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1、第三章第三章 尿素生产技术尿素生产技术全循环法全循环法热气全循环法热气全循环法矿物油全循环法矿物油全循环法尾气分离全循环法尾气分离全循环法水溶液全循环法水溶液全循环法(1)(1)不循环法；不循环法；(2)(2)半循环法半循环法(部分循环法、高效半循环部分循环法、高效半循环)；(3)(3)全循环法全循环法发展：发展：改良改良C C、D D法，二氧化碳汽提法，氨汽提法及联尿法等。法，二氧化碳汽提法，氨汽提法及联尿法等。水溶液全循环法的流程图尿素合成塔尿素造粒塔尿液蒸发器低压分解塔中压分解塔尾气吸收塔过剩氨冷凝器低压吸收塔中压吸收塔惰气洗涤解吸塔尿素成品COCO2 2水排放冷凝液低压分解气中压分解气
2、吸收液回流液氨放空水溶液全循环法尿素生产原则流程分解塔底分解塔底来来 74-75%尿液）尿液）尿素蒸发造粒系统工艺流程图尿素蒸发造粒系统工艺流程图粗料返回系统粗料返回系统闪蒸槽闪蒸槽一段蒸发加热器一段蒸发加热器二段蒸发加热器二段蒸发加热器分离器LsLs分离器冷凝器冷凝器造粒塔造粒塔斗提升机斗提升机电振筛电振筛成品去包装成品去包装LsLsA1A214099.7%105水溶液全循环法的工艺流程图水溶液全循环法的工艺流程图主要设备主要设备-合成塔合成塔5 5u2020世纪世纪5050年代以前：双套筒式。年代以前：双套筒式。外壳碳钢承受压力，内有外壳碳钢承受压力，内有两个不锈钢套筒，内筒不受压力。液氨
3、从外壳与外筒及外两个不锈钢套筒，内筒不受压力。液氨从外壳与外筒及外筒与内筒之间的两个环隙，再进入内筒，与筒与内筒之间的两个环隙，再进入内筒，与COCO2 2反应，这样反应，这样外筒不与腐蚀介质接触。外筒不与腐蚀介质接触。缺点：缺点：容积利用率低，且不锈钢耗量大。容积利用率低，且不锈钢耗量大。u目前：衬里的高压容器。目前：衬里的高压容器。外筒为多层卷焊受压容器，内部外筒为多层卷焊受压容器，内部衬有一层耐腐蚀的不锈钢板，隔离尿素甲铵腐蚀介质，外衬有一层耐腐蚀的不锈钢板，隔离尿素甲铵腐蚀介质，外壳保温，防止热量外散。壳保温，防止热量外散。优点：容积利用率高，耐腐蚀材料用量少，操作方便优点：容积利用率
4、高，耐腐蚀材料用量少，操作方便l三股物料从合成塔底部进入，呈三股物料从合成塔底部进入，呈气液两相混合物的形式自下而上，气液两相混合物的形式自下而上，边反应边流动，不断生成尿素，边反应边流动，不断生成尿素，尿素浓度不断上升。反应后的熔尿素浓度不断上升。反应后的熔融物从塔顶排出。融物从塔顶排出。衬里式尿素合成塔最初采用空塔，衬里式尿素合成塔最初采用空塔，不设内件，塔的高径不设内件，塔的高径比较大。比较大。高径比小高径比小的衬里合成塔，通常设混合器或筛板等内件，的衬里合成塔，通常设混合器或筛板等内件，以减少返混的影响。以减少返混的影响。主要设备主要设备-合成塔合成塔5l为解决高负荷生产下出现的中压分
5、解负荷重，一吸为解决高负荷生产下出现的中压分解负荷重，一吸塔热负荷高等塔热负荷高等“瓶颈瓶颈”问题，使装置问题，使装置高产，低耗和高产，低耗和平稳运行，增设了预分离器平稳运行，增设了预分离器6 6，进一步提高了装置，进一步提高了装置的生产能力。的生产能力。主要设备主要设备-预分离器预分离器6流程：合成塔出口液进预分流程：合成塔出口液进预分离器自然减压离器自然减压进行气液预分进行气液预分离离，它的液相进一段分解塔，它的液相进一段分解塔7 7。气体送入一段蒸发器气体送入一段蒸发器1919下部。下部。l一段分解塔出口气体也引入预分离器。一段分解塔出口气体也引入预分离器。l预分离器有改造为预分离器有改
6、造为预精馏塔的预精馏塔的，内装填料，气，内装填料，气液逆流接触，可降低出口气体的温度和水分。液逆流接触，可降低出口气体的温度和水分。l气体送入一段蒸发器气体送入一段蒸发器1919下部，充分利用了预分下部，充分利用了预分离器出口气体的冷凝热，部分气体冷凝并放出离器出口气体的冷凝热，部分气体冷凝并放出热量，供尿液蒸发用。热量，供尿液蒸发用。主要设备主要设备-预分离器预分离器6l分两段。分两段。下段为鼓泡段，上段为精洗段。下段为鼓泡段，上段为精洗段。l在鼓泡段，在鼓泡段，气液混合物利用低压循环来的稀甲铵液吸收，气液混合物利用低压循环来的稀甲铵液吸收，在此将气体中绝大多数在此将气体中绝大多数COCO2
