Комбинированный реактор синтеза мочевины и его система Российский патент 2025 года по МПК B01J19/24 C07C273/04 

Область техники

Изобретение относится к области химического оборудования и, в частности, касается комбинированного реактора синтеза мочевины и его системы.

Уровень техники

Основные процессы получения мочевины в стране и за рубежом включают стриппинг-процесс СО₂ Stamicarbon, стриппинг-процесс аммиака SNAM, процесс Toyo ACES21, китайский высокоэффективный и низкоэнергетический процесс синтеза и получения мочевины компании WUHUAN ENGINEERING CO.,LTD. и т. д. Среди них наиболее конкурентоспособными процессами на рынке являются китайский высокоэффективный и низкоэнергетический процесс синтеза и получения мочевины компании WUHUAN ENGINEERING CO.,LTD. и стриппинг-процесс CO₂ Stamicarbon.

По зарегистрированному в настоящее время традиционному методу стриппинг-процесса CO₂ по контуру высокого давления мочевины обычно предусматривают четырех устройств высокого давления: колонна синтеза мочевины, отпарная колонна, карбаматный конденсатор высокого давления и скруббер высокого давления. Материалы в контуре синтеза высокого давления в основном текут за счет разницы уровней жидкости. Выпускаемая из скруббера высокого давления жидкость поступает в кабраматный конденсатор после повышения давления с помощью разницы уровней и эжектора жидкого аммиака, а затем поступает в нижнюю часть колонны синтеза. Выпускаемая жидкость из колонны синтеза перетекают в отпарную колонну за счет разницы уровней. В этой связи высоковольтное оборудование высоковольтной цепи должно быть расположено вертикально в высокой раме, что требует больших инвестиций в гражданское строительство и увеличивает сложность строительства, монтажа, эксплуатации и обслуживания. Контур высокого давления, состоящий из четырех устройств высокого давления, имеет длительный технологический процесс, что увеличивает инвестиционные затраты на оборудование высокого давления и трубопроводы высокого давления, а также увеличивает небезопасные факторы системы.

Содержание изобретения

Целью настоящего изобретения является создание комбинированного реактора синтеза мочевины и его системы для устранения недостатков предшествующего уровня техники.

Для достижения вышеуказанных целей в настоящем изобретении используются следующие технические решения: один тип комбинированного реактора для синтеза мочевины, который включает в себя: реакционную секцию синтеза карбамата аммония, реакционную секцию синтеза мочевины и секцию промывки отходящих газов, причем секция реакции синтеза карбамата аммония горизонтально расположена в нижней части, а несколько секций реакции синтеза мочевины равномерно соединены вертикально на межтрубном пространстве реакционной секции синтеза карбамата. В верхней части каждой реакционной секции синтеза мочевины предусматривают секцию промывки отходящих газов.

Далее, реакционная секция синтеза карбамата аммония имеет симметричную конструкцию с трубными камерами на обоих концах. В реакционной секции синтеза карбамата аммония предусматривают симметрично расположенные двойные U-образные теплообменные трубы, причем теплообменные трубы приварены к трубным решеткам. Снаружи теплообменных труб предусматривают опорные пластины.

Далее, на трубчатой камере предусматривают вход и выход парового конденсата. Осуществляют обязательную циркуляцию парового конденсата с помощью насоса парового конденсата. На нижней части межтрубного пространства в реакционной секции синтеза карбамата аммония предусматривают первый вход для газа CO₂ и первый вход для жидкого аммиака, а в верхней части предусматривают второй вход для жидкого аммиака и второй вход для газа CO₂.

Далее, количество реакционных секций синтеза мочевины составляет от 3 до 12.

Далее, в нижней части реакционной секции синтеза мочевины предусматривают реакционные тарелки, а в верхней части предусматривают пучок теплообменных труб. Концы пучка теплообменных труб соответственно привариваются к трубным решеткам, а пучки теплообменных труб поддерживаются дефлекторами.

Далее, в верхней части межтрубного пространства секции реакции синтеза мочевины предусматривают выход воды для регулирования температуры, а в нижней части - вход воды для регулирования температуры. В верхней части трубного пространства предусматривают выход мочи;

Далее, секция промывки отходящих газов включает воронку для сбора жидкости, слой насадки и центральную трубу. Данная воронка для сбора жидкости расположена в нижней части секции промывки отходящих газов. Слой насадки расположен над воронкой для сбора жидкости. Верхняя часть центральной трубки соединена с нижней частью воронки для сбора жидкости. Центральная трубка проходит через реакционную секцию синтеза мочевины, а нижняя часть центральной трубки соединена с межтрубным пространством реакционной секции синтеза карбамата аммония.

