具有内部静态混合器的化学反应器制造技术

本公开的实施例涉及一种化学反应器，其包括混合区，所述混合区包括均布置在所述反应器的壳体中的第一静态混合器和第二静态混合器，其中所述第二静态混合器比所述第一静态混合器更远离所述第一入口定位，其中所述第二静态混合器适于比所述第一静态混合器更精细混合反应混合物中的流体

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有内部静态混合器的化学反应器


[0001]本专利技术涉及一种化学反应器，例如尿素合成反应器，以及一种包括该尿素合成反应器的尿素生产设施和一种其中使用该尿素合成反应器的尿素生产方法
。
[0002]简介
[0003]根据本专利技术的化学反应器包括用于容纳流体的壳体
、
用于第一流体流的第一入口和用于第二流体流的独立的第二入口
。
第一入口和第二入口两者布置在壳体的第一区段中，其中第一区段是例如底部区段
。
例如，第一入口和第二入口平行布置在所述第一区段中
。
[0004]在许多化学过程中，需要在化学反应器的所述第一区段中混合第一流体和第二流体
。
例如，第一流体包括第一反应物，且第二流体包括第二反应物，并且第一反应物和第二反应物将在化学反应器中彼此反应
。
第一反应物和第二反应物彼此不同
。
第一流体和第二流体彼此不同，并且至少具有不同的化学成分
。
[0005]具有第一入口和第二入口的化学反应器的示例包括在某些类型的尿素生产方法中使用的尿素合成反应器
。
[0006]例如，根据本专利技术的化学反应器是用于从
NH3进料和
CO2进料合成尿素的尿素设施的尿素合成反应器
。
在根据本专利技术的一方面的示例性尿素生产方法中，尿素形成反应涉及
NH3和
CO2在包括反应区的高压合成区段中放热反应成氨基甲酸铵
(
>氨基甲酸酯
)
以及氨基甲酸酯吸热脱水成水和尿素
。
氨基甲酸酯缩合反应是放热的，并且在高于
100
巴的压力和高于
150℃
的温度下快速发生
。
氨基甲酸铵在反应器的通常高于
140℃
的操作温度下具有极高的腐蚀性
。
此外，在氨基甲酸酯的形成下
CO2和
NH3混合会强烈放热，并且可能导致尿素合成反应器的底部区段中的热点以及随后反应器和内部反应器零件的腐蚀
。
[0007]整个反应产生尿素合成流作为反应器流出物，该尿素合成流包括至少包括尿素
、
水
、
氨基甲酸酯和氨的液相
。
在根据本专利技术的尿素生产方法中，反应器流出物在反应器的出口处被排出
。
[0008]在根据本专利技术的示例性尿素生产方法中，通过将氨基甲酸酯解离成
NH3和
CO2且通过气
/
液分离来纯化尿素合成流，以得到尿素溶液和气流
。
尿素纯化在一个或多个下游处理单元中进行，这些下游处理单元被例如包括在尿素设施的高压合成区段中
(
例如在高压汽提塔中
)
和
/
或例如被包括在根据本专利技术的尿素设施的在中压或低压下操作的回收区段中
。
[0009]在其中本专利技术的化学反应器是尿素合成反应器的实施例中，尿素合成反应器可以与尿素生产设施的多种类型的高压合成区段和回收区段一起使用
。
[0010]使用高压汽提塔的示例性尿素生产方法被示出在
Ullmann
’
s Encyclopaedia,chapter Urea,2010
的图
25
中，展示了
‘
Snamprogetti
自汽提工艺
’
的工艺方案
。
在此工艺方案中，反应器在底部接收
CO2进料流和基本上由进料
NH3和氨基甲酸酯循环溶液组成的独立进料流
。
这些进料流被示出为进入反应器的两个独立的流线
。
[0011]Saipem SpA
的
US2018/0280921A1
在图1中展示了一个示例性尿素反应器，其底部具有分别用于
NH3/
氨基甲酸酯进料和
CO2进料的两个进料管
。US'921
提到这种类型的尿素反
应器具有某些缺点；最重要的是，试剂在反应器的整个截面之上分布不均匀
。US'921
建议
(
图
2、
图
3)
使用用于
CO2进料的环形穿孔管状分配器
15
和用于
NH3进料的具有向下穿孔管状端部
26
的
L
形管状分配器
16。
[0012]上述
US2018/0280921A1
指出，
CO2由于其密度而构成尿素合成反应中的轻相，因此往往会在相关入口上方形成竖直柱，以这种方式强烈限制反应动力学，相反，
CO2以小气泡形式在反应器的整个截面之上的均匀分布将有利于该反应动力学，并且在现有的尿素反应器中，即使是由氨和氨基甲酸铵形成的
(
液体
)
重相的分布，也不完全令人满意
。
[0013]EP2596859B1
描述了一种气液反应器，其可以用作尿素合成反应器且包括具有用于反应物的入口管和用于反应产物的出口管的竖直主体
、
具有同轴管的混合器和位于主体的下部部分中的涡流室，其中混合器的轴向出口管装配有被示出为分叉管部分的扩散器
。
