尿素生产工艺简介ppt课件.ppt

52万吨尿素装置培训课件制作：黄庆祥,中海石油天野尿素装置培训内容,中海石油天野设计能力年产30万吨合成氨52万吨尿素,日产1760吨尿素。 1996年建成并于12月17日投产。装置运行最好水平： 最高日产量：2006T ； 最高年产量：610260T；长周期最长为：103.2天 ；长周期A级最长为：88天 ；年平均氨耗最好为：572Kg/T本装置采用意大利斯纳姆公司氨气提工艺技术，主要工序有二氧化碳压缩工序、尿素合成和高压回收工序、中低压甲铵分解和回收工序、尿素浓缩及造粒工序、工艺冷凝液处理工序。尿素装置涉及的化工物料有液氨、CO2气体、甲铵、尿液等，具有易燃易爆、高温高压的生产特性 。,一、中海石油天野尿素装置简介,尿素，英文Urea，化学分子式为CO(NH2)化学名称是碳酰二胺，结构式是： 由于最初得自哺乳动物的尿液中，故俗称尿素。,二、尿素的性质及作用,1.尿素的物理性质,二、尿素的性质及作用,尿素的分子式为CO(NH2)2。分子量60.06。纯尿素为无色、无味、无嗅的针状和棱柱状晶体。尿素易溶于水、无水液氨、甲醇、乙醇和甘油中。溶解度随温度升高而增加。 尿素在水中能水解，但在60以下水解速度极缓慢随温度升高，水解速度加快。80l小时水解率为0.5，110每小时水解率上升为3。水解反应如下：CO(NH2)2H2O = NH4COONH2 =2NH3CO2这正是尿素合成的逆反应。,二、尿素的性质及作用,2、尿素化学性质,尿素在高温下可以缩合，生成缩二脲，缩三脲和三聚氰酸等。反应式是2 CO(NH2)2 （缩二脲）NH3NH2CONHCONH2CO(NH2)2= NH2CONHCONH2 =NH2CONHCONHCONH2（缩三脲）NH3NH2CONHCONHCONH2 = (HCNO)3（三聚氰酸）NH3 缩二脲是针状结晶，熔点193。尿素作为肥料施用时，缩二脲含量要严格限制，否则将伤害种子幼芽。但尿素作为尿醛树脂原料时，对缩二腺含量无严格要求。,二、尿素的性质及作用,3.尿素的用途:1). 尿素主要用途是作化学肥料。纯尿素含氮量为46.65，远高于硝铵、硫铵和碳铵。其物理性能，如比较地不易结块，施肥较方便等也优于其它化学肥料。尿素为中性速效肥料，不含对土壤有害的酸根，长久施用也不会使土壤板结和酸化。除氮素外，尿素中CO2亦可供作物吸收利用（其它化肥只有碳铵如此）。尿素还可和磷肥，钾肥等组合，成为复合肥料，俗称复肥。是目前极受农民欢迎的抢手的肥料。,二、尿素的性质及作用,3.尿素的用途: 2).尿素中氮虽不是蛋白质形态，但可作为牛羊等反刍动物的辅助饲料、尿素和青饲料的碳水化物一起，经胃液作用，可以转化为蛋白质。对牛羊催长、催肥。 3).尿素在工业上亦有广泛用途。尿素甲醛树脂用于生产塑料、漆料、胶合剂等。此外，木材加工，医药（巴比妥、利尿剂、洁齿剂），涂料（三聚氰胺），炸药（稳定剂），炼油（脱腊剂）染料等生产中也用到尿素。,二、尿素的性质及作用,尿素的制备有其历史的发展过程：（一）.实验室发展史：1 8世纪70年代，首次用酒精萃取动物尿液的蒸干残渣，得到了白色固体物，即尿素。19世纪20年代，测定了尿素的组成；1828年，佛勒在实验室里用氨和氰酸合成制得尿素，反应式为： NH3+HNCO = (NH2)2CO 1868年巴比札罗夫在密封管中加热氨基甲酸铵制得了尿素；NH4COONH2 = (NH2)2CO+H2O该反应即为现代工业生产尿素的第二步反应，即氨基甲酸铵脱水转化为尿素；,三、尿素生产工艺发展历史,尿素的制备有其历史的发展过程：（二）.工业发展史： 20世纪20年代在德国首次出现了以NH3和CO2为原料的现代的尿素工业合成方法。其反应分为两步，第一步NH3与CO2生成氨基甲酸铵；第二步，氨基甲酸铵脱水转化为尿素，即 NH4COONH2 =(NH2)2COH2O由于设备及严重的腐蚀问题，未能扩大生产。,三、尿素生产工艺发展历史,1不循环法 这是20世纪30年代成功的最早的尿素的连续的生产方法该法将合成的尿液，采用一次减压分离，解吸出的NH3和CO2进去副产硫铵或碳化氨水这一流程，每生产1吨尿素，副产约4吨硫铵。因而大大限制了尿素的生产规模。,三、尿素生产工艺发展历史,2半循环法： 这是20世纪50年代开发出的尿素连续的生产方法。该法将NH3、CO2合成反应生成的尿液，在两个压力等级下进行两次解吸分离。