一种用于制备固体车用尿素的一体化设备的制作方法

本实用新型涉及尿素制造技术领域，具体是涉及一种用于制备固体车用尿素的一体化设备。

背景技术：

据资料记载，柴油机尾气处理液(国内俗称为：汽车尿素，车用尿素，汽车环保尿素)，重型卡车、客车等柴油车要达到国四排放标准，在尾气处理上就要选用适合的scr系统，而这项系统必须利用尿素溶液对尾气中的氮氧化物进行处理。因此，车用尿素溶液成了重型卡车及客车达到国四排放标准的必备产品。

车用尿素是浓度为32.5％且溶剂为超纯水的尿素水溶液，生产原料为车用尿素专用原料和超纯水，其关键点在于原料纯度。从生产工艺来看，虽然车用尿素对原料纯度要求高于一般工业用需求，但目前国内工艺已然可以满足实际应用需求。车用尿素的生产工艺不足以构建高进入壁垒。

具体来说，尿素，又称碳酰胺，是一种白色晶体，熔点为132.7℃，在尿素熔融过程，由于温度过高或停留时间过长，尿素会缩合生成缩二脲，易使缩二脲超标。本公司与2014年底生产出液体车用尿素，但液体车用尿素运输成本较高。而平时尿素一期装置生产的固体成品缩二脲在0.85左右，如果用在车用尿素上，存在缩二脲超标现象。为了适应外部环境，根据公司要求，开发固体车用尿素势在必行。因此，现需要一种使最终一期成品尿素中的缩二脲含量能够长期稳定在0.75以下，使固体尿素经过溶剂后成为车用尿素能完全达到指标的固体车用尿素制备装置，以此来解决现有遇到的问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于制备固体车用尿素的一体化设备。

本实用新型的技术方案是:一种用于制备固体车用尿素的一体化设备，主要包括尿素合成塔、预闪蒸分离器、中压汽提塔、低压汽提塔、中压预热反应器、闪蒸加热分离器、热能利用预热器、一级蒸发加热分离器、二级蒸发加热分离器、尿素熔融泵、造粒塔、冷却器和吸收塔；

所述尿素合成塔顶部与预闪蒸分离器相连，所述预闪蒸分离器底部与中压汽提塔相连，所述中压汽提塔底部与低压汽提塔相连，所述预闪蒸分离器、中压汽提塔和低压汽提塔各通过一个控压阀与中压预热反应器相连，所述中压预热反应器与闪蒸加热分离器相连，所述闪蒸加热分离器底部与热能利用预热器底部相连，所述热能利用预热器顶部与一级蒸发加热分离器相连，所述一级蒸发加热分离器底部与二级蒸发加热分离器相连，所述二级蒸发加热分离器底部通过尿素熔融泵与造粒塔相连，所述低压汽提塔底部和闪蒸加热分离器通过冷却器与吸收塔相连；

所述中压预热反应器用于使中压气相与低压甲胺液混合，使其反应热提供给尿液加热使用；所述中压汽提塔和低压汽提塔的换热产生热能提供给热能利用预热器进行尿液预热。

进一步地，所述中压汽提塔和低压汽提塔结构相同，主要包括塔体、汽提塔盘、液相分布器、冷凝回流器、回流罐、循环泵一、循环泵二、循环泵三；进液分布管和蒸汽分布管，所述塔体左侧上三分之一处设有进液口，塔体左侧下端设有蒸汽口，塔体上顶端设有气相出口，塔体下底端设有液相出口和排液口，所述进液口对应塔体内连接有进液分布管，所述蒸汽口对应塔体内连接有蒸汽总管；所述液相分布器、进液分布管和蒸汽分布管上均设有多个分布喷头；

汽提塔盘设有多个，等间距分布于塔体内，所述液相分布器设有多个，每个液相分布器位于一个汽提塔盘的上方，所述蒸汽总管设有多个蒸汽分布管，每个蒸汽分布管位于一个汽提塔盘的正下方，所述排液口与循环泵一进口连接，所述循环泵一出口与塔体内下端的液相分布器进口连接，所述塔体内下端的汽提塔盘的出口与循环泵二进口连接，所述循环泵二出口与塔体内下三分之二的每个液相分布器进口连接，塔体内上三分之一底部的汽提塔盘与循环泵三进口连接，所述循环泵三出口与塔体内上三分之一的每个液相分布器进口连接；塔体内三分之一顶部的液相分布器进口与回流罐连接，所述回流罐另一端通过所述冷凝回流器与气相出口连接；

