[精选]尿素生产技术.pptx
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1、第三章第三章 尿素生产技术尿素生产技术全循环法全循环法热气全循环法热气全循环法矿物油全循环法矿物油全循环法尾气分离全循环法尾气分离全循环法水溶液全循环法水溶液全循环法1 1不循环法;不循环法;2 2半循环法局部循环法、高效半循环半循环法局部循环法、高效半循环 ;3 3全循环法全循环法开展:改进开展:改进C C、D D法,二氧化碳汽提法,氨汽提法及联尿法等。法,二氧化碳汽提法,氨汽提法及联尿法等。水溶液全循环法的流程图尿素合成塔尿素造粒塔尿液蒸发器低压分解塔中压分解塔尾气吸收塔过剩氨冷凝器低压吸收塔中压吸收塔惰气洗涤解吸塔尿素成品COCO2 2水排放冷凝液低压分解气中压分解气吸收液回流液氨放空水
2、溶液全循环法尿素生产原则流程分解塔底分解塔底来来 74-75%尿液尿液尿素蒸发造粒系统工艺流程图尿素蒸发造粒系统工艺流程图粗料返回系统粗料返回系统闪蒸槽闪蒸槽一段蒸发加热器一段蒸发加热器二段蒸发加热器二段蒸发加热器分离器LsLs分离器冷凝器冷凝器造粒塔造粒塔斗提升机斗提升机电振筛电振筛成品去包装成品去包装LsLsA1A214099.7%105水溶液全循环法的工艺流程图水溶液全循环法的工艺流程图主要设备主要设备-合成塔合成塔5 5u2020世纪世纪5050年代以前:双套筒式。外壳碳钢承受压力,内有年代以前:双套筒式。外壳碳钢承受压力,内有两个不锈钢套筒,内筒不受压力。液氨从外壳与外筒及外两个不锈
3、钢套筒,内筒不受压力。液氨从外壳与外筒及外筒与内筒之间的两个环隙,再进入内筒,与筒与内筒之间的两个环隙,再进入内筒,与COCO2 2反响,这样反响,这样外筒不与腐蚀介质接触。外筒不与腐蚀介质接触。缺点:容积利用率低,且不锈钢耗量大。缺点:容积利用率低,且不锈钢耗量大。u目前:衬里的高压容器。外筒为多层卷焊受压容器,内部目前:衬里的高压容器。外筒为多层卷焊受压容器,内部衬有一层耐腐蚀的不锈钢板,隔离尿素甲铵腐蚀介质,外衬有一层耐腐蚀的不锈钢板,隔离尿素甲铵腐蚀介质,外壳保温,防止热量外散。壳保温,防止热量外散。优点:容积利用率高,耐腐蚀材料用量少,操作方便优点:容积利用率高,耐腐蚀材料用量少,操
4、作方便l三股物料从合成塔底部进入,呈三股物料从合成塔底部进入,呈气液两相混合物的形式自下而上,气液两相混合物的形式自下而上,边反响边流动,不断生成尿素,边反响边流动,不断生成尿素,尿素浓度不断上升。反响后的熔尿素浓度不断上升。反响后的熔融物从塔顶排出。融物从塔顶排出。衬里式尿素合成塔最初采用空塔,不设内件,塔的高径衬里式尿素合成塔最初采用空塔,不设内件,塔的高径比较大。比较大。高径比小的衬里合成塔,通常设混合器或筛板等内件,高径比小的衬里合成塔,通常设混合器或筛板等内件,以减少返混的影响。以减少返混的影响。主要设备主要设备-合成塔合成塔5l为解决高负荷生产下出现的中压分解负荷重,一吸为解决高负
5、荷生产下出现的中压分解负荷重,一吸塔热负荷高等塔热负荷高等“瓶颈问题,使装置高产,低耗和瓶颈问题,使装置高产,低耗和平稳运行,增设了预别离器平稳运行,增设了预别离器6 6,进一步提高了装置,进一步提高了装置的生产能力。的生产能力。主要设备主要设备-预别离器预别离器6流程:合成塔出口液进预别流程:合成塔出口液进预别离器自然减压进行气液预别离器自然减压进行气液预别离,它的液相进一段分解塔离,它的液相进一段分解塔7 7。气体送入一段蒸发器气体送入一段蒸发器1919下部。下部。l一段分解塔出口气体也引入预别离器。一段分解塔出口气体也引入预别离器。l预别离器有改造为预精馏塔的,内装填料,气预别离器有改造
