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各种尿素工艺概述各种尿素工艺概述第1页，本讲稿共74页 1.1工艺技术选择工艺技术选择 1.1.1国内外工艺技术概况国内外工艺技术概况从尿素技术发展看，六十年代以前主要为水溶液全循环法，六十年从尿素技术发展看，六十年代以前主要为水溶液全循环法，六十年代以后开始研究发展汽提技术，如斯塔米卡邦公司的代以后开始研究发展汽提技术，如斯塔米卡邦公司的CO2汽提法，司拉汽提法，司拉姆姆(SNAM)公司的氨汽提法，这两种方法均在六十年代中期工业化。七十公司的氨汽提法，这两种方法均在六十年代中期工业化。七十年代汽提法尿素迅速发展，尤以年代汽提法尿素迅速发展，尤以CO2汽提法建厂最多。七十年代世界性汽提法建厂最多。七十年代世界性能源危机后，能源费用急剧上涨，世界上一些公司致力开发新型的节能能源危机后，能源费用急剧上涨，世界上一些公司致力开发新型的节能尿素技术，如八十年代初开发成功并且工业化的日本三井尿素技术，如八十年代初开发成功并且工业化的日本三井/东亚东亚-东洋工东洋工程公司的节资节能先进工艺（程公司的节资节能先进工艺（ACES法），并在此基础上进一步改进，法），并在此基础上进一步改进，形成改良型的形成改良型的ACES工艺。同时原来采用汽提方法的公司在这期间也积工艺。同时原来采用汽提方法的公司在这期间也积极进行工艺流程的完善改造，如斯塔米卡邦公司设置极进行工艺流程的完善改造，如斯塔米卡邦公司设置CO2气脱气脱H2，以改，以改善装置运转的安全性；工艺尾气设置常压回收塔，减少善装置运转的安全性；工艺尾气设置常压回收塔，减少NH3和和CO2损失；损失；工艺冷凝液处理增设尿素水解设施，减少环境污染，降低工艺冷凝液处理增设尿素水解设施，减少环境污染，降低NH3和和CO2消消耗。九十年代该公司改进合成塔塔板结构、开发池式甲铵冷凝器，降低耗。九十年代该公司改进合成塔塔板结构、开发池式甲铵冷凝器，降低了蒸汽消耗，节省了投资。为便于区分，通常将过去的立式高压甲铵冷了蒸汽消耗，节省了投资。为便于区分，通常将过去的立式高压甲铵冷凝器型凝器型CO2汽提法称为传统型汽提法称为传统型CO2汽提，将高压（池式）甲铵冷凝器汽提，将高压（池式）甲铵冷凝器（或池式反应器）型（或池式反应器）型CO2汽提法称为改良型。汽提法称为改良型。第2页，本讲稿共74页司司拉拉姆姆公公司司的的氨氨汽汽提提法法在在节节能能及及减减少少环环境境污污染染方方面面对对工工艺艺流流程程也也进进行行了了改改造造，如如用用中中压压分分解解气气的的部部分分冷冷凝凝热热浓浓缩缩尿尿素素溶溶液液，用用低低压压分分解解气气的的部部分分冷冷凝凝热热预预热热高高压压液液氨氨，用用蒸蒸汽汽冷冷凝凝热热预预热热甲甲铵铵溶溶液液，工工艺艺冷冷凝凝液液处处理理设设置置尿尿素素水水解解设设施施。这这些些设设施施，使使近近期期氨氨汽汽提提法法能能耗耗及及对对环环境境污污染染与与早早期期流流程比较有显著改善。程比较有显著改善。从从目目前前世世界界上上尿尿素素发发展展趋趋势势看看，一一方方面面是是发发展展节节能能技技术术，另另一一方方面面是是从从节节省省投投资资费费用用及及提提高高运运转转率率方方面面进进行行研研究究。下下面面将将上上述述尿尿素素生生产产方方法法分分别叙述如下：别叙述如下：第3页，本讲稿共74页（A）碳铵液水溶液全循环法）碳铵液水溶液全循环法该该法法合合成成塔塔操操作作压压力力19.6MPa，温温度度188，NH3/CO2分分子子比比为为4.0，CO2转转化化率率约约64%。出出合合成成塔塔溶溶液液经经中中、低低压压分分解解，二二段段蒸蒸发发造造粒粒得得尿尿素素产产品品。由由于于中中压压分分解解压压力力低低，分分解解气气的的热热量量除除在在一一段段蒸蒸发发加加热热器器下下段段回回收收少少部部分分冷冷凝凝热热外外，其其余余大大部部分分热热量量由由于于冷冷凝凝温温度度低低，只只有有用用冷冷却却水水移移走走。因因此此该该法法蒸蒸汽汽消消耗耗高高，每每吨吨尿素耗蒸汽约尿素耗蒸汽约1.7吨。吨。该该法法无无高高压压分分解解（汽汽提提）回回收收，因因此此不不需需要要特特殊殊不不锈锈钢钢，如如25/22/2，R4、DP3钛钛材以及锆材。材以及锆材。该法高压设备少，投资费用低，但公用工程（冷却水、电、蒸汽）总体水平消耗较高，该法高压设备少，投资费用低，但公用工程（冷却水、电、蒸汽）总体水平消耗较高，且装置规模较小。