回收第一次较高压力下分离出来的NH3和CO2返回合成系统循环利用，而将较低压力下第二次分离出的NH3和CO2送去制造硫铵或碳化氨水。这种流程每生产1吨尿素副产约2吨硫铵。半循环法优于不循环法，但仍未能使全部原料NH3和CO2均转变为尿素。,三、尿素生产工艺发展历史,3全循环法： 20世纪60年代水溶液全循环法取得了成功。 全循环法是将未转化为尿素的NH3和CO2从合成的尿液中降压（加热）分离，再加以回收，且全部返回尿素合成系统循环利用。全循环工艺由于构成封闭循环，不但原料充分利用，而且生产能力也大大提高。 据未反应物的分离及回收方法的不同，全循环法又可分为如下各种工艺；,三、尿素生产工艺发展历史,1）气体全循环法： （1）热气体循环法：将未转化为尿素的NH3和CO2经降压，加热从尿液中分离，并在热状态下直接加压，返回合成系统循环利用。热压缩的目的是为防止生成碳铵结晶堵塞管道和设备，但由于操作温度较高既增大了功耗又加剧了腐蚀。,三、尿素生产工艺发展历史,（2）气体分离全循环法：将未转化为尿索的NH3和CO2经降压，加热从尿液分离出来，并用选择性吸收剂吸收NH3或CO2，再行解吸，并分别压缩解吸气和未被吸收之气体，返回合成系统中去。可以推断，由于多出了选择性吸收、解吸，且又分别压缩，流程变得复杂，动力消耗亦较大。,三、尿素生产工艺发展历史,2）水溶液全循环法：将从尿液中分离出来的NH3和CO2混合气，用一定量水吸收为水溶液用泵输返尿素合成塔。如所周知该条件下的泵的功耗会比压返气体的压缩机功耗小的多该法根据如水量的不同又分为两种；一是加水量较多，H2OCO2 （摩尔比）近于l的碳酸铵盐水溶液全循环法；二是加水量较少，吸收后基本呈甲铵溶液，故而称之为氨基甲酸铵溶液全循环法。考虑到系统的水平衡和能耗，加水量较少的氨基甲酸铰溶液全循环法更为优越。,三、尿素生产工艺发展历史,我国的中型尿素厂均属此类。另外，荷兰的斯太米卡邦（Stamicarbon）水溶液全循环法及日本三井东压溶液全循环改良C法等亦属此类。 上述之水溶液全循环法，仍是将未转化为尿索的NH3和CO2分等级的降压、升温加以分离再吸收为水溶液，继之加压泵回合成系统，各法功耗不同，但总要耗功，能否将未反应的NH3和CO2的大部分在合成压力下“等压”分离返回合成系统呢?倘能如此，无疑将会大大降低尿素生产的能耗，这正是汽提全循环法的出发点。,三、尿素生产工艺发展历史,3）汽提全循环法：该法是用合成尿素的原料CO2气或NH3气（或联尿生产中的变换气）在与合成“等压”（由于系统阻力稍低于合成压力）条件下将未反应的NH3和CO2逐出尿液，并在高压下冷凝为甲铵溶液返回合成系统。由于冷凝液的压力只稍低于尿素合成塔的压力，则返回合成的动力可以是稍高一些的液位差，或者是以高压原料液氨为动力的机械喷射装置将其增压。因此大大节省了循环的动力。,三、尿素生产工艺发展历史,汽提全循环法还因其冷凝压力高，冷凝温度亦高。冷凝热可以用来生产低压蒸汽，且数置相当可观；供应尿液的浓缩有余。而在低压分离时，冷凝热不但不能生产蒸汽，还需消耗大量冷却水移走热量，高压汽提全循环工艺的节能意义是显而易见的。,三、尿素生产工艺发展历史,在合成等压下，用CO2汽提的全循环法以荷兰的斯塔米卡邦CO2汽提工艺为代表，70年代前引进的装置.用NH3汽提的全循环法，以意大利的斯纳姆普罗吉提NH3汽提工艺为先趋，中国的濮阳，锦西、天野化工、天华、建峰、九江、兰化、海南富岛一期均选用了斯纳姆氨汽提工艺，后面我们将做全面深入分析。,三、尿素生产工艺发展历史,与传统的CO2 汽提工艺流程的比较如图3 、4所示。,四、池式甲铵冷凝器流程,3,4,其主要特点是将传统的立式降膜式甲铵冷凝器改为卧式鼓泡式甲铵冷凝器,称之为池式冷凝器,其结构如图5。,四、池式甲铵冷凝器流程,图5 池式冷凝器,工艺介质由原来走管程改为走壳程,管程改走蒸汽和蒸汽冷凝液,冷凝液用泵强制循环。壳侧为高压筒体,内衬316L (UG) 不锈钢(可松衬或带极堆焊)。U 形管束焊接在堆焊Cr25Ni22Mo2耐腐蚀层的碳钢管板上,采用内孔焊方法。壳侧内有横向挡板、纵向导流板和汽提气分布器,材质均为Cr25Ni22Mo2。此结构设计可以使气液接触界面大大增加,且进入的气体在连续的液相中起剧烈的搅动作用,大大提高了传质和传热的速率。,四、池式甲铵冷凝器流程,由于池式冷凝器壳侧有一定的容积,使得在此设备内已有达平衡转化率60 %的尿素生成,由于溶液中有了尿素(含量25 %) 而使溶液的沸点升高,即冷凝温度升高,比传统CO2 汽提工艺的冷凝温度可提高约5 ,更有利于传热。