二氧化碳CO2-氨气生产尿素工艺的设计.doc

精选优质文档-----倾情为你奉上第一章 1.1简介用原料二氧化碳或氨气在合成压力下，将尿素熔融物气提，使其中的氨基甲酸铵分解，返回合成系统如用氨进行汽提，称为氨汽提法[1]合成塔排出的合成反应液在合成压力和较高温度下，在汽提塔内与气提气逆流相遇，将氨和二氧化碳从尿液中分解出来，然后将气体导入高压甲铵冷凝器内，化合冷凝为甲铵液，放出热量用于副产蒸汽动力消耗较低，经济效果明显1.2工艺的优缺点⑴优点①高氨碳化，高转化率；由于合成塔采用高氨碳比操作，使合成塔中二氧化碳转化率提高，加上采用钛材的降膜式汽提塔，使汽提操作温度可以高达200℃在汽提塔内由于过剩氨的自汽提作用，使甲铵分解率提高，从而减少低压部分的负荷②采用甲铵喷射泵，使合成高压设备水平布置不仅节省了高框架，同时也方便了安装检修③热利用效率高，能耗低④操作弹性大，易于操作控制由于合成采用高氨碳比，汽提塔采用钛管，使封塔时间可以较长，有利于装置的开停车操作，也减少了因排放所需的贮槽容积⑤爆炸危险小，由于使用钛材，加入的钝化空气少，避免了爆炸混合物的生成⑥原料器损失少由于加入钝化空气量少，所以惰性气放空量少，原料损失少⑵缺点占地面积相对较大，流程长，设备多，相互制约性强，控制点多，技术素质要求高等。

1.3基本原理使尿液中的甲铵按下述反应分解为和过程，反应方程如下： （1-1）此反应为可逆吸热，体积增大的反应我们只要提供热量，降低压力或者降低气相中与某一组分的分压，都可以使反应向右进行，以达到分解甲铵的目的汽提法是在保持压力与合成塔相同的条件下，在供给热量的同时，采用降低气相中和某一组分(或与都降低)的分压的办法来分解甲铵的过程[2]当温度为t℃时，纯态甲铵的离解总压力与各组分（与）的分解压的关系，按以上化学方程式可作如下表示：设总压为，则从反应式中可以看到氨分解压力为2/3，二氧化碳分压为1/3，如反应式在温度为t℃时的平衡常数为，则： （1-2）假如氨和二氧化碳之比不是2：1状态存在，在温度仍为t℃时，它的总压为P，其各组分的分压为：： ： ，分别为气体中氨，二氧化碳的分子分数，这样反应式在温度为时的平衡常数应为： （1-3）温度相同，平衡常数相等，所以温度为时t℃时 （1-4） （1-5）纯甲铵在某一固定温度下的离解压力为不变常数C，所以 （1-6）从此式可以看出，当趋近于1时，则必趋近于0，就趋近于0，则趋近于无穷大，即趋近于无限大，就是说甲铵液用通入，气相中几乎全为时（），P趋近于无限大，即甲铵的离解压力近于无限大。

我们知道，如果在某温度下的离解压力大于操作压力，甲铵就会分解，此即汽提法分解甲铵的理论基础当趋近于1时，趋近于0，同理P趋近于无限大，即当甲铵液用气体通入，气相几乎全为时（），同样甲铵离解压力近于无限大，操作压力小于离解压力，甲铵就得到分解，这就是氨汽提法分解甲铵的理论基础斯那姆氨汽提尿素工艺是在与合成塔相同压力条件下，采用钛材的降膜式汽提塔，利用合成反应液中过剩的自气提作用，使甲铵得到分解，将溶液中的气提出来第二章 集团年产20万吨氨汽提尿素工艺流程介绍2.1原料的供给本装置的两种原料均来自合成氨装置液氨压力不低于2.2MPa，温度40℃，进入装置界区的液氨存贮在氨贮槽V105，打入高压系统第一台是氨升压泵P105，出口压力2.2MPa第二台是高压氨泵P101，进一步加压到高压系统所需压力高压液氨在氨预热器E107中预热至95℃，同时回收了低压气体的冷凝热预热后的高压液氨压力为21.9MPa作为氨基甲酸铵喷射器L101的动力，将循环的氨基甲酸铵液一并带入尿素合成塔R101底部从合成氨装置进入界区的二氧化碳气体，温度不高于40℃，压力为0.04MPa，经二氧化碳压缩机入口液滴分离罐V111分离清除雾滴后进入由蒸汽透平驱动的双缸四段离心式二氧化碳压缩机K101，加压至15.9MPa。

