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1、尿素装置工艺流程介绍 三 工艺技术路线及流程 一 装置简介 二 生产方法及反应机理 目录 尿素装置是二十世纪七十年代从荷兰斯塔米卡帮公司引进的CO2气提法尿素生产工艺 于1976年建成投产 其以合成氨车间来的液NH3和CO2为原料 原设计日产尿素1620吨 2005年 通过引进荷兰Stamicarbon公司的并联中压技术对装置进行50 扩能改造 改造后装置的生产能力由原1620t d提高至2300t d 扩能改造项目中新增一套并联中压系统 CO2增压机K 103 高压氨泵P 104 高压甲铵泵P 501 及新蒸发系统 由于产品质量问题 停用 改造后的装置于2005年11月一次投料开车成功 一
2、装置简介 C 305 401J JS 201L S 311 P 304 P 703 P 411 S 412 402F 401F 402C 401C 702L 701L 705 L2 703C 702C 705 L3 705C E 713 E 712 E 714 J 712 J 713 J 714 J 715 303J 705 L1 V 307 701 C E 711 202C 706 C 702E E 107 E 106A E 106B R 101 102 C P 104 E 313 P 501 C 322 E 503 301J JS E 804 P 309 P 702 P 706 S 314
3、 P 707 302J JS 701 F P 705 102 J 104J JS C 803 C 801 C 804 P 801 P 802 V 801 P 804 C 802 V 501 201C E 803 E 801 303 C E 322 E 310A B 303 F E 802 S 411 LIC302 LIC203 LIC2101 LIC3201 LIC3202 LIC3301 LIC302 S 322 E 312 E 709 V 704 FIC3307 LIC3304 FIC3308 LIC3302 302EA 302C FIC1201 71 P 704 PIC309 HIC72
4、01 FIC7102 HIC8101 HV202 PIC3102 PIC3101 LIC3102 HIC3201 203 C 301 F 201 D LIC3203 FIC2102 E 411 E 412 FIC3201 S 501 C 501 301 E 302 F 301CA CB HV201 C 502 From 904J 1 尿素生产的方法尿素生产的化学反应主要分两步 第一步是液态NH3和CO2反应生成氨基甲酸铵 甲铵 2NH3 液 CO2 气 NH4COONH2 液 119 2千焦 摩尔 1 1 第二步是甲铵在液相条件下脱水反应生成碳酰二胺 尿素 NH4COONH2 液 CO NH2
5、 2 H2O 液 15 5千焦 摩尔 1 2 式 1 1 为甲铵的生成反应 是强放热 体积缩小的可逆反应 式 1 2 也称为尿素的生成反应 必须在液相下才能进行 是一个吸热的可逆反应 该反应进行得很缓慢 需要很长时间才能达到平衡 因此 在实际生产中 并不是所有的甲铵都能转化为尿素 而是只有一部分 转化率为55 60 二 生产方法及反应机理 2 反应机理 1 甲铵的生成反应甲铵的生成反应是一个体积缩小的强放热反应 根据化学反应的平衡原理 为使反应尽快地达到平衡 必须及时地移走反应生成的热 并且提高反应压力对加快反应速度有利 在实际工业生产中 根据高压甲铵泵的出口压力确定反应压力为13 5 14
