尿素工艺设计

1、目录1概述.31.1尿素-觉察.31.2尿素-简介.31.3尿素-物化性质.31.4 尿素的生产.41.5 尿素的用途.61.6尿素正确贮存方.72尿素的生产工艺.82.1尿素合成的根本原理.82.2尿素合成的工艺条件82.3 尿素的生产工艺流程.92.4 尿素的工艺计算.122.5 尿素合成塔.142.6尿素合成塔的操作把握分析化工生产操作之143 尿素溶液加工方法.163.1结晶法.163.2塔式喷淋法造粒 .163.3颗粒成型法造粒 .174尿素工艺技术的改进.171尿素合成塔承受高效塔板17Stamicarbon池式反响器工艺Urea2022TM 18合成塔出液NH /CO32自动把握

2、系统245 尿素的贮存 .266致谢.272概述尿素-觉察1773 年，伊莱尔罗埃尔Hilaire Rouelle1828 维勒首次使用无机物质氰酸钾与硫酸铵人工合成了尿素。原来他打算合成氰酸铵，却得到了尿素。从今，活力论的错误 用的水量比较少。尿素-简介别名：碳酰二胺、碳酰胺、脲分子式：CO(NH2，由于在人尿中含有这种物质，所以取名尿素。2尿素含氮(N)46，是固体氮肥中含氮量最高的。尿素在人的蛋白质分解最终产物中占有相当大的比例 肥。尿素是哺乳类动物排出体内含氮代谢物的形式 要的肥料。尿素-物化性质分子式：CO(NH2) ，分子量60.06 ，无色或白色针状或棒状结晶2体，工业或农业品为

3、白色略带微红色固体颗粒无臭无味。密度1335g/cm3。熔点1327。溶于水、醇，不溶于乙醚、氯仿。呈3生成缩二脲、缩三脲和三聚氰酸。加热至160分解，产生氨气同时变为氰酸。尿素在酸、碱、酶作用下酸、碱需加热能水解生成氨 和二氧化碳。对热不稳定，加热至150160将脱氨成缩二脲。假设快速加热将脱氨而三聚成六元环化合物三聚氰酸。20时 100 毫升水中可溶解105 克，水溶液呈中性反响。尿素产品有两种。结晶尿素呈白色针状或棱柱状晶形， 吸湿性强。粒状尿素为粒径12 毫米的半透亮粒子，外观光滑，吸 湿性有明显改善。对作物有抑制作用。尿素在转化前是分子态的，不能被土壤吸附，应 防止随水流失；转化后形

4、成的氨也易挥发，所以尿素也要深施覆土。人粪中含尿素0.440，是仅次于碳铵的主要氮肥品种之一。尿素作为氮肥始于20 世纪初。20 世纪 50(4546)，用途广泛和工业20 世纪60 年月开头建立19861992 年，我国尿素产量均在900 万吨以上。目前占氮肥总产量的40。 工业上用液氨和二氧化碳为原料，在高温高压条件下直接合成尿素，化学反响如下：2NH3+CO2NHCOONHCO(NH)+NO尿素的生产242 224尿素最先由鲁爱尔于1773 年在蒸发人尿时觉察的。1828 年佛勒在试验室首先用氨和氰酸合成了尿素：HCON +NH =CONH322此后,消灭了以氨基甲酸铵、碳酸铵及氰氨基钙

5、等作为原料的 50 余种合成尿素的方法.但是因原料难得或因有毒性或因反响条件难以 1868法.1922NH3和CO2直接合成合成氨生产为NH3和CO2直接合成尿素供给了原料.由 NH3和CO2成尿素反响为:2NH+COCO(NH)+HO322 22该反响是放热的可逆反响,其产率受到化学平衡的限制,只能局部的转化为尿素,一般转化率为 5070%.因而,按转化物的循环利用程度,尿素的生产方法可分为不循环法、 半循环法和全循环法三种.2060全循环法是将未转化成尿素氨和二氧化碳经多段蒸馏和分别后, 97%以上.全循环法尿 素主要包括四个根本过程:(1) 氨和二氧化碳的供给及净化;(2)氨和分别循环法

