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1、济源职业技术学院毕业设计（论文）济源职业技术学院 毕 业 论 文（设 计）（冶金化工系）题 目 年产10万吨水溶液全循环方法 生产尿素工艺设计 专 业 应用化工技术 班 级 化工0803 姓 名 苏雷 学 号 08120329 指导老师 苏小莉 完成日期 2010年6月25日-2010年10月10日 - 12 -书目摘 要- 1 -第一章 概述- 2 -1.1尿素生产意义- 2 -1.2尿素的生产方法- 2 -水溶液全循环法- 2 -汽提法- 3 -1.3水溶液全循环法和CO2汽提法两种方法的比较- 3 -水溶液全循环尿素工艺的优、缺点- 3 -1.3.2 C02汽提法尿素工艺的优、缺点- 4
2、 -1.4尿素的发展前景与展望- 5 -其次章 水溶液全循环法生产尿素- 7 -2.1尿素的物理化学性质和用途- 7 -尿素的物理性质- 7 -尿素的化学性质- 7 -尿素的用途- 7 -2.2尿素的生产原理- 8 -氨- 8 -二氧化碳- 9 -2.3尿素的工艺流程- 9 -尿素的工艺流程图- 10 -原料的净化与输送- 11 -二氧化碳脱硫与压缩原理- 11 -液氨的净化与输送- 11 -尿素的合成- 12 -中压分解与汲取- 12 -低压分解与汲取- 12 -尿素溶液的蒸发与造粒- 13 -第三章 物料衡算和热量衡算- 13 -3.1物料衡算- 13 -数据采集- 14 -基本物料衡算-
3、 14 -3.2热量衡算- 15 -数据采集- 15 -基本热量衡算- 15 -第四章 生产尿素的工艺条件及主要设备- 16 -4.1生产尿素的工艺条件- 17 -温度- 17 -氨碳比- 17 -水碳比- 18 -操作压力- 18 -反应时间- 18 -4.2生产尿素的主要设备- 19 -脱硫塔- 19 -合成塔- 19 -高压混合塔- 20 -中压分解加热塔- 21 -中压分解分别塔- 21 -中压汲取塔- 21 -氨冷凝器- 22 -低压分解精馏塔- 23 -低压汲取第一氨基甲酸铵冷凝器- 23 -低压汲取其次氨基甲酸铵冷凝器- 23 -致谢- 25 -参考文献- 26 -摘 要氮肥工业
4、是国民经济中的重要行业。尿素是氮肥中最主要的化肥品种，尿素占我国氮肥运用量的60%以上。2007年以来，由于尿素产能过剩，加之成本上升、出口受限，导致尿素生产旺季不旺，市场疲软，经济效益明显下降，行业亏损加剧。这种状况是影响氮肥工业发展多种因素共同作用的结果，是氮肥工业由扩张高峰期进入加速优化调整时期的重要标记，将对氮肥工业的将来发展产生重要影响，须要生产企业和国家有关政府部门赐予充分重视。本文主要阐述水溶液全循环法生产尿素工艺，及生产流程的介绍、工艺条件、生产设备的选用等。关键词：尿素；全循环；发展第一章 概述1.1尿素生产意义农业是国民经济的基础，肥料是保证农业生产不行缺少的基本生产资料。
5、建国以来，党中心、国务院特别重视化学肥料的发展，投入了大量资金，建设了各种不同类型的化学肥料厂，并制定相应扶植政策，有效地促进了化学肥料工业的持续发展。在化学肥料的氮肥诸品种中，尿素的发展是比较晚的，但是自投入工业生产以来，记得到快速的发展。特殊是六七十年头以来，尿素生产的速度和规模远超过任何其他氮肥。目前，全世界尿素产量占氮肥总产量（以氮计）的13以上，跃居首位，且还有接着增长的趋势。尿素工业化生产以来的百余年间，始终是肥料工业生产的主要品种。由于具有生产工艺简洁，生产操作易于驾驭；生产设备简洁制造，投资较省；施用后见效快，增产显著等特点。尿素在各种肥料新品种不断涌现的状况下产销量仍持高不下