且装置规模较小。近年来，国内的中、小尿素（水溶液全循环法）装置进行了一系列技改，从降低蒸汽消耗近年来，国内的中、小尿素（水溶液全循环法）装置进行了一系列技改，从降低蒸汽消耗方面做了大量努力，例如采用予分离、予蒸馏工艺，尿素合成塔中新型高效塔盘的应用等方面做了大量努力，例如采用予分离、予蒸馏工艺，尿素合成塔中新型高效塔盘的应用等等，取得了一定的效果，使蒸汽消耗有所下降。等，取得了一定的效果，使蒸汽消耗有所下降。第4页，本讲稿共74页（B）氨汽提法）氨汽提法1971年年第第一一个个工工业业装装置置投投入入运运转转，至至目目前前为为止止，世世界界上上用用该该法法建设的约建设的约100套尿素装置，所建装置中最大生产能力为套尿素装置，所建装置中最大生产能力为3200吨吨/日。日。该法主要操作指标如下：该法主要操作指标如下：合成塔：压力合成塔：压力15.2MPa，温度，温度188，NH3/CO2=3.5,H2O/CO2=0.67，转化率，转化率65%。汽提塔：压力汽提塔：压力14.75MPa，温度，温度207。中压分解：压力中压分解：压力1.8MPa，温度，温度158。低压分解：压力低压分解：压力0.48MPa，温度，温度138。水解器：压力水解器：压力3.45MPa，温度，温度235。第5页，本讲稿共74页该法主要特点如下：该法主要特点如下：合合成成回回路路中中氨氨过过剩剩量量高高，合合成成塔塔NH3/CO2分分子子比比为为3.33.6。增增加加了了合合成成塔塔中中CO2生生成成尿尿素素的的转转化化率率，增增加加了了合合成成塔塔停停车车封封塔塔时时间间，减少了腐蚀及防腐空气量。减少了腐蚀及防腐空气量。合合成成回回路路设设备备布布置置在在地地面面上上。该该法法用用甲甲铵铵喷喷射射器器循循环环甲甲铵铵液液，合合成成塔塔及及高高压压甲甲铵铵冷冷凝凝器器布布置置在在地地面面上上，节节省省了了投投资资，安安装装和和维维修修方方便。便。汽汽提提塔塔使使用用钛钛或或双双金金属属加加热热管管，减减少少了了防防腐腐空空气气用用量量，可可在在3040%负荷下操作。负荷下操作。热热回回收收好好。中中压压分分解解气气部部分分冷冷凝凝热热用用于于浓浓缩缩尿尿素素溶溶液液，低低压压分分解解气气部部分分冷冷凝凝热热用用于于预预热热液液氨氨，蒸蒸汽汽冷冷凝凝热热用用于于预预热热甲甲铵铵液液，工工艺艺冷冷凝液处理后用作锅炉给水。凝液处理后用作锅炉给水。第6页，本讲稿共74页（C）东洋工程公司的改良）东洋工程公司的改良ACES工艺工艺改改进进ACES工工艺艺与与传传统统ACES工工艺艺不不同同，改改进进的的ACES工工艺艺将将尿尿素素合合成成塔塔布布置置在在地地面面，从从而而减减少少了了土土建建和和安安装装投投资资。改改进进ACES工工艺艺的的高高压压合合成成圈圈主主要要由由合合成成塔塔、汽汽提提塔塔和和甲甲铵铵冷冷凝凝器器构构成成，由由高高压压甲甲铵铵喷喷射射器器提提供供了了合合成成系系统统物物料料循循环环的的动动力力，而而传传统统ACES工工艺艺则是通过重力流动形成循环。则是通过重力流动形成循环。液氨通过喷射器送至合成塔，大部分液氨通过喷射器送至合成塔，大部分CO2气进入汽提塔作为气进入汽提塔作为汽提介质，剩下一小部分进入合成塔提供合成塔所需热量及所需钝汽提介质，剩下一小部分进入合成塔提供合成塔所需热量及所需钝化空气。从甲铵冷凝器出来的甲铵液则通过喷射器（以高压液氨为化空气。从甲铵冷凝器出来的甲铵液则通过喷射器（以高压液氨为动力）送至合成塔。从合成塔出来的尿素溶液进入汽提塔，未反应动力）送至合成塔。从合成塔出来的尿素溶液进入汽提塔，未反应的甲铵液则通过的甲铵液则通过CO2的汽提作用受热分解成的汽提作用受热分解成NH3和和CO2。经汽提后。经汽提后的尿素溶液则进入中压分解系统，而汽提塔顶部出来的气体则在甲的尿素溶液则进入中压分解系统，而汽提塔顶部出来的气体则在甲铵冷凝器中冷凝成甲铵液并副产低压蒸汽。在甲铵冷凝器顶部设有铵冷凝器中冷凝成甲铵液并副产低压蒸汽。在甲铵冷凝器顶部设有填料段，中压吸收系统来的循环甲铵液吸收出甲铵冷凝液浸没式吸填料段，中压吸收系统来的循环甲铵液吸收出甲铵冷凝液浸没式吸收段来的气体。其顶部出来的惰气则进入中压吸收系统。收段来的气体。其顶部出来的惰气则进入中压吸收系统。第7页，本讲稿共74页甲铵冷凝器为立式浸没式，其具有以下特点：甲铵冷凝器为立式浸没式，其具有以下特点：1）气速高，汽液接触好，有利于传质和传热。）