尿素生产工艺学

1、尿素生产工艺学前言：     在化学肥料中，以氮肥需要量最大，应用最广：尿素是氮肥中的一个重要品种，按国家规定，肥料尿素的规格如下，氮含量不小于46，缩二脲含量不大于0.9，含水量不大于0.3，粒度在12.5毫米之间要占90以上。     尿素人工合成是在1828年实验室里成功的，而它的工业生产到1920年才在德国实现，在1965年以前，尿素生产装置的单系列产是小于300吨月，到了1965年以后才开始生产装置大型化，我们国家是在70年初开始引进新建的到目前已有16套年产30万吨合成氨及尿素48万吨52万吨装置建成投

2、产。目     录前言第一章  概述概述      尿素生产原料第二章  工艺流程说明          1、工艺流程          2、蒸汽冷凝液流程          3、原料CO2气体的脱氨第三章 

3、尿素的合成          1、尿素的合成反应机理          2、影响尿素合成反应化学平衡的因素             （一）温度             （二）NH3

4、CO2                    （三）H2OCO2                    （四）压力         3、尿素

5、合成反应速度与工业条件的选定          一、温度          二、NH3CO2三、H2OCO2四、压力4、相图及其应用一、相律二、甲铵的单元相三、二元相四、三元相NH3CO2H2O三元系统的液固相图NH3O2H2O三元系统的气液相平衡NH3CO2VrH2O似三元系统的气液相平衡5、尿素合成液的高压分解CO2气提及合成塔尾气的回收一、概述二、气提分解合成液的原理三、气提过程在NH3CO2VrH2O似三元相

6、图上的表示四、工艺操作控制要点五、合成塔尾气的回收第四章循环系统        低压分解与精馏          一、概述          二、减压加热基本原理          三、低压分解的影响     

7、   1、温度影响        2、压力影响        3、精馏原理        四、分解率的计算        1、甲铵分解率        2、总氨蒸出率     &#

8、160;  五、低压分解        六、分解气体冷凝回收第五章   尿素溶液的蒸发       一、尿素溶液和尿素熔融物的一般性质       二、VrH2O的平衡相图       三、尿素溶液的蒸发       四、尿素晶种造粒第六章  工艺冷

9、凝液的解吸和水解      一、工艺冷凝液的解吸      二、水解法回收解吸废液中的尿素第七章  开车      一、首次开车准备工作      二、原始开车高压系统的升温钝化          蒸汽加空气的升温钝化方法      三、投料前准备&

10、#160;     四、开车      五、短期停车后开车第八章  停车      一、正常停车      二、紧急停车第九章   正常生产主要调节参数及动作范围的限度      一、合成部份      二、循环部份      三

11、、蒸发部份      四、解吸与水解第十章   尿素设备腐蚀及防腐蚀      一、尿素一甲铵溶液对设备的腐蚀      二、尿素设备的腐蚀类型      三、尿素设备的防腐蚀      四、我厂设备用材简介第十一章   主要设备简介      一、脱氢反应器

12、（9101D）      二、尿素合成塔（9201D）      三、高压热交换器（气提塔）（9201C）      四、高压甲铵冷凝器（9202C）      五、高压洗涤器（9203C）      六、精馏塔和循环加热器（9301E、7301ECA/B）      七、低压甲铵冷凝器（9301C

13、）      八、第一解吸塔、第二解吸塔（9701E/9702E）      九、水解塔（9703E）      十、膜式蒸发器（9401C、9401CF、9402C、9402CF）      十一、二氧化碳压缩机组（9102J/JT）      十二、高压氨泵（9103J/JA）高压甲铵泵（9301J/JA）附录：分析控制点一览表第一章 

14、;   概述一、尿素的物理化学性质    尿素的化学名为碳酰二铵，分子式为（NH2）2CO，分子量为60.60，含氮量为46.6，纯尿素的熔点在1大气压下为132.7，在高于150160的温度时，会发生缩合作用生成缩二脲。    氨和二氧化碳合成尿素，其总反应可以表示为：         2NH3+CO2 （NH2）2CO+H2O+Q    这一放热反应需要在高温（一般为180）高压（140kg/cm2）下

15、进行，由于这是可逆反应，因此氨与二氧化碳不可能全部转化为尿素。在工业生产情况下，二氧化碳的转化率仅在5070之间。为了处理未反应的氨和二氧化碳，可以将合成熔融物加热分解气体逸出。但要将氨和二氧化碳气重新压缩，但在压缩过程中会生成固体的氨基甲酸铵，堵塞设备和管道，为了克服这种困难就出现了各种气体循环的工艺流程。    最初的工艺流程以不循环法开始，到半循环法，全循环法，全循环法又分为水溶液全循环法和气提全循环法，本工艺主要将CO2气提法全循环作一介绍。尿素生产原料 一、氨的性质：    氨的分子式为NH3分子量为17.03，在

16、常温常压下为无色的具有特殊刺激性的气体，在低温高压下可以液化，当温度低于-77.7以下时，氨可以成为具有臭味的无色结晶，其主要物理性质如下：    临界温度（）   132.4    临界压力（大气压）  111.5    临界比容（米3/公斤）  4.26    密度：气体在标准状态下（毫克/升）   760    沸点（）    -33.35 

17、   凝固点（）   -77.7    液氨质量要求：    氨含量       99.5%（重量）    油           10ppm（重量）    水及惰性物   0.5%（重量）二、二氧化碳的性质：    二氧化碳是无

18、色气体，在一定条件下可以液化，在强烈冷却时可以变成固体，通常称之为干冰，其分子式为CO2分子量为44，主要物理性质如下：    临界压力（大气压）    72.9    临界温度（）     31    临界密度（克/厘米）0.468    密度：气体（标准状态下克/升）1.9248    沸点（）    -56.2  

