит разложение непрореагировавшего карбамата аммония. Десорбер высокого давления обычно включает теплообменник кожухотрубного типа. Для подачи тепла, необходимого для прохождения реакции разложения, в межтрубное пространство данного теплообменника подводят тепло при использовании насыщенного водяного пара (23), имеющего давление от 1 до 3 МПа. Десорбированный раствор мочевины покидает зону синтеза, поступая в одну или несколько технологических секций (секцию), расположенных по ходу технологического потока дальше, через линию жидкости (15). Пары, покидающие десорбер (4) через линию (14), отправляют в конденсатор карбамата (3) в секции синтеза мочевины. Карбамат аммония, полученный в расположенной по ходу технологического потока дальше секции (секциях) извлечения, повторно вводят в секцию синтеза по линии (20) через конденсатор карбамата (3). Тепло, высвобожденное в результате прохождения реакции с участием карбамата аммония (I), обычно используют для выработки водяного пара, который используют, например, в нагревателях и эжекторах в расположенных по ходу технологического потока дальше технологических секциях установки десорбирования при получении мочевины. Конденсатором карбамата (3) может быть конденсатор, относящийся к типу с падающей пленкой, конденсатор, относящийся к типу с паровым пространством, а также конденсатор, относящийся к погружному типу. Полученный карбамат аммония совместно с непрореагировавшими газообразными аммиаком и диоксидом углерода отправляют через линию (16) в газожидкостной сепаратор (2), в котором паровую фазу отделяют от жидкой фазы. Паровая фаза покидает зону синтеза через линию (18), и ее обычно отправляют в расположенную по ходу технологического потока дальше секцию (секции) извлечения, которая функционирует при давлении, меньшем, чем давление в секции синтеза. Жидкую фазу, содержащую карбамат аммония, воду, растворенные аммиак и диоксид углерода, а в некоторых случаях и мочевину,отправляют через линию (17) в эжектор аммиака высокого давления (5). Эжектор аммиака высокого давления (5) увеличивает давление упомянутой жидкости на величину приблизительно от 0,2 до 2 МПа. В качестве движущей силы используют аммиак, вводимый через линию (19). Перед использованием аммиака в качестве движущей силы для эжектора (5) аммиак может быть нагрет. Полученный карбамат аммония совместно с аммиаком отправляют через линию (12) в реактор (1), где протекает реакция синтеза мочевины вплоть до ее приближения к равновесию, описанному в реакции (II). Молярное соотношение между аммиаком и диоксидом углерода в зоне синтеза обычно составляет от 2,2 до 5, а, говоря более конкретно, от 2,5 до 4. Фиг. 2 демонстрирует один пример верхней камеры аппарата, соответствующего изобретению. Смесь газа и раствора мочевины из реактора получения мочевины (1) в секции синтеза поступает в верхний канал реактора через трубу (13), соединенную с газожидкостным сепаратором (6). Данный газожидкостной сепаратор (6) предпочтительно относится к тангенциальному типу или циклонному типу. В газожидкостном сепараторе (6) газовую фракцию отделяют от жидкой фракции. Газовая фракция покидает газожидкостной сепаратор в верхней части через трубу (14), которая соединяется с верхней частью верхней камеры. Жидкую фракцию выпускают через линию (21) в перфорированную корзину для распределения жидкости (7), откуда жидкость распределяется по диаметру поперечного сечения верхней камеры, таким образом создавая уровень жидкости (40) над распределителями жидкости (50). Благодаря распределителям жидкости (50) каждую трубу теплообменника (10) нагружают раствором мочевины равномерно. Пары, высвобожденные в результате разложения карбамата аммония в растворе мочевины,покидают трубу теплообменника (10) через газовую трубу (8), поступая в верхнюю часть верхней камеры. Данные пары совместно с газом из газожидкостного сепаратора (6) покидают десорбер через сопло(не показано) и трубу (14), поступая в технологическую часть в секции синтеза мочевины. Фиг. 3 демонстрирует один пример одного варианта осуществления распределения жидкости по трубам теплообменника, соответствующим изобретению. Жидкость (21) из газожидкостного сепаратора поступает в корзину для распределения жидкости(7), которая располагается в центре верхней камеры десорбера. Для обеспечения получения стационарного уровня жидкости над трубной решеткой (9) корзина может быть снабжена несколькими отверстиями или может состоять из рамы с мелкоячеистой сеткой. Корзина приводит к равномерному распределению жидкости по площади поперечного сечения верхней камеры десорбера. Эксплуатационные характеристики при десорбировании будут оптимальными в случае равенства нагрузки по жидкости для каждой трубы теплообменника. В соответствии с изобретением это реализуют в результате создания и обеспечения наличия постоянного гидростатического напора жидкости h1 над распределителем жидкости (50) для каждой трубы теплообменника (10). Разница гидростатических напоров для каждого из распределителей жидкости (50) по диаметру поперечного сечения верхнего канала должна быть менее чем 200 мм, а предпочтительно разница является не большей чем 100 мм. Для получения по возможности наименьшей разницы гидростатических напоров для распределителей жидкости (50) корзину для распределения жидкости перфорируют, используя от 1 до 6 отверстий для жидкости, а предпочтительно от 2 до 4 отверстий для жидкости. Диаметр отверстий в распределителе жидкости составляет от 1 до 4 мм, а предпочтительно от 2 до 3 мм. Полученные пары в трубе теплообменника (10), обусловленные разложением карбамата аммония с образованием аммиака и диоксида углерода и там, где это уместно, наличием дополнительного десорбирующего газа, покидают трубу теплообменника (10) через газовую трубу (30). Десорбер разрабатывают таким образом, чтобы уровень жидкости при всех обстоятельствах был бы меньшим, чем длина газовых труб (8). Это может быть получено в результате варьирования размера распределителей жидкости (50). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Аппарат для разложения карбамата аммония в секции синтеза мочевины установки десорбирования при получении мочевины, включающий несколько труб теплообменника между верхней камерой для сбора и вывода газов и нижней камерой для сбора и вывода раствора мочевины, в котором верхняя камера включает газожидкостной сепаратор и в котором каждая труба теплообменника снабжена распределителем жидкости, данный аппарат дополнительно включает перфорированную корзину для распределения жидкости в центре верхней камеры аппарата. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что корзина для распределения жидкости является перфорированной с отверстиями диаметром 1-4 мм, предпочтительно диаметром 2-3 мм, или корзина представляет собой раму с ячеистой сеткой. 3. Аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что газожидкостной сепаратор и/или корзина для распределения изготовлена из нержавеющей стали, титана или циркония или предпочтительно феррит/аустенитного материала. 4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что газожидкостной сепаратор относится к тангенциальному типу или циклонному типу. 5. Способ изготовления аппарата по п.1 для разложения карбамата аммония в секции синтеза мочевины установки десорбирования при получении мочевины, в котором устанавливают несколько труб теплообменника между верхней камерой и нижней камерой, в верхнюю камеру включают газожидкостной сепаратор, при этом каждую трубу теплообменника снабжают распределителем жидкости, и где аппарат дополнительно включает перфорированную корзину для распределения жидкости в центре верхней камеры аппарата.