Отпарные колонны высокого давления для использования в установках для получения мочевины Российский патент 2023 года по МПК B01D1/06 B01D3/34 F28D7/16 F28F9/00 F28F9/16 F28F9/22 C07D273/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области производства мочевины, в частности, к области отпарных колонн высокого давления для разложения мочевины и отпаривания аммиака в смесях мочевина/карбамат из реакторов синтеза мочевины в установках для получения мочевины.

Предпосылки создания изобретения

Отпарные колонны высокого давления используют в установках для получения мочевины для концентрирования мочевины путем удаления карбамата из жидкой смеси мочевина/карбамат. Смесь мочевина/карбамат представляет собой раствор мочевины, карбамата аммония, свободного аммиака и воды, поступающая из реактора, в котором мочевина превращается путем реакции аммиака и СО₂ в карбамат аммония (также называемый карбаматом) и последующей дегидратации карбамата с получением мочевины. Превращение карбамата в мочевину с практической точки зрения никогда не бывает полным, и раствор, покидающий реактор синтеза мочевины, всегда содержит некоторое количество карбамата и свободного аммиака.

Общепринятый способ удаления карбамата и концентрирования раствора включает использование трубчатого теплообменника, называемого отпарной колонной высокого давления, работающего под давлением, аналогичным давлению в реакторе синтеза мочевины. Под воздействием тепла, обеспечиваемого нагревающей средой, такой как пар, карбамат аммония в смеси мочевины и карбамата разлагается с образованием газообразных NH₃ и СО₂. Эти газы, NH₃ и СО₂, удаляются из отпарной колонны. Таким образом, образуется жидкая мочевина, которая собирается на дне отпарной колонны.

В настоящее время существуют две категории отпарных колонн высокого давления: отпарные колонны, использующие СО₂, и отпарные колонны, использующие процесс самоотпарки.

В отпарных колоннах, использующих СО₂, в качестве отпарного газа используют СО₂. Его подают в нижнюю часть отпарной колонны высокого давления, а NH₃ и СО₂, образующиеся при разложении карбамата аммония, уносятся отпарным газом СО₂.

В отпарных колоннах, использующих процесс самоотпарки, в отпарную колонну не добавляют отпарной газ, а в качестве отпарного газа используют NH₃ и СО₂, образующиеся при разложении карбамата аммония.

Отпарные колонны содержат трубки и корпус, верхний конец и нижний конец. При нормальной работе верхний конец находится в верхней части отпарной колонны, а нижний конец находится в нижней части отпарной колонны. В верхнем конце смесь мочевина/карбамат распределяется по трубкам, и газовая смесь, содержащая отпарной газ и захваченные NH₃ и СО₂, образующиеся при разложении карбамата, покидает отпарную колонну. В нижнем конце собирается отпаренный раствор мочевины. В случае отпарных колонн, использующих СО₂, отпарной газ СО₂ подается в нижний конец аппарата для разложения карбамата.

При нормальной работе трубки монтированы в основном вертикально. Они содержат трубное пространство. Межтрубное пространство находится между трубками и корпусом. Отпарной газ и смесь мочевина/карбамат двигаются противотоком по трубному пространству, при этом смесь мочевина/карбамат нагревается с помощью нагревающей среды, текущей в межтрубном пространстве, обычно пара. Смесь мочевина/карбамат стекает по трубкам в виде падающей пленки, тогда как газы поднимаются во внутренней части трубок.

Желательно масштабировать такие отпарные колонны, чтобы производить более крупные объемы мочевины экономически эффективным способом. К сожалению, не всегда просто такие отпарные колонны масштабировать, и в ходе масштабирования обычно возникает множество непредвиденных проблем.

Краткое описание изобретения

Изобретатели выявили две проблемы, возникающие в ходе масштабирования кожухотрубных отпарных колонн: сильную коррозию трубок и неэффективное отпаривание. Эти проблемы решаются с помощью раскрытых в настоящем документе отпарных колонн, систем и способов.

В частности, в настоящем документе обеспечена кожухотрубная отпарная колонна для отпаривания смеси мочевина/карбамат, при этом отпарная колонна содержит верхний конец, соединенный по текучей среде с нижним концом через множество трубок, расположенных внутри корпуса; при этом верхний конец содержит впускное отверстие для смеси мочевина/карбамат и выпускное отверстие для газовой смеси, содержащей отпарной газ и одно или несколько отпаренных соединений; нижний конец, содержащий выпускное отверстие для потока мочевина/карбамат, концентрированного в мочевине; при этом кожухотрубная отпарная колонна дополнительно содержит впускное отверстие для нагревающей текучей среды и выпускное отверстие для нагревающей текучей среды, соединенные по текучей среде с межтрубным пространством, расположенным между множеством трубок и корпусом, а также ленточный распределитель пара и дефлектор на впуске для гомогенизации потока пара возле впускного отверстия для пара; при этом кожухотрубная отпарная колонна имеет продольное направление и латеральные поперечные сечения, причем продольное направление параллельно трубкам, а латеральные поперечные сечения перпендикулярны продольному направлению; множество перегородок располагается в межтрубном пространстве, причем перегородки определяют многоходовой поперечный поток в межтрубном пространстве, где перегородки параллельны поперечным сечениям; характеризующаяся тем, что отпарная колонна дополнительно содержит множество дефлекторов, расположенных на пути потока, при этом дефлекторы расположены под наклоном или под прямым углом по отношению к перегородкам.

В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере 80% дефлекторов связаны с перегородкой, предпочтительно, где по меньшей мере 90% дефлекторов связаны с перегородкой.

В некоторых вариантах осуществления дефлекторы, которые связаны с перегородкой, физически прикреплены к перегородке, с которой они связаны.

В некоторых вариантах осуществления отпарная колонна содержит более 3000 трубок или более 4000 трубок, или более 5000 трубок, или более 6000 трубок, или более 7000 трубок, или 3000-7000 трубок, или 4000-6000 трубок, или 5000-7000 трубок, или 5000-10000 трубок.

В некоторых вариантах осуществления дефлекторы расположены под углом от 10,0° до 90,0° по отношению к перегородкам; и/или дефлекторы описывают дугу, составляющую от 10,0° до 80,0°, вдоль поперечного сечения кожухотрубной отпарной колонны, параллельно продольному направлению, и/или дефлекторы описывают дугу, составляющую от 10,0° до 80,0°, вдоль латерального поперечного сечения кожухотрубной отпарной колонны.

В некоторых вариантах осуществления дефлекторы имеют дугообразную форму.

В некоторых вариантах осуществления дефлекторы и/или перегородки являются перфорированными, при этом перфорационные отверстия необязательно круглые.

В некоторых вариантах осуществления перегородки представляют собой одинарные сегментные перегородки, причем каждая сегментная перегородка имеет форму кругового сегмента, имеющего хорду, при этом одинарные сегментные перегородки перпендикулярны продольному направлению в пределах погрешности менее 1,0%, при этом одинарные сегментные перегородки расположены последовательно вдоль продольного направления кожухотрубной отпарной колонны, при этом ориентация одинарных сегментных перегородок варьируется вдоль продольного направления кожухотрубной отпарной колонны, и при этом дефлекторы расположены между последовательными одинарными сегментными перегородками.

В некоторых вариантах осуществления перегородки представляют собой перегородки типа диск-кольцо, содержащие дисковые перегородки и кольцевые перегородки, причем каждая дисковая перегородка имеет форму диска, а каждая кольцевая перегородка имеет форму кольца, содержащего отверстие, причем диаметр дисковых перегородок равен или больше диаметра отверстия в кольцевых перегородках в пределах погрешности менее 10,0%, при этом дисковые перегородки и кольцевые перегородки расположены перпендикулярно продольному направлению в пределах погрешности менее 1,0%, при этом дисковые перегородки и кольцевые перегородки расположены последовательно и поочередно вдоль продольного направления кожухотрубной отпарной колонны, при этом дефлекторы расположены между соседними дисковыми перегородками и кольцевыми перегородками.

В некоторых вариантах осуществления перегородки представляют собой двойные сегментные перегородки, содержащие внешние перегородки и внутренние перегородки, каждая внешняя перегородка имеет форму кругового сегмента, имеющего хорду, две внешние перегородки расположены на противоположных сторонах латерального поперечного сечения кожухотрубной отпарной колонны, внутренние перегородки имеют форму зеркально-симметричной области между внешними перегородками, при этом две внешние перегородки и внутренняя перегородка расположены перпендикулярно продольному направлению с погрешностью менее 1,0%, где две внешние перегородки и внутренняя перегородка расположены поочередно вдоль продольного направления кожухотрубной отпарной колонны, и где дефлекторы расположены между соседними внутренними перегородками и внешними перегородками.

В некоторых вариантах осуществления перегородки представляют собой двойные сегментные перегородки, содержащие внешние перегородки и внутренние перегородки, причем каждая внешняя перегородка имеет форму кругового сегмента, имеющего хорду, при этом две внешние перегородки расположены на противоположных сторонах латерального поперечного сечения кожухотрубной отпарной колонны, при этом внутренние перегородки имеют форму зеркально-симметричной области между двумя круговыми сегментами, имеющими параллельные хорды, при этом две внешние перегородки и внутренняя перегородка расположены перпендикулярно продольному направлению с погрешностью менее 1,0%, где две внешние перегородки и внутренняя перегородка поочередно расположены вдоль продольного направления кожухотрубной отпарной колонны, и где дефлекторы расположены между соседними внутренними перегородками и внешними перегородками.

В некоторых вариантах осуществления второе впускное отверстие для нагревающей текучей среды соединено по текучей среде с межтрубным пространством и установлено между вышеупомянутым впускным отверстием для нагревающей текучей среды и выпускным отверстием для нагревающей текучей среды.

Кроме того, обеспечена система для получения мочевины, содержащая конденсатор карбамата, реактор синтеза мочевины и кожухотрубную отпарную колонну, предлагаемую в настоящем документе.

Кроме того, предлагается применение кожухотрубной отпарной колонны, как описано в настоящем документе, для отпаривания смеси мочевина-карбамат.

Кроме того, обеспечен способ отпаривания смеси мочевина/карбамат, включающий следующие стадии:

- обеспечение отпарной колонны, как описано в настоящем документе;

- подачу смеси мочевина/карбамат на впускное отверстие для смеси мочевина/карбамат;

- подачу нагревающей текучей среды в межтрубное пространство через впускное отверстие для нагревающей текучей среды;

- приведение в контакт смеси мочевина/карбамата и отпарного газа в трубной пространстве, расположенном в пределах трубок, и нагревание смеси мочевина/карбамат посредством нагревающей текучей среды, тем самым получая поток мочевина/карбамат, концентрированный в мочевине;

- извлечение потока мочевина/карбамат, концентрированного в мочевине, через выпускное отверстие для потока мочевина/карбамат, концентрированного в мочевине;

- извлечение газовой смеси, содержащей одно или несколько отпаренных соединений, через выпускное отверстие для газовой смеси, при этом одно или несколько отпаренных соединений содержат NH₃, СО₂ и воду;

- извлечение нагревающей текучей среды через выпускное отверстие для нагревающей текучей среды.

Описание фигур

Следующее описание фигур конкретных вариантов осуществления изобретения представлено только в качестве примера и не предназначено для ограничения настоящего разъяснения, его применения или использования. На чертежах идентичные ссылочные позиции обозначают одни и те же или подобные части и элементам.

На фиг.1 показан вариант осуществления отпарной колонны, использующей СО₂ (100).

На фиг.2 показан вариант осуществления отпарной колонны, использующей процесс самоотпаривания (100).

На фиг.3 и 4 показано совместное функционирование варианта осуществления ленточного распределителя и варианта осуществления направляющих перегородок для обеспечения однородности пара возле впускного отверстия для пара.

На фиг.5 показан вариант осуществления дефлекторов (137) с сегментными перегородками (134) в кожухотрубной отпарной колонне для отпаривания смеси мочевина-карбамат.

На фиг.6 показан вариант осуществления секции отпарной колонны между двумя отдельными сегментными перегородками.

На фиг.7 и 8 показан вариант осуществления отпарной колонны, содержащей перегородки типа диск-кольцо (1360, 1361).

На фиг.9 и 10 показан вариант осуществления отпарной колонны, содержащей двойные сегментные перегородки (1351, 1352).

На фиг.11 показан пример секции высокого давления определенного типа установки для получения мочевины, в которой может быть использована раскрытая в настоящем документе технология.

На фиг.12 показаны две картины коррозии, которые параллельно возникают в трубках кожухотрубных отпарных колонн предшествующего уровня техники для отпаривания смесей мочевина/карбамат. В некоторых режимах работы картина коррозии, показанная на фиг.4а, наблюдается в отпарных колоннах, использующих СО₂, а картина коррозии, показанная на фиг.4b, наблюдается в отпарных колоннах, использующих процесс самоотпаривания.

На фиг.13 показаны величины плотности газа и скорости коррозии, которые параллельно возникают в трубках кожухотрубных отпарных колонн предшествующего уровня техники для отпаривания смесей мочевина/карбамат.

На фиг.14 представлено схематическое изображение плотности газа в зависимости от положения в трубках с меньшим нагревом и трубках с более высоким нагревом.

На фиг.15 показан пример насадки (700).

На фиг.16 показано несколько иллюстративных типов перегородок.

На фиг.17 показан вариант осуществления отпарной колонны, использующей СО₂, с двумя впускными отверстиями для нагревающей текучей среды.

В описании и на фигурах используются следующие ссылочные позиции:

100 - отпарная колонна; 101 - подача отпарного газа; 102 - трубка для потока мочевина/карбамат; 103 - трубка для потока, содержащего отпарной газ и одно или несколько отпаренных соединений; 104 - трубка для потока мочевина/карбамат, концентрированного в мочевине; 110 - верхний конец (в верхней части отпарной колонны при нормальной эксплуатации); 111 впускное отверстие для смеси мочевина/карбамат; 112 - выпускное отверстие для газовой смеси; 120 - нижний конец (в нижней части отпарной колонны при нормальной эксплуатации); 121 - впускное отверстие для отпарного газа; 122 выпускное отверстие для концентрированного в мочевине раствора мочевина/карбамат; 130 - межтрубное пространство; 131 впускное отверстие для нагревающей текучей среды; 132 - второе впускное отверстие для нагревающей текучей среды; 133 - выпускное отверстие для нагревающей текучей среды; 134 - одинарная сегментная перегородка; 1351 - внешняя перегородка; 1352 -внутренняя перегородка; 1353 - сегментная уравнивающая перегородка; 1360 -дисковая перегородка; 1361 кольцевая перегородка; 137 - дефлектор; 138 перфорационное отверстие; 1371 часть дефлектора; 140 - трубное пространство; 150 - трубка; 151 - верхняя трубная решетка; 152 - нижняя трубная решетка; 153 - область коррозии; 154 - область образования окалины; 160 - корпус; 170 - ленточный распределитель пара; 171 пространство в форме ленты; 173 - линии потока; 175 - боковое отверстие; 176 - центральное отверстие; 177 - изобары; 178 - перфорированная область ленточного распределителя пара; 179 - неперфорированная область ленточного распределителя пара; 200 - реактор; 201 - трубка для паров NH₃, СО₂, воды и инертных газов; 300 - конденсатор карбамата; 301 - трубка для газообразного потока; 302 - трубка для потока раствора карбамата; 400 - скруббер; 401 - трубка для подачи раствора карбамата из нижележащей секции; 402 - трубка для потока инертных газов; 500 -подача нагревающей текучей среды; 501 - парогенератор; 502 - подключение к внешней подаче нагревающей текучей среды; 503 - трубка для потока нагревающей текучей среды; 504 - трубка для охлажденного потока нагревающей текучей среды; 600 - инжектор высокого давления; 601 подвод аммиака; 700 - насадка; 710 - отверстие для смеси мочевина/карбамат; 720 - отверстие для газа; 800 - закрытая область; 810 незакрытая область; 1000 - секция высокого давления установки для получения мочевины; Н - высота ленточного распределителя пара.

