各種尿素工藝概述.ppt

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1、,各種尿素技術(shù)概述 報(bào)告人：鄢家祥（教授級(jí)高級(jí)工程師）,1.1工藝技術(shù)選擇 1.1.1國(guó)內(nèi)外工藝技術(shù)概況 從尿素技術(shù)發(fā)展看，六十年代以前主要為水溶液全循環(huán)法，六十年代以后開(kāi)始研究發(fā)展汽提技術(shù)，如斯塔米卡邦公司的CO2汽提法，司拉姆(SNAM)公司的氨汽提法，這兩種方法均在六十年代中期工業(yè)化。七十年代汽提法尿素迅速發(fā)展，尤以CO2汽提法建廠最多。七十年代世界性能源危機(jī)后，能源費(fèi)用急劇上漲，世界上一些公司致力開(kāi)發(fā)新型的節(jié)能尿素技術(shù)，如八十年代初開(kāi)發(fā)成功并且工業(yè)化的日本三井/東亞-東洋工程公司的節(jié)資節(jié)能先進(jìn)工藝（ACES法），并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)，形成改良型的ACES工藝。同時(shí)原來(lái)采用汽提方法的公

2、司在這期間也積極進(jìn)行工藝流程的完善改造，如斯塔米卡邦公司設(shè)置CO2氣脫H2，以改善裝置運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性；工藝尾氣設(shè)置常壓回收塔，減少NH3和CO2損失；工藝?yán)淠禾幚碓鲈O(shè)尿素水解設(shè)施，減少環(huán)境污染，降低NH3和CO2消耗。九十年代該公司改進(jìn)合成塔塔板結(jié)構(gòu)、開(kāi)發(fā)池式甲銨冷凝器，降低了蒸汽消耗，節(jié)省了投資。為便于區(qū)分，通常將過(guò)去的立式高壓甲銨冷凝器型CO2汽提法稱為傳統(tǒng)型CO2汽提，將高壓（池式）甲銨冷凝器（或池式反應(yīng)器）型CO2汽提法稱為改良型。,司拉姆公司的氨汽提法在節(jié)能及減少環(huán)境污染方面對(duì)工藝流程也進(jìn)行了改造，如用中壓分解氣的部分冷凝熱濃縮尿素溶液，用低壓分解氣的部分冷凝熱預(yù)熱高壓液氨，用蒸汽冷

3、凝熱預(yù)熱甲銨溶液，工藝?yán)淠禾幚碓O(shè)置尿素水解設(shè)施。這些設(shè)施，使近期氨汽提法能耗及對(duì)環(huán)境污染與早期流程比較有顯著改善。 從目前世界上尿素發(fā)展趨勢(shì)看，一方面是發(fā)展節(jié)能技術(shù)，另一方面是從節(jié)省投資費(fèi)用及提高運(yùn)轉(zhuǎn)率方面進(jìn)行研究。下面將上述尿素生產(chǎn)方法分別敘述如下：,（A）碳銨液水溶液全循環(huán)法 該法合成塔操作壓力19.6MPa，溫度188，NH3/CO2分子比為4.0，CO2轉(zhuǎn)化率約64%。 出合成塔溶液經(jīng)中、低壓分解，二段蒸發(fā)造粒得尿素產(chǎn)品。由于中壓分解壓力低，分解氣的熱量除在一段蒸發(fā)加熱器下段回收少部分冷凝熱外，其余大部分熱量由于冷凝溫度低，只有用冷卻水移走。因此該法蒸汽消耗高，每噸尿素耗蒸汽約1.7

4、噸。 該法無(wú)高壓分解（汽提）回收，因此不需要特殊不銹鋼，如25/22/2，R4、DP3鈦材以及鋯材。 該法高壓設(shè)備少，投資費(fèi)用低，但公用工程（冷卻水、電、蒸汽）總體水平消耗較高，且裝置規(guī)模較小。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)的中、小尿素（水溶液全循環(huán)法）裝置進(jìn)行了一系列技改，從降低蒸汽消耗方面做了大量努力，例如采用予分離、予蒸餾工藝，尿素合成塔中新型高效塔盤(pán)的應(yīng)用等等，取得了一定的效果，使蒸汽消耗有所下降。,（B）氨汽提法 1971年第一個(gè)工業(yè)裝置投入運(yùn)轉(zhuǎn)，至目前為止，世界上用該法建設(shè)的約100套尿素裝置，所建裝置中最大生產(chǎn)能力為3200噸/日。 該法主要操作指標(biāo)如下： 合成塔：壓力15.2MPa，溫度188

5、， NH3/CO2=3.5, H2O/CO2=0.67，轉(zhuǎn)化率65%。 汽提塔：壓力14.75MPa，溫度207。 中壓分解：壓力1.8MPa，溫度158。 低壓分解：壓力0.48MPa，溫度138。 水解器：壓力3.45MPa，溫度235。,該法主要特點(diǎn)如下： 合成回路中氨過(guò)剩量高，合成塔NH3/CO2分子比為3.33.6。增加了合成塔中CO2生成尿素的轉(zhuǎn)化率，增加了合成塔停車封塔時(shí)間，減少了腐蝕及防腐空氣量。 合成回路設(shè)備布置在地面上。該法用甲銨噴射器循環(huán)甲銨液，合成塔及高壓甲銨冷凝器布置在地面上，節(jié)省了投資，安裝和維修方便。 汽提塔使用鈦或雙金屬加熱管，減少了防腐空氣用量，可在3040%