[0014]具有穿孔反应器托盘的尿素合成反应器被描述在例如
Jonckers
等人的
US6165315
中
。
[0015]还可以参考不具有如
Ullmann
的尿素
2010
的图
12
所示的高压汽提塔的示例性全再循环工艺
。CO2进料被压缩，
NH3进料被独立供应，两种进料在一个单元中合并，并且合并流从该单元供应到反应器的底部处的入口
。
另外，氨基甲酸酯再循环溶液在所述单元中合并成合并流
。
该反应器仅具有一个进料入口
。
[0016]仍然需要一种包括用于第一流体流的第一入口和用于第二流体流的第二入口的化学反应器，其中反应器的构造提供化学反应器内部的第一流体和第二流体的良好混合
。
[0017]本文所描述的某些实施例的一个特定目的是提供此类化学反应器，其中反应器是竖直式反应器，其中第一入口和第二入口两者布置在反应器的底部区段中，并且反应器包括用于从反应器的顶部区段排出的反应器流出物的出口
。
该反应器包括在所述底部区段中的混合区，其提供来自所述第一入口和所述第二入口的流体的良好混合
。
[0018]本文所描述的某些实施例的另一特定目的是提供此类化学反应器，其包括混合区，该混合区包括内部混合元件，其中内部混合元件具有良好的耐腐蚀性并且提供来自所述入口的流体的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种化学反应器，其包括用于容纳反应混合物的壳体
(2)、
在所述壳体中的第一区段
(3)
和第二区段
(4)、
用于第一流体流的第一入口
(5)
和用于第二流体流的第二入口
(6)
，其中两个入口均布置在所述第一区段中，所述反应器进一步包括用于从所述第二区段排出的反应器流出物的出口
(7)
，以及所述反应器的所述第一区段中适于混合所述第一流体流和所述第二流体流的混合区
(8)
，其中所述混合区
(8)
包括均布置在所述壳体中的第一静态混合器
(9)
和第二静态混合器
(10)
，其中所述第二静态混合器比所述第一静态混合器更远离所述第一入口定位，其中所述第二静态混合器适于比所述第一静态混合器更精细混合所述反应混合物中的流体
。2.
根据权利要求1所述的化学反应器，其中所述第一静态混合器包括第一挡板，所述第一挡板跨越从所述入口中的每一者朝向所述第二区段的发射轨迹设置，所述第一挡板为所述第一流体和所述第二流体提供第一冲击表面，其中所述冲击表面朝向孔口横向延伸，其中所述孔口限定用于允许所述反应混合物通过所述第一挡板的流动通道
3.
根据权利要求1或2所述的化学反应器，并且其中所述第二静态混合器包括一个或多个混合元件，所述一个或多个混合元件被构造成使所述反应混合物经多个相邻流动通道分散，所述多个相邻流动通道使流动的横向横截面积收缩至少
50
％
。4.
根据权利要求2或3所述的化学反应器，其中所述第一静态混合器包括至少第二挡板，所述第二挡板跨越第一元件的孔口与所述第二区段之间的发射轨迹设置，所述第二挡板提供朝向用于允许所述反应混合物通过所述第二混合元件的第二孔口横向延伸的第二冲击表面，其中所述第二挡板与所述第一孔口的投影重叠，以提供用于所述流体通过所述第一静态混合器的蜿蜒流动路径
。5.
根据前述权利要求中任一项所述的化学反应器，其中所述第二静态混合器提供多个相邻流体通路，所述多个相邻流体通路具有为所述第一静态混合器中所包括的通道的特征尺寸
(d1)
至少4倍低的特征尺寸
(d2)
，其中
d1
和
d2
分别由能够在不变形的情况下通过的实心球的最大尺寸限定
。6.
根据权利要求5所述的化学反应器，其中所述第一静态混合器的特征混合参数
(Mc
，
1)
在1与
50
之间，并且所述第二静态混合器的特征混合参数
(Mc
，
2)
在
10
与
1000
之间，其中
Mc
，1和
Mc
，2通过所述反应器的直径
(D)
分别除以所述
d1、d2
来定义，并且其中
Mc
，
2/Mc
，
1≥10。7.
根据前述权利要求中任一项所述的化学反应器，其中所述第一静态混合器和所述第二静态混合器各自包括混合元件和供反应混合物流过所述壳体的通道，其中所述第二静态混合器中所包括的所述通道比所述第一静态混合器中所包括的所述通道更窄；优选地，其中所述第一静态混合器的所述通道允许比能够在不与所述混合器接触的情况下通过所述第二静态混合器的所述通道的最大球体更大的球体通过
。8.
根据前述权利要求中任一项所述的化学反应器，其中所述第一静态混合器和所述第二静态混合器的特征混合参数
(M
c
)
为：其中
D
是所述反应器的所述直径；其中
d
是所述静态混合器的混合元件的特征直径，其中所述第一静态混合器的
M
c
在1与
50
之间，并且第二混合区段的
M
c

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：斯塔米卡邦有限公司，
类型：发明
国别省市：