6、、 浆液循环法、 水溶液循环法 5水溶液循环法是将未反响的氨和二氧化碳用水吸取生成甲铵或HO/CO2摩尔比近于1 者,称为 主要有我国的碳酸铵盐水溶液全循环法 荷兰的斯塔弭谤水溶液全循气提法是利用某一介质在与合成等压的条件下分解甲铵并将分量回收完全,低压氨和二氧化碳处理量较少的优点 .此外,在简化流程、 热能回收 、延长运转周期和削减生产费用等方面也都优于水溶液全循环法,是尿素进展的一种方向.具有代表的气提法的流程是荷兰尿素的用途 工业原料以及哺乳动物的饲料。用作肥料尿素是目前使用的固体氮肥含氮量最高的化肥，其含氮量为硝酸 1.31.82.22.6 倍。6CO2制得掺混肥料及复混肥料。用作工业

7、原料在有机合成工业中，尿素可用来制取高聚物合成材料，尿素甲醛树脂可用于生产塑料漆料和胶合剂等；在医药工业中 ，尿素可作为生产利尿剂、 冷静剂、 止痛剂等的原料。此外，在石油、纺织、纤维素、造纸、炸药、制革、染料和选矿等生产中也要尿素。用作饲料 尿素的胺态氮转变为蛋白质，使肉、 奶增产。但作为饲料的尿素规格和用法有特别的要求，不能乱用。尿素正确贮存方法尿素假设贮存不当，简洁吸湿结块，影响尿素的原有质量， 雨淋，贮存在枯燥、通风良好、温度在2020 公分左右，上部与房顶要留有 50 公分以上的空隙，以利于通风散湿，垛与垛之间要留封好袋口，以利下年使用。7尿素的生产工艺尿素合成的根本原理2NH(l)

8、+CO=CO(NH)+HO322 22这是一个放热 但一般认为,反响在液相中是分两步进展的.首先液氨和二氧化碳反 2NH(l)+CO(g) =NHCOONH(l)3242该反响是一个体积缩小的强放热反响.在肯定的条件下,此反响速率 NHCOONH(l) =CO(NH)(l)+HO422 22该反响是微吸热反响,平衡转化率不是很高,一般为 50%-70%.此尿素合成的工艺条件依据前述尿素合成的根本原理可知,影响尿素合成的主要因素有 温度、 原料的配方 压力、 反映时间等.温度尿素合成的把握反响是甲铵脱水 ,它是一个微吸热反响,故提高温度 、甲铵脱水速度加快.温度每升 108大致为 185200;

9、在合成塔的下部,气液两相间的平衡对温度起者氨碳比工业生产上,通过综合考虑,一般水溶液全循环法氨碳比应选择 43.5水碳比水溶液全循环法中,水碳比一般把握在0.60.7;操作压力一般状况下,生产的操作压力要高于合成塔顶物料和该温度下的3/CO2418Mpa20Mpa反响时间对于反响温度为 180190的装置,一般反响时间是 4060min,其转化率可达平衡转化率的9095%.对于反响温度为200个装置,反响时间一般为30min尿素的生产工艺流程由于目前普遍承受水溶液全循环法生产尿素下面就简述水溶液 9图 3-19 是目前在我国得到广泛应用的中压、低压两段分解水溶液全循环法直接造粒尿素工艺流程图。

10、现将流程表达如下：二氧化碳经压缩机1 加压至20MPa 左右，温度约为125，进入尿素合成塔5 底部。经高压泵3 加压，与经液氨预热器4 预热到温度约 904 左右进入合成塔底部。从一段吸取塔10 11 加压后亦同样送入合成塔底部。上述三股物料在合成塔内充分混合并反响生成甲铵。二氧化碳约有62%左右转化为尿素。 减压至 1.721.82MPa，进入顶分别器 6，在此进展气液分别。由顶7进展加热分解。把一段分解塔分出的气体也引入预分别器后10段蒸发加热器 19 下部在蒸发加热器中，局部气体冷凝，因而放出泡吸取。在此约有 95%气态 CO2和全部水蒸气被吸取生成甲铵溶液。2 来的回流液氨逆流接触，