Описание изобретения

Как используется ниже в этом тексте, формы единственного числа «а», «an», «the» включают как единственное, так и множественное число, если контекст явно не указывает иное.

Термины «содержать», «содержит», используемые ниже, являются синонимами «включая», «включать» или «содержать», «содержит» и являются включающими или открытыми и не исключают дополнительных неупомянутых частей, элементов или стадий способа. Если это описание относится к продукту или процессу, который «содержит» определенные признаки, части или стадии, это относится к возможности того, что также могут присутствовать другие признаки, части или стадии, но также может относиться к вариантам осуществления, которые содержат только перечисленные признаки, части или стадии.

Перечисление числовых значений с помощью диапазонов цифр включает все числа и доли в этих диапазонах, а также указанные конечные точки.

Термин «приблизительно», используемый при обращении к измеряемой величине, такой как параметр, количество, продолжительность времени и т.п., охватывает изменения +/- 10% или менее, предпочтительно+/- 5% или менее, более предпочтительно +/- 1% или менее, и еще более предпочтительно +/- 0, 1% или менее от указанного значения, если только такие изменения являются приемлемыми для осуществления раскрытого здесь изобретения. Следует понимать, что значение, к которому относится термин «приблизительно», само по себе также было раскрыто.

Все ссылки, цитируемые в этом описании, считаются включенными в полном объеме в качестве ссылок.

Если не указано иное, все термины, раскрытые в изобретении, включая технические и научные термины, имеют значение, обычно придаваемое им специалистом в данной области. Для дальнейшего руководства включены определения, чтобы дополнительно пояснить термины, которые используются в описании изобретения.

В процессе масштабирования кожухотрубных отпарных колонн высокого давления для разложения смесей мочевина-карбамат наблюдалась картина значительной коррозии. В частности, было обнаружено, что некоторые трубки в отпарных колоннах высокого давления для разложения смесей мочевина-карбамат подвержены более сильной коррозии, чем другие. Без ограничения изобретения какой-либо конкретной теорией или режимом работы полагают, что проблемы, связанные с коррозией, обусловлены коррозией трубок, вызванной карбаматом аммония при высокой температуре. Кроме того, было обнаружено, что проблемы, связанные с коррозией, можно объяснить неоднородным нагревом трубок; карбамат аммония вызывает более сильную коррозию при более высоких температурах, вследствие чего неоднородный нагрев трубок вызывает неоднородную коррозию. При нормальной эксплуатации способы и устройства, раскрытые в настоящем документе, улучшают однородность температуры в жидкой фазе карбамата аммония и, как следствие, уменьшают латеральные колебания температуры. Это, в свою очередь, улучшает однородность нагрева трубок, уменьшает коррозию трубок и увеличивает срок службы отпарных колонн.

Изобретатели также обнаружили, что проблемы, связанные с коррозией, могут быть решены с помощью описанных в настоящем документе отпарных колонн. Таким образом, можно гарантировать, что трубки в отпарных колоннах в соответствии с настоящим изобретением имеют ожидаемый срок службы примерно от 20 до 30 лет.

Хотя настоящее изобретение было сделано в контексте масштабирования отпарных колонн, нельзя полагать, что преимущества, предлагаемые настоящим изобретением, каким-либо образом ограничиваются отпарными колоннами любого конкретного размера.

Используемый в настоящем документе термин «карбамат» относится к карбамату аммония. Используемый в настоящем документе термин «смесь мочевина/карбамат» относится к смеси, содержащей мочевину, карбамат аммония, аммиак и воду. В некоторых вариантах осуществления смесь мочевина/карбамат состоит из 31-34 масс. % мочевины, 32-35 масс. % карбамата аммония, 16-18 масс. % аммиака, 0,1-0,3 масс. % биурета, при этом баланс составляет вода.

Выражение «отпаривание смеси мочевина/карбамат» в контексте настоящего описания относится к процессу разложения карбамата аммония, содержащегося в смеси, с образованием аммиака и диоксида углерода. Образовавшиеся аммиак и диоксид углерода уносятся отпарным газом. Кроме того, вода, содержащаяся в смеси мочевина/карбамат, также по меньшей мере частично уносится отпарным газом.

Отпарная колонна является особенно полезной в качестве отпарной колонны высокого давления на установке для получения мочевины, которая также содержит реактор синтеза мочевины. Такие отпарные колонны обычно работают при давлении, аналогичном давлению в реакторе синтеза мочевины.

В настоящем документе обеспечена кожухотрубная отпарная колонна для отпаривания смеси мочевина/карбамат. Настоящее изобретение применимо к любому типу отпарной колонны для отпаривания смесей мочевина/карбамат. В частности, это применимо как к отпарным колоннам, использующим процесс самоотпаривания, так и к отпарным колоннам, использующим СО₂. В отпарных колоннах, использующих СО₂, в качестве отпарного газа используется СО₂. Его подают в нижнюю часть отпарной колонны высокого давления, a NH₃ и СО₂, образующиеся при разложении карбамата аммония, уносятся отпарным газом СО₂. В отпарных колоннах, использующих процесс самоотпаривания, в отпарную колонну не подают отпарный газ, а в качестве отпарного газа используют NH₃ и СО₂, образующиеся при разложении карбамата аммония.

Соответственно, в некоторых вариантах осуществления отпарная колонна представляет собой отпарную колонну, использующую СО₂, а отпарной газ представляет собой СО₂.

В качестве альтернативы, в некоторых вариантах осуществления отпарная колонна представляет собой отпарную колонну, использующую процесс самоотпаривания, а отпарной газ представляет собой NH₃ и СО₂, образующиеся при разложении карбамата. Когда отпарная колонна представляет собой отпарную колонну, использующую процесс само отпаривания, ее нижний конец не содержит впускного отверстия для отпарного газа. Однако нижний конец отпарных колонн, использующих процесс самоотпаривания, предпочтительно содержит впускное отверстие для пассивирующего потока газа. Предпочтительно в качестве пассивирующего потока газа используют воздух. Обратите внимание на то, что скорость потока пассивирующего потока воздуха настолько мала, что она никак не влияет на сам процесс отпаривания. Типичный расход пассивирующего воздуха составляет 50-250 кг/час или 50-500 кг/час воздуха.

Верхний конец отпарной колонны содержит впускное отверстие для смеси мочевина/карбамат и выпускное отверстие для газовой смеси, содержащей отпарной газ и одно или несколько отпаренных соединений. Когда отпаривают смесь мочевина/карбамат, одно или несколько отпаренных соединений содержат NH₃, СО₂ и воду.

Отпарная колонна содержит верхний и нижний конец. Верхний конец соединен по текучей среде с нижним концом через множество трубок, расположенных в пределах корпуса. Точно так же верхний конец может быть назван первым концом, а нижний конец может быть назван вторым концом.

Верхний конец содержит впускное отверстие для смеси мочевина/карбамат и выпускное отверстие для газовой смеси, содержащей отпарной газ и одно или несколько отпаренных соединений.

Нижний конец содержит выпускное отверстие для потока мочевин/карбамат, концентрированного в мочевине.

Между трубками и корпусом отпарная колонна содержит межтрубное пространство. Впускное отверстие для нагревающей текучей среды и выпускное отверстие для нагревающей текучей среды соединены по текучей среде с межтрубным пространством. Предпочтительно впускное отверстие для нагревающей текучей среды расположено рядом с верхним концом отпарной колонны, а выпускное отверстие для нагревающей текучей среды расположено рядом с нижним концом отпарной колонны.

Отпарная колонна имеет продольное направление и латеральное поперечное сечение. Продольное направление параллельно трубкам. Другими словами, продольное направление представляет собой направление, которое соединяет верхний конец и нижний конец. Латеральные поперечные сечения перпендикулярны продольному направлению. Другими словами, термин «латеральное поперечное сечение отпарной колонны» относится к поперечному сечению отпарной колонны в плоскости, которая перпендикулярна трубкам. Желательно, чтобы отпарная колонна была цилиндрической. Другими словами, отпарная колонна предпочтительно имеет круглое латеральное поперечное сечение.

В межтрубном пространстве расположено множество перегородок. Перегородки содержат отверстие для прохождения нагревающей текучей среды. Они расположены таким образом, что задают извилистый путь потока в межтрубном пространстве.

Другими словами, перегородки расположены таким образом, что задают многоходовой путь поперечного потока в межтрубном пространстве. Перегородки расположены последовательно, предпочтительно равномерно вдоль пути потока. Это увеличивает теплопередачу между нагревающей текучей средой и трубками.

Предпочтительно отверстия в последовательных перегородках расположены в разных местах. Например, отверстия в двух последовательных перегородках могут быть обеспечены на противоположных сторонах.

Перегородки параллельны латеральным поперечным сечениям в пределах погрешности, которая составляет менее 10,0° или менее 8,0°, или менее 6,0°. Предпочтительно, чтобы перегородки были параллельны латеральным поперечным сечениям в пределах погрешности, которая составляет менее 5,0° или менее 4,0°, или менее 3,0°, или менее 2,0°, или менее 1,0°, или менее 0,50°, или менее 0,25°, или менее 0,10°. Еще более предпочтительно, чтобы перегородки были параллельны латеральным поперечным сечениям в пределах погрешности, которая составляет менее 1,0° или менее 0,50°, или менее 0,25°, или менее 0,10°.

Отпарная колонна дополнительно содержит множество дефлекторов в межтрубном пространстве. В частности, дефлекторы и перегородки изготовлены из отдельных пластин листового металла. Дефлекторы расположены на пути потока и находятся под наклоном или под прямыми углами по отношению к перегородкам. Дефлекторы расположены под наклоном и/или под прямым углом по отношению к перегородкам.

Обеспеченные в настоящем документе отпарные колонны являются выгодными благодаря сниженной коррозии и обеспечивают лучшую эффективность отпаривания, даже если они масштабированы до очень большого размера. Без ограничения изобретения какой-либо конкретной теорией или режимом работы, полагают, что снижение коррозии обусловлено более однородно распределенным потоком нагревающей текучей среды, который нагревает смесь мочевина/карбамат внутри трубок. Этот механизм подробно рассматривается в примерах.

В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере 10,0% или по меньшей мере 20,0%, или по меньшей мере 30,0%, или по меньшей мере 40,0%, или по меньшей мере 50,0%, или по меньшей мере 60,0%, или по меньшей мере 70,0%, или по меньшей мере 80,0%, или не менее 90,0% дефлекторов связаны с перегородкой. Другими словами, эти дефлекторы расположены рядом с перегородкой и скомпонованы для формирования пути потока нагревающей текучей среды совместно с этой перегородкой.

В некоторых вариантах осуществления дефлекторы, которые связаны с перегородкой, меньше, чем перегородка, с которой они связаны.

В некоторых вариантах осуществления дефлекторы, которые связаны с перегородкой, имеют такой же размер, что и перегородка, с которой они связаны, необязательно в пределах погрешности, которая составляет 5,0, 2,0 или 1,0 см.

В некоторых вариантах осуществления дефлекторы, которые связаны с перегородкой, больше, чем перегородка, с которой они связаны.

В некоторых вариантах осуществления дефлекторы, которые связаны с перегородкой, физически прикреплены к перегородке, с которой они связаны.

В некоторых вариантах осуществления дефлекторы расположены на расстоянии от перегородки, с которой они связаны, составляющем от 1,0 мм до 50,0 мм, или на расстоянии от 2,0 мм до 25,0 мм, или на расстоянии от 5,0 до 12,5 мм, или на расстоянии от 7,5 до 10,0 мм.

В некоторых вариантах осуществления отпарная колонна содержит одинарные сегментные перегородки, и каждая одинарная сегментная перегородка связана по меньшей мере с одним, предпочтительно с двумя дефлекторами. Предпочтительно одинарная сегментная перегородка связана с двумя дефлекторами, одним дефлектором, расположенным выше одинарной сегментной перегородки, и одним дефлектором, расположенным ниже одинарной сегментной перегородки. Более предпочтительно по меньшей мере одна одинарная сегментная перегородка, предпочтительно каждая одинарная сегментная перегородка, за исключением внешних перегородок, связана с четырьмя дефлекторами, двумя дефлекторами, расположенными выше одинарной сегментной перегородки, и двумя дефлекторами, расположенными ниже одинарной сегментной перегородки. Два дефлектора, расположенные выше одинарной сегментной перегородки, предпочтительно расположены на противоположных краях перегородки. Аналогичным образом, два дефлектора, расположенным ниже отдельной одинарной сегментной перегородки, предпочтительно расположены на противоположных краях перегородки.

Обратите внимание, что термин «внешние перегородки» используется для обозначения перегородки, ближайшей к впускному отверстию, и перегородки, ближайшей к выпускному отверстию.

Одинарная сегментная перегородка, ближайшая к впускному отверстию, предпочтительно связана с тремя дефлекторами, двумя дефлекторами, расположенными ниже этой перегородки, и одним дефлектором, расположенным выше этой перегородки. Дефлектор, расположенный выше этой перегородки предпочтительно расположен на дальнем краю одинарной сегментной перегородки по отношению к впускному отверстию для нагревающей текучей среды.

Одинарная сегментная перегородка, ближайшая к выпускному отверстию, предпочтительно связана с тремя дефлекторами, двумя дефлекторами, расположенными выше этой перегородки, и одним дефлектором, расположенным ниже этой перегородки. Дефлектор, расположенный ниже этой перегородки, предпочтительно расположен на дальнем крае одинарной сегментной перегородки по отношению к выпускному отверстию для нагревающей текучей среды.

Как упоминалось ранее, отпарная колонна содержит корпус и множество трубок, расположенных в пределах корпуса. В некоторых вариантах осуществления трубки расположены вертикально в пределах корпуса. В некоторых вариантах осуществления трубки имеют длину более 3,0 м, более 4,0 м или более 5,0 м. В некоторых вариантах осуществления трубки имеют длину от 4,0 до 8,0 м или длину от 5,0 до 7,0 м. Предпочтительно трубки имеют длину от 5,0 до 6,0 м.

Трубки предпочтительно имеют внешний диаметр от 20,0 до 40,0 мм.

