专利名称：以脱水载带法制备尿素包裹体的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及尿素制备设备，特别涉及以脱水载带法制备尿素包裹体的设备。
尿素合成工业自60年代起兴起水溶液全循环法，在此基础上又陆续开发出“改良C法”和“CO2汽提法”从而，形成了现代尿素合成工业的大型和中型生产成套设备，一直延用至今。几十年来，虽然在设备大型化改造、新结构和耐蚀材料的大量应用、微机集中控制和生产过程自动化等方面已经取得了长足进步，成为世界氮肥工业的主导潮流，但是，这一切都是基于尿素的水溶液平衡合成反应，所以不可避免地存在如下问题1)由液氨与CO2气体直接合成尿素的反应
是一个可逆的放热反应，水溶液全循环法等也都是以反应物料与反应产物达到化学平衡为其反应终点，而影响这一化学平衡的因素很多，例如进料的NH3/CO2(分子比)、反应的压力、温度、水碳比(H2O/CO2分子比))、二氧化碳平衡转化率，合成塔内流体力学条件(防上返混)等都必须进行优化控制，这样才能使尿素的实际转化率接近平衡转化率，所以，一般合成塔中尿素合成转化率只有50-70％以CO2投料计算)。
2)未转化成尿素的原料气和作为中间产物的氨基甲酸铵(简称甲铵)须经气液分离、CO2汽提分解甲铵、低温吸收、变温增压才能重新返回尿素的合成塔进行循环，达到充分利用原料和甲铵的目的、而由于这一回收循环过程，却增加了大量的生产设备，运行费用和能源，从而尿素的生产成本也随之增加。
3)在尿素合成早期引入适量水份有利于作为中间产物的氨基甲铵的生成，但在该甲铵脱水生成尿素的过程中又会使水不断增加，反过来又会抑制甲铵的分解，因此，使这后一反应速度减缓，以至成为控制反应。现有技术中的各种尿素合成流程中在其合成工段投有作为后一反应的反应产物即水和尿素的脱除机制，所以尿素合成反应不可能进行到底，同时也降低了经气流分离等复杂工序所获得的尿素水溶浓的浓度，该水溶液须经闪蒸和多级蒸发的浓缩处理才能得到尿素的熔融液，再送往造粒塔造粒，无形中拉长了尿素的生产流程，又增加许多设备。显然，水的引入会使生产设备得以完善，实现全流程的液相流动输送和原料气的充分利用。但这是靠扩大能耗、运行费用和增加许多设备换来的。
4)流程产生的工艺废水和废气必须用许多设备进行处理后才能排放。
5)由于生产过程过于复杂，设备多，要求严格控制的参数和严格掌握的操作也多，因而，所需训练有素的技术人员就多。
6)须设有专门的造粒塔进行尿素的造粒。
本发明目的在于；改进现有生产尿素的复杂工艺和庞大设备，提供一种以脱水载带法制备尿素包裹体的设备，即设法把二氧化碳和液氨生成氨基甲酸铵、再生成尿素和水这样的可逆反应体系中的水和尿素不断分离出去，使可逆反应向生成尿素的方向加速进行，达到一次反应到底的要求，从而缩短生产流程，减少设备数量，降低造价和运行费用，提高生产效率，降低产品成本，同时减少废水、以有利于环保。