6、負(fù)荷下操作。 熱回收好。中壓分解氣部分冷凝熱用于濃縮尿素溶液，低壓分解氣部分冷凝熱用于預(yù)熱液氨，蒸汽冷凝熱用于預(yù)熱甲銨液，工藝?yán)淠禾幚砗笥米麇仩t給水。,（C）東洋工程公司的改良ACES工藝 改進(jìn)ACES工藝與傳統(tǒng)ACES工藝不同，改進(jìn)的ACES工藝將尿素合成塔布置在地面，從而減少了土建和安裝投資。改進(jìn)ACES工藝的高壓合成圈主要由合成塔、汽提塔和甲銨冷凝器構(gòu)成，由高壓甲銨噴射器提供了合成系統(tǒng)物料循環(huán)的動(dòng)力，而傳統(tǒng)ACES工藝則是通過(guò)重力流動(dòng)形成循環(huán)。 液氨通過(guò)噴射器送至合成塔，大部分CO2氣進(jìn)入汽提塔作為汽提介質(zhì)，剩下一小部分進(jìn)入合成塔提供合成塔所需熱量及所需鈍化空氣。從甲銨冷凝器出來(lái)的甲銨

7、液則通過(guò)噴射器（以高壓液氨為動(dòng)力）送至合成塔。從合成塔出來(lái)的尿素溶液進(jìn)入汽提塔，未反應(yīng)的甲銨液則通過(guò)CO2的汽提作用受熱分解成NH3和CO2。經(jīng)汽提后的尿素溶液則進(jìn)入中壓分解系統(tǒng)，而汽提塔頂部出來(lái)的氣體則在甲銨冷凝器中冷凝成甲銨液并副產(chǎn)低壓蒸汽。在甲銨冷凝器頂部設(shè)有填料段，中壓吸收系統(tǒng)來(lái)的循環(huán)甲銨液吸收出甲銨冷凝液浸沒(méi)式吸收段來(lái)的氣體。其頂部出來(lái)的惰氣則進(jìn)入中壓吸收系統(tǒng)。,甲銨冷凝器為立式浸沒(méi)式，其具有以下特點(diǎn)： 1）氣速高，汽液接觸好，有利于傳質(zhì)和傳熱。 2）設(shè)置適當(dāng)?shù)恼哿靼逡员ＷC汽泡的分布，壓降低。 3）采用立式布置以節(jié)省空間。 改進(jìn)的ACES工藝所采用的N/C（NH3/CO2）進(jìn)行了優(yōu)化

8、，甲銨冷凝器和合成塔采用不同的N/C，甲銨冷凝器中N/C經(jīng)優(yōu)化，可降低壓力；合成塔中N/C較高，可提高CO2轉(zhuǎn)化率，減少汽提塔負(fù)荷。合成系統(tǒng)中，甲銨冷凝器N/C范圍在2.8-3.3之間，合成塔的N/C在3.7-3.8。 在合成系統(tǒng)未反應(yīng)的物料則在回收系統(tǒng)吸收/冷凝后返回合成系統(tǒng)，可回收其熱量以降低能耗、節(jié)省蒸汽。,改進(jìn)的ACES工具有以下優(yōu)點(diǎn)： l 高壓圈的布置高度與傳統(tǒng)工藝相比降低，可使高壓管線和材 料減少；設(shè)備、管路的安裝更容易；操作維修更方便。 l 高壓甲銨冷凝器中完成甲銨冷凝、熱量回收、尿素合成及惰氣洗 滌等多種功能，使高壓圈設(shè)備減少，熱量回收的換熱面積減少，同時(shí)也減少了高壓管線及材料

9、。 l 合成系統(tǒng)的操作條件溫和，減少高壓設(shè)備的腐蝕，安全性更好。 但采用該工藝的投產(chǎn)的裝置比較少，現(xiàn)僅有四川化工總廠的二化尿素裝置改造采用了此技術(shù)，并已投入運(yùn)行。,（D）司塔米卡幫公司的CO2汽提法(傳統(tǒng)和改良型工藝) 1967年第一個(gè)工業(yè)裝置投入運(yùn)轉(zhuǎn)，至目前為止，世界上用該法建設(shè)的CO2汽提裝置約100多個(gè)，是目前世界上建廠數(shù)最多的生產(chǎn)方法。所建裝置中最大生產(chǎn)能力為3250噸/日。 該法主要操作指標(biāo)如下： 合成塔： 壓力14.0MPa，溫度183，NH3/CO2=2.95, H2O/CO2=0.39，轉(zhuǎn)化率59%。 汽提塔： 壓力14.0MPa，溫度173。 低壓分解：壓力0.3MPa，溫度

10、135。 水解器： 壓力1.73MPa，溫度200。,該法主要特點(diǎn)如下： 合成回路中氨過(guò)剩量低，合成塔NH3/CO2分子比為2.953.1， 降 低了合成塔操作壓力。 用CO2氣作汽提劑，汽提效率高。汽提后溶液只需一次減壓至低壓分解系統(tǒng)，因此工藝流程簡(jiǎn)短。 原料CO2氣脫H2，安全性好。 動(dòng)力消耗低。合成系統(tǒng)壓力低，減少了原料CO2氣及氨輸送需要的功；由于汽提效率高，低壓系統(tǒng)返回合成回路的循環(huán)甲銨液量少，減少了循環(huán)甲銨液的輸送功。,近年來(lái)斯塔米卡幫公司推出了池式冷凝器（池式反應(yīng)器）的改良型CO2汽提工藝，并在多套大型尿素裝置中投入商業(yè)運(yùn)行且獲得成功，運(yùn)行穩(wěn)定。該工藝的主要特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)： a、

