《2022年二氧化碳气提法尿素工艺学习笔记3.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年二氧化碳气提法尿素工艺学习笔记3.docx（35页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载二氧化碳气提法尿素工艺学习笔记第一章 概述一、尿素的情形：尿素的化学名称： 碳酰二胺, 分子式：CONH 22 分子量 60.056 易溶于水和液氨,熔点132.7 是无色或白色的针状结晶,含氮量46.65,高温高压下生成缩二脲,缩三脲,三聚氰酸,三聚氰胺；生成尿素的反应方程式：2NH 3+CO2=CONH 22+H2O 吨耗理论值为 NH3566kg CO2733kg 实际吨耗值为 NH3580kg CO2770kg 二、生产方法：辽化： CO2汽提全循环法 锦西： NH3 汽提全循环法 三、工厂情形：引进荷兰大陆公司日产1
2、620 吨,年产 48 万吨的尿素生产装置,现有设备 157 台,静设备 82 台,动设备 75 台；其次章 二氧化碳汽提法尿素工艺一、常用的外表符号1、第一个字母一般表示参数名师归纳总结 T：温度P：压力F：流量L：液面H：手动A：分析第 1 页,共 19 页S：速度D：密度V：粘度Z：定位C：电导X：信号- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载2、后面的字母A：报警C：掌握I：指示R：记录X：信号H：高限L：低限T：变送E：元件G：视镜S：开关Q：累计Y：转换V：阀O：节流小孔例：TRC-207：温度记录掌握 ZRC-201：位置记录掌
3、握 3、工序号及设备的类型 工序号：FI-303：流量指示100 号：压缩200 号：合成及汽提300：号循环400：号蒸发600 号：造粒700 号：冷凝解吸900 号：公用工程设备类别：A：基础类指造粒塔C：换热设备D：反应设备E：传质设备F：槽和罐J：泵和压缩机JS：备用泵）V：机械JT：透平L：特别设备（喷头、喷射器）例： 102JT：二氧化碳压缩机（透平）601A：造粒塔201D：合成塔301E：精馏塔401F：蒸发分别器601L ：喷头701F：氨水槽902F：蒸汽饱和器 二、工艺说明：1、尿素的生成是由CO 2 和氨在肯定温度和压力条件下反应而得到的,详细反应分为两步：名师归纳总
4、结 - - - - - - -第 2 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载第一步： CO 2 与氨反应生成氨基甲酸铵（甲铵）故称为甲铵生成反应：2NH3 液+CO2（气） NH 4COONH 2 液+119.2KJ/mol 其次步：甲铵脱水反应得到尿素： NH 4COONH 2 液 CONH 2 液+H2O（液） -15.5KJ/mol 2、生产方法： CO 2汽提法（1967年荷兰斯达米卡帮公司） 1 反应温度：181 189 ； 2 3 反应时间： 45 60 分钟 4 5NH3/CO2=2.89 设计值 3.0 6H 2O/CO 2=0.3
5、7 设计值 0.5反应压力：13.5 MPa 15MPa；有效反应容积： 177m 3 ； 3.3 （实际值）；左右（实际值） 7转 化 率 ： 58 （设计值）61 62 （实际值） ；8 汽提效率： 83（设计值）3、尿液浓度变化： 78 83（实际值）1 尿素合成后的尿液： 34.43 2 汽提后的尿液： 57.89 3 精馏后的尿液： 69.3134 闪蒸后的尿液： 725 一段蒸发后的尿液： 956 二段蒸发后的尿液： 99.7 4、尿素工艺流程方框图：名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载
6、三、流程分解1 氨的输送：氨和 CO 2是尿素生产的两大原料, 保证供应非常重要；原料液氨由合成车间供应压力为2.4MPa（表压）,温度 9 40,经过 FQ-152 计量进入液氨预热器101-C, 用蒸汽冷凝液加热到2540,氨进入高压氨泵104-J/JS （七柱塞往复泵,由电机经过水力无级变速器带动, 变矩器可以转变泵的转速, 使流入反应系统的氨量可以在 36到 110之间的范畴变动）,为了防止汽化飞车,液氨的温度比上述压力下的沸点最少低 10,然后,氨进入加热器 102-C,用 0.07MPa蒸汽进一步加热到 70,送入高压喷射泵 201-L 作为动力介质,将高压洗涤器 203-C 出来