7、 2和几乎全部水蒸气及部分氨气和几乎全部水蒸气及部分氨气吸收下来转入液相。吸收下来转入液相。l在精洗段，在精洗段，未被吸收的气体在塔内上升，与由液氨缓冲未被吸收的气体在塔内上升，与由液氨缓冲槽槽2 2来的回流液氨和清洗液与其配成的浓氨水逆流接触，来的回流液氨和清洗液与其配成的浓氨水逆流接触，使气体中使气体中COCO2 2和水蒸气完全得到吸收，纯的气态氨进入氨和水蒸气完全得到吸收，纯的气态氨进入氨冷凝器冷凝器1212，冷凝下来的液氨流入液氨缓冲槽，冷凝下来的液氨流入液氨缓冲槽2 2l一段吸收器起着精馏作用，一段吸收器起着精馏作用，塔顶得到纯塔顶得到纯NHNH3 3气，塔底是甲气，塔底是甲铵液。铵
8、液。主要设备主要设备-一段吸收塔一段吸收塔10l在一段吸收塔中，若液氨中混有少量的在一段吸收塔中，若液氨中混有少量的COCO2 2，则会，则会生成氨基甲酸铵结晶而堵塞设备和管道，生成氨基甲酸铵结晶而堵塞设备和管道，因此一因此一段吸收塔要保证段吸收塔要保证COCO2 2被完全吸收被完全吸收。l在原料返回时，氨以纯氨和甲铵液形式，在原料返回时，氨以纯氨和甲铵液形式，COCO2 2以甲以甲铵液形式返回，甲铵液肯定会带一定量的水，水铵液形式返回，甲铵液肯定会带一定量的水，水是反应不希望的。是反应不希望的。所以应减少所以应减少COCO2 2返回量返回量-尽量尽量提高提高COCO2 2的转化率。的转化率。
9、主要设备主要设备-一段吸收塔一段吸收塔10典型操作条件典型操作条件l合成塔：合成塔：原料液氨、原料液氨、COCO2 2及循环甲铵液自下而上进入及循环甲铵液自下而上进入合成塔。压力：合成塔。压力：20-22MPa20-22MPa，温度：，温度：185-190185-190，氨，氨碳比：碳比：4-4.54-4.5，水碳比：，水碳比：0.6-0.70.6-0.7，氧含量：，氧含量：0.5-0.5-0.8%0.8%，停留时间：，停留时间：1h1h，出口，出口COCO2 2转化率为：转化率为：62-64%62-64%。l分解塔：分解塔：出口液通过三级分解：中压（出口液通过三级分解：中压（1.8-2.5M
10、Pa1.8-2.5MPa，160 160 ）、低压（）、低压（0.2-0.5MPa,150 0.2-0.5MPa,150 ）、闪）、闪蒸（蒸（0.05MPa0.05MPa，75%75%）l蒸发：蒸发：一段（一段（0.033MPa0.033MPa，95%95%），二段（），二段（0.0033MPa0.0033MPa，99.7%99.7%）工艺流程简述工艺流程简述l造气炉产生的半水煤气脱碳后，其中大部分的二氧化碳造气炉产生的半水煤气脱碳后，其中大部分的二氧化碳由脱碳液吸收、解吸后，经油水分离器，除去二氧化碳由脱碳液吸收、解吸后，经油水分离器，除去二氧化碳气体中携带的脱碳液，进入二氧化碳压缩机系统，
11、由压气体中携带的脱碳液，进入二氧化碳压缩机系统，由压缩机出来的缩机出来的二氧化碳气体二氧化碳气体进入尿素合成塔。进入尿素合成塔。l从合成氨车间氨库来的从合成氨车间氨库来的液氨液氨进入氨储罐，经过氨升压泵进入氨储罐，经过氨升压泵加压进入高压液氨泵，经过预热后进入甲胺喷射器作为加压进入高压液氨泵，经过预热后进入甲胺喷射器作为推动液，将来自甲胺分离器的甲胺溶液增压后混合一起推动液，将来自甲胺分离器的甲胺溶液增压后混合一起进入尿素合成塔。进入尿素合成塔。l尿素合成塔内尿素合成塔内，NH 3/CO2的摩尔比和的摩尔比和H2O/CO2的摩尔比控制在一定的范围内的摩尔比控制在一定的范围内进行反应进行反应。l
12、合成后的气液混合物合成后的气液混合物进入预分离器进入预分离器，一段分解，一段分解，进行气液分离，将分离气相后的尿液送入二段进行气液分离，将分离气相后的尿液送入二段分解，进一步将混合物中的气相除去。分解，进一步将混合物中的气相除去。l净化后的尿液净化后的尿液依次进入闪蒸器、一段蒸发、二依次进入闪蒸器、一段蒸发、二段蒸发浓缩，最后得到尿素熔融物段蒸发浓缩，最后得到尿素熔融物，用泵输送，用泵输送到尿素造粒塔喷洒器，经在空气中沉降冷却固到尿素造粒塔喷洒器，经在空气中沉降冷却固化成粒状尿素，并通过尿素塔底刮料机用运输化成粒状尿素，并通过尿素塔底刮料机用运输皮带送往储存包装车间。皮带送往储存包装车间。l吸