气速高，汽液接触好，有利于传质和传热。2）设置适当的折流板以保证汽泡的分布，压降低。）设置适当的折流板以保证汽泡的分布，压降低。3）采用立式布置以节省空间。）采用立式布置以节省空间。改改进进的的ACES工工艺艺所所采采用用的的N/C（NH3/CO2）进进行行了了优优化化，甲甲铵铵冷冷凝凝器器和和合合成成塔塔采采用用不不同同的的N/C，甲甲铵铵冷冷凝凝器器中中N/C经经优优化化，可可降降低低压压力力；合合成成塔塔中中N/C较较高高，可可提提高高CO2转转化化率率，减减少少汽汽提提塔塔负负荷荷。合合成成系系统统中中，甲铵冷凝器甲铵冷凝器N/C范围在范围在2.8-3.3之间，合成塔的之间，合成塔的N/C在在3.7-3.8。在合成系统未反应的物料则在回收系统吸收在合成系统未反应的物料则在回收系统吸收/冷凝后返回合成系统，冷凝后返回合成系统，可回收其热量以降低能耗、节省蒸汽。可回收其热量以降低能耗、节省蒸汽。第8页，本讲稿共74页改进的改进的ACES工具有以下优点：工具有以下优点：l l高高压压圈圈的的布布置置高高度度与与传传统统工工艺艺相相比比降降低低，可可使使高高压压管管线线和和材材料料减减少少；设备、管路的安装更容易；操作维修更方便。设备、管路的安装更容易；操作维修更方便。l l高高压压甲甲铵铵冷冷凝凝器器中中完完成成甲甲铵铵冷冷凝凝、热热量量回回收收、尿尿素素合合成成及及惰惰气气洗洗涤涤等等多多种种功功能能，使使高高压压圈圈设设备备减减少少，热热量量回回收收的的换换热热面面积积减减少少，同同时时也也减减少了高压管线及材料。少了高压管线及材料。l l合成系统的操作条件温和，减少高压设备的腐蚀，安全性更好。合成系统的操作条件温和，减少高压设备的腐蚀，安全性更好。但但采采用用该该工工艺艺的的投投产产的的装装置置比比较较少少，现现仅仅有有四四川川化化工工总总厂厂的的二二化化尿素装置改造采用了此技术，并已投入运行。尿素装置改造采用了此技术，并已投入运行。第9页，本讲稿共74页（D）司塔米卡帮公司的）司塔米卡帮公司的CO2汽提法汽提法(传统和改良型工艺传统和改良型工艺)1967年第一个工业装置投入运转，至目前为止，世界上用该法建年第一个工业装置投入运转，至目前为止，世界上用该法建设的设的CO2汽提装置约汽提装置约100多个，是目前世界上建厂数最多的生产方多个，是目前世界上建厂数最多的生产方法。所建装置中最大生产能力为法。所建装置中最大生产能力为3250吨吨/日。日。该法主要操作指标如下：该法主要操作指标如下：合成塔：合成塔：压力压力14.0MPa，温度，温度183，NH3/CO2=2.95,H2O/CO2=0.39，转化率，转化率59%。汽提塔：汽提塔：压力压力14.0MPa，温度，温度173。低压分解：压力低压分解：压力0.3MPa，温度，温度135。水解器：水解器：压力压力1.73MPa，温度，温度200。第10页，本讲稿共74页该法主要特点如下：该法主要特点如下：合合成成回回路路中中氨氨过过剩剩量量低低，合合成成塔塔NH3/CO2分分子子比比为为2.953.1，降降低了合成塔操作压力。低了合成塔操作压力。用用CO2气气作作汽汽提提剂剂，汽汽提提效效率率高高。汽汽提提后后溶溶液液只只需需一一次次减减压压至至低低压分解系统，因此工艺流程简短。压分解系统，因此工艺流程简短。原料原料CO2气脱气脱H2，安全性好。，安全性好。动力消耗低。合成系统压力低，减少了原料动力消耗低。合成系统压力低，减少了原料CO2气及氨输送需要气及氨输送需要的功；由于汽提效率高，低压系统返回合成回路的循环甲铵液量少，的功；由于汽提效率高，低压系统返回合成回路的循环甲铵液量少，减少了循环甲铵液的输送功。减少了循环甲铵液的输送功。第11页，本讲稿共74页近近年年来来斯斯塔塔米米卡卡帮帮公公司司推推出出了了池池式式冷冷凝凝器器（池池式式反反应应器器）的的改改良良型型CO2汽汽提提工工艺艺，并并在在多多套套大大型型尿尿素素装装置置中中投投入入商商业业运运行行且且获获得得成成功功，运行稳定。该工艺的主要特点有以下几点：运行稳定。该工艺的主要特点有以下几点：a、设设有有脱脱氢氢装装置置，采采用用催催化化燃燃烧烧法法将将CO2中中的的氢氢气气除除去去，工工艺艺放放空空尾尾气无爆炸性。气无爆炸性。b、采采用用了了池池式式冷冷凝凝器器，使使60%的的合合成成反反应应在在此此进进行行，同同时时使使用用甲甲铵铵喷射器，使整个框架高度降低，合成塔容积减少。