本发明的目的是这样实现的提供以脱水载带法制备尿素包裹体的设备，在以脱水载带法制备尿素包裹体的设备中，在尿素，合成系统前具有液氨储槽、液氨尿、二氧化碳压缩机，在尿素合成系统后具有尾气回收段，其特征在于所述尿素合成系统由甲铵合成塔和脱水载带塔组成，所述甲铵合成塔和脱水载带塔连同原料液氨预热管、二氧化碳预热管和氨基甲酸铵水溶液的预热管三者紧密安装在同一个保温容器中，预热温度达135℃，在所述甲铵合成塔中液氨和二氧化碳反应生成作为中间产物的氨基甲酸铵，所述甲铵合成塔是不锈钢衬里板式多层塔，层数8～10层，有效空间为500～700×10000～15000mm，设有斜孔融板，在塔温最高即热点的8米处上端设有横向溢流管与脱水载带塔上部相通，甲铵溶液从其中流向脱水载带塔的上部，所述脱水载带塔的有效空间与甲铵反应塔者相同，是不锈钢衬里空心塔，在其顶部设有脱水剂振动喷洒器，在其底部设有尿素包裹体收集器，在该尿素包裹体收集器上设有真空泵，在该尿素包裹体收集器之后设有滚筒均粒干燥机。所述脱水剂振动喷洒器以1.0—10公斤/分钟的喷酒速度喷洒粒径为0.2—1.0mm的脱水剂。所述脱水剂是中性无水泡花碱或中性无水泡花碱钾盐。
本发明具有良好效果1)本发明只用并联的甲铵合成塔和脱水载带塔二塔就实际从原料液氨、二氧化碳快速合成尿素反应制备尿素包裹体全过程，合成反应一次到底，尿素一次转化率高达～100％。
2)在本发明中免除在现有技术中尿素制造设备的气液分离装置、原料回收装置，中间产物分解吸收的循环系统，也免除尿素母液闪蒸、浓缩、熔融喷雾造粒系统，因此，简化设备，降低尿素成本。
3)本发明设备中两个塔的热能由原料在高温高压下产生氨基甲铵的同时释放出大量热能来供应，因此不需额外供应能源。
4)本发明设备最少、投资少、见效快、生产过程中要求控制的参数少、易于掌握、非常适合中、小合成氨厂的产品更新换代，实现扭亏增盈。
5)使用本设备可大量节水、无排污、对环保十分有利。
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
本发明以脱水载带法制备尿素包裹体设备如附
图1所示，附图1是本发明设备示意图。图中各部件与其标号对应关系如下1液氨储槽、2液氨泵、3二氧化碳压缩机、4甲铵合成塔、5脱水振动喷洒器、6脱水载带塔、7尿素包裹体收集器、8出料泵、9滚筒均粒干燥机、10、12真空泵、12中压冷凝器、13低压冷凝器、14水洗吸收塔、15甲铵水溶液储槽、16铵水泵、17脱水剂、18产品、19尾气放空管。
阀门有21单向节流阀、22单向截止阀、23气压平衡阀、24卸料阀、25、26、27气体载止阀。
从附图1可见，本发明设备在尿素合成系统之前具有液氨储槽1、液氨泵2、二氧化碳压缩机3，在尿素合成系统之后有一套回收装置，即尾气回收段、由真空泵10、11、中压冷凝12、低压冷凝器13、水洗塔14、甲铵水溶液储槽15、高压泵16和尾气放空管19所组成。所述尿素合成系统由甲铵合成塔4和脱水载带塔6连同原料液氨预热管、二氧化碳预热管和氨基甲酸铵水溶液预热管三者(在附图中未分别标出)紧密安装在同一个保温容器中(以虚线表示，未加标号)，预热温度达135℃，在甲铵合成塔4中液氨和二氧化碳反应生成基甲酸铵，所述甲铵合成塔4是不锈钢衬里板式多尾塔，层数8～10层，有效空间500～700×10000～1500mm，设有斜孔隔板，在塔温最高点即热点的8米处上端设有横向溢流管20与脱水载带塔6上部相通，甲铵溶液从其中流向脱水载带塔的上部，脱水带塔的有效空间与甲铵合成塔者相同，是不锈钢衬里的空心塔，在其顶部设有脱水剂振动喷洒器5、在其底部设有尿素包裹体收集器7，在该尿素包裹体收集器上设有真空泵10，在尿素包裹体收集器7之后设有滚筒均粒干燥机9。