6、。本设计介绍了尿素的性质、用途、生产方法和发展状况，具体描述了水溶液全循环法生产尿素的工艺流程，重点介绍了尿素的工业生产的过程 ，并对单位质量参与反应的原料进行物料衡算和热量衡算，以期获得低耗能、低污染、高产出的尿素生产工艺。1.2尿素的生产方法生产尿素的方法有很多种，20世纪60年头以来，全循环法在工业上获得普遍采纳，最常用的是水溶液全循环法生产尿素和二氧化碳气提法生产尿素。 合成氨生产为NH3和CO2干脆合成尿素供应了原料。由NH3和CO2合成尿素的总反应为：2NH3+CO2CO（NH2）2+H2O该反应是放热的可逆反应，转化率一般为50- 70%。按未反应物的循环利用程度，尿素生产方法可
7、分为不循环法、半循环法和全循环法三种。.水溶液全循环法20世纪60年头以来，全循环法在工业上获得普遍采纳。全循环法是将未转化成尿素的氨和二氧化碳经减压加热和分别后。全部返回合成系统循环利用，原料氨利用率达97%以上。全循环法尿素生产主要包括四个基本过程：氨和二氧化碳原料的供应及净化；氨和二氧化碳合成尿素；未反应物的分别与回收；尿素溶液的加工。其生产过程如图1-1所示。图1-1 全循环法生产尿素的工艺流程简图汽提法依照分别回收方法的不同主要分为水溶液全循环法、气提法等。水溶液全循环法是将未反应的氨和二氧化碳,经减压加热分解分别后，用水汲取生成甲铵或碳酸铵水溶液再循环返回合成系统。我国尿素厂多数采
8、纳水溶液全循环法。气提法是利用某一气体在与合成等压的条件下分解甲铵并将分解物返回合成系统的一种方法。按气提气体的不同又可分为二氧化碳气提法、氨气提法、变换气气提法。气提法是全循环法的发展，具有热量回收完全，氨和二氧化碳处理量较少的优点。此外，在简化流程、热能回收和削减生产费用筹方面也都优于水溶液全循环法是尿素生产发展的一种方向。本设计主要叙述讲解水溶液全循环法的有关内容。1.3水溶液全循环法和CO2汽提法两种方法的比较水溶液全循环尿素工艺的优、缺点水溶液全循环尿素工艺生产装置的静止高压设备较少，只有尿素合成塔及液氨预热器为高压设备，其他均为中压和低压设备，所以该尿素工艺生产装置的技术改造比较简
9、洁、便利，改造增产潜力较大3。氨碳比限制的较高，一般摩尔比为4.0左右，工艺介质对生产装置的腐蚀性较低，除尿素合成塔衬里为尿素级316L材质外，其他设备和管道运用316L不锈钢或一般不锈钢材质即可，所以对设备、管道用材料相对于二氧化碳汽提工艺来说要低一些。由于氨碳比限制的较高，二氧化碳气体中氧含量限制的较低，并且尿素合成塔操作压力为19.6MPa，操作温度为188190，所以水溶液全循环尿素工艺的二氧化碳转化率较高，一般能达到42%68%，经过尿素合成塔塔板的改造，有的企业已经达到68%以上。由于该工艺高压设备较少，高压系统停车保压时间可以达到24h，所以生产装置的中小检修一般可以在尿素合成塔
10、允许的停车保压时间内完成，削减了高压系统排放的次数，降低了尿素的消耗。由于氨碳比限制的较高，中低压分解系统温度限制适当，尿素产品质量较简洁限制，一般可以限制在优级品范围内。水溶液全循环尿素工艺生产装置的数量在我国现阶段尿素生产中占有肯定优势，经过该工艺尿素企业和科研、设计、制造等单位的共同努力探讨、探讨和生产实践阅历的积累总结，水溶液全循环尿素工艺生产装置从设计、建立、技术改造、工艺操作到生产综合管理都积累了相当丰富的阅历，是具有中国小氮肥企业特色的最成熟的尿素工艺4。但其缺点是：水溶液全循环尿素工艺生产装置的工艺流程较长，在操作调整方面不如CO2汽提法尿素工艺简洁、便利。由于氨碳摩尔比限制得