喷射器，使整个框架高度降低，合成塔容积减少。c、尿尿素素合合成成塔塔采采用用了了高高效效塔塔板板，进进一一步步减减少少了了返返混混，可可使使合合成成塔塔容容积减少积减少2025%。d、汽提塔由于操作压力低和温度低，可使用汽提塔由于操作压力低和温度低，可使用25-22-2不锈钢作管材。不锈钢作管材。E、装置的最低负荷为装置的最低负荷为60%，可满足通常负荷所要求的负荷弹性。，可满足通常负荷所要求的负荷弹性。f、汽汽提提塔塔效效率率高高，循循环环系系统统负负荷荷低低，高高压压氨氨泵泵、高高压压甲甲铵铵泵泵的的动动力力消耗低。消耗低。g、流程不设中压段，工艺流程简短。流程不设中压段，工艺流程简短。第12页，本讲稿共74页斯斯塔塔米米卡卡帮帮公公司司还还开开发发了了池池式式反反应应器器技技术术（也也属属2000+技技术术）。该工艺与传统该工艺与传统CO2汽提法比较，其具有以下优势：汽提法比较，其具有以下优势：l l采采用用了了池池式式反反应应器器，使使合合成成塔塔和和甲甲铵铵冷冷凝凝器器、高高压压洗洗涤涤器器三三台台高高压压设设备备合合成成为为一一个个设设备备，使使合合成成工工序序流流程程简简化化，高高压压工工艺艺管管线线及及阀阀门门减减少少。同同时时整整个个框框架架高高度度降降低低。同同时时增增大大了了池池式式反反应应器器的的传传热热温温差差及及总总传传热热系系数数，甲甲铵铵冷冷凝凝器器的的传传热热面面积积与与传传统统CO2汽汽提提法法比比较，可减少约较，可减少约25%；l l由由于于池池式式反反应应器器具具有有较较大大容容积积，从从而而有有较较大大的的缓缓冲冲能能力力，因因而增加了系统的稳定性；而增加了系统的稳定性；l l由由于于池池式式反反应应器器减减少少了了换换热热面面积积，同同时时框框架架高高度度降降低低及及管管道道长长度度和和阀阀门门的的减减少少，其其投投资资费费用用与与传传统统CO2汽汽提提工工艺艺相相比比约约降降低低5%（均在国外建厂）；（均在国外建厂）；l l装置的稳定性更好，减少了系统的波动；装置的稳定性更好，减少了系统的波动；l l设备可靠性更好，减少了合成回路设备故障引起的停车；设备可靠性更好，减少了合成回路设备故障引起的停车；第13页，本讲稿共74页除除此此之之外外另另一一个个特特点点是是司司塔塔米米卡卡帮帮公公司司开开发发了了新新型型材材料料用用于于高高压压合合成成回回路路，此此新新型型材材料料为为SAFUREX双相钢材料，使用此种材料具有以下优点：双相钢材料，使用此种材料具有以下优点：l l抗腐蚀能力好，与传统抗腐蚀能力好，与传统CO2汽提法比较，合成回路设备寿命增加汽提法比较，合成回路设备寿命增加50%以上；以上；l l装装置置的的负负荷荷弹弹性性增增加加，传传统统CO2汽汽提提法法（汽汽提提塔塔采采用用25/22/2材材料料），最最低低负负荷荷60%，使使用用SAFUREX材料则最低负荷可至材料则最低负荷可至35%；l l装置运转率提高装置运转率提高 l l装置的稳定性更好，减少了系统的波动；装置的稳定性更好，减少了系统的波动；l l传统传统CO2汽提法合成塔封塔时间为汽提法合成塔封塔时间为24小时，采用小时，采用SAFUREX材料封塔时间可达材料封塔时间可达72小时。小时。l l设备可靠性更好，减少了合成回路设备故障引起的停车；设备可靠性更好，减少了合成回路设备故障引起的停车；l lCO2气钝化空气加入量减少，气钝化空气加入量减少，CO2气氧含量从气氧含量从0.6%降低至降低至0.3%，l l减少了压缩机轴功率约减少了压缩机轴功率约1.5%；l l减少减少4巴吸收塔放空的氨损失；巴吸收塔放空的氨损失；l l增加了合成尿素转化率约增加了合成尿素转化率约0.9%；l l 由于压缩机轴功率降低和合成塔尿素转化率的提高从而也降低蒸汽和冷却水的消由于压缩机轴功率降低和合成塔尿素转化率的提高从而也降低蒸汽和冷却水的消耗；耗；第14页，本讲稿共74页两种方案主要特点比较：传统CO2汽提法改良型CO2汽提法（池式冷凝器、反应器）并采用SAFURAX材料备注高压甲铵冷凝器换热面积大以100%计小75%按同样规模比较框架高度较高（约50米）可降低（约22-40米）按同样规模比较能耗水平较低较低两种方法能耗水平，采用池式冷凝器的工艺消耗稍低。运转率高更高操作弹性及稳定性好；封塔时间长（3天）；合成设备可靠性好专利费用无需引进技术，无专利费用需引进专利技术及工艺包，有专利费用及工艺包费用及专利商来华所需费用第15页，本讲稿共74页设备国产化情况可基本实现装置的国产化。