尿素装置工艺流程介绍

化肥厂尿素车间尿素装置工艺流程介绍化肥厂尿素车间三、工艺技术路线及流程一、装置简介二、生产方法及反应机理目录化肥厂尿素车间尿素装置是二十世纪七十年代从荷兰斯塔米卡帮公司引进的CO2气提法尿素生产工艺，于1976年建成投产。其以合成氨车间来的液NH3和CO2为原料,原设计日产尿素1620吨。2005年，通过引进荷兰Stamicarbon公司的并联中压技术对装置进行50%扩能改造，改造后装置的生产能力由原1620t/d提高至2300t/d。扩能改造项目中新增一套并联中压系统，CO2增压机K-103、高压氨泵P-104、高压甲铵泵P-501，及新蒸发系统（由于产品质量问题，停用），改造后的装置于2005年11月一次投料开车成功。一、装置简介C-305401J/JS201LS-311P-304P-703P-411S-412402F401F402C401C702L701L705-L2703C702C705-L3705CE-713E-712E-714J-712J-713J-714J-715303J705-L1V-307701-CE-711202C706-C702EE-107E-106AE-106BR-101102-CP-104E-313P-501C-322E-503301J/JSE-804P-309P-702P-706S-314P-707302J/JS701-FP-705102-J104J/JSC-803C-801C-804P-801P-802V-801P-804C-802V-501201CE-803E-801303-CE-322E-310A/B303-FE-802S-411LIC302LIC203LIC2101LIC3201LIC3202LIC3301LIC302S-322E-312E-709V-704FIC3307LIC3304FIC3308LIC3302302EA302CFIC120171%P-704PIC309HIC7201FIC7102HIC8101HV202PIC3102PIC3101LIC3102HIC3201203-C301-F201-DLIC3203FIC2102E-411E-412FIC3201S-501C-501301-E302-F301CA/CBHV201C-502From-904J化肥厂尿素车间1、尿素生产的方法尿素生产的化学反应主要分两步：第一步是液态NH3和CO2反应生成氨基甲酸铵（甲铵）：2NH3(液)+CO2(气)→NH4COONH2(液)+119.2千焦/摩尔(1-1)第二步是甲铵在液相条件下脱水反应生成碳酰二胺（尿素）：NH4COONH2(液)→CO(NH2)2+H2O(液)-15.5千焦/摩尔（1-2)式（1-1）为甲铵的生成反应，是强放热、体积缩小的可逆反应。式（1-2）也称为尿素的生成反应，必须在液相下才能进行，是一个吸热的可逆反应。该反应进行得很缓慢，需要很长时间才能达到平衡。因此，在实际生产中，并不是所有的甲铵都能转化为尿素，而是只有一部分，转化率为55-60%。二、生产方法及反应机理化肥厂尿素车间2、反应机理（1）甲铵的生成反应甲铵的生成反应是一个体积缩小的强放热反应。根据化学反应的平衡原理，为使反应尽快地达到平衡，必须及时地移走反应生成的热，并且提高反应压力对加快反应速度有利。在实际工业生产中，根据高压甲铵泵的出口压力确定反应压力为13.5-14.5MPa，反应温度为140-150℃，由于反应放热，出液温度升高，与蒸汽冷凝液换热，冷凝后的温度为166.6℃。在这种条件下，实际上约有78-80%的NH3和CO2被冷凝成液体。二、生产方法及反应机理化肥厂尿素车间（2）尿素的生成反应尿素的生成反应是一个必须在液相中进行的、吸热的可逆反应。根据化学反应的平衡原理，在反应进行的过程中必须持续地供给热量，而且该反应进行地非常缓慢，不容易达到平衡。在实际的工业生产中，尿素生成反应的反应热是由未反应的NH3和CO2在合成塔内继续冷凝所放出的热量供给的，且反应温度越高越好。