13、收工段：从一段分解、二段分解出来的吸收工段：从一段分解、二段分解出来的气相含有未反应的氨和二氧化碳，气相含有未反应的氨和二氧化碳，分别进分别进入一段吸收和二段吸收，入一段吸收和二段吸收，氨和二氧化碳被氨和二氧化碳被后面闪蒸、一段蒸发、二段蒸发工段冷凝后面闪蒸、一段蒸发、二段蒸发工段冷凝下来的冷凝水吸收混合形成下来的冷凝水吸收混合形成水溶液，用泵水溶液，用泵送入尿素合成塔；送入尿素合成塔；l一段吸收后剩余的一段吸收后剩余的气体气体进入惰洗器稀释后，进入惰洗器稀释后，与二段吸收的残余气体混合与二段吸收的残余气体混合进入尾气吸收进入尾气吸收塔塔，与一段蒸发、二段蒸发工段气相冷凝，与一段蒸发、二段蒸发
14、工段气相冷凝除去水后残余的气体混合后放空。除去水后残余的气体混合后放空。水溶液全循环法的缺点水溶液全循环法的缺点能量利用率低；能量利用率低；合成系统总反应是放热的，但因加入大量过剩氨合成系统总反应是放热的，但因加入大量过剩氨以调节反应温度，反应热没有加以利用；另外，以调节反应温度，反应热没有加以利用；另外，一段、二段甲铵冷凝器均需用水冷却，不但冷凝一段、二段甲铵冷凝器均需用水冷却，不但冷凝热得不到利用，反而需要消耗大量的冷却水。热得不到利用，反而需要消耗大量的冷却水。一段甲铵一段甲铵泵腐蚀严重泵腐蚀严重，制造、操作、维修都较，制造、操作、维修都较麻烦；麻烦；流程过于复杂流程过于复杂：三段分解，
15、三段吸收。：三段分解，三段吸收。改良改良C法（日本）法（日本）改良改良C C法，是传统水溶液全循环法的改进，生产低缩二法，是传统水溶液全循环法的改进，生产低缩二脲含量尿素产品，也生产常规尿素产品。脲含量尿素产品，也生产常规尿素产品。l合成塔：合成塔：温度：温度：190-200190-200，压力：，压力：23-25MPa23-25MPa，氨碳比：，氨碳比：4 4，水碳比：，水碳比：0.370.37，转化率：，转化率：72%72%。合成塔为高径比合成塔为高径比1818的空塔，用钛衬里，耐高温腐蚀。的空塔，用钛衬里，耐高温腐蚀。l分解塔：分解塔：高压分解高压分解（1.7-1.9MPa1.7-1.9
16、MPa，165165：其热量由塔外的热虹吸式其热量由塔外的热虹吸式再沸器和塔内的列管式降膜加热器保持再沸器和塔内的列管式降膜加热器保持）；）；低压分解低压分解（0.3-0.4MPa0.3-0.4MPa，130 130 ）；）；常压分解常压分解（0.1-0.15MPa0.1-0.15MPa，92 92 ：塔底设有加热器塔底设有加热器）。）。改良改良C法法-操作条件操作条件l高压分解：高压分解：高压分解塔高压分解塔3 3和再沸器和再沸器2 2。高压分解塔。高压分解塔的上部设有几层筛板，上升的热气体与下降的低的上部设有几层筛板，上升的热气体与下降的低温液体逆流接触，进行热量和质量交换，使出口温液体逆
17、流接触，进行热量和质量交换，使出口气温度降到气温度降到125125，即回收了热量又降低了出气即回收了热量又降低了出气中的水分。中的水分。l低压分解：低压分解：低压分解塔低压分解塔5 5、加热器、加热器4 4和再沸器和再沸器6 6。塔底通入少量塔底通入少量COCO2 2气，有助于气，有助于NHNH3 3和和COCO2 2的气提，并的气提，并调整溶液中的氨碳比。调整溶液中的氨碳比。l常压分解：常压分解：在闪蒸分解塔在闪蒸分解塔7 7进行，并通入空气进进行，并通入空气进行气提，促使行气提，促使NHNH3 3和和COCO2 2的彻底分离。的彻底分离。l经三次分解得到经三次分解得到NHNH3 3和和CO
18、CO2 2含量极低，尿素含量含量极低，尿素含量为为74%74%的的溶液溶液，送真空结晶器，送真空结晶器8 8，在减压下进行，在减压下进行绝热蒸发结晶。绝热蒸发结晶。l结晶尿素经结晶尿素经离心分离机离心分离机1010分离和热风干燥，送分离和热风干燥，送造粒塔造粒塔1313顶上熔融槽，再次顶上熔融槽，再次熔融后喷洒造粒。熔融后喷洒造粒。l各段分解气在相应吸收塔内冷凝吸收，并依次各段分解气在相应吸收塔内冷凝吸收，并依次逐段循环返回。逐段循环返回。l吸收部分：吸收部分：l高压分解塔高压分解塔-浸没式高压吸收塔冷却器浸没式高压吸收塔冷却器14-14-高压吸高压吸收塔收塔15-15-吸收剂为来自低压吸收系
19、统的稀甲铵液和吸收剂为来自低压吸收系统的稀甲铵液和来自氨回收吸收塔来自氨回收吸收塔1717的氨水。的氨水。-在氨冷凝器在氨冷凝器1616中冷中冷凝凝-进入氨贮槽进入氨贮槽18-18-合成塔。合成塔。l不凝气体放空不凝气体放空改良改良C C法的特点法的特点优点：优点：（1 1）采用较高的合成压力和温度，并取较高的氨）采用较高的合成压力和温度，并取较高的氨碳比和较低的水碳比，转化率高，降低了分解循碳比和较低的水碳比，转化率高，降低了分解循环吸收负荷。环吸收负荷。（2 2）采用结晶重熔方法，可制得缩二脲低）采用结晶重熔方法，可制得缩二脲低0.35%0.35%的产品。的产品。缺点：缺点：热回收利用不高