7、的甲铵溶液增压, 一并送入高压甲铵冷凝器 202-C,氨泵的出口压力 16MPa,在 FL-151 流量计显示出需名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载要的读数,为了防止超压,104-J/JS 入口、出口泵体都有安全阀；附一：氨的压力沸点表压力1.5 MPa 1.8 MPa 2.0 MPa 2.6 MPa 汽化温度40455060附二：氨的输送流程见图-752 CO 2 的压缩 ：原料 CO 2由合成车间供应,压力 10-18KPa,温度40,其组成 CO 298.5（干基,黑色管线）；经 CO 2间
8、冷器（ 105-C）冷却后,温度降为 5-40,压力为 4-12KPa,经分别器 101-F 分别出名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载水分后,进入压缩机缸体,为防止设备的腐蚀,在CO 2进入压缩机之前向 CO 2气体中加入肯定量的空气, 所需空气量约为 CO 2气体量的 4；空气由鼓风机（ 101-J/JS ）送入,另可以使用合成车间送来的空气,其流量由 FRC-102掌握； CO 2 压缩机是离心式的,由蒸汽透平带动,转速通过调剂蒸汽输入量来实现；CO 2 压缩共分四段十三级,前两段同一转轴,装
9、在一个水平剖分式的缸体内,后两段也是一根转轴,装 在筒形缸体内, 在这两转轴之间有一个增速器, 其增速比为 1：1.94 ；为防止压缩机喘振,压缩机组设有防喘振阀,既四回一阀,该阀将四段出口气体通过缓冲器与一段入口气体相连,以保证压缩机进气量防止喘振,在二段出口管线上仍设有放空阀 HRC-112,做为压缩机开停机和紧急处理事故时放空所用,由合成车间来的CO2流量由 FI-101计量,余外的 CO2气体由合成车间的 PV-41 放空；附：二氧化碳压缩流程简图FV-42名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下
10、载3 合成与汽提 : 有四台高压设备,高压甲铵冷凝器（202-C）,尿素合成塔 201-D ,汽提塔 201-C 及高压洗涤器 203-C 3.1 高压甲铵冷凝器（ 202-C）高 16.5m,2520 根列管 作用：将液体的氨和CO 2 大部分冷凝为甲铵液体； （反应率为：CO 2 86.5 ,NH3 75.4 ,由 PRC-206掌握）从 CO 2 压缩机四段出来的高压CO 2 气体, 14MPa先经过汽提塔（201-C）然后同汽提气一起进入高压甲铵冷凝器（202C）,从高压氨泵来的液氨经过氨的加热器（102-C）加热后送入高压喷射泵 201-L,做为动力介质抽吸 203-C 来的甲铵液,
11、一起送入 202-C；生成的甲铵液和未冷凝的 CO 2和 NH 3 以及随 CO 2 气带来的惰气由高压冷凝器底部各自的管子引出进入尿素合成塔底部；高压甲铵冷凝器是立式管壳式热交换器,为了监控高压甲铵冷凝器内的 CO 2与氨冷凝生成甲铵情形, 在液体出口管上装有热偶 TI02-8记录其出液温度 , 该点的温度与NH3/CO2、H2O/CO 2 有关；其范畴一般为 167 170,该点温度偏高,一般为系统 NH 3/CO2偏低或 H2O/CO 2偏高,正常值为 3.0 3.3 ；附图：高压甲铵冷凝器名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 19 页精选学习资料 - - - - -
12、- - - - 学习必备 欢迎下载3.2 尿素合成塔（ 201-D）（34.5m,内径 2.8m 瑞士卡萨利 U型塔板）作用：是促进甲铵分解生成尿素（180-185,13.5-14.5MPa）；从高压冷凝器 202-C 出来的气液混合物自下而上通过尿素合成塔 201D,在合成塔停留时间内, 未反应的 CO 2 和 NH 3 连续生成甲铵,放出热量, 一部分用来保证甲铵脱水生成尿素的吸热反应进行,余外的热量用于提高合成塔的温度,尿素生成反应的另一个热源是气态NH3溶解于液相的溶解热,合成塔内的液面必需保持比溢流管口高一些,以保持液封,防止气体窜入,阻碍液体下流；合成塔的容积需要保证反应混合物有足
