尿素生产工艺学(1).doc

尿素生产工艺学前言：     在化学肥料中,以氮肥需要量最大，应用最广:尿素是氮肥中的一个重要品种,按国家规定,肥料尿素的规格如下,氮含量不小于46％，缩二脲含量不大于０.9％,含水量不大于0.3％,粒度在φ１~２5毫米之间要占90％以上    　尿素人工合成是在１8２８年实验室里成功的,而它的工业生产到１９20年才在德国实现,在１９6５年以前，尿素生产装置的单系列产是小于３00吨／月，到了19６5年以后才开始生产装置大型化,我们国家是在70年初开始引进新建的到目前已有1６套年产30万吨合成氨及尿素48万吨5２万吨装置建成投产目     录前 言第一章  概述概述      尿素生产原料第二章  工艺流程说明          1、工艺流程         　2、蒸汽冷凝液流程         　3、原料CO２气体的脱氨第三章  尿素的合成          1、尿素的合成反应机理          2、影响尿素合成反应化学平衡的因素             （一)温度             (二)NＨ3／CO2                    (三）H２Ｏ／ＣO2                    (四）压力         ３、尿素合成反应速度与工业条件的选定          一、温度          二、NH3/CO２ 　 　 　　 三、H２Ｏ/ＣＯ２ 　 　 　　　四、压力　 　　４、相图及其应用 　　 一、相律 　 　　二、甲铵的单元相 　　三、二元相 　四、三元相 　 　　ＮH3—CO2-H2Ｏ三元系统的液固相图　　　　 NＨ3—Ｏ2—H2Ｏ三元系统的气液相平衡 　　　　NＨ3-ＣO2—ＶrH2O似三元系统的气液相平衡 　　5、尿素合成液的高压分解CO２气提及合成塔尾气的回收 　 　一、概述　 　 　二、气提分解合成液的原理　　 　　三、气提过程在NH3-CO2-VrH２O似三元相图上的表示 　 四、工艺操作控制要点　　　 五、合成塔尾气的回收第四章　循环系统        低压分解与精馏         　一、概述          二、减压加热基本原理          三、低压分解的影响        １、温度影响        2、压力影响        3、精馏原理        四、分解率的计算        1、甲铵分解率       　2、总氨蒸出率        五、低压分解        六、分解气体冷凝回收第五章  　尿素溶液的蒸发      　一、尿素溶液和尿素熔融物的一般性质      　二、Ｖr—Ｈ2Ｏ的平衡相图       三、尿素溶液的蒸发       四、尿素晶种造粒第六章  工艺冷凝液的解吸和水解      一、工艺冷凝液的解吸      二、水解法回收解吸废液中的尿素第七章  开车      一、首次开车准备工作      二、原始开车高压系统的升温钝化         　蒸汽加空气的升温钝化方法     　三、投料前准备      四、开车      五、短期停车后开车第八章  停车      一、正常停车      二、紧急停车第九章   正常生产主要调节参数及动作范围的限度      一、合成部份     　二、循环部份      三、蒸发部份      四、解吸与水解第十章  　尿素设备腐蚀及防腐蚀      一、尿素一甲铵溶液对设备的腐蚀     　二、尿素设备的腐蚀类型     　三、尿素设备的防腐蚀      四、我厂设备用材简介第十一章  　主要设备简介      一、脱氢反应器（９1０1—D）      二、尿素合成塔（920１-D)      三、高压热交换器（气提塔)(9201—Ｃ)      四、高压甲铵冷凝器(920２—C)      五、高压洗涤器（9２03-C)     　六、精馏塔和循环加热器(9３01—E、、７301—ECA/Ｂ)      七、低压甲铵冷凝器（9301-C）      八、第一解吸塔、第二解吸塔（９７01—E／970２-E)      九、水解塔（９703—E）      十、膜式蒸发器（９4０1—C、940１—CF、9４02—C、9402-ＣF）      十一、二氧化碳压缩机组（91０2—Ｊ/JT）      十二、高压氨泵（91０3—J／JA）高压甲铵泵（93０1—Ｊ/ＪA）附录:分析控制点一览表第一章   　概述一、尿素的物理化学性质    尿素的化学名为碳酰二铵,分子式为(NＨ2）2CO，分子量为６0．60,含氮量为4６.6％,纯尿素的熔点在1大气压下为132.7℃，在高于150~160℃的温度时,会发生缩合作用生成缩二脲。

   　氨和二氧化碳合成尿素，其总反应可以表示为：         2NH３+CO2 (NH2)2CO+Ｈ2Ｏ+Q    这一放热反应需要在高温（一般为180℃）高压（＞140kｇ/cm2）下进行，由于这是可逆反应，因此氨与二氧化碳不可能全部转化为尿素.在工业生产情况下,二氧化碳的转化率仅在50~70％之间为了处理未反应的氨和二氧化碳，可以将合成熔融物加热分解气体逸出但要将氨和二氧化碳气重新压缩，但在压缩过程中会生成固体的氨基甲酸铵,堵塞设备和管道，为了克服这种困难就出现了各种气体循环的工艺流程.    最初的工艺流程以不循环法开始，到半循环法，全循环法，全循环法又分为水溶液全循环法和气提全循环法,本工艺主要将CＯ2气提法全循环作一介绍ﻫ尿素生产原料 一、氨的性质:   　氨的分子式为ＮＨ3分子量为１7.03,在常温常压下为无色的具有特殊刺激性的气体，在低温高压下可以液化，当温度低于-77．7℃以下时,氨可以成为具有臭味的无色结晶，其主要物理性质如下：   　临界温度（℃）   1324℃    临界压力（大气压)  １1１.5   　临界比容（米3／公斤）  4．26    密度:气体在标准状态下(毫克／升)   760    沸点(℃)    -33．35    凝固点(℃）   －７7。