20、，总能耗优于热回收利用不高，总能耗优于传统水溶液全循传统水溶液全循环法，但不及各种气提法流程。环法，但不及各种气提法流程。热循环法（热循环法（HRHR）（美国）（美国）第一次分解分离第一次分解分离第二次分解分离第二次分解分离新一代尿素工艺中唯一不采用气提技术的生产工艺新一代尿素工艺中唯一不采用气提技术的生产工艺热循环法（热循环法（HRHR）（美国）（美国）合成塔合成塔等温反应器：内部换热式的反应器。原料自塔顶等温反应器：内部换热式的反应器。原料自塔顶进入设于塔内的盘管，进行合成甲铵的反应，并放出热量进入设于塔内的盘管，进行合成甲铵的反应，并放出热量传到盘管以外。盘管的下端形成开口的罩式分布器，
21、反应传到盘管以外。盘管的下端形成开口的罩式分布器，反应物自此流出，又与一部分液氨混合，再自下而上流动，进物自此流出，又与一部分液氨混合，再自下而上流动，进行甲铵脱水的吸热反应。行甲铵脱水的吸热反应。盘管内外热量匹配，有利于管内甲铵的生成和管外尿素的盘管内外热量匹配，有利于管内甲铵的生成和管外尿素的生成，达到塔顶，生成，达到塔顶，CO2的转化率达的转化率达74%特点：特点：充分利用反应热使大部分工艺物流与工艺物流换充分利用反应热使大部分工艺物流与工艺物流换热热，而不借助于蒸汽作为中间介质。，而不借助于蒸汽作为中间介质。合成塔操作条件：压力：合成塔操作条件：压力：20MPa20MPa，温度：，温度
22、：190190，氨碳比：，氨碳比：4-4-4.24.2，水碳比：，水碳比：0.860.86，CO2CO2转化率：转化率：74%74%热循环法（热循环法（HRHR）（美国）（美国）合成塔原料：合成塔原料：原料原料COCO2 2有有60%60%进入合成塔，其余进入合成塔，其余40%40%进入中压系统。进入中压系统。原料液氨在泵出口处加入少量的钝化空气，经预热后原料液氨在泵出口处加入少量的钝化空气，经预热后70%70%自自塔顶进入盘管，其余塔顶进入盘管，其余30%30%从合成塔低引入，以保持全塔的热从合成塔低引入，以保持全塔的热平衡。平衡。l尿素流程：尿素流程：塔出料减压至塔出料减压至2.6MPa2
23、.6MPa进入液体分布器进入液体分布器6 6，进行闪蒸，再减压至进行闪蒸，再减压至2.3MPa2.3MPa进入第一分解器进入第一分解器7 7，第一，第一加热器加热器8 8和第一分离器和第一分离器9 9。压力减压至。压力减压至0.2MPa0.2MPa，进入第，进入第二分解器和第二分离器二分解器和第二分离器1111；然后送去浓缩，造粒。；然后送去浓缩，造粒。l回收流程：回收流程：第二分离器出来的气体进入第二冷凝器回第二分离器出来的气体进入第二冷凝器回收氨，惰性气体排入大气。出液经回流冷却器收氨，惰性气体排入大气。出液经回流冷却器5 5放出放出一部分热量，至第一分解器壳侧，与第一分离器来的一部分热量
24、，至第一分解器壳侧，与第一分离器来的气体混合。由水解解吸系统回收的气体混合。由水解解吸系统回收的NHNH3 3和和COCO2 2送回合成送回合成塔，废液达到标准后排放。塔，废液达到标准后排放。热循环法（热循环法（HRHR）（美国）（美国）优点：优点：热循环法尿素工艺采用等温合成塔，热循环法尿素工艺采用等温合成塔，COCO2 2转化率高，减少转化率高，减少了循环甲铵量和下游设备尺寸。了循环甲铵量和下游设备尺寸。原料中有原料中有40%CO40%CO2 2直接进入中压系统节省压缩功耗。直接进入中压系统节省压缩功耗。采用工艺物料间互相换热，不借助于蒸汽，能充分利用采用工艺物料间互相换热，不借助于蒸汽，
25、能充分利用热量。热量。热循环法（热循环法（HRHR）（美国）（美国）28三种传统水溶液全循环法的工艺比较三种传统水溶液全循环法的工艺比较水循环方法水循环方法工艺条件工艺条件传统水溶液传统水溶液循环循环改良改良C C法法热循环法热循环法压力（压力（MPaMPa）温度（温度（）185-1901-氨碳比氨碳比4-4.54-水碳比水碳比0.6-0.70.0.6停留时间（停留时间（h h）1COCO2 2转化率转化率（%）62-64293.3 3.3 汽提法汽提法一、二氧化碳气提法一、二氧化碳气提法二、氨气气提法二、氨气气提法三、三、ACESACES法法四、等压双气提法四、等压双气提法 l气提法是气提法
