專利名稱：：尿素合成裝置的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及以氨和二氧化碳為原料合成尿素的尿素合成裝置。更詳細涉及在對合成尿素的合成管中得到的尿素合成液進行汽提的汽提式尿素工藝中使用的裝置。
背景技術：
：關于汽提式尿素工藝，已知有下面的技術。在專利文獻1中記載了以氨和二氧化碳為原料，在復合反應器中進行全部或部分尿素合成的尿素工藝。在該工藝中，來自汽提塔的氣休供給至立式復合反應器，全部或部分該氣體在氨基甲酸銨中冷凝，該氨基甲酸銨經(jīng)由降液管從洗滌區(qū)被送到冷凝部，在復合反應器的冷凝區(qū)，氨和二氧化碳一部分被合成尿素，向尿素的轉化在復合反應器中的反應區(qū)進行。在專利文獻2中記載了以氨和二氧化碳為原料，由設置為立式的兩個合成區(qū)和.'個冷凝區(qū)構成的復合反應裝置。裝置是立式的復合反應器，該復合反應器的高壓冷凝區(qū)與兩個反應區(qū)分離。也公開了在兩個反應區(qū)和反應器的外側有髙壓冷凝區(qū)的復合反應器，還公開了使用該裝置的工藝。此外，還公開了從汽提塔供給的全部或部分氣體被供給至高壓冷凝區(qū)的方法。公開了來自汽提塔的氣體，優(yōu)選經(jīng)由氨噴射器供給至設置為立式的復合反應器的第二反應區(qū)。在專利文獻3中，記載了包括在與尿素合成壓力大致相等的壓力下，由原料二氧化碳對未反應的氨和二氧化碳進行汽提的工序和將來自汽提工序的混合氣體進行冷凝的工序的尿素合成方法中，能夠對裝置的地面布置進行改良的方法。公開了作為尿素合成方法，在尿素合成塔的上方設置在冷卻下用來使來自汽提塔的混合氣體與吸收介質相接觸進行冷凝的立式冷凝器，設置連通該冷凝器頂部與該合成管底部的第一降液管，使生成的冷凝液借助重力流到合成塔的底部，將冷凝液與供給此處的原料氨或二氧化碳的一部分一起供于尿素合成，經(jīng)由在合成管頂部開口的第二降液管借助重力將生成的尿素合成液導入到汽提塔中，未反應的氨和二氧化碳作為上述混合氣體被殘留的原料二氧化碳分離、導入上述冷凝器的底部進行冷凝，或者來自立式冷凝器的冷凝液被以預熱的原料液體氨作為驅動流體的噴射器吸引而導入尿素合成塔底部，供于尿素合成。在專利文獻4中記載了在一個容器內進行未反應的氨和二氧化碳混合氣體的冷凝和尿素合成，單位產(chǎn)量所需要的設備容積比較小的尿素合成方法。作為尿素合成方法，公開了利用原料二氧化碳對未反應的氨和未反應的二氧化碳進行汽提，由此得到的混合氣體與吸收介質被供給到立式冷凝合成塔的底部，原料液氨被供給到立式冷凝合成塔的底部和中間部，對從立式冷凝合成塔的底部到中間部進行冷卻而進行混合氣體的冷凝，同時進行尿素合成，生成的尿素合成液從立式冷凝合成塔的頂部被導入汽提塔的頂部，利用原料二氧化碳對尿素合成液屮的未反應氨和二氧化碳進行汽提的方法。在專利文獻5中，公開了在C02汽提式尿素工藝中，橫向放置合成管，使用于進行合成工藝的裝置的高度大幅皮降低的方法。在專利文獻6和專利文獻7中，公開了使用噴射器將來自臥式潛管冷凝器的尿素合成液導入合成管中的工藝。專利文獻l:國際公開WO00/43358號公報專利文獻2:國際公開WO01/72700號公報專利文獻3:日本特開平10-182587號公報專利文獻4:日本特開2002-20360號公報專利文獻5:日本特開昭59-122452號公報專利文獻6:日本特開平11-180942號公報專利文獻7:國際公開WO00/00466號公報