11、設(shè)有脫氫裝置，采用催化燃燒法將CO2中的氫氣除去，工藝放空尾 氣無(wú)爆炸性。 b、采用了池式冷凝器，使60%的合成反應(yīng)在此進(jìn)行，同時(shí)使用甲銨噴射器，使整個(gè)框架高度降低，合成塔容積減少。 c、尿素合成塔采用了高效塔板，進(jìn)一步減少了返混，可使合成塔容積減少2025%。 d、 汽提塔由于操作壓力低和溫度低，可使用25-22-2不銹鋼作管材。 E、 裝置的最低負(fù)荷為60%，可滿足通常負(fù)荷所要求的負(fù)荷彈性。 f、 汽提塔效率高，循環(huán)系統(tǒng)負(fù)荷低，高壓氨泵、高壓甲銨泵的動(dòng)力消耗低。 g、 流程不設(shè)中壓段，工藝流程簡(jiǎn)短。,斯塔米卡幫公司還開(kāi)發(fā)了池式反應(yīng)器技術(shù)（也屬2000+技術(shù)）。該工藝與傳統(tǒng)CO2汽提法比較，

12、其具有以下優(yōu)勢(shì)： l 采用了池式反應(yīng)器，使合成塔和甲銨冷凝器、高壓洗滌器三臺(tái)高壓設(shè)備合成為一個(gè)設(shè)備，使合成工序流程簡(jiǎn)化，高壓工藝管線及閥門(mén)減少。同時(shí)整個(gè)框架高度降低。同時(shí)增大了池式反應(yīng)器的傳熱溫差及總傳熱系數(shù)，甲銨冷凝器的傳熱面積與傳統(tǒng)CO2汽提法比較，可減少約25%； l 由于池式反應(yīng)器具有較大容積，從而有較大的緩沖能力，因而增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性； l 由于池式反應(yīng)器減少了換熱面積，同時(shí)框架高度降低及管道 長(zhǎng)度和閥門(mén)的減少，其投資費(fèi)用與傳統(tǒng)CO2汽提工藝相比約降低5%（均在國(guó)外建廠）； l 裝置的穩(wěn)定性更好，減少了系統(tǒng)的波動(dòng)； l 設(shè)備可靠性更好，減少了合成回路設(shè)備故障引起的停車；,除此之外另

13、一個(gè)特點(diǎn)是司塔米卡幫公司開(kāi)發(fā)了新型材料用于高壓合成回路，此新型材料為SAFUREX雙相鋼材料，使用此種材料具有以下優(yōu)點(diǎn)： l 抗腐蝕能力好，與傳統(tǒng)CO2汽提法比較，合成回路設(shè)備壽命增加50%以上； l裝置的負(fù)荷彈性增加，傳統(tǒng)CO2汽提法（汽提塔采用25/22/2材料），最低負(fù)荷60%，使用SAFUREX材料則最低負(fù)荷可至35%； l 裝置運(yùn)轉(zhuǎn)率提高 l 裝置的穩(wěn)定性更好，減少了系統(tǒng)的波動(dòng)； l傳統(tǒng)CO2汽提法合成塔封塔時(shí)間為24小時(shí)，采用SAFUREX材料封塔時(shí)間可達(dá)72小時(shí)。 l 設(shè)備可靠性更好，減少了合成回路設(shè)備故障引起的停車； l CO2氣鈍化空氣加入量減少，CO2氣氧含量從0.6%降低

14、至0.3%， l 減少了壓縮機(jī)軸功率約1.5%； l 減少4巴吸收塔放空的氨損失； l 增加了合成尿素轉(zhuǎn)化率約0.9%； l 由于壓縮機(jī)軸功率降低和合成塔尿素轉(zhuǎn)化率的提高從而也降低蒸汽和冷卻水的消耗；,兩種方案主要特點(diǎn)比較：,（3）原料及共用工程消耗 兩種方案基差別不大，引進(jìn)方案稍低。,1.1.2幾種工藝的消耗定額比較（期待值）,序號(hào),注: 以每噸尿素產(chǎn)品計(jì)，為專利商提供的典型裝置的期待值,1.1.3近年來(lái)國(guó)內(nèi)大型尿素裝置采用技術(shù)情況,綜上所述，幾種融熔尿素技術(shù)均成熟可靠，公用工程消耗以全循環(huán)法最高，技術(shù)較落后，在大型尿素裝置中已被淘汰，不再使用。其它兩種汽提法技術(shù)上相差很小。因此，目前世界上

15、大型的尿素裝置基本采用的是氨汽提工藝或改良型CO2汽提工藝，改良的ACES工藝由于業(yè)績(jī)較少，大型尿素裝置較少采用。因此將氨汽提及改良型CO2汽提法作為首選方案。其中改良型CO2汽提（帶池式冷凝器）目前在國(guó)內(nèi)已有大型裝置投產(chǎn)，并已通過(guò)性能考核，目前裝置運(yùn)行穩(wěn)定，其工藝流程較氨汽提法簡(jiǎn)短，容易操作，生產(chǎn)穩(wěn)定。而池式反應(yīng)器技術(shù)也有投產(chǎn)裝置，但一般推薦用于規(guī)模稍小的尿素裝置，如1500噸/日及以下規(guī)模的尿素裝置。以下為以改良型CO2汽提法（池式冷凝器）進(jìn)行工藝流程的描述。,1.2工藝特點(diǎn)及流程說(shuō)明 1.2.1工藝特點(diǎn) 改良型CO2汽提法的主要工藝特點(diǎn)如下: 低能耗（主要通過(guò)以下措施來(lái)達(dá)到） l 出合成

16、塔尿素溶液用原料CO2氣汽提 l 采用池式甲銨冷凝器 l 合成系統(tǒng)中CO2及NH3的轉(zhuǎn)化率高 l 熱量回收 l 低水負(fù)荷 l 低合成壓力 l 合成工序重力流動(dòng)循環(huán) 合成在接近共沸點(diǎn)NH3/CO2為3.0下操作，合成塔壓力只有14Mpa，溫度為183C。不僅對(duì)CO2而且對(duì)NH3都有較高的轉(zhuǎn)化率。,在原理上，NH3和CO2均能用作為汽提劑以汽提未轉(zhuǎn)化的反應(yīng)物。但如僅利用NH3，由于NH3的溶解度大，熱分解更難達(dá)到有效的汽提效果，因此出合成工序的尿素溶液中NH3濃度較高。而通過(guò)利用CO2汽提，在整個(gè)循環(huán)裝置中，NH3最終濃度僅為6-7%，CO2濃度為8-10%。 因此，從汽提塔排出的未轉(zhuǎn)化的CO2和