В случае отпарной колонны, использующей СО₂, трубки предпочтительно имеют внешний диаметр от 20,0 до 40,0 мм или от 25,0 до 35,0 мм.

В случае отпарной колонны, использующей процесс самоотпаривания, трубки предпочтительно имеют внешний диаметр от 20,0 до 30,0 мм. В случае отпарной колонны, использующей СО₂, трубки предпочтительно имеют внешний диаметр от 30,0 до 35,0 мм.

В некоторых вариантах осуществления отпарная колонна содержит более 3000 трубок или более 4000 трубок, или более 5000 трубок, или более 6000 трубок, или более 7000 трубок. В некоторых вариантах осуществления отпарная колонна содержит от 3000 до 7000 трубок или от 4000 до 6000 трубок, или от 5000 до 7000 трубок, или от 5000 до 10000 трубок.

Желательно, чтобы трубки были изготовлены из нержавеющей стали.

В предпочтительном режиме работы смесь мочевина/карбамат стекает вниз в виде жидкой пленки вдоль стенок трубок, а отпарной газ течет вверх по центру трубок.

В некоторых вариантах осуществления корпус является цилиндрическим, а внешний диаметр корпуса составляет от 2,0 до 6,0 м или от 3,0 до 5,0 м.

Как упоминалось ранее, отпарная колонна содержит верхний конец и нижний конец. При нормальном использовании верхний конец отпарной колонны расположен в верхней части отпарной колонны, а нижний конец расположен в нижней части отпарной колонны. Другими словами, отпарная колонна содержит верхнюю и нижнюю части. При нормальном использовании верхний конец расположен в верхней части отпарной колонны, а нижний конец расположен в нижней части отпарной колонны.

Трубки расположены между верхним концом и нижним концом. Трубное пространство расположено в пределах трубок, а межтрубное пространство расположено между трубками и корпусом. Верхний конец и нижний конец соединены по текучей среде с трубным пространством. Другими словами, верхний конец соединен по текучей среде с нижним концом через множество трубок, расположенных в пределах корпуса. Межтрубное пространство не соединено по текучей среде с верхним концом и нижним концом. Межтрубное пространство отделено от верхнего конца, например, посредством верхней трубной решетки. Межтрубное пространство отделено от нижнего конца, например, посредством нижней трубной решетки. Когда верхний конец отделен от межтрубного пространства посредством верхней трубной решетки, соединение по текучей среде между трубками и верхним концом обеспечивается посредством перфорационных отверстий в верхней трубной решетке. Когда нижний конец отделен от межтрубного пространства посредством нижней трубной решетки, соединение по текучей среде между трубками и нижним концом обеспечивается посредством перфорационных отверстий в нижней трубной решетке. Предпочтительно перфорационные отверстия в верхней трубной решетке и нижней трубной решетке являются круглыми, трубки являются цилиндрическими, и перфорационные отверстия имеют диаметр, который равен диаметру трубок с погрешностью, составляющей менее 10,0%, 5,0%, 2,0%, или 1,0%.

Нижний конец содержит выпускное отверстие для потока мочевина/карбамат, концентрированного в мочевине. В некоторых вариантах осуществления этот поток мочевина/карбамат, концентрированный в мочевине, содержит непрореагировавший карбамат аммония, например, 0,0-30,0 масс. % или 10,0-20,0 масс. %, или 10,0-15,0 масс. %, или 15,0-25,0 масс. % карбамата аммония.

В некоторых вариантах осуществления поток мочевина/карбамат, концентрированный в мочевине, содержит свободный аммиак, например, 0,0-20,0 масс. % или 0,5-1,0 масс. %, или 0,5-20 масс. %, или 10-15 масс. % свободного аммиака.

В некоторых вариантах осуществления поток мочевина/карбамат, концентрированный в мочевине, содержит как свободный аммиак, так и карбамат аммония, например, в указанных выше концентрациях.

В некоторых вариантах осуществления угол между перегородками и дефлекторами составляет по меньшей мере 45°. В частности, угол между перегородками и дефлекторами составляет от 45,0° до 90,0° или от 50,0° до 85,0°, или от 55,0° до 80,0°, или от 60,0° до 75,0°, или от 65,0° до 70,0° с перегородками. В частности, угол между перегородками и дефлектором составляет от 45,0° до 90,0°.

Следует понимать, что приведенное выше описание дефлекторов в сочетании с перегородками применимо к конфигурации в центральных ступенях отпарной колонны, то есть между верхним концом и нижним концом отпарной колонны. На верхнем конце отпарной колонны предпочтительно применяются конфигурации дефлектора рядом с ленточным распределителем пара. Эти конфигурации описаны в других местах в настоящем документе.

В некоторых вариантах осуществления дефлекторы имеют дугообразную форму.

В некоторых вариантах осуществления дефлекторы описывают дугу, например, дугу от 0,0° до 5,0°, или от 5,0° до 15,0°, или от 15,0° до 30,0°.

В некоторых вариантах осуществления дефлекторы описывают дугу от 0,0° до 5,0°, или от 5,0° до 15,0°, или от 15,0° до 30,0° вдоль поперечного сечения кожухотрубной отпарной колонны, которая параллельна продольному направлению.

В некоторых вариантах осуществления дефлекторы описывают дугу в трех измерениях. Другими словами, в некоторых вариантах осуществления дефлекторы имеют трехмерную кривизну. Предпочтительно дефлекторы описывают дугу менее 30,0°.

В некоторых вариантах осуществления дефлекторы описывают дугу от 0,0° до 5,0° или от 5,0° до 15,0°, или от 15,0° до 30,0° вдоль латерального поперечного сечения кожухотрубной отпарной колонны.

В некоторых вариантах осуществления дефлекторы являются плоскими. Другими словами, в некоторых вариантах осуществления дефлекторы имеют нулевую кривизну. В некоторых вариантах осуществления дефлекторы являются изогнутыми. В некоторых вариантах осуществления дефлекторы являются выпуклыми. В некоторых вариантах осуществления дефлекторы являются вогнутыми.

Можно сказать, что дефлекторы и перегородки действуют совместно, чтобы обеспечить однородность потока нагревающей текучей среды в межтрубном пространстве.

В некоторых вариантах осуществления дефлекторы являются перфорированными.

В некоторых вариантах осуществления перегородки являются перфорированными.

В некоторых вариантах осуществления перфорационные отверстия являются круглыми.

Другими словами, в некоторых вариантах осуществления дефлекторы и/или перегородки содержат множество перфорационных отверстий. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере некоторые перфорационные отверстия в перегородках являются круглыми для размещения трубок. В некоторых вариантах осуществления все перфорационные отверстия являются круглыми. Предпочтительно перфорационные отверстия имеют диаметр, который больше внешнего диаметра трубок. Например, перфорационные отверстия имеют диаметр, который на 1,0-10,0% больше или на 2,0-5,0%, или на 1,0-3,0% больше диаметра трубок. В этих вариантах осуществления количество перфорационных отверстий в дефлекторе или перегородке предпочтительно равно или больше, чем количество трубок, которые проходят через этот дефлектор или перегородку. Следует понимать, что дефлекторы представляют собой элементы, отличные от трубок, и расположены в межтрубном пространстве между трубками. В общих чертах, дефлекторы и перегородки состоят из листа металла и могут быть перфорированными или нет. Лист металла, связанный с перегородками, является плоским, а лист металла, связанный с дефлекторами, является плоским или изогнутым. В противоположность этому, трубки представляют собой трубчатые конструкции и являются закрытыми. Другими словами, трубки не перфорированы.

Предпочтительно перфорационные отверстия в дефлекторных перегородках являются эллиптическими. Такие перфорационные отверстия хорошо подходят для размещения вертикально расположенных трубок через наклонно расположенные дефлекторы. В некоторых вариантах осуществления перегородки расположены равномерно, то есть расстояние между соседними перегородками в продольном направлении отпарной колонны является постоянным в пределах погрешности, составляющей 25,0%, 15,0%, 10,0%, 5,0%, 1,0% или 0,50%. В некоторых вариантах осуществления перфорационные отверстия в перегородках имеют одинаковый размер в пределах погрешности, составляющей 25,0%, 15,0%, 10,0%, 5,0%, 2,0% или 1,0%.

В некоторых вариантах осуществления расстояние между любой трубкой и перфорационным отверстием, через которое она выступает из перегородки или дефлектора, составляет менее 1,0%, 2,0%, 3,0%, 5,0% или 10,0% от диаметра трубки. В некоторых вариантах осуществления расстояние между любой трубкой и перфорационным отверстием, через которое она выступает из перегородки или дефлектора, составляет от 0,0% до 1,0% или от 1,0% до 2,0%, или от 2,0% до 3,0%, или от 3,0% до 5,0%, или от 5,0% до 10,0%, или от 0,5% до 1,5%, или от 1,5% до 2,5%, или от 2,5% до 3,5%, или от 3,5% до 5,5%, или от 5,5% до 10,5% от диаметра трубки.

Соответственно, форма перфорационных отверстий точно соответствует краю трубок, которые выступают через перегородки. При необходимости, между трубкой и краем перфорационного отверстия предусматривается запас размера для компенсации термического напряжения в отпарной колонне.

В некоторых вариантах осуществления размер перфорационных отверстий в дефлекторе больше около его верхнего конца, чем около его нижнего конца.

В некоторых вариантах осуществления каждая перегородка имеет некоторое количество перфорационных отверстий, которое равно количеству трубок, проходящих через эту перегородку. В этих вариантах осуществления перегородки заключены между трубками.

В некоторых вариантах осуществления каждый дефлектор имеет два типа перфорационных отверстий: один тип перфорационных отверстий, через которые проходят трубки, а другой тип перфорационных отверстий, через которые может проходить нагревающая текучая среда. В некоторых вариантах осуществления перфорационные отверстия в дефлекторах, через которые проходит нагревающая текучая среда, имеют вариабельный размер. Вариабельный размер этих перфорационных отверстий позволяет уравновесить падение давления на дефлекторах.

В некоторых вариантах осуществления перегородки представляют собой сегментные перегородки. Сегментные перегородки как таковые известны в данной области техники и содержат одинарные сегментные перегородки и двойные сегментные перегородки. Сегментные перегородки предпочтительно перпендикулярны продольному направлению в пределах погрешности менее 10,0%, или менее 5,0%, или менее 2,0%, или менее 1,0%.

Одинарные сегментные перегородки могут быть описаны как перегородки, которые содержат отверстие на одном конце и являются в остальном закрытыми, за исключением, возможно, наличия перфорационных отверстий. В случае отпарных колонн с круглым латеральным поперечным сечением одинарная сегментная перегородка имеет форму кругового сегмента. Круговой сегмент имеет хорду.

Кроме того, одинарные сегментные перегородки последовательно расположены вдоль продольного направления кожухотрубной отпарной колонны, и их ориентация изменяется вдоль продольного направления кожухотрубной отпарной колонны. Дефлектор расположен между соседними одинарными сегментными перегородками. Предпочтительно дефлекторы располагаются на краю одинарных сегментных перегородок.

В некоторых вариантах осуществления дефлектор располагается рядом с отверстием одинарной сегментной перегородки. В некоторых вариантах осуществления дефлектор располагается рядом с хордой одинарной сегментной перегородки. Другими словами, в этих вариантах осуществления дефлектор располагается рядом с краем одинарной сегментной перегородки, с которой он связан. Другими словами, в этих вариантах осуществления дефлектор располагается параллельно хорде одинарной сегментной перегородки и на расстоянии от отверстия или хорды сегментной перегородки, равном менее 10,0% или менее 5,0%, или менее 1,0% от характеристического размера перегородки. Когда одинарная сегментная перегородка имеет форму кругового сегмента, ее характеристический размер соответствует ее диаметру.

В некоторых вариантах осуществления перегородки представляют собой перегородки типа диск-кольцо, содержащие дисковые перегородки и кольцевые перегородки. Каждая дисковая перегородка имеет форму диска. Каждая кольцевая перегородка имеет форму кольца, которое содержит отверстие. В некоторых вариантах осуществления диаметр дисковых перегородок равен диаметру отверстия в кольцевых перегородках в пределах погрешности, составляющей менее 10,0% или менее 5,0%, или менее 2,0%, или менее 1,0%. В некоторых вариантах осуществления диаметр дисковых перегородок больше, чем отверстие в кольцевых перегородках на 1,0-30,0% или 2,0-15,0%, или 5,0 10,0%. Дисковые перегородки и кольцевые перегородки поочередно расположены вдоль продольного направления кожухотрубной отпарной колонны. Дефлекторы расположены между соседними дисковыми перегородками и кольцевыми перегородками.

В некоторых вариантах осуществления дефлекторные перегородки расположены на расстоянии от края отверстия в кольцевых перегородках, которое составляет менее 10,0% или менее 5,0%, или менее 2,0%, или менее 1,0% от внешнего диаметра кольцевых перегородок.

В некоторых вариантах осуществления диаметр центрального отверстия кольцевых перегородок меньше, чем диаметр дисковых перегородок.

Перегородки типа диск-кольцо предпочтительно перпендикулярны продольному направлению в пределах погрешности, составляющей менее 10,0% или менее 5,0%, или менее 2,0%, или менее 1,0%.

В некоторых вариантах осуществления и рядом с дисковыми перегородками дефлекторы имеют круглое поперечное сечение в плоскости, которая параллельна дисковым перегородкам. Другими словами, в некоторых вариантах осуществления и рядом с дисковыми перегородками дефлекторные перегородки имеют круглое поперечное сечение, если смотреть сверху на отпарную колонну. Предпочтительно диаметр дефлекторов в этом поперечном сечении на 1,0-50,0% или 2,0-25,0%, или 5,0-10,0% меньше диаметра соответствующей дисковой перегородки.

В некоторых вариантах осуществления дефлекторы между перегородками типа диск-кольцо состоят из множества отдельных частей.

В некоторых вариантах осуществления кольцевые перегородки представляют собой пластины, имеющие форму выпуклого многоугольника, который имеет 5 или более сторон и который содержит отверстие в форме выпуклого многоугольника. Другими словами, в некоторых вариантах осуществления и рядом с дисковыми перегородками дефлекторные перегородки имеют круглое поперечное сечение, если смотреть сверху на отпарную колонну. В некоторых вариантах осуществления дисковые перегородки имеют форму в виде сплошной, т.е. не содержащей каких-либо отверстий, выпуклой многоугольной пластины, за исключением любых отверстий, которые требуются для прохождения трубок.

Предпочтительно дисковая перегородка связана с двумя дефлекторами, одним дефлектором, расположенным выше дисковой перегородки, и одним дефлектором, расположенным ниже дисковой перегородки. Предпочтительно дефлекторы проходят от края дисковой перегородки до края соседней кольцевой перегородки. Соответственно, каждый дефлектор связан с дисковой перегородкой и кольцевой перегородкой.

«Расположенный выше» означает направление в сторону впускного отверстия для нагревающей текучей среды. «Расположенный ниже» означает направление в сторону выпускного отверстия для нагревающей текучей среды.