所述汽提塔盘上设有多个柱形气管，汽提塔盘上表面设有多个凸起的增效鼓包，所述柱形气管的上顶面设有分气顶盖，所述分气顶盖呈中空锥体形，内部顶端设有转轴，分气顶盖圆锥面上等间距分布有向转向一侧倾斜的斜孔，所述转轴下端通过转动直叶与柱形气管上顶面的固定板转动连接。所述增效鼓包可以增大液体与气体接触面积，提高汽提效果；所述柱形气管可以增强气体分散情况，分气顶盖锥形设计可以减少阻力并有效防止柱形气管堵塞，设置所述斜孔可以利用气体力的作用使分气顶盖转动，提高分气效果；设置所述转动直叶便于提高与斜孔配合作用。

更进一步地，所述分布喷头呈柱形，其内部设有一个可上下活动的塞体，所述喷头圆周壁上设有多级的出孔，所述塞体下底面通过弹簧与分布喷头内底面连接。可以根据通入蒸汽气压进行实时调整，避免气压过高降低沸点进而产生过多缩二脲，装置简单有效，实用性强。

进一步地，所述中压预热反应器内置有半球形的反应槽，所述反应槽上端与中压预热反应器内上顶面密封固定，反应槽上方设有喷液头，所述喷液头固定于中压预热反应器内上顶面中部连接固定，喷液头底面均匀设有多个落液孔，所述反应槽外侧环绕包裹有一与其圆周壁贴合的分气槽，反应槽内均匀分布有多个分气棒，所述分气槽与分气棒连通；所述中压预热反应器左侧面和下侧面分别设有进口一、进口二和进口三，中压预热反应器右侧设有带控制阀的出口，所述进口一、进口二和进口三分别与分气槽连通，所述出口与反应槽内连通。通过多个分气棒作用，增强气液接触面积，提高反应效果。

进一步地，所述热能利用预热器内中部设有加热装置，所述加热装置由多个不同大小的空环管依次布置组成，所述空环管向内一侧外壁等间距设有多个增效环，所述每个空环管右上端均通过连通管连通至热能利用预热器右侧外壁上端的热能利用接口，热能利用预热器的上顶面和下底面分别设有预热出口和预热进口。通过多环的空环管和侧壁的增效环，极大的增加了与预热液的接触面积，提高预热效果。

本发明的装置的工作方法为:

中压汽提塔或低压汽提塔:进液口和蒸汽口分别通入液体和蒸汽，通过进液分布管和多个蒸汽分布管进行分布，通过汽提塔盘上的柱形气管对蒸汽进行均匀分布，蒸汽带动转动直叶转动，将蒸汽向四周均匀分开，再通过斜孔散出，利用斜孔和气流作用使分气顶盖转动，提高分气效果；期间利用循环泵一、循环泵二、循环泵三进行底部循环、提溜循环和精馏循环，再通过液相分布器将其进行分布；期间分布喷头可通过液体压力或气体压力进行塞体的上下移动，调整出孔的数量，控制排放的压力。

中压预热反应器:进口一、进口二和进口三分别收集预闪蒸分离器、中压汽提塔和低压汽提塔产出气相物，并通过控压阀调控气相物至中压，通过分气槽收集，并通过分气棒将其释放，与喷液头进入的低压甲胺液进行反应，最后通过出口进入下一个装置。

热能利用预热器:通过预热进口进入，通过加热装置的热能利用接口与中压汽提塔和低压汽提塔所产出的换热热液进行回收利用，通过多个环形的空环管进行装载，并利用增效环提高热接触面积，从而增强对尿液进行预热的效率和效果。

所述其他装置均为市售常用设备。

本实用新型的有益效果是:

(1)本实用新型的汽提塔，气液接触充分，汽提效率高，通过分布喷头、柱形气管和蒸汽总管及蒸汽分布管的共同作用下，显著提高了尿素制备的纯度和减少缩二脲的产生。

(2)本实用新型的中压预热反应器作用，利用中压气相与低压甲胺液混合，产生的反应热提供给尿液加热，避免蒸汽直接对尿液进行加热，降低了缩二脲的增加量，提高了固体车用尿素的质量，制备后的固体车用尿素能够长期稳定在0.75以下，达到指标要求。