17、NH3只需一個(gè)低壓回收部分回收工序即可，從而簡(jiǎn)化了流程。 至合成部分的物料和從此部分排出的物料中，NH3/CO2比為最佳分子比2。 75%以上的未轉(zhuǎn)化的反應(yīng)物在合成部分循環(huán)，循環(huán)至合成的甲銨溶液含水31%，低水負(fù)荷有利于尿素轉(zhuǎn)化。 池式冷凝器中發(fā)生下列反應(yīng)： l 氣體冷凝成甲銨并副產(chǎn)低壓蒸汽 l 完成60%的尿素轉(zhuǎn)化 池式冷凝器與傳統(tǒng)的降膜式冷凝器比較，合成塔容積減少了40%；因而減少了尿素裝置框架的高度；同時(shí)增大了傳熱系數(shù)及傳熱溫差，減少了傳熱面積；增大了操作彈性。 合成部分設(shè)備按重力流動(dòng)布置，節(jié)省了能耗。,設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 約75%的沒(méi)有轉(zhuǎn)化的反應(yīng)物均在合成圈內(nèi)循環(huán)，僅少量的NH3和CO2在NH3

18、/CO2比為2的狀況下從合成系統(tǒng)離開(kāi)，因此循環(huán)工序只有一個(gè)低壓回收工序。 由于此工藝沒(méi)有中壓循環(huán)部分，減少了投資消耗和裝置面積，減少了事故停車次數(shù)，同時(shí)降低了能耗及發(fā)生腐蝕的危險(xiǎn)。 尿素溶液貯槽和工藝?yán)淠翰垡蛴凶銐虻木彌_能力，從而提供了較大的操作彈性。 尿素裝置設(shè)備布置具有以下特點(diǎn)： l 利用重力流動(dòng)，節(jié)省能量 l 合成回路無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備 l 操作及維修方便,安全性好 存在于原料CO2氣中的H2及加入的防腐空氣，是凈化后的工藝尾氣的主要成分。這種氣體具有可燃性及可爆炸性。為了防止這種氣體產(chǎn)生，Stamicarbon設(shè)置了脫H2反應(yīng)器，利用催化劑以脫出CO2氣中的H2，使裝置所有工序中的物料組成不

19、具有可爆炸性，有效地保護(hù)了設(shè)備及人員安全。該設(shè)施從1978年以來(lái)已成功地投入運(yùn)行。,操作簡(jiǎn)易 幾乎所有操作均能在控制室完成。 合成工序主要操作參數(shù)容易調(diào)節(jié)控制。NH3/CO2比可通過(guò)合成溶液的分析儀連續(xù)監(jiān)視，用加入的氨量調(diào)節(jié)；合成壓力用調(diào)整池式冷凝器的副產(chǎn)蒸汽壓力調(diào)節(jié)；汽提塔效率用調(diào)整殼側(cè)加熱蒸汽壓力調(diào)節(jié)。 循環(huán)工序無(wú)中壓段，工藝流程簡(jiǎn)短，并且出汽提塔尿素溶液中NH3與CO2分子比為2，循環(huán)工序中吸收系統(tǒng)無(wú)過(guò)剩氨的分離，只需加入適量水將分解氣體全部冷凝吸收，容易操作。 能在60%至額定能力的任何負(fù)荷下操作。,高運(yùn)轉(zhuǎn)率 （高運(yùn)轉(zhuǎn)率來(lái)源于以下因素） l 工藝流程短，設(shè)備數(shù)量少，出故障幾率較小。 l

20、 操作簡(jiǎn)易 l工藝條件較溫和，材料選擇合理，設(shè)備腐蝕率低，運(yùn)轉(zhuǎn)周期及使用壽命長(zhǎng)。 該法最長(zhǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)記錄為471天。,1.3產(chǎn)品規(guī)模和規(guī)格 產(chǎn)品規(guī)模 a年操作日 年操作日：330天/年 b產(chǎn)品產(chǎn)量 時(shí)產(chǎn)量：110噸（設(shè)計(jì)時(shí)產(chǎn)量112.5噸） 日產(chǎn)量：2640噸（設(shè)計(jì)日產(chǎn)量2700噸）,產(chǎn)品規(guī)格(符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2440-2001),1.4主要原材料及公用工程原料規(guī)格 （1）原料 液氨 NH3 99.9%(重量)最小 H2O 0.1%(重量)最大 油5ppm(重量)最大 二氧化碳 CO298.5% (干基，體積)最小 硫1.0 毫克/標(biāo)立米(干基)最大 惰性氣體1.5% (干基，體積)最大 H2O飽和

21、(40,0.06MPa.G),（2）公用工程原料 新鮮水 水溫： 520 水壓：0.35MPa(G) 地面 水質(zhì)指標(biāo)： PH：7.08.5 濁度： 20 毫克/升 最大 循環(huán)水 給水溫度： 32 給水壓力： 0.45MPa(G) 污垢熱阻： 410-4 米2.小時(shí)./千卡 (3.4410-4m2.K/W) 氯離子(Cl-)： 150毫克/升 允許溫升： 10 允許壓降： 0.2Mpa,蒸汽 本裝置所需要的蒸汽由合成氨裝置及快鍋提供。規(guī)格如下： 中壓蒸汽（由合成氨裝置提供）：壓力： 4.65Mpa(A) 溫度:：387 低壓蒸汽（由合成氨裝置提供）：壓力： 0.44Mpa(A) 溫度:：197

