尿素工艺说明

123、尿素工艺流程说明1、氨的输送和加压：界区来的压力2.4Mpa、温度约30℃的液氨经液氨过滤器S-104A/B过滤后，经流量计FQ-1011计量，经氨受槽V-105，液位调节阀LV-1016进入操作压力1.6Mpa的中压氨回收塔C-105，回收中压惰性气体中的气氨后进入氨受槽V-105。出V-105的液氨约30-35℃进入液氨升压泵P-105A/B升压至2.2Mpa，分两路：一路去中压吸收塔C-101，作回流氨使用；一路去高压液氨泵P-101A/B，作尿素合成塔原料氨。P-105设有一路加热回V-105副线打循环，一路带有小流量控制阀不加热的副线。循环副线加热与不加热取决于界区来的氨温度。并设有一路回合成车间，方便尿素装置停车后回收氨。1的喷射动到高压液氨泵的氨,经管道过滤器后进入转速为19404RPm的两级开式叶轮高速离心泵，加压至22.7Mpa送出。高压液氨经流量调节阀FV-1003、HV-1111(调节阀FV-1003旁路）进入氨预热器E-107管程。壳程是利用低压分解塔来的130℃含氨、CO2、水的工艺气，以及工艺冷凝液回收处理系统来的125℃含氨、CO2、水的气体冷凝加热。在这里液氨被预热至80-90℃。预热后的高压氨流量105m3/h经压力调节装置PZ-1022调节压力，作为甲铵喷射器L-10力。L-101被抽吸的介质是高压甲铵分离器来的甲铵液，流量109989Kg/h,温度155℃，压力14.5Mpa。喷射器出口流量171252Kg/h,温度135℃，压力15.8Mpa进入尿素合成塔R-101，参加生成尿素反应。甲铵喷射器的使用，为尿素装置框架的降低带来可能，这也是斯那姆尿素工艺的2主要特点。这一方法现已被其他工艺广泛使用。为方便开停车和调整负荷，高压液氨泵P-101A/B设有经流量调节阀FV-1004的循环管线，调节阀后分两路，一路直接回到V-105，一路到氨冷凝器E-109冷却后回到V-105。是否到E-109取决于氨温度，温度过高、过低都要回到E-109。由于本工艺合成回路开车升压采用氨升压，高压氨泵出口设有一路2˝管到蒸汽夹套开车管线（又叫氨升压管线），为保证进入系统的氨是气体，该夹套加热蒸汽用蒸汽饱和器V-109的蒸汽加热。2、尿120Ċ素的合成：界区来的温度30℃，压力50Kpa,流量53931Kg/hCO2经CO2压缩机K-101四段压缩（其中三段入口加入340Nm3/h空气作高、中压系统不锈钢材料防腐蚀用氧）加压至15.8Mpa,温度经手动调节阀HV-1005进入尿素合成塔。合成：NH3/CO23.3、H2O/CO20.63、压力15.6MPa、停留时间30—32分钟，温度188—190℃，转化率：61%。合成塔结构：内衬8mm25-22-2不锈钢,外壳136mm碳钢。中空的，里面17块筛板塔盘，筛板塔盘作用主要防止物料返液中尿素含量32.76%,氨：31.65%,CO2:15.36%,H2O:20.22%流应混；有一8＂降液管，二氧化碳、氨、甲铵由底部进入由于筛板作用经活塞式向上移动，到达顶部后经降液管由中部出料。出合成塔反量：224915Kg/h。在合成塔内氨、CO2发生放热反应，第一步NH3和CO2生成氨基甲酸铵（简称甲铵），反应压力必须大于甲铵的离解压力8Mpa,高于甲铵的熔点154℃，生成甲铵很高，是放热反应。反应平衡达成率瞬间可达90%以上。第二步甲铵脱水生成尿素，是吸热反应。反应缓3慢完全达到平衡需要55分钟以上。反应压力必须高于物系的平衡总压。根据相律原理：氨碳分子比、水碳分子比、温度都是直接影响合成尿素CO2转化率的主要因素。提高温度可以提高反应速度，温度是在合成塔材质、反应压力允许前提下越高越好，一般认为，温度每上升1℃转化率上升0.2-0.3%，(如合成塔内衬采用纯钛或纯锆，温度可达210℃）。但是，过高的温度会造成合成塔内衬腐蚀（一般认为在氨碳比3.8条件下316L尿素级不锈钢敏化温度193-195℃，25-22-2敏化温度200-205℃）。