尿素生产原理、工艺流程及工艺指标上课讲义

尿素生产原理、工艺流程及工艺指标 1.生产原理 尿素是通过液氨和气体二氧化碳的合成来完成的，在合成塔D201中，氨和二氧化碳反应生成氨基甲酸铵，氨基甲酸铵脱水生成尿素和水，这个过程分两步进行。 第一步：2NH3＋CO2 NH2COONH4＋Q 第二步：NH4COONH2 CO（NH2）2＋H2O－Q 第一步是放热的快速反应，第二步是微吸热反应，反应速度较慢，它是合成尿素过程中的控制反应。 1、2工艺流程： 尿素装置工艺主要包括：CO2压缩和脱氢、液氨升压、合成和气提、循环、蒸发、解吸和水解以及大颗粒造粒等工序。 1、2、1 二氧化碳压缩和脱氢 从合成氨装置来的CO2气体，经过CO2液滴分离器与来自空压站的工艺空气混合（空气量为二氧化碳体积4%），进入二氧化碳压缩机。二氧化碳出压缩机三段进脱硫、脱氢反应器，脱氢反应器内装铂系催化剂，操作温度：入口≥150℃，出口≤200℃。脱氢的目的是防止高压洗涤器可燃气体积聚发生爆炸。在脱氢反应器中H2被氧化为H2O，脱氢后二氧化碳含氢及其它可燃气体小于50ppm，经脱硫、脱氢后，进入压缩机四段、五段压缩，最终压缩到14.7MPa（绝）进入汽提塔。 二氧化碳压缩机设有中间冷凝器和分离器，二氧化碳压缩机压缩气体设有三个回路，以适应尿素生产负荷的变化，多余的二氧化碳由放空管放空。 1、2、2 液氨升压 液氨来自合成氨装置氨库，压力为2.3 MPa(绝),温度为20℃,进入液氨过滤器,经过滤后进入高压氨泵的入口,液氨流量在一定的范围内可以自调,并设有副线以备开停车及倒泵用.主管上装有流量计.液氨经高压氨泵加压到18.34 MPa(绝)，高压液氨泵是电动往复式柱塞泵，并带变频调速器，可在20—110%的范围内变化，在总控室有流量记录，从这个记录来判断进入系统的氨量，以维持正常生产时的原料N/C（摩尔比）为2.05:1。高压液氨送到高压喷射器，作为喷射物料，将高压洗涤器来的甲铵带入高压冷凝器，高压液氨泵前后管线均设有安全阀，以保证装置设备安全。 1、2、3 合成和汽提 生产原理：合成塔、气提塔、高压甲铵冷凝器和高压洗涤器四个设备组成高压圈，这是本工艺的核心部分，这四个设备的操作条件是统一考虑的，以期达到尿素的最大产率和最大限度的热量回收。 从高压冷凝器底部导出的液体甲铵和少量的未冷凝的氨和二氧化碳，分别用两条管线送入合成塔底，液相加气相物料N/C（摩尔比）为2.9—3.2，温度为165--172℃。 合成塔内设有11块塔板，形成类似几个串联的反应器，塔板的作用是防止物料在塔内返混。物料从塔底至塔顶，设计停留时间1小时，二氧化碳转化率可达58%，相当于平衡转化率90%以上。 尿素合成反应液从塔内上升到正常液位，温度上升到180--185℃，经过溢流管从塔下出口排出，经过合成塔出液阀（HPV2201）汽提塔上部，再经塔内液体分配器均匀地分配到每根气提管中，沿管壁成液膜下降，分配器液位高低，起着自动调节各管内流量的作用，尿液在气提管均匀分配并在内壁形成液膜下降，内壁液膜是非常重要的，否则气提管将遭到腐蚀，由塔下部导入的二氧化碳气体，在管内与合成反应液逆流相遇，气提管外以蒸汽加热，合成反应液中过剩氨及未转化的甲铵将被气提气蒸出和分解，从塔顶排出，尿液及少量未分解的甲铵从塔底排出，气提塔出液温度控制在165--174℃之间。塔底液位控制在40--80%左右，以防止二氧化碳气体随着液体流至低压分解工段造成低压设备超压。 从气提塔顶排出185--189℃的气体，与新鲜氨及高压洗涤器来的甲铵液在14.22 MPa(绝)下混合一起进入高压冷凝器顶部。高压冷凝器是一个管壳式换热器，物料走管内，管间走水用以副产蒸汽，根据副产蒸汽压力高低，可以调节氨和二氧化碳的冷凝程度。