11、未吸取的 CO2完全从气相中除去，而纯的气态氨离开吸取塔进入氨冷凝器 12，借冷却水将氨冷凝，被冷凝的液氨流入氨缓冲槽。 在氨冷器中未冷凝的惰性气体进入洗涤器 13，气体中的氢用二段蒸发冷凝液来吸取。氨水在洗涤器中增浓，然后流入吸取塔顶。来自二段吸取塔14 的甲铵液经二段甲铵泵15 送入一段吸取塔下部。浓的甲铵液由一段吸取塔底部出来经一段甲铵泵进入合成塔底部。由一段分解塔出来的溶液减压至0.3O.4MPa，进入二段分解塔 8 18，气体则进入二段吸取 来的气体与惰性气体洗涤器出来的气体混合进入尾气吸取塔 16，由在浓度到达肯定程度时，进入解吸塔17 进展解吸，解吸后的气体引入二段吸取塔底部。4

12、1kPa 真 碳并得到浓缩。经闪蒸后的尿液由尿液泵26 送入蒸发系统。一段蒸发器将尿液11蒸浓到 96%，并经分别器20闪蒸槽的蒸汽一并进入一段蒸发外表冷凝器27 内冷凝。一段蒸发在58kPa21，尿液在其中蒸浓至 99.7%(重量)，温度约 140。气液混合物自蒸发器进入蒸发分别器22，分别出来的99.7素泵 23 送至造粒塔顶旋转式造粒喷头24带运输、包装即成为产品。物料衡算：1物料衡算所需的根本公式：预热前后物料质量不变，即G=G(1-W)=G(1-W )C1122水分蒸发量=G(X-X)C12空气消耗量：L在大气中空气的湿基含水量为 10，预热后空气中的湿基含水量为 76000 /h,

13、原始空气的湿度为 0.0117，温度为 20，经预热器加热至80进入氧化炉，出炉的废气湿度为 0.0379 水/干空气,需求空气在预热器中蒸发的水重量为多少？将空气送入预热器的鼓风机入口风量是多大？12解： H0.01170.0379 水/干空气W=10=0.1W7=0.07G=6000/h122则1-W0.110.10.1111 水/空气111XW2气W20.0710.070.0752 水/空2GGC蒸发的水重量为W2600010.075580 /h2 X-X5580(0.11110.0752)200/ h12干空气消耗量为LHhH 200/0.03790.01170.7633104/ 0.

14、7731.244H273t0/27310.7731.2440.011727320/2730.845/干空气故鼓风机入口风量为Lh0.76331040.8450.64410m/h 算空气消耗量。13尿素合成塔 是防止塔筒体腐蚀.水溶液衬里合成塔在高压筒内壁上衬有耐腐蚀的 5mm 以上.在塔内离塔2m 和4m 物的 脱水生成尿素的反响。尿素合成塔的操作把握分析化工生产操作之三 响和联系。因而化工生产的每个步骤的工艺条件 又不是都可以任意选定的。 样制定的工艺条件和调整手段才能保证产品的质量好 尿素合成塔的操作把握是尿素生产的核心。合成塔操作的好坏， 14位的操作把握为例分析生产岗位把握参数及调整手

15、段的选定。由于生产中需要考虑的工艺参数很多，有时各个参数对生产的影 为目标。 所以，合成塔操作中，应首先将尿素的转化率把握好。合成塔塔顶 塔底温度的变化，根本上是由于进塔的NH /CO 、32HO/CO2和氨预热器温度打算的。因此在生产上一般均以这三个参数来调整温度，但是生产中温度的调整一般以NH /CO32和氨预热温度调节为主。最常见的塔底 、塔顶温度特别状况及其产生的缘由一般有下述几种塔底温度偏高，塔顶温度偏低H2塔底温度偏低，塔顶温度偏高H2O/CO2O/CO2塔底温度偏高，塔顶温度偏高NH /CO3塔底温度偏低，塔顶温度偏低NH /CO3偏低。偏高。塔底温度变化不大，塔顶温度偏高或偏低