В некоторых вариантах осуществления перегородки представляют собой двойные сегментные перегородки. Двойные сегментные перегородки содержат внешние перегородки и внутренние перегородки. Каждая внешняя перегородка имеет форму кругового сегмента, то есть области круга, очерченной краем круга и хордой. Внешние перегородки расположены парами из двух перегородок, расположенных на противоположных сторонах латерального поперечного сечения кожухотрубной отпарной колонны. Внутренние перегородки предпочтительно имеют форму зеркально-симметричной области между двумя круговыми сегментами, которые имеют параллельные хорды. В частности, внутренние перегородки предпочтительно расположены между внешними перегородками, если смотреть сверху на отпарную колонну. Две внешние перегородки и внутренняя перегородка перпендикулярны продольному направлению в пределах погрешности, составляющей менее 10,0% или менее 5,0%, или менее 2,0%, или менее 1,0%. Кроме того, они расположены последовательно и поочередно вдоль продольного направления кожухотрубной отпарной колонны. Дефлекторы расположены между последовательными внутренними перегородками и внешними перегородками.

В некоторых вариантах осуществления расстояние между двумя внешними перегородками в одном и том же латеральном поперечном сечении равно ширине внутренней перегородки в пределах погрешности, составляющей менее 10,0% или менее 5,0%, или менее 2,0%, или менее 1,0%. В некоторых вариантах осуществления ширина внутренних перегородок больше, чем расстояние между внешними перегородками на 1,0-30,0% или 2,0-20,0%, или 5,0-15,0%, или 8,0-10,0%. Внутренние перегородки и внешние перегородки поочередно расположены вдоль продольного направления кожухотрубной отпарной колонны. Дефлекторы расположены между соседними внутренними перегородками и внешними перегородками.

Эти конфигурации перегородок являются эффективными в отношении уменьшения степени коррозии трубок кожухотрубных отпарных колонн, используемых для разложения карбамата-мочевины. Это особенно актуально для больших (значительного размера) отпарных колонн.

Предпочтительно внутренняя перегородка связана с четырьмя дефлекторами, двумя дефлекторами на каждом крае; двумя дефлекторами, расположенными выше внутренней перегородки, и двумя дефлекторами, расположенными ниже внутренней перегородки. Предпочтительно внешняя перегородка связана с двумя дефлекторами, одним дефлектором, расположенным выше внешней перегородки, и одним дефлектором, расположенным ниже внешней перегородки. Дефлекторы, связанные с внутренней перегородкой, доходят до соседних внешних перегородок. Точно так же дефлекторы, связанные с внешней перегородкой, доходят до соседних внутренних перегородок. Из вышесказанного следует, что дефлекторы связаны с одной внутренней перегородкой и одной внешней перегородкой.

В некоторых вариантах осуществления дефлекторы содержат перфорационные отверстия вариабельного размера. Предпочтительно диаметр перфорационных отверстий в дефлекторах варьируется от 1,0% до 50,0%, от 2,0% до 25,0% или от 5,0% до 10,0% между краем дефлектора, ближайшим к связанной внешней перегородке, и краем дефлектора, ближайшим к связанной внутренней перегородке. Например, перфорационные отверстия больше по направлению к соответствующей внешней перегородке и меньше по направлению к соответствующей внутренней перегородке. Альтернативно, перфорационные отверстия могут быть меньше по направлению к соответствующей внешней перегородке и больше по направлению к соответствующей внутренней перегородке.

В некоторых вариантах осуществления между внутренними перегородками и корпусом отпарной колонны обеспечены сегментные уравнительные перегородки. Сегментные уравнительные перегородки перфорированы для прохождения пара. Предпочтительно сегментные уравнительные перегородки содержат перфорационные отверстия переменного диаметра. Предпочтительно перфорационные отверстия имеют тем больший диаметр, чем ближе они к корпусу. В некоторых вариантах осуществления диаметр перфорационных отверстий в сегментных уравнительных перегородках варьируется от 1,0% до 50,0%, от 2,0% до 25,0% или от 5,0% до 10,0% между краем сегментной уравнительной перегородки, ближайшей к соответствующей перегородке и краем сегментной уравнительной перегородки, ближайший к корпусу.

Следует понимать, что приведенное выше описание дефлекторов в сочетании с одинарными сегментными, двойными сегментными перегородками и перегородками типа диск-кольцо применимо к конфигурации на центральных ступенях отпарной колонны, то есть между верхним концом и его нижним концом отпарной колонны. На верхнем конце отпарной колонны предпочтительно применяются конфигурации дефлектора возле ленточного распределителя пара. Эти конфигурации описаны в других местах в настоящем документе.

В некоторых вариантах осуществления верхний конец отпарной колонны соединен с трубками с помощью насадок в верхней трубной решетке. Каждая насадка представляет собой отделитель жидкости и соединена с трубками. Насадки выполнены с возможность равномерно распределять смесь мочевина/карбамат по каждой трубке через отверстия в насадке. Предпочтительно отверстия выполнены в нижней части насадки. Кроме того, насадки содержат одно или несколько отверстий, предпочтительно в их верхней части, которые позволяют выпускать поток газа к верхнему концу отпарной колонны.

В некоторых вариантах осуществления отпарная колонна содержит более 3000 трубок или более 4000 трубок, или более 5000 трубок, или более 6000 трубок, или более 7000 трубок.

В некоторых вариантах осуществления корпус является цилиндрическим, и при этом корпус имеет внешний диаметр 2,0-6,0 м или 3,0-5,0 м.

В некоторых вариантах осуществления отпарная колонна дополнительно содержит два впускных отверстия для нагревающей текучей среды: первое впускное отверстие для нагревающей текучей среды и второе впускное отверстие для нагревающей текучей среды. Как первое впускное отверстие для нагревающей текучей среды, так и второе впускное отверстие для нагревающей текучей среды соединены по текучей среде с межтрубным пространством.

Предпочтительно второе впускное отверстие для нагревающей текучей среды устанавливается между первым впускным отверстием для нагревающей текучей среды и выпускным отверстием для нагревающей текучей среды.

В некоторых вариантах осуществления первое впускное отверстие для нагревающей текучей среды расположено рядом с верхним концом отпарной колонны, и выпускное отверстие для нагревающей текучей среды расположено рядом с дальним концом отпарной колонны.

В некоторых вариантах осуществления второе впускное отверстие для нагревательной текучей среды расположено на расстоянии от верхнего конца отпарной колонны, которое составляет 35,0-75,0% или 35,0-70,0%, или 35,0-65,0%, или 40,0-60,0% от расстояния между верхним концом и нижним концом отпарной колонны; или второе впускное отверстие для нагревающей текучей среды расположено на расстоянии от нижнего конца отпарной колонны, которое составляет 35,0-75,0% или 35,0-70,0%, или 35,0-65,0%, или 40,0-60,0% от расстояния между верхним концом и нижним концом отпарной колонны.

В некоторых вариантах осуществления отпарная колонна содержит более двух впускных отверстий для нагревающей текучей среды. Более двух впускных отверстий для нагревающей текучей среды содержат первое впускное отверстие для нагревающей текучей среды, второе впускное отверстие для нагревающей текучей среды и одно или более дополнительных впускных отверстия для нагревающей текучей среды, при этом одно или более дополнительных впускных отверстий для нагревающей текучей среды расположены между первым впускным отверстием для нагревающей текучей среды и выпускным отверстием для нагревающей текучей среды.

В некоторых вариантах осуществления первое впускное отверстие для нагревающей текучей среды расположено рядом с верхним концом отпарной колонны, а выпускное отверстие для нагревающей текучей среды расположено рядом с нижним концом отпарной колонны. Другими словами, первое впускное отверстие для нагревающей текучей среды предпочтительно расположено на расстоянии от верхнего конца отпарной колонны, которое меньше, чем 20% или 10,0%, или 5,0%, или 1,0% от расстояния между передним и нижним концами отпарной колонны; и выпускное отверстие для нагревающей текучей среды предпочтительно расположено на расстоянии от нижнего конца отпарной колонны, которое меньше, чем 20% или 10,0%, или 5,0%, или 1,0% от расстояния между передним и нижним концами отпарной колонны.

Второе впускное отверстие для нагревающей текучей среды расположено между первым впускным отверстием для нагревающей текучей среды и выпускным отверстием для нагревающей текучей среды. Другими словами, первое впускное отверстие для нагревающей текучей среды предпочтительно расположено на расстоянии от нижнего конца отпарной колонны, которое меньше, чем 20% или 10,0%, или 5,0%, или 1,0% от расстояния между передним и нижним концами отпарной колонны; и выпускное отверстие для нагревающей текучей среды предпочтительно расположено на расстоянии от верхнего конца отпарной колонны, которое меньше, чем 20,0%, 15,0%, 10,0% или 5,0%, или 1,0% от расстояния между передним и нижним концами отпарной колонны.

Однако, предпочтительно, первое впускное отверстие для нагревающей текучей среды располагается рядом с верхним концом отпарной колонны, и нагревающая текучая среда располагается рядом с нижним концом отпарной колонны. Таким образом, конденсат пара может быть легко и эффективно удален со стороны межтрубного пространства.

В некоторых вариантах осуществления второе впускное отверстие для нагревающей текучей среды расположено на расстоянии от верхнего конца отпарной колонны, которое составляет 40,0-75,0% от расстояния между верхним концом и нижним концом отпарной колонны. В некоторых вариантах осуществления второе впускное отверстие для нагревающей текучей среды расположено на расстоянии от верхнего конца отпарной колонны, которое составляет 35,0-75,0% или 35,0-70,0%, или 35,0-65,0%, или 40,0-60,0% от расстояния между верхним концом и нижним концом отпарной колонны.

В некоторых вариантах осуществления второе впускное отверстие для нагревающей текучей среды расположено на расстоянии от нижнего конца отпарной колонны, которое составляет 40,0-75,0% от расстояния между верхним концом и нижним концом отпарной колонны. В некоторых вариантах осуществления второе впускное отверстие для нагревающей текучей среды расположено на расстоянии от нижнего конца отпарной колонны, которое составляет 35,0-75,0% или 35,0-70,0%, или 35,0-65,0%, или 40,0-60,0% от расстояния между верхним концом и нижним концом отпарной колонны.

Это дополнительно улучшает однородность тепла, распределяемого по трубкам, что, в свою очередь, снижает появление проблем, связанных с коррозией, и повышает эффективность отпаривания.

В некоторых вариантах осуществления отпарная колонна содержит более двух впускных отверстий для нагревающей текучей среды: первое впускное отверстие для нагревающей текучей среды, второе впускное отверстие для нагревающей текучей среды и одно или несколько дополнительных впускных отверстий для нагревающей текучей среды. Одно или несколько дополнительных впускных отверстий для нагревающей текучей среды расположены между первым впускным отверстием для нагревающей текучей среды и выпускным отверстием для нагревающей текучей среды.

В некоторых вариантах осуществления отпарная колонна содержит одну или несколько групп впускных отверстий для нагревающей текучей среды. Группа впускных отверстий для нагревающей текучей среды состоит из двух или более впускных отверстий для нагревающей текучей среды, расположенных в одном и том же продольном положении в отпарной колонне. Выражение «продольное положение в отпарной колонне» относится к положению в направлении, вдоль которого расположены трубки. Во время нормальной работы отпарная колонна находится в вертикальном положении и трубки расположены вертикально, так что продольное положение впускного отверстия для пара в отпарной колонне соответствует высоте, на которой находится впускное отверстие для пара.

Когда говорят, что объекты ориентированы вертикально, делается ссылка на ориентацию их продольной оси. Следует понимать, что эта ориентация может иметь некоторое отклонение от вертикальной оси. Предпочтительно это отклонение составляет менее 1,0° или менее 0,5°. Более предпочтительно отклонение составляет менее 0,1°.

В некоторых вариантах осуществления первое впускное отверстие для нагревающей текучей среды заменено первой группой впускных отверстий для нагревающей текучей среды.

В некоторых вариантах осуществления второе впускное отверстие для нагревающей текучей среды заменено второй группой впускных отверстий для нагревающей текучей среды.

В некоторых вариантах осуществления выпускное отверстие для нагревающей текучей среды заменено группой выпускных отверстий для нагревающей текучей среды.

В некоторых вариантах осуществления отпарная колонна содержит две или более групп впускных отверстий для нагревающей текучей среды, расположенных между первой группой впускных отверстий для нагревающей текучей среды и группой выпускных отверстий для нагревающей текучей среды, например, 3, 4, 5, 6, 7 или 8 групп впускных отверстий для нагревающей текучей среды.

В некоторых вариантах осуществления впускные отверстия для нагревающей текучей среды или группы впускных отверстий для нагревающей текучей среды расположены равномерно. Термин «расположены равномерно» означает, что расстояния между соседними впускными отверстиями для нагревающей текучей среды или группами впускных отверстий для нагревающей текучей среды отклоняются на менее чем 20,0%, менее чем 10,0%, менее чем 5,0%, менее чем 1,0% или менее чем 0,10% от среднего расстояния между соседними впускными отверстиями для нагревающей текучей среды.

Эти конкретные расположения впускных и/или выпускных отверстий для нагревающей текучей среды дополнительно улучшают однородность, с которой тепло передается трубкам.

В некоторых вариантах осуществления отпарная колонна содержит ленточный распределитель пара и дефлектор на впуске. Эти дополнительные конструктивные элементы обеспечивают однородность поток пара рядом с впускным отверстием для пара. Ленточный распределитель пара образует пространство в форме ленты между корпусом отпарной колонны и ленточным распределителем пара. Пространство в форме ленты представляет собой кольцевое пространство между ленточным распределителем пара и корпусом. Ленточный распределитель пара может быть использован с любым типом перегородок.

В некоторых вариантах осуществления ленточный распределитель пара имеет форму открытого цилиндра с двумя или более отверстиями, например, тремя отверстиями на его стороне. В некоторых вариантах осуществления ленточный распределитель пара представляет собой открытый круглый цилиндр. Выражение «открытый цилиндр», используемое в настоящем документе, означает цилиндр, у которого открыты нижняя и верхняя плоскости.

Предпочтительно ленточный распределитель пара изготовлен из листового металла, например, из стального листа.

В некоторых вариантах осуществления ленточный распределитель пара имеет три отверстия на своей стороне: центральное отверстие и два боковых отверстия. В этих вариантах осуществления дефлектор на впуске совмещен с центральным отверстием и служит для дополнительного обеспечения однородности нагревающей текучей среды, которая поступает в межтрубное пространство через пространство в форме ленты.

В некоторых вариантах осуществления дефлектор на впуске расположен симметрично вокруг плоскости, перпендикулярной перегородкам, и проходит через центр впускного отверстия для нагревающей текучей среды и центральное отверстие.