19、0; 熔点（）    -78.48    二氧化碳气体质量要求    纯度     应大于98.5%（体积）    硫化物含量   应小于2毫克/标准米3      H2含量      应小于1.0%（体积）    CO含量      应小

20、于0.2%（体积）    甲醇含量     应小于300ppm第二章   工艺流程说明第一节   工艺流程说明一、NH3与CO2的压缩以及CO2的脱氢：（100#）    从合成界区热氨产品泵送来的液氨，压力25kg/cm2（绝），温度3040，经过流量累积器FQ101进入高压氨泵9103J/JA，在氨泵的进口管线上设有低压报警PAL9102，高压报井PAH9107A/B，测温点TI9101；TI9107A/B，测压点PI9101，PI9103A/B以及温

21、度记录TR9003/7，以便对液氨的压力和温度进行临测。液氨在高压氨泵内加到164180kg/cm2。泵的打量是根据CO2的负荷来确定的，通过调节控制变矩器的SIC9101A/B来改变泵的转速来达到打量的改变。氨泵送出的液氨依次通过第一高压氨加热器9103-c和第二高压氨加热器9104C，分别用低压甲铵冷凝器（9301C）的密封循环水以及上部循环加热器（9301ECA）壳侧的蒸汽冷凝液作为热源，将液氨加热到70左右。在9103C以及9104C出口分别设有温度指赤TI0001/2、TI9001/3。然后，液氨进入高压氨喷射器9201L，此喷射器可用HIC9207改变喷针的位置以调节来自高压洗涤器

22、9203C和尿素合成塔9201D的甲铵液抽吸量。在喷射器的进口氨管道上设有PI9201，PR9201以便对高压系统的压力进行观察和记录。喷射器送出的液氨与甲铵液的混合物进入高压甲铵冷凝器9202C的项部。    压力为1.61.7kg/cm2（绝），温度2535，组成98.5%（干基体积）的CO2气体，其在合成界区的总管上设有压力控制器PIC42和自动放空的旁路以及甲醇的高含量报警。CO2气体进入尿素界区，在CO2液滴分离器（9101F）前的总管上与防腐及脱氢所用的空气相混合。此空气由工艺空气鼓风机9101J供给，加入量由FIC9103控制约为CO2总量的6.57

23、.0%（V），（其中4%是作为防腐用的）。CO2气体和空气的混合物经过液滴分离器（分离出来的水排入地沟）进入CO2压缩机9102J。该压缩机是由蒸汽透平9102JT来驱动的两缸四段离心式压缩机。在每段之间分别设有段间冷却器（9102Jc/JC2/JC3）以及在2段与3段，3段与4段之间设有段间分离器（9102JF2/JF3）。CO2压缩机的打气量是通过蒸汽透平9102JT转速调节器HIC103来控制的。调节范围在82.9%115.5%，气体被压缩到144151kg/cm2(a)，温度134140送出。    从CO2压缩机送出的含有空气的CO2气体，进入高压CO3

24、加热器9101C，加热到200，在出口管道上配置有温度调节器TIC9102以及低温报警TAL9103以控制监测此混合气体的温度，加热后的气体进入脱氢反应器9101D，器内装有以Al2O3作为载体的铂（0.3%wt）触媒，气体中的H2及其它可燃性气体在触媒作用下与氧气反应生成H2O和CO2。此种触媒对H2S极为敏感，极易中毒，故CO2气中的H2S含量不超过2Mg/NM3。反应以后的CO2气达268（H2含量为050PPM），在9101D出口管上设有温度及流量记录TR9003/1。FR9102，高温报警TAH9105。气体通过高压CO2冷却器9102C，温度降至100。为 监测9101D的工作情况

25、以及CO2气体中防腐用的氧含量，在管线上设有自动分析仪（S，2，3，1），自动记录H2含量和O2含量（AR101，AR102）及高氢报警（报警值100PPM），低氧报AAL9102（报警值0.7%V），高氧报警AAH9102，降温后的CO2进入高压热交换器（即汽提塔）9201C的底部，CO2气压入塔前设有PIC9204控制的自动放空旁路，此旁路仅在开、停车时或检验压缩机性能时用，并设有CO2气体的压力记录PR9204（在正常生产时可作为高压系统的压力参数）。    二、合成与气提（200#）    尿素合成塔9201D顶部的反应混合物

26、中含有尿素、水，未转化的氨基甲酸铵以及游离的氨、二氧化碳，温度约183（TR002/5），经内部的溢流管从塔底流出。合成塔的液位由LR9201自动记录，并由出料管上的调节伐HIC9201控制，此管上还设有分析取样点（S  252），定期分析出料组成（cr：33.6%，NH329.2%，CO219.2%）以观察合成塔的反应情况，液体靠位差流入高压热交换器9201C顶部的液体分配器，经分配小孔均匀地流入到每根气提管中，沿着管壁形成膜状自上而下流动。同时从塔底进入的约140kg/cm2，100的CO2气体经过分布器亦均匀地分配到每根气提管中自上而下流动，气液逆流接触，液体中游离NH2及甲铵

27、随即分解蒸出进入气相中，其所需的热量由进入热换器壳侧内高压饱和蒸汽所供给，到达塔底的液体温度170，组成分U：5657%（wt）、CO2、10.5%（wt），NH3，7.58.5%（wt）；从塔底流出，出口管上设有高温报警TAH9201，高液位报LAH9201，以及液位调节器LIC9203，液体进入循环系统。高压热交换器的加热蒸汽由高压蒸饱和器9902F，进汽管上的压力控制PIC9904来调节。随着生产负荷的不同，蒸汽压力在1721kg/cm2(a)之间变化。    离开高压热交换器顶部的气体含有NH3：345%（V），CO2：34.5%（V），H2O：3.63%

