ТАРЕЛКА РЕАКТОРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНЫ, РЕАКТОР И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНЫ Российский патент 2017 года по МПК B01D3/22 B01D3/00 C07C273/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к тарелке реактора для получения мочевины, реактору и способу получения мочевины.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Как известно, мочевину получают в промышленном масштабе с использованием способов, в которых диоксид углерода реагирует с аммиаком с образованием карбамата аммония, который разлагается на мочевину и воду.

Поэтому типичный реактор содержит газообразную фазу и жидкостную фазу, которые протекают в прямоточном режиме внутри находящейся под давлением реакционной камеры.

Преобразование аммиака и диоксида углерода в карбонат аммония и в конечном итоге в мочевину интенсифицируют, то есть для повышения выхода мочевины, с использованием тарельчатых реакторов.

Тарельчатые реакторы для получения мочевины по большей части включают, как правило, цилиндрический корпус, который проходит, по существу, вдоль вертикальной оси и оснащен внутри элементами, то есть тарелками, сформированными из соответственных металлических секций, которым придана форма и/или которые перфорированы для подразделения реакционной камеры на отсеки и создания конкретных путей для движения веществ внутри реактора.

Тарелки, как правило, расположены перпендикулярно вертикальной оси реактора и размещены на равных расстояниях друг от друга вдоль оси по всей высоте реактора.

Тарелки очень часто являются перфорированными, то есть имеют отверстия, по-разному размещенные и, возможно, имеющие различные формы и/или размеры.

Тарелки предпочтительно предназначены для вставления через горловину, которую обычно имеют реакторы, так что они также могут быть введены в существующие реакторы и/или удалены и заменены. По этой причине тарелки, как правило, изготавливают из нескольких деталей, которые пригнаны друг к другу.

Тарелки имеют разнообразное назначение, в частности:

- для максимизации времени удерживания легкой (более быстрой) фазы;

- для по возможности однородного распределения реактантов вдоль секции реактора, чтобы предотвращать «противоточное смешение»;

- для интенсификации смешения газообразной и жидкостной фаз;

- для сокращения «размера пузырьков», чтобы усилить диффузию аммиака в диоксид углерода.

Известны многообразные конструкции и конфигурации тарелок реакторов для получения мочевины.

Реакторы для получения мочевины с перфорированными тарелками описаны, например, в патентных документах ЕР 495418, ЕР 781164, US 6444180 и US 6165315.

Другие конструкции тарелок для прочих вариантов применения описаны в патентных документах US 3070360 и US 3222040.

Известные конфигурации, в частности те, которые в вышеуказанных документах специально предназначены для получения мочевины, действительно обеспечивают повышенный выход благодаря сокращению противоточного смешения и потерь нагрузки, обеспечению по существу однородного распределения легкой (газообразной) и тяжелой (жидкостной) фаз созданием предпочтительных путей для каждой из двух фаз и обеспечению возможности неинтрузивного (безударного) смешения между одной тарелкой и другой тарелкой.

Однако известные технические решения все еще оставляют возможности для усовершенствования.

Вообще говоря, известные технические решения не в состоянии обеспечить тщательное смешение легкой и тяжелой фаз (причем обе состоят из суперкритических текучих сред), которые вследствие разницы в плотности проявляют тенденцию к течению по отдельным предпочтительным путям, определяемым конструкцией и расположением тарелок и, в частности, формой, местоположением и размером отверстий в тарелках.

Этот недостаток также ухудшает конечную степень конверсии реактантов, тем самым снижая выход мочевины.

Ближайшим аналогом для заявленного изобретения является US 39223326, раскрывающий тарелку реактора для получения мочевины.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Поэтому задача настоящего изобретения состоит в создании тарелки реактора для получения мочевины, реактора и способа получения мочевины, предназначенных для устранения вышеуказанных недостатков известного прототипа, и которые, в частности, обеспечивают тщательное смешение газообразной и жидкостной фаз и высокий выход мочевины.

Поэтому настоящее изобретение относится к тарелке реактора для получения мочевины, по существу как определенной в пункте 1 патентной формулы.

Настоящее изобретение также относится к реактору для получения мочевины и способу получения мочевины, по существу как определенным в пунктах 16 и 19 патентной формулы соответственно.

Дополнительные преимущественные характеристики изобретения указаны в зависимых пунктах патентной формулы.

Геометрическая форма тарелки реактора согласно настоящему изобретению обеспечивает тщательное смешение газообразной и жидкостной фаз в реакторе для получения мочевины и в способе получения мочевины и тем самым значительно повышает выход мочевины.

Тарелка реактора согласно настоящему изобретению и реактор в целом также являются предельно простыми в изготовлении и монтаже.

Согласно формуле изобретения заявляется тарелка реактора для получения мочевины, содержащая по меньшей мере одну базовую пластину; и множество полых чашеобразных элементов, которые выступают вертикально из базовой пластины вдоль соответственной по существу параллельной оси (А), перпендикулярной базовой пластине, и имеют соответствующие по существу вогнутые внутренние полости, сообщающиеся с соответствующими отверстиями, сформированными в базовой пластине; причем тарелка содержит множество первых чашеобразных элементов, которые выступают вниз от нижней стороны базовой пластины, и каждый из которых проходит аксиально между открытым верхним концом, имеющим отверстие, и закрытым нижним концом; причем каждый первый чашеобразный элемент содержит боковую стенку со сквозными циркуляционными отверстиями, размещенными по существу поперечно относительно оси (А) и предназначенными для предпочтительного сквозного течения газообразной фазы и/или жидкостной фазы; и донную стенку, которая закрывает закрытый нижний конец и не имеет циркуляционных отверстий; причем боковая стенка каждого первого чашеобразного элемента имеет первые циркуляционные отверстия преимущественно для сквозного протекания газообразной фазы и вторые циркуляционные отверстия преимущественно для сквозного протекания жидкостной фазы, все по существу поперечно относительно оси (А); причем первые отверстия размещены ближе к открытому верхнему концу, чем вторые отверстия, и причем первые отверстия являются меньшими, чем вторые отверстия.

