專(zhuān)利名稱：：用于尤其制備尿素硫酸銨的管式反應(yīng)器和設(shè)備的制作方法用于尤其制備尿素硫酸銨的管式反應(yīng)器和設(shè)備本發(fā)明涉及致力于解決如下常見(jiàn)問(wèn)題的、用于制備各種混合物的選擇性管式反應(yīng)器和設(shè)備的設(shè)計(jì)如何在熱敏感性和/或酸敏感性組分或者組分混合物的流中，使酸和堿優(yōu)先反應(yīng)，而不分解它們，或者不優(yōu)先分解組分之一?？捎糜谥苽淠蛩亓蛩徜@(UAS)的反應(yīng)器受到了特別的關(guān)注。用于制備銨鹽的管式反應(yīng)器可以得知于例如US2568901、US2755176和US5904906。這些反應(yīng)器使得可以讓酸和石威反應(yīng)，但是不能用于其中引入了第三種組分的反應(yīng)。目前，工業(yè)上制備尿素硫酸銨(UAS)是通過(guò)在造粒步驟中，比如，在圓筒或者盤(pán)中，向熔融尿素加入粉碎的固體硫酸銨的工藝對(duì)兩種化合物進(jìn)行物理混合來(lái)實(shí)現(xiàn)的，比如在US3785796所述。這可以稱作"固體路線"。這看起來(lái)是個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單的工藝。但是，從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)來(lái)看和工藝觀點(diǎn)來(lái)看，它都存在著一些嚴(yán)重的缺陷。在US3928015中描述了以兩步驟反應(yīng)形式在尿素溶液中進(jìn)行的石克酸銨(AS)合成反應(yīng)。在簡(jiǎn)單便宜的罐式或者管式反應(yīng)器中，硫酸氫鹽溶液和氨在尿素溶液中反應(yīng)，以制備和熔融尿素混合的基本無(wú)水的AS。硫酸氫鹽對(duì)應(yīng)于一摩爾硫酸和一摩爾氨反應(yīng)制備的產(chǎn)物，而硫酸銨對(duì)應(yīng)于一摩爾硫酸和兩摩爾氨反應(yīng)制備的產(chǎn)物。硫酸的第一級(jí)氨化(形成硫酸氬鹽)比第二級(jí)氨化的放熱性強(qiáng)。然而，由于酸和尿素即刻反應(yīng)導(dǎo)致尿素?fù)p失，所以在尿素溶液中原位制備AS是個(gè)挑戰(zhàn)。如果損失過(guò)大，那么這明顯限制了任何液態(tài)路線相對(duì)于固態(tài)路線在制備UAS中的益處。硫酸氫氫鹽和硫酸相比，對(duì)尿素的反應(yīng)性弱。根據(jù)US3928015,為了使尿素分解最小化，硫酸氫鹽單獨(dú)合成。通過(guò)這種方法，沒(méi)有充分利用第一級(jí)氨化釋放的熱量。本發(fā)明的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種反應(yīng)器，它使得酸和堿能夠在熱敏感性和/或酸敏感性組分的流中反應(yīng)，而不分解所述組分。另一目標(biāo)是設(shè)計(jì)適于制備UAS的反應(yīng)器。另一目標(biāo)是設(shè)計(jì)尤其用于制備UAS的設(shè)備。通過(guò)下面描述的反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的這些和其它目標(biāo)，本發(fā)明通過(guò)所附的權(quán)利要求進(jìn)行了進(jìn)一步限定和表征。將參考附圖進(jìn)一步舉例說(shuō)明本發(fā)明，其中圖l示出了具有預(yù)反應(yīng)器、混合器和洗滌器的管式反應(yīng)器。圖2示出了標(biāo)準(zhǔn)的管式截面反應(yīng)器。本發(fā)明因此涉及尤其用于制備UAS的管式反應(yīng)器，包括管式主體和反應(yīng)器頭部，其中反應(yīng)器頭部具有用于軸向注入酸的裝置和用于注入氨的裝置。氨可以是游離的和/或結(jié)合的和/或混合的。而且，具有用于供給尿素的裝置和反應(yīng)室，在反應(yīng)室中酸和氨在接觸尿素之前之間的反應(yīng)得以增強(qiáng)。管式反應(yīng)器也可用于使另一種酸和堿與尿素以外的其它熱和/或酸敏感性組分反應(yīng)。優(yōu)選用于預(yù)中和酸的預(yù)反應(yīng)器設(shè)置在反應(yīng)器頭部上游。預(yù)反應(yīng)器可以是管式反應(yīng)器或者罐式中和器。優(yōu)選，預(yù)反應(yīng)器是主管式反應(yīng)器的一部分，具有氨或者其它堿的入口。氨可以是游離的和/或結(jié)合的和/或混合的。用于稀釋酸的混合器可以設(shè)置在反應(yīng)器頭部上游。優(yōu)選反應(yīng)器頭部在其下游端部具有收斂區(qū)。用于注入氨或者其它堿的裝置包括和圍繞酸注入裝置的環(huán)形室相應(yīng)的入口。入口優(yōu)選是切向的。環(huán)形室在其下游端部具有錐形或者開(kāi)口式端部。用于供給尿素或者其它敏感性組分的裝置包括入口和圍繞氨或者其它堿注入裝置的環(huán)形室。