28、(V)，惰气及氧气：1.37%（V）：进入高压甲铵冷凝器9202C的顶部，与从高压氨喷射器9201L来的原料液氨及回收的甲铵液在分布板上汇合，此气一液混合物均匀地分配到管束中，并沿着管壁向下流，此时，加料物中的蒸汽冷凝，并发生生成甲铵的反应，放出冷凝热和生成器。这些热量用于产生低压蒸汽，进入kg/cm2(a)蒸汽管网，蒸汽压力由蒸汽控制器HIC921以及低压忒汽管网上的放空控制伐PIC9205来控制的。改变蒸汽压力，也即改变了高压甲铵冷凝器9202C的壳侧温度，这样就可以控制管内甲铵的冷凝程度，即控制了出高压甲铵冷凝器的气液比。    高压甲铵冷凝器出来的液相及未

29、冷凝的气相从底部的两根出口管分别流入尿素合成塔9201D的底部。未冷凝的这部分NH2和CO2继续反应生成甲铵、入出热量，这热量除了用于生成尿素所需的热量以外，并使合成塔的物料温度上升。该顶部温度可达183。    合成塔内部装有8块筛板，目的是使气液两相间混和良好以及避免返混，顶部液相从溢流管经由液位控制HIC9201调节进入高压交换器。合成塔内液位过高会使液体进入高压洗涤9203C，造成堵塞。合成塔的气相从顶部流出其体积百分组成为：NH3：67.1%，CO2：21.2%、O2：0.975、H2O：3.62%，惰性气：7.1%，温度183，其组成由装置在高压洗涤器

30、防爆球体上的色谱仪自动分析，根据分析数据可以了解整个系统的操作好坏。合成塔顶出来的气体经出气管进入高压洗涤器9203C的防爆空间，在出气管上装有安全伐Psv9201D1/D2/D3（整定压力为160kg/cm2a)，并设有手动放空调节器HIC9203，此调节器作为开车升温钝化及事故时用。    防爆空间出来的气体进入洗涤器的底部，从301J/JA打来的甲铵液经填料段及中心管亦进入洗涤器的底部。气体与液体并流向上，气一液充分地混合，气体在管内被冷凝和吸收，放出热量。此热量由高压调温水带走。为了防止冷凝过度而产生甲铵结晶，故高调水温度控制在140130。此高调水是在高

31、压洗涤器循环水泵9903J高压洗涤器高调水冷却器9902C一高压洗涤器底部壳侧一下部循环加热器99031ECB之间进行封闭循环。水温由循环冷却器9902C的温度控制器TIC9901及冷却器旁路的流量控制HIC9902来控制。为了防止高调水气化，其压力由恒压槽9906F来稳定。温度记录点TR9002/3；TR9002/2是记录洗涤器高调水进出口温度，以便观察其冷凝效果。    经过高压洗涤器下部的浸没式冷凝段的冷凝液约165（T）、（9002/4）通过出口管进入高压氨喷射器9201L返回合成系统。而在冷凝段没有冷凝的气体进入鲍尔环构成的填料层，与甲铵泵9301J/J

32、A打来的甲铵两逆流相遇，进一步吸收不凝气中剩余的CO2和NH3。没有被吸收的气体，其中不含CO2及仅少量的NH3，主要是惰性气体。值得注意的是，如果惰性气体中含水量有H2，就将与其中的O2及少量的NH3形成爆炸气体。故为了防止爆炸而损坏设备，出气管将通过由非爆炸性气体（合成塔出气）所充满的防爆空间。出塔后的气体经调节伐HV9202入惰气放空塔9201E（相当于消音器）进入大气。调节伐HV9202的开长不能随便调节，仅由生产负荷所决定。    三、循环（300#）    从高压热交换器底部出来的尿素一甲铵溶液（压力：140 

33、温度170）（左右）通过液位控制LIC9203减压到了3kg/cm2(a)，由于减压膨胀，溶液中残留的部分甲铵分解气化，其所需的热量由溶液自身供给，因而溶液的温度下降到103（TI9001/11），汽一液混合物进入精馏塔（9301E）顶部，喷洒在鲍尔环填料床上。液体从底部流出（约110，TI9001/12），进入下部循环加热9301ECB，与壳侧的高压调温水换热，换热后，调温水的温度从140下降到130，液体在管内自下布上流动，进入上部循环加热器9301ECA。壳侧有4kg/cm(a)蒸汽加热，在蒸汽管线上设有压力控制器PIC9301，根据分离段出液温度（TR9003/3）来调节。加热后的溶液

34、可达到135，然后，进入精馏塔底部的分离段，经加热后再进一步分解的甲铵在此分离。在液体中分离出来的气体进入填料段，与喷淋液逆流相遇，发生物质和热量交换，喷淋液中较易挥发的NH3，CO2向气相扩散。    气体中较难挥发的H2O在液体中扩散。经填料段离开精馏塔顶部的气体温度的为103。在分离段分离气体后尿素含量68.21%（wt），温度135（TR9003/3），经过液位调节伐LV9301进入闪蒸槽9301F，其压力由闪蒸槽冷凝器9701C，以及一段蒸发冷凝器9702C等来维持的，并通过HIC9701来控的，尿素由于减压而闪蒸出相当数量的水以及残留的NH3和CO2，

