用于將氣流引入設備中、特別是將鈍化氣流引入尿素裝置中的氣體擴散系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于將氣流、特別是鈍化氣流供給到尿素(即尿素生產)裝置的設備、特別是分解器中的氣體擴散系統和方法。
[0002]更具體地，本發明涉及用于將鈍化氣流供給到尿素裝置分解器、例如尿素裝置的中壓段的分解器中的氣體擴散系統和方法。
[0003]本發明還涉及裝備有所述氣體擴散系統和/或實施所述方法的尿素裝置設備。
【背景技術】
[0004]眾所周知，工業上生產尿素是使用如下工藝:基于二氧化碳和氨在高溫、高壓下的反應而形成氨基甲酸銨，隨后通過氨基甲酸銨的分解反應而形成尿素;然后使生成的尿素溶液逐漸濃縮以重新獲得未轉化的反應物;最后使尿素以顆粒或造粒的形式固化。
[0005]在典型的用于生產尿素的裝置中(尿素裝置)，該過程中的各階段都是在高壓段、中壓段和低壓段下進行的，在高壓段中還具有氨與二氧化碳在其中反應的合成反應器，其中各個段都具有用于使氨基甲酸銨分解成尿素的分解器。
[0006]因為二氧化碳-氨的反應，主要是由于介入的氨基甲酸銨，會嚴重地腐蝕尿素裝置部件零件的不銹鋼，尿素裝置部件零件通常由不銹鋼制成，因此一些尿素生產工藝采用鈍化氧。也就是，包含氧的氣流沿著裝置在預定的點處注入，以鈍化裝置的金屬(通常是不銹鋼)表面，以防止或減少腐蝕。
[0007]例如，將鈍化的含氧的氣流供給到中壓段分解器。
[0008]圖1示出了已知的尿素裝置分解設備(分解器)2的底部的簡化的示意圖。
[0009]基本上，分解器2沿豎直軸線A延伸，且包括繞軸線A延伸并容置頂腔(圖1中未示出)和底腔6之間的管束5(僅部分示出)的外殼4。
[0010]管束5支撐在底管板7和頂管板(未在圖1中示出)上。
[0011]底腔6位于管板7的下方并由容納件或所謂的“保持件”8界定，“保持件”8位于管板7下方并沿軸線A延伸，在連接至殼體4的頂端10和底端9之間。
[0012]保持件8大體上向上外擴，并特別包括底部捕獲部分11，其在下方由底部的例如凹形的壁12封閉并具有繞軸線A的大體上圓柱形的側壁13;以及漏斗狀的、向上外擴的頂部擴散部分14，其具有繞軸線A的截頭錐形的側壁15。
[0013]保持件8具有液相出口16 (用于在保持件8底部的捕獲部分11中收集的液相)，其靠近底壁12處并穿過側壁13;以及氣相入口 17，其正好在捕獲部分11中收集的液體的水平面之上并正好在擴散部分14的起點處之下穿過側壁13。入口 17從側壁13伸入腔6中，并具有向上傾斜的開口自由端。
[0014]入口17是鈍化的氣流供給到分解器2中的地方。
[0015]盡管有鈍化的氣流，但是，顯著的腐蝕仍然能觀察到，尤其是在中壓段分解器中。
[0016]此外，已知的分解器，更具體地為在這些分解器中采用的氣流入口，還存在與入口的設計相關的問題。
[0017]更具體地，在設計上，已知的入口允許腐蝕的尿素/氨基甲酸酯混合物(從管束)向下滲透以進入并沉淀，因此潛在地使制造入口的材料惡化。
[0018]因為入口的位置一通常正好在分解器的底部積累的液體的水平面之上，因而，例如由超額生產引起的液體水平面的增加可能會部分或完全地浸沒入口，從而阻止了其適當的操作。并且由于已知的入口沒有提供排水設施，因此內部的任何液體都無法移除。
[0019]換句話說，已知的上述類型的分解器并非沒有缺點。
【發明內容】
[0020]因此，本發明的目的是提供一種設計為消除已知技術的上述缺點的氣體擴散系統和方法。更具體地，本發明的目的是提供設計為消除或減少腐蝕現象的系統和方法。
[0021]根據本發明，提供如大體上分別在所附權利要求1和35中所限定的、用于將氣流、特別是鈍化氣流供給到尿素裝置的設備、特別是分解器中的氣體擴散系統和方法。
[0022]本發明的另外的優選特征在從屬權利要求中有所指示。
[0023]申請人的研究得出以下結論:盡管使用鈍化氣體，在尿素裝置的特定零件中、更具體地在鈍化氣體直接供給到的分解器中所遇到的腐蝕現象主要是由于氣體差的和/或不均勻的分配，由此導致存在材料(例如，在分解器的情況下，管束和板的材料)未經處理的盲區。
[0024]換句話說，申請人的研究顯示鈍化氣體當前注入(到分解器中，但是也注入到尿素裝置的其它零件中)的方式未能將氣體均勻地分配到整個接觸區域上，由此允許了腐蝕現象的發展。
[0025]具體在分解器中，申請人的研究還顯示了氣相在氣體入口上的管束內部的差的分配，由此減少了過程的化學反應效率。
