CN115382353A - 处理离开三聚氰胺生产装置的反应段的气流的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
描述了用于处理离开三聚氰胺生产装置中的反应段的气流的设备以及相应的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于处理离开三聚氰胺生产装置中的反应段的气流的设备和相应的方法。
背景技术
为了更好地理解本发明的目的，参考如下所述的现有技术。
已知熔融尿素向三聚氰胺的转变由以下总反应(1)来描述：
6NH2CONH2→(CN)3(NH2)3+6NH3+3CO2 (1)
尿素 三聚氰胺 氨 二氧化碳
其中，对于每千克的三聚氰胺，形成1.86千克的NH3和CO2，统称为废气。
如已经多次描述的那样，来自将尿素转化成三聚氰胺的转化反应的废气被回收到尿素装置以用于其转化并因此代表向尿素装置供应的包含NH3和CO2的供应流。
由NH3和CO2生产尿素的反应通过以下反应进行：
2NH3+1CO2 → 1CO(NH2)2+ 1H2O (2)
氨 二氧化碳 尿素 水
NH3和CO2之间的摩尔比等于2，并且该比率对于向尿素装置供应的所有供应流是最佳的，包括来自三聚氰胺装置的废气流。
来自三聚氰胺装置的废气流中的NH3和CO2的比率取决于有多少氨被供给到三聚氰胺反应段。
从上述反应(1)中可以看出，在这种情况下，NH3和CO2的比率也等于2，并且该比率被供给到反应器和后反应器的底部的NH3的量所改变。
如下所述，将NH3供给到形成三聚氰胺生产设备的反应段的反应器和后反应器中是重要的，以便有利于副产物在反应器中转化为三聚氰胺并在后反应器中从粗三聚氰胺中汽提CO2。因此，为了满足三聚氰胺装置的要求，始终需要在反应段的供给中保持NH3流。
还应当记住，在尿素技术中，供应到尿素反应器的NH3和CO2的化学计量比不是2，而是根据技术本身而变化的比率。工业上用于生产尿素的所有技术都是完全回收的，而与反应器中的NH3/CO2比率无关，在该装置的入口处的NH3/CO2比率等于2。为了满足尿素反应器以高于化学计量比的NH3/CO2摩尔比运行的技术需求，在不同的技术中应用了不同段之间的一系列回收，以便回收反应器中的反应物，直到这些反应物被转化成尿素。为了最佳地满足尿素装置的要求，来自三聚氰胺装置的废气流必须具有尽可能接近化学计量比的NH3/CO2比率，以限制尿素装置内的回收次数。
几乎所有在高于70barg的压力的高压和高于360℃的温度下运行的最新一代三聚氰胺装置都采用包括至少一个反应器和至少一个后反应器(也称为精加工转化器或者精加工器或者NH3汽提器)的反应段，从每个反应段中提取至少两个流，一个处于气相的流由处于汽相的NH3、CO2和三聚氰胺组成，并且一个熔融三聚氰胺的流包括副产物和反应中间物，并且在反应段中NH3和CO2保持在溶液中，与其分压平衡。
在一些装置中，优选如下方案，该方案提供反应器的单一出口，该反应器在下游配备有分离器，上述气相和液相分离地从该分离器中排出。
在用于其它工艺之前，例如在用于生产尿素之前，从反应器和后反应器的上部排出的气流必须进行处理，以便分离和回收其中存在的三聚氰胺，同时回收其中包含的至少部分热量。
主要有两种方法用于这种冲洗处理(也称为洗涤)：利用水溶液洗涤气流或者利用熔融尿素洗涤气流。在洗涤后，一旦三聚氰胺的痕迹已被去除，则气流被称为废气。
该洗涤步骤在利用水溶液洗涤的情况下不会产生问题，因为
-气流中包含的热量用于维持***的运行温度；
