本發(fā)明涉及一種用于三聚氰胺生產(chǎn)設(shè)備的氨加熱組以及一種使用該氨加熱組的三聚氰胺生產(chǎn)設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、特別是，本發(fā)明涉及一種在用于使用熔融鹽回路來生產(chǎn)三聚氰胺的設(shè)備中的氨加熱組，該氨加熱組有利地具有形成苛性鈉的較低風險，因此，本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)三聚氰胺的設(shè)備，其中，由于熔融鹽中存在苛性鈉而導(dǎo)致的scc(應(yīng)力腐蝕開裂)現(xiàn)象最小化，或優(yōu)選是消除。

2、在本說明書的上下文中，縮寫“scc”表示通過形成晶粒間或穿晶裂紋而發(fā)展的腐蝕處理，該晶粒間或穿晶裂紋導(dǎo)致穿過特定壁的泄漏或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)的完全破裂。

3、在三聚氰胺生產(chǎn)設(shè)備的情況下，scc能夠例如導(dǎo)致合成反應(yīng)器的管束的一個或多個管道破裂，或者設(shè)想用于使相關(guān)組的氨過熱的換熱器的一部分破裂。

4、在用于高壓和低壓下生產(chǎn)三聚氰胺的過程中，一定量的氨必須在高溫下供給至反應(yīng)部分中或該過程的其它區(qū)域中，以避免可能導(dǎo)致三聚氰胺固化(這在354℃下發(fā)生)的局部冷卻。

5、氨優(yōu)選是在大約等于380℃的反應(yīng)溫度下供給。該反應(yīng)溫度遠高于氨的臨界溫度(132.4℃)，因此處于反應(yīng)溫度的氨通常定義為過熱氨。

6、在三聚氰胺生產(chǎn)過程中，特別是在沒有催化劑的情況下(因此在高壓下)操作的過程中，氨通過泵而壓縮至所需壓力。為此，通常使用供給有液氨的往復(fù)泵，例如活塞泵或隔膜泵。

7、因此，該氨通過各種步驟來達到所需溫度，包括用于使溫度升高直至與壓力平衡的沸點的第一步驟，用于沸騰直至氨從液態(tài)完全變?yōu)闅鈶B(tài)的第二步驟，以及用于使氣態(tài)氨的溫度升高至反應(yīng)溫度的第三步驟。

8、用于加熱氨的前兩個步驟優(yōu)選是通過使用換熱器來進行，該換熱器使用工業(yè)復(fù)合物中可獲得的低壓、中壓或高壓蒸汽來作為加熱流體。例如，5-6巴的蒸汽能夠用于加熱至沸點和完全蒸發(fā)。相同的蒸汽也能夠用于使氨的溫度升高直至大約150℃，在該溫度下，所有氨都肯定處于氣相。

9、因此，能夠通過使用中壓或高壓蒸汽作為加熱流體的換熱器來盡可能多地繼續(xù)升高氨的溫度，這取決于在工業(yè)復(fù)合物(它在該工業(yè)復(fù)合物中操作)中可用的蒸汽。

10、根據(jù)本發(fā)明之前的現(xiàn)有技術(shù)，對于加熱氨的第三步驟，不可能使用蒸汽，因為要達到的溫度(即大約380℃)高于與220.58巴壓力相對應(yīng)的、水的臨界溫度，該臨界溫度等于373.936℃。

11、因此，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，為了執(zhí)行用于加熱氨的該第三步驟，已知使用電過熱器，或者已經(jīng)存在于三聚氰胺生產(chǎn)設(shè)備中并用于供給反應(yīng)熱和/或用于使得設(shè)備和/或管道保持在高于三聚氰胺的固化溫度的溫度(即高于354℃的溫度，優(yōu)選是等于或高于380℃的溫度)的其他加熱流體。

12、在目前已知的三聚氰胺生產(chǎn)設(shè)備中，兩種流體通?？稍谶m合該目的的溫度下獲得，即導(dǎo)熱油(例如dowtherm)和熔融鹽，兩者都通過兩個單獨的閉環(huán)回路來管理和操作，各閉環(huán)回路包括加熱爐、至少一個循環(huán)泵、罐、相關(guān)管道、閥以及系統(tǒng)管理所需的任何其他部件。