段与段之间有中间冷却器，但末级出来的二氧化碳直接送入尿素合成塔R101在二氧化碳压缩机入口分离器V111后的管线上，加入一定量的空气，以钝化高压系统不锈钢设备的表面，使其免受反应物和产物的腐蚀[3]2.2高压合成、汽提、回收系统尿素合成条件为：188℃，15.6MPa，进料氨与二氧化碳的物质的量比是3.6，水与二氧化碳的物质的量比为0.67尿素合成塔R101内发生如下的化学反应： （2-1） （2-2）在此条件下反应在液相中进行，以原料二氧化碳利用率表示的转化率约65%为了回收未反应物，离开尿素合成塔的反应混合物流入与合成塔同压氨汽提塔E101混合液向下流动时应受热而有氨气逸出，利用逸出的氨气作为汽提剂，又使二氧化碳逸出由汽提塔E101出来的气体，与中压系统返回的碳铵液汇合，一并进入高压氨基甲酸铵冷凝器E104在此几乎全部冷凝下来其冷凝热用于副产0.35MPa的低压蒸汽氨基甲酸铵冷凝器E104出来的混合物进入氨基甲酸铵分离器V101进行气液分离液相称氨基甲酸铵液，经喷射器L101返回合成塔。

未冷凝的气体主要是惰气亦含有一定的氨气和二氧化碳在压力控制下送往中压分离器E101A/B的下部高压系统的主要设备是合成塔R101，汽提塔E101，氨基甲酸铵冷凝器E104和氨基甲铵酸分离器V1012.3中压分解回收系统离开汽提塔底部的尿液，虽已经汽提出相当数量的未反应物氨气和二氧化碳，但还需进一步回收和提纯本流程的回收提纯系统分三级，即中压1.8MPa，真空0.035MPa，低压0.45MPa离开汽提塔底部的尿液减压到1.7MPa，进入降膜式中压分解器E102，同时，高压系统的少量未冷凝气体也进入的E102A/B底部中压分解器E102分两部分：尿液减压首先进入它的顶部分离器V102，将闪蒸出来的气体排走，然后液体流入位于其下的管束，即分解部分使残留的氨基甲酸铵受热而继续分解所需热量来自两部分：壳体上部（E102A）是0.47MPa，160℃的蒸气；壳体下部（E102B）来自汽提塔壳侧的2.2MPa蒸汽冷凝液，并补充有一定数量同压蒸汽，以满足热量的要求离开中压分解器E102的液体送入低压系统离开中压分解器顶部分离器V102的气体与来自低压系统的碳铵液汇合，然后送往真空预浓缩器E113的管间部分，在此进行气体的吸收，而放出的吸收热和冷凝热用来蒸发尿液。

离开真空预浓缩器E113管间部分的气液混合物，送入中压冷凝器E106进一步冷却此时放出的热量已无法利用，被冷却水带走离开中压冷凝器E106的气液混合物进入中压吸收塔C101塔的下部是鼓泡段，在此用碳铵液循环吸收未被吸收的气体继续上升到精馏段，与喷淋下来的回流液氨和氨水相遇，气体中的二氧化碳几乎全部被吸收下来塔顶得到纯的气氨，但包括进入系统得惰气和少量的二氧化碳塔底溶液经P102升压，再经高压预热器E105预热，送往高压系统中压吸收塔顶部出来的气氨和惰气进入氨冷凝器E109并进入液氨贮槽V105液氨用氨升压泵P105打回中压吸收塔C101，作为回流前已指出，来自合成氨装置的原料氨液是存贮在氨贮槽V105中的，但它先进入氨贮槽上方的氨回收塔C105，从塔顶喷淋下来，与氨贮槽排出的气体接触，然后进入氨贮槽泵P105打出来的液氨除一部分作为中压吸收塔C101回流外，还有一部分经高压泵送入高压系统液氨贮槽V105中的气体，除惰气外还有一部分气氨，它从C105顶部排出，送入中压降膜惰气吸收塔E111和其尚存的惰气洗涤塔C103蒸汽冷凝液从C103顶部喷下以吸收气氨，接着又流入E111的管束，以降膜形式吸收气氨。