-只要反应段下游的段在运行，则含水洗涤溶液始终是可用的；
-洗涤溶液本身可以长时间回收使用，因为其不受三聚氰胺的降解或者饱和的影响，原因在于这在下游段(即结晶段)中是连续提取的。
相反，在利用熔融尿素洗涤的情况下，必须考虑各种问题：因为熔融尿素实际上易受降解反应的影响，形成副产物，这些副产物在超过一定浓度时沉淀并形成固体产物，从而堵塞***，并且因为尿素的降解速率与温度成正比，所以必须通过热交换器循环并产生蒸汽来控制温度，以防止尿素在温度过度升高时快速降解并形成副产物。温度通常保持在180℃左右：
利用尿素洗涤的另一个缺点是，在熔融洗涤尿素的分散体中可能存在的三聚氰胺的量受到避免其可能的沉淀和结壳形成的必要性的限制。
因此，很明显，在没有足够的更新以避免三聚氰胺和副产物的饱和的情况下，洗涤尿素不能保持回收。
很明显，用于洗涤离开反应段的含有三聚氰胺的气流的尿素只能用于生产三聚氰胺，因此其只能作为三聚氰胺合成的反应器的供给来回收：因此，可以用于连续更新在洗涤段中循环的尿素(即洗涤尿素)的尿素量与供给到反应器的用于洗涤的尿素量相对应。因此，在停止向反应器供应尿素的情况下，不可能更新用于洗涤气相的洗涤尿素。
发明内容
根据现有技术，分别离开反应器和后反应器的两个气流通常在单个洗涤塔中合并和洗涤，以便回收其中包含的三聚氰胺，然后送入下游的装置以用于其回收。废气通常被送入尿素装置，因为废气主要由NH3和CO2组成。
洗涤操作不仅对于回收气流中包含的三聚氰胺是最重要的，而且首先防止处于汽相的所述三聚氰胺在没有被充分吸收和分散或者溶解在洗涤介质中时从温度保持高于360℃(优选地高于370℃)的反应段中排出，然后在***的冷区中冷凝从而造成逐渐堵塞。
因此，在适用于分离和吸收其中包含的三聚氰胺的洗涤流体的存在下，气流从反应器和后反应器中排出似乎是必要的。在利用尿素实现洗涤的情况下，这方面表现出相当大的局限性，因为即使在没有尿素被供给到反应段但是反应器和后反应器为了快速重启而保持充满的过渡阶段期间，NH3也必须被供给到反应段。在任何情况下，含有三聚氰胺的气相必须被洗涤，并且由于缺乏洗涤溶液，该操作不能在具有预选尿素的洗涤塔中进行，但是必须采取替代方法或者必须快速排空反应段。不向反应段供给尿素但是有必要保持向该段本身供应NH3的这些过渡阶段例如是在各种冲洗中使用NH3的情况，以避免可能的管线堵塞并允许快速重启。
在通过排出或者升华其中包含的三聚氰胺并在进行设备的打开及其清洁之前冲洗以完全排空所述段而使装置的反应段的一个或者多个设备排空期间，同样的问题变得更加严重：在这种情况下，由于升华排空速率与氨供给量成比例，氨的使用量一定是相当大的量，其可以高于1000kg/h。此外，三聚氰胺的升华排空操作持续数天。
近年来，相对于利用水实现所述洗涤的技术，使用尿素来洗涤气流的技术通常是优选的，因为利用尿素洗涤允许获得废气流，该废气流被回收到生产无水尿素的装置。废气中不含水是特别有益的，因为尿素装置的能耗因此降低。
因此，旨在生产三聚氰胺的各种技术已经在这个意义上得到更新，特别是考虑到与利用熔融尿素洗涤从三聚氰胺生产装置的反应段排出的气流相关的优点。在洗涤气流之后，将熔融尿素供给到用于生产三聚氰胺的反应器中，因此在三聚氰胺生产装置的生产运行期间确保既完全回收经过洗涤的气流中包含的三聚氰胺，又将无水废气输出到尿素装置。
然而，如前所述，在装置运行期间，存在非生产性的过渡阶段，在此期间，尽管反应段下游的所有段保持工作，但必须不将尿素供给到反应器，同时继续供给氨，以维持例如必要的冲洗或者排空反应段本身，以便进行维护工作。