但要保留一部分气体在合成塔内冷凝以便补偿在合成塔内甲铵转化为尿素所需热量，而达到自热平衡。所以把控制副产蒸汽压力作为控制合成塔温度、压力的条件之一。 生成的甲铵，已冷凝的和未冷凝的氨和二氧化碳被导入到合成塔的底部，在这里，发生了甲铵转化为尿素、氨和二氧化碳反应生成氨基甲酸铵两个最主要的反应，转化和加热合成塔中的溶液所需的热量由附加的氨和二氧化碳的冷凝热来提供。 从合成塔顶排出的气体，温度约为180--185℃，进入高压洗涤器，在这里将气体中的氨和二氧化碳用加压后的低压吸收段的甲铵液冷凝吸收，然后经高压冷凝器再返回合成塔，不冷凝的惰性气体和一定数量的氨气，自高压洗涤器排出高压系统，进入低压吸收塔吸收后，直接放空。 甲铵吸收冷凝的热量被管间的调温冷却水带走，调温水从110℃升到125℃，并由高压洗涤器循环水冷却器调节到110--120℃，经高压洗涤器循环水泵循环使用。 从合成塔至高压洗涤器的管道，除设有安全阀外，还装有分析取样阀，通过对气相的分析，测得气相中氨、二氧化碳和惰性气体含量，从而可以判断合成塔的操作是否正常。 1、2、4 循环 来自气提塔底部的尿素—甲铵溶液，经过气提塔的液位控制阀LPv—2202，减压到0.25—0.35 MPa(绝),溶液中41.5%的二氧化碳和69%的氨得到闪蒸，并使溶液温度从175℃降到107℃，气液混和物喷到精馏塔顶，精馏塔上部为填料塔，起着气体精馏作用，，下部为分离器，经过填料段下落的尿素—甲铵液流入循环加热器。循环加热器用高压冷凝器副产的0.4 MPa(绝)蒸汽加热。温度升高到135--138℃，甲铵进一步分解，而后进入精馏塔下部的分离器分离。液体经液位控制阀LIC2301流入闪蒸槽，气体上升到精馏塔填料段，精馏后的气体导出精馏塔与部分回流液、解吸液和液氨混合送到浸没式低压甲铵冷凝器。在此，两相并流上升进行吸收，吸收时产生的热量，被冷凝器中冷却水带走，冷却水温从55℃升到65℃。此冷却水经低压甲铵冷凝器循环水泵送低压甲铵冷凝器循环冷却器冷却后循环使用。气液混合物从浸没式低压甲铵冷凝器上部溢流到低压甲铵冷凝器液位槽，液体从液位槽底导出，经高压甲铵泵升压到16.0 MPa(绝)，送入高压洗涤器顶部，高压甲铵泵是往复泵，采用变频调节甲铵流量。液位槽分离出的气体，经低甲冷液位槽气相阀TPV2302阀进入常压吸收塔，经填料段，被来自低压吸收塔和常压吸收塔循环泵经循环冷却器冷却后的氨水喷淋吸收，未能被吸收的惰性气体，经吸收塔放空筒放空。 1、2、5 蒸发 出精馏塔底部的尿素溶液，经液位槽液位控制阀LIC2301减压后送到闪蒸槽，压力为0.056 MPa(绝)，温度从135℃降到91℃，有相当一部分NH3、CO2和水闪蒸出来，闪蒸气与一段蒸发分离器气相一并进到一段蒸发冷凝器，冷凝液相进入氨水槽，不凝气体经一段蒸发喷射器抽出放至大气。 离开闪蒸槽的尿液，温度约为90--95℃，浓度约为72%进入尿液槽，通过尿液泵经流量控制阀FPV2401进入一段蒸发器加热段，用加蒸汽阀PPV2401控制低压蒸汽对其进行加热，使尿素进一步浓缩，气相进入一段蒸发冷凝器，液相约95%的尿液，通过熔融尿素泵送到大颗粒造粒系统。 1、2、6 解吸和水解 入氨水槽的蒸发闪蒸冷凝液，含有一定量的NH3，少量CO2和少量尿素，这部分氨水分别用两台泵打出循环利用，由低压吸收塔循环泵打出的氨水分成三路，一路进入低压吸收塔作吸收剂，一路作一段蒸发器气相管线的冲洗用水，一路进入一段蒸发器作冲洗用水。