Предпочтительно первые отверстия размещены в верхней области чашеобразного элемента, ближе к открытому верхнему концу; и вторые отверстия размещены в нижней области чашеобразного элемента, вблизи закрытого нижнего конца.

Предпочтительно первые отверстия имеют диаметр (D1) приблизительно 2-20 мм и предпочтительно около 2-4 мм; и вторые отверстия имеют диаметр (D2) приблизительно 4-30 мм и предпочтительно около 4-8 мм.

Предпочтительно первые отверстия размещены в один или более последовательных в осевом направлении рядов; и ряд, ближайший к открытому верхнему концу, размещен на расстоянии приблизительно 1 мм или более и предпочтительно около 15-20 мм от нижней стороны базовой пластины.

Предпочтительно первые отверстия наклонены относительно боковой стенки.

Предпочтительно вторые отверстия размещены в один или более последовательных в осевом направлении рядов; и ряд, ближайший к закрытому нижнему концу, размещен на расстоянии 0 мм или более от донной стенки.

Предпочтительно размер и количество первых и вторых отверстий и число первых чашеобразных элементов являются такими, что совокупная площадь первых отверстий варьирует между приблизительно 0% и 20% и предпочтительно между приблизительно 0% и 4% общей площади тарелки, и совокупная площадь вторых отверстий варьирует между приблизительно 1% и 20% и предпочтительно между приблизительно 1% и 5% общей площади тарелки.

Предпочтительно тарелка реактора включает множество вторых чашеобразных элементов, выровненных и совмещенных с соответствующими первыми чашеобразными элементами, и которые выступают вверх из базовой пластины между соответственными закрытыми верхними концами над базовой пластиной и соответственными открытыми нижними концами, сообщающимися с соответствующими отверстиями; причем каждый из вторых чашеобразных элементов включает боковую стенку с третьими сквозными циркуляционными отверстиями, расположенными по существу поперечно относительно оси (А) и размещенными над базовой пластиной; и верхнюю торцевую стенку, по существу перпендикулярную оси (А), и которая закрывает закрытый верхний конец и не имеет циркуляционных отверстий.

Предпочтительно каждый первый чашеобразный элемент и соответствующий совмещенный с ним второй чашеобразный элемент определяют соответственные части, выступающие ниже и выше базовой пластины соответственно трубчатого корпуса, пропущенного через одно из отверстий в базовой пластине.

Предпочтительно третьи отверстия в боковой стенке каждого второго чашеобразного элемента подобны или идентичны по форме и расположению вторым отверстиям для сквозного протекания преимущественно жидкостной фазы в первых чашеобразных элементах.

Предпочтительно чашеобразные элементы являются по существу цилиндрическими.

Предпочтительно первые и вторые чашеобразные элементы размещены на базовой пластине в конфигурации решетки, с расстоянием между ними, варьирующим между приблизительно 2D и 5/2D, где D представляет диаметр первых и вторых чашеобразных элементов.

Также согласно формуле изобретения заявляется реактор для получения мочевины, включающий корпус, проходящий по существу вдоль вертикальной оси (X) и определяющий реакционную камеру; и множество тарелок реактора, заключенных во взаимном пространственном расположении внутри корпуса; причем в реакторе тарелки являются такими, как указано выше.

Предпочтительно каждая тарелка позиционирована с базовой пластиной по существу перпендикулярно оси (X) и так, что каждый первый чашеобразный элемент выступает вниз из базовой пластины, с закрытым нижним концом, предшествующим открытому верхнему концу по вертикальному осевому направлению вверх, по существу соответствующему направлению нормального течения технологических текучих сред внутри реакционной камеры.

Предпочтительно тарелки на различных высотах вдоль оси (X) имеют соответствующие первые отверстия и вторые отверстия преимущественно для сквозного протекания газообразной фазы и жидкостной фазы соответственно, совокупные площади которых, определяющие соответственные общие проходные сечения для газообразной фазы и жидкостной фазы, являются различными согласно местоположению тарелки внутри реактора; и в котором совокупная площадь первых отверстий сокращается вверх от одной тарелки к еще одной тарелке, и совокупная площадь вторых отверстий возрастает вверх от одной тарелки к еще одной тарелке.

Кроме того, согласно формуле изобретения заявляется способ получения мочевины, включающий стадию, в которой: проводят реакцию между аммиаком и диоксидом углерода внутри реактора подачи за счет содержащей аммиак жидкостной фазы и содержащей диоксид углерода газообразной фазы в одном и том же верхнем направлении внутри реактора и через отсеки, разделенные тарелками; причем газообразная фаза и жидкостная фаза перетекают из одного отсека в следующий отсек через поперечные отверстия, сформированные сквозь боковые стенки множества полых первых чашеобразных элементов, выступающих вниз из каждой тарелки вдоль соответствующей оси (А), и между соответственными открытыми верхними концами и соответственными закрытыми нижними концами; причем указанные первые чашеобразные элементы имеют соответственные нижние концы, закрытые донными стенками без отверстий таким образом, что указанные фазы протекают через указанные поперечные отверстия в каждый первый чашеобразный элемент исключительно по направлению, поперечному относительно оси (А); причем способ дополнительно включает стадии, в которых:

- подают газообразную фазу преимущественно через первые отверстия, сформированные сквозь боковые стенки первых чашеобразных элементов;

- подают жидкостную фазу преимущественно через вторые отверстия, также сформированные сквозь боковые стенки первых чашеобразных элементов и размещенные ниже, чем первые отверстия, через боковые стенки; причем первые отверстия являются меньшими, чем вторые отверстия.