温度又是影响平衡压的主要原因之一，温度高平衡压上升，动力增加。所以，提高温度要综合考虑。氨碳比高对反应有利，根据测算氨碳比上升0.1转化率约上升0.5-1%。氨碳比增加腐蚀减少（一般工业上采用2.9-4.2）。但是，过高的氨碳比会造成平衡压上升，操作压力上升，动力增加。同时为回收带来困难。系统自热平衡也会受影响。同理，氨碳比选择也要综合考虑。根据相律原理：水虽然可以促进氨和CO2生成甲铵，提高CO2冷凝温度，增加吸收效果。但是，水是尿素合成反应生成物，根据反应机理，水碳比应越低越好，根据测算水碳比每上升0.1转化率下降1.5-2.0%。由于尿素合成反应是可逆反应，是不彻底的，没有转化生成尿素的CO2气体需要加水回收，所以，在保证CO2回收的前提下尽量降低水碳比（一般工业上采用0.3-0.8）。合成尿素的第二步反应必须在液相中进行，是合成尿素的控制反应。3、反应物的气提：出合成塔188-190Ċ的反应混合物经手动调节阀HV-1006减压后进入氨气提塔E-101。气提的目的是分解未转化生4成尿素的氨、CO2。气提是利用相平衡原理,气相中加入氨或CO2提高氨或CO2在气相中的分压，迫使液相中的氨或CO2从液相中分解。本工艺并没有在气提塔另外加入氨或CO2,实际是提高温度，首先使液相中的氨分解，进而使气相中氨分压上升，达到气提分解CO2的目的。降低压力、提高温度有利于分解。气提塔管箱压力14.5MPa、温度204-206℃。在气提塔甲铵分解所需的热量，由中压蒸汽饱和器V-109的2.2Mpa饱和蒸汽提供。V-109的蒸汽来自CO2压缩机蒸汽透平的抽汽，该蒸汽2.5Mpa、320℃。气提塔产生的蒸汽冷凝液靠重力流入V-109，经V-109液位调节阀LV-1009B阀控制后，作为中压分解换热器的热源之一。V-109液位不足由中压冲洗蒸汽冷凝液泵P-110经LV-1009A阀补充。汽提塔结构：降膜式列管换热器，上管箱有两块分别为￠8*1600，￠8*1750的筛板塔盘。气液在塔盘上热传质、热交52换降低了气相温度，减少系统水循环。出气提塔气体温度190℃含氨.71%，二氧化碳41.46%，水5.82%，流量54535Kg/h,惰性气体758Nm3/h,一同进入甲铵混合器L-119。气提塔列管上的液体分布器，将液体均匀地分配到每一根换热管。换热管材质25-22-2内套0.7mm锆管。ID20*2+0.7mm。由于气提塔上下管箱都是内衬25-22-2材质的，该材质需要氧钝化。所以，专设60Nm3/h高压空气压缩机K-102A/B为气提塔防腐蚀,提供空气。为防止E-101排空或满液，E-101下管箱装有测量准确的r液位计。r射线是铯137。出汽提塔溶液中尿素含量43.25%，氨：24.91%，CO2：7.01%，5H2O:24.83%流量170380Kg/h。经液位调节阀LV-1011减压后去中压分解器V-102,通过气提后CO2高压转化率可达82%。4、高压甲铵冷凝及分离：出气提塔190℃气相含氨、CO2、水、惰性气体等进入甲铵混合器L-119，被来自高压甲铵泵P-102A/B的甲铵液，喷射混合进入高压甲铵冷凝器E-105管程冷凝。甲铵冷凝放出的热量由壳程产生约51400Kg/h，0.34Mpa,147℃低压蒸汽移走。该蒸汽除用于后系统分解所需热量外，还向CO2压缩机透平注汽作功。E-105壳程锅炉水来自中压分解器E-102A/B，换热后较高温度的蒸汽冷凝液。不足部分来自低压蒸汽冷凝液泵P-113A/B,经E-105液位调节阀LV-1013A阀补充。多余部分经LV-1013B阀排放到蒸汽冷凝液储槽V-110。甲铵冷凝器结构型管:U卧式，换热管材质25-22-2。高压甲铵泵P-102A/B，是转速为11055RPm的两级开式叶轮高速离心泵。来自中压吸收塔温度79℃，压力1.7Mpa的中压甲铵液，经高压甲铵泵加压至16.5Mpa，进入甲铵预热器E-113。