尿素生产工艺

1、乌鲁木齐石化公司化肥厂二尿素装置采用的是荷兰斯塔米卡邦的二氧化碳气提工艺,设计产量1740t/d。该工艺流程先进,技术成熟,在国内外有着非常广泛的用户。该工艺主要分为原料压缩,高压合成,低压循环,蒸发浓缩,成品造粒,解吸水解等工艺过程,具有高压、高温,流程短,能耗低等特点。该装置由中国石化集团兰州设计院承担工程设计,七化建公司承建,于1997年5月投产。自1997年成功试车以来,已累计生产尿素400万吨,广销全国各地。2005年本装置创历史最高年产尿素64.8万吨,是设计年产量的124.6%,同年,各项技术指标也达到历史最好,其中吨尿素耗氨571.89千克,耗二氧化碳746.37千克,耗电15

2、.54度,全部优于设计值,达到或接近国内外先进水平。装置流程简述:由合成氨车间来的压力为2.0MPa液氨进入尿素装置经高压氨泵(103-J/JA把液氨加压到15.5MPa,并经过高压氨加热器和高压喷射器送入到高压甲铵冷凝器(在高压系统中加入H2O2以起到防腐作用。二氧化碳来自二合成氨车间,经二氧化碳压缩机(102-J加压到14.4MPa后,进入汽提塔,把合成塔来的反应混合物进行汽提后进入高压甲铵冷凝器(202-C,然后与液氨进行反应生成甲铵,甲铵再进入合成塔(201-D反应生成尿素后进入汽提塔(201-C,在汽提塔壳侧用2.0MPa蒸汽进行加热,以提供甲铵分解所需热量。从201-C 出来的物料

3、经气提塔液位调节阀LV-203减压分解后进入精馏塔。在精馏塔中进行加热,使反应混合物进行分解。气相进入低压甲铵冷凝器(301-C冷凝生成甲铵,通过301-J返送回203-C。液相进入闪蒸槽,经过闪蒸槽闪蒸后进入尿液槽。用尿液泵把尿液槽的尿液送到一段蒸发器,在一段蒸发器中,尿液将增浓到95%,到二段蒸发器增浓到99.7%,由尿素熔融泵把99.7%浓度的尿素送到造粒喷头,造粒喷头将溶融尿素的液滴均匀地分布在造粒塔的横面上。液滴下降过程中形成固体颗状尿素,收集于造粒塔底部,利用刮料机将固体尿素刮入溜槽中,送到成品车间。在蒸发过程中产生的含有NH3、CO2和尿素的工艺冷凝液进入氨水储槽(701-F,再

4、进入解析水解系统,通过水解将尿素分解成NH3和CO2,含有NH3和CO2的工艺冷凝液通过解析塔解析,将工艺冷凝液中的NH3和CO2分离出来,进入回流冷凝器(708-C进行冷凝,冷凝后的液相通过706-J返回301-C。处理合格的废水送到动力车间。各系统流程说明1 氨系统压力为2.0MPa及温度为530的液氨进入尿素装置并引入高压氨泵(103-J/JA。用高压氨泵把液氨增压到15.79MPa,并且经过高压氨加热器(103-C把液氨加热到约69,经过高压喷射器(201-L送入高压甲铵冷凝器(202-C。高压氨泵为高速离心泵,其流量由调节阀FV-152来控制,为保护泵设置了回流调节阀FV-152A/

5、B。2 二氧化碳系统尿素生产用的CO2气体在CO2压缩机(102-J中加压到约14.43MPa,温度110。从合成氨界区来的含有微量H2的CO2气体其压力为0.127 0.135MPa,温度为40,经CO2液滴分离器(101-F导入CO2压缩机,在101-F中把液体分离掉,以防损坏CO2压缩机。双氧水系统正常操作时,尿素装置用的防腐空气由合成氨装置送来,进入CO2压缩机一段进出口管线。当不加入双氧水时,防腐空气同时在CO2液滴分离器入口管线加入一部分,使进气提塔前O2含量不小于0.5%;当双氧水正常投入时,加入的空气量必须使气提塔(201-C前的CO2气体中O2含量(由在线O2分析仪指示为0.

