CN1749242A - 采用降膜式蒸发加热器浓缩稀尿液的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用降膜式蒸发加热器浓缩稀尿液的方法，串入CO₂汽提法尿素制作工艺循环工段之后、蒸发工段之前，尿液通过液体分布器的作用在每一根列管内壁形成自上而下的膜状流动，管外由高压洗涤器调温水供给热量，部分水分被蒸发，尿液浓度提高，预浓缩系统的真空条件由预浓缩表面冷凝器和尿素装置原有的一段蒸发喷射泵保持。优点：第一、完全去除了蒸发系统的瓶颈。第二、蒸发系统的工况更加独立、平稳，不再受循环压力高、游离氨分解不彻底的影响。第三、高压洗涤器调温水的废热得到了综合利用，节能效果显著；第四、它是高压调温水废热利用的最佳方案，也是降膜式蒸发技术在CO₂汽提法尿素装置中的首次应用。

Description

采用降膜式蒸发加热器浓缩稀尿液的方法

所属技术领域

本发明涉及一种浓缩方法，特别是一种采用降膜式蒸发加热器浓缩稀尿液的方法。

技术背景

在蒸发浓缩尿液的过程中，当尿液温度接近或高于尿素熔点(132.6℃)时，就会伴随产生一些副反应，其中主要是尿素的异构化缩合反应、水解反应和分解反应。这些副反应的存在将导致尿素产率的降低或蒸汽消耗定额的增加；还将影响尿素成品质量。

1)一种副反应缩二脲的生成

尿素的缩合反应的主要产物有缩二脲、三聚氰酸、三聚氰胺等。在尿素蒸发过程中的操作条件下，主要是缩二脲的生成反应。根据有关研究表明，缩二脲既可在水溶液中(如尿素合成反应过程，未反应物的分解过程)生成，也能在最后蒸发阶段的无水熔融物中生成，它的异构化生成过程可以表示为3个化学反应式：

由反应式可见，缩二脲既可由两个尿素分子之间的化学反应生成，亦可由另一中间产物氰酸分子和尿素分子之间的化学反应生成。有关研究表明：①缩二脲的生成率是随着蒸发温度的增加而增加的。因此在实际生产中，蒸发温度应尽可能地低，保持比熔点温度高3～5℃即可。②缩二脲的增加量是随着停留时间的增长而增大。

基于缩二脲的生成研究，主要采取下列措施控制缩二脲生成的增长量。①采用升膜式快速立式列管蒸发器。从而缩短了在加热段的停留时间。②采用真空蒸发，真空蒸发可以达到降低蒸发操作温度和尿素溶液在加热段的停留时间两个目的。一方面，因为尿素溶液的沸点是随操作压力的降低(真空度的增加)而降低的，例如99.0％(质量％)熔融尿素，在压力为5.733kpa下，结晶点是130℃；压力为6.67kpa下，其沸点是135.5℃；压力在7.47kpa时，其沸点升至140℃。即在较低的压力下，可相应采用较低的操作温度。另一方面，在真空下操作时，由于水蒸气的密度很小，蒸发蒸汽流过加热列管的速度非常高，尿液在列管段内停留时间可以降低到小于百分之一秒。②蒸发热源采用低压饱和蒸汽在保持一定温度推动力条件下，采用低压饱和蒸汽，列管内壁表面温度低一些，在与管内壁相接触的尿素液滴或尿素熔融液膜过热温度也低一些，从而可以降低缩二脲的增量。

2)一种副反应尿素的水解

尿素和水作用生成NH₃和CO₂，如保留在系统之内，加以回收，不会造成损失。但是尿素发生水解反应将降低尿素产率，增加了蒸汽和冷却水的消耗。尿素在水溶液中的水解反应式如下式。

尿素水解速率受温度、停留时间和溶液浓度以及游离NH₃的影响很大。①尿素水解是吸热反应，提高温度促进水解。在温度低于110℃时，尿素的水解速度很慢；大于110℃则水解速度加快；145℃以上水解速度剧增；在沸腾的尿素水溶液中，水解将更为剧烈。②有关研究表明尿素水解率与溶液中水的初始浓度、停留时间成递增关系，即水的初始浓度高(即尿素浓度越低)，停留时间长，则尿素水解率就大。③尿素溶液中存在游离NH₃，能起着抑制尿素水解的作用，游离NH₃量增加，则尿素水解率降低。

蒸发过程中，降低尿素水解率的措施是采用真空操作以降低温度和缩短尿素溶液在设备、管道内的停留时间。

3)一种副反应尿素分解反应

尿素处于熔融状态下(二段蒸发和造粒)易发生分解反应生成氰酸和氨而逸入气相。当温度降低时又逆向生成尿素。

上式随温度之升高而向右移。在传统的二段蒸发条件下，尿素分解率可达0.40％～0.42％(质量％)。二段蒸发冷凝液中含有少量尿素，除了二次蒸汽的雾沫夹带外，几乎一半是由气相HNCO逆向反应的结果。所以，蒸发冷凝液的尿素不能完全归之于二次蒸汽流速过高产生的结果。

综上所述，尿素溶液是一种典型的热敏性溶液，蒸发过程中的三种主要副反应发生量，均随温度的提高和停留时间的增长而增大。因此，在采用喷淋造粒的所有尿素工厂中，尿液的最终蒸发均选择了传热系数大，停留时间短，蒸发温度相对较低的真空、升膜加热器型式。该型蒸发之所以操作条件如此苛刻，主要是由于尿素结晶温度高达132.6℃，尿素溶液要达到高浓度或熔融尿素状态，必须选择高于其结晶温度的操作温度条件，因而导致了多种副反应的同时快速发生。另外，由于该型蒸发需要高真空条件，因此维持其真空条件的喷射泵动力蒸汽消耗特别大。

