Реактор для высокопроизводительного синтеза мочевины

 

Изобретение относится к конструкции реактора для синтеза мочевины. Реактор содержит кожух, внутри которого с зазором установлена рубашка, закрытая сверху и открытая снизу. Патрубок для подачи аммиака расположен в верхней части кожуха вблизи места сварки его с куполообразной частью. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу получения мочевины путем синтеза аммиака и двуокиси углерода и реактору с высоким выходом, содержащему облицованный изнутри кожух, стойкому к условиям высоких давления и температуры. В частности изобретение относится к реактору "прямоточного" типа для синтеза мочевины, в который подают только чистые реагенты NH₃ и СО₂, действующему при давлении свыше 250 бар и температуре выше 160^оС.

Известен способ получения мочевины, предусматривающий производство части мочевины в "прямоточном" реакторе с высоким выходом без возврата в цикл, т. е. в него подаются только чистые реагенты.

Прямоточные реакторы широко использовались в прошлом, и многие из них все еще работают; к ним относится так называемый "вулканный", реактор, который работает при 400 кг/см² и 215^оС с молярным соотношением NH₃/CO₃=4,5 и с 80%-ным выходом. Учитывая высокую рабочую температуру (примерно на 25^оС выше обычных реакторов рецикла), реактор покрыт изнутри цирконием чтобы избежать явлений коррозии, которые возможны при использовании менее дорогостоящего материала, даже при использовании пассивирующего кислорода О₂ с применением Н₂О₂ или без него.

Вулканный реактор с высоким выходом обеспечивает максимальную надежность с точки зрения коррозии благодаря своей циркониевой облицовке. Однако высокая стоимость циркония вызывает повышения стоимости оборудования, что в свою очередь сказывается на общих капиталовложениях.

В это же время высокую надежность циркониевой облицовки можно поддерживать с помощью менее дорогостоящих материалов и обычных систем пассивирования (О₂) путем снижения примерно на 15-20^оС рабочей температуры металла, находящегося в контакте с циркониевой оболочкой, в результате использования дополнительной облицовки (рубашки), образующей воздушное пространство, в котором циркулирует относительно холодный аммиак.

В одном из вариантов реактор снабжен дополнительной защитной облицовкой (рубашкой) из обычного материала (нержавеющей стали), которая вместо жесткого приваривания к внутренней стенке кожуха давления состоит из оболочки (рубашки), приваренной к кожуху, облицованной с использованием обычного материала в верхней части и способной расширяться в нижней части так, чтобы создавать зазор между кожухом и рубашкой.

В соответствии с изобретением, подача NH₃ осуществляется так, чтобы он затекал в зазор или воздушное пространство при относительно низкой температуре, например ниже 100^оС, лучше при 80^оС, охлаждал таким образом дополнительную защитную облицовку, оболочку и кожух реактора в достаточной степени, чтобы избежать явления коррозии (например, на 20-30^оС ниже рабочей температуры).

Тепло, созданное реакцией синтеза и взятое NH₃, сохраняется при относительно низких значениях с тем, чтобы не влиять на рабочую температуру реактора. Целесообразно, чтобы такое переданное тепло присутствовало в каждом случае во вводимом в реакцию аммиака, что позволит выравнять температуру по реакционным зонам.

Обычные распределительные пластины из тонкого циркония могут быть сохранены, так как они работают при максимальной температуре (215-220^оС).

На фиг. 1 представлен реактор, продольный разрез; на фиг. 2 то же, продольный разрез с входным патрубком выше листа сварки.

Реактор содержит стойкий к давлению кожух 1 из обычного стального материала, внутри которого находится оболочка или рубашка 2 из нержавеющей стали.

Верхняя часть 3 рубашки 2 приварена в форме кольца к цилиндрической конечной зоне кожуха 1 и является закрытой.

Нижний конец 4 рубашки 2 остается практически открытым и может свободно расширяться ко дну относительно кожуха.

Между наружной стенкой рубашки и внутренней стенкой кожуха 1 создано воздушное пространство, или зазор 5.

Реактор работает следующим образом.

В соответствии с изобретением жидкий аммоний для синтеза аммиака вводится в реактор при относительно низкой температуре (например, при 80^оС) и циркулируя в зазоре 5 и выходя из нижнего конца 4 в днище, охлаждает всю цилиндрическую стенку кожуха 1.

Температура аммиака (см.черт.поз.6) такова, что она охлаждает не только кожух 1 до точки, при которой он уже не требует дорогостоящей облицовки из циркония, но и облицовку из обычной стали, что не сказывается неблагоприятно на температуре реакции синтеза. Целесообразно только, предусмотреть чтобы верхняя часть в форме купола 7, не затрагиваемая циркуляцией жидкого аммиака, была облицована цирконием; эта высококачественная облицовка 8 покрывает, однако лишь незначительную часть реактора для мочевины. Углекислый газ подается из днища и через трубопровод 9 поступает распределитель 10.

На фиг. 2 показан вариант выполнения реактора, снабженного верхними отверстиями и выводами, с возможностью замены оборудования внутри (включая рубашку 2).

Видно на фиг. 2, ввод аммиака 6 осуществляется над местом сварки верхней рубашки 3. Поток аммиака заполняет также куполообразную часть 7, которую в отличие от пластины 11 и сопла 12 уже не требует выполнять из циркония.

Место сварки верхней рубашки 3 выполнено таким образом, чтобы обеспечить подачу аммиака в зазор 5.

Формула изобретения

1. РЕАКТОР ДЛЯ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОГО СИНТЕЗА МОЧЕВИНЫ в прямом потоке из чистых аммиака и диоксида углерода, работающий при температуре 190 - 240^oС и при давлении 200 450 бар, включающий кожух, устойчивый к действию давления, и облицовку или рубашку из дорогостоящих металлов для защиты кожуха в условиях реакции от коррозионного воздействия реагентов и продуктов реакции, причем облицовка или рубашка образуют воздушное пространство для циркуляции газа и охлаждения поверхностей, образующих зазор, и приварены к кожуху по крайней мере в верхней части, и технологические патрубки, отличающийся тем, что входной патрубок, снабжающий зазор свежим аммиаком, расположен в области сварки рубашки в верхней части кожуха, при этом рубашку изготавливают из нержавеющей стали и по крайней мере часть ее снабжена циркониевой облицовкой.

2. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что входной патрубок расположен несколько ниже места сварки, а верхняя куполообразная часть реактора снабжена циркониевой облицовкой.

3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что входной патрубок расположен выше места сварки, при этом патрубки для удаления аммиака в верхней куполообразной части реактора снабжены циркониевой облицовкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2