本發(fā)明還涉及用于制備尿素硫酸銨的設(shè)備，具有管式反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包含管式主體和反應(yīng)器頭部，其中反應(yīng)器頭部具有用于軸向注入酸的裝置、用于注入氨的裝置、用于供給氨的裝置、和其中酸和氨可以在與尿素接觸之前進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)室；用于將UAS漿料和生成的蒸汽分離的分離器；和用于接收所述蒸汽的裝置。氨可以是游離的和/或結(jié)合的和/或混合的。優(yōu)選，反應(yīng)器頭部之前具有預(yù)反應(yīng)器，其具有用于注入氨的裝置、用于供給酸的裝置和反應(yīng)室。用于稀釋酸的混合器可以設(shè)置在反應(yīng)器頭部的上游。用于接收所述蒸汽的裝置優(yōu)選是洗滌器，所述洗滌器可以設(shè)計(jì)成具有兩個(gè)不同的階段。洗滌器優(yōu)選具有用于循環(huán)洗滌溶液到尿素入口7和/或酸注入裝置的裝置。閃蒸罐可以位于分離器之后。尿素硫酸銨的制備優(yōu)選是尿素設(shè)備的尾端工藝。下面給出的全部描述是基于尿素硫酸銨(UAS)的制備，即，尿素和石克酸銨的混合物。尿素對(duì)于熱量和石克酸的作用都很敏感。通過(guò)石克酸和氨反應(yīng)并盡可能保護(hù)尿素組分免受限制性降解，在尿素溶液內(nèi)部制備了硫酸銨。但是，同樣的原理和等價(jià)概念可用于各種其它混合物，無(wú)論如何，所述原位合成比分開(kāi)合成加上隨后的簡(jiǎn)單混合步驟更有益。原位合成有許多優(yōu)點(diǎn)。管式反應(yīng)器極其容易操作、啟動(dòng)和關(guān)斷。硫酸銨(AS)合成的熱量使得水可以從尿素溶液中揮發(fā)，因此可以節(jié)省蒸發(fā)步驟和所用工具(尤其是蒸汽)。原位合成制備了極細(xì)的AS晶體，尤其適于下列造粒工藝，獲得了比固體路線更均勻的產(chǎn)物。最后，在總體循環(huán)或者部分循環(huán)尿素設(shè)備中實(shí)現(xiàn)原位UAS合成，顯著提高了尿素生產(chǎn)能力。工藝描述——UAS原位生產(chǎn)UAS原位生產(chǎn)作為尿素設(shè)備的尾端工藝是特別令人感興趣的。將組分和反應(yīng)物引入到管式反應(yīng)器中。從反應(yīng)器出來(lái)的物流被排放到分離器中，以將制備的蒸汽和UAS漿料分開(kāi)。漿料可以直接或者在真空下進(jìn)一步閃蒸以獲得用于下列造粒工藝的合適水含量，但是蒸汽在被例如冷凝之前經(jīng)過(guò)酸洗。來(lái)自蒸汽洗滌器的清洗溶液和來(lái)自造粒區(qū)的清洗溶液循環(huán)到反應(yīng)段的入口，或者用于電池極限(BL)(所考慮的工藝極限)的一些其它目的。在管式反應(yīng)器中要求四種組分，硫酸(游離的或者作為硫酸氫銨預(yù)中和的)、氨(游離的或者作為氨基甲酸鹽連接的)、尿素和水(BL和/或清洗溶液(除了原料中所含的水以外)酸，氨，尿素)。碌u酸和氨反應(yīng)以在尿素溶液中形成AS，該合成釋放的熱量使水蒸發(fā)成蒸汽。一些尿素由于熱量和存在的酸分解，或者聚合成縮二脲和其它化合物，或者水解成二氧化碳和氨。所述氨通過(guò)硫酸中和，所以被認(rèn)為是處于質(zhì)量平衡狀態(tài)，以在結(jié)束時(shí)在最終產(chǎn)物中實(shí)現(xiàn)N-NH3和N-尿素的正確比。根據(jù)合成的AS量、送入管式反應(yīng)器的尿素溶液濃度、所需的最終水含量、和待循環(huán)的清洗溶液量，將水加入到反應(yīng)器中以使熱量/水平衡。管式反應(yīng)器排放到分離罐中，以使過(guò)程蒸汽可以和UAS溶液分離。為了限制高溫(其促進(jìn)了尿素的不希望的分解)，以及為了使將例如噴到流體床造粒機(jī)上的溶液中具有合適的水含量(通常為~2-5%水)，優(yōu)選UAS溶液在真空下閃蒸。所述閃蒸可以直接在管式反應(yīng)器分離器或者在第二容器，所謂的閃蒸罐，中進(jìn)行。采用所述閃蒸罐避免了真空系統(tǒng)(冷凝器和不可冷凝物的提取)的設(shè)計(jì)保守，但是需要雙倍的過(guò)程蒸汽洗滌器和冷凝系統(tǒng)，如果要冷凝來(lái)自分離器的蒸汽的話。所以，這種分離器加上閃蒸罐的構(gòu)造必須針對(duì)每種情況進(jìn)行研究，但無(wú)論如何，對(duì)于設(shè)備生產(chǎn)能力大和消耗尿素設(shè)備廢氣氨(涉及大量的非可冷凝物，比如氨基甲酸鹽分解釋放的C02)的情況而言，是非常可取的。在反應(yīng)器中制備的并在分離器中分離的蒸汽，主要含有蒸汽，但.也含有一些未反應(yīng)的氨、二氧化碳、一些空氣以及UAS溶液液滴。各種非可冷凝物(NOx、SOx...)可以以可以忽略不計(jì)的量存在，具體取決于新加入材料(entrant)的質(zhì)量，它們并不在反應(yīng)器中大量生成。洗滌器是濕洗滌器。溶液液滴被俘荻在洗滌溶液中。