發(fā)明內容目前，將在合成管中得到的尿素合成液送到汽提塔的配鈐具有朝向F方的部分。即，沿著尿素合成液的流動方向，具有由水平向著垂直下側傾斜的配管或垂直向下(與水平方向相垂直)的部分。這是用來利用重力輸送尿素合成液，因為合成管頂部的位置比汽提塔髙。但是，尿素合成液是含有氣體的氣液兩相流。當氣液兩相流向下流動時，具有流動不穩(wěn)定的傾向，也有使流動的阻力增大的傾向。從而，在利用重力的情況下，通過氣相分離使尿素合成液成為液相的單相，向下流動。本發(fā)明的目的是在尿素合成裝置中，避免作為氣液兩相流的尿素合成液向下流動，即使為氣液兩相流也能夠保持流動穩(wěn)定，進行平穩(wěn)的運轉，并且流動阻力變小而抑制能量損失。木發(fā)明提供了一種尿素合成裝置，包括使氨和二氧化碳反應，得到含有尿素、未反應的氨、未反應的二氧化碳和水的尿素合成液的合成管；使用至少一部分原料二氧化碳對該尿素合成液進行汽提，分離含^T該未反應的氨和未反應的二氧化碳的混合氣體的汽提塔；具有管殼式結構，通過在管側流通的冷卻介質進行冷卻，在殼側使該混合氣體在吸收介質中冷凝的立式潛管冷凝器；和將從該立式潛管冷凝器得到的液體循環(huán)到該合成管的循環(huán)單元，該合成管為臥式，將尿素合成液從該合成管送至汽提塔的配管實質上為水平和/或朝向上方。所述合成管的上端，配置在垂直方向上與汽提塔的上端相同或比其更低的位置上。所述循環(huán)單元具有以原料氨為驅動源的噴射器。上述裝置優(yōu)選還具有對在所述立式潛管冷凝器中未冷凝的氣體進行洗滌的洗滌器。所述洗滌器配置在所述立式潛管冷凝器的內部。按照本發(fā)明，在尿素合成裝置中，能夠避免作為氣液兩相流的尿素合成液向下流動，其結果，即使為氣液兩相流也能夠保持該流動穩(wěn)定，由此能夠更加平穩(wěn)地運行，使流動阻力減小，抑制了能量損失。將臥式合成管(反應器)放置在地面上或者較低的位置，結果使得容易進行安裝、運行和保仝(檢査)。圖1是表示本發(fā)明尿素合成裝置一個實施方式的流程圖。圖2是表示本發(fā)明尿素合成裝置另一個實施方式的流程圖。圖3是說明尿素制造裝置的方框圖。符號說明A:合成管B:冷凝器C:汽提塔D:洗滌器E:噴射器G:氨預熱器H:二氧化碳壓縮機1:原料氨2:原料二氧化碳4:合成管出口合成液5:汽提塔頂出口氣體6:冷凝器出口液7:在冷凝器內被氣液分離的氣體8:噴射器出口液9:洗滌器出口液10:汽提塔出口液11:回收氨基甲酸銨液體12:洗滌器出口氣體13:冷凝器管側入口冷卻介質(鍋爐水)14:冷凝器管側出口冷卻介質(鍋爐水和蒸汽)15:汽提塔殼側加熱用蒸汽16:汽提塔殼側出口冷凝水21:由分解裝置得到的含有氨和二氧化碳的氣體22:由分解裝置得到的尿素水溶液23:熔融尿素24:粒狀尿素具體實施方式下面使用本發(fā)明，但本發(fā)明并不由此限定。在圖1和圖2中表示各設備在垂直方向上的位置關系(在此，省略了二氧化碳壓縮機)。下面根據(jù)不同情況，將立式潛管冷凝器簡稱為冷凝器。所謂立式潛管冷凝器，是冷卻管全部浸沒在殼側的液相內，具有立式管殼式熱交換器結構的冷凝器。圖1是表示適合于C02汽提式尿素制造工藝的本發(fā)明尿素合成裝置一個實施方式的流程圖。該裝置具有包括合成區(qū)的合成管A、包括冷凝區(qū)的冷凝器B、用來處理合成管出口的合成液4中的未反應成分的汽提塔C、在吸收介質中吸收來自冷凝器的冷凝區(qū)的未冷凝氣體的洗滌器D和用來升壓的噴射器E。在此，合成區(qū)意味著在如下所述式1和2的反應當中主要進行式2反應的區(qū)域，而冷凝區(qū)意味著使氨氣和/或二氧化碳氣體在吸收介質中冷凝，在進行式1的反應同時，進行在式1的反應中生成的氨基甲酸銨的脫水反應的式2的反應的區(qū)域。這些設備，也可以單獨分別設置，優(yōu)選根據(jù)要求將冷凝器和洗滌器等組合設置。合成管為臥式。