6、20.25%(体积。3 高压合成系统经溢流管漏斗而离开合成塔的反应混合物,用调节阀(HV-201使之排至气提塔。在气提塔中用液体分布器把混合物分配到气提塔管内。CO2气体和反应混合物逆流通过气提管。引起NH3分压的降低,其结果使甲铵开始分解。从高压蒸汽饱和器(902-F来的饱和高压蒸汽在气提管外面加热,以提供甲铵分解所需热量。蒸汽压力由902-F的进汽调节阀(HV-901和压力调节阀(PV-904进行控制,使得出气提塔的液体中含68%(重量NH3。气提塔壳侧的蒸汽冷凝液能从三个不同标高的管口排到高压蒸汽饱和器,再由此将蒸汽冷凝液经液位调节阀(LV-901送入中压蒸汽饱和器(903-F,尿液温度

7、从180183下降到165170。从气提塔出来的气体经液位调节阀(LV-203排至循环系统。从气提塔顶出来的气体送入高压甲铵冷凝器(202-C顶部,液氨也送到该设备顶部,其量要调节到使合成塔(201-D出口气体中的NH3/CO2分子比为33.5,因为这是尿素反应的最佳比值。在202-C顶部上述两种物流相混合并且分配到冷凝管内。管内走甲铵液,壳侧为蒸汽冷凝液和蒸汽。当管内NH3和CO2发生冷凝时所释放出来的热量使壳侧产生低压蒸汽。所需锅炉水由锅炉给水泵(906-J/JA送入蒸汽包(201-FA/FB,由此流到202-C的壳侧,产生的蒸汽返回蒸汽包,在此分离掉所夹带的冷凝液后,借压力调节阀(PV-

8、919A送入低压蒸汽系统。大部分低压蒸汽用于工艺过程,其余部分经流量调节阀(FV-157送至CO2压缩机蒸汽透平(102-JT。蒸汽包压力的变化意味着改变锅炉给水的沸腾温度。所以管侧之间温差影响着列管甲铵的生成反应。正常的压力应整定在这样的数值,使部分NH3与CO2不发生冷凝。这些未冷凝的NH3与CO2将在合成塔中发生反应,放出的热量供应尿素吸热反应用,合成塔顶部的温度(180183和到高压洗涤器(203-C气体中惰性气体含量是高压甲铵冷凝器冷凝率是否合适的标志。在到高压冷凝器去的液NH3管线上设有高压喷射器(201-L。203-C排出的甲铵液管线与201-L相连接,以保证203-C的甲铵液能

9、进入202-C,这样就增加液体负荷,提高了高压冷凝器的效率。对于吸热的尿素反应而言,需要甲铵反应释放的热量和一定的停留时间,后者由合成塔的容积约120升来保证,该值意味停留时间约为1小时(在工厂负荷为100时。为了避免液相返混和改善气液相之间的接触,合成塔内设有十块筛板。CO2转化率约为58%(液相中。反应混合物通过溢流管到气提塔。合成塔的液位保持在溢流管漏斗上方至少1米,以防止CO2气体倒流。液位由手动调节阀(HV-201调节,含有未转化的NH3和CO2以及约68%的惰性气体由合成塔送入高压洗涤器。在高压洗涤器中,NH3和CO2得到充分的冷凝。冷凝热由温度控制约为130的循环冷却水带走。高压

10、甲铵泵(301-J/JA把循环工序的甲铵液打到高压洗涤器。密闭循环冷却水送至底部循环加热器(301-ECB,在此将热量传给尿液,随后又返回高压洗涤器。密闭循环冷却水的流量经高压洗涤器循环水冷却器(902-C的旁路阀调节使之维持在412m3/h。利用恒压槽(906-F来维持密闭循环冷却水系统压力约0.9MPa。所生成的温度约165的甲铵液从203-C溢流管流到高压喷射器,再经高压冷凝器返回合成塔并转化成尿素。高压洗涤器出口设有一个惰性气体出口阀,通过该阀的惰性气体中含有少量的NH3、CO2和H2O,并经惰气放空筒201-E排入大气。高压洗涤器由一个球形封头(合成塔气体通过该处、换热段和洗涤段三部