6、为预精馏塔的,内装填料,气液逆流接触,可降低出口气体的温度和水分。液逆流接触,可降低出口气体的温度和水分。l气体送入一段蒸发器气体送入一段蒸发器1919下部,充分利用了预别下部,充分利用了预别离器出口气体的冷凝热,局部气体冷凝并放出离器出口气体的冷凝热,局部气体冷凝并放出热量,供尿液蒸发用。热量,供尿液蒸发用。主要设备主要设备-预别离器预别离器6l分两段。下段为鼓泡段,上段为精洗段。分两段。下段为鼓泡段,上段为精洗段。l在鼓泡段,气液混合物利用低压循环来的稀甲铵液吸收,在鼓泡段,气液混合物利用低压循环来的稀甲铵液吸收,在此将气体中绝大多数在此将气体中绝大多数COCO2 2和几乎全部水蒸气及局部
7、氨气和几乎全部水蒸气及局部氨气吸收下来转入液相。吸收下来转入液相。l在精洗段,未被吸收的气体在塔内上升,与由液氨缓冲在精洗段,未被吸收的气体在塔内上升,与由液氨缓冲槽槽2 2来的回流液氨和清洗液与其配成的浓氨水逆流接触,来的回流液氨和清洗液与其配成的浓氨水逆流接触,使气体中使气体中COCO2 2和水蒸气完全得到吸收,纯的气态氨进入氨和水蒸气完全得到吸收,纯的气态氨进入氨冷凝器冷凝器1212,冷凝下来的液氨流入液氨缓冲槽,冷凝下来的液氨流入液氨缓冲槽2 2l一段吸收器起着精馏作用,塔顶得到纯一段吸收器起着精馏作用,塔顶得到纯NHNH3 3气,塔底是甲气,塔底是甲铵液。铵液。主要设备主要设备-一段
8、吸收塔一段吸收塔10l在一段吸收塔中,假设液氨中混有少量的在一段吸收塔中,假设液氨中混有少量的COCO2 2,则,则会生成氨基甲酸铵结晶而堵塞设备和管道,因此会生成氨基甲酸铵结晶而堵塞设备和管道,因此一段吸收塔要保证一段吸收塔要保证COCO2 2被完全吸收。被完全吸收。l在原料返回时,氨以纯氨和甲铵液形式,在原料返回时,氨以纯氨和甲铵液形式,COCO2 2以甲以甲铵液形式返回,甲铵液肯定会带一定量的水,水铵液形式返回,甲铵液肯定会带一定量的水,水是反响不希望的。所以应减少是反响不希望的。所以应减少COCO2 2返回量返回量-尽量尽量提高提高COCO2 2的转化率。的转化率。主要设备主要设备-一
9、段吸收塔一段吸收塔10典型操作条件典型操作条件l合成塔:原料液氨、合成塔:原料液氨、COCO2 2及循环甲铵液自下而上进入及循环甲铵液自下而上进入合成塔。压力:合成塔。压力:20-22MPa20-22MPa,温度:,温度:185-190185-190,氨,氨碳比:碳比:4-4.54-4.5,水碳比:,水碳比:0.6-0.70.6-0.7,氧含量:,氧含量:0.5-0.5-0.8%0.8%,停留时间:,停留时间:1h1h,出口,出口COCO2 2转化率为:转化率为:62-64%62-64%。l分解塔:出口液通过三级分解:中压分解塔:出口液通过三级分解:中压1.8-2.5MPa1.8-2.5MPa
10、,160 160 、低压、低压0.2-0.5MPa,150 0.2-0.5MPa,150 、闪、闪蒸蒸0.05MPa0.05MPa,75%75%l蒸发:一段蒸发:一段0.033MPa0.033MPa,95%95%,二段,二段0.0033MPa0.0033MPa,99.7%99.7%工艺流程简述工艺流程简述l造气炉产生的半水煤气脱碳后,其中大局部的二氧化碳造气炉产生的半水煤气脱碳后,其中大局部的二氧化碳由脱碳液吸收、解吸后,经油水别离器,除去二氧化碳由脱碳液吸收、解吸后,经油水别离器,除去二氧化碳气体中携带的脱碳液,进入二氧化碳压缩机系统,由压气体中携带的脱碳液,进入二氧化碳压缩机系统,由压缩机