洗滌器部分用碌u酸酸化，以同時(shí)阻止氨。洗滌器優(yōu)選設(shè)計(jì)成具有兩個(gè)不同的階段在第一階段中，尿素液滴被相當(dāng)中性的洗涂溶液終止，而第二步驟是酸性的以俘獲氨。這樣避免了由于強(qiáng)烈酸化含有尿素的洗滌溶液而增加了尿素降解。如果洗滌器設(shè)計(jì)成具有兩個(gè)階段，那么來(lái)自第二階段的洗滌溶液優(yōu)選系統(tǒng)循環(huán)到向反應(yīng)器供料的硫酸管線中，這是因?yàn)樵撊芤簬缀醪缓蛩?。?lái)自第一階段的含有尿素的洗滌溶液應(yīng)該優(yōu)選不直接在硫酸中循環(huán)，以避免尿素的高速降解。該溶液可以和來(lái)自造粒區(qū)的洗滌溶液混合，并送到向管式反應(yīng)器供料的尿素溶液中。或者，它可以被循環(huán)到尿素濃縮段、被排出、或者可以用于在造粒區(qū)的洗滌器中補(bǔ)充水。管式反應(yīng)器描述管式反應(yīng)器的特征在于通過(guò)強(qiáng)烈短促的紊流來(lái)混合反應(yīng)物，使他們接觸并立刻反應(yīng)。在這種裝備中，停留時(shí)間通常無(wú)需超過(guò)0.2秒。設(shè)計(jì)必須使得反應(yīng)物可以選擇性反應(yīng)而不分解尿素，并且避免酸或者任何其它組分腐蝕管式反應(yīng)器的材料。所以，將酸引入到反應(yīng)器的軸線，初始紊流得到增強(qiáng)，以使反應(yīng)立刻開(kāi)始。快速反應(yīng)使得游離酸液滴和管式反應(yīng)器壁接觸、對(duì)鋼的腐蝕、或者形成能夠破壞例如Teflon襯底的熱點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。為了增強(qiáng)初始紊流，將氨優(yōu)選以氣體形式引入。它的速度高，和酸的噴霧成切向關(guān)系，以便加強(qiáng)它的霧化并增強(qiáng)初始紊流。為了限制尿素?fù)p失，無(wú)論何時(shí)如果有可能，則必須通過(guò)增強(qiáng)酸和氨之間的接觸而不是酸和尿素之間的接觸來(lái)軟化酸，如果可能使酸預(yù)中和成硫酸氬銨(其比尿素的腐蝕性弱很多)，保持溫度盡可能地低(即，保持壓降盡可能地低)同時(shí)維持高的紊流度。為了具有高效率，設(shè)計(jì)良好的管式反應(yīng)器要求高的紊流，因此有大的壓降。如果反應(yīng)器負(fù)載不足(意味著反應(yīng)器的每個(gè)反應(yīng)器段單位的流量低)，它的效率快速下降。對(duì)于UAS而言，意味著在洗滌器中將出現(xiàn)更大的尿素?fù)p失和更大的氨損失。相反，如果負(fù)載良好(參見(jiàn)本文上述)的反應(yīng)器的容量略微增加，那么它的效率提高，壓降簡(jiǎn)單地更大。但是，這也導(dǎo)致反應(yīng)器中溫度增加，這對(duì)于反應(yīng)器的材料以及一些組分，比如在原位制備UAS的情況下的尿素而言，可能是破壞性的。所以，管式反應(yīng)器理想地針對(duì)給定生產(chǎn)能力范圍，優(yōu)選80-110%生產(chǎn)能力，進(jìn)行設(shè)計(jì)。UAS管式反應(yīng)器包括多個(gè)部件，具體取決于待使用的工藝和原材料。將參見(jiàn)圖1進(jìn)一步描述。圖l示出了管式反應(yīng)器，包括預(yù)混合器、預(yù)反應(yīng)器、反應(yīng)器頭部和反應(yīng)器主體。反應(yīng)器頭部和反應(yīng)器主體在各種反應(yīng)器變體中都是必需反應(yīng)器的頭部1包括反應(yīng)室。這是在酸錐形區(qū)3A端部和氨錐形區(qū)2A端部之間包括的區(qū)域，在此氨和酸4妻觸和反應(yīng)。頭部是管狀的，在其下游端部具有收斂區(qū)1A。它具有軸向酸注入裝置3，3A。氨通過(guò)入口8沿著切向引入到氨注入裝置2中，形成圍繞酸注入裝置的第一環(huán)形室。氨注入裝置在其下游端部具有錐形區(qū)2A。尿素通過(guò)入口7供給圍繞氨注入裝置的第二環(huán)形室。反應(yīng)器的主體14是反應(yīng)器在收斂區(qū)1A下游的直線長(zhǎng)度。在一些情況下，如后面所解釋的那樣，在引入任何尿素之前可以通過(guò)一些氨將酸部分中和，在稱作預(yù)反應(yīng)器的獨(dú)立反應(yīng)器中。預(yù)反應(yīng)器位于反應(yīng)器頭部l的上游，具有用于氨的、通向圍繞軸向酸供料的環(huán)形室的入口9，在所述環(huán)形室處，酸注入裝置4具有錐形端部4A。預(yù)混合器12置于預(yù)反應(yīng)器的上游，可以用于硫酸管線上以用水13或者用洗滌溶液11稀釋酸5。圖l還示出了兩階段洗滌，其中第一階段Sl是俘獲尿素，第二階段S2是經(jīng)酸化6以俘獲氨。