35、其所需的热量由溶液自身供给，因尿液进入尿液贮槽。闪蒸出来的H2O、CO2、NH3等气体从顶部离开闪蒸槽，进入闪槽冷凝器9701C在此冷凝，其冷凝液时入氨水槽9701F。其不凝性气体经调节伐HV9701与一段蒸发分离器9401CF的二次蒸汽一起进入一段蒸发冷凝器9702C中冷凝。    从精馏塔顶部出来的气体（NH3/CO2为2，分子比），以及回流泵9706J/JA打来的解吸气冷凝液分别进入低压甲铵冷凝器9301C，气体在此冷凝，由于NH3/CO2比（分子比）较低，还不到最佳的冷凝氨（FI9304），NH3/CO2提到2.02.5，处于最佳的冷凝条件。低压甲铵冷凝器

36、是浸没式U型管冷凝器，甲铵的冷凝热及生成热是采用封闭的循环水导出，密封循环水301C后再通过低压甲铵冷凝器循环水泵9905J/JA，低压甲铵冷凝器循环冷却器9903C，进行循环。为了防止水温度过低而引起9301C内的甲铵结晶，其水温是由控伐TIC9902，HIC9903来控制的，约在5560左右。    出低压甲铵冷凝器的气一液混合物约70（TR9003/5）进入低甲洗涤器9302E的鲍尔环填料层，与工艺冷凝液泵9701J/JA打来的氨水逆流相遇。为了减少加入的水量及提高吸收效果，故从低压洗涤器中抽出一部分吸收后的溶液，经低压洗涤器循环泵9302J/JA与工艺冷凝

37、液泵9701J/JA打来的水一起经过低压洗涤器循环冷却器9302C喷洒到低压洗涤器填料层。没有被子吸收的气体 从顶部离开。经填料层吸收了一部气体的溶液收集在低压洗涤器的底部，除了一部分的9302J/JA打循环外，其余经内循环管进入低压甲铵冷凝器。    在低压甲铵冷凝器液位槽9302EF中分离了气体的甲铵液重量组成为NH329.39%，CO235.65%，H2O34.93%（S   ，264），温度约75，溶液熔点为51，进入高压甲铵泵9301J/JA，甲铵泵的打量是根据液位槽的液位（LIC9304）手动或自动控制SIC9301来调节的。甲铵液

38、被加到约158kg/cm2进入高洗涤器。在甲铵泵出口有旁路返回到低压甲铵冷凝器。此旁路仅在开、停车时作为打循环使用。    出低压洗涤器顶部的气体，由压力控制器PIC9302，控制在2.5kg/cm2(a)。在正常情况下，此处的放空量是比较少的，伐门处于关闭状态。为了防止伐的堵塞，此处通有9kg/cm2(a)蒸汽进行吹扫。此气体与解吸系统的回流冷凝器9708C中没有冷凝的气体分别进入常压吸收塔9303E底部，与吸收塔给料泵9703J/JA打来的氨水在鲍尔环填料层逆流相遇，气体中少量的CO2、NH3被进一步吸收掉。气体从顶部通过排气筒V9030放入大气。吸收了部分C

39、O2、NH3的液体从塔的底部排放到解吸塔给料泵9704J/JA的进口。    四、蒸发（400#）和晶种造粒（600#）    尿液槽9302F的尿液经尿液泵9303J/JA打到一段蒸发加热器9401C，尿液流量由流量控制FIC9401来控制，一段蒸发加热器9401C是升膜式蒸发器，尿液从底部进入管内，由于汽泡膨胀的结果，在管子中央出现蒸汽柱，在壁上则形成一层液膜，且被高速蒸汽向上抽拔。蒸发所需的热量由4kg/cm2(a)蒸汽以及从9402C来的冷凝液供给。汽液混合物进入一段蒸发分离器9401CF，在此进行汽液分离，二次蒸汽从分离器顶

40、部流出与闪蒸槽冷凝器9701C来的不凝气一起进入一段蒸发冷凝器9702C中冷凝，冷凝液进入氨水槽9701F，在9702C中的不凝气被一段蒸发喷射器9701L抽出。一段蒸发压力控制在0.30.4kg/cm2(a)，可通过喷射器9701L吸入管线上的压力调节伐PV9701调节空气的吸入量来控制。    一段蒸发分离器9401CF出来的尿液，浓度为95%(wt)，温度120130（TR9401，根据此温度可调节PV9401控制进入一段蒸发加热器的蒸汽量）通过U型管进入二段蒸发加热器9402C，U型管是用来平平衡一段与二段蒸发压差的。9402C结构与9401C相同，但尺寸

41、较小。其蒸发所需热量由9kg/cm2(a)蒸发供给。二段蒸发压力为0.030.04kg/cm2(a)。从加热器出来的汽液混合物进入二段蒸发分离器9402CF，在此汽液最终达到完全分离是通过其内体后进行的。其二次忒汽由升压器9702L抽出，进入二段蒸发器冷凝器9703C，压力升到0.12kg/cm2(a)，在此冷凝，其冷凝液进入氨水槽9701F（约50），不凝性气体由二段蒸发器第一喷射器9703LL，抽到二段蒸发后冷凝器9703LC，进一步地冷凝，冷凝液进入氨水槽9701F，其没有冷凝的气体由二段蒸发器第二喷射器9703LL，抽出与一段蒸发喷射器9701L抽来的不凝性气体一起进入最终冷凝器970