13、導(dǎo)熱油具有380℃的最高連續(xù)使用溫度。因此，為了避免由于裂化而快速分解，該流體通常用于保持已經(jīng)處于反應(yīng)溫度的流體的溫度。換句話說，它用于防止在管道中循環(huán)的三聚氰胺冷卻。

14、實際上，等于380℃的最高連續(xù)使用溫度不能夠有用于管理加熱氨的換熱器的有用溫度差，該氨必須特別加熱至380℃的溫度。

15、因此，可用且可以實際用于使氨過熱的唯一流體仍然是熔融鹽的混合物，而且，該熔融鹽的混合物構(gòu)成也供給反應(yīng)熱的加熱流體。

16、眾所周知，熔融鹽包括連續(xù)保持在高于380℃的溫度下的亞硝酸鈉和亞硝酸鉀及硝酸鈉和硝酸鉀的混合物。這種類型的混合物有強氧化性，因此為了避免與氧氣和大氣濕氣接觸，熔融鹽回路保持在大約0.5巴的正氮氣壓力下。

17、因此，對于氨的過熱，已知使用由在380℃下耐氨的材料制成的換熱器，例如具有高鎳含量的合金(高鎳合金)，該合金的示例是合金hastelloy?c276。

18、這種類型的材料通常還用于生產(chǎn)在使用熔融鹽作為加熱流體的設(shè)備中使用的反應(yīng)器，該反應(yīng)器用于生產(chǎn)三聚氰胺。

19、如圖1所示，在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備中，熔融鹽通常從罐101收集，并通過循環(huán)泵而發(fā)送至加熱爐102。熔融鹽從循環(huán)泵發(fā)送至用于生產(chǎn)三聚氰胺的反應(yīng)器103和設(shè)想用于使已經(jīng)在換熱器105中蒸發(fā)和加熱的氨過熱的換熱器的一部分，該換熱器被稱為過熱換熱器，或者簡稱為過熱器104，然后從反應(yīng)器和過熱器返回至回路的罐101。

20、然后，熔融鹽連續(xù)攪拌，而沒有組成變化以及在用作反應(yīng)器103的加熱流體的量和用作過熱器104的加熱流體的量之間的溫度變化。

21、在換熱器(要加熱的流體在該換熱器中處于氣相)中，必須以產(chǎn)生湍流運動以便有可接受的傳熱系數(shù)值的速率來循環(huán)。而且，殘留的液滴可能存在于由蒸發(fā)液體形成的氣體中，例如在蒸發(fā)階段發(fā)生故障的情況下。因此，由于存在殘余液滴而有侵蝕/腐蝕現(xiàn)象的風險，該殘余液滴通過獲得良好換熱所需的湍流運動而以高速運動。這些侵蝕/腐蝕現(xiàn)象能夠使得管壁穿孔，要加熱流體在該管中流動，從而使它與外部區(qū)域連通，因此導(dǎo)致在換熱器中的泄漏。

22、更具體地說，根據(jù)制造換熱器的機械構(gòu)造的類型，換熱器可能經(jīng)受內(nèi)部泄漏(即當換熱器的兩種流體(要加熱和加熱)開始相互連通時)和/或外部泄漏(即當換熱器的流體與大氣連通時)。在內(nèi)部泄漏的情況下，有兩種流體的混合。

23、在用于供給過熱氨104、105的換熱器中，風險最大的部分是換熱器的、氨達到蒸發(fā)溫度的區(qū)域。在該區(qū)域中，對于特定距離，存在蒸汽和液體的混合相。換熱器的該臨界區(qū)域通常包含在換熱器的、將用于氨蒸發(fā)的部分中，該換熱器也稱為蒸發(fā)換熱器(或簡稱為蒸發(fā)器)105。

24、不過，由于異常(例如，疏水器的故障、蒸汽壓力的降低或缺乏、缺乏足夠的熱絕緣等)，液體形式的氨液滴也與過熱換熱器104相對應(yīng)地存在，過熱換熱器104使用熔融鹽作為熱源，如已經(jīng)說明。