13、够的停留时间（45-60 分钟）以达到所要求的转化率；合成塔内被八块筛板（我厂现为 10 块,99 年改造）分成相邻的小室（防止液体返混） ,每块筛板的开孔数目是不同的,由下而上逐步削减（835436 孔 5mm）名师归纳总结 在合成塔的出气管线上仍设有放空阀HRC-203,以便升温及合成第 8 页,共 19 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载塔超压时作放空、卸压用；附图：尿素合成塔3.3 高压洗涤器（ 203-C）：（高 10m,防爆段 2m,中间段 1.3m,预热段 5m,鼓泡段 0.5m,列管 526 根）作用：是部分洗涤合成
14、塔出气中的NH3和 CO 2,然后将洗涤后的浓甲铵液经高压喷射器201-L 返回高压甲铵冷凝器202-C；高压洗涤器是直立浸没式换热器,结构上下共分为 3 个部分,即上部是防爆空间,中部为鼓泡段,下部为浸没冷凝段；从 201-D 合成塔顶部出来的合成气, 第一进入高压洗涤器 203-C 的上部防爆空间, 由此出来以后沿器外管道由洗涤器底部进入浸没冷凝段,从高压甲铵泵301-J 送来的甲铵液由洗涤器顶部进液管进入,名师归纳总结 然后气液混合物经环形分布器小孔充分混合后,进入冷却管中, 从冷第 9 页,共 19 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备
15、 欢迎下载却管上端进入中部鼓泡段,在此,未被吸取的气体分别出来,进入中心管,经减压阀 HRC202 流出,送到中压吸取塔 702-E 进一步吸取NH3和 CO 2,最终惰气由 PRC-715放空,吸取 NH 3 和 CO 2后的浓甲铵液,一部分从溢流管进入高压喷射器201-L（由于含有尿素和水,将提高甲铵液的冷凝温度有利 202-C 产生低压蒸汽）,另一部分就沿中心循环管返回到器底；附图：高压洗涤器3.4 汽提塔（ 201-C）：（高 12m,内径 2.49m,列管 6m共 2600 根,液体分布器为 550mm共 2597 根,每根 3 个孔 2.3mm）作用：是在通入CO 2气的同时,加热
16、合成反应液,促使合成反应名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 液中的甲铵分解并逐出游离学习必备欢迎下载CO 2 和 NH3连CO 2和 NH3,然后将分解后的同原料气一起返回到高压甲铵冷凝器内；合成反应液由 ZRC-201出来进入汽提塔内, 经过安装在上花板上面的液体分布器的安排头上的小孔进入汽提管,并以液膜状态沿管壁向下流,然后在163 173下从汽提塔底部流出；CO 2 气从汽提塔底进入,经气体分布器匀称分布到每根管中,与液体逆流接触产生汽提作用,所需热量由高压蒸汽饱和器 902-F 来的高压饱和蒸汽供应； 汽提
17、后的分解气体与 CO 2 气一起送入高压冷凝器；（有 85的 NH 3 和 75的 CO 2从反应混合物中汽提出去,同时也有部分水蒸气被蒸发出来）反应物料在汽提塔内的停留时间大约 保持汽提塔底部有肯定液位,防止高压1 分钟,在正常生产中必需 CO 2 气体进入低压部分造成超压,但液位又不能过高,要低于汽提塔分布器上的挡液板,否就会造成 CO 2气体分布不均,影响汽提成效,液位高度制；附图：1 米,由 LRC-203控名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载4、低压系统从 汽 提 塔 出 来 的 液 体
18、 经 液 位 调 节 阀LRC-203减 压 到0.15 0.25MPa表压,由于减压,使汽提液中的一部分甲铵分解,所需热量由液体本身供应（绝热闪蒸过程）,使溶液的温度由173降至 110左右,然后气液混合物进入精馏塔301-E 内上部填料中,液体流经填料层后,由上部填料段出液管的器外进入循环加热器301-CA/CB,在此溶液被加热到135,由于加热的作用,甲铵再一次分解,（301-CB 用 0.3MPa 蒸汽加热, 301-CA 高调水加热）,加热后的溶液随后进入精馏塔底部的分别空间,分别出来的气体通过精馏塔内两部分之间的气窗进入上部填料层与顶部喷淋下来的溶液逆流 相遇,进行充分的传热传质后
19、, 剩余气体由塔顶与汽提液减压闪蒸出来的气体一起进入低压甲铵冷凝器 的液体由精馏塔底部通过调剂阀302-C 进一步冷凝吸取, 分别出来 LRC-302 减压到约 0.045MPa进入闪蒸槽 302-F,在闪蒸槽内, 由于减压, 使甲铵再一次分解, CO2 和 NH3 以及相当数量的 H2O 闪蒸出来（绝热闪蒸） ,分解所需热量由溶液本身供应,所以溶液温度由135降到 90-95,闪蒸后的液体流入尿液槽 305-F,闪蒸后的气体进入闪蒸冷凝器 701-C 中冷凝吸取其中的NH 3和 CO2,吸取下来的液体流到氨水槽701-F,未被吸取下来的气体进入一段蒸发冷凝器连续冷凝吸取,闪蒸槽真空由闪蒸槽冷