Предпочтительно первые отверстия имеют диаметр (D1) приблизительно 2-20 мм и предпочтительно около 2-4 мм; и вторые отверстия имеют диаметр (D2) приблизительно 4-30 мм и предпочтительно около 4-8 мм.

Предпочтительно первые отверстия размещены в один или более последовательных в осевом направлении рядов; и ряд, ближайший к открытому верхнему концу, расположен на расстоянии приблизительно 1 мм или более и предпочтительно около 15-20 мм от нижней стороны базовой пластины.

Предпочтительно первые отверстия наклонены относительно боковой стенки.

Предпочтительно вторые отверстия размещены в один или более последовательных в осевом направлении рядов; и ряд, ближайший к закрытому нижнему концу, расположен на расстоянии 0 мм или более от донной стенки.

Предпочтительно размер и количество первых и вторых отверстий и число первых чашеобразных элементов являются такими, что совокупная площадь первых отверстий варьирует между приблизительно 0% и 20% и

предпочтительно между приблизительно 0% и 4% общей площади тарелки, и совокупная площадь вторых отверстий варьирует между приблизительно 1% и 20% и предпочтительно между приблизительно 1% и 5% общей площади тарелки.

Предпочтительно тарелки на различных высотах вдоль оси (X) имеют различные совокупные площади первых отверстий и вторых отверстий и поэтому различные общие проходные сечения для газообразной фазы и жидкостной фазы; и в котором совокупная площадь первых отверстий сокращается вверх от одной тарелки к еще одной тарелке, и совокупная площадь вторых отверстий возрастает вверх от одной тарелки к еще одной тарелке.

Предпочтительно после протекания в указанные первые чашеобразные элементы газообразная фаза и жидкостная фаза текут вверх во вторые чашеобразные элементы, размещенные на одной линии и совмещенные с соответственными первыми чашеобразными элементами; причем указанные вторые чашеобразные элементы имеют соответствующие верхние концы, закрытые торцевыми стенками без отверстий, и имеют третьи сквозные отверстия, по существу поперечные относительно оси (А) и размещенные выше базовой пластины таким образом, что указанные фазы вытекают из вторых чашеобразных элементов исключительно по направлению, поперечному относительно оси (А).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Неограничивающий вариант осуществления настоящего изобретения будет описан в порядке примера с привлечением сопроводительных чертежей, в которых:

фиг. 1 показывает частичное схематическое изображение реактора для получения мочевины в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;

фиг. 2 показывает увеличенное изображение детали реактора согласно фиг. 1;

фиг. 3 показывает вид сверху детали из фиг. 2;

фиг. 4 и 5 схематически показывают виды сверху двух тарелок, применимых в реакторе согласно фиг. 1;

фиг. 6 показывает частичное схематическое изображение реактора для получения мочевины в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения;

фиг. 7 показывает увеличенное изображение детали реактора согласно фиг. 6.

НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1 показывает внутреннюю часть реактора 1 для получения мочевины, в частности тарельчатого реактора.

Реактор 1 включает корпус 2, проходящий по существу вдоль вертикальной оси X и определяющий реакционную камеру 3 внутри реактора 1; и множество тарелок 4 (в фиг. 1 показана только одна), заключенных внутри корпуса 2.

Простоты ради прочие известные составные детали реактора 1, не имеющие отношения к настоящему изобретению, такие как системы загрузки реактантов и выведения продукта, системы нагревания и создания давления и т.д., не показаны.

Корпус 2 имеет боковую, например, по существу цилиндрическую, стенку 5; и два концевых участка (не показаны) на соответствующих противоположных осевых концах боковой стенки 5.

Тарелки 4 смонтированы на боковой стенке 5, например, с помощью кронштейнов 6 или других опор.

Хотя фиг. 1 показывает только одну тарелку 4, реактор 1 заключает в себе множество тарелок 4, по существу перпендикулярных оси X и размещенных вдоль нее для подразделения реакционной камеры 3 на отсеки 7 и формирования путей движения веществ внутри реакционной камеры 3.

Каждая тарелка 4 преимущественно, хотя не обязательно, включает множество съемных модульных секций 8, соединенных друг с другом подходящими крепежными деталями 9.

С привлечением также фиг. 2 и 3 каждая тарелка 4 включает базовую пластину 10, например, в форме круглого диска; и множество чашеобразных элементов 11, выступающих вниз из базовой пластины 10.

Более конкретно, базовая пластина 10 имеет верхнюю сторону 13 и нижнюю сторону 14, противоположные друг другу, и которые, например, являются по существу плоскими и параллельными.

Верхняя сторона 13 имеет множество отверстий 15, ограниченных соответствующими кромками 16, предпочтительно заподлицо с верхней стороной 13.

Чашеобразные элементы 11 выступают вниз из нижней стороны 14 базовой пластины 10.

Каждый чашеобразный элемент 11 является полым, проходящим вертикально вдоль оси А, по существу параллельной оси X, определяет по существу вогнутую внутреннюю полость 17, сообщающуюся с соответствующим отверстием 15 и протяженную аксиально между открытым верхним концом 21 с отверстием 15 и закрытым нижним концом 22.

Более конкретно, каждый чашеобразный элемент 11 включает боковую стенку 23 и донную стенку 24.

В неограничивающем примере согласно фиг. 1-3, хотя и необязательно, чашеобразный элемент 11 является по существу цилиндрическим: боковая стенка 23 является по существу цилиндрической и протяженной вокруг оси А, и донная стенка 2 4 является по существу круглой и перпендикулярной к оси А.

