尿素合成、制造工艺

1、2.4.3.1主要反应方程式2NH 3(液+ CO2(气= NH 4COO NH 2(液NH 4COO NH 2= CO( NH 22(液+ H2O2.4.3.2工艺流程简述由造气炉产生的半水煤气脱碳后,其中大部分的二氧化碳由脱碳液吸收、解吸后,经油水分离器,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,由压缩机出来的二氧化碳气体压力达到16 Kg后进入尿素合成塔。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,加压至20Kg左右,经过预热后进入甲胺喷射器作为推动液,将来自甲胺分离器的甲胺溶液增压后混合一起进入尿素合成塔。尿素合成塔内温度为186190,压力为20

2、0Kg左右, NH 3/ CO2的摩尔比和H2O/ CO2的摩尔比控制在一定的范围内。合成后的气液混合物进入一段分解,进行气液分离,将分离气相后的尿液送入二段分解,进一步见混合物中的气相除去。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皮带送往储存包装车间。从一段分解、二段分解出来的气相含有未反应的氨和二氧化碳,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,用泵送入尿素合成塔;一段吸收后剩余的气体进入惰洗器稀释后,与

3、二段吸收的残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除去水后残余的气体混合后放空。尿素制造工艺尿素, 工艺, 制造-(1全循环法将氨与二氧化碳作用生成氨基甲酸铵,然后脱水生成尿素。未反应的氨和二氧化碳用水吸收生成甲铵或碳酸铵水溶液返回合成系统循环利用。合成压力约19.61 MPa,温度185190 oc,约62%co,转化为尿素。反应液经两段分解及真空蒸发浓缩至造粒。其反应式如下:2NH3+COzNHzCOONH。NHzCOONH4CO(NH22+H20(2二氧化碳气提法合成压力13.73 MPa,温度180185,转化率5758%,用二氧化碳作为气提剂,使未转化的甲铵分解成

4、二氧化碳及氨蒸出。气提效率8083%,气提塔出气在高压冷凝器内冷凝生成甲铵溶液回合成塔。气提塔出液经进一步分解,蒸发,送造粒。(3氨气提法合成压力14.71 MPa,温度185190,转化率60%左右。未转化甲铵在气提塔中用氨气提而分解,出气提塔尿液经两段分解使残余甲铵进一步分解,游离氨馏出,以水溶液形式回收,过剩氨经冷凝成液氨返回系统。4、等压双气提法合成压力17.6519.61 MPa。温度185190。C,氨/二氧化碳45,转化率7075%。出塔尿液依次经过两个串联的气提塔,分别以氨气、二氧化碳气提分解未转化的甲铵并蒸出部分过量氨。由于循环法生产尿素存在动力消耗大,一次通过的尿素合成率低

5、等诸多缺点,目前大多厂家采用汽提法生产尿素。汽提法是水溶液全循环法的一项重要改进类型。其实质是在与合成反应相等压力的条件下,利用一种气体通过反应物系(同时伴有加热,使未反应的氨和二氧化碳通过气提法合成。二种气提法简易流程如下:二氧化碳气提法是将液氨和二氧化碳经高压泵和压缩机加压后送人高压合成系统生成尿素及甲铵,经低压分解,将未生成尿素的氨和二氧化碳分解出并加以回收,出低压的尿液进入蒸发器浓缩至99.8%,送造粒塔进行尿素颗粒造粒。与全循环工艺的不同点在于用氨、二氧化碳或其他气体作为气提剂,在高压下(或与合成等压促使甲铵分解。具有代表性的二氧化碳气提工艺流程(见附图2 二氧化碳气提法尿素生产流程