В некоторых вариантах осуществления дефлектор имеет форму сектора круга, эллипса или является плоским. В некоторых вариантах осуществления дефлектор на впуске изогнут. Предпочтительно дефлектор на впуске изогнут в направлении центрального отверстия. В некоторых вариантах осуществления дефлектор на впуске содержит отверстия, например, перфорационные отверстия. Предпочтительно отверстия во впускном дефлекторе меньше около плоскости симметрии и становятся больше при удалении от плоскости симметрии, например, на 1,0-50,0% или 2,0-25,0%, или 5,0-10,0%. В некоторых вариантах осуществления ленточный распределитель пара перфорирован. В некоторых вариантах осуществления дефлектор на впуске является перфорированным.

В некоторых вариантах осуществления ленточный распределитель пара содержит множество отверстий или перфорационных отверстий. Отверстия могут быть, например, прямоугольными или круглыми. Например, ленточный распределитель пара содержит от 2 до 1000 отверстий, например, от 5 до 500 отверстий или от 10 до 250 отверстий, или от 50 до 225 отверстий, или от 100 до 200 отверстий, или от 150 до 175 отверстий.

В некоторых вариантах осуществления общая площадь отверстий или перфорационных отверстий в ленточном распределителе пара в 2-8 раз или 3-6 раз, или в 4 раза больше общей площади соответствующего впускного отверстия для нагревающей текучей среды.

В некоторых вариантах осуществления ленточный распределитель пара содержит перфорированную область и неперфорированную область. В неперфорированной области ленточный распределитель пара закрыт. Перфорированная область расположена рядом с впускным отверстием для нагревающей текучей среды. Следовательно, неперфорированная область расположена далеко от впускного отверстия для нагревающей текучей среды. В этих вариантах осуществления и в случае одинарных сегментных перегородок множество дефлекторов предпочтительно расположено рядом с краем одинарной сегментной перегородки, которая расположена ближе всего к впускному отверстию для нагревающей текучей среды. Предпочтительно эти дефлекторы расположены симметрично вокруг вертикальной центральной плоскости, проходящей через впускное отверстие для пара и закрытую область в ленточном распределителе пара. Предпочтительно эти дефлекторы расположены под наклоном друг к другу, например, угол между соседними дефлекторами составляет от 1,0° до 50,0° или от 2,0° до 45,0°, или от 5,0° до 30,0°, или от 10,0° до 25,0°, или от 15,0° до 20,0°. Эти дефлекторы могут быть изогнутыми или плоскими. Желательно, чтобы они были изогнутыми.

Ленточный распределитель пара и один или несколько связанных распределителей обеспечивают однородность потока пара рядом с впускным отверстием для нагревающей текучей среды. Кроме того, ленточный распределитель пара снижает скорость потока пара, когда он сталкивается с трубками в отпарной колонне, тем самым уменьшая эрозию трубок.

Кроме того, в настоящем документе обеспечена отпарная колонна, содержащая ленточный распределитель пара и один или несколько впускных дефлекторов для обеспечения однородности пара, подаваемого из впускного отверстия для пара. Ленточный распределитель пара и один или несколько впускных дефлекторов описаны выше. Отпарная колонна может содержать или может не содержать перегородки. Предпочтительно отпарная колонна содержит одинарные сегментные, двойные сегментные перегородки или перегородки типа диск-кольцо. Предпочтительно ленточный распределитель пара и один или несколько дефлекторов используют вместе с отпарной колонной, содержащей одинарные сегментные перегородки. Перегородки могут быть связаны или не связаны с собственными дефлекторами. Предпочтительно отпарная колонна содержит дефлекторы, которые связаны с перегородками, как описано выше.

Кроме того, в настоящем документе обеспечена система для получения мочевины. Система включает конденсатор карбамата, реактор синтеза мочевины и отпарную колонну.

Отпарная колонна представляет собой кожухотрубную отпарную колонну, описанную выше. В частности, отпарная колонна может представлять собой отпарную колонну, использующую СО₂, или отпарную колонну, использующую процесс самоотпаривания, как описано выше.

В некоторых вариантах осуществления реактор синтеза мочевины и конденсатор карбамата представляют собой отдельные реакционные сосуды. В качестве альтернативы реактор синтеза мочевины и конденсатор карбамата реализованы в виде объединенного реактора синтеза мочевины и конденсатора карбамата. Эти два варианта осуществления обсуждаются отдельно.

Когда конденсатор карбамата и реактор синтеза мочевины являются отдельными реакционными сосудами, конденсатор карбамата приспособлен для частичного и экзотермического превращения аммиака и диоксида углерода в карбамат аммония, и конденсатор карбамата частично превращает образованный таким образом карбамат аммония в мочевину. Таким образом, получают эффлюент конденсатора. Реактор синтеза мочевины выполнен с возможностью адиабатического превращения по меньшей мере части карбамата аммония в потоке эффлюента конденсатора в мочевину. Таким образом, получают смесь мочевина/карбамат. Система сконструирована для подачи смеси мочевина/карбамат в отпарную колонну. Отпарная колонна предназначена для превращения смеси мочевина/карбамат в поток мочевина/карбамат, концентрированный в мочевине, и газообразный поток, содержащий диоксид углерода и аммиак.

Когда система содержит объединенный реактор, который служит в качестве конденсатора карбамата и реактора синтеза мочевины, объединенный реактор выполнен с возможностью частичного и экзотермического превращения аммиака и диоксида углерода в карбамат аммония. Кроме того, объединенный реактор дополнительно выполнен с возможностью частичного превращения карбамата аммония в мочевину. Таким образом, получают смесь мочевина/карбамат. Система обеспечивает подачу смеси мочевина/карбамат в отпарную колонну, а отпарная колонна обеспечивает превращение смеси мочевина/карбамат в поток мочевина/карбамат, концентрированный в мочевине, и газообразный поток, содержащий диоксид углерода и аммиак.

Кроме того, обеспечено применение отпарной колонны, как описано выше, для отпаривания смеси мочевина/карбамат.

Кроме того, обеспечено применение отпарной колонны, как описано выше, для повышения эффективности отпаривания и/или для уменьшения коррозии трубок при отпаривании смесей мочевина/карбамат.

Кроме того, обеспечен способ отпаривания смеси мочевина/карбамат.Дополнительно или альтернативно, этот способ может быть заявлен как способ уменьшения коррозии в трубках отпарной колонны для разложения смесей мочевина/карбамат и/или для повышения эффективности отпаривания при отпаривании смесей мочевина/карбамат.

Способ включает стадию обеспечения отпарной колонны. Отпарная колонна представляет собой отпарную колонну, как описано выше. Предпочтительно отпарная колонная располагается таким образом, что трубки располагаются вертикально в пределах корпуса. Также, отпарная колонна предпочтительно располагается так, что верхний конец находится в верхней части отпарной колонны, а нижний конец находится в нижней части отпарной колонны. Смесь мочевина/карбамат подается во впускное отверстие для смеси мочевина/карбамат.

Когда используется отпарная колонна, использующая СО₂, отпарной газ (т.е. СО₂) подается во впускное отверстие для отпарного газа. Когда используется отпарная колонна, использующая процесс самоотпаривания, в качестве отпарного газа служат СО₂ и NH₃, образующиеся при разложении карбамата аммония. Обратите внимание, что, как упоминалось выше, отпарные колонны, использующие процесс самоотпаривания, обычно содержат впускное отверстие для пассивирующего воздуха с целью уменьшения коррозии, но скорость потока пассивирующего воздуха недостаточна для того, чтобы оказывать значительное влияние на процесс отпаривания.

Нагревающая текучая среда подается в межтрубное пространство через впускное отверстие для нагревающей текучей среды. Смесь мочевина/карбамат и отпарной газ контактируют в трубках. В частности, смесь мочевина/карбамат течет в виде падающей пленки вдоль внутренних стенок трубок. Отпарной газ течет вверх в трубное пространство.

Смесь мочевина/карбамат нагревают с помощью нагревающей текучей среды. Под воздействием тепла, обеспечиваемого нагревающей текучей средой, карбамат аммония в смеси мочевина/карбамат разлагается с образованием газообразного аммиака и диоксида углерода. Поскольку карбамат аммония в смеси мочевина/карбамат разлагается, образуется поток мочевина/карбамат, концентрированный в мочевине. Поток мочевина/карбамат, концентрированный в мочевине, извлекают из выпускного отверстия для потока мочевина/карбамат, концентрированного в мочевине.

Газовую смесь, содержащую одно или несколько отпаренных соединений, извлекают из выпускного отверстия для газовой смеси. Когда используют отпарную колонну, использующую СО₂, эта газовая смесь также содержит отпарной газ. Нагревающую текущую среду извлекают из межтрубного пространства через выпускное отверстие для нагревающей текучей среды.

Эти способы эффективно позволяют лучше отпаривать смеси мочевина/карбамат, одновременно уменьшая коррозию отпарных колонн.

В некоторых вариантах осуществления температура трубок является постоянной вдоль любого латерального поперечного сечения отпарной колонны. В некоторых вариантах осуществления температура трубок является постоянной вдоль любого латерального поперечного сечения отпарной колонны в пределах погрешности, составляющей менее 10°С, менее 5°С, менее 2°С или менее 1°С. Постоянная температура вдоль латерального поперечного сечения отпарной колонны обеспечивает равномерный перенос тепла к трубкам. Радиально постоянные температуры вызваны улучшенным распределением нагревающей текучей среды и, в свою очередь, радиально постоянные температуры уменьшают коррозию трубок отпарной колонны.

В некоторых вариантах осуществления давление в межтрубном пространстве составляет от 10,0 до 30,0 бар изб., предпочтительно от 16,0 до 24,0 бар изб.

Массовый расход нагревающей текучей среды зависит от производительности отпарной колонны. В некоторых вариантах осуществления массовый расход нагревающей текучей среды составляет от 10,0 до 60,0 кг/с, от 20,0 до 50,0 кг/с или от 30,0 до 40,0 кг/с.

В некоторых вариантах осуществления нагревающая текучая среда содержит пар. Предпочтительно нагревающая текучая среда в основном состоит из пара. Другими словами, нагревающая текучая среда предпочтительно содержит по меньшей мере 99,0 масс. % пара или по меньшей мере 99,9 масс. % пара. Обозначение масс. % указывает, что композиция нагревающей текучей среды выражается в массовых процентах, то есть в виде соотношения в процентах массового расхода пара, содержащегося в нагревающей текучей среде, и массового расхода всей нагревающей текучей среды.

В некоторых вариантах осуществления нагревающая текучая среда имеет плотность от 7,0 до 13,0 кг/м³ или от 8,5 до 12,0 кг/м³.

ПРИМЕРЫ

Пример 1

В первом примере делается ссылка на фиг.1, на которой показана отпарная колонна (100), обеспеченная в настоящем документе. В частности, отпарная колонна (100) представляет собой отпарную колонну, использующую СО₂. Отпарная колонна (100) содержит корпус (160) и множество трубок (150), которые расположены в пределах корпуса (160). Кроме того, отпарная колонна (100) содержит верхний конец (110) и нижний конец (120). Трубки (150) расположены между верхним концом (110) и нижним концом (120). Трубное пространство (140) расположено внутри трубок (150). Межтрубное пространство (130) расположено между трубками (150) и корпусом (160). Межтрубное пространство (130) отделено от верхнего конца (ПО) и нижнего конца (120). Верхний конец (110) и нижний конец (120) соединены по текучей среде с трубным пространством (140). Перегородки используются вместе с дефлекторами для более равномерного нагревания трубок (150).

Нижний конец (120) содержит выпускное отверстие (122) для потока мочевина/карбамат, концентрированного в мочевине, и впускное отверстие (121) для отпарного газа.

Верхний конец (110) содержит впускное отверстие (111) для смеси мочевина/карбамат и выпускное отверстие (112) для газовой смеси, которая содержит отпарной газ и одно или несколько отпаренных соединений.

Отпарная колонна (100) дополнительно содержит впускное отверстие (131) для нагревающей текучей среды и выпускное отверстие (133) для нагревающей текучей среды. Впускное отверстие (131) для нагревающей текучей среды и выпускное отверстие (133) для нагревающей текучей среды соединены по текучей среде с межтрубным пространством (130). Кроме того, впускное отверстие (131) для нагревающей текучей среды расположено рядом с верхним концом (110) отпарной колонны (100). Выпускное отверстие для нагревающей текучей среды (133) расположено рядом к нижним концом (120) отпарной колонны (100).

Трубки (150) имеют длину 6,0 м и внешний диаметр 31,0 мм. Отпарная колонна имеет цилиндрический корпус диаметром 3,1 м.

Любой тип перегородок (сегментные, двойные сегментные или типа диск-кольцо) можно использовать в отпарной колонне из примера 2, при условии, что их используют вместе с дефлекторами, как описано в настоящем документе.

Необязательно отпарная колонна в соответствии с настоящим примером содержит два или более впускных отверстия для нагревающей текучей среды, как описано в настоящем документе, при этом такая отпарная колонна, содержащая первое впускное отверстие (131) для нагревающей текучей среды и второе впускное отверстие (132) для нагревающей текучей среды, показана на фиг.17.

Пример 2

Во втором примере делается ссылка на фиг.2, на которой показана отпарная колонна (100), обеспеченная в настоящем документе. В частности, отпарная колонна (100) представляет собой отпарную колонну, использующую процесс самоотпаривания. Конструкция отпарной колонны (100) аналогична конструкции из примера 1 с некоторыми отличиями.

В частности, отпарная колонна, использующая процесс самоотпаривания, не содержит впускного отверстия для отпарного газа на ее нижнем конце: NH₃ и СО₂, образующиеся при разложении карбамата аммония, служат в качестве отпарного газа в отпарных колоннах, использующих процесс самоотпаривания, таким образом, необходимость во впускном отверстии для отпарного газа отсутствует.

Кроме того, трубки отпарной колонны, использующей процесс самоотпаривания, тоньше, чем трубки у отпарной колонны, использующей СО₂, из примера 1. В частности, трубки отпарной колонны, использующей процесс самоотпаривания, имеют внешний диаметр 25 мм.

Любой тип перегородок (сегментные, двойные сегментные или типа диск-кольцо) можно использовать в отпарном аппарате из примера 2, при условии, что они используются вместе с дефлекторами, как описано в настоящем документе.

Необязательно, отпарная колонна в соответствии с настоящим примером содержит два или более впускных отверстия для нагревающей текучей среды, как описано в настоящем документе.

Пример 3

В третьем примере делается ссылка на фиг.3 и 4. На фиг.3 имеется 5 конструкций от а) до е), показывающих совместное функционирование ленточного распределителя пара и дефлектора для обеспечения однородности пара рядом с впускным отверстием для пара в случае одинарных сегментных перегородок. В отпарных колоннах с конфигурацией одинарных сегментных перегородок обычно устанавливается лента, чтобы избежать попадания всего потока пара, входящего через впускное отверстие (131) для нагревающей текучей среды, непосредственно на первую линию трубок перед впускным отверстием для нагревающей текучей среды (131). В отпарных колоннах в соответствии с настоящим примером впускное отверстие (131) для нагревающей текучей среды представляет собой сопло, через которое пар входит в межтрубное пространство (130) с высокой скоростью. Такой высокоскоростной пар вызывает эрозию трубок.