所謂從合成管向汽提塔輸送尿素合成液的配管實質上是水平的和/或朝向上方，即沒有實質上朝向下方的部分，意味著尿素合成液的合成管出口低于汽提塔的入口。在此，所謂該配管實質上是水平的和/或朝向上方，意味著在無損本發(fā)明效果的范圍內，該配管允許有向下的部分。在布置的關系上，該配管的一部分也有不得不向下的情況，但只要無損本發(fā)明的效果，這樣的情況也包含在本發(fā)明當中。但是，從完美地提高運轉的平穩(wěn)性，充分抑制能量損失的觀點出發(fā)，優(yōu)選該配管整體都是水平和/或朝向上方，即該配管不具有朝向下方的部分。由于合成管采取臥式，能夠降低合成管整體的高度，很容易實現(xiàn)上述合成管出口和汽提塔入口的位置關系。例如，很容易將臥式合成管的上端置于在垂直方向上與汽提塔上端相同或更低的位置上。這樣的情況下，從合成管將尿素合成液送到汽提塔的配管很容易在水平或/和朝向上方。再者，臥式合成管的上端在垂直方向上配置在與汽提塔的上端相同的位置的情況下，從合成管將尿素合成液送到汽提塔的配管的長度能夠達到最短。因為該配管是高壓配管，因此，其長度變短有利于較少壓力損失，從成本發(fā)的方面考慮也優(yōu)選。如果將臥式合成管設置在地面上或者靠近地面的位置上，除了使其整體高度降低以外，還容易進行合成管的安裝或維修。在水平和/或朝向上方的輸送尿素合成液的配管中，包括沿著尿素合成液的流動方向水平的配管、垂直亍垂直方向上方的配管、向著垂M向的上方傾斜的配管以及其中兩種以上.組合的配管。此外，臥式合成管，是以中空的圓筒狀物體作為基本結構，實質上水平設置的壓力容器。通常在其內部設有多個垂直安放的用來防止液休返混或短路的擋板，在底部設有用于分散氣體的分散器。在冷凝區(qū)和合成區(qū)，如下述式1和式2所示，通過氨和二氧化碳的反應生成氨基甲酸銨(以下稱為氨基甲酸銨)，通過使生成的氨基甲酸銨脫水而生成尿素。氨基甲酸銨生成的反應速度快，而通過氨基甲酸銨脫水生成尿素的反應是平衡反應。2NH3+C02—NH2C02NH4(放熱反應)式1NH2C02NH4<=>CO(NH2)2+H20(吸熱反應)式2原料液氨1利用氨泵(未圖示)升壓到希望的壓力，其一部分la通過熱交換器G被加熱供給到噴射器E中。向噴射器中供給來自冷凝器B的尿素合成液6，并且升壓。另一方面，原料氣體狀二氧化碳2被二氧化碳壓縮機H升壓到所需的壓力，其中大半2a被供給到汽提塔C中。殘留的一部分二氧化碳2b，為了控制合成管的溫度和供給防腐蝕氧供給到合成管A中。防腐蝕的空氣，通常供給至二氧化碳壓縮機第-段的吸入側或中間段(未圖示)。作為熱交換器G可適當采用具有能夠加熱原料氨結構的公知熱交換器。作為在熱交換器G中加熱用的熱介質，可適當采用具有所需溫度水平的流體。全部氨原料中的很小一部分，可作為原料氨lb被供給到冷凝器，用于冷凝器管板焊接部的防腐蝕。也可以不設置該原料氨lb的供給管線。二氧化碳2c用作在下游分解工序中的汽提劑，也可以沒有該二氧化碳2c管線。從噴射器E噴出含有氨的合成液8，與二氧化碳同樣供給合成管。該噴射器構成將從冷凝器B中得到的液體6循環(huán)到合成管A中的循環(huán)單元。在圖1中，循環(huán)單元具有設置在冷凝器內部的、在氣液界面下方具有入口的降液管、噴射器E和管線6、8，在管線6上設有用來調節(jié)冷凝器B液面的調節(jié)閥。為了進行循環(huán)，可以用泵等其他升壓單元代替噴射器，但由于噴射器的結構簡單、耐久性和維修性能都優(yōu)異所以優(yōu)選。噴射器的運行條件(管線6和8的壓差)可以取例如0.2Mpa以上lMPa以下。循環(huán)單元也可以沒有噴射器等升壓單元。根據(jù)設備配置的不同，可以僅靠重力將液體6f厄環(huán)到合成管屮。