42、5C，冷凝液进入氨水槽，最终还没有冷凝的气体进入排气筒V9030，蒸发系统所有的喷射器都采用4kg/cm2(a)蒸汽作为动力。    二段蒸发分离器9402F出来的熔融尿素，浓度为99.7%(wt)温度138140（TR9402，根据此温度可用TV9402调节进入二段蒸发加热器的94kg/cm2(a)蒸汽量）用熔融尿素泵9401J/JA打到造粒塔9601A顶部的造粒喷头9601LA/LBL，在进入喷头的管道上，装有三通伐HV9603，在开、停车以及生产事故中，因为尿浓度不合格，可通过此伐经循环管线返回尿液贮槽9302F。熔融尿素泵的打量可用HI9601调节。

43、60;   造粒的喷头是无级变速的造粒装置，熔融尿素由于喷头旋转形成颗粒，在塔内向下喷洒，与从塔底百叶窗进入的空气逆流相遇，尿素颗粒被冷却固化，换热后空气从塔顶排出。空气进风量为55.5万NM3/W。    为了增强尿素粒子的冲击强度，在进塔空气中要添加少量的尿素粉尘作为晶种。作为晶种用的成品尿素颗粒和防潮用的硬脂酯钙（其重例为100：1.2）在品种混合槽9603V中进行搅拌混合（约20分钟后）入晶种尿素贮斗9604V。振动给料器9603L连续不断地把晶种尿素送入空气喷射磨9604L，由振动给料机的速度来控制进入喷射磨的晶种尿素量为15.6kg

44、/M（最大为20kg/nr）由压缩空气（6kg/cm2）带动尿素粒子在磨内高速旋转而相互磨摩碰撞磨成82.5的颗粒，这些微粒被尿素粉尘喷射器9605L抽入造粒塔有效高度一半的地方通过4个孔径喷入塔内，为了防止输送中尿素粉尘堵塞的危险要求压缩空气温度不低于60，喷射器的空气用量为180220NM3nr。    塔底的颗粒尿素（约70）由刮料机9601V刮入下料孔下的皮带运输机9602V，经秤量后进入包装机组或散装仓库。    五、解吸与水解（700#）    氨水槽9701F主要收集各冷凝器来的冷凝液以及系

45、统停车排放的溶液等，其中闪蒸槽冷凝液含NH3、CO2，则由解吸和水解系统来回收，    以解吸塔给料泵9704J/JA打来溶液，重量组成约：尿素67%，CO2：2.67%，NH3：3.71%（S276），温度：62。经解吸塔换热器9706C，温度达117（TI9001/19）进入操作压力为（3 kg/cm2）的第一解吸9701E来作为热源的含有NH3、CO2的二次蒸汽逆流相遇，溶液中的大部NH3和CO2被加热解吸出来。溶液达130（TI9001/20），收集在第一解吸塔的底部，被水解塔给9705J/JA抽出。该泵打量由第一解吸塔液位调节器LIC9703控制。经水解

46、塔换热器9707C1/C2进入水解塔9703E第一块塔板上部，水解塔有16块塔板，操作压力为16.3kg/cm2(a)，溶液在塔中停留一定的时间（约80分钟）尿素在此进行水解成NH3和CO2    。其所需热量由透平蒸汽（25kg/cm2）来控制的。从底部流出的溶液温度约为190（TI9001/24），含有尿素115PPM，NH3：156% (wt)（S2103），经过水解塔换热器，与第一水解塔出料液换热器降温后，进入第二次解吸塔9702E第一块塔板上方，其进液量由塔相同。该塔解吸所需的热量由4kg/cm2蒸汽供给，蒸汽量的控制（FIC9704）与第一次吸塔的进液

47、量（FIC9703）串接的。溶液中被吸出来的含有NH3和CO2的二次蒸汽作为第一解吸塔的热源。解吸后的溶液收集在塔底。温度为134，含有尿素：114PPM，NH3：65PPM（S2101）再流经解吸塔换热器9706C，废水冷却9709C，温度降到60（TI9001/21）排入地沟，其排出的量由第二解吸塔液面控制器LIC9701来调节。    从水解塔9703E顶部出来的气体，约170（TR9004/4）过压力调节伐PV9709，此伐是用来维持水解塔的操作压力16.3kg/cm2(a)的。进入第一解吸塔第6块塔板，在塔内亦作为解塔的解吸用的热源。从第一解吸塔顶部出来

48、的气体，约110（TR9004/2）。此温度的高低，对气体进入的组成是有影响的，因而在出口管线上设有低温报警TAL9702。气体进入回流冷凝器9708C，气体在此冷凝，冷凝汇贮集在底部，约含NH3：32.55%(wt)、CO2：27.45%(S2102)，温度约为55（TR9004/1），经回流泵9706J/JA后大部分（约60%）进入低压甲铵冷凝器9301C，其流量由回流冷凝器的液位控制LIC9707来调节，一部分回流到第一解吸塔，其回流量由FIC9701来控制。在回流冷凝器中的不凝性气体经压力控制器PIC9711进入循环系统的吸收塔9303E中被进一步吸收，残余的气体放入大气。 

49、   回流冷凝器中气体冷凝热由冷却水带走，由于此冷凝气体中NH3、CO2含量较高，过低的冷却水循环使用，冷却水由冷却水循环水泵9707J/JA打到回流冷凝的壳侧，温度控制在30左右，进口设有冷却水低温报警TAL9707。在冷凝器换后由TV9715控制排放掉一部分热后的冷却水，再由冷却水管补充一部分新鲜水，再进入循环水泵9707J/JA循环，这样可确保温在要求的范围内而避免过冷。第二节    蒸汽一冷凝液流程说明一、蒸汽系统本车间的蒸汽有二个来源供应：    1、由合成氨车间全成气压缩机透平（4117KI7）和空气压