为了充分利用甲铵合成塔释放出的巨大热能，本发明的尿素合成系统，即甲铵合成塔4、脱水载带塔6和原料液氨、二氧化碳、甲铵水溶液的预热管(予热达到135℃进料，三种预热管在图中未标出)，三者被紧安装在同一个保温容器内，(附图中未将保温容器标出，以虚线表示)中间填充良好的导热介质，做到热量共享。经予热至135℃的原料液氨、二氧化碳和回收来的甲铵水溶液，分别加压至20Mpa，从甲铵合成塔4的底部压入、在塔内溶入液相并发生甲铵合成反应，同时放出大量热能使塔温自下而上逐渐升高，在8米高处达到极～200℃，此为“热点”。热点以上，由于发生甲铵脱水生成尿素的微弱吸热反应，又逐渐降温。
甲铵合成塔4内生成的以甲铵为主的反应产物和未反应的原料液，通过热点以上的横向溢流管20和单向节流阀21进入脱水载带塔(6)。在该塔被充满以后，开启气压平衡阀23和单向截止阀22，并使振动喷洒器5开始工作，这样，在脱水载带塔6的上部，液相与从塔由振动喷酒器5不断喷洒下来的脱水剂颗粒(粒径0.02-1.0mm，喷洒速度1.0-10kg/mm)相遇，形成逆流混合。该脱水剂进入液相后便开始沉降，边吸附甲铵、依赖脱水剂的强烈吸水作用，使吸附的甲铵迅速脱水缩合而生成尿素，其反应是
这本来是一个弱的吸热的可逆反应，依靠保温容器使塔从上到下为200℃至135℃左右。
脱水剂在脱水载带塔6内自上而下沉降的过程中，在固液界面以脱水载带过程，实现了对尿素合成反应产尿素和水的快速分离，从而打破了尿素合成这一可逆反应的平衡状态，促使反应向着生成尿素的方向，加速进行到底，使尿素转化率达到100℃，因此，从脱水载带塔底部通过卸料阀卸入尿素包裹体收集器7的是完成初步造粒过程的尿素包裹体球粒。此时，开气体载止阀25和真空泵10，抽吸除掉吸附在球粒表面的气体(由NH3、CO2、空气组成)，再把该尿素包裹体通过出料泵8送入卧式滚筒均粒干燥机9、进行粒度调整和干燥处理，控制达到一定比重时，变成为产品被送入产品储仓。附图上的箭头表示产品被送出。
从尿素包裹体收集器7抽出的球粒表面吸附的气体；从滚筒均粒干燥机9排出的尾气；以及甲铵合成塔4脱水载带塔6超压排放的气体，分别通过25、26、27、28阀，送入尾气回收段，经中压冷凝器12，低压冷凝器13回收，所得到的液体，汇入甲铵水溶液储槽15，再由高压泵16回输甲铵合成塔4，使其得到利用。而气相物质，再通过水洗塔14处理，达标后，由气体放空管19排放，所排尾气主要是空气。
本发明所述及的脱水剂是中性无水泡花碱或中性无水泡花碱钾盐。应用粒经为0.20-1.0mm，被喷洒速度为1.0-10公斤/分钟。
实施例1所用甲铵合成塔和脱水载带塔的有效空间皆为Φ600×15000mm。使用中性无水泡花碱作脱水剂，在脱水载带塔实际运行条件下的动态脱水率为0.45(重量比)。即每克无水泡花碱可从脱水载带塔脱除0.45克水。
物料衡算
34 44 60 18一个年产1.5万吨尿素的工厂(按300天/年计算)尿素日产量应为50吨，同时还会产生15吨水。需每天投料液氨28.3吨，CO236.7吨。