Далее, в верхней части секции промывки отходящих газов предусматривают выход для инертного газа, а в верхней части - вход для жидкого карбамата аммония низкой концентрации.

Система синтеза мочевины, которая включает в себя вышеупомянутое комбинированный реактор синтеза мочевины.

Далее, система также включает в себя отпарную колонну;

Сырьевой жидкий аммиак и диоксид углерода поступают в межтрубное пространство секции реакции синтеза карбамата аммония, смешиваются и вступают в реакцию в секции реакции синтеза карбамата аммония с образованием метиламина и аминометиламина. Тепло, выделяемое в результате реакции, поглощается паровым конденсатом в трубном пространстве и испаряется для получения пара низкого давления;

Прореагировавшие газовая и жидкая фазы поступают в нижнюю часть секции реакции синтеза мочевины, где они обезвоживаются снизу вверх с образованием мочевины. Раствор мочевины отводят из выхода для жидкости верхней части секции реакции синтеза мочевины и поступает в отпарную колонну для дальнейшей отпарки. Не полностью прореагировавший газ промывают и поглощают поступающей жидкостью карбамата аммония низкой концентрации в секции промывки отходящего газа, а затем возвращается в реакционную секцию синтеза карбамата аммония.

Изобретение объединяет колонну синтеза мочевины, конденсатор высокого давления и скруббер высокого давления традиционного контура высокого давления мочевины в одно оборудование. Объем цилиндра высокого давления в межтрубном пространстве конденсатора высокого давления увеличивают, а в верхней части межтрубного пространства предусматривают три реакционные секции синтеза мочевины и секцию промывки отходящих газов, выполняющие функции колонны синтеза мочевины и скруббера высокого давления, так что три устройства объединены в одно. Это значительно упрощает технологический процесс, снижает инвестиции, упрощает процесс работы системы высокого давления и делает производство более безопасным.

Традиционный конденсатор высокого давления имеет вертикальную компоновку. Для обеспечения плавного потока среды между оборудованием требуется достаточная разница уровней, что приводит к большой высоте рамы и высокой инвестиции в гражданское строительство. А комбинированный реактор для синтеза мочевины в этом заявлении является горизонтальным реактором, выход жидкой фазы которого находится в верхнем положении, так что жидкость может напрямую поступать в отпарную колонну CO₂ самотеком без внешнего источника питания. Требования к разнице уровней значительно снижают, что способствует крупномасштабности установки и снижает инвестиции в гражданское строительство.

Паровой конденсат в межтрубном пространстве в реакционной секции синтеза карбамата аммония настоящего изобретения транспортируется под давлением конденсатным насосом, что увеличивает скорость потока конденсата в теплообменной трубе и значительно улучшает эффективность теплопередачи. По сравнению с традиционным теплообменом с естественной циркуляцией, это значительно уменьшает необходимую площадь теплообмена теплообменных труб и снижает инвестиции в оборудование.

Реакционная секция синтеза карбамата аммония данного изобретения имеет U-образную конструкцию. Пучок труб может свободно расширяться, что позволяет избежать проблем с тепловым напряжением, вызванных неравномерным тепловым расширением на стороне кожуха традиционного карбаматного конденсатора высокого давления в традиционных трубных решетках. Оборудование не требует установки компенсаторов, что значительно снижает риск коррозии головки трубы под напряжением. Паровой конденсат поглощает большое количество тепла, а затем испаряется в пар. Пар с фиксированным давлением не может поглощать тепло через теплообменную трубу, и эффективный коэффициент использования снижают. Симметричное расположение двойных U-образных труб, используемых в настоящем изобретении, может максимально использовать эффективную площадь теплообмена и пространство теплообмена, значительно уменьшить неэффективную площадь теплообмена и способствует крупномасштабности установки. В то же время двойная U-образная трубчатая конструкция может использоваться для уменьшения диаметра пучка труб. Трубная решетка может быть изготовлена из цельной нержавеющей стали или дуплексной стали. Сварные соединения труб теплообменников и трубных решеток могут быть выполнены встык или под углом с внутренними отверстиями.