,四、池式甲铵冷凝器流程,五、池式反应器流程,6,在池式冷凝器流程成功运行的基础上,将池式冷凝器适当加大容积,即相当于把原来立式的尿素合成塔躺倒接在池式冷凝器上,同时高压洗涤器也与此设备联成一体,这样,甲铵冷凝器、尿素合成塔和高压洗涤器3台设备合而为一,称之为池式反应器,其结构如图7所示。整个高压合成系统仅有2台高压设备,大大简化了流程、控制和配管,可降低投资。,五、池式反应器流程,五、池式反应器流程,7,五、池式反应器流程,池式反应器结构形式和材料与池式冷凝器完全一样,只是高压筒体加长,以增加容积满足尿素反应所需停留时间。,高压洗涤为了安全的原因,取消了鼓泡的列管冷却段,只设填料清洗段,使设备进一步简化。此设备分为氨和二氧化碳生成甲铵的冷凝段和甲铵脱水生成尿素的反应段。汽提气、循环甲铵液和原料液氨分别导入,壳侧内的液体在导入的汽提气强烈搅动下形成内循环,其流动模型如图8。,8,池式反应器流程的实现除具有池式冷凝器流程所具有的各项优点外,还具有如下特点:(1) 由于甲铵冷凝器、合成塔和高压洗涤器3台设备合而为一,此设备水平布置在尿素工艺框架19m 楼面上。因此,框架高度进一步降低至仅约28m ,大大降低了土建和管道的投资。(2) 反应器内的径向挡板,可防止溶液的返混。因此,反应更趋近于平衡转化率,正常操作条件下,CO2 单程转化率可达60 %61 %。(3) 合成回路物料的流动完全靠位差,取消了液氨喷射泵这一专利设备,同时氨泵出口压力也由16MPa 降至与合成系统压力一样,可节省部分电耗。,六、流程对比及特点,六、流程对比及特点,(4) 高压系统简化后,开车升温钝化和停车封塔更简单易行和平稳。开车升压曲线如图8 所示,不再出现合成塔出料时,各操作参数出现突变的过程。,七、Avancore尿素工艺概念,Avancore尿素工艺是基于完全采用Safurex材料并在Urea 2000+ 工艺基础上开发的。Urea 2000+工艺的基础是采用池式冷凝器和池式反应器，大大降低了装置框架的设计高度。采用池式反应器的装置框架高度已经降低到离地面只有22 m，装置生产规模达到3700 td。 由于生产规模增大后，池式反应器的设备体积和质量都较大，受运输条件限制，斯塔米卡邦的工艺概念设计为当装置生产规模达到2300 td以上时，仍保留垂直安装的尿素合成塔，当生产规模低于2300td时则用1台池式反应器替代2台高压设备(池式冷凝器和尿素合成塔)。,斯塔米卡邦开发了Avancore尿素工艺，以期达到如下目的：最少的工厂建设投资；最少的工厂操作费用；保持高的产品质量、低放空损失、装置连续运行周期长；工厂维护简单。 Avancore尿素工艺装置是基于完全采用Safurex材料。Safurex材料具有非常好的抗腐蚀性能，在183无氧的尿素合成反应物料环境中，75d的腐蚀试验表明，Safurex材料的年腐蚀速率仅为005mm，而Bc05材料的年腐蚀速率超过30mm。由于采用Safurex材料，设备可以在无氧条件下运行，因此新设计的尿素装置已经没有了空气鼓风机、脱氢反应器、高压洗涤器及其调温水系统、高压氨喷射器等设备。,七、Avancore尿素工艺概念,高压洗涤器取消后，在流程设计上采用了中压洗涤替代高压洗涤，这一概念来源于科威特石化工业公司(PIC)的尿素装置改造，该技术还将应用到在建的内蒙古鄂尔多斯化肥项目。,七、Avancore尿素工艺概念,图4为PIC尿素装置改造后的高压系统流程，装置能力从1050td提高到1750td。改造前为传统的斯塔米卡邦尿素工艺，高压圈没有汽提塔，后面带中压分解循环系统。改造中，增加了二氧化碳汽提塔，将甲铵冷凝器改为池式冷凝器，保留液氨喷射器。因增加了二氧化碳汽提塔，汽提效率得到提高，中压分解循环系统可以取消；又因设备材料全部采Safurex ，故取消了高压洗涤器，并利旧中压分解循环系统作为高压尾气的洗涤系统以降低改造费用。由于原合成塔安装在地面上，为了保证高压圈内液体靠重力流动，将池式冷凝器的安装位置改到合成塔的上部(以前通常的设计是冷凝器和合成塔底部处在相同的安装平面)。将少量CO2直接送人合成塔，目的是维持合成塔的自热平衡，因大部分尿素反应已在池式冷凝器中完成。,七、Avancore尿素工艺概念,七、Avancore尿素工艺概念,图4 . PIC尿素装置改造后的高压系统流程,八、Avancore尿素工艺流程描述,斯塔米卡邦从科威特PIC尿素装置的改造中形成了Avancore尿素工艺概念，其流程如图5。