25、因為在三聚氰胺生產(chǎn)設(shè)備中，氨的壓力高于熔融鹽的壓力，因此在與過熱器相對應(yīng)的換熱器中發(fā)生內(nèi)部泄漏的情況下，氨進入熔融鹽回路，而在兩種產(chǎn)物之間立即發(fā)生反應(yīng)。

26、由于它們的自然緩慢轉(zhuǎn)化，在熔融鹽混合物中總是存在一定量的氧化鈉。而且，氨與熔融鹽的反應(yīng)導(dǎo)致形成水，因為熔融鹽(亞硝酸鹽和硝酸鹽的混合物)是氧化化合物。因此，在氨和熔融鹽之間接觸的情況下，由于在氧化鈉和水之間的反應(yīng)而形成苛性鈉。

27、進入熔融鹽回路的氨的量與通道截面成正比。

28、當大量氨進入熔融鹽回路時，發(fā)生強烈的放熱反應(yīng)，且熔融鹽回路中的壓力和溫度升高。這種嚴重情況能夠立即檢測到，從而使得生產(chǎn)設(shè)備能夠迅速停止用于維修。特別是，必須更換熔融鹽，因為它們將由于氨的存在而污染，并由于與氨的反應(yīng)而降解，該反應(yīng)改變了它們的組成。

29、在氨最少量地進入熔融鹽回路的情況下，這種異常不能立即檢測到，因為沒有發(fā)生顯著的放熱反應(yīng)，因此生產(chǎn)設(shè)備繼續(xù)正常操作。從氨過熱器出來并與氨反應(yīng)形成水和因此形成苛性鈉的熔融鹽因此返回罐中，從而與其余熔融鹽混合，然后循環(huán)再次進入過熱器，且更大量地進入用于生產(chǎn)三聚氰胺的反應(yīng)器中。

30、在高操作溫度下操作且其中的裝置(特別是反應(yīng)器和過熱器)經(jīng)受高機械應(yīng)力的設(shè)備中存在包含苛性鈉的熔融鹽將決定形成scc現(xiàn)象的先決條件，特別是當存在經(jīng)受所述現(xiàn)象的材料(例如具有高鎳含量的合金)時，反應(yīng)器和過熱器由該合金制造。因此，即使熔融鹽中存在適量的苛性鈉也能夠在該設(shè)備中引起scc現(xiàn)象。

31、特別是，對于反應(yīng)器，這可能導(dǎo)致反應(yīng)器的管束的一個或多個管穿孔，而使得三聚氰胺和氨因此進入熔融鹽回路。

32、而且，含碳的三聚氰胺在強氧化物質(zhì)(例如形成熔融鹽的亞硝酸鹽和硝酸鹽的混合物)存在的情況下進行燃燒。因此，三聚氰胺進入熔融鹽回路將產(chǎn)生壓力和溫度強烈升高的風險，這可能導(dǎo)致回路中的實際爆炸。

33、為了減少或優(yōu)選是完全消除在熔融鹽回路中產(chǎn)生苛性鈉的風險，使scc(應(yīng)力腐蝕開裂)磨損現(xiàn)象最小以及防止三聚氰胺和/或氨可能進入三聚氰胺生產(chǎn)設(shè)備的熔融鹽回路的情況，現(xiàn)有技術(shù)還提供了使用換熱器作為使用熔融鹽換熱器的替代方案，該換熱器使用電流作為加熱裝置。

34、氨加熱組或電過熱器能夠使用通過電阻的直接加熱和通過使電能源與管道(要加熱的氨在該管道中通過)連接而用作加熱裝置。在該特定情況下，管道用作電導(dǎo)體，并通過焦耳效應(yīng)來加熱。

35、不過，使用電加熱組雖然優(yōu)于熔融鹽換熱器，但在能量和設(shè)備方面都有高成本，因為它由安全運行所需的多種元件組成。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服上述缺點和已知系統(tǒng)中固有的缺點，申請人因此發(fā)現(xiàn)了一種替代方案，該方案滿足最高安全標準，從而盡可能地減少生態(tài)影響。