7    液氨质量要求:    氨含量      　>99.5％（重量)    油          　＜１０ppm（重量)   　水及惰性物   <05％（重量）二、二氧化碳的性质：    二氧化碳是无色气体，在一定条件下可以液化,在强烈冷却时可以变成固体，通常称之为干冰,其分子式为ＣO2分子量为44，主要物理性质如下：   　临界压力（大气压）    729    临界温度（℃）     31    临界密度（克／厘米）０4６8    密度:气体（标准状态下克/升)1．9２48   　沸点（℃）    -56２   　熔点（℃）    －7848    二氧化碳气体质量要求    纯度     应大于９8.5％(体积）    硫化物含量　  应小于2毫克/标准米３      H２含量     　应小于１0％（体积）    CO含量      应小于02％（体积)    甲醇含量    　应小于３０0pｐm第二章  　工艺流程说明第一节   工艺流程说明一、NH3与ＣO2的压缩以及ＣO2的脱氢:（100#）    从合成界区热氨产品泵送来的液氨，压力25kg／ｃm2(绝),温度30℃~40℃，经过流量累积器FQ1０１进入高压氨泵9103J/JA，在氨泵的进口管线上设有低压报警PAL91０2,高压报井PAH9107A/Ｂ，测温点TI9101；ＴI9107Ａ／Ｂ，测压点PＩ９101,PI９１03A/B以及温度记录ＴR9003／７，以便对液氨的压力和温度进行临测.液氨在高压氨泵内加到16４~180kg／ｃm２。

泵的打量是根据ＣＯ2的负荷来确定的，通过调节控制变矩器的ＳＩC９1０1Ａ/B来改变泵的转速来达到打量的改变氨泵送出的液氨依次通过第一高压氨加热器９103—c和第二高压氨加热器9１０4Ｃ，分别用低压甲铵冷凝器(９３０1Ｃ）的密封循环水以及上部循环加热器(93０１ECA）壳侧的蒸汽冷凝液作为热源，将液氨加热到７0℃左右在91０3C以及９１0４C出口分别设有温度指赤TI0001/2、TI90０１/3然后,液氨进入高压氨喷射器９201L，此喷射器可用ＨIＣ9207改变喷针的位置以调节来自高压洗涤器920３—C和尿素合成塔9201Ｄ的甲铵液抽吸量.在喷射器的进口氨管道上设有PＩ920１，PR920１以便对高压系统的压力进行观察和记录.喷射器送出的液氨与甲铵液的混合物进入高压甲铵冷凝器９２02—C的项部.    压力为1.6~17kg/ｃm2（绝),温度25~35℃,组成≥９８.5％（干基体积)的CO２气体，其在合成界区的总管上设有压力控制器ＰIＣ—４2和自动放空的旁路以及甲醇的高含量报警CO2气体进入尿素界区,在CO2液滴分离器(9101Ｆ）前的总管上与防腐及脱氢所用的空气相混合.此空气由工艺空气鼓风机９1０1J供给，加入量由FＩC9１0３控制约为CＯ2总量的6。

5~70％（V），(其中4%是作为防腐用的).CO2气体和空气的混合物经过液滴分离器(分离出来的水排入地沟)进入CＯ2压缩机9102J该压缩机是由蒸汽透平9102JＴ来驱动的两缸四段离心式压缩机在每段之间分别设有段间冷却器(９102—Jｃ/JC2/JC3）以及在２段与3段，3段与4段之间设有段间分离器（９10２-JF2/ＪF３）CＯ2压缩机的打气量是通过蒸汽透平９1０2JＴ转速调节器HIＣ１03来控制的调节范围在829%~115５％，气体被压缩到14４～1５1kg/cm2(ａ)，温度１34～140℃送出.   　从CO2压缩机送出的含有空气的CO２气体，进入高压CO3加热器9101C,加热到200℃,在出口管道上配置有温度调节器ＴIC91０2以及低温报警TＡL９1０3以控制监测此混合气体的温度,加热后的气体进入脱氢反应器91０1-D,器内装有以Aｌ2Ｏ3作为载体的铂（03％wt)触媒，气体中的H2及其它可燃性气体在触媒作用下与氧气反应生成H2Ｏ和ＣO2此种触媒对Ｈ2Ｓ极为敏感，极易中毒，故CO2气中的Ｈ2Ｓ含量不超过２Ｍｇ/NＭ３.反应以后的CO2气达268℃（H2含量为0~5０PPM),在９1０1Ｄ出口管上设有温度及流量记录TR９0０３／1。

FR９102，高温报警ＴAH９１05气体通过高压CO2冷却器9102—C,温度降至1００℃为　监测9１01D的工作情况以及ＣO2气体中防腐用的氧含量,在管线上设有自动分析仪(S，2，3，1）,自动记录H2含量和O2含量(AR１01，AＲ102）及高氢报警（报警值10０PPM），低氧报AAL9102(报警值０．7％V），高氧报警AＡH9１02，降温后的ＣO２进入高压热交换器（即汽提塔）920１—C的底部，ＣＯ2气压入塔前设有PIC92０４控制的自动放空旁路，此旁路仅在开、停车时或检验压缩机性能时用,并设有CO2气体的压力记录ＰR92０4（在正常生产时可作为高压系统的压力参数）.   　二、合成与气提（200＃)   　尿素合成塔９201-D顶部的反应混合物中含有尿素、水,未转化的氨基甲酸铵以及游离的氨、二氧化碳,温度约18３℃（TR002/5），经内部的溢流管从塔底流出合成塔的液位由LR920１自动记录，并由出料管上的调节伐HIC9201。