22、脫鹽水(精制水) 電導(dǎo)率 0.2s/cm(在25) SiO2 0.02ppm(重量),1.5工藝流程說(shuō)明 1） 尿素裝置工藝說(shuō)明 尿素裝置設(shè)計(jì)為生產(chǎn)小顆粒尿素，其工藝為應(yīng)用池式冷凝器的CO2汽提法。 該單元由下列工序及輔助設(shè)施組成 l 氨的加壓及CO2氣壓縮工序 l 合成及汽提工序 l 循環(huán)工序 l 尿素溶液貯存、二段蒸發(fā)工序及造粒 l 解吸和水解工序 l 輔助設(shè)施 l 蒸汽系統(tǒng) 參見(jiàn)所附工藝流程圖。,氨的加壓及CO2氣壓縮工序 來(lái)自界區(qū)的液氨，經(jīng)液氨過(guò)濾器（313-L）至高壓氨泵（304-J）。液氨在此被加壓至16.0Mpa(A)，通過(guò)甲銨噴射器（301-L）至高壓甲銨池式冷凝器（303-C

23、）。液氨在噴射器中膨脹產(chǎn)生的抽力，將高壓洗滌器（304-C）來(lái)的甲銨液帶入池式冷凝器，池式冷凝器操作壓力14.3Mpa(A)。 自界區(qū)來(lái)的CO2氣含有大約1.2%(mol%)H2及0.3%N2(mol%)，壓力為0.15Mpa(A)。CO2氣通過(guò)CO2壓縮機(jī)入口分離器（311-D）至CO2壓縮機(jī)（302-J）入口。 出CO2壓縮機(jī)第一段壓縮的氣體經(jīng)冷卻后與加入的工藝空氣混合后入一段分離器（302-JF1）分離出冷凝水。出分離器的氣體入壓縮機(jī)二段入口。,出壓縮機(jī)二段的氣體至脫H2反應(yīng)器（302-D）脫H2反應(yīng)器內(nèi)裝有以Al2O3為載體的鉑或鈀觸媒。CO2氣中的可燃?xì)怏wH2及CH4等在觸媒的作用下

24、發(fā)生下述反應(yīng) 2H2+O2=2H2O 2CO+O2=2CO2 CH4+2O2=2H2O+CO2 出反應(yīng)器的氣體經(jīng)壓縮機(jī)二段冷卻器（302-JC2）及分離器（302-JF2）進(jìn)壓縮機(jī)三段入口。 脫除H2后的CO2氣經(jīng)壓縮機(jī)三段及四段壓縮至14.3Mpa(A)進(jìn)入高壓汽提塔（302-C）。 CO2壓縮機(jī)由蒸汽透平驅(qū)動(dòng)。,合成及汽提工序 液氨和CO2氣體生成尿素的反應(yīng)在溫度170-190C和壓力135-145bar下進(jìn)行，反應(yīng)式如下： 2NH3+CO2=NH2COONH4 (1) NH2COONH4=NH2CONH2+H2O (2) 在第一個(gè)反應(yīng)中CO2和NH3轉(zhuǎn)化成為甲銨，反應(yīng)速度快且為放熱反應(yīng)。

25、 第二個(gè)反應(yīng)甲銨脫水生成尿素和水，此反應(yīng)速度慢且為吸熱反應(yīng)，CO2的總的轉(zhuǎn)化率在合成回路大約為80%。 在合成塔中，大部分甲銨轉(zhuǎn)化為尿素和水，合成塔中液位由HIC/HV手動(dòng)控制。 出合成塔的尿素溶液進(jìn)入汽提塔（302-C），汽提塔為降膜式熱交換器，底部加入CO2氣汽提，殼側(cè)加入中壓蒸汽供熱。 CO2氣體被逆流導(dǎo)入，引起氨分壓降低，從而使甲銨分解并吸收熱量。,由于CO2氣溫度低以及汽提塔底部的輕微的絕熱汽提，出汽提塔底部的溶液溫度可降至大約172-178C，從而減少了尿素的水解及高壓蒸汽的消耗。 為了防止CO2氣進(jìn)入循環(huán)部分，在汽提塔出口處設(shè)置有液位調(diào)節(jié)閥。 來(lái)自汽提塔頂部的氣體在187C下進(jìn)入

26、池式冷凝器（303-C），該冷凝器型式為采用U型管的浸沒(méi)式熱交換器。汽提塔的大部分弛放氣與甲銨噴射器來(lái)的液氨-甲銨液混合物反應(yīng)生成甲銨，在池式冷凝器中還有部分甲銨轉(zhuǎn)化成尿素，冷凝后殼側(cè)溫度約為177C。 甲銨冷凝所放熱量用來(lái)產(chǎn)生產(chǎn)0.45Mpa（A）的低壓蒸汽。 池式甲銨冷凝器中的換熱管為U-型管，殼側(cè)為甲銨液，蒸汽冷凝液和產(chǎn)生的蒸汽在管側(cè)，出管側(cè)的汽液混合物在汽包（312-D）中分離，產(chǎn)生的蒸汽用于加熱、噴射器及解吸，過(guò)量的低壓蒸汽則送至CO2壓縮機(jī)蒸汽透平。 低壓蒸汽汽包（312-D）的壓力由蒸汽排放管線上的壓力調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)。,由于壓力改變會(huì)直接影響蒸汽的溫度，從而影響管殼側(cè)的溫差，進(jìn)而會(huì)

