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1、第一章 尿素生产概述1.1尿素生产的原理尿素的合成原料是氨和二氧化碳，这两种原料均来自合成氨装置。尿素合成的条件为：188，15.6MPa，进料氨与二氧化碳的物质的量比是3.6，水与二氧化碳的物质的量比是0.672。一般认为在合成塔尿素的反应分以下两部进行第一步，氨基甲酸铵的生成。反应式为： 第二步，氨基甲酸铵脱水。反应式为：1.2尿素生产的方法 由于这两个反应都是可逆反应，因此氨与二氧化碳不可能全部转化为尿素。在工业生产条件下，二氧化碳转化率仅在50%-70%之间3。为了分离和回收未反应的氨和二氧化碳，可将合成熔融物加热分解，使气体逸出。但要将逸出的氨与二氧化碳全部或部分返回合成塔重新合成尿
2、素，这就出现了各种不同的流程。有循环法，半循环法和全循环法。全循环法又可以分为热气全循环法、矿物油全循环法、气体分离全循环法、水溶液全循环法及汽提全循环法。气提全循环法又可以分为二氧化碳汽提法、氨汽提法和双汽提法。第二章 斯那姆氨汽提工艺2.1工艺基本原理 汽提是使尿液中的甲铵按下述反应分解为和的过程：这是一个可逆体积增大的反应4。我们只要能够供给热量，降低压力或降低气相中和某一组分的分压都可使反应向右方进行，以达到分解甲铵的目的。汽提法是在保持压力与合成塔相同的条件下，在给热量的同时采用降低气相中和某一组分的过程。当温度为T时，纯态甲铵的离解压力与各组分（和）的分压的关系按以上化学方程式可作
3、如下表示：设总压力为Ps则从反应式中可以看到氨分压为2/3Ps二氧化碳分压为1/3Ps如反应式在温度为t时的平衡常数为Kt，则: 假如氨和二氧化碳之比不是按2：1状态存在，在温度仍为t时，它的总压力为P，其各组分的分压为：的分压的分压和分别为气体中氨，二氧化碳的分子分数这样反应式在温度为t时平衡常数应为：温度相同，平衡常数应相等，所以当温度为t但纯甲胺在某一固定温度下离解力为不变的常数C，所以从此式可以看出，当趋近于1时，则必趋近于0，就趋近于0，则趋近于无限大，就是说当甲铵液用二氧化碳气体通入，气相中几乎全为二氧化碳时（=1）P趋于无限大，即甲铵的离解压力近于无限大，我们知道如果甲铵在某温度
4、下的离解压力大与操作压力，甲铵就会得到分解，现分解压力为无限大，大于固定操作压力，所以液相中甲铵就进行分解，这就是二氧化碳气提法分解甲铵的理论基础5。2.2工艺特点（1）高高转化率合成塔入口物料中为3.3-3.6，塔内操作温度186-189,操作压力约15.5MPa，的单程转化率可达65-67%。（2）热利用率高能耗低a.采用钛材的降模式氨气提塔，操作温度高达205左右，气体效率高，从而减轻了下游工序的分解负荷，降低了共用物料的消耗。b.中压分解气的冷凝热，用于真空预浓缩器蒸发尿液；低压分解气和解吸气在液氨预热器加热液氨；蒸汽冷凝液用于高压甲铵泵后加氨液加热。这些措施相当于节省蒸汽约400kg
5、/t尿素。使蒸汽和冷却水的消耗降低。另外，工艺冷凝液经处理后，可直接作为锅炉给水使用，也相应减少了操作费用。(3)操作弹性大年运转率高6由于该装置的防腐性能好，可在40%的生产负荷下稳定运行，封塔时间可达4天也不需要排放，事故排除后即可快速开车，提高了装置的运转率。本装置的年运转天数可达340天左右。(4)设备水平布置尿素合成工段采用了高压喷射器作为抽吸循环甲铵液的动力，使得合成塔高压设备直接坐落于地面上，无需高层框架。使安装和维修费用降低。(5)操作安全性强 气提塔使用钛材以及反应物料中较高的，使得系统中需加入的防腐空气量减少，这样，在中低压系统排出的混合气中含量较低，避免生成爆炸性混合气体