2、因此，本發(fā)明涉及一種用于三聚氰胺生產(chǎn)設(shè)備的加熱組，該加熱組包括用于向三聚氰胺生產(chǎn)設(shè)備的反應(yīng)器供給反應(yīng)熱的熔融鹽回路和用于向設(shè)備供給過熱氨的單元，該單元包括至少一個蒸發(fā)換熱器和一個過熱換熱器，所述單元的特征在于

3、過熱換熱器包括與熔融鹽回路分離的至少一個加熱源，該分離的加熱源是過熱蒸汽，

4、該過熱換熱器是由兩個同心管組成的夾套管，其中，內(nèi)管適合由要過熱的氨流穿過且密封的外管或夾套適合由過熱蒸汽穿過，以及

5、所述內(nèi)管的內(nèi)徑從20mm至85mm變化，對應(yīng)于夾套管的長度范圍相應(yīng)為30m至20m。

6、過熱換熱器優(yōu)選是夾套管，其中，內(nèi)管的內(nèi)徑范圍為21.6mm至55mm，它對應(yīng)于夾套管的優(yōu)選長度范圍為27m至23m。甚至更優(yōu)選是，內(nèi)管的內(nèi)徑范圍為24.6至50.8mm，它對應(yīng)于夾套管的長度范圍為25m至22m。

7、令人驚訝且與現(xiàn)有概念相反，該方案能夠使用在三聚氰胺生產(chǎn)設(shè)備所在的工廠中已經(jīng)可獲得的過熱蒸汽，其中，過熱蒸汽通常用作渦輪機的驅(qū)動力，或者能夠通過從爐中回收熱量來產(chǎn)生。

8、實際上，使得過熱氨供給單元保持與熔融鹽回路分離保證了即使在該單元中使用的過熱器發(fā)生侵蝕/腐蝕現(xiàn)象的情況下，在過熱器中處理的氨也不能進入熔融鹽回路。為此，用于三聚氰胺生產(chǎn)設(shè)備的加熱組提供為使得氨過熱器只使用與熔融鹽回路不同的熱源。這樣，在過熱器和熔融鹽回路之間沒有接觸，并因此保證了與過熱器相對應(yīng)的可能氨泄漏不會與熔融鹽接觸。

9、如前所述，在過熱器中，氨必須加熱至380℃的溫度，因此加熱流體必須處于更高的溫度，以便保持溫度差，該溫度差保證熱量從加熱流體傳遞至要加熱的流體，即超過380℃。溫度高于水的臨界溫度(等于373.936℃)的過熱蒸汽并不認為可用作氨過熱器中的加熱裝置，因為高于冷凝溫度的可用熱量減少至只有顯熱。因此，與在冷凝蒸汽條件下使用相同換熱量相比，單獨使用顯熱將需要提供巨大的換熱表面。

10、為了克服這種現(xiàn)有技術(shù)的偏見，申請人已經(jīng)進行了一系列處理優(yōu)化，目的是減少要加熱的氨的量，以便也盡可能地減少所述加熱所需的熱量，且已經(jīng)令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，使用溫度高于450℃的過熱蒸汽并通過合適設(shè)定過熱換熱器的尺寸(用于使換熱最大化)，使氨過熱的目的通過使用蒸汽和換熱器具有有限尺寸且完全可接受的情況下來實現(xiàn)；特別是，滿足要求保護的參數(shù)的簡單夾套管用于該目的。

11、根據(jù)本發(fā)明的方案使得能夠例如使用過熱蒸汽，該過熱蒸汽通常在通過蒸汽渦輪機來內(nèi)部產(chǎn)生電能的情況下存在，使用最小量過熱蒸汽，因此不改變渦輪機的要求；這樣，能夠使三聚氰胺生產(chǎn)設(shè)備所需量的氨過熱，同時保持使蒸汽仍用于電能生產(chǎn)所需的過熱和壓力特性。換句話說，必須保持蒸汽的過熱溫度，以便保證在渦輪機中的操作壓力下不形成冷凝物，且壓力應(yīng)該保持為足以在進口處供給。

