[發(fā)明專利]用于進(jìn)行氣－液兩相反應(yīng)的反應(yīng)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201180021373.1
• 申請(qǐng)日: 2011-04-21
• 公開（公告）號(hào): CN102869439A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: L·卡爾雷西;A·賈納扎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 塞彭公司
• 主分類號(hào): B01J10/00
• 分類號(hào): B01J10/00;B01J19/00;C07C273/04;B01J19/02;B01J19/24
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 曹珂瓊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于進(jìn)行氣－液兩相化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)器。

更具體地，本發(fā)明涉及一種板型反應(yīng)器，該板型反應(yīng)器適用于在包括有同向（co-current）流動(dòng)的、彼此相互接觸的液相和氣相的環(huán)境中進(jìn)行反應(yīng)，尤其是在高壓和高溫下從氨和二氧化碳開始并具有氨基甲酸胺的中間形成物的尿素直接合成反應(yīng)。

背景技術(shù)

對(duì)彼此混合的氣－液兩相流體進(jìn)行的一體式工藝操作——例如化學(xué)反應(yīng)、蒸發(fā)、分離等——通常在立柱式設(shè)備中進(jìn)行，該立柱式設(shè)備包括中空的圓筒形本體，該中空的圓筒形本體能夠承受高的操作溫度和壓力（如果需要的話），在兩端用半球形的蓋封閉，所述蓋被適當(dāng)?shù)爻尚吻已b配有用于流體的出口和入口的必要開口，在立柱式設(shè)備中布置有被適當(dāng)?shù)亻g隔開的多個(gè)穿孔板，這些穿孔板在圓筒形本體中限定出一系列彼此流體連通的、幾何圓柱形的區(qū)段。

用于從氨和二氧化碳開始并以水的形成物作為副產(chǎn)物的尿素直接合成反應(yīng)的反應(yīng)器，或者用于出于處理目的對(duì)存在于水溶液中的尿素進(jìn)行逆向水解反應(yīng)的反應(yīng)器是特別重要的，并且難以構(gòu)造。這兩種反應(yīng)均在高的壓力和溫度下進(jìn)行，并且由于以氨基甲酸胺的形成物作為中間物而要求特定裝置來抵抗鹽腐蝕。這些裝置通常在具有從10MPa到40MPa的范圍的壓力下和具有從70°C到300°C的范圍的溫度下在存在含有尿素、水、氨、二氧化碳和氨基甲酸胺的兩相混合物的情況下操作，氨基甲酸胺根據(jù)已知的冷凝反應(yīng)而產(chǎn)生：

[2NH₃+CO₂+nH₂O→NH₄OCONH₂·nH₂O]

操作條件優(yōu)選地為12MPa－25MPa的壓力和120°C至240°C的溫度。

在用于生產(chǎn)尿素的普通工廠中，上述高壓裝置大體上包含的容積具有從10000公升至400000公升的范圍。為了實(shí)現(xiàn)最大的轉(zhuǎn)化效率，氣相和液相必須被保持得彼此盡可能地彌散，并且反向混合必須要被降低至最小。為此，反應(yīng)器通常由豎直的板柱構(gòu)成，其高度可以甚至達(dá)到60米，在工廠中具有超過2000噸/天的生產(chǎn)率。在柱內(nèi)部的板通常相對(duì)于彼此具有50cm－300cm的距離，并且具有各種類型的穿孔，以便改進(jìn)工藝流體的再混合。現(xiàn)有技術(shù)中已描述了裝配有利于在由每對(duì)相鄰的板限定的區(qū)段之間進(jìn)行流體連通的數(shù)個(gè)器具和管道（例如料鐘（bell）、柵格、套筒、溢流口等）的反應(yīng)器。在數(shù)個(gè)應(yīng)用情況中，可以參考例如被公開的專利EP495418和US6165315。

盡管在當(dāng)前使用的工藝中采用了不同的解決方案，但是市場所需的尿素生產(chǎn)的顯著增加及其用作肥料的連續(xù)擴(kuò)增，已經(jīng)導(dǎo)致構(gòu)造出容積不斷增高的柱式反應(yīng)器，從而維持足夠的接觸時(shí)間并允許在熱動(dòng)態(tài)平衡時(shí)達(dá)到最高的轉(zhuǎn)化為尿素的轉(zhuǎn)化效率。通過消除水分子將氨基甲酸胺轉(zhuǎn)化為尿素實(shí)際上是相對(duì)緩慢的步驟，并且需要在合適的壓力和溫度條件下將反應(yīng)混合物保持15分鐘到120分鐘的時(shí)間。為了在高容積的反應(yīng)混合物的情況下獲得這些接觸時(shí)間，反應(yīng)器的高度以及板的數(shù)量必須增加，造成不得不使用過于高的反應(yīng)器的缺陷，這些過于高的反應(yīng)器組裝運(yùn)輸困難，并難以接近內(nèi)部部件來執(zhí)行可能的檢查，運(yùn)行期間的壓降也高。

提出的一個(gè)解決方案是每條工藝線使用兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)器，然而這帶來的缺點(diǎn)是增加了構(gòu)造、運(yùn)行以及工廠維修的成本。另一方面，通過加寬柱的直徑來增加反應(yīng)器的容積是不利的，因?yàn)檫@將由于反向混合和反應(yīng)混合物的擴(kuò)散而導(dǎo)致轉(zhuǎn)化成尿素的轉(zhuǎn)化效率的顯著降低。

因此迫切需要有效且經(jīng)濟(jì)的解決方案，其允許增加用于兩相反應(yīng)（尤其是尿素的合成反應(yīng)）的反應(yīng)器的生產(chǎn)產(chǎn)量。

申請(qǐng)人現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)上述問題可以通過根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器來克服。

發(fā)明內(nèi)容

據(jù)此，本發(fā)明首先涉及用于優(yōu)選地在高的壓力和溫度下在氣－液兩相環(huán)境中進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)器。本發(fā)明還涉及包括用于兩相反應(yīng)的所述反應(yīng)器的工廠以及利用該工廠進(jìn)行的工藝。

因此，本發(fā)明的第一個(gè)目的涉及用于進(jìn)行氣－液兩相反應(yīng)的立式反應(yīng)器，該立式反應(yīng)器包括：

a)中空結(jié)構(gòu)，該中空結(jié)構(gòu)由具有基本上圓筒形的形式的外壁界定，并且在兩端由基本上半球形的蓋封閉，所述蓋包括用于工藝流體的入口開口和出口開口以使氣相和液相在反應(yīng)器內(nèi)同向地流動(dòng)；

b)疊置的多個(gè)穿孔板，該多個(gè)穿孔板在中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部水平地延伸直至圓筒形的外壁的內(nèi)表面，并沿著豎直的軸線適當(dāng)?shù)亻g隔開，從而在每一對(duì)相鄰的穿孔板之間形成有區(qū)段，該區(qū)段與分別定位在該區(qū)段上方和/或下方的區(qū)段流體連通；