11、分组成。换热段设有一个中心下降管,通过该下降管未汽化的液体往下流。底部装有气体分布器。气体混合物通过换热段的列管上升,这种循环可提高传热效率。出合成塔的大部分气体在换热段中冷凝。未冷凝的气体,在洗涤段内进一步用低压循环系统来的甲铵液洗涤,使NH3和CO2几乎全部冷凝下来。含有NH3和CO2 的惰性气体混合物也许会在爆炸范围之内。如果有火源存在,着火混合物的压力将使洗涤段爆破,但球形封头内的压力增加很少,所以对高压洗涤器不致产生太大的损坏。洗涤器发生这种事故的标志是系统压力的增高以及密闭循环冷却水的进出口温差变小。4 低压循环系统离开气提塔底部的尿素甲铵液经液位调节阀(LV-203减压膨胀到0.

12、294MPa。这种膨胀的结果使溶液中残存的部分甲铵分解,所需热量由溶液自身供给,使其温度降低。气液混合物喷洒到精馏塔鲍尔环填料层上。尿素甲铵液从精馏塔(301-E底部送到底部和顶部循环加热器(301-ECB 和301-ECA,在此分别用高压洗涤器密闭循环冷却水和低压蒸汽将其温度提高到约135,使甲铵再次发生分解。用压力调节阀(PV-301来调节进入顶部循环加热器的蒸汽压力。在循环分离段中气液相发生分离。气体通过精馏塔填料段的底部时被较冷的往下流的尿素甲铵液所冷却,气体中所含水蒸气在此发生部分冷凝。离开循环分离段的尿液经液位调节阀(LV-301送至闪蒸槽。离开精馏塔的气体以及解吸水解系统来的工艺

13、冷凝液分别送至低压甲氨冷凝器的底部,在此全部被冷凝,为控制其冷凝的NH3/CO2比,由流量调节阀FV-304控制进入301-C的氨量。为了移走冷凝热,低压甲铵冷凝器用密闭循环冷却水进行冷却。该循环冷却水在低压冷凝器循环水冷却器(903-C内进行换热,另一部分在高压氨加热器内进行换热。循环冷却水的温度自控在约55,同时借903-C的旁路阀调整其流量,可在低压甲铵冷凝循环水泵(905-J/JA入口管线上的流量指示器(FI-906读得其流量。生成的甲铵液从低压甲铵冷凝器流到低压甲铵冷凝器液位槽(302-EF,低压洗涤器(302-E位于其上。在302-E中用工艺冷凝液来洗涤惰性气体中未冷凝的NH3。用

14、低压洗涤器循环泵(302-J/JA使该溶液在低压洗涤器和低压洗涤器循环冷凝器(302-C之间进行循环。来自工艺冷凝液泵(701-J/JA的工艺冷凝液喷洒在302-E的鲍尔环填料层上,其量取决于甲铵液浓度(约35%重量的水。302-E装有压力调节阀(PV-302,使循环系统的压力保持在0.245MPa。通过此阀,未冷凝的气体送入吸收塔(303-E,用稀氨水溶液进一步洗涤惰性气体中的NH3,出吸收塔的溶液经解吸塔给料泵(704-J/JA送往第一解吸塔(701-E。出吸收塔的惰性气体排入放空总管。在正常操作期间,加入的氨水量以及调节密阀循环冷却水的温度使压力调节阀(PV-302实际上处于关闭状态,为