16、塔内热平衡需要调 整，一般而言，氨预热温度偏高或偏低。15压力确定为主要把握指标，以温度为例，分析了影响温度的因素，再打算调整温度的手段，即，一般用NH /CO32和氨预热温度调整尿素合成塔的温度。尿素溶液加工方法尿液经过两段蒸发，即首先在 30kPa 下把尿液加热至 130以上， 使其蒸浓到 953.3kPa140，使其浓度到达 99.5以上。承受两段蒸发的目的，是保证在较低温度 蒸据不同要求，可以承受三种方法生产固体尿素。结晶法将尿液蒸浓到约 85，再通过冷却、结晶、分别、枯燥而得到产品。在结晶过程中，通入约 95的热空气，使结晶与枯燥同时进展 统的反响热如三井东压法。结晶法的特点是成品中

17、缩二脲含量 0.3，但成品易吸湿、结块，一般作工业尿素用。塔式喷淋法造粒目前使用最广泛的方法。将 99.5的尿液在造粒塔顶通过喷头(却而成为粒径0.82.5mm16但产品机械强度不高，易裂开；且塔顶排出的空气含尿素大于100mg/m3，污染大气，需在造粒塔顶加设浩大的净扮装置见尿素造 粒塔。颗粒成型法造粒 60法造粒技术，即把 96以上的尿液，逐层分散在晶种粒子外表而形24mm(依据需要可达711mm)，不但强度高，且不易吸湿。一般可通过下面几种途径解决尿素粒径问题：选用大颗粒造粒喷头，使80%的尿素颗粒直径大于2mm；承受流化床 颗粒直径可达46mm，国内已有2 家承受此技术； 原有的造粒系

18、统 合肥，目前上海化工争辩院正在几家小尿素厂中实施该技术。尿素工艺技术的改进尿素合成塔承受高效塔板目前各工艺的尿素合成塔虽在塔内设有隔板，但塔内的气体分布和液体的流淌状态仍不甚抱负。此17图3-22Casale-Dente高效塔盘U”形塔板图3-22所示，改善气体CO2转化率2%4%，生产一吨尿素可节约汽提塔的蒸汽消耗 80120kg。斯塔米卡邦公司改进的高效塔板仍为干板，设计成串联式的尿素合成塔，共有11CO2转化率，可以到达理论平衡转化率的95%。据称如不增加汽提塔的负荷和不影响汽提效率的前提下高压合成系统可以增加20%的力量。如设计，合成塔的容积可削减 25%。Stamicarbon池式

19、反响器工艺Urea2022TMCO 气提法工艺由于CO2单程转化率较低，从而存在消耗指标高；20纪 80 年月以后，斯塔米卡邦公司为提高该工艺技术的市场竞争力， 经过多年潜心争辩，在工艺流程、设备构造和用材、设备布置等方面 作了不少改进，从而使设备尺寸大幅度减小、框架高度大幅度降低、 得以实现。Stamicarbon 公司于1996 年提出型尿素超优工艺Urea 2022pluT181997 11 月由 StamicarbonDSM 在荷兰格林Geleen建的1150 t/d池式冷凝器工艺池式冷凝器在 1994 年由建于孟加拉国吉大港的戈尔诺谱利化肥KAFCO开头应用，由于成功引用了池式冷凝器

20、代替通常 的垂直降膜式甲铵冷凝器，从而降低了装置的总高度。池式冷凝器是一具有浸没式U 型3-23、池式甲铵冷凝器构如图 3-23 所示。壳侧为高压筒体，内衬尿素级316L，筒体内设U 钢堆衬 25-22-2 (工艺介质侧)。 U 形管与管板的焊接承受内孔焊，即管子不穿入管板，只管端头与管板上的2522-2承受池式冷凝器的高压圈示意流程图见图 3-24。高压圈的设备包括合成塔、汽提塔、高压洗涤器和池式冷凝器，与CO 汽提法的标2提塔出来的气相混合物进入池式冷凝器的底部19a、降膜式高压甲铵冷凝器高压圈流程b、池式冷凝器高压圈流程图3-24池式冷凝器高压圈流程与传统降膜式高压圈流程比较传热优于立式