50、缩机透平（4117KIT）作功后抽出背压蒸汽38kg/cm2（a）365，江合进入中压蒸汽的二次蒸汽息管，其中，110吨/小时，供尿素介区使用，在二氧化碳压缩机透平（9102JT）蒸汽进口总管设流量记录FR9105。    2、由本车间高压甲铵冷凝器（9202C）副产4kg/cm2低饱和蒸汽，正常情况下共72吨/小时。合成车间送来的38 kg/cm2，365的蒸汽首先作为驱动二氧化碳压缩机透平的动力，由杭州汽轮厂生产的二氧化碳压缩机透平是单缸中间抽汽注入冷凝式轴流式透平，透平共有17级叶轮（1+3+8+5）。38kg/cm2蒸汽先经过二个危急遮断伐，由高压调节汽门

51、来调节主蒸汽进入量，从而达到控制压缩机转速的目的。经过1个调节级和3个压力级作功后，蒸汽膨胀到25kg/cm2（绝），约310。抽出其中约72吨/小时供给工艺介区用。为了使得在压缩机停车或抽出蒸汽量不足时能保证工艺界区蒸汽的需要，在进透平前38 kg/cm2蒸汽总管上设有一旁路由遥控伐HV9102来维持工艺介区的蒸汽量，由流量记录仪表FR9901记录。    抽出蒸汽量由中压调节汽门开度来调节，进入中压调节汽门之过热蒸汽经过8级反动式叶片作功后又补充注入17吨/小时的4 kg/cm2干饱和蒸汽（正常情况下）。为保持压缩机转速，由调速器液压调节贡区来平衡进入透平的主

52、蒸汽和注入蒸汽量。    二路蒸汽在汽室内汇合，一起对5级反动式叶片作功后压力降到约0.14 kg/cm2（绝），温度52，进入透平蒸汽凝结器（9102JTC），由冷却水冷却成蒸汽冷凝液，最后由透平蒸汽冷凝液泵（9102JTJ/JA）送往合成介区。    从二氧化碳压缩机透平抽出之背压蒸汽，主要进入高压蒸汽饱和器（9902F），由流量记录仪表FR9902记录蒸汽量，高压蒸汽饱和器压力由压力控制器PIC9904控制，压力数值根据工艺负荷不同控制在17 kg/cm220 kg/cm2，过热蒸汽被饱和器内汽冷凝液所饱和，此饱和蒸汽进高压热交

53、换器（9901C）壳侧供加热用。经过热交换以后的蒸汽冷凝液流回高压蒸汽饱和器，通过液位调节伐LV9901控制饱和器内液位。高压热交换器壳侧中部排放少量惰气。蒸汽和高压蒸汽饱和器排放之蒸汽冷凝汇合进入中压冷凝液闪蒸槽（9903F）。    由高压蒸汽饱和器排出之蒸汽冷凝液在中压冷凝闪蒸槽内闪蒸出部分中压蒸汽9 kg/cm2（绝），但此部分蒸汽尚不能满足中压蒸汽用户的需要。所以中压冷凝液闪蒸槽的压力还通过分程压力调节器PIC9906来控制，其中PV9906/1调节伐引进透平背压蒸汽以维持中压蒸汽总管的压力，在中压蒸汽压力高的情况下除了关闭PV9906/1以外，还经过调

54、节伐PV9906/2放空部分蒸汽到4 kg/cm2蒸汽总管，防止蒸汽压力超高。二氧化碳压缩机透平之背压蒸汽用户还有：   （1）为了维护4 kg/cm2蒸汽总管的压力，在需要时背压蒸汽经过PV9213/2进入蒸汽包（9201FA/FB），经过减压饱和后补充4 kg/cm2蒸汽的不足。   （2）背压蒸汽还进入二氧化碳加热器（9101C）使二氧化碳的温度提高到200左右，进入脱氢反应器（9101D），正常情况下需要量为2.6吨/小时。   （3）水介塔（9703E）的热源也是透平的背压蒸汽，在水解塔底部温度达到190，正常情况下需要量为

55、2.3吨/小时。出中压冷凝液闪蒸槽的中压蒸汽，经中压蒸汽总管作为二段蒸发器（9402C）加热尿液用，用量为5.4吨/小时，一部分还作为高压系统工艺管线伴管保温用。在蒸汽系统建立时，还有少量蒸汽进入高压甲铵冷凝器（9202C）壳侧加热冷凝液用。中压冷凝液闪蒸槽内液位由控制器LI9903，及调节何等LV9903实行自动控制，蒸汽冷凝液送到蒸汽包（9201FA/AB），由FR9903记录流量。低压4 kg/cm2蒸汽管网压力主要三个伐门来控制的，其中一个分程压力控制器（PIC9213）来控制二个伐门。   （1）进透平（9102JT）的低压膨胀长级的注入蒸汽调伐PV9213/1，

56、此伐将大量低压蒸汽注入透平由FR9202记录蒸汽流量，注入蒸汽量最大为17吨/小时。   （2）前面介绍的PV9213/2，当低压蒸汽不足量，补充透平之背压蒸汽，以维持低压蒸汽总管的压力。    上述二个伐门任何情况下只有一个伐门能够动作。    当低压蒸汽压力超高，而注入透平（9102JT）之低压蒸汽不能再增加时，为了防止低压蒸汽压力超高，蹩跳总管上蒸汽安全伐，可经过遥控伐门（PIC9205）放空部分低压蒸汽，以维持其压力。正常情况，4 kg/cm2低压蒸汽产量可通过中压冷凝液闪蒸槽输出的蒸汽冷凝液流量（FR99