池式冷凝器、反应器为专利设备，采用SAFUREX材料高压圈设备及管件阀门均需引进。（包括汽提塔也需引进。）装置投资比较较低以100%计106%-110%引进软件等及合成回路设备。风险性（针对2700吨/日规模）有放大风险无主要设备寿命汽提塔高压甲铵冷凝器约20年约20年约30年30年传统CO2汽提法改良型CO2汽提法（池式冷凝器、反应器）并采用SAFURAX材料备注第16页，本讲稿共74页（3）原料及共用工程消耗）原料及共用工程消耗两种方案基差别不大，引进方案稍低。两种方案基差别不大，引进方案稍低。第17页，本讲稿共74页1.1.2几种工艺的消耗定额比较（期待值）序号采用技术比较项目SNAM氨汽提工艺改良ACES工艺CO2汽提工艺（池式冷凝器）消耗量1液氨（100%）kg5675675672二氧化碳（100%）kg7407387403冷却水（T=10）M3105881104电kWH2525195蒸汽kg蒸汽压力Mpa(g)蒸汽温度1100104011004.24.154.55382368387注:以每吨尿素产品计，为专利商提供的典型装置的期待值第18页，本讲稿共74页1.1.3近年来国内大型尿素装置采用技术情况序号项目投产年分尿素工艺1泸天化1976StamicarbonCO2汽提工艺2大庆石化化肥厂1976StamicarbonCO2汽提工艺3齐鲁石化第二化肥厂1976改良C法4四川化工厂1976改良C法5沧州化肥厂1977StamicarbonCO2汽提工艺6云天化1977StamicarbonCO2汽提工艺7南京栖霞化肥厂1977StamicarbonCO2汽提工艺8辽河石化化肥厂1977StamicarbonCO2汽提工艺9广石化化肥厂1978StamicarbonCO2汽提工艺10安庆石化化肥厂1978StamicarbonCO2汽提工艺11赤天化1978StamicarbonCO2汽提工艺12湖北化肥厂1979StamicarbonCO2汽提工艺13巴陵石化洞庭氮肥厂1979StamicarbonCO2汽提工艺14镇海石化化肥厂1984StamicarbonCO2汽提工艺15乌鲁木齐化肥厂(一)1985StamicarbonCO2汽提工艺第19页，本讲稿共74页16宁夏化肥厂(一)1988StamicarbonCO2汽提工艺17中原化肥厂1990SNAM氨汽提法18四川天然气化工厂1993SNAM氨汽提法19816化肥厂1993SNAM氨汽提法20锦西化肥厂1993SNAM氨汽提法21富岛化肥厂（海洋一期）1996SNAM氨汽提法22渭河化肥厂1996TECACES23兰州化肥厂1997SNAM氨汽提法24九江石化总厂1997SNAM氨汽提法25内蒙古化工厂1997SNAM氨汽提法26乌鲁木齐化肥厂(二)1997StamicarbonCO2汽提工艺27南京化工厂1998SNAM氨汽提法28宁夏化肥厂(二)2000SNAM氨汽提法29泽普化肥厂2001StamicarbonCO2汽提工艺池式冷凝器30中海油二期2003StamicarbonCO2汽提工艺池式冷凝器31宁夏化肥厂(二)2005采用StamicarbonCO2汽提工艺池式冷凝器,改造原有SNAM工艺第20页，本讲稿共74页综综上上所所述述，几几种种融融熔熔尿尿素素技技术术均均成成熟熟可可靠靠，公公用用工工程程消消耗耗以以全全循循环环法法最最高高，技技术术较较落落后后，在在大大型型尿尿素素装装置置中中已已被被淘淘汰汰，不不再再使使用用。其其它它两两种种汽汽提提法法技技术术上上相相差差很很小小。因因此此，目目前前世世界界上上大大型型的的尿尿素素装装置置基基本本采采用用的的是是氨氨汽汽提提工工艺艺或或改改良良型型CO2汽汽提提工工艺艺，改改良良的的ACES工工艺艺由由于于业业绩绩较较少少，大大型型尿尿素素装装置置较较少少采采用用。因因此此将将氨氨汽汽提提及及改改良良型型CO2汽汽提提法法作作为为首首选选方方案案。其其中中改改良良型型CO2汽汽提提（带带池池式式冷冷凝凝器器）目目前前在在国国内内已已有有大大型型装装置置投投产产，并并已已通通过过性性能能考考核核，目目前前装装置置运运行行稳稳定定，其其工工艺艺流流程程较较氨氨汽汽提提法法简简短短，容容易易操操作作，生生产产稳稳定定。