26、是2020世纪世纪6060年代以来尿素生产工艺最年代以来尿素生产工艺最重要的改进，重要的改进，气提法也是水溶液全循环流程，气提法也是水溶液全循环流程，但采用了气提技术，但采用了气提技术，使尿素合成塔出来的反使尿素合成塔出来的反应液中大部分未转化的应液中大部分未转化的NHNH3 3和和COCO2 2在与合成同等在与合成同等压力下从尿液分出，并重新返回合成塔。压力下从尿液分出，并重新返回合成塔。l优点：优点：能耗及生产费用明显降低，流程简化。能耗及生产费用明显降低，流程简化。l目前，尿素厂几乎都采用目前，尿素厂几乎都采用COCO2 2气提或气提或NHNH3 3气提剂气提剂以及它们的变型。以及它们的
27、变型。气提法概述气提法概述一、二氧化碳气提法一、二氧化碳气提法主要工段：主要工段：COCO2 2压缩工段压缩工段液氨的升压液氨的升压合成与气提（四个高压设备：合成塔、气合成与气提（四个高压设备：合成塔、气 提塔、高压冷凝器、高压洗涤器）提塔、高压冷凝器、高压洗涤器）核心部分核心部分循环工段循环工段蒸发与造粒蒸发与造粒解吸解吸32二氧化碳气提法工艺流程二氧化碳气提法工艺流程 该方法是现在世界上建厂最多，生产能力最大的尿素生产技术该方法是现在世界上建厂最多，生产能力最大的尿素生产技术操作条件操作条件u合成塔合成塔1 1：氨碳比：氨碳比：2.8-2.92.8-2.9，水碳比：，水碳比：0.4-0.5
28、0.4-0.5，温度：，温度：180-185180-185，压力：，压力：14MPa14MPa，COCO2 2转化率：转化率：57-58%57-58%。u气提塔气提塔1414：气提剂气提剂COCO2 2，先配入，先配入4%4%空气，压缩、脱氢后进空气，压缩、脱氢后进气提塔；气提塔；NHNH3 3和和COCO2 2的气提率分别为的气提率分别为85%85%和和70%70%，出液温度约，出液温度约160-170160-170，出气温度，出气温度180-185 180-185。u减压操作：减压操作：低压精馏塔低压精馏塔0.25-0.35MPa0.25-0.35MPa，真空闪蒸槽，真空闪蒸槽0.45MP
29、a0.45MPa，尿素溶液高于，尿素溶液高于72%72%，NHNH3 3和和COCO2 2含量均低于含量均低于1%1%。l高压循环圈：高压循环圈：合成塔、合成塔、COCO2 2气提塔、高压甲铵冷凝气提塔、高压甲铵冷凝器、高压洗涤器。器、高压洗涤器。l立面布置立面布置在高层框架中，利用液位差在高层框架中，利用液位差自流流动自流流动。l原料液氨加压至原料液氨加压至15-16MPa15-16MPa，再作为动力，再作为动力通过喷射通过喷射器器将来自高压洗涤器的甲铵液一起送入高压甲铵将来自高压洗涤器的甲铵液一起送入高压甲铵冷凝器。冷凝器。l这种自流循环，这种自流循环，节省了设备投资和动力消耗节省了设备投
30、资和动力消耗。高压圈物料的流动方式高压圈物料的流动方式l循环工段：循环工段：气提塔出液经气提塔出液经两次减压两次减压操作，从低压精馏操作，从低压精馏塔出来的气体送入塔出来的气体送入低压甲铵冷凝器低压甲铵冷凝器，被冷凝，吸收，被冷凝，吸收，得到的较浓溶液用高压甲铵泵得到的较浓溶液用高压甲铵泵打回高压系统打回高压系统。l蒸发与造粒工段：蒸发与造粒工段：尿液经尿液泵送入串联的两台真空尿液经尿液泵送入串联的两台真空蒸发器，得到蒸发器，得到99.7%99.7%的尿素熔融物，送造粒塔造粒。的尿素熔融物，送造粒塔造粒。l解吸工段：解吸工段：真空蒸发系统的冷凝液和其他废水在冷凝真空蒸发系统的冷凝液和其他废水在
31、冷凝液处理系统进行液处理系统进行解吸，水解解吸，水解处理，回收的处理，回收的NHNH3 3和和COCO2 2送送回循环，净化后的水作为锅炉水或冷却水的补充。回循环，净化后的水作为锅炉水或冷却水的补充。主要工段主要工段溢流管：溢流管：使合成反应液从塔底引使合成反应液从塔底引出，不夹带气体。可保证气提塔出，不夹带气体。可保证气提塔的进料稳定的进料稳定主要设备主要设备尿素合成塔尿素合成塔1 构造：塔高约构造：塔高约33m33m，内径，内径2.8m2.8m，内衬内衬8mm8mm厚的厚的316L316L不锈钢板不锈钢板。塔内等距安放。塔内等距安放8 8块多孔筛板，将反应器分为块多孔筛板，将反应器分为9