E111为一换热器，用冷却水把吸收热带走从洗涤塔顶部排出的气体经压力控制器排放到烟囱，一般已基本不含氨E111底部的氨水用泵P107回到吸收塔C1012.4低压分解回收及真空预浓缩系统离开中压分解器E102底部的溶液，再次减压到0.35MPa，并进入降膜式低压分解器E103上方是顶部分离器V103，释放出来的闪蒸气在此排出，液体流到下方分解部分的管束中，进一步受热分解，所需热量由管间0.35MPa的饱和蒸汽提供离开分解器V103的气体与来自解吸塔C102的气体汇合，通过冷凝和吸收的方法回收首先是在氨预热器E107换热，然后是在低压冷凝器E108受到冷却和冷凝气液混合物送到碳铵液贮槽V106，气体由此进入位于V106上方的低压惰气洗涤塔C104，用蒸汽冷凝液清洗，经压力控制器排入烟囱V113此惰气实际上不含氨清洗液流入贮槽V106贮槽V106中的碳铵液用中压碳铵泵P103抽出，一部分送回中压系统，另一部分送往工艺冷凝液处理系统第三级分解回收是在真空下进行的，低压分解器E103底部出来的溶液减压到0.35MPa，并进入降膜式真空预浓缩器E113释放出来的闪蒸气体先在顶部分离器V104排出，液体则进入下部分解部分的管束，进一步受热分解。

所需热量来自分解器E102的气体的冷凝和吸收供应由V104出来的气体送往真空系统进行冷凝回收，E113流下的溶液收集于底部液位罐L104，已是含量为85%(质量)的纯净尿液，经泵送往浓缩系统2.5真空浓缩（蒸发）与造粒来自P106含量约为85%的尿素溶液送至一段真空浓缩器E114，其尿液被浓缩至94.97%(质量)由E114出来的气液混合物进入汽液混合物进入气液分离器V107，其中的蒸汽被一段真空系统L105抽走而液体则进入二段真空浓缩器E115尿液被浓缩至99.75%（质量）的熔融尿素由二段真空分离器V108分离下来的熔融尿素被熔融尿素泵P108加压送至造粒塔顶的造粒喷头L109由此旋转喷头将熔融尿素沿造粒塔截面喷洒成小液滴下落和上升的冷空气逆流接触，被冷却固化成颗粒尿素真空系统所需喷射蒸汽及一二段真空浓缩器所需热量，由副产的低压蒸汽供给真空预浓缩器和一二段真空浓缩器的气体经各自的分离器（V104、V107、V108）后送至一二段真空系统（L105/L106）在表面冷凝器内冷凝成工艺冷凝液,汇集在工艺冷凝液贮槽T102，以备送至解吸水解系统尿素造粒塔为自然通风，以节省电耗和减少尿素粉尘对厂区周围环境的污染。

落在造粒塔底部的颗粒状尿素经旋转刮料机H101，送到皮带运输机H102由此再送往自动称量机WT09616，然后进入仓库 第三章 尿素合成塔设计3.1阐述所研究对象——尿素合成塔由于考虑到反应物料具有较强的腐蚀性尿素合成塔的材质必须具备优良的耐腐蚀性能，选择尿素及361L不锈钢作为尿素合成塔的衬里并在操作中加入少量的空气，使之能在不锈钢衬里表面上形成“钝化膜”防止腐蚀，尿素合成反应是在液相中分两步进行的。