11、出来的二氧化碳气体进入尿素合成塔。缩机出来的二氧化碳气体进入尿素合成塔。l从合成氨车间氨库来的液氨进入氨储罐,经过氨升压泵从合成氨车间氨库来的液氨进入氨储罐,经过氨升压泵加压进入高压液氨泵,经过预热后进入甲胺喷射器作为加压进入高压液氨泵,经过预热后进入甲胺喷射器作为推动液,将来自甲胺别离器的甲胺溶液增压后混合一起推动液,将来自甲胺别离器的甲胺溶液增压后混合一起进入尿素合成塔。进入尿素合成塔。l尿素合成塔内,尿素合成塔内,NH 3/CO2的摩尔比和的摩尔比和H2O/CO2的摩尔比控制在一定的范围内进行反响。的摩尔比控制在一定的范围内进行反响。l合成后的气液混合物进入预别离器,一段分解,合成后的气
12、液混合物进入预别离器,一段分解,进行气液别离,将别离气相后的尿液送入二段进行气液别离,将别离气相后的尿液送入二段分解,进一步将混合物中的气相除去。分解,进一步将混合物中的气相除去。l净化后的尿液依次进入闪蒸器、一段蒸发、二净化后的尿液依次进入闪蒸器、一段蒸发、二段蒸发浓缩,最后得到尿素熔融物,用泵输送段蒸发浓缩,最后得到尿素熔融物,用泵输送到尿素造粒塔喷洒器,经在空气中沉降冷却固到尿素造粒塔喷洒器,经在空气中沉降冷却固化成粒状尿素,并通过尿素塔底刮料机用运输化成粒状尿素,并通过尿素塔底刮料机用运输皮带送往储存包装车间。皮带送往储存包装车间。l吸收工段:从一段分解、二段分解出来的吸收工段:从一段
13、分解、二段分解出来的气相含有未反响的氨和二氧化碳,分别进气相含有未反响的氨和二氧化碳,分别进入一段吸收和二段吸收,氨和二氧化碳被入一段吸收和二段吸收,氨和二氧化碳被后面闪蒸、一段蒸发、二段蒸发工段冷凝后面闪蒸、一段蒸发、二段蒸发工段冷凝下来的冷凝水吸收混合形成水溶液,用泵下来的冷凝水吸收混合形成水溶液,用泵送入尿素合成塔;送入尿素合成塔;l一段吸收后剩余的气体进入惰洗器稀释后,一段吸收后剩余的气体进入惰洗器稀释后,与二段吸收的剩余气体混合进入尾气吸收与二段吸收的剩余气体混合进入尾气吸收塔,与一段蒸发、二段蒸发工段气相冷凝塔,与一段蒸发、二段蒸发工段气相冷凝除去水后剩余的气体混合后放空。除去水后
14、剩余的气体混合后放空。水溶液全循环法的缺点水溶液全循环法的缺点能量利用率低;能量利用率低;合成系统总反响是放热的,但因参加大量过剩氨合成系统总反响是放热的,但因参加大量过剩氨以调节反响温度,反响热没有加以利用;另外,以调节反响温度,反响热没有加以利用;另外,一段、二段甲铵冷凝器均需用水冷却,不但冷凝一段、二段甲铵冷凝器均需用水冷却,不但冷凝热得不到利用,反而需要消耗大量的冷却水。热得不到利用,反而需要消耗大量的冷却水。一段甲铵泵腐蚀严重,制造、操作、维修都较一段甲铵泵腐蚀严重,制造、操作、维修都较麻烦;麻烦;流程过于复杂:三段分解,三段吸收。流程过于复杂:三段分解,三段吸收。改进改进C法法 改
15、进改进C C法,是传统水溶液全循环法的改进,生产低缩二法,是传统水溶液全循环法的改进,生产低缩二脲含量尿素产品,也生产常规尿素产品。脲含量尿素产品,也生产常规尿素产品。l合成塔:合成塔:温度:温度:190-200190-200,压力:,压力:23-25MPa23-25MPa,氨碳比:,氨碳比:4 4,水碳比:,水碳比:0.370.37,转化率:,转化率:72%72%。合成塔为高径比合成塔为高径比1818的空塔,用钛衬里,耐高温腐蚀。的空塔,用钛衬里,耐高温腐蚀。l分解塔:分解塔:高压分解高压分解1.7-1.9MPa1.7-1.9MPa,165165:其热量由塔外的热虹吸式其热量由塔外的热虹吸式