UAS管式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)最優(yōu)化可以根據(jù)氨平衡、設(shè)備水平衡的考慮以及能量平衡的最優(yōu)化，對(duì)UAS管式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)進(jìn)行最優(yōu)化。氨平衡為了設(shè)計(jì)管式反應(yīng)器，必須考慮兩種情況情況A:為了獲得所需的UAS等級(jí)，除了尿素溶液以外，氨必須部分或者全部供纟會(huì)該工藝。情況B:為了獲得所需的UAS等級(jí)，尿素溶液含有足量的氨基曱酸鹽形式或者游離氨形式的氨。水平衡水平衡主要取決于-供給管式反應(yīng)器的尿素溶液中的水含量-反應(yīng)熱-在反應(yīng)器中合成的AS和在蒸汽洗滌器中合成的AS之比(參見(jiàn)下面)-在閃蒸罐中施加的真空-洗滌溶液的循環(huán)能量平衡在管式反應(yīng)器中由合成釋放的能量使得可以蒸發(fā)更多水，從而使得可以在濃度較低的尿素溶液送給管式反應(yīng)器的情況下工作，這從能量觀點(diǎn)來(lái)看是有利的。相反，在蒸汽洗滌器中通過(guò)反應(yīng)釋放的能量對(duì)UAS溶液的濃縮沒(méi)有貢獻(xiàn)，相反要求向洗滌器增加補(bǔ)充水。更多的AS在反應(yīng)器中合成而不是在洗滌器中合成，能量平衡也更好，水平衡也一樣。情況A-氨全部或者部分和尿素分開(kāi)供應(yīng)當(dāng)氨部分或者全部分開(kāi)供應(yīng)時(shí)，能夠在其和尿素接觸之前增強(qiáng)酸和氨的接觸。在管式反應(yīng)器中氨與硫酸的摩爾比過(guò)量通常固定為2%,主要是為了補(bǔ)償由于控制閥的波動(dòng)造成的流量變化。更優(yōu)選將氣態(tài)氨而不是液態(tài)氨送入反應(yīng)器。體積流量高得多，因此初始紊流大得多，反應(yīng)啟動(dòng)快得多。所以，如果可以得到的氨是以液體形式處于電池極限，那么優(yōu)選在用于例如在設(shè)備中，通常在最終產(chǎn)物冷卻段中，調(diào)制一些空氣的換熱器中蒸發(fā)。隨后，可以采用例如在管式反應(yīng)器中形成的過(guò)程蒸汽將氨預(yù)熱。氨也可以以氣體混合物的形式供應(yīng)，通常是來(lái)自上游尿素工藝中的氨基曱酸鹽汽提的氨、二氧化碳和水蒸汽的混合物或者氨廢氣。在這種情況下，水蒸汽和二氧化碳充當(dāng)惰性化合物。它們?cè)鰪?qiáng)了反應(yīng)器中的紊流，因而略微提高了反應(yīng)器的效率。情況A可以自身分成兩種情況，后面將詳細(xì)描述-或者，尿素溶液和濃縮的含尿素洗滌溶液所帶來(lái)的水，使得可以吸收原位合成釋放的大多數(shù)熱量(情況Al)-或者，相反，所述水不充足(情況A2)，必須加入另外的水。情況A2可以特別存在于硫酸銨(AS)和尿素的比值大的情況下，在這種情況下，優(yōu)選添加硫酸氬鹽預(yù)反應(yīng)器，而這在情況A1中不合適。情況B—氨以氨基甲酸鹽和氨的形式在尿素溶液中供應(yīng)氨源充分混合在尿素溶液中，硫酸可以碰上尿素或者氨源兩者進(jìn)行反應(yīng)。尿素分解的風(fēng)險(xiǎn)很高。堿性介質(zhì)對(duì)于防止尿素分解是有利的，操作條件相應(yīng)固定在摩爾比中氨的過(guò)量情況大于在情況A中(通常5-20%)。這種堿性和反應(yīng)器設(shè)計(jì)自身的組合，降低了尿素?fù)p失。在這種情況下，來(lái)自蒸汽洗滌器的洗滌溶液(如果尿素和氨分開(kāi)洗滌，那么來(lái)自第二階段)優(yōu)選循環(huán)到管線中的^L酸中，所述管線配有例如靜態(tài)混合器以使混合物更加均勻并避免熱點(diǎn)。這樣允許在UAS管式反應(yīng)器中引入較軟的酸，這是因?yàn)橐环矫嫠呀?jīng)由一些水稀釋?zhuān)硪环矫鎭?lái)自洗滌溶液的硫酸銨轉(zhuǎn)變成了硫酸氪銨，比硫酸本身對(duì)尿素的腐蝕性弱。但是，更多的酸必須供給蒸汽洗滌器，蒸汽洗滌器變成了第二反應(yīng)器。反應(yīng)器描述表1<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>反應(yīng)器的頭部和主體對(duì)于不同情況而言是普遍具有的，而反應(yīng)器的第一部分變化。反應(yīng)器主體主體的設(shè)計(jì)在情況A和B中相同。它是一段平直的管子，由其直徑和長(zhǎng)度限定。管式反應(yīng)器的長(zhǎng)度經(jīng)設(shè)計(jì)賦予反應(yīng)物足夠的時(shí)間來(lái)有機(jī)會(huì)互相遇見(jiàn)和反應(yīng)，而反應(yīng)器的直徑等價(jià)于一定的紊流度，因此進(jìn)行混合和提高效率。在UAS的情況下，熱流量(考慮到化學(xué)反應(yīng)釋放的熱量)必須大于5000kcal/h/cm2并小于150000kcal/h/cm2，優(yōu)選是25000-90000kcal/h/cm2，停留時(shí)間小于ls,優(yōu)選小于0.2s。