但是，如果設有將液休6升壓的升壓單元，就能夠將冷凝器放置在比較低的位置t:。從而能夠將合成管、冷凝器、汽提塔放置在比較低的位置，特別是靠近地表的位置匕從安裝或維修的觀點出發(fā)優(yōu)選。在合成管內部的合成區(qū)，進行尿素合成反應優(yōu)選達到接近平衡的合成率，從而合成尿素。在合成管的內部，壓力優(yōu)選在13MPaG以匕25MPaG以下(在壓力單位中G表示表壓)，溫度在170'C以上，210'C以下，氨(包括氨基甲酸銨和轉化為尿素的氨)和二氧化碳(包括氨基甲酸銨和轉化為尿素的二氧化碳)的摩爾比(下面稱為N/C)在3.0以上，4.5以下，水(除去在尿素合成反應中生成的水)和二氧化碳(包括氨基甲酸銨和轉化為尿素的二氧化碳)的摩爾比(下面稱為H/C)在1.0以卩，停留時間在10分鐘以上40分鐘以下。合成溫度，可由例如驅動噴射器的氨la的預熱溫度和/或供給到合成管中的二氧化碳2b的量進行控制。N/C可通過密度計連續(xù)測定例如合成管出口液4的密度，或者定期對合成管出口液4取樣進行定量分析來把握。調節(jié)N/C，例如可通過調節(jié)供給噴射器的氨la的量進行。H/C經(jīng)常由回收從合成管排出的未反應物(氨和二氧化碳)的回收裝置(在圖1中未顯示)中吸收其所必需的水量來決定。由于在平衡上水會阻礙尿素合成反應(在合成平衡上，H/C越低越好)，向該回收裝置中供給的水量優(yōu)選為必要的最小限度。關于回收裝置將在下面敘述。在合成管中，以二氧化碳為基準的尿素合成率由化學平衡決定，在N/C在3.0以上，4.5以下的范圍內，該合成率在600%以上，75%以下的程度。所謂以二氧化碳為基準的合成率，是供給到作為考慮對象的設備或區(qū)域中的二氧化碳摩爾數(shù)與所供給的二氧化碳中轉化為尿素的摩爾數(shù)的比例，通常用％表示。合成壓力取13MPaG以上，合成尿素的優(yōu)選溫度(170'C以上)，從能夠采用對合成的平衡壓力有富余的運行壓力的觀點出發(fā)，以及從防止由于氣化而降低合成率的觀點出發(fā)均優(yōu)選。至于合成壓力在25MPaG以下，從能夠抑制用于原料氨、原料二氧化碳和未反應的氨基甲酸銨液體6升壓的能量的觀點出發(fā)，或者從成本的觀點出發(fā)優(yōu)選。所謂氨基甲酸銨液體，是通過合成工序在下游的冋收工序中將未反應氨和二氧化碳以氨基甲酸銨水溶液M收的液體。合成溫度在17(TC以h，從防止尿素牛J龍的反應速度變緩的觀點出發(fā)優(yōu)選。而在210'C以卜'，從防止增加腐蝕速度、防止提高活性腐蝕風險的觀點出發(fā)，優(yōu)選。從平衡合成率的觀點出發(fā)，N/C優(yōu)選在3.0以上，而從防止提高氨蒸氣壓致使容易生成氣相的觀點出發(fā)，優(yōu)選在4.5以下。如上述式1和式2所示，在合成尿素時氨和二氧化碳的化學計量比(N/C)為2，但實際上為了提高尿素的平衡合成率，優(yōu)選供給過量的氨，處于存在有過量的未反應氨的狀態(tài)。從尿素合成率的觀點出發(fā)，H/C優(yōu)選在1.0以下，更優(yōu)選在0.7以下。H/C是0也是可以的，但在很多情況下，H/C要以在回收來自尿素合成裝置的未反應物(氨和二氧化碳)的回收裝置(圖1中未顯示)中用于其吸收的必要的水分量決定，實際上多少經(jīng)常會存在水。例如可以取H/C在0.4以上。從進行尿素合成反應的觀點出發(fā)，工藝流體在合成管中的停留時間優(yōu)選在10分鐘以上。即使停留時間超過40分鐘，由于己經(jīng)接近達到平衡合成率，幾乎不能期待上升到在此以-h的合成率，所以優(yōu)選在40分鐘以下。在冷凝器B內的冷凝區(qū)和合成管A內的合成區(qū)中合成尿素，從合成管出來的含有尿素的流出物4被供給到汽提塔C。