,图5 Avancore尿素工艺流程,因采用无氧操作，池式冷凝器冷凝反应比较完全，部分CO2直接送入合成塔，所以出池式冷凝器的气体量比较少，这部分气体通过压力控制阀减压到18MPa进人中压洗涤系统；出汽提塔的含尿素溶液仍进入低压分解循环系统。,九、Avancore尿素工艺流程描述,高压设备全部采用Safurex 材料(Sandvik工厂材料交货期为48个月)，设备腐蚀显著减轻；很多项目不需要做检测，只需要目测即可，设备检测周期建议6a检测1次。高压系统开车实现氨和CO2同步投入；升温速率可以提高，因Safurex材料有与碳钢相同的膨胀系数。取消了空气鼓风机和脱氢反应器，高压系统做到无氧操作，反应系统惰性气少，操作安全性提高。取消了高压洗涤器，用中压洗涤系统替代高压洗涤系统。高压圈物料仍采用重力流动，且取消了液氨喷射器。尿素合成塔和汽提塔均安装在地面，而池式冷凝器安装在合成塔顶部。采用Avancore工艺概念的尿素装置框架高度仍可以保持在22m以内,十、Avancore尿素工艺特点,1、配有与合成塔等压的氨气提塔，氨气提分离出的NH3和CO2，在合成压力下冷凝返回合成塔，其冷凝热可以产生低压蒸汽。 2、尿素合成采用较高NH3/CO2，高NH3/CO2减轻了设备腐蚀，钝化空气量得以减少，从而减少了放空气中的氨损失和爆炸危险。 3、在合成回路中采用液氨为动力的喷射器来循环甲铵，节省投资，运行稳定。 4、气提塔使用钛材，允许在200度条件下操作，提供了高压回路分解效率。 5 、设立中低压两段未反应物回收，操作弹性大。,十一、斯纳姆氨汽提工艺特点,认识和掌握尿素生产工艺抓住两条主线，其一是合成的尿液、分离净化、蒸发浓缩、造粒、直到产出尿素产品，其二是回收：高压（等压）汽提气的回收，中压分解气的回收，低压分解气的回收。这中间还有能量方面的合理的搭配和科学利用的问题，简化图如下：,十二、氨汽提法生产的原则流程图,合成、分离净化、浓缩、造粒,十二、氨汽提法生产的原则流程图,回收：高压汽提气回收，中压分离气回收，低压分离气回收,十二、氨汽提法生产的原则流程图,十三、尿素装置工艺原理,6.1尿素合成原理尿素合成的化学反应主要是两个：2NH3（l）+CO2（g）= NH4COONH2（l）+32560Kcal/kmol(在1atm，25) (1)NH4COONH2（l） = CO(NH2)2(l)+H2O-4200kcal/kmol (2)一般认为尿素合成分两步完成，第一步是反应（1），液氨和气体CO2在液相中反应生成氨基甲酸铵（以下简称甲铵），是强放热反应，反应速度很快。瞬间即可达到平衡，而且在平衡条件下CO2转化成甲铵的程度很高。第二步是反应（2）,在液相中甲铵脱水生成尿素，是微吸热反应,反应速度较慢,要较长时间才能达到平衡,十三、尿素装置工艺原理,也不能使全部甲铵脱水转化成尿素，且必须在液相中进行。它是合成尿素过程的控制反应。由于反应（1）是体积缩小的反应，压力对甲铵生成速度有很大影响。如其他条件相同，生成速度几乎与压力的平方成正比，在一定范围内，提高温度也能提高甲铵的生成速度，纯甲铵在153才熔化，但当液相中有水存在时，其熔点降低。118以下时，甲铵几乎不溶于液氨，只有当118.5以上甲铵才能生成并大量溶解于液氨中.这些条件决定了操作中的工艺选择和合成塔升温和封塔时最低温度的要求.尿素的生成从生成尿素的反应式可知，液态甲铵在一定温度、压力条件下脱水生成尿素。,十三、尿素装置工艺原理,此反应是一个吸热可逆反应，是整个反应的控制步骤，由甲铵脱水反应速度曲线图（图1）看出，反应刚开始时，甲铵脱水的速度缓慢，当有尿素及水生成时，反应速度逐渐加快，其原因是尿素和水出现后降低了甲铵的熔点,起自催化的作用，使反应速度逐步加快。温度低于150时，甲铵脱水反应达到平衡时所需时间较长，其原因是温度低于甲铵熔点，反应在固相中进行，速度很慢。反应速度随温度的升高而加快,温度每增高10，反应速度约加快一倍。,十三、尿素装置工艺原理,尿素合成反应转化率的影响因素：在尿素工业中普遍采用CO2转化率来表示反应的完全程度，CO2转化率的定义是总共加入的CO2有多少转化为尿素的百分数。温度对CO2转化率的影响 液相甲铵脱水反应是吸热较少，速度较慢的反应。随着温度的升高，甲铵脱水反应平衡常数将增大，反应速度也增加，因此，提高温度有利于尿素的生成。