На входе жидкого аммиака и входе CO₂ в межтрубном пространстве реакционной секции синтеза карбамата аммония используют распределители для равномерного распределения материалов в направлении длины межтрубного пространства. Распределитель имеет идущую внутрь трубчатую конструкцию с распределительными отверстиями. После смешивания сред на входе жидкого аммиака и входе CO₂ в межтрубном пространстве в результате реакции образуют карбамат и выделяют большое количество тепла. Выделяемое тепло большого количества поглощается паровым конденсатом межтрубного пространства, а затем испаряется с образованием пара низкого давления и отводится. В то же время он способствует продолжению реакции жидкого аммиака и CO₂ в межтрубном пространстве с образованием карбамата. Часть карбамата дегидратируется в верхнем слое карбамата аммония с образованием мочевины. Две реакции: реакция CO₂ и жидкого аммиака с образованием карбамата аммония и дегидратация карбамата аммония с образованием мочевины постепенно проводят на одном оборудовании для улучшения использования пространства оборудования.

Верхняя часть межтрубного пространства реакционной секции синтеза карбамата аммония соединена с тремя идентичными реакционными секциями синтеза мочевины и секциями промывки отходящих газов через фланцы, что имеет следующие преимущества: уменьшение больших отверстий на оборудовании, устранение зон медленного потока и застоев; симметричная конструкция может обеспечить равномерное распределение нагрузок на оборудование; улучшение коэффициента конверсии синтеза мочевины; и в верхней части предусматривает обратный поток карбамата аммония для циркуляции и рекуперации при низкой концентрации, что улучшает коэффициент расхода материала.

Использование секции промывки вверху может эффективно снизить выбросы отходящих газов, снизить выбросы отходящих газов и повысить степень переработки материалов.

В нижней части реакционной секции синтеза мочевины предусматривают несколько тарелок, разделяющих внутреннее пространство на несколько отсеков. Каждый отсек представляет собой секцию барботирования под высоким давлением. Прореагировавшие газовая и жидкая фазы поступают снизу и равномерно проходят через тарелки. так что газ и жидкий аммиак полностью смешиваются и контактируют, образуя поршневой поток, который полностью предотвращает обратное смешивание материалов между отсеками и эффективно повышает степень конверсии CO₂. В то же время по мере течения среды карбамат аммония продолжает дегидратироваться с образованием мочевины.

Секцию теплообмена предусматривают в верхней части реакционной секции синтеза мочевины. Внутри трубы находится технологическая среда. Карбамат аммония продолжает дегидратироваться в трубе с образованием мочевины. В межтрубном пространстве реакционной секции синтеза мочевины предусматривают вход воды с регулировкой температуры. Тепло, выделяющееся при дегидратации карбамата аммония, отводится при нагревании воды. Образовавшийся раствор мочевины и карбамата аммония по трубопроводу поступает в отпарную колонну для дальнейшей отпарки, а прореагировавшие отходящие газы через распределительные отверстия на воронке для сбора жидкости поступают в секцию промывки отходящих газов.

В секции промывки отходящих газов жидкость карбамата аммония низкой концентрации снаружи проходит через распределитель и вступает в реакцию с оставшимися отходящими газами (небольшое количество NH₃, CO₂ и инертных газов) из реакционной секции синтеза мочевины для продолжения реакции абсорбции и промывки для улучшения степени конверсии. Под секцией промывки отходящих газов расположена воронка для сбора жидкости, которая соединена с центральной трубой трубчатого теплообменника и непосредственно входит в верхнюю часть межтрубного пространства реакционной секции синтеза карбамата аммония, это также эффект абсорбции и промывки.