在合成管出口的流出物4中，存在著作為液相的合成尿素、水、氨基甲酸銨和未反應的氨，而一部分未反應的氨和二氧化碳與不活潑氣體一起以氣相存在。在此，所謂不活潑氣體，是在例如合成管、汽提塔、冷凝器、洗滌器和連接它們的配管等構成的尿素合成裝置中導入用來防止腐蝕的空氣和原料二氧化碳中所含的氫、氮等雜質的統(tǒng)稱。在本發(fā)明中，該合成管流出物4的流動，是在水平方向和/或朝向上方流動的，即不會向下方流動。在圖1中，合成管流出物從合成管向上方流動，然后水平流動進入汽提塔。由此避免了作為氣液兩相流的合成管流出物向下流動，可使流動穩(wěn)定化，降低流動的阻力。供給到汽提塔C中的合成管流出物4被加熱用蒸汽加熱，使在合成管流出物中所含的氨基甲酸銨被加熱分解。由供給的原料二氧化碳2a對在合成管流出物中的未反應氨或未反應二氧化碳進行C02汽提，使含有二氧化碳、氨和不活潑氣體的氣體狀成分5與合成液10分離。這樣的合成液中尿素濃度通常在40質量％以.匕60質量％以—F。所謂汽提，指的是通過加熱和/或與汽提劑(通常是不溶解于或難溶解該溶液的氣體)相接觸使在溶液中溶解的成分從溶液中逸出，作為氣相而被分離的操作。汽提塔C具有管殼型熱交換器的結構，在殼側供給加熱用蒸汽15，該蒸汽冷凝的冷凝水16被排出。當合成管流出物通過管側時被加熱。如上所述，通過加熱進行汽提和通過二氧化碳進行汽提兩者都進行，所以不僅汽提效果優(yōu)異，還有使氨基甲酸銨分解的效果，所以優(yōu)選。由于汽提塔C還具有氣液分離的功能，所以無需另設使合成管流出物4氣液分離的氣液分離器。從汽提塔出來的氣體狀成分5被供給到冷凝器中。為此冷凝器的殼側與汽提塔相連接。另一方面，來自汽提塔的合成液10被送到分解裝置(在圖I中未顯示)，進行尿素成分的精制。向洗滌器D供給吸收介質。作為該吸收介質，使用在分解裝置和回收裝置(在圖1中未顯示)中回收的回收氨基甲酸銨溶液11。有關分解裝置、回收裝置和回收氨基甲酸銨溶液將在下面敘述。在此，在冷凝器B的內部，特別是在冷凝器上部的氣相部設有洗滌器D。在冷凝器上部設置氣相部分，就在冷凝器內進行氣液分離。根據(jù)情況不同，可以在冷凝器中不設氣相部，將洗滌器和氣液分離器分別設置在冷凝器的外部，以達到同樣的效果。在此，向洗漆器D中供給上述回收氨基甲酸銨溶液11作為吸收介質。在洗滌器中回收氨基甲酸銨溶液與在冷凝器中被氣液分離的氣體狀成分7接觸，吸收在氣體狀成分7中所含的一部分氨和二氧化碳，通過降液管將該流體9供給—節(jié)冷凝器下部。沒有被氨基甲酸銨溶液11吸收的氨、二氧化碳、不活潑氣體從管線12被送回收裝置。所謂洗滌，指的是使在氣體中的某些成分通過氣液接觸而被吸收到液休屮，從而使氣體凈化的操作。冷凝器優(yōu)選在下述條件下運行壓力在13MPaG以上25MPaG以F、溫度在160'C以上200。C以下、N/C在2.5以上4.0以下、H/C在1.0以下、停留時間在10分鐘以上30分鐘以下。冷凝器的N/C由合成管的N/C間接決定。艮P，合成管的N/C大致決定./汽提塔出口氣體5的組成，也決定了冷凝器的N/C。冷凝器的H/C由用來回收從尿素合成裝置出來的未反應物(氨和二氧化碳)的冋收裝置中將其吸收所必需水分的量來決定。由于在平衡時水會阻礙尿素合成反應(在合成平衡時H/C越低越好)，所以向該回收裝置中供給的水量優(yōu)選限制在必要的最小限度。冷凝部和汽提塔，實質上在與合成管相同的壓力下運行。從生成尿素的反應速度的觀點出發(fā)，在冷凝器內工藝流體的溫度優(yōu)選在160'C以上，從伴隨著蒸氣壓上升冷凝率降低和抑制設備材料腐蝕的觀點出發(fā)，優(yōu)選在200'C以下。