但温度不能随意升高，温度与转化率的关系（如图2）表明，在某一温度下转化率有极大值，当超过此温度后，平衡转化率反而下降，这一现象可作如下解释：,十三、尿素装置工艺原理,尿素合成的总平衡常数K决定于甲铵离解平衡常数K1，当温度在一定范围以下时（190-200）甲铵脱水平衡常数K2随着温度的升高而增大，占总反应的主导作用，当温度在190-200以上时，随着温度的升高K1上升，占总反应的主导作用，即甲铵的平衡浓度下降，此时部分甲铵在液相中分解成为游离CO2和NH3，从而降低了CO2转化率。另外，受R-101材质防腐能力限制，温度不能超过190，否则，腐蚀加剧。过剩NH3对转化率的影响 过剩氨是以CO2为基准，超过化学反应计量的氨量，用NH3/ CO2(分子比)表示。,十二、尿素装置工艺原理,根据质量作用定律，增加反应物的浓度，反应向有利于生成物方向进行，所以过剩NH3的存在能够提高CO2转化率.但随过剩NH3的进一步增加，转化率增长幅度渐趋平缓。此外，过剩NH3可以与水反应成NH4OH降低水的活度，使平衡向生成尿素的方向进行。过剩NH3可以控制合成塔的自热平衡，维持最适合的反应温度；过剩NH3对防止物料对合成塔的腐蚀起到一定的限制作用；过剩NH3的存在还可以抑制副反应的发生，如减少缩二脲的生成，尿素水解等。其反应式为：2CO(NH2)2 = NH2 NH2CONHCONH2+NH3缩二脲CO(NH2)2+H2O = 2NH3+CO2,十三、尿素装置工艺原理,在通常工艺条件下，氨碳比每增加0.1，转化率提高0.5-1.0个百分点.随氨碳比的继续增高或温度的升高或水碳比的下降，其效果将降低。氨碳比的提高也有其不利的一面：第一，其它条件相同，物系的饱和蒸汽压随氨碳比升高而升高，因此需要提高合成的操作压力才能保持物系处于液态，这使得机泵负荷加重；第二，增加了未反应氨的循环量，增大了回收工序的负荷和能耗。H2O/CO2对转化率的影响水碳比是指进入合成塔的物料中水和CO2的分子比.由质量作用定律知.增加水即增加了生成物的浓度，所以水量增加会使CO2转化率下降。但在不同温度下，的影响也不一样。,十三、尿素装置工艺原理,资料表明H2O/CO2每增加0.1转化率要下降1.5-2.0%.但是，水的存在是不可避免的，一是甲铵脱水本身有水生成，二是返回高压系统的甲铵带有水，关键是控制合理水量。水碳比增加，可降低平衡压力，即可在较低压力下操作。在压力一定时，水的存在提高了液相物系的沸点，也提高了气相物系的冷凝温度，故在一定程度上提高了回收热能的品位，高压甲铵冷凝器可副产较高压力的蒸汽。合成塔压力对转化率的影响在生产中，合成塔的操作压力要大于平衡压力，否则氨就会从液相中逸出。液相中过剩NH3减少，可使甲铵分解，转化率下降。而平衡压力值是随物料组份、温度不同，以及操作条件的变化而变化的。,十三、尿素装置工艺原理,图3说明压力与温度的关系。图4说明压力与组份NH3/CO2的关系。,十三、尿素装置工艺原理,十三、尿素装置工艺原理,十三、尿素装置工艺原理,十三、尿素装置工艺原理,原料CO2中惰性气体含量对转化率的影响惰性气体量增加，其分压增加，降低了NH3和CO2分压，改变了塔内气液平衡.从而造成转化率下降。有关资料显示：惰性气体增加1%，转化率下降0.3-0.6%。另外，惰性气体增加对中、低压回收不利，增加氨损失；惰性气体增加易使尾气组份进入爆炸区；惰性气体增加CO2压缩机打气量增加，多耗蒸汽。所以必须提高CO2纯度，减少惰性气体含量。反应时间对转化率的影响对不能进行到底的反应，延长反应时间有利于反应趋向平衡，并以平衡为极限。但反应时间过长，反应速率将下降。因此，确定反应时间应兼顾两方面。反应时间在设备设计时已确定，在生产过程中不能人为改变。,十三、尿素装置工艺原理,6.2汽提原理合成塔出来的尿液混合物中,过剩的氨在汽提塔受热释放出来,使气相中的氨分压增加,气相中的二氧化碳分压降低,原来的气液平衡被打破,使液相中的二氧化碳不断析出到气相,从而使甲铵分解,如此连续进行一个过程,达到了氨自身汽提的目的。6.3分解原理对于汽提后的溶液中仍有少量未转化生成尿素的甲铵和过剩氨，由于甲铵的生成反应是放热和体积缩小的过程，所以甲铵分解是体积增大，吸热的反应，因此，减压加热有利于甲铵分解，同时升高温度使氨和二氧化碳在溶液中的溶解度大大降低，使氨和二氧化碳从尿素溶液中分离出来。