[0026]另一方面，使用新類型的氣體擴散系統，本發明提供了均勻分配鈍化氣體。
[0027]換句話說，本發明保證了鈍化氣流的均勻分配，以使所涉及的整個區域鈍化，以及至豎直管的均勻供應，因此可以使用更便宜的材料以降低分解器的成本。
[0028]本發明還通過避免分解器內部的腐蝕混合物向下滲入，通過避免收集在分解器底部的混合物的水平面的增加，并至少通過允許滲透到氣體擴散系統的任何液體排出的方式，避免了分解器內部的腐蝕混合物滲透和/或留在內部，以及避免了使氣體擴散系統的材料惡化。
[0029]本發明還具有以下附加的優點:
[0030]使擴散器組件更緊湊，使得即使在現有裝置上也能簡單運輸和簡單安裝；
[0031 ]簡單制造、簡單組裝擴散器組件；
[0032]模塊化系統設計，以適應不同的構造；
[0033]非常簡單、高效率的機械支撐，能夠抵抗靜態和動態的載荷條件，尤其是熱梯度和氣體注入引起的動力。
[0034]自排泄功能，以避免液體沉淀并硬化而阻塞鈍化氣體出口孔；
[0035]設計為確保氣體分配至工藝需求的出口孔布置，以及所涉及的整個區域(板和管束)的良好的整體鈍化；
[0036]減小的鈍化氣體速度矢量；
[0037]可選擇的氣體出口孔尺寸，以避免硬化的堆積液體阻塞出口孔。
【附圖說明】
[0038]本發明的多個非限制的實施例將參考附圖通過示例的方式描述，其中:
[0039]圖1示出了尿素裝置設備、特別是裝配有已知設計的氣相入口的尿素裝置中壓段分解器的底部的局部示意性縱截面圖；
[0040]圖2示出了根據本發明的第一實施例的氣體擴散裝置的示意性、局部縱截面的側視圖，其中氣體擴散裝置并入尿素裝置設備，特別是尿素裝置的中壓段分解器的底部；
[0041]圖3和圖4示出了圖2的氣體擴散裝置的各個零部件的立體視圖；
[0042]圖5示出了根據本發明的第二實施例的氣體擴散裝置的示意性、局部縱截面的側視圖；
[0043]圖6示出了圖5的氣體擴散裝置的細節的側視圖；
[0044]圖7示出了圖6的細節圖的俯視平面圖，為了清楚，多個零件移除；
[0045]圖8示出了圖6的細節圖的立體的分解圖，為了清楚，多個零件移除；
[0046]圖9示出了根據本發明的第三實施例的氣體擴散裝置的示意性、局部縱截面的側視圖；
[0047]圖10示出了圖9的氣體擴散裝置的零部件的底部的平面圖，為了清楚，多個零件移除；
[0048]圖11示出了圖10的部件的立體的局部分解圖，為了清楚，多個零件移除；
[0049]圖12示出了根據本發明的第四實施例的圖11的零部件的變型的立體圖；
[0050]圖13和圖14示出了圖12的部件的各自的細節的立體圖。
【具體實施方式】
[0051]圖2中的序號I總體上指示尿素裝置設備2的氣體擴散系統，特別是參考圖1描述的類型的尿素裝置的中壓段分解器，并且圖2僅示出了其中并入氣體擴散系統I的尿素裝置的中壓段分解器的底部3。
[0052]如參考圖1時所描述的，但是為了簡潔沒有在圖2中示出，設備2基本上包括外殼4，其容置管束，管束由底管板和頂管板支撐，并位于頂腔和底腔6之間。
[0053]殼體4連接至底部保持件8，底部保持件8構成了殼體4的底部并限定腔6(構成了設備2的底腔，在底管板的下方)，底部保持件8裝備有設備2操作所需的入口 /出口(圖1中示出，但是為了簡潔未在圖2中示出)，其包括用于在設備2(即腔6)的底部處收集的液相的液相出口(未不出)。
[0054]保持件8在連接至殼體4的頂端10和底端9之間沿軸線A延伸。
[0055]保持件8包括底部捕獲部分11，底部捕獲部分11在底端9處由底部的壁12封閉，并具有繞軸線A的大體上圓柱形的側壁13，底部的壁例如為凹形的；以及漏斗狀的頂部擴散部分14，其總體上向上外擴(發散)，朝向捕獲部分11漸縮，并由繞軸線A的截頭錐形側壁15界定。
[0056]捕獲部分11和擴散部分14沿著環形接頭18連接。
[0057]系統I位于保持件8內部并包括氣體供給導管20，氣體供給導管20將氣流供給到設備2中，更具體地，供給到保持件8，即，腔6中；以及擴散器組件21，其將供應自導管20的氣體擴散到腔6的內部，更具體地，朝向保持件8的頂端10擴散。
[0058]導管20從穿過部分11的側壁13形成的入口孔22伸入腔6的內部，并終止于出口23。在圖2的非限制示例中，導管20包括基管24，基管24大體上垂直于側壁13和軸線A;以及裝配件25，例如(90°)彎頭裝配件，其終止于限定出口 23的開口