32、9个串联个串联的小室。的小室。气体以高速通过小孔，液体气体以高速通过小孔，液体从筛板与筒体的环隙通过，从筛板与筒体的环隙通过，气液在液气液在液相空间形成剧烈扰动以加速反应进行。相空间形成剧烈扰动以加速反应进行。塔内的塔板防止物料返混。塔内的塔板防止物料返混。甲铵脱水反应生成尿素，要求具有良好的耐腐蚀性甲铵脱水反应生成尿素，要求具有良好的耐腐蚀性主要设备主要设备尿素合成塔尿素合成塔138主要设备主要设备-汽提塔汽提塔1414气提塔：直立多管降膜式列气提塔：直立多管降膜式列管热交换器。管热交换器。CrCr2525NiNi2222MoMo2 2低碳不锈钢，低碳不锈钢，以抗高温，强腐蚀的介质。以抗高温
33、，强腐蚀的介质。l保证液体均匀分布可采取的措施：保证液体均匀分布可采取的措施：在在上管板装液体分布器上管板装液体分布器，从合成塔来的，从合成塔来的液体进入受液槽，然后流到上管板上，液体进入受液槽，然后流到上管板上，保持一定的液面。每根管上端装一分保持一定的液面。每根管上端装一分配头，其下部沿圆周方向均布配头，其下部沿圆周方向均布3 3个小个小孔，合成液通过小孔平稳地沿管内壁孔，合成液通过小孔平稳地沿管内壁流下，形成液膜。流下，形成液膜。主要设备主要设备-汽提塔汽提塔1414l液体均匀分布到每根加热管十分重要，液体均匀分布到每根加热管十分重要，否则各管的进液量否则各管的进液量和气液比偏离正常值，
34、使气提效率下降，甚至造成部分管壁和气液比偏离正常值，使气提效率下降，甚至造成部分管壁没有液膜并过热，引起腐蚀。没有液膜并过热，引起腐蚀。l合成液呈膜状沿管壁流下，与合成液呈膜状沿管壁流下，与COCO2 2气逆流流动，同时气逆流流动，同时由管外加热蒸汽提供热量。由管外加热蒸汽提供热量。l当液体下流后与下部来的二氧化碳气体相遇，当液体下流后与下部来的二氧化碳气体相遇，首先是首先是游离氨被逐出游离氨被逐出，再向下是甲铵分解即以两个氨分子一再向下是甲铵分解即以两个氨分子一个二氧化碳分子这样的比例分解出来。个二氧化碳分子这样的比例分解出来。被气提出来被气提出来以气体形式返回到高压甲铵冷凝器继续反应。以气
35、体形式返回到高压甲铵冷凝器继续反应。l气提过程之所以能实现是由于气提过程之所以能实现是由于与反应液呈平衡的溶液与反应液呈平衡的溶液表面上氨蒸汽压力始终大于气相中氨分压。这样氨一表面上氨蒸汽压力始终大于气相中氨分压。这样氨一直可以被分解出来，而二氧化碳则是由于化学平衡关直可以被分解出来，而二氧化碳则是由于化学平衡关系，当减低气相氨的浓度后，反应向左进行。系，当减低气相氨的浓度后，反应向左进行。主要设备主要设备-汽提塔汽提塔1414主要设备主要设备-高压甲铵洗涤器高压甲铵洗涤器2u主要主要由防爆空间和换热器由防爆空间和换热器两部分组成。两部分组成。u作用是将合成塔顶部出来作用是将合成塔顶部出来的未
36、反应气相氨和二氧化的未反应气相氨和二氧化碳进行吸收，碳进行吸收，以甲胺液形以甲胺液形式返回高压甲铵冷凝器式返回高压甲铵冷凝器继继续反应。续反应。l直立管壳式换热器。直立管壳式换热器。气提出的气体、原料液气提出的气体、原料液氨和循环甲铵液进入氨和循环甲铵液进入进行气体冷凝、吸收和进行气体冷凝、吸收和甲铵的合成反应甲铵的合成反应。l放出热量用以发生低压（放出热量用以发生低压（0.45MPa0.45MPa）蒸汽）蒸汽。流出的气液混合物自流进入合成塔，保留部流出的气液混合物自流进入合成塔，保留部分气体在合成塔冷凝，补偿合成塔内甲铵转分气体在合成塔冷凝，补偿合成塔内甲铵转化为尿素的吸热反应。化为尿素的吸
37、热反应。主要设备主要设备高压甲铵冷凝器高压甲铵冷凝器3 3 气提效率高，省去中压循环，简化流程。气提效率高，省去中压循环，简化流程。合成压力低，节省压缩机和泵的动力。合成压力低，节省压缩机和泵的动力。高压圈内高压冷凝器的余热温度高，用来副产蒸高压圈内高压冷凝器的余热温度高，用来副产蒸汽，有利于能量的利用，降低蒸汽和冷却水的消耗。汽，有利于能量的利用，降低蒸汽和冷却水的消耗。二氧化碳气提法的优缺点二氧化碳气提法的优缺点优点：优点：CO CO2 2转化率低，循环量大。转化率低，循环量大。设备腐蚀严重，易爆炸。设备腐蚀严重，易爆炸。缺点：缺点：二、氨气提法二、氨气提法 意大利意大利Snamproge