20、凝器701-C,一段蒸发冷凝器 702-C 以及一段蒸发喷射器 701-L 产生,另外,在小尿液槽旁有一可以连通的大尿液槽 303-F；缩二脲含量： 尿液槽 0.5-0.6,一段蒸发 0.7,二段蒸发 0.9；名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载附图：5 冷凝吸取：冷凝吸取分为两部分,一为中压冷凝吸取；一为低压冷凝吸取；附图：名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载5.1 中压冷凝吸取来自高压洗涤器203
21、-C 的气体进入中压吸取塔702-E 的底部,自下而上与喷淋下来的吸取液逆流相遇,将气体中的NH3 和 CO2 冷凝吸取下来,放出的热量将吸取液从 40加热到 70,未被吸取的气体,主要为 H2、O2、N2、H2O 等,由塔顶经压力调剂阀 PRC-715 放空,压力一般掌握在0.5-0.6MPa,吸取 NH 3 和 CO2 以后的液体用循环泵 704-J 由塔底抽出,经循环冷却器 706-C 移走热量后分为两路,一路作为循环液重新进入下段填料以提高喷淋密度,一路经液位调剂阀 LRC-704 送到低压吸取器302-E 作为其吸取液；中压吸取塔的吸收液由 701-J 供应,流量由 FRC-306、
22、FRC-705 掌握；老流程中中压吸取塔的吸取液上段填料层来自NH3 浓度较低的 304-J或 702-J,下段填料层来自 NH3 浓度较高的 701-J；5.2 低压冷凝吸取： 302-C 高 9.7m,内有 625 跟列管, 302-E 和301-F 高 6.4m 从精流塔 301-E 出来的气体和来自解析塔701-E 的出气（正常生产时不用）,来自水解系统的回流液,来自低压吸取器 302-E 循环液共同进入低压甲铵冷凝器302-C.气体中的 NH3 和 CO2 被并流的混合物冷凝吸取,吸取后的液体和未被吸取的气体混合物从上部进入位于低压吸取器下部的液位槽301-F 中,在这里进行气液分别
23、,分别后的名师归纳总结 气体由液位槽与吸取器之间的短管向上进入低压吸取器302-E,分别第 14 页,共 19 页后的液体部分通过液位槽底部的漏斗循环回低压甲铵冷凝器,另一部分由槽底比漏斗口位置低的出口管进入高压甲铵泵301-J,升压后送- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载入高压洗涤器 203-C,进入低压吸取器的气体,自下而上与顶部喷淋下来的循环液逆流接触,气体中的CO2、NH3被冷凝吸取,冷凝吸取后的液体一部分由循环泵302-J加压经循环冷却器303-C 冷却后,与来自中压吸取塔 702-E 的循环吸取液混合, 循环回到低压吸取器的
24、填料床上,用以增加喷淋密度,增强冷凝吸取成效,另一部分从低压吸收器底部的漏斗通过液位槽中心管进入液位槽301-F 底部漏斗中, 依靠重度差循环回到低压甲铵冷凝器 302-C,未被吸取的气体送到尾气吸取塔 303-E 底部,向上与顶部喷淋的循环液和来自氨水槽的吸取液（304-J 输送）逆流接触,吸取 泵 305-J 升压后,经循环冷却器NH3 和 CO2 后的冷凝液由塔底经循环 304-C 冷却后分两路,一路返回尾气吸取塔底部底部填料段作为吸取液,一路经调剂阀 LRC-307 返回氨水槽,未被吸取下来的气体经塔顶放空进入烟囱 702-F；低压冷凝器内吸取的NH3 和 CO2 放出的热量由管侧温度
25、恒定的低压调温水带走,低压调温水在循环泵 901-J、循环冷却器 901-C,以及低压甲铵冷凝器之间密闭循环；其水温通过调剂阀 TRC-304 调节进入冷却器的水量和低压调温水流量FI-303 进行掌握,保持稳固在 46-50左右,以低压甲铵冷凝器中甲铵不结晶为原就；循环回路中应布满低压调温水,不足部分由高位槽 6 尿液蒸发与造粒901-F 连续补充；从闪蒸槽来的 72尿素溶液进入尿液槽 305-F 中储存,然后经尿液泵 303-J 将尿液送到一段蒸发加热器401-C,用设在管线上的调剂阀 FRC-401 自动掌握尿液流量；一段蒸发加热器是一个直立管壳式名师归纳总结 - - - - - - -