27、影響換熱量及甲銨在殼側(cè)的反應(yīng)，因此通過(guò)汽包（312-D）的壓力調(diào)節(jié)來(lái)控制使合成系統(tǒng)壓力在13.5-14.5Mpa(A)之間，并使70%-75%的出汽提塔氣體在池式冷凝器中冷凝。 出池式冷凝器氣體和液體入合成塔底部。 在合成塔中，甲銨進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成為尿素。合成塔的設(shè)計(jì)容積能夠提供足夠的停留時(shí)間，NH3和CO2繼續(xù)冷凝成甲銨所放熱量則用于尿素合成和升高合成塔中溶液的溫度。 合成塔內(nèi)設(shè)有高效塔板以增強(qiáng)氣液接觸及避免返混。 合成塔中反應(yīng)混合物通過(guò)降液管管線進(jìn)入汽提塔，含NH3和CO2的惰性氣則通過(guò)合成塔頂部的管線進(jìn)入高壓洗滌器（304-C）。高壓洗滌器下部為管殼式換熱器，上部為帶防爆空間的填料床。,在高

28、壓洗滌器（304-C）的下部， 大部分NH3和CO2冷凝，其冷凝所放熱量由調(diào)溫水移走。 出高壓洗滌器（304-C）下部的氣體，在高壓洗滌器（304-C）上部的填料床層與從循環(huán)工段來(lái)的甲銨液逆流接觸，氣體中的NH3和CO2被甲銨液吸收。 出高壓洗滌器的惰性氣體僅含有少量的NH3和CO2，通過(guò)壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)入4巴吸收塔（309-D）。4巴吸收塔（309-D）由兩層填料床層組成，上部床層用冷卻后的蒸汽冷凝液作吸收劑，下部床層用工藝?yán)淠鹤魑談?。?巴吸收塔的惰性氣體僅含有微量氨（0.18%Vol），通過(guò)壓力調(diào)節(jié)閥排入大氣。,循環(huán)工序 此工序主要是從出汽提塔底部的尿素溶液中回收NH3和CO2。出汽提塔

29、底部的尿素溶液通過(guò)液位調(diào)節(jié)閥減壓至0.41Mpa(A)。由于減壓，溶液中的甲銨大部分分解成為氣態(tài)的NH3和CO2，分解所需熱量由溶液提供，致使溶液溫度降低。減壓后的氣液混合物噴灑于精餾塔（305-D）的鮑爾環(huán)床層上。 尿素-甲銨溶液從精餾塔的下部進(jìn)入循環(huán)加熱器（306-C），溫度升至大約135C，大部分甲銨分解為NH3和CO2，分解所需熱量可由高壓洗滌器的高溫調(diào)溫水和低壓蒸汽提供，達(dá)到回收熱量的目的。 出循環(huán)加熱器（306-C）的氣液混合物在精餾塔（305-D）的下部分離，氣體通過(guò)精餾塔的填料床層與上部來(lái)的冷尿素溶液接觸，進(jìn)行熱量和質(zhì)量交換，氣體中部分水被冷凝下來(lái)，減少了出精餾塔氣體中的水含量

30、。,出精餾塔的氣體進(jìn)入低壓甲銨冷凝器（307-C），低壓甲銨冷凝器是一個(gè)浸沒(méi)式的冷凝器，氣體在此幾乎完全冷凝，冷凝熱則由調(diào)溫水移走。 出低壓甲銨冷凝器的氣液混合物進(jìn)入低壓甲銨冷凝器液位槽（314-D），該槽既是分離器，又是高壓甲銨泵（307-J）的入口緩沖槽。出液位槽的氣體入常壓吸收塔（306-D），出液位槽的甲銨液含水31%，經(jīng)高壓甲銨泵（307-J）升壓至14.5Mpa(A)入高壓洗滌器（304-C）。 出精餾塔底部的尿素溶液濃度約為68.3%，含有少量的NH3及CO2。尿素溶液通過(guò)液位調(diào)節(jié)閥入閃蒸槽（313-D）。 閃蒸槽操作壓力0.045Mpa，由于壓力降低，部分NH3，CO2及H2O

31、從溶液中閃蒸出來(lái)，氣體入一段蒸發(fā)冷凝器（312-C）。,尿素溶液貯存、蒸發(fā)系統(tǒng)及造粒 出閃蒸槽的尿素溶液進(jìn)入尿素溶液貯槽（301-F），再由尿素溶液泵送入一段蒸發(fā)器（309-C），一段蒸發(fā)器操作壓力為0.03MPa(A)，操作溫度130C，溶液在此被濃縮至96%。濃縮尿素溶液所需熱量由加入殼側(cè)的低壓蒸汽提供。出一段蒸發(fā)器的氣液混合物在上部的分離器（315-D）分離，溶液入二段蒸發(fā)器（310-C），氣體至一段蒸發(fā)冷凝器（312-C）。 從閃蒸槽及一段蒸發(fā)分離器來(lái)的氣體在一段蒸發(fā)冷凝器中冷凝，冷凝液去氨水貯槽（302-F），未凝氣經(jīng)一段噴射器（302-L）入常壓吸收塔（306-D）中進(jìn)一步用4巴吸

32、收塔來(lái)的稀氨水吸收。吸收液入氨水槽，氣體至排氣筒（314-L）放空。,出一段蒸發(fā)分離器的尿液進(jìn)入二段蒸發(fā)器（310-C），二段蒸發(fā)器操作壓力為0.003MPa(A)，操作溫度約140C，溶液在此被濃縮至99.7%。濃縮尿素溶液所需熱量由加入殼側(cè)的低壓蒸汽提供。 出二段蒸發(fā)器的氣液混合物在上部的分離器（316-D）分離，溶液由熔融尿素泵（309-J/JA）送入造粒塔（305-L）造粒，氣體經(jīng)升壓器送入二段蒸發(fā)冷凝器（313-C）冷凝，未冷凝的氣體經(jīng)噴射器（303-L）進(jìn)入二段蒸發(fā)后冷器（314-C），冷凝液入氨水貯槽。出二段蒸發(fā)后冷器的未凝氣通過(guò)二段蒸發(fā)第二噴射器（304-L）升壓后送入常壓吸收