Однако чашеобразные элементы 11 могут иметь форму, отличную от описанной и иллюстрированной в качестве примера формы. Более конкретно, они могут иметь боковые стенки 23, наклонные относительно оси А, и/или иные, нежели кругообразные поперечные сечения (перпендикулярно оси А). В других непоказанных вариантах исполнения чашеобразные элементы 11 могут иметь форму по существу усеченного конуса, быть призматическими, иметь форму усеченной пирамиды и т.д. и/или иметь поперечные сечения с различными контурами, например, по существу круглые или многоугольные, и либо постоянные, либо переменные вдоль оси А. В отличие от центрально-симметричной формы, как в показанном примере, чашеобразные элементы 11 могут быть даже удлиненными в продольном направлении вдоль горизонтальной оси (перпендикулярно оси А). Например, они могут иметь форму в горизонтальной проекции, которая является по существу прямоугольной или овальной, или в основном удлиненной; и боковые стенки 23 могут быть по существу параллельными оси А или по-разному наклонными относительно оси А для определения, например, множества параллельных или различно расположенных выступов под нижней стороной 14 базовой пластины 10.

Однако, вообще говоря, каждый чашеобразный элемент 11 имеет открытый верхний конец 21 с отверстием 15; и нижний конец 22, закрытый донной стенкой 24, по существу без отверстий, как разъясняется ниже.

Положение чашеобразных элементов 11 и, более конкретно, открытого конца 21 и закрытого конца 22 определяется направлением нормального течения технологических текучих сред внутри реакционной камеры 3. Как и в большинстве реакторов для получения мочевины из аммиака и диоксида углерода технологические текучие среды, циркулирующие в реакторе 1, по существу включают газообразную или так называемую легкую фазу и жидкостную или так называемую тяжелую фазу. Обе фазы текут главным образом вверх.

Поэтому по существу в осевом направлении (параллельном осям А и X), главным образом соответствующем направлению течения технологических текучих сред внутри реакционной камеры 3, закрытый конец 22 каждого чашеобразного элемента 11 предшествует открытому концу 21.

Независимо от своей формы боковая стенка 23 имеет сквозные циркуляционные отверстия 25, предназначенные для обеспечения возможности преимущественного сквозного протекания жидкостной и/или газообразной фазы.

Поэтому каждый чашеобразный элемент 11 имеет циркуляционные отверстия 25, по существу расположенные поперечно относительно оси А, и которые в показанном примере размещены по существу радиально относительно оси А.

Каждый чашеобразный элемент 11 имеет отверстия 25 с различными размерами и, более конкретно, имеет меньшие отверстия 25А для сквозного протекания газообразной (легкой) фазы в верхней области 26 ближе к открытому верхнему концу 21; и более крупные отверстия 25В для сквозного протекания жидкостной (тяжелой) фазы в нижней области 27 вблизи закрытого нижнего конца 22.

Отверстия 25 могут иметь любую форму, не обязательно круглую. Например, они могут быть круглыми, многоугольными, овальными, по существу прямоугольными, в форме пазов или щелей и т.д.

В примере согласно фиг. 2 (которая показывает более подробный вид отверстий 25, чем схематически в фиг. 1) отверстия 25 являются круглыми, и чашеобразный элемент 11 включает первую группу отверстий 25А с диаметром D1 в верхней области 26 и вторую группу отверстий 25В с диаметром D2, большим чем диаметр D1, в нижней области 27.

Отверстия 25 в обеих группах предпочтительно размещены на равных расстояниях друг от друга на боковой стенке 23 и расположены, например, несколькими последовательными рядами, равноотстоящими друг от друга в осевом направлении. Отверстия 25 в соседних рядах могут быть выровнены по одной линии (как показано на примере более крупных отверстий 25В) или смещены в шахматном порядке (как показано на примере более мелких отверстий 25А).

В качестве примера отверстия 25А в первой группе (более мелкие) имеют диаметр D1 приблизительно 2-20 мм и предпочтительно около 2-4 мм; и отверстия 25А в верхнем ряду в группе (то есть в ряду, ближайшем к открытому верхнему концу 21 чашеобразного элемента 11 и лицевой поверхности 14 базовой пластины 10) размещены на расстоянии приблизительно 1 мм или более и предпочтительно около 15-30 мм от нижней стороны 14 базовой пластины 10.

Вышеуказанные размеры являются сугубо показательными и в случае иных, нежели круглые отверстия 25, могут иметь отношение в отличие от диаметра отверстий к эквивалентному, или гидравлическому, диаметру, то есть диаметру, какой имело бы круглое сечение с такой же площадью.

Отверстия 25А в первой группе необязательно наклонены относительно боковой стенки 23 и, более конкретно, примерно на 30° внутрь и предпочтительно вниз относительно перпендикуляра к боковой стенке 23. Этот наклон никоим образом не является обязательным, и отверстия 25А могут быть даже наклонены вверх относительно перпендикуляра к боковой стенке 23. Наклон отверстий 25А также зависит от толщины боковой стенки 23 и служит для обеспечения того, чтобы по существу и преимущественно только газообразная фаза протекала через отверстия 25А, и для тщательного смешения фаз внутри чашеобразного элемента 11.

Отверстия 25В во второй группе (более крупные) имеют диаметр D2 приблизительно 4-30 мм и предпочтительно около 4-8 мм; и ряд отверстий 25В, ближайший к нижнему концу 22, размещен на расстоянии от 0 мм или более от донной стенки 24 для обеспечения сквозного протекания жидкостной фазы.

Расстояние от базовой пластины 10 до верхнего ряда отверстий 25А для газообразной фазы (то есть ряда, ближайшего к нижней стороне 14 базовой пластины 10) является важным для обеспечения равномерного распределения газообразной фазы под тарелкой 4, то есть под нижней стороной 14 базовой пластины 10, в результате формирования «шапки» из однородной газообразной фазы.