由解吸塔给料泵打出的氨水也分成三路：一路去精馏塔气相，一路与解吸塔气相混合冲洗回流冷凝器，一路经解吸塔换热器，加热到117℃送到第一解吸塔上部，解吸出氨和二氧化碳，解吸塔的操作压力为0.27--0.3 MPa(绝)，出第一解吸塔的液体，经水解给料泵加压到2.0 MPa(绝)经水解塔换热器换热后，进入水解塔的上部，水解塔的下部通入2.4 MPa(绝)的蒸汽，使液体中所含的少量尿素水解成氨和二氧化碳。气相进入第一解吸塔上部，液相经水解塔换热器换热后温度为137℃，进入第二解吸塔上部，操作压力为0.3 MPa(绝)，塔下部通入0.4 MPa(绝)的蒸汽进行解吸，塔底温度为145℃，从液相中解吸出来的氨和二氧化碳及水蒸汽，直接导入第一解吸塔的下部，与第一解吸塔的液体进行质热交换，出第一解吸塔的气体，含水小于40%。在回流冷凝器中冷凝，冷凝液一部分作为回流液回流到第一解吸塔的顶部，进行质热交换，以减少出塔气相的水含量，另一部分冷凝液，送到低压甲铵冷凝器，未被冷凝的气体进入常压吸收塔，进一步回收氨和二氧化碳后放空，在第二解吸塔解吸后的液体含氨小于50ppm，尿素小于50ppm，经解吸塔换热器换热和废水冷却器冷却后送出尿素界区。 1、2、7 大颗粒 置于19m处的甲醛贮槽利用静压送甲醛（37%）至熔融泵进口与135℃、浓度96%的尿素溶液混合，经PV211减压到0.15—0.25Mpa,进入造粒机喷嘴。 来自流化空气风机VV101压力为600mmH2O的流化空气，把晶种由流化床多孔板上吹起，由雾化风机CR101来的温度为135℃、压力为0.045 MPa左右的雾化空气，将由尿液喷嘴喷出的尿液雾化，形成约5μm的小液滴，小液滴在流化床温度为105--110℃情况下，凝结到流化状态的晶种上，随着小液滴的不断凝结，尿素颗粒不断增大，增大到要求粒度时，就会掉到多孔板上，由于多孔板开孔为斜向前开，在尿素颗粒流化状态的同时，它还慢慢向前运动，达到要求的尿素颗粒被流化空气吹到造粒机冷却室冷却到70℃，经液位调节阀LV2213出造粒机。 经造粒机出来的尿素颗粒，由振动给料机均匀振动输送到安全筛SV101上，又送到第一流化床冷却器冷却至70℃左右，由斗提机经分料阀将颗粒送往振动筛SV102A、SV102B，在此尿素分成三类：大颗粒送破碎机，破碎成小颗粒和从振动筛分料器筛下的小颗粒混合，回造粒机作晶种，合格品经换向器送往最终产品冷却器BFC102，在产品冷却器内由循环冷却水将尿素颗粒冷却至45℃以下，经皮带送往包装。 造粒机、第一流化床冷却器、斗提机、振动筛产生的粉尘经除尘风机VV105送入造粒冷却洗涤器，用界外来的脱盐水和洗涤器循环贮槽来的洗涤液进行洗涤。 来自三通阀冲洗、振动筛分料器、破碎机料斗、第一流化床冷却器、造粒机、安全筛、SR101和各种排放的尿液、尿素回收到循环槽SR103，由蒸汽喷射泵EJ101将喷射0.4MPA（绝）的低压蒸汽将回收尿素加以溶解和加热，浓度达到40%时，用尿液回收泵PC103返回到尿液槽，循环槽产生烟气由抽出风机VV109送到洗涤室加以洗涤回收。 洗涤室洗涤尾气经丝网除沫器除液后，经洗涤器抽风机VV102抽到放空筒S-751放空。、 1、2、8 蒸汽系统 主要由透平机抽出的2.5 MPa、285℃的过热蒸汽进入界区后通过高压蒸汽进汽阀PV2904直接进入高压蒸汽饱和器F213，在高压蒸汽饱和器F213中过热蒸汽将变成1.5—2.0MPa、219℃的饱和蒸汽，用于汽提塔E204的加热。 高压蒸汽饱和器的蒸汽冷凝液减压进入中压蒸汽饱和器产生0.8 MPa的饱和中压蒸汽，用于夹套伴管蒸汽和高压甲铵冷凝器安全阀保温蒸汽，部分2.2MPa的过热蒸汽对其进行补充。 0.4MPa低压蒸汽一部分产生于高压甲铵冷凝器侧低压汽包，压力低时可由2.5 MPa蒸汽和0.8 MPa蒸汽补充，压力高时，可由放空阀HPV2901放空，它用于精馏塔循环加热器，蒸汽喷射泵，解吸塔加热及伴管保温和安全阀吹扫蒸汽。