15、防止管线结晶,PV-302的付线吹扫蒸汽应保持一定的开度。这就意味着当甲铵液中NH3/CO2分子比为22.5,含水量约35%(重量时,根据操作压力,甲铵液的温度约为75。来自302-EF的甲铵液经过301-C进行循环,因而提高了效率,该甲铵液流入高压甲铵泵(301-J/JA把其压力升高到合成压力后送入高压洗涤器,其流量由HV-301及打循环调节阀FV-153控制,液位(LI-304与FV-708串级调节(也可不投串级,控制302-EF的液位。5 蒸发、冷凝及造粒系统由精馏塔来的溶液通过液位调节阀(LV-301而进入闪蒸槽(301-F。用位于闪蒸槽冷凝器(701-C和一段蒸发冷凝器(702-C之

16、间的手动调节阀HV-701来控制闪蒸槽的压力约0.044MPa。由于压力的降低,大量水蒸气以及氨气从溶液中逸出,溶液的温度从135降到9095,结果使溶液中的尿素含量增加到75%(重量并送入尿液贮槽(302-F。可用闪蒸槽冷凝器气体出口管线上的手动调节阀HV-701来降低闪蒸槽的压力,从而降低出闪蒸槽的尿液温度,由尿液泵(303-J/JA把尿液送至一段蒸发器。用流量调节阀(FV-401来调节进入一段蒸发器(401-C的尿液流量,用尿液缓冲管的液位LI-302来串级调节FV-401的整定值。在一段蒸发器中,尿液将增浓到约95%(重量,用温度调节阀(TV-401来控制其出口温度为125130,由一

17、段蒸发器出来的气液混合物在一段蒸发分离器(401-CF中分离成气液两相,气相在一段蒸发冷凝器中冷凝。一段蒸发器的正常操作压力为0.032MPa(绝。一段蒸发冷凝器气体出口管线上设有压力调节阀(PV-701,操纵一个阀门以调节加入一段蒸发喷射器的惰性气体量。惰性气体入口位置的选择应保证一段蒸发冷凝器自身的操作条件不受加入的惰性气体的影响。从401-CF出来的尿液流入二段蒸发器(402-C。为了平衡压差,在一,二段间设有一个连通管。二段蒸发器的正常操作压力为0.0033MPa(绝。原则上,二段具有一段相似的设备。尿液在二段蒸发器内增浓到99.7%(重量,由温度调节阀(TV-402来控制其出口温度为

18、138140从402-C出来的气液混合物流入二段蒸发分离器(402-CF进行分离,其气相经升压器(702-L增压,以便能在二段蒸发冷凝器(703-C中用冷却水将水蒸气冷凝下来。从一,二段喷射器来的气体送入最终冷凝器(705-C,出705-C的气体进入放空总管排入大气。闪蒸槽冷凝器出来的冷凝液送至工艺冷凝液泵的入口管线。出各个蒸发冷凝器的冷凝液进入氨水槽(701-F。出二段蒸发分离器的熔融尿素流经玻璃视镜(SP-24至熔融尿素泵(401-J/JA的入口,升压后送至造粒喷头(601-LAL/LBL。熔融尿素泵出口管线装有液位调节阀(LV-402来调节泵入口管线中的液位。在蒸发工序开车时,在还未达到

19、所要求的浓度之前,浓缩的尿液通过三通阀(HV-603返回到尿液槽。为了缩短尿液在尿液贮槽中的停留时间,而设计了尿液缓冲管(U-015-60。为了尽可能地减少缩二脲的生成率,熔融尿素管线的夹套蒸汽必须用相当于熔融物温度的饱和蒸汽,其压力最大为0.273 MPa(142。为了减少尿液的停留时间,从而减少缩二脲的生成,在工厂正常操作条件下,尿液贮槽应是没有尿液的,而尿液缓冲管的液位(LI-302也必须保持在最低液位上。HV-603与喷头电机、刮料机及皮带电机的电信号相连,以保证在事故状态下打循环。但应注意在开车过程中联锁信号的短接。造粒喷头将熔融尿素以很均匀的液滴分布在造粒塔的横截面上。液滴在下降过