在这些过渡阶段期间，离开反应段的气流不再含有二氧化碳，因为不再发生三聚氰胺形成反应，但是所述气流仅仅由处于汽相的氨和三聚氰胺组成。
在这种情况下，用于洗涤气相的熔融尿素不能再被供给到反应器，因此在洗涤塔中循环的流的更新尿素的量是缺少的。因此，为了避免由于三聚氰胺的积累和/或由于尿素降解形成副产物而堵塞洗涤段，必须将气流在不经洗涤的情况下送入尿素装置，或者必须将含有三聚氰胺的尿素回收到尿素装置，或者必须将尿素排放到储罐中以便随后当尿素可以再次被供给到反应器时再利用。
因此，本发明的目的是限定用于处理离开反应段的气流的设备和方法，其以特别简单的方式克服了在不可能以用于洗涤气流的熔融尿素供给反应器时或者更一般而言在三聚氰胺生产工艺的尿素不能被供给到反应器的非生产性过渡阶段中出现的上述缺点，从而避免将废气送入尿素装置。
这些和其他目的通过根据本发明的设备和方法来实现。
因此，本发明涉及一种适用于在尿素不被供给到反应段的阶段期间处理离开三聚氰胺生产装置中的反应段的气流的设备，所述设备包括反应段和洗涤段，其中：
-所述反应段包括至少一个反应器(R)和至少一个后反应器(PR)；
-所述洗涤段(L)适用于利用尿素洗涤来自反应器的气流；
-所述反应器(R)通过气流出口导管(U1)连接到适用于将气流从反应器输送到洗涤段并且适用于将气流从后反应器输送到洗涤段的管线(T)上；
-所述后反应器通过气流出口导管(U2)连接到适用于将气流从反应器输送到洗涤段并且适用于将气流从后反应器输送到洗涤段的所述管线(T)上；
-反应器和后反应器共用的所述输送管线(T)进而连接到适用于将离开反应器(R)和后反应器(PR)的气流输送到三聚氰胺生产装置的除洗涤段(L)之外的且适用于接收所述气流的段的输送管线(T1)；
-适用于截断不包括所述洗涤段的输送管线(T)的第一截止阀(A)在所述洗涤段的上游位于所述输送管线(T)上；
-第二截止阀(B)位于适用于将离开反应器(R)和后反应器(PR)的气相输送到三聚氰胺生产装置的除洗涤段(L)之外的且适用于接收所述气流的不同的段的所述输送管线(T1)上。
本发明还涉及一种用于处理离开三聚氰胺生产装置的反应段的气流的方法，其中
使离开反应器的包含处于汽相的NH3和三聚氰胺的第一气流和离开后反应器的包含处于汽相的NH3和三聚氰胺的第二气流合并，并将其送入三聚氰胺生产装置的与洗涤段(L)不同的且适用于接收所述气流的段，当三聚氰胺生产工艺处于没有尿素被供给到反应器的非生产性过渡阶段时不包括利用熔融尿素洗涤所述气流的步骤。
当三聚氰胺生产工艺处于尿素不被供给到反应器的所述非生产性过渡阶段时，所述气流从不被送入尿素装置。
适用于将离开反应器(R)和后反应器(PR)的气流输送到三聚氰胺生产装置的除洗涤段(L)之外的且适用于接收所述气流的段的所述输送管线(T1)不适用于将离开反应器(R)和后反应器(PR)的气流输送到尿素装置。
根据本发明的设备和方法以极其简单的方式通过临时使用除洗涤段(从反应器和后反应器排出的气流被送入所述洗涤段)之外的在反应段下游的三聚氰胺装置的其它段解决了上文指出的缺点，因此排除了利用尿素洗涤气流的步骤。通过简单但有效的装置改造，实际上可以在三聚氰胺生产工艺的非生产性过渡阶段期间在不向反应器供应尿素的情况下对离开反应段的气流进行处理，即洗涤、吸收和完全回收；这些改造使得可以使反应段或者甚至更具体地使将气流从反应段输送到洗涤段的管线连接到三聚氰胺生产装置的适用于接收所述气流的且除洗涤段之外的段，其可以根据反应段下游使用的工艺而变化。