Другими словами, в каждом отсеке 7 как газообразная, так и жидкостная фазы технологических текучих сред текут вверх по существу в осевом направлении (параллельно оси X), и газообразная (легкая) фаза накапливается вплотную к нижней стороне 14 тарелки 4 с образованием головной части, равной по высоте расстоянию между нижней стороной 14 базовой пластины 10 и верхним рядом отверстий 25А. Поэтому через отверстия 25А главным образом протекает газообразная фаза по существу в радиальном направлении относительно оси А чашеобразных элементов 11 или при любой скорости по существу поперек вертикальной оси X реактора 1. Когда головная часть достигает достаточной величины, более тяжелая жидкостная фаза также протекает через отверстия 25В, расположенные ниже отверстий 25А, по направлению, в основном поперечному относительно вертикальной оси X реактора 1; и как жидкостная, так и газообразная фазы протекают вверх вдоль полости 17, где они локально смешиваются и текут через отверстие 15 в следующий отсек 7.

Тем самым вследствие геометрической формы согласно настоящему изобретению технологические текучие среды вынуждены протекать принудительными путями, которые определяются отверстиями 25, радиально в каждый чашеобразный элемент 11, который поэтому действует как локальный смеситель для обеспечения тщательного перемешивания двух фаз.

В неограничивающих примерах согласно фиг. 4 и 5 чашеобразные элементы 11 (и отверстия 15) размещены на базовой пластине 10 в регулярном порядке, например, на равных расстояниях друг от друга в виде решетки. Более конкретно, чашеобразные элементы 11 отстоят друг от друга на расстояние L, приблизительно равное 1,5D или более и предпочтительно от около 2D до 5/2D (где D представляет диаметр чашеобразных элементов 11), чтобы упростить изготовление секций 8. В других непоказанных вариантах исполнения чашеобразные элементы 11 размещены на базовой пластине 10 в других, даже нерегулярных конфигурациях и/или с иными расстояниями между ними, нежели показанные расстояния.

В качестве примера диаметр D чашеобразных элементов 11 составляет приблизительно 20 мм или более и предпочтительно около 100-160 мм.

Число чашеобразных элементов 11 предпочтительно составляет менее 36 на квадратный метр и более предпочтительно варьирует между 12 и 18 на квадратный метр в зависимости от количества отверстий 25.

Количество отверстий 25 в двух группах (то есть для двух фаз) выбирают согласно числу чашеобразных элементов 11 на тарелке 4, которое, в свою очередь, выбирают соответственно диаметру и местоположению тарелки 4 внутри реактора 1. Вообще говоря, геометрическую форму тарелки 4 (в частности, размер и количество отверстий 25, и число чашеобразных элементов 11) выбирают таким образом, чтобы общее проходное сечение газообразной фазы (то есть совокупная площадь отверстий 25А) составляло приблизительно 0-20% и предпочтительно около 0-4% от общей площади тарелки 4, и общее проходное сечение жидкостной фазы (то есть совокупная площадь отверстий 25В) составляло приблизительно 1-20% и предпочтительно около 1-5% общей площади тарелки 4, опять же в зависимости от местоположения тарелки 4 внутри реактора 1.

Вообще говоря, общие проходные сечения газообразной и жидкостной фаз (то есть совокупные площади отверстий 25А и 25В) варьируют в зависимости от местоположения тарелки 4 внутри реактора 1: тарелки 4 на различных высотах внутри реактора 1 могут иметь и предпочтительно имеют различные общие проходные сечения газообразной и жидкостной фазы. Более конкретно, по мере перехода вверх от одной тарелки 4 к следующей общее проходное сечение газообразной фазы сокращается (даже сходит практически до нуля на верхней тарелке 4), тогда как общее проходное сечение жидкостной фазы возрастает или остается по существу постоянным.

Во избежание создания предпочтительных путей для двух фаз в поверхности тарелки 4 (то есть базовой пластины 10) или в донных стенках 24 чашеобразных элементов 11 отсутствуют циркуляционные отверстия, то есть позволяющие текучей среде непосредственно перетекать из одного отсека 7 в еще один.

Поверхность тарелки 4 и/или донных стенок 24 чашеобразных элементов 11 может иметь противозастойные отверстия 28 для предотвращения образования застойных газовых карманов, которые могут приводить к коррозии. Противозастойные отверстия 28 (только некоторые из каковых схематически показаны в фиг. 1) являются меньшими в диаметре, чем оба из диаметров D1 и D2 отверстий 25 для протекания газообразной и жидкостной фаз, и предпочтительно около 2-3 мм в диаметре, и также имеются в меньшем числе, нежели отверстия 25, приблизительно по меньшей мере на один порядок величины, опять же во избежание создания предпочтительных путей течения.

Поэтому донная стенка 24 по существу не имеет отверстий в том смысле, что не содержит циркуляционных отверстий 25 (через которые предпочтительно циркулируют технологические текучие среды), и имеет только необязательные противозастойные отверстия 28. Термин «противозастойное отверстие» предполагается означающим отверстие, которое по размеру и/или местоположению не образует предпочтительного пути для течения жидкостной или газообразной фазы, сравнительно с циркуляционными отверстиями.

Для исполнения способа получения мочевины согласно настоящему изобретению реакцию между аммиаком и диоксидом углерода проводят внутри реактора 1 в надлежащих условиях давления и температуры. Более конкретно, содержащая аммиак жидкостная фаза и содержащая диоксид углерода газообразная фаза циркулируют вверх по одному и тому же направлению внутри реакционной камеры 3 и через последовательные отсеки 7, разделенные тарелками 4.

Как было указано, в каждом отсеке 7 как жидкостная, так и газообразная фазы протекают вверх по существу в осевом направлении (параллельно оси X) и накапливаются вблизи нижней стороны 14 тарелки 4; газообразная фаза протекает в полости 17 чашеобразных элементов 11 главным образом через отверстия 25А, и жидкостная фаза поступает в полости 17 главным образом через отверстия 25В, и две фазы смешиваются локально внутри полостей 17 и вытекают в следующий отсек 7.