Ленточный распределитель пара (170) по настоящему примеру содержит несколько прорезей (175, 176), общая площадь которых в два раза превышает площадь впускного отверстия для пара (131). В этом случае удельная кинетическая энергия пара (1/2)ρν² уменьшается на 75%.

Конкретно ссылаясь на фиг.3, конструкция а) показывает поперечное сечение отпарной колонны рядом с впускным отверстием для пара, конструкция Ь) показывает вид в крупном масштабе пластины дефлектора (137), конструкция с) показывает поперечное сечение отпарной колонны у впускного отверстия для пара. Поперечное сечение, показанное на конструкции с), перпендикулярно поперечному сечению, показанному на конструкции а). Конструкция е) показывает вид в перспективе ленточного распределителя пара (170).

Пар поступает в межтрубное пространство (130) отпарной колонны через впускное отверстие для нагревающей текучей среды (131). При входе в межтрубное пространство (130) пар сначала входит в ленточное пространство (171), образованное между корпусом (160) отпарной колонны и ленточным распределителем пара (170). Пространство в форме ленты (171) представляет собой кольцевое пространство между ленточным распределителем пара и корпусом. Ленточный распределитель пара (170) представляет собой металлический лист в форме открытого цилиндра с тремя отверстиями (175, 176) на его стороне.

Ссылаясь на конструкции а) и с), пар входит через впускное отверстие (131) для нагревающей текучей среды на левой стороне отпарной колонны и входит в пространство в форме ленты (171). С левой стороны пространства в форме ленты (171) ленточный распределитель пара (170) закрыт, т.е. он не имеет никаких отверстий, так что пар, поступающий в пространство в форме ленты, вынужден течь на правую сторону пространства в форме ленты (171), где ленточный распределитель (170) содержит три отверстия (175, 176): два боковых отверстия и центральное отверстие. Пар движется через отверстия (172) в основной объем межтрубного пространства (130).

Перед центральным отверстием (176) расположен дефлектор (137). Он расположен симметрично относительно плоскости, перпендикулярной перегородкам, и проходит по центрам впускного отверстия для нагревающей текучей среды (131) и центрального отверстия (176). Дефлектор может быть секцией круга, эллиптическим или плоским. Если он изогнут, кривизна может быть ориентирована в любом направлении, но в идеальном случае направлена в сторону центрального отверстия (см. фиг.3с). Дефлектор (137) перфорирован, то есть содержит перфорационные отверстия (138). В идеальном случае перфорационные отверстия меньше около плоскости симметрии и становится больше при удалении от плоскости симметрии. Дефлектор создает препятствие для потока пара, которое обеспечивает однородность горизонтального потока пара через межтрубное пространство (130), так что трубки (150) рядом с впускным отверстием для пара (131) нагреваются более равномерно. Кроме того, благодаря улучшенному распределению пара скорость пара, падающего на трубы, уменьшается, таким образом, также уменьшается эрозия труб.

Тем не менее могут быть сделаны дополнительные улучшения в отношении однородности распределения потока пара. Однородность потока пара может быть дополнительно улучшена, например, путем обеспечения 175 щелей с небольшой площадью каждая вместо всего трех щелей с большей площадью.

В качестве альтернативы, ленточный распределитель пара (170) для использования с одинарными сегментными перегородками может иметь конфигурацию, показанную на фиг.4. На фиг.4 показаны четыре конструкции от а) до d). Как и на фиг.3, на фиг.4 также показано совместное функционирование ленточного распределителя пара и дефлекторов для обеспечения однородности пара рядом с впускным отверстием для пара. Конструкция и функция ленточного распределителя пара, показанного на фиг.4, аналогичны ленточному распределителя пара, показанному на фиг.3, с некоторыми конкретными отличиями, которые подробно описаны ниже.

На фиг.4 конструкция а) показывает поперечное сечение отпарной колонны рядом с впускным отверстием для пара, конструкция Ь) показывает вид в перспективе ленточного распределителя пара (170), конструкция с) представляет собой подробный вид сверху дефлектора (137) между трубками (150), и конструкция d) представляет собой подробный вид сбоку дефлектора (137).

Ленточный распределитель пара (170) на фиг.4 работает следующим образом: пар входит в межтрубное пространство (130) отпарной колонны через впускное отверстие (131) для нагревающей текучей среды. При входе в межтрубное пространство (130) пар сначала входит в пространство в форме ленты (171), образованное между корпусом (160) отпарной колонны и ленточным распределителем пара (170). Пространство в форме ленты (171) представляет собой кольцевое пространство между ленточным распределителем пара и корпусом. Ленточный распределитель пара (170) представляет собой металлический лист в форме открытого цилиндра, который имеет перфорированную область (178) и неперфорированную область (179).

Во время нормальной работы пар входит через впускное отверстие для нагревающей текучей среды (131) с левой стороны отпарной колонны, и он входит в пространство в форме ленты (171). С левой стороны пространства в форме ленты (171) ленточный распределитель пара (170) содержит множество перфорационных отверстий, через которые обеспечивается прохождение пара. Перфорационные отверстия являются самыми маленькими возле впускного отверстия (131) для нагревающей текучей среды и постепенно увеличиваются по мере увеличения расстояния до впускного отверстия (131) для нагревающей текучей среды, таким образом, обеспечивается однородность потока пара. С правой стороны ленточного распределителя пара (170), рядом с отверстием в одинарной сегментной перегородке (134), ленточный распределитель пара содержит закрытую область (179), где он не имеет перфорационных отверстий, т.е. он закрыт.

Дефлекторы (137) расположены рядом с краем (1341) одинарной сегментной перегородки (134), которая находится ближе всего к впускному отверстию (131) для нагревающей текучей среды. Эти дефлекторы дополнительно обеспечивают однородность потока пара в секции отпарной колонны рядом с впускным отверстием (131) для нагревающей текучей среды.

Дефлекторы зеркально симметрично расположены вокруг вертикальной центральной плоскости, проходящей через впускное отверстие (131) для пара и закрытую зону (179) в ленточном распределителе пара. Эти дефлекторы изогнуты, а угол между соседними дефлекторами составляет 15°.

Пример 4

В четвертом примере делается ссылка на фиг.5, на которой изображены три конструкции а) b) и с, каждая из которых показывает использование дефлекторов (137) с одинарными сегментными перегородками (134) в кожухотрубной отпарной колонне для отпаривания смеси мочевина-карбамат.

В то время как дефлектор (137) или дефлекторы (137), расположенные в сегменте отпарной колонны рядом с ленточным распределителем пара (170) (см. пример 3), эффективны в отношении обеспечения однородности потока пара возле впускного отверстия для пара (131), неоднородности потока пара и связанный с этим неоднородный нагрев сохраняется ниже по отпарной колонне. Следовательно, желательно использовать дополнительные дефлекторы в других местах в межтрубном пространстве (130). Эти дефлекторы (137) дополнительно увеличивают однородность, благодаря чему трубки (150) в отпарной колонне нагреваются за счет обеспечения дополнительной однородности потока пара.

Отпарная колонна содержит корпус (160), который функционирует в качестве его внешней стенки, трубки (150), в которых происходит отпаривание смеси мочевина-карбамат, впускное отверстие (131) для нагревающей текучей среды и ленточный распределитель пара (170). Пар поступает в отпарную колонну через впускное отверстие (131) для нагревающей текучей среды и входит в пространство (171) в форме ленты между корпусом (160) и ленточным распределителем пара (170). Пар покидает пространство (171) в форме ленты и движется по объему межтрубного пространства (130) отпарной колонны посредством сегментных перегородок и дефлекторов (137).

Как одинарные сегментные перегородки (134), так и дефлекторы (137) являются перфорированными. Перфорационные отверстия позволяют трубкам (150) проходить через дефлекторы (137) и одинарные сегментные перегородки (134). Перфорационные отверстия (138) имеют различные размеры в зависимости от ориентации перегородки или дефлектора в точках, в которых трубки (150) проходят через перегородки (134) и дефлекторы (137). Перфорационные отверстия (138) плотно прилегают к соответствующим трубкам (150). Необязательно дефлекторы и/или одинарные сегментные перегородки (134) содержат дополнительные перфорационные отверстия (138), которые позволяют пропускать пар, что может быть полезно для предотвращения образования застойного потока в некоторых местах и при определенных условиях.

Одинарные сегментные перегородки (134) расположены горизонтально, и ориентация дефлекторов (137) изменяется в зависимости от того, где они расположены в межтрубном пространстве (130). В частности, дефлекторы (137), показанные на фиг.5, ориентированы под углом от 45,0° до 90,0° к горизонтальной плоскости, и они расположены на краях одинарных сегментных перегородок (134), с которыми они связаны.

На схеме а) показан вертикальный разрез отпарной колонны рядом с впускным отверстием для пара (131).

На схеме b) показан вид в перспективе одинарной сегментной перегородки (134) и дефлектора (137). Определенная конфигурация, показанная на схеме b), конкретно относится к самой верхней одинарной сегментной перегородке (134) и соответствующему дефлектору. Эта самая верхняя одинарная сегментная перегородка связана только с одним дефлектором (137).

На схеме с) показан вид в перспективе одинарной сегментной перегородки (134), которая расположена дальше вниз по отпарной колонне. На схеме с) также показаны два дефлектора (137), которые связаны с одной сегментной перегородкой. Эти дефлекторы (137) расположены над одинарной сегментной перегородкой и рядом с ней.

Пример 5

В дополнительном примере делается ссылка на фиг.6, на которой показана секция отпарной колонны между двумя отдельными сегментными перегородками. В частности, на схеме а) показано поперечное сечение, параллельное перегородкам, а на схеме b) показано поперечное сечение, перпендикулярное перегородкам и перпендикулярное дефлекторам. Путь потока пара обозначен линиями потока (173). Пар поступает в секцию в области (i) с левой стороны и покидает секцию в области (iv) с правой стороны. При отсутствии препятствий большая часть пара будет следовать по центральному пути (ii) от (i) к (ii), а небольшое количество пара будет следовать по более длинному пути (ii). Такой неоднородный поток привел бы к неоднородному нагреву трубок в отпарной колонне. Для увеличения однородности потока пара дефлекторы (137) устанавливаются вблизи области (i), где пар входит в секцию, и вблизи области (ii), где пар выходит из секции. Дефлекторы (137) перфорированы и создают дополнительный перепад давления вдоль центрального пути (iii), тем самым заставляя большее количество пара проходить более длинным путем (ii). Это также приводит к равномерному падению давления в секции, как показано равномерно расположенными изобарами (177) на схеме b).

Пример 6

В дополнительном примере делается ссылка на фиг.7 и 8, на которых показана отпарная колонна, содержащая перегородки типа диск-кольцо (1360, 1361). Дисковые перегородки (1360) имеют форму перфорированного диска. Кольцевые перегородки (1361) перфорированы, имеют форму кольца и содержат центральное отверстие. Альтернативно, дисковые перегородки (1360) представляют собой пластины, имеющие форму выпуклого многоугольника, который имеет 5 или более сторон, и они содержат отверстие в форме выпуклого многоугольника. Отверстие в кольцевых перегородках (1361) примерно того же размера, что и диаметр дисковых перегородок (1360).

В частности, на схеме а) фиг.7 показано поперечное сечение отпарной колонны. На схеме b) фиг.7 показано другое поперечное сечение отпарной колонны, перпендикулярное поперечному сечению, показанному на схеме а) фиг.7. На схеме а) фиг.8 показан вид в перспективе дисковой перегородки (1361) и дефлектора (137). На схеме b) фиг.8 показана одна часть (1371) дефлектора (137). На схеме с) фиг.8 показано поперечное сечение отпарной колонны.

Пар поступает через впускное отверстие для пара (131) и проходит через пространство в форме ленты (171) в ленточном распределителе пара, прежде чем попасть в объем межтрубного пространства отпарной колонны. Дисковые перегородки (1360) и кольцевые перегородки (1361) поочередно расположены вдоль длины отпарной колонны и улучшают однородность потока пара. К сожалению, это улучшение несовершенно. Чтобы повысить однородность потока пара, дефлекторы (137) расположены между последующими дисковыми перегородками (1360) и кольцевыми перегородками (1361). Поток пара через межтрубное пространство отпарной колонны (130) указан линиями потока (173).

Дефлекторы (137) состоят из множества отдельных частей (1371). Дефлекторы (137), кольцевые перегородки (1361) и дисковые перегородки (1360) перфорированы. Перфорационные отверстия (138) в дисковых перегородках (1360) и кольцевых перегородках (1361) имеют одинаковый размер. Размер перфорационных отверстий (138) в дефлекторах (137) варьируется и адаптирован для оптимизации однородности потока пара.

Дефлекторы выступают из дисковых перегородок до уровня соседних кольцевых перегородок. Дефлектор должен находиться относительно близко к центру отпарной колонны на уровне дисков, чтобы гарантировать, что самые центральные трубки не останутся в застойных условиях. Дефлектор может быть изогнутым или плоским. Идеальное расположение отверстий обеспечивается отверстиями меньшего размера ближе к уровню кольца и большего размера ближе к уровню диска.

Пример 7

В следующем примере делается ссылка на фиг.9 и 10, на которых показана отпарная колонна, содержащая двойные сегментные перегородки (1351, 1352). Двойные сегментные перегородки (1351, 1352) включают внутренние перегородки (1352) и внешние перегородки (1351). Внутренние перегородки (1352) имеют форму одинарного листа из перфорированного листового материала, который ограничен двумя параллельными линиями и корпусом отпарной колонны. Наружные перегородки (1351) выполнены в форме двух перфорированных круглых сегментов. Они расположены по два на противоположных сторонах отпарной колонны. Хорды внешних перегородок параллельны друг другу и параллельны параллельным линиям, ограничивающим внутренние перегородки. Между внутренними перегородками (1352) и корпусом (160) отпарной колонны обеспечены сегментные уравнительные перегородки (1353). Сегментные уравнительные перегородки (1353) перфорированы для прохождения пара, в частности, за счет перфорационных отверстий с переменным диаметром. В частности, эти перфорационные отверстия имеют диаметр, который тем больше, чем ближе к корпусу (160).

В частности, на схеме а) фиг.9 показано поперечное сечение отпарной колонны. На схеме b) фиг.9 показано другое поперечное сечение той же отпарной колонны. Поперечное сечение на схеме b) перпендикулярно поперечному сечению, показанному на схеме а). На фиг.10 показано две схемы. На схеме а) фиг.10 показан увеличенный вид сегмента между последовательными внутренними и внешними перегородками. На схеме b) фиг.10 показан вид в перспективе двух внешних перегородок (1351) и связанных с ними дефлекторов (137).

Дефлекторы (137) проходят от краев внутренней перегородки (1352) до краев внешних перегородок (1351). Дефлекторы (137) должны быть расположены относительно близко к центру отпарной колонны на уровнях внутренней перегородки, чтобы гарантировать, что трубки около центра отпарной колонны не останутся в застойных условиях.

