氨液分离装置和尿素合成系统

技术领域

本公开涉及尿素生产技术领域，具体地，涉及一种氨液分离装置和尿素合成系统。

背景技术

在氮肥制造中，尿素合成系统所用的原料包括二氧化碳和液氨，在高压环境下，二氧化碳和液氨反应生成甲胺，再由甲胺脱水生成尿素。其合成进料系统工艺为：作为原料气的二氧化碳首先进入二氧化碳冷却器冷却，采用单级冷却工艺技术。冷却后的二氧化碳气体再进入二氧化碳压缩机加压，送入尿素合成反应系统。另一种原料为液氨，它来自合成氨工艺系统的液氨库，为便于存储，采用低温贮存方式，低温液氨(-33℃)需在蒸汽加热器经蒸汽加热后(工作温度18～28℃)，然后才能进入尿素合成系统进行反应。

而液氨内包含一些溶解气体，通常包括氢气、氮气、甲烷和氩气，这些气体对于尿素合成反应基本上是惰性的，并且被称为尿素惰性气体，而在尿素反应空间中的需要避免尿素惰性气体的积累。由于它们降低了所用试剂的分压，并且减少了一些可用的反应空间，尿素惰性气体实际上会导致转化率变低，在尿素回路的洗涤器里的游离氢的积累也可能与氧形成爆炸性混合物。

发明内容

本公开的目的是提供一种氨液分离装置，该分离装置能够至少部分地解决相关技术中存在的技术问题。

本公开的第二个目的是提供一种尿素合成系统，该尿素合成系统包括本公开提供的氨液分离装置。

为了实现上述目的，本公开提供一种氨液分离装置，包括：

罐体，沿竖直方向布置，内部形成为容纳空间；

第一分离组件，包括可转动地设置在所述罐体内的导向件，所述导向件用于接收通入所述罐体内的第一氨液，并带动所述第一氨液转动，以初步分散所述第一氨液，得到并排出第二氨液；

第二分离组件，包括设置在所述罐体内并插接配合在所述导向件外侧的环型翅片组，所述环型翅片组用于接收所述第二氨液，以使所述第二氨液流经所述环型翅片组后能够分离出为多种惰性气体和第三氨液，并排放至所述罐体的外侧；以及

温度控制组件，包括介质供应器，用于将换热介质通向所述环型翅片组，以与所述第三氨液进行换热。

可选地，所述第一分离组件还包括：

转轴，沿所述罐体的高度方向延伸并设置在所述罐体内，所述导向件固定在所述转轴上；和

驱动电机，输出端与所述转轴连接，以驱动所述转轴带动所述导向件绕轴线转动。

可选地，所述导向件包括：

柱状结构，所述柱状结构的内部开设有内径由上至下逐渐减缩的槽状结构，所述槽状结构形成为用于接收所述第一氨液的聚流槽；和

锥型结构，外径由上至下逐渐减缩，所述锥型结构连接设置在所述柱状结构下部，且侧壁上开设有连通在所述聚流槽和所述环型翅片组之间，以流通所述第二氨液的导流槽。

可选地，所述转轴的长度与所述罐体的高度相匹配，且所述导向件的数量为多个，多个所述导向件沿所述转轴的长度方向间隔布置，所述环型翅片组一一对应多个所述导向件沿所述罐体的高度方向连通设置多个。

可选地，所述环型翅片组的内轮廓构造与所述导向件的外轮廓构造相匹配，且所述环型翅片组包括：

环型翅片，沿所述罐体的高度方向至少间隔布置两个；和

连接环，固定连接在相邻两个所述环型翅片之间，且所述连接环上形成有通气孔。

可选地，第二分离组件与所述罐体间隔布置，所述环型翅片的外壁与所述罐体的内壁之间的间隔形成为环型腔，所述罐体的顶部设置有所述环型腔连通，以用于排出惰性气体的排气管，所述罐体的底部设置有用于排出所述第三氨液的排液管。