,十三、尿素装置工艺原理,6.4吸收原理氨和二氧化碳吸收过程是一个气体溶解在液体中的物理过程，同时又是伴有化学反应的化学吸收过程，其反应式为：2NH3+CO2 NH2COONH4+Q氨与二氧化碳不但有化学反应产生，而且吸收过程是体积减小的过程，所以增加压力有利于氨与二氧化碳生成甲铵，同时能加快吸收速率。由于NH3和CO2在吸收过程中溶解和生成甲铵是一个放热的过程，所以降低温度有利于吸收的进行。6.5解吸原理解吸是吸收的逆过程。氨和二氧化碳在水中的溶解度随温度升高而降低，随压力降低而降低，利用蒸汽直接加热使得氨和二氧化碳从水中析出，所以解吸采用提高温度，降,十三、尿素装置工艺原理,低压力的方法进行。6.6水解原理尿素的水解就是氨和二氧化碳生成尿素的逆反应，其反应式为：CO(NH2)2+H2O 2NH3+CO2-Q这是一个吸热的反应，升高温度有利于水解反应的进行；减少生成物氨的浓度有利于水解反应的进行；停留时间长，水解反应进行的更完全，所以装置采用3.8MPa(A)的过热蒸汽做为水解器的热源，同时采用先将工艺冷凝液中的氨解析出来再进行水解的方式和设计较长的停留时间来实现工艺冷凝液中的尿素彻底水解。6.7蒸发原理液体被加热到沸腾而气化的过程叫蒸发。尿素溶液蒸发是,十三、尿素装置工艺原理,将尿液加热到沸腾，使其中的水汽化而与尿素分离的过程。由于尿素在高温下缩合的特性及浓缩过程中工艺条件限制，采用较高的温度将使尿素中的缩二脲含量增加，所以采用真空，以降低水的沸点，这样可使能量的利用率提高，又减少发生不良的副反应。缩二脲生成反应：2CO(NH2)2NH2CONHCONH2+NH36.8 二氧化碳压缩机机组工作原理该机组是将合成氨装置送来的纯度为97.5%以上，压力0.14MPa(A)的二氧化碳气体，经二氧化碳压缩机四段压缩至15.7MPa(G)后送至尿素合成塔。,十三、尿素装置工艺原理,尿素装置防腐用的钝化空气由压缩机二段入口加入，经压缩机压缩后一并进入尿素合成塔。,十三、尿素装置简单工艺流程,7.1二氧化碳压缩工序将界区外来的压力为0.14Mpa(A)，温度为35的二氧化碳气体经压缩机K101四段压缩后,压力为15.7Mpa(G),温度为113送入尿素合成塔。在K101一段出口加入钝化空气，使混合气体中的氧含量为0.250.35%(V),用以在钝化反应器内不锈钢衬里表面,防止腐蚀。 在二氧化碳压缩机二段出口设有甲醇洗涤塔,用水洗去二氧化碳气体所夹带的甲醇,使二氧化碳气中的甲醇含量小于150ppm。从二氧化碳压缩机透平中抽出2.35Mpa(g),323的蒸汽,供汽提塔使用。透平蒸汽冷凝液送到界区外。,十三、尿素装置简单工艺流程,7.2 尿素合成和高压回收工序液氨、二氧化碳和返回的氨基甲酸铵在压力为15.3Mpa(G),温度为188,NH3/CO2=3.23.8；H2O/CO2=0.50.7的条件下,合成反应生成尿素.反应方程式如下:2NH3+CO2NH4COONH2+Q1NH4COONH2CO(NH2)2+H2O-Q2总的反应是放热反应,二氧化碳转化率大于62%。未生成尿素的氨和二氧化碳，一部分以氨基甲酸铵的形态存在，一部分以游离氨的形态存在。在合成等压的条件下，在气提塔内被2.17MPa 的饱和蒸汽加热分解和析出。,十三、尿素装置简单工艺流程,分解和析出的氨和二氧化碳和从中压返回的甲铵在甲铵冷凝器内冷凝，经甲铵喷射器抽送返回合成塔。甲铵冷凝器壳侧副产0.34Mpa(G)的低压蒸汽供尿素装置使用。7.3 中低压甲铵分解和回收工序7.3.1在1.7Mpa(G)压力下的中压分解及回收工序:在中压分解器内,用0.49Mpa(G)增压蒸汽和2.17Mpa(G)的蒸汽冷凝液加热到158,使溶液中的氨和二氧化碳析出,尿素溶液浓度从45.23%(W)增浓到62.64%(W)。析出的氨和二氧化碳混合气经真空预浓缩器热利用，在中压吸收塔内被吸收后，以甲铵形式返回高压合成工序。未被吸收的氨在氨冷凝器内冷凝后，再返回系统使用。,十三、尿素装置简单工艺流程,7.3.2在0.34Mpa(G)压力下的低压分解及回收工序:在低压分解器内,用0.34Mpa(G)的低压蒸汽加热到138,使残余的氨和二氧化碳析出。尿素溶液增浓到69.93%(W)。析出的氨和二氧化碳与工艺冷凝液处理工序出来的氨和二氧化碳冷凝成碳铵液，由P-103泵，一部分送往中压回收工序，另一部分送往低压回收工序和解析工序。7.4 尿素浓缩及造粒工序分为真空预浓器、一二段浓缩及造粒。在0.034Mpa(A)的压力下,在真空预浓缩器闪蒸后残余的氨和二氧化碳析出。