33、塔進(jìn)一步回收氨。 出造粒塔的尿素顆粒經(jīng)皮帶稱稱重后由輸送機(jī)送去散裝倉(cāng)庫(kù)貯存或送至包裝。,解吸和水解 氨水槽中的溶液含有NH3、CO2及尿素，需進(jìn)行解吸和水解以減少NH3、CO2及尿素的損失。溶液通過(guò)解吸塔給料泵（312-J）送出，其中一部分送至低壓甲銨冷凝器及回流冷凝器作吸收劑，其余經(jīng)解吸塔換熱器（316-C）預(yù)熱后入第一解吸塔（307-DA）上部。 第一解吸塔內(nèi)設(shè)置有約15塊篩板，溶液從上至下流經(jīng)各篩板時(shí)，溶液中的大部分氨和CO2被水解塔（308-D）和第二解吸塔（307-DB）來(lái)的氣體汽提出來(lái)。 出第一解吸塔底部的稀溶液經(jīng)水解塔給料泵（314-J）抽出，經(jīng)水解塔預(yù)熱器（308-C1/C2）

34、預(yù)熱至200C后進(jìn)入水解塔（308-D）上部。 水解塔中設(shè)有約10塊塔板，溶液至上而下流經(jīng)各塔板時(shí)，溶液溫度升高至210C，溶液中的尿素水解成NH3和CO2，尿素水解及溶液溫度升高所需熱量則由從水解塔底部加入的高壓蒸汽提供。 水解塔的操作壓力為1.84MPa(a)。出水解塔底部的溶液經(jīng)預(yù)熱器（308-C1/C2）換熱后，通過(guò)液位調(diào)節(jié)閥進(jìn)入第二解吸塔（307-DB）上部繼續(xù)解吸。,第二解吸塔內(nèi)設(shè)有約21塊篩板，溶液從上至下流經(jīng)各塔板時(shí)，溶液中的NH3及CO2被從塔下部加入的低壓蒸汽全部汽提出來(lái)。 出第二解吸塔底部的液體幾乎為純凈的水，NH3及尿素的含量均小于3ppm。此液體通過(guò)解吸塔熱交換器（3

35、16-C）、工藝?yán)淠豪鋮s器（317-C）冷卻至45C后再由工藝?yán)淠罕茫?22-J）送至化水站處理后作為鍋爐給水。 出第一解吸塔（304-EA）的氣體到回流冷凝器（305-C）進(jìn)行冷凝，冷凝后的氣液混合物進(jìn)入回流冷凝器液位槽 （318-D）中分離。溶液經(jīng)回流泵（305-J）送出，一部分返回第一解吸塔頂部作為回流液，其余則送至低壓甲銨冷凝器（307-C）。 出回流冷凝器液位槽的氣體經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥減壓后至常壓吸收塔進(jìn)一步回收氨。 第一解吸塔（307-DA）操作壓力約為0.35MPa(A)。,輔助設(shè)施 尿素裝置設(shè)置有廢水槽（351-F），該槽位于地面下， 用來(lái)收集不能直接排入氨水槽的從各設(shè)備、管道排

36、出的含NH3、CO2和尿素的廢水。槽內(nèi)的廢水通過(guò)廢水泵（351-J）轉(zhuǎn)送至氨水槽。該廢水槽的設(shè)置目的是為了減少開(kāi)停車及切換泵時(shí)排出的廢水排放，從而減少對(duì)環(huán)境的污染。 蒸汽管網(wǎng),1.6 裝置消耗定額 消耗定額(以一噸產(chǎn)品尿素計(jì)) 尿素裝置消耗定額(期待值) (以一噸產(chǎn)品小顆粒尿素計(jì),2700MTPD生產(chǎn)規(guī)模),注: (1)CO2流量為CO2壓縮機(jī)入口流量。 不包括照明、空調(diào)及電梯等用電。,催化劑 脫H2催化劑 型式:鉑或鈀觸媒(含鉑或鈀0.3%,載體為AL2O3) 尺寸:球形（直徑3mm） 密度:980-1000kg/m3 裝填量: 1.61 m3 期待壽命: 5年,1.7 設(shè)備布置方案 該工藝

37、按流程布置，整個(gè)裝置的設(shè)備布置緊奏、合理。 高壓氨泵、高壓甲銨泵及其它大部分泵布置于一樓平面。 CO2壓縮機(jī)布置于合成氨裝置的壓縮廠房?jī)?nèi)，段間分離器、冷卻器及脫氫反應(yīng)器緊鄰壓縮廠房外布置。 合成部分設(shè)備按重力流動(dòng)布置于合成框架上。由于采用臥式的池式冷凝器，約60%的尿素合成反應(yīng)在此進(jìn)行，因此合成塔的體積減少，從而降低了尿素框架的高度。 循環(huán)及蒸發(fā)部分也布置于框架中。同時(shí)，在設(shè)備布置上充分考慮了尿素裝置介質(zhì)的特點(diǎn)，盡量減少尿素的停留時(shí)間，以減少縮二脲的生成。,1.8 設(shè)備技術(shù)方案 1.8.1 關(guān)鍵設(shè)備選型 1）尿素合成塔 尿素合成塔是一個(gè)圓筒形，內(nèi)設(shè)塔板的立式容器。尿素合成塔操作壓力約14.0M

38、pa（A），操作溫度183。內(nèi)徑3600mm，高度（切線至切線）18000mm，有效容積約183m3。 尿素合成塔殼體材料為碳鋼，內(nèi)襯材料為尿素級(jí)316L，襯里厚度7mm，內(nèi)件亦為尿素級(jí)316L。,2）汽提塔 汽提塔是一個(gè)高壓降膜式換熱器設(shè)備。從尿素合成塔來(lái)的尿素甲銨液流入汽提塔上部，經(jīng)位于降膜式換熱管上端的液體分布器后成膜狀均勻地分布于換熱管內(nèi)壁。 從CO2壓縮機(jī)來(lái)的CO2氣入汽提塔下管箱，溶液從降膜管內(nèi)壁自上往下流動(dòng)過(guò)程中，溶液與管內(nèi)上升的CO2氣逆流接觸，溶液中的甲銨分解成NH3和CO2并被汽提出來(lái)，甲銨分解所需熱量由加入殼側(cè)的蒸汽提供。 出汽提塔底部的尿素溶液經(jīng)液位調(diào)節(jié)閥入精餾塔。 出