根据设备材质的耐用温度不超过190℃，确定操作温度为180-185℃。根据尿素生成过程的平衡压力图，考虑到原料中4%体积的空气及惰气，最终确定反应压力为13.6MPa。生产方法及反应机理化肥厂尿素车间3、低压分解与循环吸收系统2、高压系统4、0.7MPa吸收系统5、并联中压系统三、工艺技术路线及流程6、解吸水解系统1、原料NH3和CO2的压缩7、蒸发造粒系统化肥厂尿素车间1、原料NH3和CO2的压缩化肥厂尿素车间原料液氨由合成车间送来，压力为2.2MPa，进入氨预热器101-C管侧加热到25℃左右。液氨经氨预热器101-C加热后分为两路：一路进入高压氨泵104J/Js往复泵；另一路进入高压离心氨泵P104。液氨通过氨泵将压力提高到16Mpa。高压离心氨泵P104出口流量由FIC1201调节，回流量由FIC1202调节返回到界区。氨预热器101-C壳侧用闪蒸槽904-F底部来的低压蒸汽冷凝液作为加热介质，用调节阀TIC-152控制，出高压氨泵104－J/Js或P104的液氨进入氨加热器102-C管侧加热后，经电磁阀XV-2101、氨截止阀送入高压喷射泵201-L，将高压甲铵洗涤器203-C来的甲铵液增压后，送入202-C的顶部。氨加热器102-C壳侧用闪蒸槽904-F顶部来的闪蒸蒸汽作为加热介质，用调节阀TIC-109控制，蒸汽冷凝液进入冷凝液贮槽905-F回收。1、原料NH3和CO2的压缩化肥厂尿素车间空气蒸汽1、原料NH3和CO2的压缩化肥厂尿素车间原料二氧化碳由合成车间送来，经二氧化碳压缩机组压缩后送入加热器E106A、E106B加热，经脱氢反应器R101脱氢、冷却器E107冷却后分为两路：一路由电磁阀XV-2102控制进入汽提塔201-C底部；另一路由调节阀FIC-3201控制进入中压CO2气提塔C502底部。脱氢后的CO2中氢、氧含量由AIC1202指示。CO2加热器E106A壳侧采用高压甲铵洗涤器203C来的高压密闭水进行加热，由HIC1202控制加热器E106A出口CO2温度，出口进入一段蒸发加热器E411A壳侧；CO2加热器E106B采用2.4Mpa抽汽，由TIC1202控制CO2加热器E106B出口进入脱氢反应器R101的CO2温度，加热后蒸汽进入闪蒸槽904F；CO2冷却器E107壳侧采用中压甲铵冷凝器E503来的中压密闭水进行冷却，由HIC1201控制冷却后的CO2温度。1、原料NH3和CO2的压缩化肥厂尿素车间2、高压系统化肥厂尿素车间高压系统主要由4台高压设备组成：高压汽提塔（201-C），高压甲铵冷凝器（202-C），合成塔（201-D），高压洗涤器（203-C）。汽提塔（201-C）是直立管壳式加热器。离开CO2冷却器（E107）的CO2分两路，一路送往中压系统，另一路则进入高压汽提塔（201-C）的底部。离开合成塔（201-D）底部的大部分合成反应液在温度180-185℃下进入汽提塔（201-C）的上部，经装在上部的液体分布器均匀地流入列管内，并以膜状沿管壁向下流动。CO2则从汽提塔（201-C）底部进入，向上流入管束，将合成反应液中的NH3和CO2分离出来，并从汽提塔（201-C）顶部离开，进入高压甲铵冷凝器（202-C）顶部。分离的程度由汽提效率决定，本装置汽提效率设计值为80%。2、高压系统化肥厂尿素车间高压甲铵冷凝器（202-C）是立式管壳式热交换器。离开氨加热器（102-C）的液氨被送到高压喷射器（201-L），并作为喷射器的动力，抽吸高压洗涤器（203-C）来的浓甲铵液，混合后与来自高压甲铵泵（P501或301J/JS）的部分甲铵液一道，进入高压甲铵冷凝器（202-C）顶部。来自汽提塔（201-C）顶部的气体也由高压甲铵冷凝器（202-C）顶部进入。气、液混合后沿高压甲铵冷凝器（202-C）的列管内壁往下流，冷凝生成甲铵,且放出冷凝热和生成热。