除洗涤段之外的且适用于接收所述气流的所述段可以是适用于接收离开后反应器的纯化三聚氰胺的段，或者是适用于接收含氨气流的段，作为非限制性示例，例如是适用于吸收水中含氨气流的设备，或者是适用于从水溶液中分离氨的塔。
在本说明书中，为了说明附图，相同的附图标记或者字母用于表示具有相同功能的结构元件。此外，为了说明清楚，一些附图标记可能没有在所有附图中重复。
诸如“竖直”和“水平”、“上”和“下”(在没有其他表示的情况下)的说明应当参考组装(或者操作)条件并参考当前语言中使用的正常术语来理解，其中“竖直”表示基本上平行于重力向量“g”的方向，并且水平表示垂直于重力向量的方向，与“地平线方向”一致。
在本说明书中，术语“上”、“下”始终指代相对于竖直方向更高或者更低的位置。
在本说明书中，术语“下游”是指在设备、机构或者管道中的相对于通过给定设备、机构或者管道的流的正常运动方向在后的位置。
在本说明书中，术语“上游”是指在设备、机构或者管道中的相对于通过给定设备、机构或者管道的流的正常运动方向在前的位置。
根据本发明的设备优选地包括压力控制***，该压力控制***由位于输送管线(T1)上的第二截止阀(B)下游的控制阀(CV2)和位于所述第二截止阀(B)上游或者下游的压力控制器(PC2)组成。
在当洗涤段的压力低于反应段的压力时应用的替代方案中，根据本发明的设备包括压力控制***，所述压力控制***由在两个截止阀(A)和(B)的上游位于反应器和后反应器共用的输送管线(T)上的控制阀(CV1)和压力控制器(PC1)组成。
附图说明
在所附的图1至图5中，图1和图2代表了两种不同配置结构的根据现有技术的反应段和洗涤段，而图3至图5代表了根据本发明的设备的不同实施例。
具体实施方式
在现有技术中，使用两种不同的压力控制方法来获得反应段连同利用尿素的洗涤段的配置结构：
(a)在等压中(图1)；
(b)利用不同的压力(图2)。
在图1所示的情况(a)中，洗涤段的压力等于反应段的压力，在这种情况下，反应段的压力控制阀位于洗涤段的下游。反应器中的压力控制实际上是通过控制离开洗涤段的废气的压力来进行的。
在图2所示的情况(b)中，洗涤段的压力低于反应段的压力，在这种情况下，反应段的压力控制阀位于洗涤段的上游。反应器中的压力控制是通过控制离开反应段的气流的压力来进行的。
根据本发明的设备和方法通过简单但有效的改造克服了上述缺点，能够在非生产性过渡阶段期间在同一三聚氰胺装置内除洗涤段之外的且适用于接收所述气流的段中处理离开反应段的气流，该处理包括气流的洗涤、吸收和全部回收，在所述非生产性过渡阶段中，由于没有尿素被供给到反应器，不会发生生成含有CO2、NH3和三聚氰胺的气流的三聚氰胺生产反应，而是获得如上所述的含有NH3和三聚氰胺的气流。
根据本发明的方案为尿素/三聚氰胺装置联合体带来了显著的优点，因为在没有向反应器供给尿素的情况下，其允许反应段在必要时例如在必要的时间内保持用氨冲洗，以用于通过升华排空该段，这可以持续几天，在三聚氰胺装置内部处理离开反应段的气流，而不干扰尿素装置的运行条件，因为尿素装置不必接收不含CO2的流。
当来自三聚氰胺装置的废气流不含CO2时，为了重新平衡所需的NH3/CO2比率，必须增加尿素装置内的回收次数，从而导致能耗增加。此外，不含CO2的流因此富含NH3，使得有必要降低新的NH3的供给速率，以补偿在废气流中过量供给的NH3。