В показанном в фиг. 6 и 7 варианте исполнения, в котором любые детали, подобные или идентичные уже описанным, обозначены с использованием тех же кодовых номеров позиций, каждая тарелка 4 включает базовую пластину 10; множество нижних первых чашеобразных элементов 11, как описанных с привлечением фиг. 1-3, и которые выступают вертикально вниз из базовой пластины 10 (то есть от нижней стороны 14 базовой пластины 10); и множество верхних вторых чашеобразных элементов 11А, которые выступают вверх от базовой пластины 10 (то есть из верхней стороны 13 базовой пластины 10) и размещены на одной линии совмещенными с соответствующими первыми чашеобразными элементами 11.

Чашеобразные элементы 11А также являются полыми и протяженными вертикально вдоль соответствующей оси А, по существу параллельно оси X. Более конкретно, каждый чашеобразный элемент 11А является протяженным вдоль оси А между закрытым верхним концом 31, расположенным над базовой пластиной 10, и открытым нижним концом 32, сообщающимся с отверстием 15, и включает боковую стенку 33, которая проходит вокруг оси А и имеет сквозные циркуляционные отверстия 25С, расположенные по существу поперечно относительно оси А и размещенные выше базовой пластины 10; и верхнюю торцевую стенку 34, по существу перпендикулярную оси А, и которая закрывает закрытый верхний конец 31 и по существу не имеет отверстий, то есть без циркуляционных отверстий.

Другими словами, из базовой пластины 10 выступают пары противолежащих чашеобразных элементов 11, 11А, установленных друг на друга вертикально вдоль оси А; и каждый нижний чашеобразный элемент 11 и соответствующий совмещенный с ним верхний чашеобразный элемент 11А определяют соответственные части 35 - выступающие ниже и выше базовой пластины 10, соответственно - трубчатого корпуса 36, пропущенного сквозь одно из отверстий 15 в базовой пластине 10.

Каждый чашеобразный элемент 11А имеет по существу вогнутую внутреннюю полость 37, которая сообщается с отверстием 15 и с одной полостью 17 чашеобразного элемента 11 под ним.

Отверстия 25С в боковой стенке 33 каждого верхнего чашеобразного элемента 11А, например, подобны или идентичны по форме и расположению циркуляционным отверстиям 25В, преимущественно предназначенным для жидкостной фазы в соответственном нижнем чашеобразном элементе 11. Более конкретно, отверстия 25С каждого верхнего чашеобразного элемента 11А имеют совокупную площадь (определяющую общее проходное сечение для обеих фаз через чашеобразный элемент 11А), по существу равную совокупной площади отверстий 25В соответствующего нижнего чашеобразного элемента 11.

Например, размер отверстий 25С и количество отверстий 25С и чашеобразных элементов 11А выбирают таким образом, чтобы общее проходное сечение для обеих фаз (то есть совокупная площадь отверстий 25С) составляло приблизительно 1-20% и предпочтительно около 1-5% общей площади тарелки 4 в зависимости от местоположения тарелки 4 внутри реактора 1.

В этом варианте также реакция между аммиаком и диоксидом углерода протекает внутри реактора 1 при надлежащих условиях давления и температуры. Более конкретно, содержащая аммиак жидкостная фаза и содержащая диоксид углерода газообразная фаза циркулируют вверх по одному и тому же направлению внутри реакционной камеры 3 и через последовательные отсеки 7, разделенные тарелками 4.

Как было указано, в каждом отсеке 7 как жидкостная, так и газообразная фазы протекают вверх по существу в осевом направлении (параллельно оси X) и накапливаются под нижней стороной 14 каждой тарелки 4; газообразная фаза протекает в полости 17 чашеобразных элементов 11 главным образом через отверстия 25А, и жидкостная фаза поступает в полости 17 главным образом через отверстия 25В; и две фазы локально смешиваются внутри полостей 17.

Обе фазы текут вверх по существу в осевом (вертикальном) направлении внутри чашеобразных элементов 11 и поступают в чашеобразные элементы 11А, расположенные на одной линии и совмещенные с соответственными чашеобразными элементами 11, и вытекают из чашеобразных элементов 11А через отверстия 25С, то есть исключительно поперек оси А, и входят в следующий отсек 7.

В этом варианте также отсутствуют циркуляционные отверстия, то есть позволяющие непосредственно перетекать из одного отсека 7 в еще один отсек, в поверхности тарелки 4 (то есть базовой пластине 10) или в торцевых стенках 24, 34 чашеобразных элементов 11, 11А во избежание создания предпочтительных путей для газообразной и/или жидкостной фазы.

Поверхности тарелки 4, и/или донных стенок, 24 и/или стенок 34 необязательно имеют противозастойные отверстия 28, как было описано выше.

Дополнительные характеристики, упомянутые выше со ссылкой на фиг. 1-5 и имеющие отношение, например, к размеру и расположению циркуляционных отверстий и чашеобразных элементов, также применимы к варианту согласно фиг. 6 и 7.

Разумеется, могут быть внесены изменения в отношении реакторной тарелки, реактора и способа, как здесь описанных и иллюстрированных, однако без выхода за пределы области пунктов прилагаемой патентной формулы.