围内知名专家推出的蒸发预浓缩系统热源是用中压分解气为热源，因内外均是工艺介质设备投资高。相关同行业的扩能改造，设计有蒸汽加热的‘升膜式’尿液预浓缩系统，而其高压洗涤器冷凝热未回收利用，全部由冷却水带走，这在装置能量的综合利用上是一大缺陷。国内其他公司日产2700吨的尿素装置，其中也采用了以调温水为热源的升膜式尿液预浓缩系统，采用升膜式蒸发须得有高真空条件来获得低密度的高速气流，从而保证管内的液膜流动状态，因此，喷射泵的设置是不可或缺的，不利于节能。

发明内容

本发明的目的即在于克服现有技术的缺点，提供一种采用降膜式蒸发加热器浓缩稀尿液的方法，尿液浓度提高4.5-6％，以有限的废弃热源为加热介质，尿液的水分蒸出率较低，降膜式蒸发成膜所需的较低真空条件决定了无需再设置增加动力蒸汽消耗的喷射泵，应用该技术能够大大地节约能源，且设备投资更节省。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：采用降膜式蒸发加热器浓缩稀尿液的方法，串入CO₂汽提法尿素制作工艺循环工段之后、蒸发工段之前，尿液通过液体分布器的作用在每一根列管内壁形成自上而下的膜状流动，管外由高压洗涤器调温水供给热量，部分水分被蒸发，尿液浓度提高，预浓缩系统的真空条件由预浓缩表面冷凝器和尿素装置原有的一段蒸发喷射泵保持。

操作温度90-102℃，操作压力绝压为35-50kpa。

尿液进料采用对称双向进液。

尿液分布器采用四个切向小孔的分布方式，小孔直径为φ2.5～3.5mm，分离器采用丝网除沫器分离尿液滴。

分离器和加热器连接为一个整体设备，分离器在上，加热器在下，且尿液进料位置在分离器下段。

通过上面的叙述可以看出，本发明具有以下优点：第一、完全去除了蒸发系统的瓶颈。第二、蒸发系统的工况更加独立、平稳，不再受循环压力高、游离氨分解不彻底的影响。第三、高压洗涤器调温水的废热得到了综合利用，节能效果显著。每小时可节约3.8Mpa蒸汽5t/h左右，年创经济效益达360万元；第四、该技术具有重大的推广意义，它是高压调温水废热利用的最佳方案，也是降膜式蒸发技术在CO₂汽提法尿素装置中的首次应用。

附图说明

图1为本发明流程示意图。

图2为本发明在整个CO₂汽提法生产尿素工艺中所处的位置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述：如图1所示，本实施例为应用于日产1620吨CO₂汽提法尿素装置的工艺流程，从循环系统来，浓度约72％、温度为95℃的尿液进尿液贮槽第1室，经过尿液泵输送到分离器下部的环形进液室，尿液流量控制由出口管线上设置的手动调节器实现。经过双向对称进液方式初分的尿液沿分离器壁四周下降到加热器的上管板，在此位置，每一根列管的顶端均安装有一内插式分布器，每一个分布器上的四个切向孔将尿液分配到蒸发加热器的每一根列管，并在列管内壁形成液膜，在绝压为35-50kpa的真空条件下尿液中的水份部分蒸发，热量由壳侧高压调温水供给。尿液在降膜式列管中逐渐蒸发提浓，温度90-102℃、浓度提高4.5-6％的完成液通过大气退返回尿液贮槽第2室；蒸发出的二次蒸汽沿列管中心上升，经过分布器升气管进入分离器，在分离器顶部空间安装有丝网除沫器，以分离二次蒸汽中夹带的尿液液滴，经过分离后的二二次蒸汽被导入表面冷凝器壳侧，在管内循环水冷却下冷凝；未凝气体被送到一段蒸发表面冷凝器以保持预浓缩系统的负压。

如图2所示，采用降膜式蒸发加热器浓缩稀尿液的方法，串入CO₂汽提法尿素制作工艺循环工段之后、蒸发工段之前，虚线部分为本发明在整个CO₂汽提法生产尿素工艺中所处的位置。

Claims (5)

1.采用降膜式蒸发加热器浓缩稀尿液的方法，其特征在于：串入CO2汽提法尿素制作工艺循环工段之后、蒸发工段之前，尿液通过液体分布器的作用在每一根列管内壁形成自上而下的膜状流动，管外由高压洗涤器调温水供给热量，部分水分被蒸发，尿液浓度提高，预浓缩系统的真空条件由预浓缩表面冷凝器和尿素装置原有的一段蒸发喷射泵保持。

2.根据权利要求1所述的采用降膜式蒸发加热器浓缩稀尿液的方法，其特征在于：操作温度90-102℃，操作压力绝压为35-50kpa。

3.根据权利要求1所述的采用降膜式蒸发加热器浓缩稀尿液的方法，其特征在于：尿液进料采用对称双向进液。

4.根据权利要求1所述的采用降膜式蒸发加热器浓缩稀尿液的方法，其特征在于：尿液分布器采用四个切向小孔的分布方式，小孔直径为ф2.5～3.5mm，分离器采用丝网除沫器分离尿液滴。

5.根据权利要求1所述的采用降膜式蒸发加热器浓缩稀尿液的方法，其特征在于：分离器和加热器连接为一个整体设备，分离器在上，加热器在下，且尿液进料位置在分离器下段。

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