21、降膜式冷凝器的自然循环 175177而降膜式冷凝器只有16516，因而传热温差提高，加上管内30%。池式 冷凝器和合成塔压力把握为14 MPa，氨碳比3.0。由于池式冷凝器出口混合物的温度温度相对较高，在100% 负荷时，低压蒸汽的压力可达0.44MP4.5kgf/c2表压，而降膜式冷凝器的蒸汽压力为 0.343MPa3.5kgf/c2成塔总停留时间约1图3-25最正确反响器设计随着工艺气相在池式冷凝器壳侧的冷凝 冷凝供给了充分的停留时间以产生甲铵脱水生成尿素的反响 味着池式冷凝器局部地起到了尿素合成塔的作用 铵脱水生成尿素的反响程度可以到达平衡的603-25。由于在池式冷凝器中生成局部尿素2

22、0容积或许只需原来的65%，而由于尿素合成塔容积的削减，相应合成 塔的高度降低，从而工艺框架的高度可以由59m38.5m。池式冷凝器与降膜式冷凝器相比，优点如下：充分湍动降膜式冷凝器受气膜与液膜间的层热质传递泡175流把握面积受限制管子数量170池式冷凝器的主要优点如下：1U隙，完全消退了可能消灭的氯离子应力裂纹腐蚀；承受浸没式冷凝，池式冷凝器操作中相当于气液鼓泡冷却 相比，换热面积可降低约45%； 中的温度高约5；可将池式冷凝器看做反响器的一局部 40%，且高压合成系统压力降较低；21池式冷凝器对NH /CO32的偏离敏感性小；池式冷凝器钢构造框架约10 米；承受池式冷凝器的尿素装置总投资比

23、降膜式冷凝器的标准 7.7%；池式反响器工艺池式反响器是在池式冷凝器工业化成功的根底上进一步进展起来的式反响器高压圈工艺简图见图 3-26。高压圈已不再包括立式合成塔CO即池2式反响器和具有安全防护的高压洗涤器，高压洗涤器中的换热器已删去。来自高压甲铵泵尾气来自高压氨泵来自CO压缩机去循环系统图3-26池式反响器高压圈工艺简图池式反响器和池式冷凝器的构造相像，所用材质也一样。承受碳钢外壳内衬尿素级 316L 不锈钢，设备构造、检漏系统均借以往Stamicarbon 建筑合成塔的阅历，唯一不同的是池式反响器是水平安装的，而以往的合成塔为立式。与池式冷凝器相像，管子均借准确把握内孔焊接程序焊接在带

24、衬图3-27、池式反响器里的管板上，池式反响器构造简图见图3-27。22根本上来说，池式反响器是池式冷凝器和尿素合成反响器的组合。含有“U”型管束的容器区间相当于一个池式冷凝器，在管束中 应到达了反响平衡的95%。池式反响器工艺的优点如下： 连续开工率高； 小； 蚀；合成反响多余的氨在高压圈内大局部回收 步骤；与传统工艺比较，其投资费用降低约11.4%，这是由于： 合成局部的高压管道大量削减； 钢构造或混凝土构造高度降低。尿素单套生产力量到达3000t/d 以上；氨泵及甲铵泵流量小，耗能低；23能量驱动，未转化的NH3和CO2进展内部循环；水平池式反响器的另一个优点是可操作把握的力量提高可以通过在各反响室和水平室之间安装带阀门的气体分布 气提过程，实现反响物向产物的连续转化； 能引起燃烧的氢气；由于进入合成系统的惰性气体削减到几乎为零 更高的尿素转化率；装置消耗更低，目前设计的CO2气提法尿素装置，其设计氨耗为 568kg/t.Ur，到达无污染排放的要求。合成塔出液NH /CO32自动把握系统实现合成塔出液 NH/CO32自动把握的根底是承受了合成塔出液NH/CO3在线自动分析仪表装置3-2 的物料管线上。NH/CO3在线自动分析仪由4 个主要组成局部：A： 的隔离和冲洗；24BNH/CO32分析仪注入冲