6、。同时，也相应减少了惰性气中的氨损失。(6)污染小 经高效解吸和深度水解后，液体排放物得到净化处理，工艺冷凝液中铵和尿素含量降至1ppm以下，可直接回收利用，同时，由于采用高质量的造粒喷头及自然通风技术，造粒排放气体中尿素粉尘含量在20kg/以下，对周边环境造成的污染变得很薄弱。（7）流程长，设备多，相互制约性强，控制点多，技术素质要求高7。2.3工艺流程图 工艺流程图见图2-12.4工艺流程简介2.4.1原料供给 本装置的两种原料均来自合成氨装置。液氨压力不低于2.2MPa,温度40。进入尿素界去的液氨存贮在液氨贮槽V105（通过位于其上的氨 回收塔C105喷洒下来），再经过两台串联的泵打如
7、高压系统。第一台是氨升压泵P105，出口压力2.2MPa，第二台是氨高压泵P101（两级离心泵），进一步加压到高压系统所需压力。高压液氨在氨预热器E107中预热至95，同时回收了低压气体的冷凝热。预热后的高压液氨压力为21.9MPa，作为氨基甲酸铵喷射器L101的动力，将循环的氨基甲酸铵液（氨基甲酸铵分离器V101压力为14.7MPa）一并带入尿素合成塔R101底部。从合成氨装置进入界区的二氧化碳气体，温度不高于40，压力为0.4MPa，经二氧化碳压缩机入口液滴分离罐V111分离清除雾滴后进入由蒸汽透平驱动的双缸四段离心式二氧化碳压缩机K101，加压至15.9MPa。段与段之间有中压冷凝器，但
8、末级出来的二氧化碳气不经冷却直接送入尿素合成塔R101。在二氧化碳压缩机入口分离器V111后的管线时，加入一定量的空气，以钝化高压系统不锈钢设备的表面，使其免受反应物和产物的腐蚀8。2.4.2高压合成、汽提、回收尿素合成条件为：188，15.6 MPa，精料氨与二氧化碳的物质的量之比是3.6，水与二氧化碳的物质的量之比是0.67。略高于物料计算值（氨与二氧化碳的物质的量比是3.5，水与二氧化碳的物质的量比是0.669）。尿素合成塔内发生如下的化学反应：1R101-合成塔 V101-甲铵分离器 E101-汽提塔 E104-甲铵冷凝器 V102-中压分离器 E102-中压分解器 C101-中压吸收
9、塔 V103-低压分离器 V106-碳铵液槽 C-101-中压吸收塔 C-103中压惰洗塔 C105-氨回收塔 C103-中压惰洗塔 V104-真空预浓缩分离器 E113-真空预浓缩器 V107-第一真空分离器 V108-第二真空分离器 C102-解吸塔 E116-解吸塔预热器 E117-水解器预热器 R102-水解器 P115-水解器给料泵 P106-尿素溶液泵 P108-尿素熔融泵 P101-高压氨泵 P105-氨升压泵 P107-氨液泵 E103-低压分解图2-1 氨汽提尿素工艺流程图Fig2-1 The figure of urea ammonia stripping process
10、在此条件下反应在液相进行，以原料二氧化碳利用率表示转化率约60-65%10。为了回收未反应物，离开尿素合成塔的反应混合物流入与合成塔同压的氨气提塔E101。混合液向下流动时因受热而有氨逸出，利用逸出的氨作为汽提剂，又是二氧化碳逸出。分解与汽化所需热量，由饱和蒸汽供给，压力为2.20-2.40MPa。由气去汽提塔E101出来的气体，与中压系统返回的碳铵液（先经高压碳铵液泵P102增压并在预热器E105预热）汇合，一并进入高压氨基甲酸铵冷凝器E104，在此几乎全部冷凝下来。其冷凝热用于副产0.35MPa蒸汽。氨基甲酸铵冷凝器E104出来的混合物进入氨基甲酸铵分离器V101进行气液分离。液相称氨基甲