如果熱流量太低，那么反應(yīng)物之間的接觸差，氨被損失并且必須在蒸汽洗滌器中中和，而保留在尿素溶液中的酸使一些尿素降解。如果停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，那么根據(jù)反應(yīng)器的負(fù)載，必須考慮兩種情況-如果由于反應(yīng)器負(fù)載不足而使停留時(shí)間太長(zhǎng)，那么如上所述由于紊流差而導(dǎo)致尿素分解，-如果反應(yīng)器負(fù)載良好但時(shí)間太長(zhǎng)，那么過(guò)多的停留時(shí)間具有負(fù)面效應(yīng)，因?yàn)樗a(chǎn)生了不必要的壓降，因此在反應(yīng)器的第一部分中出現(xiàn)更高的溫度，導(dǎo)致尿素?fù)p失。為了保持反應(yīng)器中的溫度處于合理水平，并同時(shí)可以具有用于高效混合的足夠壓降，那么壓降必須大于0.5巴，優(yōu)選大于1巴，朝向反應(yīng)器的背壓，例如，恰恰在氨進(jìn)入反應(yīng)器之前在其控制閥后的壓力，必須優(yōu)選保持小于10巴，優(yōu)選小于5巴。UAS反應(yīng)器的頭部UAS反應(yīng)器的頭部設(shè)計(jì)必須回答下列問(wèn)題尿素容易分解，但是尿素帶有大多數(shù)水，這使得可以對(duì)溫度進(jìn)行控制。在一些情況下，尿素也帶有將被中和的堿，例如，尿素-氨基甲酸鹽溶液。所以，頭部必須經(jīng)設(shè)計(jì)以提高反應(yīng)物之間的接觸而不是尿素和未反應(yīng)的酸之間的接觸，在任何情況下，在酸和尿素接觸之前使酸軟化會(huì)是可取的。而且，酸液滴和反應(yīng)器壁的4妄觸必須被避免?？紤]到所有這些原因，UAS管式反應(yīng)器的頭部必須被設(shè)計(jì)成促進(jìn)即刻接觸和增強(qiáng)紊流，以獲得密切混合的、中和的混合物。在游離酸的脈理(vein)或者任何游離酸液滴中保持未中和的任何酸，對(duì)管式反應(yīng)器效率和尿素分解具有負(fù)面效應(yīng)。初始紊流和引入反應(yīng)物的方式有關(guān)，通過(guò)反應(yīng)熱進(jìn)一步增強(qiáng)，導(dǎo)致水蒸發(fā)以及由此的進(jìn)一步混合和紊流。在A和B兩種情況下，反應(yīng)器頭部的原理相似中心直接是酸或者是來(lái)自預(yù)混合器或者通過(guò)預(yù)反應(yīng)器的酸，氨源(如果適用)圍繞著它作為第一環(huán)形體，含有尿素的流圍繞著它作為外側(cè)的環(huán)形流。沿著反應(yīng)器主體的軸引入酸。在具有預(yù)反應(yīng)器的情況下，它通過(guò)優(yōu)選在端部具有噴嘴4A的注入裝置4;4A從中心注入；或者直接通過(guò)優(yōu)選端部具有噴嘴3A的注入裝置3/3A注入。這通常是簡(jiǎn)單的錐形，以將所述流噴出，并因而增加反應(yīng)物之間的接觸區(qū)域，并因而增加反應(yīng)速度。酸可以是石克酸或者稀釋的硫酸或者預(yù)中和的硫酸，即，硫酸和硫酸氬氨等的混合物。它正常情況下是液體，但可以包含一些蒸氣，例如如果具有隨后描述的預(yù)反應(yīng)器時(shí)。而且，酸在進(jìn)入U(xiǎn)AS反應(yīng)器頭部之前必須盡可能被軟化。在接觸尿素之前使酸軟化的最佳方式會(huì)是將其完全中和成硫酸銨。但是，在接觸尿素之前使硫酸完全氨化是不可能的。原因如下-首先，由于好u酸銨溶液需要高的水含量來(lái)成為流體，因此合成石克酸銨以及隨后的和尿素混合并不能夠達(dá)到水平衡，并不能夠在反應(yīng)器出口處達(dá)到合適的水含量。-第二，由于硫酸銨的合成是強(qiáng)烈放熱性的。將吸收所述反應(yīng)熱(這使得溫度保持在合理的限度內(nèi))的水通常主要包含在尿素溶液中。所以，合成和混合必須近乎同時(shí)進(jìn)行，即使在反應(yīng)物流進(jìn)入尿素中時(shí)石克酸銨(AS)不能完全合成。-第三，由于待中和的氨(游離氨和/或氨基甲酸鹽)有時(shí)已經(jīng)包含在尿素流中，這意味著硫酸銨必須在尿素流中直接合成，而且在接觸尿素之前不能被合成。情況A1的反應(yīng)器設(shè)計(jì)和原理在這種情況中，圍繞中心酸注入裝置的第一環(huán)形區(qū)[2和3之間的區(qū)域]被供給有氨流8，例如，氣態(tài)氨或者氨基甲酸鹽溶液。由于氨注入裝置2;2A的設(shè)計(jì)，酸被噴霧到反應(yīng)室中的不含尿素區(qū)域[在3A和2A之間]中。該室的設(shè)計(jì)使反應(yīng)器具有雙錐形貌圍繞酸的第一錐3A(或者噴嘴)、圍繞氨的第二錐2A、和圍繞尿素的收斂區(qū)1A。在該反應(yīng)室中釋放大量熱量。所以，需要打開(kāi)相當(dāng)充分，以使反應(yīng)液滴纟皮攜帶出所述反應(yīng)室進(jìn)入尿素流，所述尿素流吸收熱量。以此方式，酸在和尿素接觸之前遇到氨的簾幕。