闪蒸汽进入真空冷凝系统。所需热量由一段分解气和碳铵液供给。经0.034Mpa(A),128下的一段浓缩和0.003Mpa(A)138二段浓缩,尿液浓度增浓到99.75%(W)以上。,十三、尿素装置简单工艺流程,用熔融尿液泵将99.75%(W)以上的尿液送上造粒塔,经喷头喷洒在造粒塔内制成粒状尿素。真空冷凝系统的工艺冷凝液送往工艺冷凝液处理工序。7.5工艺冷凝液处理工序在蒸馏塔的上部，将冷凝液中的氨和二氧化碳解析出来。在水解器中，在压力为3.7Mpa(G)236的条件下,尿素水解。反应方程式如下：CO(NH2)2+H2ONH3+C02在蒸馏塔的下部，用增压蒸汽将水解器出液中的氨和二氧化碳析出，使处理后的工艺冷凝液中的NH3含量为13ppm,送往界区外。析出的氨和二氧化碳进入蒸馏塔上部，一起返回低压精制及回收工序。,工 艺 流 程 框 图,高压系统,中压系统,低压系统,蒸发系统,水解解析系统,CO2,NH3,尿液,尿液,尿液,工艺冷凝液,成品尿素,NH3CO2H2O,H2O,碳胺液,甲铵液,十四、尿素装置详细工艺流程说明,8.1尿素合成和高压回收由合成氨装置来的压力2.0MPa，温度28的液氨经S-103过滤后通过氨回收塔C-105进入到氨接收槽V-105中，再经P-105增压后送往P-l01升压至22.4MPa(G)。液氨在进入R-101之前，先在E-107预热至94，热量来自V-103的气相和C-102的解吸气，然后在PIC-1022的控制下用作L-101的驱动液体，在此，将来自V-101的甲铵加压到大于合成压力，从R-101底部进入，在R-101里和CO2反应。来自K-101的15.7MPa、12O的CO2,经HV-1005控制进入R-101,在K-101一段出口加入少量(02:0.25-0.35%)空气，使设备及管道的不锈钢表面钝化，从而保护其不被反应物和产物腐蚀。,十四、尿素装置详细工艺流程说明,尿液经R-101顶部溢流管出来，进入中压蒸汽(2.17MPa)加热的降膜式汽提塔E-101，混和物呈降膜流下而被加热，溶液中的CO2量由于从溶液中沸腾逸出的氨汽提作用而减少，尿液送往中压系统。E-101出气和P-102来的高压甲铵一同进入E-105，并在此冷凝，冷凝热在E-105壳侧产生0.34MPa蒸汽，E-105出口气液混和物进入V-101分离，分离的液相经L-101循环回R-101，分离的气相(不凝性气体，少量的NH3、CO2)在压力调节阀PIC-1021A/B控制下送往L-102进一步回收或放空。,十四、尿素装置详细工艺流程说明,十四、尿素装置详细工艺流程说明,8.2 中压、低压尿素的提纯和回收离开E-101底部的尿液，通过LV-1011减压至1.7MPa(G)进入V-102，此设备分三层，上层是分离器，中部为分解器，下部为储槽。进入V-102减压闪蒸后的气相去中压吸收塔C101。离开V-102的气体(富含NH3，CO2)被P-103来的碳铵液吸收后进入E-113壳侧，加热其管侧尿液，冷凝后的气液混和物进入E-106，进行再次冷凝，其出口温度被调节阀TIC-1026控制在80。来自E-106的混和物进入C-101进行吸收、精馏。C-101是泡罩型塔盘，塔上部有来自P-107的氨水，用来吸收CO2。同时，来自P-105的纯液氨，以消除被氨饱和的残余在惰气中的CO2和H2O，其流量由FIC-1010控制，C-101的,十四、尿素装置详细工艺流程说明,底部溶液用P-102送往E-104，被C-102来的工艺冷凝液预热后，返回到合成回收系统。从C-101顶部出来的氨气，连同惰气经E-109被循环水部分冷凝后，液相和气相均送往V-105，被氨饱和的情气离开V-105进入C-105，含有残余氨的惰气，送入E-111冷凝，并与来自E-110的水逆流接触，吸收气氨，吸收热由E-111的冷却水带走，E-111底的氨水由P-107送C-101作吸收顶部CO2用，出C-103的惰气在PIC-1026控制下，送排气系统进行排放。L-102的尿液经液位阀LV-l014减压至0.34MPa送低压系统V-103,此设备分为三部分，上部为分离器V-103，中部为换热器E-103，下部为储槽。溶液进V-103后闪蒸，闪蒸汽与C-102出,十四、尿素装置详细工艺流程说明,来的工艺汽混合，首先进入E-107被部分吸收和冷凝后，再送E-108进行冷凝，冷凝热被E-108的冷却水带走。