Дефлекторы (137) могут быть изогнутыми или плоскими. В идеальном случае их перфорационные размеры имеют различный размер и предпочтительно, чтобы перфорационные отверстия в дефлекторах (137) были меньше ближе к уровню внешней перегородки и больше ближе к уровню внутренней перегородки.

Обратите внимание, при ссылке на фиг.10, кривизна дефлекторов (137) противоположна на схеме а) с одной стороны, и на схемах b) и с) с другой стороны. Квалифицированный специалист выберет подходящую кривизну в зависимости от условий работы отпарной колонны.

За исключением формы перегородок, конструкция отпарной колонны в соответствии с настоящим примером практически идентична конструкции в примере 6.

Пример 8

В дополнительном примере обсуждается иллюстративный способ функционирования отпарной колонны (100) из примера 1. В этом способе отпарная колонна (100) расположена вертикально, а верхний конец (110) расположен в верхней части отпарной колонны, а нижний конец (120) расположен в нижней части отпарной колонны (100). В этой отпарной колонне может быть использован любой тип перегородок (сегментный, двойной сегмент или типа диск-кольцо) вместе с дефлекторами.

Способ включает подачу смеси, содержащей мочевину и карбамат, аммония, во впускное отверстие (111) для смеси мочевина/карбамат, и подачу СО₂, отпарного газа, во впускное отверстие (121) для отпарного газа.

Отпарной газ и смесь мочевина/карбамат протекают в противотоке по трубкам (150). Одновременно смесь мочевина/карбамат нагревается, и карбамат аммония, содержащийся в смеси мочевина/карбамат, разлагается с образованием газообразных NH₃ и СО₂, которые уносятся отпарным газом. Таким образом, в трубках (150) образуется поток мочевина/карбамат, концентрированный в мочевине. Этот поток течет вниз к нижнему концу (120), где он извлекается через выпускное отверстие (122) для потока мочевина/карбамат, концентрированного в мочевине.

Пар используется в качестве нагревающей текучей среды и подается в межтрубное пространство (130) через впускное отверстие (131) для нагревающей текучей среды. Сегментные, двойные сегментные или типа диск-кольцо используются вместе с дефлекторами для обеспечения однородности потока пара в межтрубном пространстве. Пар имеет рабочее давление около 18 бар (абсолютное давление), он имеет массовый расход 36 кг/сек и плотность пара составляет 9 кг/м³.

Конденсированный пар отводится из межтрубного пространства (130) через выпускное отверстие для нагревающей текучей среды (133). При перемещении от впускного отверстия для нагревающей текучей среды (131) к выпускному отверстию для нагревающей текучей среды (133) пар проходит через межтрубное пространство (130) и нагревает трубки (150) и их содержимое, что обеспечивает вышеупомянутое разложение карбамата аммония с образованием NH₃ и СО₂. Наличие дефлекторов в дополнение к сегментным, двойным сегментным перегородкам или перегородкам типа диск-кольцо обеспечивает однородный нагрев трубок (150) и их содержимого, что, в свою очередь, приводит к повышению эффективности отпарной колонны и меньшей коррозии трубок.

Пример 9

В следующем примере обсуждается иллюстративный способ функционирования отпарной колонны (100) из примеров 2 и 8. В частности, его функционирование аналогично функционированию отпарной колонны из примера 1, за исключением того, что отпарной газ не подается в нижний конец. Вместо этого, в качестве отпарного газа служат NH₃ и СО₂, образующиеся при разложении карбамата аммония.

Пример 10

В следующем примере делается ссылка на фиг.11, на которой показаны выбранные части установки синтеза мочевины (1000). Установка синтеза мочевины содержит отпарную колонну (100), как описано в примере 1, реактор (200) для превращения карбамата аммония в мочевину, конденсатор карбамата (300) для образования карбамата аммония и скруббер (400) для конденсации паров NH₃ и СО₂, поступающих из реактора и конденсатора карбамата. Смачивающая жидкость в скруббере представляет собой раствор карбамата, подаваемый по трубе (401) из нижележащей секции.

Поток отпарного газа (101) соединяется по текучей среде с впускным отверстием (121) для отпарного газа отпарной колонны (100). Труба (104) для потока мочевины/карбамата, концентрированного в мочевине, соединяется по текучей среде с выпускным отверстием (122) для потока мочевины/карбамата, концентрированного в мочевине, отпарной колонны (100).

Отпарная колонна (100) содержит межтрубное пространство - см. фиг.1 (130) - которое содержит впускное отверстие для нагревающей текучей среды и выпускное отверстие для нагревающей текучей среды - см. фиг.1 (131, 133).

Впускное отверстие для нагревающей текучей среды соединяется по текучей среде с трубой для потока нагревающей текучей среды (503). Выпускное отверстие для нагревающей текучей среды соединяется по текучей среде с трубой для охлажденного потока нагревающей текучей среды (504). Труба для потока нагревающей текучей среды (503) и труба для охлажденного потока нагревающей текучей среды (504) соединяются по текучей среде с источником (500) нагревающей текучей среды, который, в свою очередь, соединяется по текучей среде посредством соединения (502) с внешним источником нагревающей текучей среды.

Отпарная колонна (100) дополнительно соединена по текучей среде с трубой (102) для потока мочевина/карбамат. Эта труба (102) доставляет поток мочевина/карбамат из реактора (200), который превращает карбамат аммония в мочевину. Реактор, в свою очередь, снабжается карбаматом аммония из конденсатора карбамата (300) по трубе (302), и газообразным NH₃, СО₂, водой, и инертными компонентами по другой трубе (301). Тепло, выделяемое при образовании карбамата в конденсаторе карбамата (300), отводится с помощью пара и подачи пара (501).

Пример 11

В дополнительном примере делается ссылка на фиг.12, 13, 14 и 15, которые иллюстрируют некоторые проблемы, которые преодолеваются с помощью систем и способов в соответствии с настоящим изобретением. В частности, настоящие системы и способы предлагают увеличенный срок службы отпарной колонны и повышенную эффективность отпарной колонны. Настоящий пример иллюстрирует эти проблемы для конкретной отпарной колонны, использующей СО₂. Однако ожидается, что аналогичные проблемы, связанные с коррозией, будут также возникать в других типах отпарных колонн, когда происходит неоднородный нагрев, хотя предполагается, что точный характер коррозии будет зависеть от конкретной морфологии отпарной колонны. Одним примером другого типа отпарной колонны, в которой ожидаются аналогичные проблемы, связанные с коррозией, является отпарная колонна, использующая процесс самоотпаривания.

На фиг.12 показаны две модели коррозии, которые, в частности, возникают в больших отпарных колоннах, использующих СО₂, только с одним впускным отверстием для нагревающей текучей среды, с трубками из нержавеющей стали, и в которых СО₂ используется в качестве отпарного газа для отпаривания раствора мочевина/карбамат. В частности, картина коррозии наблюдалась в кожухотрубных отпарных колоннах, которые имеют трубки высотой 6 м, диаметр корпуса около 3 м, перегородки типа диск-кольцо, установленные в межтрубном пространстве, и содержат около 5000 трубок (150).

Тип коррозии также зависит от того, является ли отпарная колонна отпарной колонной, использующей СО₂, или отпарной колонной, использующей процесс самоотпаривания.

Действительно, было обнаружено, что картина коррозии, показанная на фиг.12 а), обычно возникает в отпарных колоннах малого диаметра, использующих СО₂, и картина, показанная на фиг.12 b), как правило, встречается в отпарных колоннах малого диаметра, использующих процесс самоотпаривания. В контексте настоящего изобретения как отпарные колонны, использующие СО₂, так и отпарные колонны, использующие процесс самоотпаривания, представляют собой особые конфигурации кожухотрубных отпарных колонн.

Кожухотрубные отпарные колонны содержат верхнюю трубную решетку (151), которая расположена выше и на верхнем конце трубок. Она отделяет межтрубное пространство, содержащее перегородки типа диск-кольцо, от верхнего конца отпарной колонны. Верхняя трубная решетка (151) также позволяет смеси мочевина/карбамат стекать вниз в виде жидкой пленки вдоль внутренней стенки трубок (150). Это также позволяет газовой смеси, содержащей СО₂ и NH₃, выходить из трубок (150).

Кожухотрубные отпарные колонны также содержат нижнюю трубную решетку (152), которая расположена ниже и на нижнем конце трубок. Она отделяет межтрубное пространство от нижнего конца отпарной колонны. Нижняя трубная решетка (152) также позволяет потоку мочевина/карбамат, концентрированному в мочевине, выходить из трубок (150), а в отпарной колонне, использующей СО₂, она позволяет отпарному газу СО₂ поступать в трубки (150).

Эти отпарные колонны имеют разные картины коррозии на внешних и внутренних трубках отпарной колонны. Внутренние трубки приблизительно охватывают поперечное сечение дисковых перегородок, а внешние трубки приблизительно охватывают поперечное сечение кольцевых перегородок. Картина коррозии во внешних трубках показана на фиг.12, схема а). Картина коррозии во внутренних трубках показана на фиг.12, схема b). Скорость коррозии во внешних трубках схематически показана на фиг.13, схема а), правый график. Скорость коррозии во внутренних трубках схематически показана на фиг.13, схема b), правый график.

Во внешних трубках присутствует как область коррозии (153), так и область образования окалины (154). Напротив, во внутренних трубках присутствует только область коррозии (153). В областях коррозии возникает коррозия трубок. В области образования окалины (154) коррозии не возникает, но происходит отложение железной окалины. Хотя область коррозии во внешних трубках проходит только вдоль части длины трубок, коррозия является гораздо более сильной в области коррозии (153) внешних трубок. Срок службы отпарных колонн ограничен скоростью коррозии трубок. Таким образом, если скорость коррозии, возникающей во внешних трубках (150), может быть снижена, степень коррозии после определенного периода эксплуатации будет уменьшена и, следовательно, может быть увеличен срок службы отпарных колонн.

Не ограничивая настоящее изобретение каким-либо конкретным режимом работы, полагают, что возникновение неоднородной коррозии в отпарных колоннах предшествующего уровня техники, использующих CO₂, для отпаривания карбамата аммония из потоков мочевина/карбамат можно объяснить следующим образом. Во время нормальной работы отпарных колонн предшествующего уровня техники смесь мочевина/карбамат стекает по внутренней стенке труб (150) в виде падающей пленки и нагревается с помощью пара, подаваемого в межтрубное пространство. Под воздействием тепла карбамат аммония в смеси мочевина/карбамат разлагается с образованием газообразных NH₃ и СО₂, которые текут вверх вместе с отпарным газом. Таким образом, карбамат аммония постепенно разлагается.

При разработке настоящего изобретения было понято, что присутствие железной окалины в нижней части внешних трубок, то есть в части окалины (154), указывает на то, что в части окалины жидкая фаза состоит в основном из мочевины, остаточного карбамата, свободного NH₃ и воды. Другими словами, большая часть карбамата аммония разлагается, в результате чего остается жидкая фаза, состоящая в основном из мочевины, остаточного карбамата, свободного NH₃ и воды, которая стекает по стенкам трубки в части окалины (154): железо (Fe) значительно менее растворимо в мочевине, чем в карбамате аммония. И наоборот, центральные трубки не имеют части окалины, что указывает на то, что карбамат аммония не полностью разложился.

Кроме того, было понято, что скорость разложения карбамата аммония увеличивается с увеличением количества тепла, подводимого к трубкам (150). Соответственно, наблюдение того, что карбамат аммония разлагается ближе к верхнему концу отпарной колонны во внешних трубках, указывает на более интенсивный нагрев внешних трубок по сравнению с внутренними трубками. Поскольку тепло обеспечивается за счет пара, протекающего по межтрубному пространству отпарной колонны, количество тепла определяется потоком пара. Следовательно, обеспечение большего количества тепла внешним трубкам по сравнению с внутренними трубками связано с потоком пара в межтрубном пространстве отпарной колонны. Таким образом, авторы изобретения обнаружили, что неоднородный поток пара в межтрубном пространстве отпарной колонны является причиной наблюдаемой повышенной скорости коррозии внешних трубок по сравнению с внутренними трубками.

Дополнительно было обнаружено, что неоднородный нагрев трубок приводит к неэффективной работе отпарных колонн, связанной с неоднородным распределением отпарного газа СО₂ по трубкам. В частности, было обнаружено, что в типичных условиях эксплуатации кожухотрубных отпарных колонн предшествующего уровня техники, характеризующихся впускным отверстием для пара и перегородками типа диск-кольцо в межтрубном пространстве, скорость потока газа через менее нагретые внутренние трубки значительно выше скорости потока газа через более нагретые внешние трубки. Неоднородный поток отпарного газа приводит к неэффективности процесса, например, неоднородному отпариванию карбамата в трубках и, в результате, к неэффективному разложению карбамата аммония в отпарной колонне.

Разделители жидкости (так называемые насадки, пример которых показан на фиг.15) устанавливаются в передней головке отпарной колонны и соединяются с трубками в верхней трубной решетке, чтобы обеспечить равномерное распределение смеси мочевина/карбамат через каждую из трубку через отверстия (710) в нижней части насадки. Также, одно или более отверстий (720) в верхней части разделителя жидкости предназначены для выпуска потока газа к верхнему концу отпарной колонны. Поток отпарного газа определяется комбинацией гидродинамических и гидростатических эффектов. Гидродинамические эффекты соответствуют падению давления через одно или несколько отверстий (720) в верхних разделителях жидкости (так называемые насадки) и могут быть записаны как Δр = 0,5ρν², где Δр обозначает перепад давления, ρ - плотность жидкости и ν - скорость потока жидкости.

Для типичных условий эксплуатации перепад гидродинамического давления на трубках составляет около 250 Па. Гидростатический эффект соответствует эффекту давления, обусловленному плотностью газа вдоль высоты трубок, и для заданного давления может быть записан как Δр = Δρgh. Перепад гидростатического давления в отпарной колонне, который описан выше, оценивается равным около 5500 Па. Соответственно, преобладает гидростатический эффект, и поэтому он в основном отвечает за распределение потока отпарного газа по трубкам. Следовательно, любой возможный дисбаланс в потоке отпарного газа между трубками, вызванный разницей в перепаде гидростатического давления на трубках, не может быть компенсирован путем изменения падения гидродинамического давления в отверстии на верхней части насадки. Падение давления в отверстии может быть изменено путем изменения размера отверстия в насадке. При уменьшении размера отверстия будет увеличиваться падение давления, и наоборот.