Изобретение относится к тарелке (4) реактора для получения мочевины. Тарелка содержит по меньшей мере одну базовую пластину (10) и множество полых чашеобразных элементов (11, 11А), которые выступают вертикально из базовой пластины (10) вдоль соответственной по существу параллельной оси (А), перпендикулярной базовой пластине (10), и имеют соответствующие по существу вогнутые внутренние полости (17, 37), сообщающиеся с соответствующими отверстиями (15), сформированными в базовой пластине (10). Причем тарелка (4) содержит множество первых чашеобразных элементов (11), которые выступают вниз от нижней стороны (14) базовой пластины (10), и каждый из которых проходит аксиально между открытым верхним концом (21), имеющим отверстие (15), и закрытым нижним концом (22). Каждый первый чашеобразный элемент (11) содержит боковую стенку (23) со сквозными циркуляционными отверстиями (25), размещенными по существу поперечно относительно оси (А) и предназначенными для предпочтительного сквозного течения газообразной фазы и/или жидкостной фазы; и донную стенку (24), которая закрывает закрытый нижний конец (22) и не имеет циркуляционных отверстий. При этом боковая стенка (23) каждого первого чашеобразного элемента (11) имеет первые циркуляционные отверстия (25А) преимущественно для сквозного протекания газообразной фазы и вторые циркуляционные отверстия (25В) преимущественно для сквозного протекания жидкостной фазы, все по существу поперечно относительно оси (А). Первые отверстия (25А) размещены ближе к открытому верхнему концу (21), чем вторые отверстия (25В), и первые отверстия (25А) являются меньшими, чем вторые отверстия (25В). Также предложены реактор для получения мочевины и способ получения мочевины. Изобретение позволяет обеспечить тщательное смешение газообразной и жидкостной фаз и высокий выход мочевины. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Тарелка (4) реактора для получения мочевины, содержащая по меньшей мере одну базовую пластину (10); и множество полых чашеобразных элементов (11, 11А), которые выступают вертикально из базовой пластины (10) вдоль соответственной по существу параллельной оси (А), перпендикулярной базовой пластине (10), и имеют соответствующие по существу вогнутые внутренние полости (17, 37), сообщающиеся с соответствующими отверстиями (15), сформированными в базовой пластине (10); причем тарелка (4) содержит множество первых чашеобразных элементов (11), которые выступают вниз от нижней стороны (14) базовой пластины (10), и каждый из которых проходит аксиально между открытым верхним концом (21), имеющим отверстие (15), и закрытым нижним концом (22); причем каждый первый чашеобразный элемент (11) содержит боковую стенку (23) со сквозными циркуляционными отверстиями (25), размещенными по существу поперечно относительно оси (А) и предназначенными для предпочтительного сквозного течения газообразной фазы и/или жидкостной фазы; и донную стенку (24), которая закрывает закрытый нижний конец (22) и не имеет циркуляционных отверстий; причем тарелка (4) отличается тем, что боковая стенка (23) каждого первого чашеобразного элемента (11) имеет первые циркуляционные отверстия (25А) преимущественно для сквозного протекания газообразной фазы и вторые циркуляционные отверстия (25В) преимущественно для сквозного протекания жидкостной фазы, все по существу поперечно относительно оси (А); причем первые отверстия (25А) размещены ближе к открытому верхнему концу (21), чем вторые отверстия (25В), и причем первые отверстия (25А) являются меньшими, чем вторые отверстия (25В).

2. Тарелка реактора по п.1, в которой первые отверстия (25А) размещены в верхней области (26) чашеобразного элемента (11), ближе к открытому верхнему концу (21); и вторые отверстия (25В) размещены в нижней области (27) чашеобразного элемента (11), вблизи закрытого нижнего конца (22).

3. Тарелка реактора по п.1, в которой первые отверстия (25А) имеют диаметр (D1) приблизительно 2-20 мм и предпочтительно около 2-4 мм; и вторые отверстия (25В) имеют диаметр (D2) приблизительно 4-30 мм и предпочтительно около 4-8 мм.

4. Тарелка реактора по п.1, в которой первые отверстия (25А) размещены в один или более последовательных в осевом направлении рядов; и ряд, ближайший к открытому верхнему концу (21), размещен на расстоянии приблизительно 1 мм или более и предпочтительно около 15-20 мм от нижней стороны (14) базовой пластины (10).

5. Тарелка реактора по п.1, в которой первые отверстия (25А) наклонены относительно боковой стенки (23).

6. Тарелка реактора по п.1, в которой вторые отверстия (25В) размещены в один или более последовательных в осевом направлении рядов; и ряд, ближайший к закрытому нижнему концу (22), размещен на расстоянии 0 мм или более от донной стенки (24).

7. Тарелка реактора по п.1, в которой размер и количество первых и вторых отверстий (25А, 25В) и число первых чашеобразных элементов (11) являются такими, что совокупная площадь первых отверстий (25А) варьирует между приблизительно 0% и 20% и предпочтительно между приблизительно 0% и 4% общей площади тарелки (4), и совокупная площадь вторых отверстий (25В) варьирует между приблизительно 1% и 20% и предпочтительно между приблизительно 1% и 5% общей площади тарелки (4).

8. Тарелка реактора по п.1, включающая множество вторых чашеобразных элементов (11А), выровненных и совмещенных с соответствующими первыми чашеобразными элементами (11), и которые выступают вверх из базовой пластины (10) между соответственными закрытыми верхними концами (31) над базовой пластиной (10) и соответственными открытыми нижними концами (32), сообщающимися с соответствующими отверстиями (15); причем каждый из вторых чашеобразных элементов (11А) включает боковую стенку (33) с третьими сквозными циркуляционными отверстиями (25С), расположенными по существу поперечно относительно оси (А) и размещенными над базовой пластиной (10); и верхнюю торцевую стенку (34), по существу перпендикулярную оси (А), и которая закрывает закрытый верхний конец (31) и не имеет циркуляционных отверстий.

9. Тарелка реактора по п.8, в которой каждый первый чашеобразный элемент (11) и соответствующий совмещенный с ним второй чашеобразный элемент (11А) определяют соответственные части (35), выступающие ниже и выше базовой пластины (10) соответственно, трубчатого корпуса (36), пропущенного через одно из отверстий (15) в базовой пластине (10).

10. Тарелка реактора по п.8, в которой третьи отверстия (25С) в боковой стенке (33) каждого второго чашеобразного элемента (11А) подобны или идентичны по форме и расположению вторым отверстиям (25В) для сквозного протекания преимущественно жидкостной фазы в первых чашеобразных элементах (11).

11. Тарелка реактора по п.1, в которой чашеобразные элементы (11, 11А) являются по существу цилиндрическими.