Положительные эффекты этого заявления: (1) Способствует крупномасштабной разработке установки. (2) Устройство повышает эффективность теплообмена, уменьшает площадь теплообмена и повышает эффективность преобразования, что способствует миниатюризации оборудования. (3) Две реакции: реакция CO₂ и жидкого аммиака с образованием карбамата аммония и дегидратация карбамата аммония с образованием мочевины постепенно проводят на одном оборудовании для улучшения использования пространства оборудования. (4) На выходе используют три идентичные реакционные секции синтеза мочевины и секция промывки отходящих газов для повышения степени конверсии синтеза мочевины. В верхней части секции промывки газа используют рефлюкс низкой концентрации для улучшения степени расхода материала. (5) В реакционной секции синтеза карбамата аммония настоящего изобретения предусматривают симметричное расположение двойных U-образных труб, что может гарантировать, что внешняя стенка теплообменной трубки может продолжать обмен теплом, а тепло, генерируемое реакцией CO₂ и жидкого аммиака в межтрубном пространстве может непрерывно отводить, что полезно для получения карбамата аммония, улучшает эффективную площадь конверсии и скорость конверсии, а также уменьшает неэффективную площадь теплообмена. Предусматривают U-образную конструкцию. Пучок труб может свободно расширяться, что позволяет избежать проблем с тепловым напряжением, вызванных неравномерным тепловым расширением на стороне кожуха традиционного карбаматного конденсатора высокого давления. Оборудование не требует установки компенсаторов, что снижает риск коррозии головки трубы под напряжением. (6) Данный комбинированный реактор для синтеза мочевины в этом заявлении является горизонтальным реактором, выход жидкой фазы которого находится в верхнем положении, так что жидкость может напрямую поступать в отпарную колонну CO₂ самотеком без внешнего источника питания.

Описание чертежей

На фиг.1 показана структурная схема комбинированного реактора синтеза мочевины согласно варианту реализации.

На фиг. 2 показана принципиальная схема технологического процесса системы синтеза мочевины согласно варианту реализации.

Условные обозначения: 1: Реакционная секция синтеза карбамата аммония; 1-1: Вход парового конденсата; 1-2: Трубная камера; 1-3: Перегородка трубной камеры; 1-4: Выход пара и парового конденсата; 1-5: Трубная решетка трубной камеры; 1-6: U-образная теплообменная труба; 1-7: Второй вход жидкого аммиака; 1-8: Опорная пластина; 1-9: Смотровой люк; 1-10: Межтрубное пространство на реакционной секции синтеза карбамата аммония; 1-11: Усиленная ребристая плита; 1-12: Второй вход для газа CO₂; 1-13: Седло; 1-14: Первый вход для газа CO₂; 1-15: Входной распределитель газа CO₂; 1-16: Первый вход для жидкого аммиака; 1-17: Входной распределитель жидкого аммиака.

2: Реакционная секция синтеза мочевины; 2-1: Фланец; 2-2: Реакционная тарелка; 2-3: Нижняя трубная решетка; 2-4: Пучок теплообменных труб; 2-5: Межтрубное пространство реакционной секции синтеза мочевины; 2-6: Выход воды для регулировки температуры; 2-7: Выход мочи; 2-8: Верхняя трубная решетка; 2-9: Дефлектор; 2-10: Вход воды для регулировки температуры; 2-11: Приварное уплотнительное кольцо.

3: Секция промывки отходящих газов; 3-1: Воронка для сбора жидкости; 3-2: Слой насадки; 3-3: Выход инертного газа; 3-4: Вход для жидкого карбамата аммония низкой концентрации; 3-5: Центральная труба.

4: Реактор; 5: Отпарная колонна; 6: Насос аммиака высокого давления; 7: Компрессор CO₂; 8: Паровой барабан низкого давления.

Подробные способы реализации

Чтобы дать возможность специалистам в области техники лучше понять решение настоящей заявки, техническое решение в варианте реализации настоящей заявки будет четко и полностью описано ниже вместе с чертежами в варианте реализации настоящей заявки. Очевидно, что описанные варианты реализации являются лишь частью вариантов реализации настоящей заявки, а не всеми вариантами реализации. На основе вариантов реализации настоящей заявки все другие варианты реализации, полученные специалистами в данной области техники без творческих усилий, должны подпадать под объем охраны данной заявки.

Следует отметить, что термины «включающий» и «имеющий» и любые их вариации в описании и формуле изобретения настоящей заявки и вышеупомянутых чертежах предназначены для охвата неисключительного включения, например, процесс, способ, система, продукт или оборудование, включающее серии стадий или блоков, не обязательно ограничивается теми, которые четко перечислены, но может включать другие стадии или блоки, которые четко не перечислены или которые присущи этим процессам, способам, продуктам или оборудованию.