在根据本发明的设备的第一实施例中，所述输送管线(T1)的***可以如图3所示进行：如果洗涤段的压力等于反应段的压力，则反应段的压力控制阀(CV1)位于洗涤段的下游。如果压力控制器(PC1)接收到来自反应段的压力信号(图3)：
反应器和后反应器共用的输送管线(T)通过适用于将离开反应器(R)和后反应器(PR)的气相输送到三聚氰胺生产装置的除洗涤段(L)之外的且适用于接收所述气流的段的输送管线(T1)连接；
适用于允许排除洗涤段的第一截止阀(A)在所述洗涤段的上游位于所述输送管线(T)上；
第二截止阀(B)和压力控制阀(CV2)位于适用于将离开反应器(R)和后反应器(PR)的气相输送到三聚氰胺生产装置的除了洗涤段(L)之外的且适用于接收所述气流的段的所述输送管线(T1)上，压力控制阀(CV2)在输送管线(T1)上位于第二截止阀(B)的下游。
同一压力控制器(PC1)可以通过信号偏差功能来控制压力控制阀(CV2)。
在三聚氰胺生产工艺的非生产性过渡阶段期间，在此期间没有尿素被供给到反应器并且其中气流因此不含CO2，***的布置结构如下：
第一阀(A)关闭；
第二阀(B)打开；
PC1/CV2压力控制器***。
因此，反应段的压力控制将通过压力控制器(PC1)获得，而洗涤段被隔离/排除。
在根据本发明的设备的第二实施例中，所述输送管线(T1)的***可以如图4所示进行：
如果洗涤段的压力等于反应段的压力，则反应段的压力控制阀(CV1、PC1)位于洗涤段的下游。如果压力控制器从同一洗涤段接收到压力信号，则根据本发明的设备包括(图4)：
反应器和后反应器共用的输送管线(T)通过适用于将离开反应器(R)和后反应器(PR)的气相输送到三聚氰胺生产装置的除洗涤段(L)之外的且适用于接收所述气流的段的输送管线(T1)连接；
适用于允许排除洗涤段的第一截止阀(A)在所述洗涤段的上游位于所述输送管线(T)上；
第二截止阀(B)和压力控制单元(PC2/CV2)位于适用于将离开反应器(R)和后反应器(PR)的气相输送到三聚氰胺生产装置的除洗涤段(L)之外的且适用于接收所述气流的段的所述输送管线(T1)上，压力控制单元(PC2/CV2)在输送管线(T1)上位于第二截止阀(B)的下游。
在三聚氰胺生产工艺的非生产性过渡阶段期间，在此期间没有尿素被供给到反应器并且其中气流不含CO2，***的布置结构如下：
第一阀(A)关闭；
第二阀(B)打开；
压力控制器(PC2/CV2)***。
因此，反应段的压力控制将通过压力控制器(PC2)获得，而洗涤段被隔离/排除。
在根据本发明的设备的第三实施例中，所述输送管线(T1)的***可以如图5所示进行：如果洗涤段的压力低于反应段的压力，则反应段的压力控制组(CV1、PC1)位于洗涤段的上游。
如果压力控制组(CV1、PC1)位于洗涤段的上游，当将反应的气流送入除洗涤段(L)以外的且适用于接收所述气体流的段时，也可以使用所述组，如下所示(图5)：
反应器和后反应器共用的输送管线(T)连接到适用于将离开反应器(R)和后反应器(PR)的气相输送到三聚氰胺生产装置的除洗涤段(L)之外的且适用于接收所述气流的段的输送管线(T1)；
适用于允许排除洗涤段的第一截止阀(A)在所述洗涤段的上游和控制阀(CV1)的下游位于所述输送管线(T)上；
第二截止阀(B)位于适用于将离开反应器(R)和后反应器(PR)的气相输送到三聚氰胺生产装置的除洗涤段(L)之外的且适用于接收所述气流的段的所述输送管线(T1)上，所述输送管线(T1)在控制阀(CV1)的下游和第一截止阀(A)的上游从输送管线(T)分支。
在非生产性过渡阶段，***的布置结构如下：