6、是:从合成塔出来的溶液依靠重力流入气提塔,气提塔的结构为列管式的降膜塔,温度保持在180190,溶液在列管内壁成膜从塔顶流向塔底;二氧化碳原料气从塔底进入,向上流动。从气提塔出来的氨和二氧化碳流入高压甲铵冷凝器的顶部,同时还送入稀甲铵循环溶液和一部分由合成塔引出的溶液,保证有足够的溶剂,使甲铵不致析出。从高压甲铵冷凝器底部流出的溶液再返回合成塔,形成循环。从气提塔出来的溶液通过阀降压,然后进入低压分解系统(包括精馏塔、加热器和闪蒸罐。分离出来的氨和二氧化碳再凝缩成稀甲铵溶液,返回高压系统。合成塔操作条件;压力约13.8MPa温度180185、氨与二氧化碳的摩尔比约 2.8。设备采用含钼的低碳不

7、锈钢(气提塔用高镍铬不锈钢。气提法工艺还有多种类型,如意大利斯纳姆公司的氨气气提工艺、意大利蒙特爱迪生集团公司的氨与二氧化碳双气提工艺、日本东洋工程公司的节能型二氧化碳气提工艺、中国上海化工研究院等开发的变换气气提与合成氨脱除二氧化碳联合生产的工艺等。气提技术的采用,使甲铵的分解与回收可以在较高压力下进行,相应地可以回收压力0.4 0.5MPa的蒸汽供本系统自用,使每吨尿素蒸汽耗量降至1t以下。由于二氧化碳原料气中约含有低于 1%的氢气等可燃气体,它与为防腐蚀而加入的氧气混合在一起,在一定条件下有可能产生爆炸。特别是作为尿素生产尾气排放时,正处于爆炸极限内(可加入蒸汽缩小其爆炸极限。为此,斯塔

8、米卡本公司提出采用铂(钯催化剂(见,在高温下脱除二氧化碳中的氢气,这样可保证尿素安全生产,但增加了投资费用及生产成本。本项目尿素装置工艺选择为二氧化碳气提法。液氨经离心泵抽出并加压至 2.1MPa,部分送至中压吸收塔,余下的由泵压缩至21MPa,经来自低压分解塔的排放气预热后,进人喷射器,将来自甲胺分离器的甲胺液加压至合成压力后一同进人合成塔,与进行反应。离开合成塔的产物进入降膜式氨气提塔,混合物经过降膜管时被加热,通过自气提作用,溶液中的含量降低。由氨气提塔顶出来的气体与来自中压吸收塔并经高压甲按泵加压的流体一同进人高压甲按冷凝器。在此除少量惰性组分外,全部混合物被冷凝并产生0.45MPa蒸

9、汽。经分离后液体流至甲按喷射器。由甲胺分离器顶部出来的未冷凝气体 (含有少量的 被送往中压分解塔处理。含有少量的溶液离开氨气提塔底部去中压分解工序。下面就做以分析详见图12.1.3.1 二氧化碳压缩和脱氢从合成氨装置来的气体,经过液滴分离器与来自空压站的工艺空气混合(空气量为二氧化碳体积4%,进入二氧化碳压缩机。二氧化碳出压缩机三段进脱硫、脱氢反应器,脱氢反应器内装铂系wiki催化剂/wiki,操作温度:入口150,出口200。脱氢的目的是防止高压洗涤器可燃气体积聚发生爆炸。在脱氢反应器中H2被氧化为H2O,脱氢后二氧化碳含氢及其它可燃气体小于50ppm,经脱硫、脱氢后,进入压缩机四段、五段压

10、缩,最终压缩到14.7MPa(绝进入汽提塔。二氧化碳压缩机设有中间冷凝器和分离器,二氧化碳压缩机压缩气体设有三个回路,以适应尿素生产负荷的变化,多余的二氧化碳由放空管放空。2.1.3.2 液氨升压2.1.3.3 合成和汽提生产原理:合成塔、气提塔、高压甲铵冷凝器和高压洗涤器四个设备组成高压圈,这是本工艺的核心部分,这四个设备的操作条件是统一考虑的,以期达到尿素的最大产率和最大限度的热量回收。从高压冷凝器底部导出的液体甲铵和少量的未冷凝的氨和二氧化碳,分别用两条管线送入合成塔底,液相加气相物料N/C(摩尔比为2.93.2,温度为165-172。合成塔内设有11块塔板,形成类似几个串联的反应器,塔