Как показано на фиг. 1, комбинированный реактор синтеза мочевины включает в себя: реакционную секцию синтеза карбамата аммония 1, реакционную секцию синтеза мочевины 2 и секцию промывки отходящих газов 3. Реакционная секция синтеза карбамата аммония горизонтально расположена в нижней части, а три реакционные секции синтеза мочевины симметричного распределения равномерно соединены вертикально на межтрубном пространстве реакционной секции синтеза карбамата. В верхней части каждой реакционной секции синтеза мочевины предусматривают секцию промывки отходящих газов. Дно комбинированного реактора синтеза мочевины поддерживается седлами 1-13.

Реакционная секция 1 синтеза карбамата аммония имеет симметричную конструкцию с трубными камерами 1-2 на обоих концах. В реакционной секции синтеза карбамата аммония предусматривают пучки 1-6 симметрично расположенных двойных U-образных теплообменных труб, причем теплообменные трубы приварены к первой трубной решетке 1-5. Снаружи теплообменных труб предусматривают опорные пластины 1-8.

На трубчатой камере предусматривают вход парового конденсата 1-1 и выход 1-4 пара и парового конденсата. Осуществляют обязательную циркуляцию парового конденсата с помощью насоса парового конденсата. На нижней части межтрубного пространства в реакционной секции синтеза карбамата аммония предусматривают первый вход для газа CO₂ 1-14 и первый вход для жидкого аммиака 1-16, а в верхней части предусматривают второй вход для жидкого аммиака 1-7 и второй вход для газа CO₂ 1-12. На первом входе газа CO₂ 1-14 предусматривают входной распределитель 1-15 газа CO₂, а на первом входе жидкого аммиака 1-16 предусматривают входной распределитель жидкого аммиака 1-17. Первые входы CO₂ и жидкого аммиака являются основными отверстиями подачи, а второй вход является отверстием регулировки реакционного компонента.

В межтрубном пространстве реакционной секции 1-10 синтеза карбамата аммония предусматривают ремонтный люк 1-9. В трубной камере 1-2 предусматривают перегородку 1-3.

В нижней части реакционной секции 2 синтеза мочевины предусматривают реакционную тарелку 2-2, а в верхней части - пучок теплообменных труб 2-4. Верхний и нижний концы пучка теплообменных труб приварены с верхней трубной решеткой 2-8 и нижней трубной решеткой 2-3 соответственно, а пучок теплообменных труб поддерживается дефлектором 2-9.

В верхней части межтрубного пространства 2-5 реакционной секции синтеза мочевины предусматривают выход воды для регулирования температуры 2-6, а в нижней части - вход воды для регулирования температуры 2-10. В верхней части трубного пространства предусматривают выход мочи 2-7.

Нижняя часть реакционной секции синтеза мочевины прикреплена к верхней части реакционной секции синтеза метана через фланец 2-1 и соединена с реакционной секцией синтеза метана. На фланце предусматривают приварное уплотнительное кольцо 2-11. Фланец поддерживается усиленными ребристыми плитами 1-11. Реакционная секция синтеза мочевины и секция промывки отходящих газов соединены напрямую сваркой.

Секция промывки отходящих газов 3 включает в себя воронку для сбора жидкости 3-1, слой насадки 3-2 и центральную трубу 3-5. Воронка для сбора жидкости расположена в нижней части секции промывки отходящих газов. Слой насадки расположен над воронкой для сбора жидкости. Верхняя часть центральной трубки соединена с нижней частью воронки для сбора жидкости. Центральная трубка проходит через реакционную секцию синтеза мочевины, а нижняя часть центральной трубки соединена с межтрубным пространством реакционной секции синтеза карбамата аммония.

В верхней части секции промывки отходящих газов предусматривают выход для инертного газа 3-3, а в верхней части - вход для жидкого карбамата аммония низкой концентрации 3-4.

Система синтеза мочевины, показанная на фиг. 2, включает в себя комбинированный реактор синтеза мочевины 4 и отпарную колонну 5.