20、程中固化并放出结晶热,此热量由造粒塔底部进风口吸入的空气带走。造粒机(601-L装有调频器,用调频电机控制造粒喷头的转速。颗粒的大小由造粒喷头的转速进行控制。提高转速将使颗粒直径变小,反之变大。必须注意不使颗粒碰到塔壁。如果形成结块将使固体输送发生困难。固体颗状尿素收集于造粒塔底部,用刮料机(601-V将尿素颗粒刮入溜槽中,由皮带输送机送至散装仓库或包装工序。离开造粒塔顶部的空气直接排入大气。6 解析水解系统蒸发冷凝器的冷凝液以及常压吸收塔底部来的吸收液被收集到氨水槽(701-F中。解吸塔给料泵(704-J/JA将氨水槽(701-F中含有NH3,CO2和尿素的溶液。经解吸塔换热器(706-C加

21、热到110,送入第一解析塔顶部,在第一解析塔中,大部分氨和二氧化碳被水解器(703-E和第二解析塔(702-E来的气/气体加热气提出来。从第一解析塔底部出来的液体主要含尿素和微量NH3及CO2。由水解器给料泵(705-J/JA加压到3.5MPa经水解器换热器(707-C温度由136升至223进入水解器(703-E。第一解析塔底部的液位由到水解器去的工艺水管线上的调节阀(LV-703进行调节。为了建立235的温度和保持3.5MPa压力,以及保持停留一定时间需用3.8MPa蒸汽加热。该蒸汽经流量调节阀(FV-705送入水解器。水解器为卧式容器。为了保证物料的停留时间,容器分成若干格。水解器顶部出来

22、的气相经压力调节阀(PV-709减压到 0.3MPa 后进入第一解吸塔，水解塔底部出来的液相经水解器换热 器， 温度降到 151经液位调节阀(LV-706进入第二解析塔顶部。 在第 二解析塔底部加入低压蒸汽以进一步除去水中的 NH3 和 CO2。出第 二解析塔底部的废水中含尿素和 NH3 都在 5mg/L 以下。经解析塔换 热器(706-C和废水冷却器(709-C降温后，经管道泵(707-J和液位调节 阀(LV-701排出。 送入第二解析塔底部的低压蒸汽可采用两种压力等级的蒸汽。 当氨水 槽浓度正常时，采用 0.4MPa 蒸汽，用流量调节阀(FV-704控制；当氨 水槽浓度升高时， 为了防止解

23、析气倒入蒸汽中， 可采用 1.0MPa 蒸汽， 用流量调节阀(FV-706控制。 第二解析塔出来的气相，进入第一解析塔底部提供解析所需的热量。 第一解析塔顶部出来的气体进入回流冷凝器(708-C， 回流冷凝器为浸 没式换热器。 解析出来的 NH3 和 CO2 在此冷凝成甲铵。 冷凝温度 60 75 ，回流冷凝器顶部出来的气液混合物进入回流冷凝器液位槽 (708-F进行气液分离，第一、第二解析塔的压力由回流冷凝器液位槽 气体出口管线上的压力调节阀(PV-711控制。当使用 1.0MPa 蒸汽时， 解析压力控制在 0.28MPa，当使用 0.4MPa 蒸汽时，解析压力控制在 0.22MPa。这部分

24、气体送入常压吸收塔(303-E加以回收。 用回流泵(706-J/JA将回流冷凝器液位槽的液体的一部分送回到第一 解析塔作为回流液。其余部分由液位调节阀(LV-707送到低压甲铵冷 凝器。回流量由流量调节阀(FV-701控制，使第一解析塔塔顶温度控 制在 111左右。 7 蒸汽和冷凝液系统 本尿素装置使用六种不同压力等级的蒸汽，即 3.8MPa 和 2.4MPa 的 中压蒸汽，1.0MPa、0.8MPa、0.4MPa、0.28MPa 的低压蒸汽。3.8MPa 中压蒸汽用于 CO2 压缩机的蒸汽透平和水解器，从蒸汽透平抽出的 2.4MPa 蒸汽用于气提塔。 1.0MPa 蒸汽用于解吸塔和 0.8MPa、 0.4MPa 蒸汽系统的补汽。0.4 MPa 蒸汽由高压甲铵冷凝器产生。气提塔用的 中压蒸汽经调节阀(HV-901送入