可选地，所述换热介质为蒸汽，为所述罐体的底部设置有连通在所述环型腔和所述介质供应器之间的进气管。

可选地，所述温度控制组件还包括：

温度控制器，与所述介质供应器连接，用于控制换热介质的温度；和

温度传感器，与所述第二分离组件连接，用于接收所述环型翅片组的温度信号，并将所述温度信号发送至所述温度控制器。

根据本公开的第二个方面，提供一种尿素合成系统，所述尿素合成系统包括根据以上所述的氨液分离装置，所述氨液分离装置连通设置在氨工艺系统中液氨库的下游，以接收所述第一氨液。

可选地，还包括：

合成罐，所述氨液分离装置连通设置在所述合成罐的上游，所述合成罐用于接收第三氨液，且内部设置有加热棒；和

二氧化碳供应组件，用于向所述合成罐内通入二氧化碳。

通过上述技术方案，通过导向件的转动，从而使得通入罐体的第一氨液在流动的过程中进行转动，以对流动中的第一氨液进行初步分散，进而形成均匀流动的第二氨液，第二氨液通过均匀地与环型翅片组相接触，以在流动的过程中环型翅片组进行换热并分离出纯净的第三氨液和惰性气体，然后从罐体内排出，有效地提高了第一氨液内惰性气体和第三氨液分离的彻底性，提高了第三氨液的净化度，保证了第三氨液向尿素进行转化时的转化率和转化效果。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开示例性实施方式提供的氨液分离装置的立体图；

图2-图4是本公开示例性实施方式提供的氨液分离装置的局部剖视图；

图5是图4中A部分的放大图；

图6是本公示例性实施方式提供的氨液分离装置的局部结构示意图；

图7是本公开示例性实施方式提供的导向件的立体图。

附图标记说明

100-罐体；110-排气管；120-进气管；130-排液管；140-进液管；200-第一分离组件；210-导向件；211-柱状结构；212-聚流槽；213-锥型结构；214-导流槽；220-转轴；230-驱动电机；300-第二分离组件；310-环型翅片组；311-环型翅片；312-连接环；321-进液口；322-排液口；323-通气孔；400-环型腔；500-支腿。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内”“外”是针对相应零部件的本身轮廓而言的；使用的方位词如“上”“下”“顶”“底”是基于本公开提供的氨液分离装置的使用习惯定义的，具体地，可参照图2所示的图面方向；“上游”、“下游”指代是氨液的流动方向。本公开中所使用的术语如“第一”“第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。此外，下面的描述在涉及附图时，不同附图中的同一附图标记表示相同或相似的要素。

参照图1-图7，本公开提供了一种氨液分离装置，该一种氨液分离装置可以包括罐体100、第一分离组件200、第二分离组件300以及温度控制组件。罐体100可以沿竖直方向布置(图2所示图面方向的上下方向)，且内部形成为容纳空间，在本公开提供的实施例中，罐体100的底部可以间隔设置有用于支撑罐体100的多条支腿500，以使得罐体100能够与安装位置的表面形成间隔，便于工作人员的操作，并保证罐体100的安全性和稳定性。氨液可以在罐体100内由上至下的流动，需要说明的是，本公开中提到的氨液指具体可以指代在不同分离阶段的第一氨液、第二氨液或第三氨液。第一分离组件200可以包括可转动地设置在罐体100内的导向件210，导向件210可以用于接收通入罐体100内的第一氨液，并带动第一氨液转动，以初步分散第一氨液，从而得到并均匀地排出第二氨液。第二分离组件300可以包括设置在罐体100内，并插接配合在导向件210外侧的环型翅片组310，环型翅片组310可以用于接收第二氨液，以使第二氨液在流经环型翅片组310后能够分离出的氢气、氮气和甲烷等多种惰性气体以及纯净的第三氨液。纯净的第三氨液和惰性气体可以在分离后排放至罐体100的外侧。温度控制组件可以包括介质供应器(图中未示出)，介质供应器可以用于将换热介质通向环型翅片组310，以与第三氨液进行换热，进而在避免氨液被气化的同时，还能够使得纯净的氨液在后续合成尿素时具有较为合适的温度。