在高压甲铵冷凝器（202-C）中，液NH3与CO2不允许全部冷凝生成甲铵，大约只有78%左右的气、液被冷凝，剩余部分仍然以气体存在，以便在合成塔（201-D）中继续反应为下一步尿素合成反应提供热量。2、高压系统化肥厂尿素车间在高压甲铵冷凝器（202-C）中生成冷凝热和生成热释放给壳侧的热水，用于生产副产品低压蒸汽，用作下游工艺处理的热介质。为了得到低压饱和蒸汽，还配置有四个低压蒸汽饱和器（201-FA-D，简称汽包），以便将蒸汽中夹带的水分离出来。其过程是：锅炉给水泵（906J/JS）将蒸汽冷凝液槽（905-F）中的蒸汽冷凝液送入汽包内，并利用液位调节的作用维持汽包内的水位。水由下降管进到高压甲铵冷凝器（202-C）壳侧的底部。在传热的作用下（管内外温差可达20℃以上），水在壳侧形成自然循环，饱和蒸汽则由汽包顶部送出。2、高压系统化肥厂尿素车间合成塔（201-D）是一个串联型的立式高压反应器，它的内部空间被11块筛板分成相邻的12个小室，每一个小室的功能都相当于一个持续搅拌的罐式反应器。因为合成塔（201-D）是一个高的鼓泡塔，从塔底引进的气体就起到一种搅拌剂的作用。为达到最优化的混合效果，在每个小室中安装一个通风管。这样，就会产生较大的密度差，从而获得最优化的扰动效果，因此避免了死区的产生。这些“虹吸喷射”式筛板的设计方式可以避免产生沟流和返混现象，从而使反应器接近于理想的连续混合罐式反应器。2、高压系统化肥厂尿素车间来自高压甲铵冷凝器（202-C）的甲铵溶液与未冷凝的NH3和CO2由底部进入，在合成塔（201-D）中通过气、液混合发生吸热的尿素生成反应，反应所需要吸收的热量来自于引进的未冷凝的NH3和CO2继续发生的冷凝反应。在合成塔（201-D）中，甲铵转化为尿素的转化率为57-58%，生成的尿素溶液从合成塔（201-D）中部的溢流管离开，大部分送往汽提塔（201-C），其余部分经液位控制阀LIC-2101减压至2.0MPa左右后送往中压系统，合成塔（201-D）中未反应的气体（除了NH3和CO2外还有O2、N2、H2等惰性气体）则从塔顶离开，去高压洗涤器（203-C）进一步处理。2、高压系统化肥厂尿素车间离开合成塔（201-D）顶部的气体混合物经高压洗涤器（203-C）顶部的防爆空间后由高压洗涤器（203-C）的底部进入管侧，来自高压甲铵泵（P501或301J/Js）的甲铵液也进入高压洗涤器（203-C）的底部。高压洗涤器（203-C）的下部是直立管壳式浸没冷凝器，气、液混合物通过冷凝器换热列管上升，使混合气中的NH3和CO2得到充分冷凝，冷凝热和反应热由列管外的高压密闭水带走。换热段液体进入上部溢流堰后，一部分经中心管又回到高压洗涤器（203-C）的底部，一部分液体外溢出去进入高压喷射器（201-L）吸入口。这就保证了冷凝器内充满着液体，使得气体与冷凝液能充分混合，从而避免了固体甲铵的生成。2、高压系统化肥厂尿素车间为防止过度冷凝，高压洗涤器（203-C）壳侧采用130℃的热水进行冷却，热水在一个封闭的加压系统中，用高压密闭水泵（902-J/Js）循环。高压密闭水带走高压洗涤器（203-C）管侧的冷凝热和反应热后，先给CO2加热器（E106A）和新增一段蒸发加热器（E411A）的管侧介质加热，分别用于将CO2从110℃加热至140℃及将尿素溶液浓缩至约95%（wt），然后经高压密闭水泵（902-J/J）加压，再经泵出口处的高压密闭水冷却器（902-C）将剩余的热量吸收，最后返回至高压洗涤器（203-C）壳侧。这既合理地利用了热源，又减少了低压蒸汽的消耗。高压洗涤器（203-C）顶部未冷凝的气体通过调节阀HV-202减压后进入0.7MPa系统吸收塔（702-E）底部进一步吸收NH3和CO2，最后不凝气经调节阀PV-715控制由塔顶放空。2、高压系统化肥厂尿素车间3、低压分解与循环吸收系统化肥厂尿素车间3、低压分解与循环吸收系统用稀氨水对低压尾气进行吸收降低稀甲铵温度储存低压冷凝后的甲铵液通过循环水降低低压甲铵温度加热尿液对高压气提