11、较高，一般稳定在4.0左右，并且未反应生成尿素的氨和二氧化碳气体全部要经过低压、中压循环汲取系统回收后再返回到尿素合成塔，液氨泵和一段甲按泵的输送量比较多，所以该工艺中液氨泵和一段甲按泵的台数较多，动力消耗较多。由于该工艺高压系统的操作压力高达19.6 MPa，并且一段甲铁液的工艺要求温度高达90左右，所以一段甲钱泵和液氨泵的运行周期较短、检修维护时间较多、修理费用较高。二氧化碳气体压缩机由于出口压力高达20.0MPa，比CO2汽提法高5.0MPa，故其运行周期也相对较短、修理工作量较多、修理费用较高。水溶液全循环尿素工艺的另一个缺点就是，目前国内在运行的生产装置大多为年产（1020） 104
12、t/a（经过改造后的生产实力），也有个别厂家经过双尿素合成塔改造后达到了年产3010吨，最近山东化工规划设计院也设计了年产3040万吨尿素的水溶液全循环尿素装置，但从单套装置的设计生产实力来说，相对于CO2汽提法尿素工艺生产装置还相差较远。1.3.2 C02汽提法尿素工艺的优、缺点CO2汽提法尿素工艺生产装置的工艺流程较短，在操作调整方面比较简洁、便利。该工艺的特点是采纳共沸物下的CO（NH2）2摩尔比为2.89作为操作限制最佳指标进行操作，大部分未反应生成尿素的氨和二氧化碳在高压系统内循环接着反应生成尿素，只有较少部分的氨和二氧化碳须要在低压部分进行回收，液氨泵和甲钱泵的输送量比较少，所以该
13、装置中液氨泵和甲钱泵的台数较少，动力消耗较少，并且该工艺高压系统的操作压力较低，为13.514.5MPa，使液氨泵和甲按泵的运行周期较长，修理费用较少。该工艺能够回收较高品位的甲按反应热，除本系统加热运用外还可剩余少部分富有低压蒸汽供外系统运用。CO2汽提法尿素的另一个优点就是，生产装置的生产实力的范围较宽，运行都很正常稳定。并且荷兰斯塔米卡邦公司最近几年又对该工艺进行了大量探讨工作，开发出了单套装置年产100 100t/a尿素的尿素池式冷凝器技术。与传统高压甲铁冷凝器不同的是，池式冷凝器可供应肯定的停留时间，使甲钱生成尿素的反应在此可达到反应平衡的60%80%，使生产装置产能在原设计实力的基
14、础上翻一番，并且尿素主框架高度降到40m以下，使操作更加便利、动力消耗又有所降低3。但其缺点：CO2汽提法尿素工艺生产装置的静止高压设备较多，有尿素合成塔、高压二氧化碳汽提塔、高压甲按冷凝器、高压洗涤器四大主要设备，它们是CO2汽提法尿素工艺生产装置的核心，其他均为低压设备，所以该尿素工艺生产装置的技术改造比较困难，改造增产潜力较小。高压二氧化碳汽提塔加热须要的蒸汽品位较高，为2.5MPa，不如水溶液全循环尿素需用的蒸汽压力低。1.4尿素的发展前景与展望尿素的合成是第一次用人工方法从无机物制得有机化合物。1773年Rouelle在蒸发人尿时第一次发觉尿素；1824年，Prout通过分析得出尿素的试验式；1828年德国化学家Wohler在试验室以氰酸和氨制的尿素；1932年美国杜邦公司用干脆合成法制取尿素氨水，在1935年起先制造固体尿素。之后又出现了制备尿素的其他方法，包括光气与氨反应、CO2与氨反应、氰胺化钙水解等，由于种种缘由，最终都未能实现工业化；唯一成为当代尿素工业化基础的是由氨和二氧化塔合成尿素的反应。1932年，美国DU Pont公司用氨和 二氧化碳干脆合成尿素并副产氨水；1935年起先生产固体