甲铵走管程，壳程由工艺冷凝液处理系统，解吸、精馏塔C-102排出的153℃工艺冷凝液加热。在这里甲铵被加热至92-100℃后经手动调节阀HV-1009控制后进入甲铵混合器L-119，再进入高压甲铵冷凝器E-105。高压甲铵泵P-102A/B出口，设有经流量调节阀FV-1005，控制的回到中压甲铵冷凝器E-106的循环管线。出甲铵冷凝器E-105管程的气液混合物,进入高压甲铵分离器V-101。经气液分离后液体经调节阀HV-1008进入高压甲铵喷射器L-101被喷射入合成塔。气体含氨：94.05%,CO2:2.98%,水：2.98%，6惰性气体758Nm3/h，由高压系统压力调节阀PV-1021A阀，减压至中压分解器作中压分解防腐蚀所需氧气。PV-1021B阀是开、停车和事故状态下使用的。V-101是中空设备，内衬316L尿素级不锈钢，外壳碳钢。为防止V-101抽空或满液，V-101装有测量准确的r液位计。R射线是铯137。.5、中压分解：降低压力、提高温度有利于甲铵分解。设置中、低压两段分解、吸收是为了合理利用热源，减少副反应物生成：（尿素生产的副反应主要有两种一是两个尿素分子缩合生成一个缩二脲分子，二是一个尿素分子加一个水分子水解成甲铵，进而分解成氨和二氧化碳）中压分解、吸收压力是由冷却水温度决定的。理由是为了使分解、吸收在等压下进行，回收溶液中的过量氨，减少动力消耗。由于冷却水温度32℃，考虑6-8℃换热温差，氨在1.6Mpa压力下饱和温度40℃，所以，选择中压分解压力1.7Mpa。中压分解温度是由分解器材质和合理分配中、低压分解负荷决定的。由于316L不锈钢，在此工况条件下的敏化温度为165℃。所以，分解温度选择158-160℃.来自气提塔液位调节阀LV-1011减压后,溶液中氨、CO2部分绝热气化。气液混合物由切线方向进入压力为1.7Mpa的中压分解器V-102（该设备由V-102/E-102A/B/L-102四台设备重合在一起）上部，特殊的内件结构使溶液在此有4次接触4次分离。得到的结果是节约了蒸汽，降低了气相温度，从而降低了气相中水汽含量，减少系统循环水量，降低尿素合成塔水碳比。经过热传质、热交换的溶液经液体分配器均匀的分配到E-102A/B列管中。由高压甲铵分7离器（PV-1021A)来的气体进入L-102上部，气体逆流而上一方面起防腐蚀空气作用，另一方面起气提作用。E-102A加热蒸汽由增压蒸汽提供（该蒸汽由V-109中压饱和蒸汽作动力，由蒸汽喷射器L-112喷射E-105自产的0.34Mpa低压饱和蒸汽所得）增压蒸汽压力0.55Mpa,温度162℃。E-102B加热源来自V-109的2.2Mpa饱和蒸汽冷凝液。尿素溶液在E-102A/B加热至158-160℃。由中压分解温度调节阀TV-1021，控制进入E-102A的加入蒸汽量确定。为防止特殊情况加热温度不足还增加了由K-101透平抽汽来的2.5Mpa,320℃蒸汽作热源，该蒸汽的控制由手动调节阀HV-1011调节。E-102A/B的蒸汽冷凝液由于温度高，全部进入甲铵冷凝器E-105作锅炉给水。为提高中压分离器E-102A蒸汽使用率，还增设了中压分解蒸汽分离液位槽V-116，E-102A冷凝后的蒸汽冷凝液经V-116分离后,经液位调节阀LV-1018排入E-105壳程。中压分解器液位槽L-102液位测量，由电容式液位传送器测定。出中压分解溶液中尿素浓度62.8%，氨：6.22%，CO2:1.69%,H2O:29.29%，流量117334Kg/h。经液位调节阀LV-1014减压后去低压分解器V-103。6、中压吸收：提高压力、降低温度有利于吸收。出中压分解器V-102顶部的气相温度约140℃，含氨68.41%、CO217.54%、水14.05%、流量57479Kg/h,惰性气体等同低压吸收系统中压碳铵泵P-103A/B，经中压吸收塔液位调节阀LV-1015,返回的稀甲铵液，（又叫碳铵液）经喷嘴混合后进入预浓器E-104