38、ttiSnamprogetti公司在公司在2020世纪世纪6060年代开发年代开发了氨气提法尿素工艺。由于氨和二氧化碳的性质了氨气提法尿素工艺。由于氨和二氧化碳的性质不同，在合成液中溶解度很大，经过气提的液相不同，在合成液中溶解度很大，经过气提的液相仍含有大量氨，气提效果不佳。此公司在仍含有大量氨，气提效果不佳。此公司在7070年代年代中期做了改进不再通氨气，而是利用提高温度来中期做了改进不再通氨气，而是利用提高温度来增强气提效果，称为自气提或热气提。增强气提效果，称为自气提或热气提。Snamprogetti Snamprogetti氨气提工艺仅次于氨气提工艺仅次于StamicarbonSta
39、micarbon二二氧化碳气提，也是世界上最主要的生产技术。氧化碳气提，也是世界上最主要的生产技术。45氨气提法工艺流程氨气提法工艺流程 高压循环圈高压循环圈l尿素合成塔操作条件：尿素合成塔操作条件：压力压力15MPa15MPa、温度、温度185-190185-190，氨碳比氨碳比3.4-3.63.4-3.6，水碳比，水碳比0.4-0.60.4-0.6，转化率，转化率65%65%左右。左右。l气提液温度：气提液温度：200-210200-210，NHNH3 3和和COCO2 2气提率分别为气提率分别为45%45%和和70%70%。l三级解吸回收：三级解吸回收：中压中压1.8MPa 1.8MPa
40、；低压；低压0.45MPa0.45MPa；真空预；真空预浓缩器浓缩器0.03MPa0.03MPal高压循环圈的液体自动循环利用原料液氨驱动的喷射高压循环圈的液体自动循环利用原料液氨驱动的喷射器器2 2即可完成。无需高层框架。即可完成。无需高层框架。操作条件操作条件l中压中压分解塔的能量作为分解塔的能量作为真空预浓缩器真空预浓缩器的热源；的热源；l低压低压分解塔的能量用于分解塔的能量用于原料氨的预热原料氨的预热；l高压甲铵器发生中压蒸汽高压甲铵器发生中压蒸汽，温位更高，用于蒸发，温位更高，用于蒸发及其他多项用途。及其他多项用途。能量利用方式能量利用方式在整个工艺中，不同阶段进行着不同温度的放在整
41、个工艺中，不同阶段进行着不同温度的放热和吸热过程。热和吸热过程。通过换热进行能量匹配，从而通过换热进行能量匹配，从而降低能耗。降低能耗。如：如：48主要设备主要设备尿素合成塔尿素合成塔1 1总高约总高约40m,40m,内径内径2.2m2.2m，塔外筒材料，塔外筒材料为碳钢，内衬为碳钢，内衬7mm7mm厚的厚的316L316L不锈钢。不锈钢。塔内安放塔内安放1010多块等距筛板，将反应多块等距筛板，将反应器分成若干个串联的小室，板上开器分成若干个串联的小室，板上开有有8mm8mm的小孔，数量在的小孔，数量在1000-20001000-2000不不等。安放筛板的目的是防止返混，等。安放筛板的目的是
42、防止返混，增大气液接触混合作用。增大气液接触混合作用。塔底有两个进料管，伸入塔内，塔底有两个进料管，伸入塔内，一个是一个是COCO2 2气体进口，另一个是液气体进口，另一个是液氨和循环甲铵液进口。氨和循环甲铵液进口。49主要设备主要设备NH3NH3气提塔气提塔5 5直立壳式换热器，加热管约直立壳式换热器，加热管约20002000根，采用的材料为钛或锆，根，采用的材料为钛或锆，以抗高温、强腐蚀。以抗高温、强腐蚀。合成塔物料全部进入氨气提合成塔物料全部进入氨气提塔，塔，合成液沿加热管呈膜状合成液沿加热管呈膜状流下，因受热而有流下，因受热而有NHNH3 3气化，气化，氨气向上流动，与液体逆流氨气向上
43、流动，与液体逆流接触，作为气提气将液相中接触，作为气提气将液相中的的COCO2 2和和NHNH3 3带出。带出。l卧式废热锅炉，卧式废热锅炉，气提气在此冷凝并被来自中压气提气在此冷凝并被来自中压循环的甲铵液吸收，放出的冷凝热和吸收热用循环的甲铵液吸收，放出的冷凝热和吸收热用以以产生中压蒸汽产生中压蒸汽供后续工序之用。供后续工序之用。l流出高压甲铵冷凝器的物料进气液分离器流出高压甲铵冷凝器的物料进气液分离器3 3，液体回合成塔。液体回合成塔。主要设备主要设备甲铵冷凝器甲铵冷凝器l中压循环：在中压分解塔中压循环：在中压分解塔6 6内进行甲铵的分解和氨内进行甲铵的分解和氨的气化和精馏；出口气经冷却进
44、入中压吸收塔的气化和精馏；出口气经冷却进入中压吸收塔8 8，通过精馏将氨和甲铵液分离，通过精馏将氨和甲铵液分离，塔顶得到纯塔顶得到纯NHNH3 3，塔，塔底得到甲铵液。底得到甲铵液。l纯纯NHNH3 3在氨冷凝器在氨冷凝器9 9冷凝并流入液氨贮槽冷凝并流入液氨贮槽1010，一部一部分作为回流，其余用高压泵分作为回流，其余用高压泵2222送往高压系统送往高压系统。l甲铵液用高压甲铵泵甲铵液用高压甲铵泵2323送回高压循环。送回高压循环。中压循环过程中压循环过程l低压循环：中压分解出口液送入低压分解塔低压循环：中压分解出口液送入低压分解塔1212，进一步分解甲铵和将进一步分解甲铵和将NHNH3 3