和尿素的接觸點(diǎn)是尤其紊流狀態(tài)的[位于1A和2A之間的區(qū)域]，以耗散熱量并均勻地混合產(chǎn)物；因此，反應(yīng)混合物優(yōu)選從收斂區(qū)1A中的反應(yīng)室噴出到反應(yīng)器14的主體上，在此不同的流體會(huì)聚在一起，增強(qiáng)紊流。收斂角1A通常從流體力學(xué)進(jìn)行考慮，優(yōu)選開(kāi)口角為30-90度，以避免出現(xiàn)局部背混現(xiàn)象，但促進(jìn)了向反應(yīng)器主體內(nèi)的循環(huán)。錐2A的出口直徑優(yōu)選小于或者等于反應(yīng)器1A主體直徑，以避免在反應(yīng)器尤其在收斂區(qū)的壁上形成任何熱點(diǎn)。但是，錐2A也可以完全打開(kāi)，即，被注入裝置2的平直部分代替。反應(yīng)室2A/3A的設(shè)計(jì)可以從氣動(dòng)噴嘴設(shè)計(jì)中獲得很多靈感。在此階段未反應(yīng)的酸沿著反應(yīng)器14的主體主要和氨反應(yīng)，也和沒(méi)有分解的一些尿素反應(yīng)。洗滌溶液在便利處進(jìn)行循環(huán)。如果它們包含尿素，那么優(yōu)選循環(huán)到尿素流中。如果它們不含尿素或者僅僅含有少量尿素，例如如果存在第二階段的過(guò)程蒸汽洗涂[S2],它們優(yōu)選循環(huán)到管線中的硫酸中。情況A2在由于尿素的含水量而使得硫酸銨的合成釋放的熱量比尿素流可以接受的熱量多的情況下，那么除了尿素溶液中包含的水以外還必須加入一些額外的水，此時(shí)采用預(yù)反應(yīng)器是令人感興趣的。這是例如合成含50%AS和50%尿素的混合物并采用70%尿素溶液作為原料的情況。這種預(yù)反應(yīng)器可以是罐式中和器或者管式反應(yīng)器。如果反應(yīng)在設(shè)計(jì)成中和器的獨(dú)立容器中進(jìn)行，那么它可以優(yōu)選保持在合適壓力下，所述壓力結(jié)合重力，使得無(wú)需對(duì)所述腐蝕性介質(zhì)采用任何泵來(lái)向反應(yīng)器進(jìn)料。這種獨(dú)立的預(yù)中和器系統(tǒng)具有在需要時(shí)產(chǎn)生一些加壓的壓力蒸汽的優(yōu)點(diǎn)，但是比管式反應(yīng)器選項(xiàng)需要更多的投資。如本文中所述，預(yù)反應(yīng)器可以更簡(jiǎn)單些，設(shè)計(jì)成在和UAS反應(yīng)器相同的管式反應(yīng)器中，經(jīng)構(gòu)建作為UAS管式反應(yīng)器自身的額外長(zhǎng)度，位于尿素注入裝置1A/2A之前。這個(gè)反應(yīng)特別快，預(yù)反應(yīng)器可以自身恢復(fù)成一種反應(yīng)噴嘴，區(qū)域3A/4A。水13被首先通過(guò)入口9加入到氨中或者加入到酸5中。如果加入到酸中，所述例如涂有PTFE的管子有利地配有靜態(tài)混合器12,以避免可能損壞Teflon的任何熱點(diǎn)?；旌衔镞M(jìn)入到噴嘴中以通過(guò)入口9噴射到軸向或者優(yōu)選切向氨流中，剛好進(jìn)入酸注入裝置3/3A。這種預(yù)反應(yīng)器構(gòu)造可以幫助提高尿素復(fù)合物的整體經(jīng)濟(jì)學(xué)。尿素設(shè)備根據(jù)化學(xué)計(jì)量比制備水2NH3+C02=CO(NH2)2+H20(氨)(二氧化碳)(尿素)(水)所以，在現(xiàn)場(chǎng)可以獲得水，對(duì)于反應(yīng)器而言另外的水可以是一些弱的氨基甲酸鹽溶液或者來(lái)自尿素設(shè)備的含N流出物，其要求在排放到環(huán)境中之前進(jìn)行昂貴的處理，比如熱水解。情況B這是在任何尿素復(fù)合物中可以獲得的尿素-氨基曱酸鹽溶液的典型情況。選擇操作條件，使得可以在反應(yīng)器中有大量的堿過(guò)量的情況下工作，并在酸化的蒸汽洗滌器中俘獲大量氨。所以，蒸汽洗滌溶液包含大量的辟u(mài)酸銨。通常，向蒸汽洗滌器中加入5-20%的酸。在這種情況下，強(qiáng)烈推薦采用兩階段洗滌器[S1;S2]:第一階段[S1]俘獲尿素液滴，第二階段[S2]具體處理氨。因此，第二階段的洗滌溶液11(幾乎不含尿素)直接循環(huán)到硫酸管線中以使其軟化，同時(shí)不使洗滌后的尿素降解。酸管線優(yōu)選配有靜態(tài)混合器12以通過(guò)預(yù)反應(yīng)進(jìn)行軟化。所以，在接觸任何尿素之前，10%-大約50%的硫酸已經(jīng)轉(zhuǎn)變成硫酸氫鹽，這使得可以獲得整體上合理的尿素降解率。來(lái)自干部分的洗滌溶液和來(lái)自第一階段蒸汽洗滌器10的洗滌溶液通常循環(huán)到UAS反應(yīng)器的第一環(huán)形區(qū)中(如在情況A中設(shè)計(jì)的那樣)，或者直接到尿素流7中。分離器設(shè)計(jì)管式反應(yīng)器將三相混合物排放到分離器(未示出)中液體(尿素、水、溶解的硫酸銨...)、氣體(由于反應(yīng)熱產(chǎn)生的蒸汽)和甚至固體(過(guò)飽和的AS晶體)。