39、汽提塔頂部的氣體入高壓甲銨池式冷凝器。 汽提塔管程操作壓力14.8MPaA，操作溫度173（底部）。 汽提塔外殼材料為碳鋼，管箱內(nèi)襯UNS32906(Safurex)雙相鋼或尿素級(jí)316L。換熱管材料為UNS32906(Safurex)或25/22/2，規(guī)格313，有效長(zhǎng)度6m，換熱管數(shù)量約3783根。換熱面積約2111m2。,3) 高壓甲銨池式冷凝器 高壓甲銨池式冷凝器為臥式冷凝器，換熱管規(guī)格25.42.7，傳熱面積2082m2，換熱管材料為25-22-2。從汽提塔來(lái)的分解氣和高壓液氨通過(guò)噴射器將從高壓洗滌器來(lái)的甲銨液送入池式冷凝器底部, 在該冷凝器中甲銨冷凝，冷凝熱由殼側(cè)的蒸汽冷凝液蒸發(fā)帶

40、走，產(chǎn)生低壓蒸汽，同時(shí)池式冷凝器中約有60%的尿素合成。 出池式冷凝器的甲銨液、尿素及未冷凝的氣體入尿素合成塔。,4) CO2壓縮機(jī) CO2壓縮機(jī)為四段離心式壓縮機(jī)，采用透平驅(qū)動(dòng)。 合成氨裝置來(lái)的CO2壓力0.15MPa（A），溫度40，CO2純度最少98.5%。 壓縮機(jī)軸功率約11000kW。 5）高壓氨泵 選用多級(jí)離心式泵， 二臺(tái)（一開(kāi)一備）。最大流量120 m3/h。排出壓力20MPa（最大）。采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 6) 高壓甲銨泵 選用多級(jí)離心式泵，二臺(tái)（一開(kāi)一備）。最大流量61.5 m3/h。吸入壓力0.3MPaA，排出壓力16MPa（最大），采用變頻調(diào)速。,1.8.2設(shè)備清單 說(shuō)明： “

41、C”類：換熱器類 “D”類：塔類、容器類 “F”類：貯槽類 “J”類：機(jī)泵類 “L”類：特殊設(shè)備類,尿素裝置設(shè)備表,1.8.3主要引進(jìn)設(shè)備表 主要引進(jìn)設(shè)備表,注: 以上設(shè)備規(guī)格均為初步的；暫沒(méi)有規(guī)格的設(shè)備可在下階段（如合同談判）由外商提供初步規(guī)格。,1.8.4 主要大型超限設(shè)備清單,大型超限設(shè)備見(jiàn)下表6。 尿素大型超限設(shè)備表,1.9 占地、建筑面積及定員 尿素主裝置占地情況如下： 尿素主裝置：160米80米，占地面積約12800米2，（不、包括CO2壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)布置于合成氨裝置壓縮廠房?jī)?nèi)）。其中，框架采用鋼結(jié)構(gòu)。 建筑面積約 3420 米2。 尿素裝置建議定員：（可根據(jù)工廠要求進(jìn)行調(diào)整，不

42、包括機(jī)、電、儀維修人員及分析人員） 車間主管： 2人 操作人員： 值班長(zhǎng)： 14（班） 4 人 主控室： 24（班） 8人 現(xiàn)場(chǎng)操作人員： 34（班） 12 人 共計(jì)： 24人,尿素裝置的節(jié)能和節(jié)水 節(jié)能及節(jié)水措施 尿素裝置暫采用改良型CO2汽提法生產(chǎn)技術(shù)，該法采用下述主要節(jié)能降耗措施： 1）合成壓力降低，節(jié)省CO2壓縮機(jī)及高壓泵功率； 2）合成壓力下用原料CO2氣汽提分解出尿素合成塔反應(yīng)溶液，汽提氣在高壓甲銨池式冷凝器部分冷凝，冷凝熱副產(chǎn)低壓蒸汽供后續(xù)工序使用,過(guò)剩的低壓蒸汽則作為CO2壓縮機(jī)透平注汽，減少了中壓蒸汽的需要量，降低了能耗； 3）出高壓洗滌器調(diào)溫冷卻水熱量用于循環(huán)加熱器分解尿素

43、溶液中的甲銨，對(duì)熱量進(jìn)行了回收； 4）工藝?yán)淠翰捎蒙疃人馓幚恚构に嚴(yán)淠褐心蛩厮獬蒒H3及CO2，并回收返回循環(huán)系統(tǒng)，降低了原料的消耗，經(jīng)處理的工藝?yán)淠嚎伤突咀鳛槊擕}水補(bǔ)充水，同時(shí)達(dá)到了減少環(huán)境污染及節(jié)水降耗的目的。,節(jié)能節(jié)水效果 1） 由于上述綜合措施，尿素裝置具有低的原料及公用工程消耗，見(jiàn)下消耗定額表 (以一噸產(chǎn)品小顆粒尿素計(jì),2700MTPD生產(chǎn)規(guī)模),注: （1） CO2流量為CO2壓縮機(jī)入口流量。 （2） 不包括照明、空調(diào)及電梯等用電。 2） 尿素裝置產(chǎn)生的工藝廢水經(jīng)深度水解處理后氨和尿素含量降至3ppm以下，可送化水站處理作鍋爐給水使用，正常生產(chǎn)時(shí)尿素裝置沒(méi)有工藝廢水排出。,謝謝大家 !,