12、因此，總之，根據(jù)本發(fā)明的方案能夠獲得特別重要的結(jié)果，即利用設(shè)備中已經(jīng)存在的過熱蒸汽來使得三聚氰胺生產(chǎn)設(shè)備所需的氨量過熱，同時繼續(xù)在渦輪機中使用該過熱蒸汽來產(chǎn)生電能。

13、為了證明通過根據(jù)本發(fā)明的過熱單元來使氨過熱的效率，進行了一些測試，這些測試能夠驗證換熱器的尺寸的優(yōu)化怎樣能夠令人驚訝地保持它在渦輪機中使用的蒸汽特性。

14、根據(jù)本發(fā)明的方案實際上能夠以特別有利的方式使得該過熱蒸汽用于氨的過熱，而并不降低蒸汽對于渦輪機的可用性，從而不降低電能的產(chǎn)生。

15、測試1：夾套管型換熱器：

16、蒸汽流量2100kg/h

17、蒸汽進口溫度535℃

18、蒸汽出口溫度372℃

19、蒸汽進口壓力94.9bar絕對壓力(abs)

20、蒸汽出口壓力94.7bar絕對壓力

21、蒸汽露點307℃(出口壓力下)

22、氨流量1155kh/h

23、氨進口溫度160℃

24、氨出口溫度380℃

25、氨管的內(nèi)徑81mm

26、氨管的長度24.3m。

27、進行下面的測試2、3、4(根據(jù)本發(fā)明)和5(對比測試)，保持蒸汽和氨的相同初始供給條件(蒸汽出口條件的小數(shù)點第二位變化，這不影響蒸汽再利用的假設(shè))，但是改變夾套管的內(nèi)管的內(nèi)徑以便優(yōu)化換熱器的尺寸，因為內(nèi)徑的變化涉及換熱表面、流體速率和停留時間的變化。

28、測試2：

29、氨管的內(nèi)徑50.8mm

30、氨管的長度22m

31、測試3：

32、氨管的內(nèi)徑24.6mm

33、氨管的長度25m

34、測試4：

35、氨管的內(nèi)徑21.6mm

36、氨管的長度27m

37、測試5(對比)：

38、氨管的內(nèi)徑17.4mm

39、氨管的長度37m

40、上述測試能夠確定，對于所考慮的氨流速(它對應(yīng)于三聚氰胺合成設(shè)備運行所需的氨的量)，利用夾套管過熱換熱器來獲得最佳的換熱條件，其中內(nèi)管的內(nèi)徑范圍為24.6mm至50.8mm，它對應(yīng)于夾套管的長度能夠從25m至22m變化，這些值與目前現(xiàn)有技術(shù)所假設(shè)的值相反，能夠通過只利用顯熱來使用過熱蒸汽，不過并不排除它隨后用于為渦輪機提供動力。

41、而且，上述測試2-4的這種內(nèi)徑/長度的組合也能夠優(yōu)化設(shè)備的成本，因為從設(shè)備總成本(增加管自身的厚度)和該過程成本的角度來看，對于相同長度的管使用更大的內(nèi)徑效率更低，在相同的流速和溫度下，該過程由于使用過熱蒸汽而能夠使用成本比電過熱器低得多的夾套管換熱器。

42、使用這種類型的蒸汽實際上導(dǎo)致零能量成本。

43、通過連續(xù)優(yōu)化在反應(yīng)段中所需的氨消耗，也可以實現(xiàn)上述目的，氨消耗的減少量使得過熱蒸汽的使用將經(jīng)濟和安全。

44、因此，在過熱蒸汽已經(jīng)存在于設(shè)備內(nèi)作為過熱蒸汽的情況下，或者通過從三聚氰胺設(shè)備中存在的爐的煙氣中回收熱量(例如通過從用于加熱反應(yīng)器的爐的煙氣中回收熱量)而使已經(jīng)存在于設(shè)備中蒸汽過熱，根據(jù)本發(fā)明的方案都能夠使用過熱蒸汽來使得三聚氰胺合成設(shè)備所需的氨過熱。