分離器的目標(biāo)是分離UAS的溶液/漿料和過(guò)程蒸汽。由于反應(yīng)器中可能存在晶體以及高的速度，分離器必須經(jīng)設(shè)計(jì)以耐磨損。分離器的設(shè)計(jì)依賴于布局，尤其在重新維修的設(shè)備情況下。反應(yīng)器可以水平或者垂直或者以任何中間位置安裝。從分離效率和耐磨損性來(lái)看，可以預(yù)見(jiàn)分離器具有多種可能性。優(yōu)選地，分離器是具有內(nèi)邊緣的容器。蒸汽入口位于容器頂部并沿切向，以便獲得氣旋效應(yīng)，從而改善分離效率。在其下部，具有錐形或者盤(pán)形形狀，優(yōu)選具有減小的直徑，以使得可以具有更精確的水平控制和減少的停留時(shí)間。為了同樣的水平面控制，優(yōu)選安裝抗渦流器件。在分離器的上部，可以有利地安裝液滴分離器件(編織網(wǎng)例如罩-托盤(pán)型、燭或者填塞型)以分離大多數(shù)剩余的液滴。在這種情況下，優(yōu)選安裝水或者冷凝物噴霧器，以便在由于液滴分離器結(jié)垢、結(jié)晶、逐漸堵塞使壓降增加時(shí)隨時(shí)清潔。蒸汽洗滌器在管式反應(yīng)器中制備的蒸汽包含一些未反應(yīng)的氨和一些UAS溶液液滴，其沒(méi)有在分離器中分離。所以，將該蒸汽在酸化的洗滌器中洗滌。所述洗滌器可以是填充柱或者板式塔、Ventun洗滌器或者所述器件的組合，以便獲得所需的規(guī)格。而且，該洗滌器具有使過(guò)程蒸汽飽和的優(yōu)點(diǎn)，改善了冷凝器的整體效率。洗滌器可以或者是獨(dú)立的容器、完成后續(xù)洗滌階段以獲得同樣結(jié)果的獨(dú)立元件系列，或者結(jié)合在管式反應(yīng)器分離器的頂部作為單一裝備。洗滌器優(yōu)選是兩階段設(shè)計(jì)第一階段中通過(guò)相當(dāng)中性的洗滌溶液終止尿素/UAS液滴，而第二步驟保持酸性以俘荻氨。這樣避免了通過(guò)強(qiáng)烈酸化含有尿素的洗滌溶液來(lái)提高尿素降解。本發(fā)明將參考下列實(shí)施例進(jìn)一步舉例說(shuō)明實(shí)施例實(shí)施例1-對(duì)情況Al的舉例說(shuō)明已經(jīng)在小型中試裝置上進(jìn)行了試驗(yàn)。首先，在圖2所示的典型標(biāo)準(zhǔn)管式橫截面反應(yīng)器中，沿著反應(yīng)器軸線15送入酸，通過(guò)入口16送入78%尿素溶液(不含氨基甲酸鹽)，通過(guò)入口17送入氣態(tài)氨。其次，在根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器中，具有和情況Al相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)器。酸沿著軸向注入，尿素溶液通過(guò)入口7注入，氣體氨通過(guò)入口8注入。目標(biāo)是制備含77。/。尿素和23。/。AS的UAS。氨以2%摩爾比的過(guò)量進(jìn)料。在大約135°C、0.5巴絕對(duì)壓力下在真空下進(jìn)行閃蒸，從反應(yīng)器排出的溶液含水量是大約5%。洗滌溶液在該試驗(yàn)中沒(méi)有循環(huán)。在下面表2中描述了條件和結(jié)果表2具有管式橫截面頭部具有本發(fā)明的反應(yīng)器<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>(kg/h)<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>實(shí)施例2-對(duì)情況A2的舉例說(shuō)明進(jìn)行試驗(yàn)通過(guò)采用78%尿素溶液制備65/35w/w等級(jí)的UAS。所以，要求另外的水來(lái)吸收反應(yīng)熱。在第一試驗(yàn)中，通過(guò)稀釋尿素溶液7;13來(lái)引入水，而在第二試驗(yàn)中，研究了預(yù)反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)，其中l(wèi)/4的氨量通過(guò)入口9進(jìn)料，3/4氨通過(guò)入口8進(jìn)料，額外的水13采用預(yù)混合物12加入到酸5中。在緊跟著管式反應(yīng)器分離器的獨(dú)立容器中在0.5巴絕對(duì)壓力下進(jìn)行閃蒸。結(jié)果和條件如表3所示表3:<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>實(shí)施例3-對(duì)情況B的舉例說(shuō)明分別在氨過(guò)量為2%摩爾比和10-20%摩爾比的情況下，進(jìn)行了尿素-氨基曱酸鹽的試驗(yàn)。將濃度為99.5%的尿素熔體在管線中與碳酸氫銨的懸浮液和氣態(tài)氨混合，以便模擬尿素-氨基甲酸鹽溶液。目標(biāo)是在UAS中有35%AS。