通过上述技术方案，通过导向件210的转动，从而使得通入罐体100的第一氨液在流动的过程中进行转动，以对流动中的第一氨液进行初步分散，进而形成均匀流动的第二氨液，第二氨液通过均匀地与环型翅片组310相接触，以在流动的过程中环型翅片组310进行换热并分离出纯净的第三氨液和惰性气体，然后从罐体100内排出，有效地提高了第一氨液内惰性气体和第三氨液分离的彻底性，提高了第三氨液的净化度，保证了第三氨液向尿素进行转化时的转化率和转化效果。

参照图1、图4以及图6，第一分离组件200还可以包括转轴220和驱动电机230。转轴220可以沿罐体100的高度方向延伸并设置在罐体100内，导向件210固定在转轴220上，驱动电机230的输出端可以与转轴220连接，以驱动转轴220带动导向件210绕轴线转动。通过驱动电机230的运行，进而驱动导向件210的转动，从而使得导向件210导流组件随着进行转动，从而将导向件210上流出的氨液进行分散，能够均匀与环型翅片组310的接触，从而提高对第三氨液和其他惰性气体分离的彻底性。

参照图4、图6和图7。导向件210可以包括柱状结构211和锥型结构213。柱状结构211的内部开设有内径由上至下逐渐减缩的槽状结构，槽状结构形成为用于接收第一氨液的聚流槽212。锥型结构213的外径由上至下逐渐减缩，并且锥型结构213连接设置在柱状结构211下部，且锥型结构213的顶端外径可以与柱状结构211的底端外径相匹配。在锥型结构213的侧壁上可以开设有连通在聚流槽212和环型翅片组310之间，以流通第二氨液的导流槽214。第一氨液从开设在导向件210顶端的聚流槽212进行聚合后流入导流槽214中，以进行初步分离形成第二氨液，第二氨液在沿导流槽214向下流动的过程中，可以途径环型翅片组310以进行均流和冷却。

参照图3-图7，转轴220的长度与罐体100的高度相匹配，转轴220的底端可以插接在罐体100的内部，以提高转轴220转动过程中的稳定性。导向件210的数量为多个，多个导向件210沿转轴220的长度方向间隔布置，环型翅片组310一一对应多个导向件210沿罐体100的高度方向连通设置多个，通过设置多组环型翅片组310和多个导向件210能够延长第一氨液的分离路径，提高第三氨液的纯度，保证尿素的合成效果。

参照图3-图7，环型翅片组310的内轮廓构造可以与导向件210的外轮廓构造相匹配，进而提高环型翅片组310和导向件210之间的整体效果，保证氨液流动过程中的稳定性。环型翅片组310可以包括环型翅片311和连接环312，连接环312可以固定连接在相邻两个环型翅片311之间，通过焊接固定，且连接环312上可以形成有通气孔323。每组环型翅片组310沿罐体100的高度方向可以至少包括两个间隔布置的环型翅片311，以提高对第二氨液的分离效果。在本公开中，对应与柱状结构211的环型翅片311的高度可以与柱状结构211的高度相匹配的环型结构；对应锥型结构213的环型翅片311的数量可以为多个，且多个环型翅片311的内径尺寸可以由上到下依次减小。参照图3，环型翅片组310还可以包括设置在多个环型翅片311顶端中部，用于通入第二氨液的进液口321；和设置在多个环型翅片311底端中部，用于排出第三氨液的排液口322。具体地，第二氨液经进液口321依次进入聚流槽212和导流槽214后依次流在多个环型翅片311上，进行均匀冷却后，再沿环型翅片311倾斜内壁流入排液口322，分离出的惰性气体从下面提到的通气孔323排入环型腔400内，而第三氨液从排液口322排出后，继续经下面的环型翅片组310和导向件210进行多次分散，在分散过程中，使得内部夹杂的惰性气体进行再次分离，经过多次分离后，大大提高了第三氨液的净化度。