(3)本实用新型利用装置制备过程中产生的热能，加以回收利用，通过热能利用预热器将热能利用在尿液预热中，通过加热装置结构的设计，显著提高预热效果。

附图说明

图1是本实用新型装置整体连接关系示意图。

图2是本实用新型装置中压汽提塔和低压汽提塔整体结构示意图。

图3是本实用新型汽提塔盘俯视结构示意图。

图4是本实用新型柱形气管结构示意图。

图5是本实用新型分布喷头结构示意图。

图6是本实用新型中压预热反应器结构示意图。

图7是本实用新型热能利用预热器结构示意图。

图8是本实用新型加热装置俯视结构示意图。

其中，1-尿素合成塔、2-预闪蒸分离器、3-中压汽提塔、31-塔体、311-进液口、312-气相出口、313-蒸汽口、314-液相出口、315-排液口、316-进液分布管、317-蒸汽总管、318-蒸汽分布管、32-汽提塔盘、321-增效鼓包、33-柱形气管、331-分气顶盖、332-转轴、333-斜孔、334-转动直叶、335-固定板、34-液相分布器、341-分布喷头、342-塞体、343-出孔、344-弹簧、35-冷凝回流器、36-回流罐、37-循环泵一、38-循环泵二、39-循环泵三、4-低压汽提塔、5-中压预热反应器、51-喷液头、511-落液孔、52-反应槽、521-分气棒、522-分气槽、53-进口一、54-进口二、55-进口三、56-出口、6-闪蒸加热分离器、7-热能利用预热器、71-加热装置、72-空环管、721-增效环、73-热能利用接口、74-预热出口、75-预热进口、8-一级蒸发加热分离器、9-二级蒸发加热分离器、10-尿素熔融泵、11-造粒塔、12-冷却器、13-吸收塔。

具体实施方式

如图1所示，一种用于制备固体车用尿素的一体化设备，主要包括尿素合成塔1、预闪蒸分离器2、中压汽提塔3、低压汽提塔4、中压预热反应器5、闪蒸加热分离器6、热能利用预热器7、一级蒸发加热分离器8、二级蒸发加热分离器9、尿素熔融泵10、造粒塔11、冷却器12和吸收塔13；

尿素合成塔1顶部与预闪蒸分离器2相连，预闪蒸分离器2底部与中压汽提塔3相连，中压汽提塔3底部与低压汽提塔4相连，预闪蒸分离器2、中压汽提塔3和低压汽提塔4各通过一个控压阀与中压预热反应器5相连，中压预热反应器5与闪蒸加热分离器6相连，闪蒸加热分离器6底部与热能利用预热器7底部相连，热能利用预热器7顶部与一级蒸发加热分离器8相连，一级蒸发加热分离器8底部与二级蒸发加热分离器9相连，二级蒸发加热分离器9底部通过尿素熔融泵10与造粒塔11相连，低压汽提塔4底部和闪蒸加热分离器6通过冷却器12与吸收塔13相连；

中压预热反应器5用于使中压气相与低压甲胺液混合，使其反应热提供给尿液加热使用；中压汽提塔3和低压汽提塔4的换热产生热能提供给热能利用预热器7进行尿液预热。

如图2所示，中压汽提塔3和低压汽提塔4结构相同，主要包括塔体31、汽提塔盘32、液相分布器34、冷凝回流器35、回流罐36、循环泵一37、循环泵二38、循环泵三39；进液分布管316和蒸汽分布管318，塔体31左侧上三分之一处设有进液口311，塔体31左侧下端设有蒸汽口313，塔体31上顶端设有气相出口312，塔体31下底端设有液相出口314和排液口315，进液口311对应塔体31内连接有进液分布管316，蒸汽口313对应塔体31内连接有蒸汽总管317；液相分布器34、进液分布管316和蒸汽分布管318上均设有多个分布喷头341；