16、再沸器和塔内的列管式降膜加热器保持;再沸器和塔内的列管式降膜加热器保持;低压分解低压分解0.3-0.4MPa0.3-0.4MPa,130 130 ;常压分解常压分解0.1-0.15MPa0.1-0.15MPa,92 92 :塔底设有加热器。:塔底设有加热器。改进改进C法法-操作条件操作条件l高压分解:高压分解塔高压分解:高压分解塔3 3和再沸器和再沸器2 2。高压分解塔。高压分解塔的上部设有几层筛板,上升的热气体与下降的低的上部设有几层筛板,上升的热气体与下降的低温液体逆流接触,进行热量和质量交换,使出口温液体逆流接触,进行热量和质量交换,使出口气温度降到气温度降到125125,即回收了热量又
17、降低了出气,即回收了热量又降低了出气中的水分。中的水分。l低压分解:低压分解塔低压分解:低压分解塔5 5、加热器、加热器4 4和再沸器和再沸器6 6。塔底通入少量塔底通入少量COCO2 2气,有助于气,有助于NHNH3 3和和COCO2 2的气提,并的气提,并调整溶液中的氨碳比。调整溶液中的氨碳比。l常压分解:在闪蒸分解塔常压分解:在闪蒸分解塔7 7进行,并通入空气进进行,并通入空气进行气提,促使行气提,促使NHNH3 3和和COCO2 2的彻底别离。的彻底别离。l经三次分解得到经三次分解得到NHNH3 3和和COCO2 2含量极低,尿素含量含量极低,尿素含量为为74%74%的溶液,送真空结晶
18、器的溶液,送真空结晶器8 8,在减压下进行,在减压下进行绝热蒸发结晶。绝热蒸发结晶。l结晶尿素经离心别离机结晶尿素经离心别离机1010别离和热风枯燥,送别离和热风枯燥,送造粒塔造粒塔1313顶上熔融槽,再次熔融后喷洒造粒。顶上熔融槽,再次熔融后喷洒造粒。l各段分解气在相应吸收塔内冷凝吸收,并依次各段分解气在相应吸收塔内冷凝吸收,并依次逐段循环返回。逐段循环返回。l吸收局部:吸收局部:l高压分解塔高压分解塔-浸没式高压吸收塔冷却器浸没式高压吸收塔冷却器14-14-高压吸高压吸收塔收塔15-15-吸收剂为来自低压吸收系统的稀甲铵液和吸收剂为来自低压吸收系统的稀甲铵液和来自氨回收吸收塔来自氨回收吸收
19、塔1717的氨水。的氨水。-在氨冷凝器在氨冷凝器1 1 冷冷凝凝-进入氨贮槽进入氨贮槽18-18-合成塔。合成塔。l不凝气体放空不凝气体放空改进改进C C法的特点法的特点优点:优点:1 1采用较高的合成压力和温度,并取较高的氨采用较高的合成压力和温度,并取较高的氨碳比和较低的水碳比,转化率高,降低了分解循碳比和较低的水碳比,转化率高,降低了分解循环吸收负荷。环吸收负荷。2 2采用结晶重熔方法,可制得缩二脲低采用结晶重熔方法,可制得缩二脲低0.35%0.35%的产品。的产品。缺点:缺点:热回收利用不高,总能耗优于热回收利用不高,总能耗优于传统水溶液全循传统水溶液全循环法,但不及各种气提法流程。环
20、法,但不及各种气提法流程。热循环法热循环法HRHR 第一次分解别离第一次分解别离第二次分解别离第二次分解别离新一代尿素工艺中唯一不采用气提技术的生产工艺新一代尿素工艺中唯一不采用气提技术的生产工艺热循环法热循环法HRHR 合成塔合成塔等温反响器:内部换热式的反响器。原料自塔顶等温反响器:内部换热式的反响器。原料自塔顶进入设于塔内的盘管,进行合成甲铵的反响,并放出热量进入设于塔内的盘管,进行合成甲铵的反响,并放出热量传到盘管以外。盘管的下端形成开口的罩式分布器,反响传到盘管以外。盘管的下端形成开口的罩式分布器,反响物自此流出,又与一局部液氨混合,再自下而上流动,进物自此流出,又与一局部液氨混合,