從由尿素合成液中的二氧化碳分壓上升抑制冷凝率降低的觀點出發(fā)，冷凝器內工藝流體的N/C優(yōu)選在2.5以上，而從氨蒸氣壓上升抑制冷凝率降低的觀點出發(fā)，則優(yōu)選在4.0以下。從尿素合成率的觀點出發(fā)，H/C優(yōu)選在1.0以下。從通過降低尿素合成率來抑制蒸氣壓上升和冷凝率降低的觀點出發(fā)，在冷凝器內的停留吋間優(yōu)選在IO分鐘以上。由于即使超過30分鐘，也不能期望尿素合成率有顯著地上升，所以優(yōu)選在30分鐘以下。吸收了一部分從汽提塔C經(jīng)由冷凝器內供給到洗滌器D中氣體狀成分7的氨基甲酸銨溶液9，從降液管被供給冷凝器的下部。在冷凝器中，該氨基甲酸銨溶液9與氣體狀成分5接觸，氨基甲酸銨溶液吸收氨和二氧化碳而且冷凝，通過在式1中所示的氨基甲酸銨生成反應和在式2中所示的氨基甲酸銨脫水反應而生成尿素。在冷凝器內以二氧化碳為基準的轉化率在例如20%以上60%以下。在冷凝區(qū)沒有冷凝的氨和二氧化碳，與不活潑氣體一起在冷凝器頂部或氣液分離器中分離，被送到回收裝置或洗滌器中。在此，這樣的混合氣體在冷凝器頂部被分離，被送到在其上部整體設置的洗滌器中。另一方面，在冷凝器內氣液界面處進行氣液分離得到的液體6，由在冷凝器內部氣液界面下面具有入口的降液管供給到噴射器E中，以原料氨作為驅動源，再送到合成管中，供于尿素合成反應。下面詳細說明各個構成設備。合成管A是臥式反應器，在內部可設有擋板、氣體分散器等。汽提塔可適當采用進行氣液接觸的結構和/或可通過加熱使合成液4中的氨基甲酸銨分解和釋放出溶解的氣體的結構。汽提塔，可如圖1中所示，具有立式管殼型熱交換器的結構。在這種情況下，可向殼側供給蒸汽等熱介質，向管側供給合成液4，從殼側向管側供給熱量。如此結構以外的汽提塔，可以使用板式塔或填料塔。也可以采用它們的組合。作為洗滌器的結構，可適當采用能夠洗滌的結構，也可以采用填充有填料的填料塔、管殼式結構、板式塔和它們的組合。洗滌器在與合成管實質上相同的壓力下運行，溫度通常在IOO'C以上180'C以下。在洗滌器中由于吸收氣體會釋放出吸收熱，而如果采用管殼式結構，就能夠通過冷卻介質除去吸收熱并將其回收。洗滌器可與冷凝器組裝配置或與冷凝器制成一體，也可以與冷凝器分別設置。作為冷凝器，可適當采用能夠進行氣體狀成分的冷凝、氨和二氧化碳的吸收和通過式1和式2進行尿素合成反應的結構的立式潛管冷凝器。當其是立式時，具有氣體在冷凝器內容易均勻分散，設置面積小，更容易延長氣體停留時間等優(yōu)點。而由于尿素合成反應是在液相發(fā)生的反應，所以希望將冷卻管插入到液體中。因此，使用立式潛管冷凝器。如圖1中所示，作為冷凝器可以采用設置U形管作為冷卻單元的結構。該結構作為潛管型很合適。即，很容易使U形管處于完全浸沒在液相中的狀態(tài)?？稍诠軅裙┙o鍋爐水等冷卻介質。當流過作為冷卻介質的液氨、尿素液等工藝流體時，在殼側流體冷卻的同時，還能夠進行該方法的預熱或加熱。如果使用U形管，只用-塊管板即可。由此可實現(xiàn)減輕重量的效果。升高壓力的原料氨la和從冷凝器得到的液體6被供給到噴射器E屮，這些混合流體8被供給到合成管A的下部。含有空氣(例如從升壓單元H的中間段供給)的被升壓的原料二氧化碳中的--部分2b，被供給到合成管中。如此供給的原料，通過合成管內，此時在合成管內按照反應式1和反應式2進行反應，生成尿素。在合成管內，優(yōu)選設置擋板，用于防止液相的逆混合和短路。優(yōu)選大致達到反應平衡的合成液，從合成管上部經(jīng)由沒有向下部分的管線4被供給到汽提塔的上部。被升壓的原料二氧化碳2a，從汽提塔下部被供給，對合成液4中未反應的氨和氨基甲酸鉸的分解產(chǎn)物進行汽提。