6、5MPa 反应温度为140 150 由于反应放热 出液温度升高 与蒸汽冷凝液换热 冷凝后的温度为166 6 在这种条件下 实际上约有78 80 的NH3和CO2被冷凝成液体 二 生产方法及反应机理 2 尿素的生成反应尿素的生成反应是一个必须在液相中进行的 吸热的可逆反应 根据化学反应的平衡原理 在反应进行的过程中必须持续地供给热量 而且该反应进行地非常缓慢 不容易达到平衡 在实际的工业生产中 尿素生成反应的反应热是由未反应的NH3和CO2在合成塔内继续冷凝所放出的热量供给的 且反应温度越高越好 根据设备材质的耐用温度不超过190 确定操作温度为180 185 根据尿素生成过程的平衡压力图 考虑
7、到原料中4 体积的空气及惰气 最终确定反应压力为13 6MPa 生产方法及反应机理 3 低压分解与循环吸收系统 2 高压系统 4 0 7MPa吸收系统 5 并联中压系统 三 工艺技术路线及流程 6 解吸水解系统 1 原料NH3和CO2的压缩 7 蒸发造粒系统 1 原料NH3和CO2的压缩 原料液氨由合成车间送来 压力为2 2MPa 进入氨预热器101 C管侧加热到25 左右 液氨经氨预热器101 C加热后分为两路 一路进入高压氨泵104J Js往复泵 另一路进入高压离心氨泵P104 液氨通过氨泵将压力提高到16Mpa 高压离心氨泵P104出口流量由FIC1201调节 回流量由FIC1202调节
8、返回到界区 氨预热器101 C壳侧用闪蒸槽904 F底部来的低压蒸汽冷凝液作为加热介质 用调节阀TIC 152控制 出高压氨泵104 J Js或P104的液氨进入氨加热器102 C管侧加热后 经电磁阀XV 2101 氨截止阀送入高压喷射泵201 L 将高压甲铵洗涤器203 C来的甲铵液增压后 送入202 C的顶部 氨加热器102 C壳侧用闪蒸槽904 F顶部来的闪蒸蒸汽作为加热介质 用调节阀TIC 109控制 蒸汽冷凝液进入冷凝液贮槽905 F回收 1 原料NH3和CO2的压缩 1 原料NH3和CO2的压缩 原料二氧化碳由合成车间送来 经二氧化碳压缩机组压缩后送入加热器E106A E106B加
9、热 经脱氢反应器R101脱氢 冷却器E107冷却后分为两路 一路由电磁阀XV 2102控制进入汽提塔201 C底部 另一路由调节阀FIC 3201控制进入中压CO2气提塔C502底部 脱氢后的CO2中氢 氧含量由AIC1202指示 CO2加热器E106A壳侧采用高压甲铵洗涤器203C来的高压密闭水进行加热 由HIC1202控制加热器E106A出口CO2温度 出口进入一段蒸发加热器E411A壳侧 CO2加热器E106B采用2 4Mpa抽汽 由TIC1202控制CO2加热器E106B出口进入脱氢反应器R101的CO2温度 加热后蒸汽进入闪蒸槽904F CO2冷却器E107壳侧采用中压甲铵冷凝器E5
10、03来的中压密闭水进行冷却 由HIC1201控制冷却后的CO2温度 1 原料NH3和CO2的压缩 2 高压系统 高压系统主要由4台高压设备组成 高压汽提塔 201 C 高压甲铵冷凝器 202 C 合成塔 201 D 高压洗涤器 203 C 汽提塔 201 C 是直立管壳式加热器 离开CO2冷却器 E107 的CO2分两路 一路送往中压系统 另一路则进入高压汽提塔 201 C 的底部 离开合成塔 201 D 底部的大部分合成反应液在温度180 185 下进入汽提塔 201 C 的上部 经装在上部的液体分布器均匀地流入列管内 并以膜状沿管壁向下流动 CO2则从汽提塔 201 C 底部进入 向上流入
11、管束 将合成反应液中的NH3和CO2分离出来 并从汽提塔 201 C 顶部离开 进入高压甲铵冷凝器 202 C 顶部 分离的程度由汽提效率决定 本装置汽提效率设计值为80 2 高压系统 高压甲铵冷凝器 202 C 是立式管壳式热交换器 离开氨加热器 102 C 的液氨被送到高压喷射器 201 L 并作为喷射器的动力 抽吸高压洗涤器 203 C 来的浓甲铵液 混合后与来自高压甲铵泵 P501或301J JS 的部分甲铵液一道 进入高压甲铵冷凝器 202 C 顶部 来自汽提塔 201 C 顶部的气体也由高压甲铵冷凝器 202 C 顶部进入 气 液混合后沿高压甲铵冷凝器 202 C 的列管内壁往下流