而而池池式式反反应应器器技技术术也也有有投投产产装装置置，但但一一般般推推荐荐用用于于规规模模稍稍小小的的尿尿素素装装置置，如如1500吨吨/日日及及以以下下规规模模的的尿尿素素装装置置。以以下下为为以以改改良良型型CO2汽汽提提法法（池式冷凝器）进行工艺流程的描述。（池式冷凝器）进行工艺流程的描述。第21页，本讲稿共74页1.2工艺特点及流程说明工艺特点及流程说明1.2.1工艺特点工艺特点改良型改良型CO2汽提法的主要工艺特点如下汽提法的主要工艺特点如下:低能耗低能耗（主要通过以下措施来达到）（主要通过以下措施来达到）l l出合成塔尿素溶液用原料出合成塔尿素溶液用原料CO2气汽提气汽提 l l采用池式甲铵冷凝器采用池式甲铵冷凝器 l l合成系统中合成系统中CO2及及NH3的转化率高的转化率高 l l热量回收热量回收 l l低水负荷低水负荷 l l低合成压力低合成压力 l l合成工序重力流动循环合成工序重力流动循环合成在接近共沸点合成在接近共沸点NH3/CO2为为3.0下操作，合成塔压力只有下操作，合成塔压力只有14Mpa，温度为温度为183C。不仅对。不仅对CO2而且对而且对NH3都有较高的转化率。都有较高的转化率。第22页，本讲稿共74页在在原原理理上上，NH3和和CO2均均能能用用作作为为汽汽提提剂剂以以汽汽提提未未转转化化的的反反应应物物。但但如如仅仅利利用用NH3，由由于于NH3的的溶溶解解度度大大，热热分分解解更更难难达达到到有有效效的的汽汽提提效效果果，因因此此出出合合成成工工序序的的尿尿素素溶溶液液中中NH3浓浓度度较较高高。而而通通过过利利用用CO2汽汽提提，在在整整个个循循环环装装置置中中，NH3最最终终浓度仅为浓度仅为6-7%，CO2浓度为浓度为8-10%。因因此此，从从汽汽提提塔塔排排出出的的未未转转化化的的CO2和和NH3只只需需一一个个低低压压回回收收部部分分回回收收工工序序即可，从而简化了流程。即可，从而简化了流程。至合成部分的物料和从此部分排出的物料中，至合成部分的物料和从此部分排出的物料中，NH3/CO2比为最佳分子比比为最佳分子比2。75%以以上上的的未未转转化化的的反反应应物物在在合合成成部部分分循循环环，循循环环至至合合成成的的甲甲铵铵溶溶液液含含水水31%，低水负荷有利于尿素转化。低水负荷有利于尿素转化。池式冷凝器中发生下列反应：池式冷凝器中发生下列反应：l l气体冷凝成甲铵并副产低压蒸汽气体冷凝成甲铵并副产低压蒸汽 l l完成完成60%的尿素转化的尿素转化池池式式冷冷凝凝器器与与传传统统的的降降膜膜式式冷冷凝凝器器比比较较，合合成成塔塔容容积积减减少少了了40%；因因而而减减少少了了尿尿素素装装置置框框架架的的高高度度；同同时时增增大大了了传传热热系系数数及及传传热热温温差差，减减少少了了传传热热面面积积；增增大了操作弹性。大了操作弹性。合成部分设备按重力流动布置，节省了能耗。合成部分设备按重力流动布置，节省了能耗。第23页，本讲稿共74页设计简单设计简单约约75%的的没没有有转转化化的的反反应应物物均均在在合合成成圈圈内内循循环环，仅仅少少量量的的NH3和和CO2在在NH3/CO2比比为为2的状况下从合成系统离开，因此循环工序只有一个低压回收工序。的状况下从合成系统离开，因此循环工序只有一个低压回收工序。由于此工艺没有中压循环部分，减少了投资消耗和装置面积，减少了事故停车次数，由于此工艺没有中压循环部分，减少了投资消耗和装置面积，减少了事故停车次数，同时降低了能耗及发生腐蚀的危险。同时降低了能耗及发生腐蚀的危险。尿素溶液贮槽和工艺冷凝液槽因有足够的缓冲能力，从而提供了较大的操作弹性。尿素溶液贮槽和工艺冷凝液槽因有足够的缓冲能力，从而提供了较大的操作弹性。尿素装置设备布置具有以下特点：尿素装置设备布置具有以下特点：l l利用重力流动，节省能量利用重力流动，节省能量 l l合成回路无转动设备合成回路无转动设备 l l 操作及维修方便操作及维修方便第24页，本讲稿共74页安全性好安全性好存存在在于于原原料料CO2气气中中的的H2及及加加入入的的防防腐腐空空气气，是是净净化化后后的的工工艺艺尾尾气气的的主主要要成成分分。这这种种气气体体具具有有可可燃燃性性及及可可爆爆炸炸性性。为为了了防防止止这这种种气气体体产产生生，Stamicarbon设设置置了了脱脱H2反反应应器器，利利用用催催化化剂剂以以脱脱出出CO2气气中中的的H2，使使装装置置所所有有工工序序中中的的物物料料组组成成不不具具有有可可爆爆炸炸性性，有有效效地地保保护护了了设设备备及及人人员员安安全全。