如在圖1中所示的汽提塔，具有立式管殼型熱交換器結構。在管側來自合成管的合成液4與原料二氧化碳2a逆流接觸，合成液4中的未反應物(氨基甲酸銨)和過量的氨以氣體成分(氨和二氧化碳)被汽提出。在殼側供給蒸汽作為使氨基甲酸銨分解的熱源使用。來自汽提塔上部的氣體成分5被供給到冷凝器下部。來自洗滌器的氨基甲酸銨溶液9經(jīng)由降液管也同樣供給到冷凝器下部。在冷凝器內，設置U形管作為冷卻單元，向U形管供給冷卻用水(鍋爐用水)13，供冷卻使用的流體14(鍋爐用水和蒸汽的混合流體)從U形管中排出。供給到冷凝器殼部的作為吸收介質的從降液管出來的氨基甲酸銨液體9和來自汽提塔的氣體成分5，在冷凝器內部邊上升邊互相接觸而被冷卻，氣體成分冷凝而且被吸收到氨基甲酸銨溶液中生成氨基甲酸銨，再次引發(fā)尿素合成反應。在冷凝器上部設有U形管的情況下，構成為U形管從管板向下延伸的結構。在這樣的情況下，當在冷凝器內部產(chǎn)生氣相時，氣液界面就與管外表面相接觸。即，該管橫跨氣相部與液相部兩者。在這種情況下，有時由于氨基甲酸銨冷凝容易引起管的腐蝕。但是，在圖1中所示的冷凝器中，管板設置在冷凝器的下部，特別是設置在底部，U形管從管板向上延伸，能夠在冷凝器的上部設置不存在U形管的區(qū)域。從而，即使在冷凝器內部存在有氣相部，U形管也能夠完全浸沒在液體中。因此，就完全沒有上述對腐蝕的擔心，所以優(yōu)選。而在圖2中，合成管的上端被設置在與汽提塔上端在垂直方向上相同的位置上，表示從合成管將尿素合成液送到汽提塔的配管處于水平(既不向上也不向下)的狀態(tài)。在此形態(tài)下'，合成管出口流體4通過水平的配管，能夠實現(xiàn)更為簡單的流動，使配管的長度盡可能短，因此優(yōu)選。由于該配管足高壓配管，縮短其長度在壓力損失或成本方面優(yōu)選。在此，說明包括尿素合成裝置的尿素制造裝置的例子。在圖3中表示尿素制造裝置的大致情況。尿素制造裝置具有尿素合成裝置、回收裝置、分解裝置、濃縮裝置和產(chǎn)品化裝置。向尿素合成裝置中供給原料氨1和原料二氧化碳2。來自尿素合成裝置并經(jīng)過汽提的尿素合成液10被送到分解裝置。在分解裝置中，通過在減壓下對供給的尿素合成液加熱，使在尿素合成液中所含的未反應氨和氨基甲酸銨分解，以含有氨和二氧化碳的氣體21的形式被分離。殘留的液相成為例如68質量％左右的尿素水溶液22，被送到分解裝置下游的濃縮裝置中。在濃縮裝置中，在真空下通過對在分解裝置中得到的尿素水溶液22加熱，使水分兒乎完全蒸發(fā)分離，得到例如99.7質量％左右的熔融尿素23。該熔融尿素被送到在濃縮裝置下游的產(chǎn)品化裝置中進行冷卻和同化，形成粒狀的尿素24。此外，在分解裝置中被分離的含有氨和二氧化碳的氣體21和在洗滌器中沒有被吸收到回收氨基甲酸銨溶液中的含有氨、二氧化碳和不活潑氣體的氣體12，在回收裝置中被水吸收，以氨基甲酸銨水溶液的形式被回收，該水溶液在升壓后作為回收氨基甲酸銨溶液11返回到尿素合成裝置中。實施例下面，通過實施例更詳細的說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于這些實施例。[實施例1]在使用如圖1所示的尿素合成裝置的情況下，研究日產(chǎn)725t(t表示10、g)尿素的生產(chǎn)例，在表1中表示物質的收支和溫度、壓力。對于壓力23MPaG，溫度為30'C的原料氨1，以39.71/小時經(jīng)過熱交換器G加熱到140'C，由管線la供給到噴射器E中，以1.0t/小時經(jīng)由管線lb供給到冷凝器B。