含有残余惰气的液体送V-106并经P-103送出回收，一部分与V-l02气相汇合去E-113，另一部分作C-l02顶部回流。含有NH3、CO2的惰气进入E-l12与来自C-104的蒸汽冷凝液接触，吸收残余的NH3和CO2，液相返回V-106，气相经PIC-1033控制放空。,十四、尿素装置详细工艺流程说明,十四、尿素装置详细工艺流程说明,十四、尿素装置详细工艺流程说明,8.3尿素浓缩为了得到颗粒尿素，必须将尿液浓缩至99.75%，因此设有一段，二段真空浓缩系统。L-103的尿液经液位阀LV-1022减压后，在0.034MPa(A)压力下膨胀进入真空预浓缩系统V-104，闪蒸后气相送往真空冷凝液系统，液相经E-113加热分解甲铵后，收集在下部L-104内，经P-106送蒸发系统。来自P-106的尿液经LIC-1023控制送往E-114，由E-114出来的气液混和物再进入V-107气液分离后，气体被L-105真空系统抽走。一同抽走的还有V-104气相。分离后的液相进入二段真空蒸发系统的E-115，操作压力为0.003MPa(A)，气液混和物进入V-108分离，分离后的气体被L-106真空系统抽走，液相收集在L-107，经P-108送造粒系统，一、二段蒸发所需热量由0.34MPa(G)蒸汽提供。,十四、尿素装置详细工艺流程说明,十四、尿素装置详细工艺流程说明,8.4尿素造粒 来自P-108的熔融尿素经LV-1025控制送往造粒喷头 L-109，L-109的转速控制在180-290rpm，离开L-109的颗粒尿素与冷空气逆向接触，使之固化，落在造粒塔底部的尿素经刮料机送往皮带系统最后去成品包装。,十四、尿素装置详细工艺流程说明,尿素包装工 艺 流 程 框 图,十四、尿素装置详细工艺流程说明,8.5工艺冷凝液处理来自蒸发真空系统的含有NH3、CO2、H2O、ur的工艺冷凝液收集在T-102，以及来自整个工艺系统的密闭排放收集在T-104中后经P-116泵送往 T-102，T-102中的工艺冷凝液经P-114送往C-102，在送入C-102之前经C102下塔出来的152的解吸水在E-116、E-117进行了预热，由于工艺冷凝液中含有尿素，因此经C-102塔初步将工艺冷凝液中的氨解吸后，由P-115送往R-102进行水解，R-102、C-102出来气体与V-103的气体混和在一起，经E-107、E-108冷凝后回收进入V-106，由R-102出来的水解液经E-118冷却后，在液位调节阀的控制下进入C-102下塔进一步气提脱除残余NH3、CO2。,十四、尿素装置详细工艺流程说明,C-102的气提蒸汽为0.49MPa(G)的增压蒸汽，其流量由FV-1015控制，在R-102中尿素的水解，所需的热量由3.7MPa(G)的蒸汽提供，其流量由FV-1016控制。已净化的工艺冷凝液从C-102底出来作为E-116、E-117的热源，再经P-117送往界区外供水车间。,十四、尿素装置详细工艺流程说明,十四、尿素装置详细工艺流程说明,8.6蒸汽系统从界区来的蒸汽一路作为DSTK-101的驱动蒸汽，一路作为R-102中尿素水解用蒸汽，此蒸汽等级为3.7MPa(G)，370来自DSTK-101的抽汽压力为2.35MPa(G)温度为323的过热蒸汽，去V-109饱和，产生2.17MPa(G)的饱和蒸汽，此蒸汽用作E-101加热和产生0.49MPa(G),158增压蒸汽。在E-105产汽不够用时，可通过PV-1047补汽，等级为0.34MPa(G),147，此蒸汽广泛用于加热，抽一、二段真空，伴热，保温，吹扫，以及蒸汽富余时，给透平注汽作功等。8.7冲洗管网来自界区的脱盐水进入V-110，液位由LV-1035A/B控制，从V-110来的脱盐水经P-110升压后，分别由PV-1042，,十四、尿素装置详细工艺流程说明,PV-1045控制，产生0.9MPa(G)，2.25MPa(G)的低压及中压冲洗水，另外从P-110出口再经P-111升压，由PV-1044控制产生17.5MPa(G)的高压冲洗水。8.8二氧化碳压缩流程8.8.1 二氧化碳气体流程从界区送来的压力大于0.14MPa(A)温度为35的CO2气体经切断阀进入一段入口分离器V111，分离掉气体中的水份后，进入压缩机一段压缩至0.59MPa、180，然后进入一段冷却器E119，在进冷却器之前，向气体中加入一部分钝化空气，使含氧量为CO2总量的.250.35%（V），在E