11、板的作用是防止物料在塔内返混。物料从塔底至塔顶,设计停留时间1小时,二氧化碳转化率可达58%,相当于平衡转化率90%以上。尿素合成反应液从塔内上升到正常液位,温度上升到180-185,经过溢流管从塔下出口排出,经过合成塔出液阀(HPV2201汽提塔上部,再经塔内液体分配器均匀地分配到每根气提管中,沿管壁成液膜下降,分配器液位高低,起着自动调节各管内流量的作用,尿液在气提管均匀分配并在内壁形成液膜下降,内壁液膜是非常重要的,否则气提管将遭到腐蚀,由塔下部导入的二氧化碳气体,在管内与合成反应液逆流相遇,气提管外以蒸汽加热,合成反应液中过剩氨及未转化的甲铵将被气提气蒸出和分解,从塔顶排出,尿液及少量

12、未分解的甲铵从塔底排出,气提塔出液温度控制在165-174之间。塔底液位控制在40-80%左右,以防止二氧化碳气体随着液体流至低压分解工段造成低压设备超压。从气提塔顶排出185-189的气体,与新鲜氨及高压洗涤器来的甲胺液在14.22MPa(绝下混合一起进入高压冷凝器顶部。高压冷凝器是一个管壳式换热器,物料走管内,管间走水用以副产蒸汽,根据副产蒸汽压力高低,可以调节氨和二氧化碳的冷凝程度。但要保留一部分气体在合成塔内冷凝以便补偿在合成塔内甲铵转化为尿素所需热量,而达到自热平衡。所以把控制副产蒸汽压力作为控制合成塔温度、压力的条件之一。生成的甲胺,已冷凝的和未冷凝的氨和二氧化碳被导入到合成塔的底

13、部,在这里,发生了甲胺转化为尿素、氨和二氧化碳反应生成氨基甲酸胺两个最主要的反应,转化和加热合成塔中的溶液所需的热量由附加的氨和二氧化碳的冷凝热来提供。从合成塔顶排出的气体,温度约为180-185,进入高压洗涤器,在这里将气体中的氨和二氧化碳用加压后的低压吸收段的甲铵液冷凝吸收,然后经高压冷凝器再返回合成塔,不冷凝的惰性气体和一定数量的氨气,自高压洗涤器排出高压系统,进入低压吸收塔吸收后,直接放空。甲铵吸收冷凝的热量被管间的调温冷却水带走,调温水从110升到125,并由高压洗涤器循环水冷却器调节到110-120,经高压洗涤器循环水泵循环使用。从合成塔至高压洗涤器的管道,除设有安全阀外,还装有分

14、析取样阀,通过对气相的分析,测得气相中氨、二氧化碳和惰性气体含量,从而可以判断合成塔的操作是否正常。2.1.3.4 循环来自气提塔底部的尿素甲铵溶液,经过气提塔的液位控制阀LPV2202,减压到0.250.35MPa(绝,溶液中41.5%的二氧化碳和69%的氨得到闪蒸,并使溶液温度从175降到107,气液混和物喷到精馏塔顶,精馏塔上部为填料塔,起着气体精馏作用,下部为分离器,经过填料段下落的尿素甲铵液流入循环加热器。循环加热器用高压冷凝器副产的0.4MPa(绝蒸汽加热。温度升高到135-138,甲铵进一步分解,而后进入精馏塔下部的分离器分离。液体经液位控制阀LIC2301流入闪蒸槽,气体上升到

15、精馏塔填料段,精馏后的气体导出精馏塔与部分回流液、解吸液和液氨混合送到浸没式低压甲铵冷凝器。在此,两相并流上升进行吸收,吸收时产生的热量,被冷凝器中冷却水带走,冷却水温从55升到65。此冷却水经低压甲铵冷凝器循环水泵送低压甲铵冷凝器循环冷却器冷却后循环使用。气液混合物从浸没式低压甲铵冷凝器上部溢流到低压甲铵冷凝器液位槽,液体从液位槽底导出,经高压甲铵泵升压到16.0MPa(绝,送入高压洗涤器顶部,高压甲铵泵是往复泵,采用变频调节甲铵流量。液位槽分离出的气体,经低甲冷液位槽气相阀TPV2302阀进入常压吸收塔,经填料段,被来自低压吸收塔和常压吸收塔循环泵经循环冷却器冷却后的氨水喷淋吸收,未能被吸