45、因此，該方案是特別有利的，因為它能夠使用設(shè)備中已經(jīng)存在的熱源，不再產(chǎn)生co2，且它能夠使用簡單的裝置作為氨的過熱換熱器，而不需要在電過熱器中存在的附加服務(wù)機器(變壓器、風扇、用氮氣加壓等)，它相對于使用電過熱器具有更低的成本，且消除了如前所述與使用熔融鹽過熱器相關(guān)的風險。

46、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)三聚氰胺的設(shè)備，該設(shè)備包括用于由尿素生產(chǎn)三聚氰胺的至少一個反應(yīng)器以及用于將反應(yīng)熱和過熱氨供給至少該反應(yīng)器的加熱組，該加熱組包括熔融鹽回路和過熱氨供給單元，該過熱氨供給單元又包括至少一個蒸發(fā)換熱器和過熱換熱器，所述單元的特征在于：

47、過熱換熱器包括與熔融鹽回路分離的至少一個加熱源，該分離的加熱源是過熱蒸汽，

48、該過熱換熱器是由兩個同心管組成的夾套管，其中，內(nèi)管適合由要過熱的氨流穿過且密封的外管或夾套適合由過熱蒸汽穿過，以及

49、所述內(nèi)管的內(nèi)徑的范圍為20mm至85mm，對應(yīng)于夾套管的長度范圍相應(yīng)為30m至20m。

50、根據(jù)本發(fā)明的用于生產(chǎn)三聚氰胺的設(shè)備有利地實現(xiàn)了上文關(guān)于用于三聚氰胺生產(chǎn)設(shè)備的加熱組所述的技術(shù)效果。

51、在上述方面中的至少一個方面中，本發(fā)明可以具有至少一個以下優(yōu)選特征；以下優(yōu)選特征能夠特別根據(jù)需要來彼此組合，以便滿足特定的應(yīng)用要求。

52、過熱換熱器是由兩個同心管組成的夾套管，其中，內(nèi)管適合由要過熱的氨流穿過，且密封的外管或夾套適合由過熱蒸汽穿過：因此，它包括兩個同心管，氨(在內(nèi)管中)和過熱蒸汽(在密封的外管或夾套或套管中)在這兩個同心管中流動，其中，換熱器再與獨立于熔融鹽回路或電能的熱源進行熱耦合。

53、過熱換熱器的熱源優(yōu)選是已經(jīng)存在于三聚氰胺合成設(shè)備中的過熱蒸汽，或者也可選擇，它是已經(jīng)存在于三聚氰胺設(shè)備中的特別過熱的蒸汽。

54、使用夾套管作為過熱換熱器提供了獲得均勻熱分布的優(yōu)點，從而避免了在氨處理情況下特別危險的局部過熱。

55、優(yōu)選是，氨在其中流動的內(nèi)管由耐氨材料制成。

56、更優(yōu)選是，耐氨材料是具有高鎳含量的合金。

57、這樣，有利地保證了過熱換熱器由適合承受設(shè)備的操作條件的材料來制造。

58、蒸發(fā)換熱器優(yōu)選是使用在三聚氰胺生產(chǎn)設(shè)備中可獲得的蒸汽作為加熱流體。

59、使用已經(jīng)存在于系統(tǒng)中的加熱流體能夠有利地整體節(jié)省整個系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。

60、熔融鹽回路優(yōu)選是包括循環(huán)泵、熔融鹽罐和加熱爐，其中，循環(huán)泵至少產(chǎn)生從罐到加熱爐、從加熱爐到反應(yīng)器以及從反應(yīng)器到罐的熔融鹽流，而并不通過過熱換熱器。

61、因此，有利地保證了熔融鹽不向過熱換熱器發(fā)送，從而避免了熔融鹽與管道(氨在該管道中在過熱器內(nèi)流動)的任何接觸。

62、通過下面參考附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細說明，將更清楚本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點。

63、當要使用由特定組合具體產(chǎn)生的優(yōu)點時，在各個構(gòu)造中的不同特征能夠根據(jù)先前所述根據(jù)需要來彼此組合。