11、酸铵液，经喷射器L101返回合成塔。未冷凝的气体主要是惰气（空气），亦含有一定量的氨和二氧化碳，在压力控制下送往中压分解器E102A/B的下部。高压系统主要设备是合成塔R101、气提塔E101、氨基甲酸铵冷凝器E104和氨基甲酸氨分离器V101。2.4.3中压回收离开汽提塔底部的尿液，虽已经汽提出相当数量的未反应物和，但还需要进一步回收和提纯.本流程回收提纯系统分三级，即中压1.8MPa（绝压）级低压0.45MPa（绝压）级真空0.035MPa（绝压）级11离开气提塔底部的尿液减压到1.7MPa，进入降膜式中压分解器E102，同时，高压系统少量未冷凝气体（自分离器V101）亦进入E102A/B
12、的下部。中压分解器E102分两部分：尿液减压首先进入它的顶部分离器V102，将闪蒸出来的气体排走，然后流体流入未于其下的管束，即分解部分，使残留的氨基甲酸铵受热而继续分解。所需热量来自两部分：壳体上部（E102A）是0.47MPa、160的蒸汽12；壳体下部（E102B）是来自汽提塔壳侧的2.2MPa蒸汽冷凝液，并补充有一定量同压蒸汽，以满足热量要求。离开中压分解器E102的液体送低压系统。离开中压分解器顶部E102的气体与来自低压系统的碳铵液（经中压碳铵液泵P103加压）汇合，然后送往真空预浓缩器E113的管间部分，在此进行气体的吸收，而放出的吸收和冷凝热用来蒸发尿液。离开真空预浓缩器E11
13、3管间部分的气液混合物，送往中压冷凝器E106进一步冷却。此时放出的热量已无法利用，被冷却水带走。离开中压冷凝器E106的气液混合物进入中压吸收塔C101。塔的下部是鼓泡段，在此用碳铵液吸收。未被吸收的气体继续上升到蒸馏段，与喷淋下来的液氨（来自氨贮槽V105）和氨水（来自中压降膜吸收塔E111）相遇。气体中的CO2几乎全部被吸收下来。塔顶得到纯的气氨，但包括进入系统的惰性气体和微量CO2（20-100mL/m3）。塔底溶液经P102升压，再经高压预热器E105预热，送往高压系统。 中压吸收塔C101顶部出来的气氨和惰气进入氨冷凝器E109并进入液氨贮槽V105。液氨用氨升压泵P105打回中压
14、吸收塔C101，作为回流。前已指出，来自合成氨装置的原料液氨也是存贮在氨贮槽V105中的，但它先进入氨贮槽V105上方的氨回收塔C105，从塔顶喷淋下来，与氨贮槽排出的气体接触，然后才进入氨贮槽。泵P105打出的液氨除一部分作为中压吸收塔C101回流外，还有一部分经高压泵P101送入高压系统。液氨贮槽V105中的气体，除惰气外还有一部分气氨，它从C105顶部排出，送入中压降膜惰气吸收塔E111和其尚存的惰其洗涤塔C103（由三块浮阀塔板组成）。蒸汽冷凝液从C103顶部喷下吸收气氨，接着又进入E111管束，以降膜形式吸收气氨。E111为一换热器，用冷却水把吸收热带走。从洗涤塔顶部排出的气体经压力
15、控制器排放到烟囱，一般基本不含氨。E111底部的氨水用泵P107回到吸收塔C101。2.4.4低压分解回收及真空预浓缩离开中压分解器E102底部的溶液，为进一步提纯尿素和回收未反应的氨和二氧化碳，再次减压到0.35MPa,并进入将模式低压分解器E103。E103的结构于中压分解器E102类似，上方是顶部分离器V103，释放出来的闪蒸气在此排出。液体流到下方分解部分的管束中，进一步受热分解，所需热量由管间的0.35 MPa饱和蒸汽压提供。离开分离器V103的气体与来自解吸塔C102的气体汇合，通过冷凝和回收的方法回收。首先在氨预热器E107换热，然后是在低压冷凝器E108受到冷却和冷凝。前者利用放出的热量来预热原料液氨，后者的热量则被冷却水带走。气液混合物送到碳氨液贮槽V106。气体由此进入位于V106上方的低压惰气洗涤塔C104.用蒸汽冷凝液清洗，经压力控制器排入烟囱V113。此惰性气体实际不含氨。清洗液流流入贮槽V106。 贮槽V106中的碳铵液用中压碳铵泵P103抽出，一部分送回中压系统（与中压分解器气体汇合去真空预浓缩器E113的壳侧回收热能），但