12. Тарелка реактора по п.1, в которой первые и вторые чашеобразные элементы (11, 11А) размещены на базовой пластине (10) в конфигурации решетки, с расстоянием между ними, варьирующим между приблизительно 2D и 5/2D, где D представляет диаметр первых и вторых чашеобразных элементов (11, 11А).

13. Реактор (1) для получения мочевины, включающий корпус (2), проходящий по существу вдоль вертикальной оси (Х) и определяющий реакционную камеру (3); и множество тарелок (4) реактора, заключенных во взаимном пространственном расположении внутри корпуса (2); причем реактор отличается тем, что тарелки (4) являются такими, как по п.1.

14. Реактор по п.13, в котором каждая тарелка (4) позиционирована с базовой пластиной (10) по существу перпендикулярно оси (Х) и так, что каждый первый чашеобразный элемент (11) выступает вниз из базовой пластины (10), с закрытым нижним концом (22), предшествующим открытому верхнему концу (21) по вертикальному осевому направлению вверх, по существу соответствующему направлению нормального течения технологических текучих сред внутри реакционной камеры (3).

15. Реактор по п.13, в котором тарелки (4) на различных высотах вдоль оси (Х) имеют соответствующие первые отверстия (25А) и вторые отверстия (25В) преимущественно для сквозного протекания газообразной фазы и жидкостной фазы соответственно, совокупные площади которых, определяющие соответственные общие проходные сечения для газообразной фазы и жидкостной фазы, являются различными согласно местоположению тарелки (4) внутри реактора (1); и в котором совокупная площадь первых отверстий (25А) сокращается вверх от одной тарелки (4) к еще одной тарелке, и совокупная площадь вторых отверстий (25В) возрастает вверх от одной тарелки (4) к еще одной тарелке.

16. Способ получения мочевины, включающий стадию, в которой: проводят реакцию между аммиаком и диоксидом углерода внутри реактора (1) подачи за счет содержащей аммиак жидкостной фазы и содержащей диоксид углерода газообразной фазы в одном и том же верхнем направлении внутри реактора и через отсеки (7), разделенные тарелками (4); причем газообразная фаза и жидкостная фаза перетекают из одного отсека (7) в следующий отсек через поперечные отверстия (25), сформированные сквозь боковые стенки (23) множества полых первых чашеобразных элементов (11), выступающих вниз из каждой тарелки (4) вдоль соответствующей оси (А), и между соответственными открытыми верхними концами (21) и соответственными закрытыми нижними концами (22); причем указанные первые чашеобразные элементы (11) имеют соответственные нижние концы (22), закрытые донными стенками (24) без отверстий таким образом, что указанные фазы протекают через указанные поперечные отверстия (25) в каждый первый чашеобразный элемент (11) исключительно по направлению, поперечному относительно оси (А); причем способ отличается тем, что включает стадии, в которых:

- подают газообразную фазу преимущественно через первые отверстия (25А), сформированные сквозь боковые стенки (23) первых чашеобразных элементов (11);

- подают жидкостную фазу преимущественно через вторые отверстия (25В), также сформированные сквозь боковые стенки (23) первых чашеобразных элементов (11) и размещенные ниже, чем первые отверстия (25А), через боковые стенки (23); причем первые отверстия (25А) являются меньшими, чем вторые отверстия (25В).

17. Способ по п.16, в котором первые отверстия (25А) имеют диаметр (D1) приблизительно 2-20 мм и предпочтительно около 2-4 мм; и вторые отверстия (25В) имеют диаметр (D2) приблизительно 4-30 мм и предпочтительно около 4-8 мм.

18. Способ по п.16, в котором первые отверстия (25А) размещены в один или более последовательных в осевом направлении рядов; и ряд, ближайший к открытому верхнему концу (21), расположен на расстоянии приблизительно 1 мм или более и предпочтительно около 15-20 мм от нижней стороны (14) базовой пластины (10).

19. Способ по п.16, в котором первые отверстия (25А) наклонены относительно боковой стенки (23).

20. Способ по п.16, в котором вторые отверстия (25В) размещены в один или более последовательных в осевом направлении рядов; и ряд, ближайший к закрытому нижнему концу (22), расположен на расстоянии 0 мм или более от донной стенки (24).

21. Способ по п.16, в котором размер и количество первых и вторых отверстий (25А, 25В) и число первых чашеобразных элементов (11) являются такими, что совокупная площадь первых отверстий (25А) варьирует между приблизительно 0% и 20% и предпочтительно между приблизительно 0% и 4% общей площади тарелки (4), и совокупная площадь вторых отверстий (25В) варьирует между приблизительно 1% и 20% и предпочтительно между приблизительно 1% и 5% общей площади тарелки (4).

22. Способ по п.21, в котором тарелки (4) на различных высотах вдоль оси (Х) имеют различные совокупные площади первых отверстий (25А) и вторых отверстий (25В) и поэтому различные общие проходные сечения для газообразной фазы и жидкостной фазы; и в котором совокупная площадь первых отверстий (25А) сокращается вверх от одной тарелки (4) к еще одной тарелке, и совокупная площадь вторых отверстий (25В) возрастает вверх от одной тарелки (4) к еще одной тарелке.

23. Способ по п.16, в котором после протекания в указанные первые чашеобразные элементы (11) газообразная фаза и жидкостная фаза текут вверх во вторые чашеобразные элементы (11А), размещенные на одной линии и совмещенные с соответственными первыми чашеобразными элементами (11); причем указанные вторые чашеобразные элементы (11А) имеют соответствующие верхние концы (31), закрытые торцевыми стенками (34) без отверстий, и имеют третьи сквозные отверстия (25С), по существу поперечные относительно оси (А) и размещенные выше базовой пластины (10) таким образом, что указанные фазы вытекают из вторых чашеобразных элементов (11А) исключительно по направлению, поперечному относительно оси (А).