45、和和COCO2 2排入气相。排入气相。l出口气出口气体经冷凝和吸收后体经冷凝和吸收后用低压甲铵泵用低压甲铵泵2626送到中送到中压系统压系统。l出塔液出塔液体再体再进入真空预浓缩器进入真空预浓缩器1616，在，在0.03MPa0.03MPa的真的真空下分离，得到更为纯净的尿素溶液，送去蒸发。空下分离，得到更为纯净的尿素溶液，送去蒸发。低压循环过程低压循环过程优点：优点：提高了合成氨碳比及提高了合成氨碳比及COCO2 2的转化率，有利于提高气提效率。的转化率，有利于提高气提效率。通过热气提方式，使未转化物直接返回。通过热气提方式，使未转化物直接返回。高压冷凝器副产蒸汽，有利于利用能量。高压冷凝器
46、副产蒸汽，有利于利用能量。采用高氨碳比，减轻设备腐蚀。采用高氨碳比，减轻设备腐蚀。缺点：缺点：气提效率较气提效率较COCO2 2气提法差，气提法差，需中压分解循环，流程长。需中压分解循环，流程长。因气提、分解系统因气提、分解系统含量高，故所需操作温度较高。含量高，故所需操作温度较高。因中、低、真空分解系统皆有氨冷系统，故放空惰气中因中、低、真空分解系统皆有氨冷系统，故放空惰气中增多。增多。因氨碳比较高，气提合成液需设中压因氨碳比较高，气提合成液需设中压1.8MPa1.8MPa分解系统回收，分解系统回收，否则氨无法平衡。否则氨无法平衡。NHNH3 3气提法的特点气提法的特点三、三、ACES法法l
47、七十年代汽提法尿素迅速发展，尤以七十年代汽提法尿素迅速发展，尤以COCO2 2汽提法建汽提法建厂最多。七十年代世界性能源危机后，能源费用厂最多。七十年代世界性能源危机后，能源费用急剧上涨，世界上一些公司致力开发新型的节能急剧上涨，世界上一些公司致力开发新型的节能尿素技术，如八十年代初开发成功并且工业化的尿素技术，如八十年代初开发成功并且工业化的日本三井日本三井/东亚东亚-东洋工程公司的节资节能先进工东洋工程公司的节资节能先进工艺（艺（ACESACES法），并在此基础上进一步改进，形成法），并在此基础上进一步改进，形成改良型的改良型的ACESACES工艺。工艺。l该方法是在原来的全循环改良该方法
48、是在原来的全循环改良C C法的基础上引入法的基础上引入COCO2 2气提技术。气提技术。高压回路高压回路高压甲铵喷射器提供了合成系统物料循环的动力。高压甲铵喷射器提供了合成系统物料循环的动力。u进进入入合合成成塔塔的的三三股股料料：液液氨氨、一一小小部部分分的的CO2CO2和甲铵液和甲铵液。u气气提提过过程程：大大部部分分COCO2 2气气进进入入汽汽提提塔塔作作为为汽汽提提介介质质。塔塔出出液液进进入入汽汽提提塔塔，未未反反应应的的甲甲铵铵液受热分解成液受热分解成NHNH3 3和和COCO2 2。u循循环环过过程程：经经汽汽提提后后的的尿尿液液则则进进入入中中压压分分解解系系统统，而而汽汽提
49、提塔塔顶顶部部出出来来的的气气体体则则在在甲甲铵铵冷冷凝器中冷凝成甲铵液并副产低压蒸汽。凝器中冷凝成甲铵液并副产低压蒸汽。工艺流程简述工艺流程简述 操作工艺条件：操作工艺条件：压力：压力：17.5MPa17.5MPa，温度：，温度：190190，氨碳比：氨碳比：4 4，水碳比：，水碳比：0.60.6，COCO2 2转化率：转化率：68-70%68-70%。ACESACES工工艺艺将将尿尿素素合合成成塔塔布布置置在在地地面面，从从而而减减少少了了土建和安装投资。土建和安装投资。上部塔盘，下部降膜加热器两部分上部塔盘，下部降膜加热器两部分 降降膜膜加加热热器器：COCO2 2气气提提，将将大大量量
50、未未反反应应的的NHNH3 3和和COCO2 2转入气相。转入气相。主要设备主要设备 气提塔气提塔塔盘：预气提。塔盘：预气提。即来自合成塔的料液与从下即来自合成塔的料液与从下部上来的气体逆流接触，过剩的氨一部分被部上来的气体逆流接触，过剩的氨一部分被气体带出去，有助于塔的下部的气体带出去，有助于塔的下部的COCO2 2气提。气提。甲铵冷凝器为立式浸没式，其具有以下特点：甲铵冷凝器为立式浸没式，其具有以下特点：1 1）气速高，汽液接触好，有利于传质和传热。）气速高，汽液接触好，有利于传质和传热。2 2）设置适当的折流板以保证汽泡的分布，压降低。）设置适当的折流板以保证汽泡的分布，压降低。3 3）