57、03）和锅炉给水泵（9906J/JA）送到蒸汽包的蒸汽冷凝液流量（FR9901）叠加而知道。    在前十一套二氧化碳汽提法尿素工厂中，低压蒸汽从蒸汽包顶部出来还通过一个压力控制调节蝶伐，其目的是为了控制和稳定高压甲铵冷凝器（9202C）沸水侧的压力，以稳定高压甲铵冷凝器工艺的工况。现为了减少低压蒸汽总管的压力损失，将此伐门取消。这样如何稳定低压蒸汽压力就显得更加重要，因为低压蒸汽压力波动将直接影响高压甲铵冷凝器管侧甲铵冷凝量，控制不当，将直接影响高压系统反应的正常进行。低压蒸汽用户主要有六个：   （1）经压力控制伐PV9301进入循环加热器

58、上部（9301ECA），加热经过精馏后的尿素溶液。换热后的蒸汽和蒸汽冷凝液混合物到第二高压氨加热器（9104C）加热液氨用正常情况一用量为9.3吨/小时。   （2）PV9401进入一段蒸发器（9401C）正常情况下用量为28.7吨/小时。为充分利用低位能，从二段蒸发器出来的蒸汽冷凝液从中部进入一段蒸发器，共同加热尿液，由液位控制伐LV9401自动控制壳侧蒸汽冷凝液液位。   （3）为维持蒸发系统统一，二段真空，低压蒸汽分别进入蒸发系统的四个蒸汽喷射泵：一段蒸发喷射器（9701L）升压器（9702L），二段蒸发器第一喷射器（9703LL1），二段蒸发器第

59、二喷射器（9703LL2），用量共11.1吨/小时。   （4）第二介吸塔（9702E）的加热蒸汽也是用的低压蒸汽，由PIC9704控制进入蒸汽量，正常情况下为8.6吨/小时。   （5）低压蒸汽还用作：高压系统工艺安全伐等吹扫蒸汽，低压部分的工艺系统的安全伐吹扫蒸汽和伴管保温。   （6）蒸发系统二段蒸发分离器（9402CF）之伞管保温蒸汽和融熔尿液管线保温的夹套蒸汽是低压蒸汽饱和器（9904F）经过减压饱和后产生的3.8 kg/cm2（绝）的低压蒸汽。二、蒸汽冷凝液系统：    由各加热器返回的低压蒸

60、汽冷凝液和中、低压蒸汽保温伴管（夹套）来的蒸汽冷凝液进入蒸汽冷凝液贮槽（9901F）上部的一个直径24寸、高1.5米的短管内闪蒸出约1吨/小时常压蒸汽，进入闪蒸汽冷凝器（9901C）内被管侧的冷却水冷却成蒸汽冷凝液和系统返回的蒸汽冷凝液一起进入蒸汽冷凝液贮（9901F），每小时约25吨。    正常情况下，其中17.7吨/小时（根据FR9201）经锅炉给水泵（9906J）加压后和中压冷凝液闪蒸坛来的蒸汽冷凝液分别进入高压甲铵冷凝器二侧的蒸汽包（9201FA/FB），供产生低压蒸汽用，加水量由汽包液面指示器通过液位伐LV9205实行自动控制。其余的蒸汽冷凝液由蒸汽冷

61、凝液泵（9901J/JA）打到一根冷凝液高位管，最高点约为58米，其目的是使蒸汽冷凝液在任何消耗量下都能保持足够高的压力，来满足生产需要，各层楼面所需的蒸汽冷凝备用接头从容不迫此管引出。    蒸汽冷凝液泵（9901J/JA）出口主要用户有：   （1）低压工艺系统精馏塔（9301E）和低压用铵冷凝器液位（9302EF）的仪表冲洗水。   （2）供给高压冲洗水泵（9902J）用水，高压冲洗水泵的作用是在系统开停车和系统运行时需要使用高压水冲洗设备，管线和伐门时，由高压冲洗水泵加压到155 kg/cm2供给。 

62、60; （3）低压蒸汽饱和器（9904F）补充水。   （4）尿液泵（9303J/JA）进口加水和填料冲洗水。   （5）高压氨泵（9103J/JA）冲洗水。   （6）高压甲铵泵（9301J/JA）进口加水。   （7）尿液贮坛（9302F）加水。   （8）造粒喷头（9601LAL/LDL）的清洗用水。蒸汽冷凝液贮坛液位由出介区蒸汽冷凝液管线上的液位调节伐门LV9907实行自动调节。为防止贮坛液位抽空，引起断水事故，并设有低液位报警（LAL9907）。出介区前的蒸汽冷凝液经守电导分仪指示C1

63、19901和报警CAH9901二项，当蒸汽冷凝液被工艺介质污染时，电导指示剧升，这时应迅速查明原因消除。    由FR9904记录出工艺介区的蒸汽冷凝液流量，在出界区蒸汽冷凝液总管上还调用有一根副线供蒸汽冷凝液贮坛补充液位，并在就地设有流量指示FI9907。然后和透平蒸汽冷凝液泵送出的蒸汽冷凝液一同送合成介区。第三节：原料CO2气体的脱H2    国内外CO2气提法生产尿素的装置，曾发生过高压洗涤器或其出口气体管线的燃爆事故。其主要原因是CO2原料气中含有一定量的H2，当综过高压洗涤器洗涤掉NH3与CO2以后，与防腐用空气形成H2空气