26、第 15 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载加热器,尿液自下而上从管内流过,在壳侧0.3MPa 蒸汽的加热作用下,尿液中的水份汽化,在管子的中心显现连续的蒸汽柱,而管子的 内壁上形成一层尿液薄膜, 在真空的抽吸下, 气液混合物快速向上流动,以极高的速度喷到蒸发器上端的分别器401-F,经过安装在其中的百叶窗式分别装置进行气液分别,分别后的尿液（95）由下料管流入二段蒸发加热器402-C,分别后的气体从顶部出去进入以一段蒸发冷凝器 702-C 中冷凝,冷凝后的液体流入氨水槽 701-F,未冷凝的气体用 0.3MPa 蒸汽带动的一段蒸发喷射器701
27、-L 抽出去 705-L4 冷凝至放空；真空度由 PRC-701 开度掌握,从一段蒸发分别器出来的尿液,经 U 型管进入二段蒸发加热器402-C,它也是一个直立管壳式换热器,壳侧用 0.8MPa 蒸汽加热,蒸发后的蒸汽和尿素在二段蒸发分 离器 402-F中分别,分别后浓度约 99.7的尿素熔融液由分别器出来,经尿素熔融泵 401-J 送到造粒喷头,分别出来的蒸发蒸汽先进入升压 器 702-L,将压力由 3.4Kpa 升压到 12Kpa,与喷射器的 0.3MPa 动力蒸汽一起进入二段蒸发第一冷凝器703-C 冷却,冷凝后的液体进入氨水槽,未冷凝的气体由二段蒸发其次冷凝器 705-L3 冷却,冷凝
28、后的液体进入氨水槽,未被冷凝气体再由二段蒸发其次喷射器 705-L2 抽出排入大气；一、二段蒸发出口溶液的温度分别由各自蒸汽供应管线上的调节阀 TRC-403、TRC-404 掌握；熔融尿液由旋转的造粒喷头匀称地喷洒在造粒塔 601-A 的截面上,其流量由LRC-401 掌握熔融尿素在喷名师归纳总结 头旋转产生的离心力作用下被洒成大小合适的小液滴,自上而下与从第 16 页,共 19 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载塔底自然通风进入的空气相遇,液滴在下降过程中被冷却固化,落到塔底的尿素颗粒由刮料机601-V 送入下料槽和下料漏斗中,
29、 并由塔底皮带传送机 602-V 输送,经 603-V 计量；在尿素熔融泵出口管线的LRC-401 阀后有一个三通电磁阀HS-603 在系统断电时自动切换或当蒸发系统停运时由操作人员手动切换到循环位置,使尿液回流到尿液槽303-F；另外在循环管线上仍装有一冷凝液冲洗掌握阀 HS-602 用以冲洗循环管线,防止尿素溶液积存造成结晶堵塞；附图：7 解吸名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载此部分工艺在正常生产中已被尿素水解系统所代替,仅当尿素装 置停车排塔后,氨水槽液面过高时才运行解析系统；氨水槽 70
30、1-F 内部被隔板分成两个小室和一个大室,在接近槽的 底部隔板上开了两个小孔, 这样使各室的液面取齐, 但各室的液体又 不能完全混合, 氨水槽分别接受来自蒸发冷凝器的冷凝液,闪蒸槽冷 凝器的冷凝液,尾气系统的循环液,氨泵填料、副线漏氨、甲铵泵密 封水,烟囱 702-F 下部吸取液,解吸下液,合成来的普里森送 NH3 等物料,其中尾气循环下液被 701-J 送到中压吸取器 702-E,703-C下液被送往尾气吸取系统,702-J 抽取氨水槽中的混合液送往水解或解吸系统,氨水槽液面在保证水封的前提下尽可能掌握低些,由 702-J送来的物料进入解吸塔后沿各层塔板上的溢流管逐层留下,从塔底出去,蒸汽由
31、塔底直接加入, 通过塔板上的浮阀向上流淌；由于液体与蒸汽的逆流接触, 液体中的一些 NH3 和 CO2 被汽提出去而越来越少,最终离开塔底的液体中几乎不含有NH3 和 CO2,而离开塔顶的蒸汽中含有全部解吸出来的 NH 3 和 CO2 及水蒸汽,混合气通过调剂阀PRC-705 引入低压低压甲铵冷凝器302-C；解吸塔的温度通过TRC-707 掌握顶部加料量来实现的；解吸塔底加入的蒸汽量用截止阀掌握,解吸塔底的出口液体通过换热器 705-C 与入塔溶液换热后,再通过塔底液位自动掌握阀LRC-703 减压后送入下水道,水中约含尿素 约为 700.2%,含 NH30.05温度名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 学习必备欢迎下载第 19 页,共 19 页- - - - - - -