Аммиак из насоса аммиака высокого давления 6 поступает из первого входа жидкого аммиака 1-16, равномерно распределяется входным распределителем жидкого аммиака 1-17 и затем поступает в межтрубное пространство 1-10 реакционной секции синтеза карбамата аммония. CO₂ из компрессора CO₂ 7 поступает из первого входа CO₂ 1-14 и равномерно распределяется через входной распределитель газа CO₂ 1-15 перед входом в межтрубное пространство 1-10 реакционной секции синтеза карбамата аммония. Газообразный CO₂ и жидкий аммиак смешиваются и вступают в реакцию межтрубном пространстве 1-10 реакционной секции синтеза карбамата аммония с образованием карбамата аммония, при этом выделяется большое количество тепла. Большое количество выделяющегося тепла поглощается паровым конденсатом в трубном пространстве, а затем испаряется для получения пара низкого давления и отводится. Это способствует продолжению реакции жидкого аммиака и CO₂ в межтрубном пространстве с образованием карбамата аммония. Часть карбамата аммония поглощает тепло в верхней части межтрубного пространства 1-10 реакционной секции синтеза карбамата аммония и обезвоживается с образованием мочевины. Некоторое количество жидкого аммиака и CO₂ (из второго входа для газа CO₂ и второго входа жидкого аммиака) добавляют к верхней части межтрубного пространства 1-10 реакционной секции синтеза карбамата метана для содействия конденсации карбамата аммония и регулирования соотношения аммиак-углерод внутри реактора. Прореагировавшая газовая и жидкая фазы поступают в нижнюю часть реакционной секции 2 синтеза мочевины. Жидкий карбамат аммония циркуляют в высокоэффективной тарелке. Газ собирают в тарелке, течет вверх по распределительным отверстиям тарелки и вступает в реакцию между тарелками для образования карбамата аммоний. А часть карбамата аммония гидролизуют с образованием мочевины. Газовая и жидкая фазы продолжают двигаться вверх в реакционной секции синтеза мочевины 2 и поступают в пучок теплообменных труб 2-4. В процессе реакции тепло отводится водой для регулировки температуры, продолжают реакцию дегидратации карбамата аммония с образованием мочевина. Конечный раствор мочевины, образующийся в результате реакции, вытекает из выхода 2–7 мочи и поступает в отпарную колонну CO₂ для дальнейшей отпарки. Отпаренный пар затем поступает в нижнюю часть реактора синтеза мочевины, а жидкий продукт мочевины подвергается декомпрессии и выходит из контура высокого давления синтеза мочевины. Не полностью прореагировавший газ поступает вверх в слой насадки 3-2 через распределительные отверстия на воронке для сбора жидкости 3-1 и течет противотоком с жидким карбаматом аммония, поступающим из входа для жидкого карбамата аммония низкой концентрации 3-4. NH₃ и CO₂ в газе после абсорбции жидкости карбамата аммония возвращаются в верхнюю часть межтрубного пространства 1-10 реакционной секции синтеза карбамата аммония через центральную трубку 3-5, чтобы продолжить участие в реакции. Инертный газ, не участвующий в реакции, отводят через выход инертного газа 3-3.

Паровой конденсат со стороны труб пучок U-образных теплообменных труб 1-6 в реакционной секции синтеза карбамата аммония 1 поступает в трубную камеру 1-2 через вход 1-1 для парового конденсата, а затем равномерно поступает в пучок U-образных теплообменных труб, отводя тепло, образующееся при конденсации карбамата аммония со стороны кожуха. Паровой конденсат нагревается до температуры для генерации пара, пар вытекают из выхода 1-4 для пара и парового конденсата, затем поступает в паровой барабан низкого давления 8.

Вышеизложенное представляет собой дальнейшее подробное описание настоящего изобретения и не может рассматриваться как ограничение конкретной реализации настоящего изобретения. Для специалистов в области техники, к которой относится настоящее изобретение, простые выводы или замены, не выходящие за рамки концепции настоящего изобретения, находятся в пределах объема охраны настоящего изобретения.