16、收的惰性气体,经吸收塔放空筒放空。2.1.3.5 蒸发出精馏塔底部的尿素溶液,经液位槽液位控制阀LIC2301减压后送到闪蒸槽,压力为0.056MPa(绝,温度从135降到91,有相当一部分、和水闪蒸出来,闪蒸气与一段蒸发分离器气相一并进到一段蒸发冷凝器,冷凝液相进入氨水槽,不凝气体经一段蒸发喷射器抽出放至大气。离开闪蒸槽的尿液,温度约为90-95,浓度约为72%进入尿液槽,通过尿液泵经流量控制阀FPV2401进入一段蒸发器加热段,用加蒸汽阀PPV2401控制低压蒸汽对其进行加热,使尿素进一步浓缩,气相进入一段蒸发冷凝器,液相约95%的尿液,通过熔融尿素泵送到大颗粒造粒系统。2.1.3.6 解

17、吸和水解入氨水槽的蒸发闪蒸冷凝液,含有一定量的,少量和少量尿素,这部分氨水分别用两台泵打出循环利用,由低压吸收塔循环泵打出的氨水分成三路,一路进入低压吸收塔作吸收剂,一路作一段蒸发器气相管线的冲洗用水,一路进入一段蒸发器作冲洗用水。由解吸塔给料泵打出的氨水也分成三路:一路去精馏塔气相,一路与解吸塔气相混合冲洗回流冷凝器,一路经解吸塔换热器,加热到117送到第一解吸塔上部,解吸出氨和二氧化碳,解吸塔的操作压力0.27-0.3MPa(绝,出第一解吸塔的液体,经水解给料泵加压到2.0MPa(绝经水解塔换热器换热后,进入水解塔的上部,水解塔的下部通入2.4MPa(绝的蒸汽,使液体中所含的少量尿素水解成

18、氨和二氧化碳。气相进入第一解吸塔上部,液相经水解塔换热器换热后温度为137,进入第二解吸塔上部,操作压0.3MPa(绝,塔下部通入0.4MPa(绝的蒸汽进行解吸,塔底温度为145,从液相中解吸出来的氨和二氧化碳及水蒸汽,直接导入第一解吸塔的下部,与第一解吸塔的液体进行质热交换,出第一解吸塔的气体,含水小于40%。在回流冷凝器中冷凝,冷凝液一部分作为回流液回流到第一解吸塔的顶部,进行质热交换,以减少出塔气相的水含量,另一部分冷凝液,送到低压甲铵冷凝器,未被冷凝的气体进入常压吸收塔,进一步回收氨和二氧化碳后放空,在第二解吸塔解吸后的液体含氨小于50ppm,尿素小于50ppm,经解吸塔换热器换热和废

19、水冷却器冷却后送出尿素界区。2.1.3.7 大颗粒置于19m处的甲醛贮槽利用静压送甲醛(37%至熔融泵进口与135、浓度96%的尿素溶液混合,经PV211减压到0.150.25Mpa,进入造粒机喷嘴。来自流化空气风机VV101压力为600mmH2O的流化空气,把晶种由流化床多孔板上吹起,由雾化风机CR101来的温度为135、压力为0.045MPa左右的雾化空气,将由尿液喷嘴喷出的尿液雾化,形成约5m的小液滴,小液滴在流化床温度为105-110情况下,凝结到流化状态的晶种上,随着小液滴的不断凝结,尿素颗粒不断增大,增大到要求粒度时,就会掉到多孔板上,由于多孔板开孔为斜向前开,在尿素颗粒流化状态的同时,它还慢慢向前运动,