第一阀(A)关闭；
第二阀(B)打开；
压力控制器(PC1/CV1)***。
因此，反应段的压力控制将由压力控制器(PC1)实现，而洗涤段被隔离/排除。
因此，根据本发明的方案利用少量但实质性的改造允许将氨连续地送到反应段，即使在长时间的非生产性过渡阶段期间亦是如此，在所述非生产性过渡阶段期间没有尿素被供给到反应器，从而保持反应段被冲洗和安全，而尿素装置不必接收不合格的废气(因为其不包含CO2)，并且可能存在三聚氰胺，或者三聚氰胺装置在很长一段时间内不必被迫储存用于洗涤的大量尿素，该尿素不断经受降解并具有与其后续回收相关的各种问题。
Claims (5)
1.一种适用于在不向三聚氰胺生产装置中的反应段供应尿素的阶段期间处理离开反应段的气流的设备，所述设备包括反应段和洗涤段，其中：
-所述反应段包括至少一个反应器(R)和至少一个后反应器(PR)；
-所述洗涤段(L)适用于利用尿素洗涤来自所述反应器的气流；
-所述反应器(R)通过气流出口导管(U1)连接到适用于将气流从所述反应器输送到所述洗涤段并且适用于将气流从所述后反应器输送到所述洗涤段的管线(T)上；
-所述后反应器通过气流出口导管(U2)连接到适用于将气流从所述反应器输送到所述洗涤段并且适用于将气流从所述后反应器输送到所述洗涤段的所述管线(T)上；
-所述反应器和所述后反应器共用的所述输送管线(T)进而连接到适用于将离开所述反应器(R)和所述后反应器(PR)的气流输送到三聚氰胺生产装置的与所述洗涤段不同的且适用于接收气流的段的输送管线(T1)；
-适用于截断不包括所述洗涤段的输送管线(T)的第一截止阀(A)在所述洗涤段的上游位于所述输送管线(T)上；
-第二截止阀(B)位于适用于将离开所述反应器(R)和所述后反应器(PR)的气相输送到所述三聚氰胺生产装置的除所述洗涤段之外的且适用于接收所述气流的段的所述输送管线(T1)上。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，除所述洗涤段之外的且适用于接收气流的段是适用于接收离开所述后反应器的纯化三聚氰胺的段或者是适用于接收含氨气流的段，诸如例如是适用于吸收水中含氨气流的设备或者是适用于从水溶液中分离氨的塔。
3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备包括压力控制***，所述压力控制***由在输送管线(T1)上位于第二截止阀(B)下游的控制阀(CV2)和位于所述第二截止阀(B)上游或者下游的压力控制器(PC2/PC1)组成。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的设备，其中，所述设备包括压力控制***，所述压力控制***由在两个截止阀(A)和(B)的上游位于所述反应器和后反应器共用的输送管线(T)上的控制阀(CV1)和压力控制器(PC1)组成。
5.一种用于处理离开三聚氰胺生产装置的反应段的气流的方法，其中，
使离开反应器的包含处于汽相的NH3和三聚氰胺的第一气流和离开后反应器的包含处于汽相的NH3和三聚氰胺的第二气流合并，并将其送入所述三聚氰胺生产装置中的除洗涤段之外的且适用于接收所述气流的段中，当三聚氰胺生产工艺处于非生产性过渡阶段时不包括利用熔融尿素洗涤所述气流的步骤，在所述非生产性过渡阶段期间不向所述反应器中供给尿素并且不包括将所述气流送到尿素装置。
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