12、 冷凝生成甲铵 且放出冷凝热和生成热 在高压甲铵冷凝器 202 C 中 液NH3与CO2不允许全部冷凝生成甲铵 大约只有78 左右的气 液被冷凝 剩余部分仍然以气体存在 以便在合成塔 201 D 中继续反应为下一步尿素合成反应提供热量 2 高压系统 在高压甲铵冷凝器 202 C 中生成冷凝热和生成热释放给壳侧的热水 用于生产副产品低压蒸汽 用作下游工艺处理的热介质 为了得到低压饱和蒸汽 还配置有四个低压蒸汽饱和器 201 FA D 简称汽包 以便将蒸汽中夹带的水分离出来 其过程是 锅炉给水泵 906J JS 将蒸汽冷凝液槽 905 F 中的蒸汽冷凝液送入汽包内 并利用液位调节的作用维持汽包内的
13、水位 水由下降管进到高压甲铵冷凝器 202 C 壳侧的底部 在传热的作用下 管内外温差可达20 以上 水在壳侧形成自然循环 饱和蒸汽则由汽包顶部送出 2 高压系统 合成塔 201 D 是一个串联型的立式高压反应器 它的内部空间被11块筛板分成相邻的12个小室 每一个小室的功能都相当于一个持续搅拌的罐式反应器 因为合成塔 201 D 是一个高的鼓泡塔 从塔底引进的气体就起到一种搅拌剂的作用 为达到最优化的混合效果 在每个小室中安装一个通风管 这样 就会产生较大的密度差 从而获得最优化的扰动效果 因此避免了死区的产生 这些 虹吸喷射 式筛板的设计方式可以避免产生沟流和返混现象 从而使反应器接近于理
14、想的连续混合罐式反应器 2 高压系统 来自高压甲铵冷凝器 202 C 的甲铵溶液与未冷凝的NH3和CO2由底部进入 在合成塔 201 D 中通过气 液混合发生吸热的尿素生成反应 反应所需要吸收的热量来自于引进的未冷凝的NH3和CO2继续发生的冷凝反应 在合成塔 201 D 中 甲铵转化为尿素的转化率为57 58 生成的尿素溶液从合成塔 201 D 中部的溢流管离开 大部分送往汽提塔 201 C 其余部分经液位控制阀LIC 2101减压至2 0MPa左右后送往中压系统 合成塔 201 D 中未反应的气体 除了NH3和CO2外还有O2 N2 H2等惰性气体 则从塔顶离开 去高压洗涤器 203 C
15、进一步处理 2 高压系统 离开合成塔 201 D 顶部的气体混合物经高压洗涤器 203 C 顶部的防爆空间后由高压洗涤器 203 C 的底部进入管侧 来自高压甲铵泵 P501或301J Js 的甲铵液也进入高压洗涤器 203 C 的底部 高压洗涤器 203 C 的下部是直立管壳式浸没冷凝器 气 液混合物通过冷凝器换热列管上升 使混合气中的NH3和CO2得到充分冷凝 冷凝热和反应热由列管外的高压密闭水带走 换热段液体进入上部溢流堰后 一部分经中心管又回到高压洗涤器 203 C 的底部 一部分液体外溢出去进入高压喷射器 201 L 吸入口 这就保证了冷凝器内充满着液体 使得气体与冷凝液能充分混合
16、从而避免了固体甲铵的生成 2 高压系统 为防止过度冷凝 高压洗涤器 203 C 壳侧采用130 的热水进行冷却 热水在一个封闭的加压系统中 用高压密闭水泵 902 J Js 循环 高压密闭水带走高压洗涤器 203 C 管侧的冷凝热和反应热后 先给CO2加热器 E106A 和新增一段蒸发加热器 E411A 的管侧介质加热 分别用于将CO2从110 加热至140 及将尿素溶液浓缩至约95 wt 然后经高压密闭水泵 902 J J 加压 再经泵出口处的高压密闭水冷却器 902 C 将剩余的热量吸收 最后返回至高压洗涤器 203 C 壳侧 这既合理地利用了热源 又减少了低压蒸汽的消耗 高压洗涤器 203 C 顶部未冷凝的气体通过调节阀HV 202减压后进入0 7MPa系统吸收塔 702 E 底部进一步吸收NH3和CO2 最后不凝气经调节阀PV 715控制由塔顶放空 2 高压系统 3 低压分解与循环吸收系统 3 低压分解与循环吸收系统 用稀氨水对低压尾气进行吸收 降低稀甲铵温度 储存低压冷凝后的甲铵液 通过循环水降低低压甲铵温度 加热尿液 对高压气提塔出液进行精馏 对精馏后尿液进行闪蒸 提高尿液