参照图2-图4，第二分离组件300可以与罐体100间隔布置，环型翅片311的外壁与罐体100的内壁之间的间隔可以形成为环型腔400，通过环型腔400能够对下面提到的蒸汽进行排入，从而对内部的环型翅片311进行均匀预热。罐体100的顶部可以设置有排气管110，且排气管110可以与环型腔400连通，上面提到的通气孔323也可以与环型腔400连通，当多种惰性气体从第二分离组件300分离出后，惰性气体可以经通气孔323排出至环型腔400内，然后再进环型腔400顶端的排气管110排出，便于在氨液的冷却过程中，对第一氨液内部分离出的惰性气体进行排出。纯净的第三氨液被分离出后可以从底部的排液口322排至排液管130。在本公开提供的实施例中，罐体100的顶端可以设置有进液管140，通过将进液管140和排液管130分别设置在罐体100的顶端和底端能够延长氨液的流通路径，以提高第三氨液的纯度。

本公开提供的实施例中，换热介质可以为蒸汽，使得换热介质具有较好的流动性和传热效率，并具有较好的安全性能和稳定性。参照图1和图2，罐体100的底部可以设置有连通在环型腔400和介质供应器之间的进气管120，蒸汽可以经进气管120从介质供应器通入到环型腔400内，并与环型翅片组310接触换热，以控制环型翅片311的温度。另外通过将排气管110设置在罐体100的顶部，进气管120设置在罐体100的底部，可以有效延长蒸汽的流通路径，使得蒸汽能够充分地与环型翅片组310接触。在本公开中，排气管110和进气管120可以设置在罐体100的对角处，以进一步延长蒸汽的流通路径。

参照图1-图7，温度控制组件还可以包括温度控制器和温度传感器(图中均未示出)。温度控制器可以与介质供应器连接，以用于控制换热介质的温度。温度传感器可以与第二分离组件300连接，且温度传感器可以用于接收环型翅片组310的温度信号，并将温度信号发送至温度控制器。通过设置温度传感器能够在第三氨液或第二氨液流通过程中对环型翅片311进行降温后的温度进行检测，同时配合温度控制器对换热介质(蒸汽)的加热，以能够将环型翅片311温度控制在一定范围内，且使得环型翅片311的温度，在受到温度控制器对蒸汽温度的控制下，处于例如-35℃至-15℃(约238K至258K)之间，从而在能够避免氨液气化的同时，还能够使氨液中夹杂的惰性气体进行分离。

根据本公开提供的第二个方面，还提供一种尿素合成系统。该尿素合成系统可以包括根据以上所述的氨液分离装置，并且该尿素合成系统具有本公开提供的氨液分离装置的所有有益效果，这里不再赘述。氨液分离装置可以连通设置在氨工艺系统中液氨库的下游，以接收第一氨液。参照图1，当氨液分离装置具有上面提到的进液管140时，进液管140可以连通于液氨库，以将第一氨液及时且稳定地通入到罐体100内部，保证第一氨液流通过程中的稳定性。

根据本公开提供的实施例，参照图1，尿素合成系统可以还包括合成罐和二氧化塔供应组件。合成罐，氨液分离装置可以连通设置在合成罐的上游，所述合成罐用于接收第三氨液，当氨液分离装置具有排液管130时，合成罐可以连通于排液管130，以使得纯净的第三氨液能够自动并及时的通入至合成罐内。合成罐的内部可以设置有加热棒，以提高合成罐内的环境温度。二氧化碳供应组件可以用于向合成罐内通入二氧化碳，以与第三氨液进行反应从而合成尿素。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。