21、再自下而上流动,进行甲铵脱水的吸热反响。行甲铵脱水的吸热反响。盘管内外热量匹配,有利于管内甲铵的生成和管外尿素的盘管内外热量匹配,有利于管内甲铵的生成和管外尿素的生成,到达塔顶,生成,到达塔顶,CO2的转化率达的转化率达74%特点:充分利用反响热使大局部工艺物流与工艺物流换特点:充分利用反响热使大局部工艺物流与工艺物流换热,而不借助于蒸汽作为中间介质。热,而不借助于蒸汽作为中间介质。合成塔操作条件:压力:合成塔操作条件:压力:20MPa20MPa,温度:,温度:190190,氨碳比:,氨碳比:4-4-4.24.2,水碳比:,水碳比:0.860.86,CO2CO2转化率:转化率:74%74%热循
22、环法热循环法HRHR 合成塔原料:合成塔原料:原料原料COCO2 2有有60%60%进入合成塔,其余进入合成塔,其余40%40%进入中压系统。进入中压系统。原料液氨在泵出口处参加少量的钝化空气,经预热后原料液氨在泵出口处参加少量的钝化空气,经预热后70%70%自自塔顶进入盘管,其余塔顶进入盘管,其余30%30%从合成塔低引入,以保持全塔的热从合成塔低引入,以保持全塔的热平衡。平衡。l尿素流程:塔出料减压至尿素流程:塔出料减压至2.6MPa2.6MPa进入液体分布器进入液体分布器6 6,进行闪蒸,再减压至进行闪蒸,再减压至2.3MPa2.3MPa进入第一分解器进入第一分解器7 7,第一,第一加热
23、器加热器8 8和第一别离器和第一别离器9 9。压力减压至。压力减压至0.2MPa0.2MPa,进入第,进入第二分解器和第二别离器二分解器和第二别离器1111;然后送去浓缩,造粒。;然后送去浓缩,造粒。l回收流程:第二别离器出来的气体进入第二冷凝器回回收流程:第二别离器出来的气体进入第二冷凝器回收氨,惰性气体排入大气。出液经回流冷却器收氨,惰性气体排入大气。出液经回流冷却器5 5放出放出一局部热量,至第一分解器壳侧,与第一别离器来的一局部热量,至第一分解器壳侧,与第一别离器来的气体混合。由水解解吸系统回收的气体混合。由水解解吸系统回收的NHNH3 3和和COCO2 2送回合成送回合成塔,废液到达
24、标准后排放。塔,废液到达标准后排放。热循环法热循环法HRHR 优点:优点:热循环法尿素工艺采用等温合成塔,热循环法尿素工艺采用等温合成塔,COCO2 2转化率高,减少转化率高,减少了循环甲铵量和下游设备尺寸。了循环甲铵量和下游设备尺寸。原料中有原料中有40%CO40%CO2 2直接进入中压系统节省压缩功耗。直接进入中压系统节省压缩功耗。采用工艺物料间互相换热,不借助于蒸汽,能充分利用采用工艺物料间互相换热,不借助于蒸汽,能充分利用热量。热量。热循环法热循环法HRHR 28三种传统水溶液全循环法的工艺比较三种传统水溶液全循环法的工艺比较水循环方法水循环方法工艺条件工艺条件传统水溶液传统水溶液循环
25、循环改进改进C C法法热循环法热循环法压力压力MPaMPa温度温度185-1901-氨碳比氨碳比4-4.54-水碳比水碳比0.6-0.70.0.6停留时间停留时间h h 1COCO2 2转化率转化率%62-64293.3 3.3 汽提法汽提法一、二氧化碳气提法一、二氧化碳气提法二、氨气气提法二、氨气气提法三、三、ACESACES法法四、等压双气提法四、等压双气提法 l气提法是气提法是2020世纪世纪6060年代以来尿素生产工艺最年代以来尿素生产工艺最重要的改进,气提法也是水溶液全循环流程,重要的改进,气提法也是水溶液全循环流程,但采用了气提技术,使尿素合成塔出来的反但采用了气提技术,使尿素合成
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