Было обнаружено, что в более нагретых трубках разложение карбамата и сопутствующее выделение СО₂ и NH₃ происходит в верхних частях трубок, то есть около верхнего конца, например, в верхних 50% трубок. Следовательно, парциальное давление NH₃ в верхней части трубок является высоким, тогда как парциальное давление NH₃ в нижней части трубок является низким. Отпарной газ представляет собой СО₂, и при тех же условиях NH₃ имеет более низкую плотность, чем СО₂. Поскольку газ течет вверх, концентрация NH₃ является наиболее высокой в верхней части трубок. Следовательно, верхняя часть трубок имеет более низкую удельную плотность, чем нижняя часть трубок. Это проиллюстрировано на фиг.13, схема (а). На этой фигуре показано, что трубки содержат три области: нижнюю область, отличающуюся более высокой плотностью газа и более низкой скоростью коррозии, переходную область, в которой плотность газа и скорость коррозии неожиданно изменяются, и верхнюю область, которая имеет более высокую скорость коррозии и более низкую плотность газа. В частности, при подъеме по трубкам первой областью, с которой сталкивается газ, является нижняя область. В нижней области плотность газа постепенно уменьшается по мере того, как газ нагревается при продвижении вверх по трубкам. В переходной области плотность газа внезапно уменьшается из-за разложения карбамата аммония и, как следствие, выделения газообразного аммиака. В верхней области плотность газа постепенно снижается по мере дальнейшего нагрева газа, и скорость коррозии является высокой, так как стенки трубки находятся в контакте с сильно нагретым раствором мочевины/карбамата. Действительно, корродированная толщина трубки увеличивается при движении вниз в верхней области, поскольку раствор становится теплее при движении вниз.

Кроме того, авторы изобретения обнаружили, что в менее нагретых трубках разложение карбамата происходит от верхней части трубки до самого дна трубок, таким образом, что все менее нагретые трубки имеют более низкую удельную плотность по сравнению с более нагретыми трубками, что, в свою очередь, приводит к тому, что гидростатическое давление в менее нагретых трубках оказывается ниже, чем гидростатическое давление в более нагретых трубках.

Профиль плотности газа более нагретых внешних трубок показан на фиг.13, схема а), левый график. Профиль плотности газа менее нагретых внутренних трубок показан на фиг.13, схема (b), левый график. Профиль плотности газа в менее нагретых трубках и более нагретых трубках также сравнивается на фиг.14. На фиг.14 ясно показано, что в менее нагретых трубках карбамат разлагается около дна отпарной колонны по сравнению с более нагретыми трубками. Это приводит к другому профилю плотности, что, в свою очередь, вызывает разницу гидростатического давления. Более низкое гидростатическое давление во внутренних трубках приводит к тому, что расход отпарного газа в менее нагретых трубках выше, чем в более нагретых трубках, что приводит к более низкой эффективности отпаривания.

Этому немного противодействует использование отпарного газа СО₂ с более низкой температурой, чем в трубках, поскольку более холодный газ СО₂ снижает плотность газовой фазы в трубке, тем самым увеличивая гидростатическое давление и противодействуя эффекту увеличенного нагрева. Однако этот эффект недостаточно выражен, чтобы устранить неэффективность отпаривания, связанную с неоднородным нагревом.

Действительно, моделирование (результаты не включены) показало, что даже незначительное различие в профиле плотности приводит к значительному эффекту на распределение потока. В частности, средневзвешенная по площади скорость потока текучей среды в менее нагретых внутренних трубах согласно оценкам приблизительно в 5 раз превышала средневзвешенную по площади скорость потока текучей среды в более нагретых внешних трубках. Это большое отклонение скорости потока текучей среды приводит к значительной неэффективности отпаривания в отпарных колоннах предшествующего уровня техники.

В заключение следует отметить, что неоднородный нагрев в отпарных колоннах, использующих СО₂, значительного размера известного уровня техники приводит к проблемам, связанным с коррозией, и неэффективному отпариванию. Эту проблему можно решить путем обеспечения дефлекторов в дополнение к сегментным, двойным сегментным перегородкам или перегородкам типа диск-кольцо; таким образом, обеспечивается однородный нагрев, в результате чего все трубки отпарной колонны могут быть умеренно и равномерно нагреты, что приводит к низкой скорости коррозии во всей отпарной колонне. Кроме того, однородный нагрев приводит к однородному профилю плотности газа, что, в свою очередь, приводит к равномерной скорости потока отпарного газа и повышению эффективности отпаривания.

Пример 12

В следующем примере делается ссылка на фиг.16, на которой показано несколько типов перегородок (134, 1351, 1352, 1360, 1361), которые могут быть использованы в межтрубном пространстве отпарных колонн по настоящему изобретению вместе с описанными в настоящем документе дефлекторами.

В частности, на схеме а) показаны перегородки сегментного типа (134). Эти перегородки расположены таким образом, что создают препятствие для чередующихся частей, например, диаметрально противоположных частей межтрубного пространства, тем самым заставляя нагревающую текучую среду двигаться извилистым путем. В отпарных колоннах с круглым поперечным сечением каждая перегородка закрывает межтрубное пространство, ограниченное хордой круглого поперечного сечения и дугой большой окружности, концы которой совпадают с концами хорды.

На схеме b) показаны двойные сегментные перегородки (1351, 1352), которые имеют два типа препятствий, расположенных поочередно. Для отпарных колонн с круглым поперечным сечением первый тип препятствия имеет две пластины, каждая из которых блокирует диаметрально противоположный круговой сегмент межтрубного пространства, тем самым заставляя нагревающую текучую среду течь через центр межтрубного пространства в их положении. Второй тип препятствия представляет собой расположенное по центру препятствие между двумя параллельными хордами, таким образом заставляя нагревающую текучую среду протекать вблизи сторон межтрубного пространства. Предпочтительно второй типа препятствия располагается между двумя пластинами препятствия первого типа, если смотреть сверху на отпарную колонну.

На схеме с) показаны перегородки типа диск-кольцо (1360, 1361), которые имеют два типа препятствий, расположенных поочередно. Эти типы перегородок обычно используются в отпарных колоннах с круглым поперечным сечением. Первым типом препятствия является диск, который расположен по центру в пределах межтрубного пространства, таким образом заставляя нагревающую текучую среду протекать возле боковых сторон межтрубного пространства. Второй тип препятствия представляет собой пластину в форме кольца. Она препятствует потоку текучей среды возле краев межтрубного пространства и имеет отверстие, которое позволяет нагревающей текучей среде протекать возле центра межтрубного пространства.

Наличие латеральных поперечных сечений и дефлекторов, как описано в настоящем документе, дополнительно повышает эффективность отпаривания и уменьшает коррозию трубок за счет повышения однородности нагрева трубок.

Группа изобретений относится к кожухотрубной отпарной колонне для отпаривания смеси мочевина/карбамат, системе для получения мочевины, применению отпарной колонны для отпаривания смеси мочевина/карбамат и способу отпаривания смеси мочевина/карбамат. Предложенная отпарная колонна содержит верхний конец, соединенный по текучей среде с нижним концом через множество трубок, расположенных в пределах корпуса. Верхний конец содержит впускное отверстие для смеси мочевина/карбамат и выпускное отверстие для газовой смеси, содержащей отпарной газ и одно или несколько отпаренных соединений. Нижний конец содержит выпускное отверстие для потока мочевина/карбамат, концентрированного в мочевине. Отпарная колонна дополнительно содержит впускное отверстие для нагревающей текучей среды и выпускное отверстие для нагревающей текучей среды, соединенное по текучей среде с межтрубным пространством, расположенным между множеством трубок и корпусом, а также ленточный распределитель пара и дефлектор на впуске для обеспечения однородности потока пара возле впускного отверстия для пара, и имеет продольное направление и латеральные поперечные сечения, причем продольное направление параллельно трубкам, а латеральные поперечные сечения перпендикулярны продольному направлению. В межтрубном пространстве расположено множество перегородок, причем перегородки определяют многопроходный поперечный поток в межтрубном пространстве, при этом перегородки параллельны латеральным поперечным сечениям в пределах погрешности менее 1°. Отпарная колонна дополнительно содержит множество дефлекторов, расположенных на пути потока, при этом дефлекторы расположены под наклоном или под прямым углом по отношению к перегородкам. Изобретение позволяет повысить эффективность отпаривания и уменьшить коррозию трубок за счет повышения однородности нагрева трубок. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 17 ил., 12 пр.

1. Кожухотрубная отпарная колонна (100) для отпаривания смеси мочевина/карбамат,

причем отпарная колонна (100) содержит верхний конец (110), соединенный по текучей среде с нижним концом (120) через множество трубок (150), расположенных в пределах корпуса (160);

причем верхний конец (110) содержит впускное отверстие (111) для смеси мочевина/карбамат и выпускное отверстие (112) для газовой смеси, содержащей отпарной газ и одно или несколько отпаренных соединений;

причем нижний конец (120) содержит выпускное отверстие (122) для потока мочевина/карбамат, концентрированного в мочевине;

причем кожухотрубная отпарная колонна (100) дополнительно содержит впускное отверстие для нагревающей текучей среды (131) и выпускное отверстие (133) для нагревающей текучей среды, соединенное по текучей среде с межтрубным пространством (130), расположенным между множеством трубок (150) и корпусом (160), а также ленточный распределитель пара (170) и дефлектор на впуске для обеспечения однородности потока пара возле впускного отверстия для пара;

причем кожухотрубная отпарная колонна (100) имеет продольное направление и латеральные поперечные сечения, причем продольное направление параллельно трубкам, а латеральные поперечные сечения перпендикулярны продольному направлению;

где множество перегородок расположено в межтрубном пространстве (130), причем перегородки определяют многопроходный поперечный поток в межтрубном пространстве (130), при этом перегородки параллельны латеральным поперечным сечениям в пределах погрешности менее 1°; характеризующаяся тем, что отпарная колонна дополнительно содержит множество дефлекторов (137), расположенных на пути потока, при этом дефлекторы (137) расположены под наклоном или под прямым углом по отношению к перегородкам.

2. Кожухотрубная отпарная колонна по п. 1, где по меньшей мере 80% дефлекторов связаны с перегородкой, предпочтительно, где по меньшей мере 90% дефлекторов связаны с перегородкой.

3. Кожухотрубная отпарная колонна по п. 2, где дефлекторы (137), которые связаны с перегородкой, физически прикреплены к перегородке, с которой они связаны.

4. Кожухотрубная отпарная колонна по любому из пп. 1-3, где отпарная колонна содержит более 3000 трубок или более 4000 трубок, или более 5000 трубок, или более 6000 трубок, или более 7000 трубок, или 3000-7000 трубок, или 4000-6000 трубок, или 5000-7000 трубок, или 5000-10000 трубок.

5. Кожухотрубная отпарная колонна по любому из пп. 1-5, где дефлекторы расположены под углом от 10,0° до 90,0° по отношению к перегородкам, в частности, под углом от 45,0° до 90,0° по отношению к перегородкам; и/или

где дефлекторы описывают дугу от 10,0° до 80,0° вдоль поперечного сечения кожухотрубной отпарной колонны, которое параллельно продольному направлению, и/или где дефлекторы описывают дугу от 10,0° до 80,0° вдоль латерального поперечного сечения кожухотрубной отпарной колонны.

6. Кожухотрубная отпарная колонна по любому из пп. 1-5, где дефлекторы являются изогнутыми.

7. Кожухотрубная отпарная колонна по любому из пп. 1-6, где дефлекторы (137) и/или перегородки являются перфорированными, при этом необязательно перфорационные отверстия являются круглыми.

8. Кожухотрубная отпарная колонна по любому из пп. 1-7, где перегородки представляют собой одинарные сегментные перегородки (134), при этом каждая одинарная сегментная перегородка (134) имеет форму кругового сегмента, имеющего хорду, при этом одинарные сегментные перегородки (134) перпендикулярны продольному направлению в пределах погрешности менее 1,0%, при этом одинарные сегментные перегородки последовательно расположены вдоль продольного направления кожухотрубной отпарной колонны, при этом ориентация одинарных сегментных перегородок изменяется вдоль продольного направления кожухотрубной отпарной колонны, и при этом дефлекторы (137) расположены между последовательными одинарными сегментными перегородками (134).

9. Кожухотрубная отпарная колонна по любому из пп. 1-8, где перегородки представляют собой перегородки типа диск-кольцо (1360, 1361), содержащие дисковые перегородки (1360) и кольцевые перегородки (1361), причем каждая дисковая перегородка (1360) имеет форму диска, и каждая кольцевая перегородка (1361) имеет форму кольца, содержащего отверстие, причем диаметр дисковых перегородок (1360) равен или больше диаметра отверстия в кольцевых перегородках (1361) с погрешностью менее 10,0%, при этом дисковые перегородки (1360) и кольцевые перегородки (1361) расположены перпендикулярно продольному направлению с погрешностью менее 1,0%, дисковые перегородки (1360) и кольцевые перегородки (1361) расположены последовательно и поочередно в продольном направлении кожухотрубной отпарной колонны, при этом дефлекторы (137) расположены между соседними дисковыми перегородками (1360) и кольцевыми перегородками (1361).

10. Кожухотрубная отпарная колонна по любому из пп. 1-9, где перегородки представляют собой двойные сегментные перегородки (1351, 1352), содержащие внешние перегородки (1351) и внутренние перегородки (1352), причем каждая внешняя перегородка имеет форму кругового сегмента, имеющего хорду, при этом две внешние перегородки расположены на противоположных сторонах латерального поперечного сечения кожухотрубной отпарной колонны, при этом внутренние перегородки имеют форму зеркально-симметричной области между двумя внешними перегородками (1351), при этом две внешние перегородки (1351) и внутренняя перегородка (1352) расположены перпендикулярно к продольному направлению в пределах погрешности менее 1,0%, где две внешние перегородки (1351) и внутренняя перегородка (1352) поочередно расположены вдоль продольного направления кожухотрубной отпарной колонны, и где дефлекторы расположены между соседними внутренними перегородками и внешними перегородками.

11. Кожухотрубная отпарная колонна по любому из пп. 1-10, где второе впускное отверстие для нагревающей текучей среды соединяется по текучей среде с межтрубным пространством (130) и установлено между вышеупомянутым впускным отверстием для нагревающей текучей среды (131) и выпускным отверстием для нагревающей текучей среды (133).

12. Система для получения мочевины, содержащая конденсатор карбамата (300), реактор синтеза мочевины (200) и кожухотрубную отпарную колонну (100) по любому из пп. 1-11.

13. Применение кожухотрубной отпарной колонны по любому из пп. 1-11 для отпаривания смеси мочевина/карбамат.

14. Способ отпаривания смеси мочевина/карбамат, включающий следующие стадии:

обеспечение отпарной колонны (100) по любому из пп. 1-10;

подача смеси мочевина/карбамат во впускное отверстие (111) для смеси мочевина/карбамат;

подача нагревающей текучей среды в межтрубное пространство (130) через впускное отверстие (131) для нагревающей текучей среды;

контактирование смеси мочевина/карбамат и отпарного газа в трубном пространстве (140), расположенном внутри трубок (150), и нагревание смеси мочевина/ карбамат с помощью нагревающей текучей среды, тем самым получая поток мочевина/карбамат, концентрированный в мочевине;

извлечение потока мочевина/карбамат, концентрированного в мочевине, через выпускное отверстие (122) для потока мочевина/карбамат, концентрированного в мочевине;

извлечение газовой смеси, содержащей одно или несколько отпаренных соединений, через выпускное отверстие (112) для газовой смеси, при этом одно или несколько отпаренных соединений содержат NH₃, CO₂ и воду;

извлечение нагревающей текучей среды через выпускное отверстие для текучей среды (133).