该该设设施施从从1978年年以以来来已已成成功功地地投投入入运运行。行。第25页，本讲稿共74页操作简易操作简易几乎所有操作均能在控制室完成。几乎所有操作均能在控制室完成。合合成成工工序序主主要要操操作作参参数数容容易易调调节节控控制制。NH3/CO2比比可可通通过过合合成成溶溶液液的的分分析析仪仪连连续续监监视视，用用加加入入的的氨氨量量调调节节；合合成成压压力力用用调调整整池池式式冷冷凝凝器器的的副副产产蒸蒸汽汽压压力力调调节节；汽汽提提塔塔效效率率用用调调整整壳壳侧侧加加热热蒸蒸汽汽压压力力调调节。节。循循环环工工序序无无中中压压段段，工工艺艺流流程程简简短短，并并且且出出汽汽提提塔塔尿尿素素溶溶液液中中NH3与与CO2分分子子比比为为2，循循环环工工序序中中吸吸收收系系统统无无过过剩剩氨氨的的分分离离，只只需需加入适量水将分解气体全部冷凝吸收，容易操作。加入适量水将分解气体全部冷凝吸收，容易操作。能在能在60%至额定能力的任何负荷下操作。至额定能力的任何负荷下操作。第26页，本讲稿共74页高运转率高运转率（高运转率来源于以下因素）（高运转率来源于以下因素）l l工艺流程短，设备数量少，出故障几率较小。工艺流程短，设备数量少，出故障几率较小。l l操作简易操作简易 l l工工艺艺条条件件较较温温和和，材材料料选选择择合合理理，设设备备腐腐蚀蚀率率低低，运运转转周周期期及及使用寿命长。使用寿命长。该法最长运转记录为该法最长运转记录为471天。天。第27页，本讲稿共74页1.3产品规模和规格产品规模和规格产品规模产品规模a年操作日年操作日年操作日：年操作日：330天天/年年b产品产量产品产量时产量：时产量：110吨（设计时产量吨（设计时产量112.5吨）吨）日产量：日产量：2640吨（设计日产量吨（设计日产量2700吨）吨）第28页，本讲稿共74页产品规格(符合国家标准GB2440-2001)指标项目农业用优等品一等品合格品颜色白色或浅色总氮（N）含量(以干基计)，%46.446.246.0缩二脲含量，%0.91.01.5水分（H2O）含量，%0.40.51.0铁含量（以Fe）计，%-碱度（以NH3计），%-硫酸盐含量（以SO42计），%-水不溶物含量，%-粒度(0.852.80mm)%939090第29页，本讲稿共74页1.4主要原材料及公用工程原料规格主要原材料及公用工程原料规格（1）原料）原料液氨液氨NH399.9%(重量重量)最小最小H2O0.1%(重量重量)最大最大油油5ppm(重量重量)最大最大二氧化碳二氧化碳CO298.5%(干基，体积干基，体积)最小最小硫硫1.0毫克毫克/标立米标立米(干基干基)最大最大惰性气体惰性气体1.5%(干基，体积干基，体积)最大最大H2O饱和饱和(40,0.06MPa.G)第30页，本讲稿共74页（2）公用工程原料）公用工程原料新鲜水新鲜水水温：水温：520水压：水压：0.35MPa(G)地面地面水质指标：水质指标：PH：7.08.5浊度：浊度：20毫克毫克/升升最大最大循环水循环水给水温度：给水温度：32给水压力：给水压力：0.45MPa(G)污垢热阻：污垢热阻：410-4米米2.小时小时./千卡千卡(3.4410-4m2.K/W)氯离子氯离子(Cl-)：150毫克毫克/升升允许温升：允许温升：10允许压降：允许压降：0.2Mpa第31页，本讲稿共74页蒸汽蒸汽本装置所需要的蒸汽由合成氨装置及快锅提供。规格如下：本装置所需要的蒸汽由合成氨装置及快锅提供。规格如下：中压蒸汽（由合成氨装置提供）：压力：中压蒸汽（由合成氨装置提供）：压力：4.65Mpa(A)温度温度:：387低压蒸汽（由合成氨装置提供）：压力：低压蒸汽（由合成氨装置提供）：压力：0.44Mpa(A)温度温度:：197脱盐水脱盐水(精制水精制水)电导率电导率0.2s/cm(在在25)SiO2 0.02ppm(重量重量)第32页，本讲稿共74页1.5工艺流程说明工艺流程说明1）尿素装置工艺说明尿素装置工艺说明尿尿素素装装置置设设计计为为生生产产小小颗颗粒粒尿尿素素，其其工工艺艺为为应应用用池池式式冷冷凝凝器器的的CO2汽汽提法。提法。该单元由下列工序及辅助设施组成该单元由下列工序及辅助设施组成l l氨的加压及氨的加压及CO2气压缩工序气压缩工序l l合成及汽提工序合成及汽提工序l l循环工序循环工序l l尿素溶液贮存、二段蒸发工序及造粒尿素溶液贮存、二段蒸发工序及造粒l l解吸和水解工序解吸和水解工序l l辅助设施辅助设施l l蒸汽系统蒸汽系统参见所附工艺流程图。