64、可爆性气体混合物，在有引爆源（例如静电、雷击、摩擦等）存在的条件下，可能发生燃爆。所以脱除原料CO2气体中的H2含量是防止发生燃爆的根本措施。目前国外脱H2的方法有二类，一是供氨厂CO2吸收液的部份膨胀，即在CO2吸收塔和解吸塔之是装设一个闪蒸桶减压解吸，使部分H2从吸收液中优先释放出来，使供应给尿素用的CO2气体中H2含量大大减少。虽然该法要损失部分CO2，但对于以油为帮料的制氨流程，因碳多氢少CO2略有富余，所以是可行的，另一种方法是采用催化燃烧，即在CO2气体中加入空气或氧气，在催化剂的作用下使H2燃烧成水。对尿素生产来说，原料CO2气体中希望甲醇含量小于10ppm而渣油型合成氨装置中低

65、温甲醇洗脱碳技术只能保证甲醇含量在300ppm。因此，本装置设计中采用了催化燃烧半来脱除CO2气体中的H2，甲醇和其它可燃性气体。由合成氨装置低温甲醇洗脱碳工序提供的原料CO2气体其组成为：CO2          98.5%(V)        CH3OH          0.03%(V)H2    &#

66、160;      1.00%(V)         CH4            0.06%(V)CO          0.20%(V)        N2+Ar   

67、;       0.21%(V)总S         2mg/NM3        其中可燃性气体H2、CH3OH、CO和H2S在以Ae2O3为载体含有铂0.3%的铂触媒上，在200条件下与空气中的O2发和燃烧反应。H2+   O2=H2O   Q57798卡/克分子CO+   O2=CO2   Q67786

68、卡/克分子CH3OH+   O2=CO2+2H2O    Q177400卡/克分子CH4+2O2=CO+2H2O    Q212800卡/克分子据国外已生产厂的经验，经催化脱H2后，H2含量可以减少微量级，我厂设计为50ppm以下。CO2原料气体中CO2、S的含量、气体中O2/H2比以及入H2反应的气体温度均会影响脱H2的效果，本设计原料CO2气体中CO含量较高，因此，入反应器的气体温度不能低于铂触媒的起始活性温度180否则会使触媒中毒，S也能使触媒中毒，影响触媒的使用寿命。不同触媒的耐硫性能不同。我厂所使用的铂触

69、媒要求CO2原料气体中硫含量低于2mg/nM3。入脱H2反应器的气体中当O2/H2比太低时，会使燃烧反应不完全。使一部分H2随CO2进入到合成系统去，这对生产是十分危验的。第三章    尿素的合成一、尿素的合成反应机理工业生产尿素是由合成氨和二氧化碳直接合成尿素的，其总反应如下式：2NH3+CO2 CO（NH2）2+H2O   Q24.4千卡（液）（气）      （液）    （液）由上式可以看到这是一个可逆的放热反应，许多文选对尿素的合成研究有着多种的成果和解释

70、，但是较统一的认为实际尿素的合成反应是在液相中分两步进行的。其第一步：液氨与气体二氧化碳反应生成氨基甲酸铵（简称甲铵）2NH3+CO2 NH2COONH4 +Q28千卡（液） （气）      （液）由反应热的数量值可以看出这是个强烈的放热反应，反应速度快容易达到化学平平衡。其第二步：由上述反应生成的甲铵液体脱水生成尿素。NH2COONH4 CO（NH2）2+H2OQ3.6千卡（液）             

71、0; （液）      （液）从反应式得知这是一个略微吸热的化学反应，反应速度较慢，要相当长的时间才达到平衡，应该指出的，甲胺脱水生成尿素反应必须在液相中进行才能有明显的速度。它也是合成尿素过程中的控制反应。工业生产中，为了提高尿素的反应率都采用过量氨与二氧化碳反应，因此生成尿素的程度定义为尿素的转化率即或简称为CO2转化率来表示。       转化成尿素的CO2量XCO2=         &#

72、160;              ×100%         原料CO2总量              尿素的重量%=           

73、;                          ×100%         尿素的重量%+1.365×CO2的重量% 式中1.365表示尿素分子量与二氧化碳分子量之比。上述反应在一定的条件下，当反应达到化学平衡时的转化率叫做平衡转化率

74、。也就是在该条件下所达的反应极限程度。根据总反应式它的化学平衡常数可以用下式表示：         X（NH2）2CO*XH2OK =                        ×100%       &#

75、160; XNH32*XCO2  平衡常数K是温度的函数，式中右边各项为各个组分在平衡条件下的浓度。对于尿素合成反应的平衡常数K的关系有二种推导如下：一、取原料1分子的二氧化碳为基准，设NH3/CO2=a   H2O/CO2=b，则：反应前   （分子数）        平衡时  （分子数）NH3         a       

76、;             a2XCO2            1                   1XH2O      &#

77、160; b                   b+XCO2（NH2）2   0                 X总计      1+a+b   

78、               1+a+bX将平衡时各组分浓度代入平衡常数表示式中，整理后得到：      X（b+X）(1+a+bX)K=                      

79、0; ×100%        （1X）(a2X）2 根据K式可求出不同生产条件的平衡转化率，也可称为尿素的产率。下面介绍两张计算尿素生产过程中二氧化碳平衡转化率的常用标图。图3-1中右上角的插图为无外加水和过量氨时，二氧化碳转化成尿素的平衡转化率和温度的关系。横座标表示反应温度，纵座标表示二氧化碳转化为尿素的平衡转化率。正图的用法，横座标为氨碳化（NH3/CO2）=a，纵座标在0以上为水碳比（H2O/CO2）=b；在0以下有温度座标，图中央为一系列温度线与转化率线。如已知原料中的氨碳比和水碳比a和b，过a和b各作垂直于座标的垂线，其       图3-1二氧化碳转化为尿素的转化率       图3-2尿素平衡转化率标图交点即为加热状态。过此点与温度座标上表示反应温