Изобретение относится к комбинированному реактору для синтеза мочевины, который включает в себя: реакционную секцию синтеза карбамата аммония, реакционную секцию синтеза мочевины и секцию промывки отходящих газов, причем секция реакции синтеза карбамата аммония горизонтально расположена в нижней части, а три секции реакции синтеза мочевины равномерно соединены вертикально на межтрубном пространстве реакционной секции синтеза карбамата, в верхней части каждой реакционной секции синтеза мочевины предусматривают секцию промывки отходящих газов, причем секция реакции синтеза карбамата аммония имеет симметричную конструкцию, с трубными камерами на обоих концах. В реакционной секции синтеза карбамата аммония предусматривают симметрично распределенные теплообменные трубы с двойной U-образной структурой, теплообменная труба приварена с трубной решеткой трубной камеры, снаружи теплообменной трубы предусматривают опорные пластины, при этом секция в нижней части реакционной секции синтеза мочевины предусматривает реакционные тарелки, а в верхней части предусматривает пучок теплообменных труб, концы пучка теплообменных труб соответственно привариваются к трубным решеткам, а пучки теплообменных труб поддерживаются дефлекторами. Изобретение также касается системы синтеза мочевины, включающей комбинированный реактор синтеза мочевины. Технический результат - простая конструкция, высокая эффективность теплообмена, низкие инвестиционные и производственные затраты, легкость монтажа. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Комбинированный реактор для синтеза мочевины, отличающийся тем, что он включает в себя: реакционную секцию синтеза карбамата аммония, реакционную секцию синтеза мочевины и секцию промывки отходящих газов, причем секция реакции синтеза карбамата аммония горизонтально расположена в нижней части, а три секции реакции синтеза мочевины равномерно соединены вертикально на межтрубном пространстве реакционной секции синтеза карбамата, в верхней части каждой реакционной секции синтеза мочевины предусматривают секцию промывки отходящих газов, причем секция реакции синтеза карбамата аммония имеет симметричную конструкцию, с трубными камерами на обоих концах, и в реакционной секции синтеза карбамата аммония предусматривают симметрично распределенные теплообменные трубы с двойной U-образной структурой, теплообменная труба приварена с трубной решеткой трубной камеры, снаружи теплообменной трубы предусматривают опорные пластины, при этом секция в нижней части реакционной секции синтеза мочевины предусматривает реакционные тарелки, а в верхней части предусматривает пучок теплообменных труб, концы пучка теплообменных труб соответственно привариваются к трубным решеткам, а пучки теплообменных труб поддерживаются дефлекторами.

2. Реактор по п.2, отличающийся тем, что секция на трубчатой камере предусматривает вход и выход парового конденсата, осуществляет обязательную циркуляцию парового конденсата с помощью насоса парового конденсата, на нижней части межтрубного пространства в реакционной секции синтеза карбамата аммония предусматривают первый вход для газа CO₂ и первый вход для жидкого аммиака, а в верхней части предусматривают второй вход для жидкого аммиака и второй вход для газа CO₂.

3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что секция в верхней части межтрубного пространства реакционной секции синтеза мочевины предусматривает выход воды для регулирования температуры, а в нижней части - вход воды для регулирования температуры, в верхней части трубного пространства предусматривают выход мочевины.

4. Реактор по п.1, отличающийся тем, что секция промывки отходящих газов включает воронку для сбора жидкости, слой насадки и центральную трубу, данная воронка для сбора жидкости расположена в нижней части секции промывки отходящих газов, слой насадки расположен над воронкой для сбора жидкости, верхняя часть центральной трубки соединена с нижней частью воронки для сбора жидкости, центральная трубка проходит через реакционную секцию синтеза мочевины, а нижняя часть центральной трубки соединена с межтрубным пространством реакционной секции синтеза карбамата аммония.

5. Реактор по п.1, отличающийся тем, что секция в верхней части секции промывки отходящих газов предусматривают выход для инертного газа, а в верхней части - вход для жидкого карбамата аммония низкой концентрации.

6. Система синтеза мочевины, отличающаяся тем, что секция включает комбинированный реактор синтеза мочевины, описанный по любому из пп.1–5, причем система дополнительно включает в себя отпарную колонну;

система выполнена так, что сырьевой жидкий аммиак и диоксид углерода поступают в межтрубное пространство реакционной секции синтеза карбамата аммония, смешиваются и вступают в реакцию в реакционной секции синтеза карбамата аммония с образованием метиламина и аминометиламина, тепло, выделяемое в результате реакции, поглощается паровым конденсатом в трубном пространстве и испаряется для получения пара низкого давления;

прореагировавшие газовая и жидкая фазы поступают в нижнюю часть реакционной секции синтеза мочевины, где они обезвоживаются снизу вверх с образованием мочевины, раствор мочевины отводят из выхода для жидкости верхней части реакционной секции синтеза мочевины и поступает в отпарную колонну для дальнейшей отпарки, не полностью прореагировавший газ промывают и поглощают поступающей жидкостью карбамата аммония низкой концентрации в секции промывки отходящего газа, а затем возвращается в реакционную секцию синтеза карбамата аммония.