参见所附工艺流程图。第33页，本讲稿共74页氨的加压及氨的加压及CO2气压缩工序气压缩工序来来自自界界区区的的液液氨氨，经经液液氨氨过过滤滤器器（313-L）至至高高压压氨氨泵泵（304-J）。液液氨氨在在此此被被加加压压至至16.0Mpa(A)，通通过过甲甲铵铵喷喷射射器器（301-L）至至高高压压甲甲铵铵池池式式冷冷凝凝器器（303-C）。液液氨氨在在喷喷射射器器中中膨膨胀胀产产生生的的抽抽力力，将将高高压压洗洗涤涤器器（304-C）来来的的甲甲铵铵液液带带入入池池式式冷冷凝凝器器，池池式式冷冷凝凝器器操操作压力作压力14.3Mpa(A)。自自界界区区来来的的CO2气气含含有有大大约约1.2%(mol%)H2及及0.3%N2(mol%)，压压力力为为0.15Mpa(A)。CO2气气通通过过CO2压压缩缩机机入入口口分分离离器器（311-D）至至CO2压缩机（压缩机（302-J）入口。）入口。出出CO2压压缩缩机机第第一一段段压压缩缩的的气气体体经经冷冷却却后后与与加加入入的的工工艺艺空空气气混混合合后后入入一一段段分分离离器器（302-JF1）分分离离出出冷冷凝凝水水。出出分分离离器器的的气气体体入入压压缩机二段入口。缩机二段入口。第34页，本讲稿共74页出出压压缩缩机机二二段段的的气气体体至至脱脱H2反反应应器器（302-D）脱脱H2反反应应器器内内装装有有以以Al2O3为为载载体体的的铂铂或或钯钯触触媒媒。CO2气气中中的的可可燃燃气气体体H2及及CH4等等在在触媒的作用下发生下述反应触媒的作用下发生下述反应2H2+O2=2H2O2CO+O2=2CO2CH4+2O2=2H2O+CO2出出反反应应器器的的气气体体经经压压缩缩机机二二段段冷冷却却器器（302-JC2）及及分分离离器器（302-JF2）进压缩机三段入口。）进压缩机三段入口。脱脱除除H2后后的的CO2气气经经压压缩缩机机三三段段及及四四段段压压缩缩至至14.3Mpa(A)进进入入高高压汽提塔（压汽提塔（302-C）。）。CO2压缩机由蒸汽透平驱动。压缩机由蒸汽透平驱动。第35页，本讲稿共74页合成及汽提工序合成及汽提工序液液氨氨和和CO2气气体体生生成成尿尿素素的的反反应应在在温温度度170-190C和和压压力力135-145bar下进行，反应式如下：下进行，反应式如下：2NH3+CO2=NH2COONH4(1)NH2COONH4=NH2CONH2+H2O(2)在在第第一一个个反反应应中中CO2和和NH3转转化化成成为为甲甲铵铵，反反应应速速度度快快且且为为放放热热反应。反应。第第二二个个反反应应甲甲铵铵脱脱水水生生成成尿尿素素和和水水，此此反反应应速速度度慢慢且且为为吸吸热热反反应，应，CO2的总的转化率在合成回路大约为的总的转化率在合成回路大约为80%。在在合合成成塔塔中中，大大部部分分甲甲铵铵转转化化为为尿尿素素和和水水，合合成成塔塔中中液液位位由由HIC/HV手动控制。手动控制。出出合合成成塔塔的的尿尿素素溶溶液液进进入入汽汽提提塔塔（302-C），汽汽提提塔塔为为降降膜膜式式热热交换器，底部加入交换器，底部加入CO2气汽提，壳侧加入中压蒸汽供热。气汽提，壳侧加入中压蒸汽供热。CO2气气体体被被逆逆流流导导入入，引引起起氨氨分分压压降降低低，从从而而使使甲甲铵铵分分解解并并吸吸收收热量。热量。第36页，本讲稿共74页由由于于CO2气气温温度度低低以以及及汽汽提提塔塔底底部部的的轻轻微微的的绝绝热热汽汽提提，出出汽汽提提塔塔底底部部的的溶溶液液温温度度可可降降至至大大约约172-178 C，从从而而减减少少了了尿尿素素的的水水解解及及高压蒸汽的消耗。高压蒸汽的消耗。为为了了防防止止CO2气气进进入入循循环环部部分分，在在汽汽提提塔塔出出口口处处设设置置有有液液位位调调节阀。节阀。来来自自汽汽提提塔塔顶顶部部的的气气体体在在187 C下下进进入入池池式式冷冷凝凝器器（303-C），该该冷冷凝凝器器型型式式为为采采用用U型型管管的的浸浸没没式式热热交交换换器器。汽汽提提塔塔的的大大部部分分弛弛放放气气与与甲甲铵铵喷喷射射器器来来的的液液氨氨-甲甲铵铵液液混混合合物物反反应应生生成成甲甲铵铵，在在池池式式冷凝器中还有部分甲铵转化成尿素，冷凝后壳侧温度约为冷凝器中还有部分甲铵转化成尿素，冷凝后壳侧温度约为177 C。