通過(guò)向預(yù)混合器中另外流入濃度為30%的硫酸銨溶液，來(lái)模擬其中對(duì)應(yīng)于第二階段洗滌器的洗滌溶液的循環(huán)。這種AS流對(duì)應(yīng)于對(duì)送入反應(yīng)器的過(guò)量氨的中和，但是不包括尿素降解釋放的氨。將調(diào)節(jié)性質(zhì)的水流加入到尿素溶液中，以在閃蒸罐的出口處在UAS溶液中實(shí)現(xiàn)近似大約5%的水含量。結(jié)果和條件如表4中所述表4<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>權(quán)利要求1.管式反應(yīng)器，尤其用于制備UAS，包括管式主體14和反應(yīng)器頭部1，其中所述反應(yīng)器頭部具有用于軸向注入酸的裝置(3、3A)、用于注入氨的裝置(2、2A)、用于供應(yīng)尿素的裝置(7)和反應(yīng)室(區(qū)3A、2A)，在反應(yīng)室中酸和氨的反應(yīng)在接觸尿素之前得到了增強(qiáng)。2.管式反應(yīng)器，包括管式主體14和反應(yīng)器頭部1,其中所述反應(yīng)器頭部具有用于軸向注入酸的裝置(3、3A)、用于注入堿的裝置(2、2A)、用于供應(yīng)熱敏感性和/或酸敏感性組分的裝置(7)和反應(yīng)室(區(qū)3A、2A),其中酸和堿的反應(yīng)在接觸所述敏感性組分之前得到了增強(qiáng)。3.權(quán)利要求1或者2的管式反應(yīng)器，其中用于預(yù)中和所述酸的預(yù)反應(yīng)器設(shè)置在反應(yīng)器頭部的上游。4.權(quán)利要求3的管式反應(yīng)器，其中所述預(yù)反應(yīng)器是管式反應(yīng)器或者罐式中和器。5.權(quán)利要求4的管式反應(yīng)器，其中所述預(yù)反應(yīng)器是主管式反應(yīng)器的一部分，用于注入氨或者其它堿的裝置包括入口(9)。6.權(quán)利要求1或者2的管式反應(yīng)器，其中用于稀釋所述酸的混合器(12)設(shè)置在反應(yīng)器頭部上游。7.權(quán)利要求1或者2的管式反應(yīng)器，其中所述反應(yīng)器頭部在其下游端部具有收斂區(qū)(1A)。8.權(quán)利要求1或者2的管式反應(yīng)器，其中用于注入氨或者其它堿的裝置包括入口(8),所述入口(8)和圍繞所述酸注入裝置(3，3A)的環(huán)形室相對(duì)應(yīng)。9.權(quán)利要求8的管式反應(yīng)器，其中所述環(huán)形室在其下游端部具有錐(2A)或者開(kāi)口端部。10.權(quán)利要求1或者2的管式反應(yīng)器，其中用于供應(yīng)尿素或者其它敏感性組分的裝置包括尿素入口(7)和圍繞氨或者其它堿注入裝置(2、2A)的環(huán)形室。11.用于制備尿素硫酸銨的設(shè)備，具有包括管式主體14和反應(yīng)器頭部1的管式反應(yīng)器，其中所述反應(yīng)器頭部具有用于軸向注入酸的裝置(3、3A)、用于注入氨的裝置(2、2A)、用于供應(yīng)尿素的裝置(7)和反應(yīng)室(區(qū)3A、2A),在反應(yīng)室中酸和氨可以在接觸尿素之前反應(yīng)；分離器，以將制備的蒸汽和UAS漿料分離；和，用于接受所述蒸汽的裝置。12.權(quán)利要求11的設(shè)備，其中所述反應(yīng)器頭部(1)之前是預(yù)反應(yīng)器，所述預(yù)反應(yīng)器具有用于注入氨的裝置(9)、用于供應(yīng)酸的裝置(4)和反應(yīng)室(4A)。13.權(quán)利要求11的設(shè)備，其中用于稀釋酸的混合器(12)設(shè)置在反應(yīng)器頭部上游。14.權(quán)利要求ll的設(shè)備，其中用于接收蒸汽的裝置是洗滌器(Sl、S2)。15.權(quán)利要求14的設(shè)備，其中所述洗滌器設(shè)計(jì)成具有兩個(gè)不同的階段(Sl、S2)。16.權(quán)利要求14或15的設(shè)備，其中所述洗滌器具有用于將洗滌溶液循環(huán)到尿素入口7和/或酸注入裝置3的裝置11。17，權(quán)利要求ll的設(shè)備，其中所述分離器后面是閃蒸罐。18.權(quán)利要求11的設(shè)備，其中尿素硫酸銨的制備是尿素設(shè)備的尾端工藝。全文摘要管式反應(yīng)器，尤其用于制備UAS，包括管式主體(14)和反應(yīng)器頭部(1)，其中所述反應(yīng)器頭部具有用于軸向注入酸的裝置(3、3A)、用于注入氨的裝置(2、2A)、用于供應(yīng)尿素的裝置(7)和反應(yīng)室(區(qū)3A、2A)，在反應(yīng)室中酸和氨在和尿素接觸之前可以反應(yīng)。文檔編號(hào)C05C9/00GK101132988SQ200580048870公開(kāi)日2008年2月27日申請(qǐng)日期2005年3月2日優(yōu)先權(quán)日2005年3月2日發(fā)明者E·沃格爾,F·勒多克斯,V·杜龐徹爾申請(qǐng)人:亞拉國(guó)際有限公司