另一方面，壓力0.1MPaG，溫度40'C的二氧化碳2被壓縮機H升壓，成為壓力16MPaG、溫度120'C的二氧化碳，通過管線2a，以41.2t/小時被送到汽提塔C中，以9.1t/小吋通過宵線2b被供給到合成管A中，生產(chǎn)尿素。被供給的氨la在噴射器E中與來自冷凝器B的壓力15.2MPaG的合成液6混合，在15.5MPaG的壓力下通過管線8被供給到合成區(qū)的某個合成管A中。合成管A，在壓力15.5MPaG，溫度182。C，N/C:3.7，H/C:0.58，停留時間20分鐘的條件下運行，合成尿素。在合成管中以二氧化碳為基準的轉化率是63%。從合成管A排出的含有尿素的合成液4，被供給到汽提塔C中。向汽提塔C的殼側供給中壓蒸汽15，供給用來分解氨基甲酸銨的熱量，變成冷凝水16排放出。在汽提塔C的管側，在上部溫度184'C，下部溫度171'C，壓力15.4MPaG下進行氨基甲酸銨的分解和汽提，氣體狀成分在上部分離，氣體狀成分5被送到冷凝器B中，在汽提塔C的底部排出合成液IO，送到分解裝置中。來自汽提塔C的氣體狀成分，以134.6t/小時(管線5)，與冋收氨基甲酸銨溶液6，以2.2t/小時(管線11)都被送到冷凝器中。冷凝器在溫度180°C，壓力15.2MPaG，N/C:2.9，H/C:0.65和停留時間20分鐘的條件下運行，合成了尿素等。在冷凝器中以二氧化碳為基準的轉化率是46%。<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明的尿素合成裝置適合于用來由氨和二氧化碳制造尿素。權利要求1.一種尿素合成裝置，具有使氨和二氧化碳反應，得到含有尿素、未反應的氨、未反應的二氧化碳和水的尿素合成液的合成管；使用至少一部分原料二氧化碳對該尿素合成液進行汽提，分離含有該未反應的氨和未反應的二氧化碳的混合氣體的汽提塔；具有管殼式結構，通過在管側流通的冷卻介質進行冷卻，在殼側使該混合氣體在吸收介質中冷凝的立式潛管冷凝器；和將從該立式潛管冷凝器得到的液體循環(huán)到該合成管的循環(huán)單元，該合成管為臥式，將尿素合成液從該合成管送至汽提塔的配管實質上為水平和/或朝向上方。2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述合成管的上端，配置在垂直方向上與汽提塔的上端相同或比其更低的位置上。3.如權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述循環(huán)單元具有以原料氨為驅動源的噴射器。4.如權利要求13中任一項所述的裝置，其特征在于，還具有對在所述立式潛管冷凝器中未冷凝的氣體進行洗滌的洗滌器。5.如權利要求4所述的裝置，其特征在f，所述洗滌器配置在所述立式潛管冷凝器的內部。全文摘要本發(fā)明提供一種尿素合成裝置，其避免作為氣液兩相流的尿素合成液向下流動，即使存在氣液兩相流，也能夠使流動穩(wěn)定化而平穩(wěn)地運行，能夠使流動阻力更小而抑制能量損失。該尿素合成裝置具有使NH₃和CO₂反應，得到含有尿素、未反應的NH₃、未反應的CO₂和水的尿素合成液的合成管；使用至少一部分原料CO₂對該尿素合成液進行汽提，分離含有該未反應的NH₃和未反應的CO₂的混合氣體的汽提塔；具有管殼式結構，通過在管側流通的冷卻介質進行冷卻，在殼側使上述混合氣體在吸收介質中冷凝的立式潛管冷凝器；和將從該冷凝器得到的液體循環(huán)到該合成管的循環(huán)單元，該合成管為臥式，將尿素合成液從該合成管送至汽提塔的配管實質上為水平和/或朝向上方。文檔編號C07C273/04GK101166714SQ20068001415公開日2008年4月23日申請日期2006年4月24日優(yōu)先權日2005年4月27日發(fā)明者小嶋保彥申請人:東洋工程株式會社