[发明专利]从含尿素水溶液的液相中脱除尿素、氨和二氧化碳的水解反应器

说明书

本发明涉及从含尿素水溶液的液相中脱除尿素、氨和二氧化碳的水解反应器。

众所周知，在高压高温合成反应器中生产的尿素的提纯和回收过程中所得到的废水含有通常在500ppm到30′000ppm之间的高含量残余尿素水溶液。由于工业化国家实施严格的反污染法律，这种废水不能直接排放到环境中。

因此，各尿素生产厂必须配置能够从废水中脱除残余尿素的合适设备以将废水中的尿素浓度降到几个ppm，优选降低到10ppm以下。

在对尿素提纯和回收过程所得的废水的处理领域，强烈需要获得残余尿素水解反应器：一方面获得尿素含量低于10ppm的无污染废水，另一方面对加入水解反应器的废水中所含残余尿素(以氨和二氧化碳形式存在)加以回收。

为达到上述要求，广泛应用含有尿素水溶液的液相和含有通常压力在15巴到30巴、温度在150℃到250℃之间的高压高温蒸汽的气相在其中流动的立式水解反应器。

这类反应器包括多块水平伸展的孔板。

孔板的功能在于促进多相间的相互混合以促使紧密接触进而促进对在氨(NH₃)和二氧化碳(CO₂)中尿素的水解反应以及同时将氨和二氧化碳从液相提取到气相都极为重要的质量和热量交换。

尿素分解以及从液相提取反应产物所需的热量由气相中所含有的蒸汽提供。

加拿大专利申请CA-A-2,141,886描述了这类反应器，其中液相和气相在该反应器中自下而上并流流过多块水平孔板。

虽然上述水解反应器具有多方面优势，但它表现出多处不足：首先是为了使尿素分解及相关的从液相提取生成的NH₃和CO₂达到期望的程度，需要在过量蒸汽下操作以防止水解反应过早达到平衡并防止气溶体在流经反应器时就被反应产物所饱和。

结果，为获得残余尿素含量低于10ppm的气溶体必须采用大量高压高温的蒸汽，随之导致高能耗和高蒸汽消耗以及高操作费用。

构成本发明基础的技术难题在于获得适于从含有尿素水溶液的液相脱除尿素、氨和二氧化碳的水解反应器，这一水解反应器将能够允许在低蒸汽消耗和低能耗及低操作费用下操作并同时能够获得尿素含量低于10ppm的液相。

根据本发明的第一个实施方案，上述难题由从含有尿素水溶液的液相脱除尿素、氨和二氧化碳的水解反应器所解决，该水解反应器包括：

-一基本上为圆柱形的竖直外壳；

-多块叠置、水平伸展并在上述外壳内彼此隔开的孔板；

-设在上述外壳下端附近的所说的液相的入口；

-设在上述外壳中位于所说的液相入口上方、用于提供含有高压高温蒸汽的第一股气相的第一装置；

-设在上述外壳顶端附近的所说的液相的出口；

-设在上述外壳顶端附近的所说的气相的出口；

其特征在于它包括：

-在上述外壳内预定高度处水平伸展的分隔挡板，在外壳内分别限定第一下反应段和第二上反应段；

-在所说的第一反应段中设在上述分隔挡板附近、用于从外壳中收集并提取所说的第一股气相的装置；

-在所说的第二反应段中设在上述分隔挡板上方、用于提供含有高压高温蒸汽的第二股所说的气相的装置。

有利地，在本发明的水解反应器中，外壳内的反应段被分隔挡板恰当地分割形成第一和第二反应段，向各反应段分别加入一股含蒸汽的气相。

以此方式能够合理有效地利用尿素分解及反应产物提取所需的高压高温蒸汽，以便与现有技术的反应器相比，在相等的液相提纯程度下显著减少加入水解反应器的蒸汽量。

事实上由于本发明，液相提纯适宜地在两个不同的反应段中进行，向各反应段中加入由水解反应器得到残余尿素浓度低于10ppm的液相出料所严格需要的蒸汽量。

特别是从第一反应段中提取现已被反应产物饱和的气相以及向第二反应段加入含有高压高温蒸汽的新气相使得也能够将液相中所含有的最后痕量尿素水解并回收气相中的NH₃和CO₂而不会因此而不得不采用过量蒸汽。

经此提纯的液相可排放到环境中，但亦可有效地在尿素合成装置中作为高温高压水重新利用或作其它工业用途如作为锅炉给水。

本发明的另一个目的即水解反应器的另一个优势在于如下事实，即对于达到相等的出口液相残余尿素浓度，液相在反应器中的停留时间比现有技术反应器的停留时间大大降低。

这使得能够建造设备尺寸和投资费用均显著低于现有技术反应器的水解反应器。