在连续运行的条件下投料流量—液氨1.18吨/小时CO2吨/小时尿素产率—2.08吨/小时水产率—0.63吨/小时实际脱水载带塔完全脱水，中性无水泡花碱的喷洒速度应维持在0.63/0.45＝1.4吨/小时。
产品尿素包裹体(球粒)的产率应为2.08＋1.40＋0.63＝4.11吨/小时日产量为4.11×24＝98.6吨/日。
年产尿素包裹体(球粒)98.6×300＝2.94万吨/年该产品含尿素50.6％。
实施例2以中性无水泡花碱(钾盐)作脱水剂，在脱水载带塔实测的动态吸水值为0.26，即每克中性无水泡花碱(钾盐)可从脱水载带塔内脱除0.26克水。
同样在一个年产尿素1.5万吨的工厂，采用本发明的尿素生产设备，按每所生产300天计处算日产纯尿素应为50吨/日，日生成水15吨/日，在连续运行条件下原料液氨投料流速应为；1.18吨/小时原料CO2投料流速应为1.53吨/小时尿素的产率应为2.08吨/小时产水率应为0.63吨/小时实现脱水载带塔完全脱水，中性无水泡花碱(钾盐)的喷洒带度应保持在0.63/0.26＝2.42吨/小时。
所以，该厂产品含硅氮复合肥(尿素包裹体)的产率应为2.08＋2.42＋0.63＝5.13吨/小时。
年产量为3.69万吨，该产品中含尿素40.5％，含硅酸钾-硅酸47.17％。
权利要求
1.以脱水载带法制备尿素包裹体的设备，在尿素，合成系统前具有液氨储槽、液氨尿、二氧化碳压缩机，在尿素合成系统后具有尾气回收段，其特征在于所述尿素合成系统由甲铵合成塔和脱水载带塔组成，所述甲铵合成塔和脱水载带塔连同原料液氨预热管、二氧化碳预热管和氨基甲酸铵水溶液的预热管三者紧密安装在同一个保温容器中，预热温度达135℃，在所述甲铵合成塔中液氨和二氧化碳反应生成作为中间产物的氨基甲酸铵，所述甲铵合成塔是不锈钢衬里板式多层塔，层数8～10层，有效空间为500～700×10000～15000mm，设有斜孔隔板，在塔温最高即热点的8米处上端设有横向溢流管与脱水载带塔上都相通，甲铵溶液从其中流向脱水载带塔的上部，所述脱水载带塔的有效空间与甲铵反应塔者相同，是不锈钢衬里空心塔，在其顶部设有脱水剂振动喷洒器，在其底部设有尿素包裹体收集器，在该尿素包裹体收集器上设有真空泵，在该尿素包裹体收集器之后设有滚筒均粒干燥机。
2.按照权利要求1所述设备，其特征在于甲铵反应塔和脱水载带塔的有效空间皆为600×10000-12000mm，所述横向溢流管设在距塔底8500mm处。
3.按照权利要求1所述设备，其特征在于所述脱水剂振动喷洒器以1.0～10公斤/分钟的喷洒速度喷洒粒径为0.2-1.0mm的脱水剂。
4.按照权利要求1和3所述设备，其特征在于所述脱水剂是中性无水泡花碱或中性无水泡花碱钾盐。
全文摘要
本发明涉及以脱水载带法制备尿素包裹体的设备。本发明尿素合成系统由甲铵合成塔和脱水载带塔组成，二塔并联安装在同一保温容器中，甲铵合成塔在热点上端通过横向溢流管与脱水载带塔相通，在脱水载带塔上部设有脱水剂振动喷洒器，在其底部设有通真空泵的尿素包裹体收集器，在该收集器后设有滚筒均粒干燥机。本设备的脱水剂是中性无水泡花碱或中性无水泡碱钾盐。本发明设备简化、生产率高、尿素转化率高。
文档编号C07C273/00GK1125226SQ9511635
公开日1996年6月26日 申请日期1995年9月26日 优先权日1995年9月26日
发明者滕旭 申请人:滕旭