汽提塔盘32设有多个，等间距分布于塔体31内，液相分布器34设有多个，每个液相分布器34位于一个汽提塔盘32的上方，蒸汽总管317设有多个蒸汽分布管318，每个蒸汽分布管318位于一个汽提塔盘32的正下方，排液口315与循环泵一37进口连接，循环泵一37出口与塔体31内下端的液相分布器34进口连接，塔体31内下端的汽提塔盘32的出口与循环泵二38进口连接，循环泵二38出口与塔体31内下三分之二的每个液相分布器34进口连接，塔体31内上三分之一底部的汽提塔盘32与循环泵三39进口连接，循环泵三39出口与塔体31内上三分之一的每个液相分布器34进口连接；塔体31内三分之一顶部的液相分布器34进口与回流罐36连接，回流罐36另一端通过冷凝回流器35与气相出口312连接；

如图3所示，汽提塔盘32上设有多个柱形气管33，汽提塔盘32上表面设有多个凸起的增效鼓包321，如图4所示，柱形气管33的上顶面设有分气顶盖331，分气顶盖331呈中空锥体形，内部顶端设有转轴332，分气顶盖331圆锥面上等间距分布有向转向一侧倾斜的斜孔333，转轴332下端通过转动直叶334与柱形气管33上顶面的固定板335转动连接。增效鼓包321可以增大液体与气体接触面积，提高汽提效果；柱形气管33可以增强气体分散情况，分气顶盖331锥形设计可以减少阻力并有效防止柱形气管33堵塞，设置斜孔333可以利用气体力的作用使分气顶盖331转动，提高分气效果；设置转动直叶334便于提高与斜孔333配合作用。

如图5所示，分布喷头341呈柱形，其内部设有一个可上下活动的塞体342，喷头341圆周壁上设有多级的出孔343，塞体342下底面通过弹簧344与分布喷头341内底面连接。可以根据通入蒸汽气压进行实时调整，避免气压过高降低沸点进而产生过多缩二脲，装置简单有效，实用性强。

如图6所示，中压预热反应器5内置有半球形的反应槽52，反应槽52上端与中压预热反应器5内上顶面密封固定，反应槽52上方设有喷液头51，喷液头51固定于中压预热反应器5内上顶面中部连接固定，喷液头51底面均匀设有多个落液孔511，反应槽52外侧环绕包裹有一与其圆周壁贴合的分气槽522，反应槽52内均匀分布有多个分气棒521，分气槽522与分气棒521连通；中压预热反应器5左侧面和下侧面分别设有进口一53、进口二54和进口三55，中压预热反应器5右侧设有带控制阀的出口56，进口一53、进口二54和进口三55分别与分气槽522连通，出口56与反应槽52内连通。通过多个分气棒521作用，增强气液接触面积，提高反应效果。

如图7和8所示，热能利用预热器7内中部设有加热装置71，加热装置71由多个不同大小的空环管72依次布置组成，空环管72向内一侧外壁等间距设有多个增效环721，每个空环管72右上端均通过连通管731连通至热能利用预热器7右侧外壁上端的热能利用接口73，热能利用预热器7的上顶面和下底面分别设有预热出口74和预热进口75。通过多环的空环管72和侧壁的增效环721，极大的增加了与预热液的接触面积，提高预热效果。

本发明的装置的工作方法为:

中压汽提塔3或低压汽提塔4:进液口311和蒸汽口313分别通入液体和蒸汽，通过进液分布管316和多个蒸汽分布管318进行分布，通过汽提塔盘32上的柱形气管33对蒸汽进行均匀分布，蒸汽带动转动直叶334转动，将蒸汽向四周均匀分开，再通过斜孔333散出，利用斜孔333和气流作用使分气顶盖331转动，提高分气效果；期间利用循环泵一37、循环泵二38、循环泵三39进行底部循环、提溜循环和精馏循环，再通过液相分布器34将其进行分布；期间分布喷头341可通过液体压力或气体压力进行塞体342的上下移动，调整出孔343的数量，控制排放的压力。

中压预热反应器5:进口一53、进口二54和进口三55分别收集预闪蒸分离器2、中压汽提塔3和低压汽提塔4产出气相物，并通过控压阀调控气相物至中压，通过分气槽522收集，并通过分气棒521将其释放，与喷液头51进入的低压甲胺液在反应槽52内进行反应，最后通过出口56进入下一个装置。

热能利用预热器7:通过预热进口75进入，通过加热装置71的热能利用接口73与中压汽提塔3和低压汽提塔4所产出的换热热液进行回收利用，通过多个环形的空环管72进行装载，并利用增效环721提高热接触面积，从而增强对尿液进行预热的效率和效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。