1、 5252万吨尿素装置万吨尿素装置培训课件培训课件制作：黄庆祥制作：黄庆祥v中海石油天野尿素装置培训内容中海石油天野尿素装置培训内容 中海石油中海石油天野天野设计能力年产设计能力年产3030万吨合成氨万吨合成氨5252万吨尿万吨尿素素, ,日产日产17601760吨尿素。吨尿素。 19961996年建成并于年建成并于1212月月1717日投产。日投产。 装置运行最好水平：装置运行最好水平： 最高日产量：最高日产量：2006T 2006T ； 最高最高年产量：年产量：610260T610260T；长周期最长为：；长周期最长为：103.2103.2天天 ；长周；长周期期A A级最长为：级最长为：8
2、888天天 ；年平均氨耗最好为：；年平均氨耗最好为：572Kg/T572Kg/T 本装置采用意大利斯纳姆公司氨气提工艺技术，主要本装置采用意大利斯纳姆公司氨气提工艺技术，主要工序有二氧化碳压缩工序、尿素合成和高压回收工序、工序有二氧化碳压缩工序、尿素合成和高压回收工序、中低压甲铵分解和回收工序、尿素浓缩及造粒工序、中低压甲铵分解和回收工序、尿素浓缩及造粒工序、工艺冷凝液处理工序。尿素装置涉及的化工物料有液工艺冷凝液处理工序。尿素装置涉及的化工物料有液氨、氨、COCO2 2气体、甲铵、尿液等，具有易燃易爆、高温高气体、甲铵、尿液等，具有易燃易爆、高温高压的生产特性压的生产特性 。v一、中海石油天
3、野尿素装置简介一、中海石油天野尿素装置简介 尿素，英文Urea，化学分子式为CO(NH2)化学名称是碳酰二胺，结构式是： 由于最初得自哺乳动物的尿液中，故俗称尿素。v二、尿素的性质及作用二、尿素的性质及作用1.尿素的物理性质序号序号 指标名称指标名称 单位单位常数值常数值 备注备注1 1比重比重g/cmg/cm3 31.3351.33520-4020-40常压下常压下2 2比热比热J/g.J/g.1.341.34atmatm3 3熔点熔点132.7132.7atmatm4 4结晶热结晶热J/g.J/g.241.6241.65 5溶解性溶解性易溶于水和液氨易溶于水和液氨6 6外观外观纯尿素为无色
4、纯尿素为无色, ,无味无味, ,无无臭的针状或棱柱状结臭的针状或棱柱状结晶晶 v二、尿素的性质及作用二、尿素的性质及作用 尿素的分子式为CO(NH2)2。分子量60.06。纯尿素为无色、无味、无嗅的针状和棱柱状晶体。尿素易溶于水、无水液氨、甲醇、乙醇和甘油中。溶解度随温度升高而增加。 尿素在水中能水解，但在60以下水解速度极缓慢随温度升高，水解速度加快。80l小时水解率为0.5，110每小时水解率上升为3。水解反应如下：CO(NH2)2H2O = NH4COONH2 =2NH3CO2这正是尿素合成的逆反应。 v二、尿素的性质及作用二、尿素的性质及作用2、尿素化学性质序号序号性质性质1 1尿素呈
5、碱性尿素呈碱性, ,可以和酸反应生成盐可以和酸反应生成盐, ,但不能使指示计变色但不能使指示计变色2 2尿素有水解反应尿素有水解反应, ,生成氨、二氧化碳、水。生成氨、二氧化碳、水。3 3缩合反应，在高温下可进行缩合反应，生成缩二脲、缩三缩合反应，在高温下可进行缩合反应，生成缩二脲、缩三脲、三聚氰酸。脲、三聚氰酸。4 4与甲醛进行缩合反应，生成尿甲醛缩合物。与甲醛进行缩合反应，生成尿甲醛缩合物。5 5与一氧化碳反应生成氢氰酸与一氧化碳反应生成氢氰酸6 6与氯化钙生成氨和物与氯化钙生成氨和物 尿素在高温下可以缩合，生成缩二脲，缩三脲和三聚氰酸等。反应式是2 CO(NH2)2 （缩二脲）NH3NH
6、2CONHCONH2CO(NH2)2= NH2CONHCONH2 =NH2CONHCONHCONH2（缩三脲）NH3NH2CONHCONHCONH2 = (HCNO)3（三聚氰酸）NH3 缩二脲是针状结晶，熔点193。尿素作为肥料施用时，缩二脲含量要严格限制，否则将伤害种子幼芽。但尿素作为尿醛树脂原料时，对缩二腺含量无严格要求。v二、尿素的性质及作用二、尿素的性质及作用 3.尿素的用途:1). 尿素主要用途是作化学肥料。纯尿素含氮量为46.65，远高于硝铵、硫铵和碳铵。其物理性能，如比较地不易结块，施肥较方便等也优于其它化学肥料。尿素为中性速效肥料，不含对土壤有害的酸根，长久施用也不会使土壤板
7、结和酸化。除氮素外，尿素中CO2亦可供作物吸收利用（其它化肥只有碳铵如此）。尿素还可和磷肥，钾肥等组合，成为复合肥料，俗称复肥。是目前极受农民欢迎的抢手的肥料。 v二、尿素的性质及作用二、尿素的性质及作用 3.尿素的用途: 2).尿素中氮虽不是蛋白质形态，但可作为牛羊等反刍动物的辅助饲料、尿素和青饲料的碳水化物一起，经胃液作用，可以转化为蛋白质。对牛羊催长、催肥。 3).尿素在工业上亦有广泛用途。尿素甲醛树脂用于生产塑料、漆料、胶合剂等。此外，木材加工，医药（巴比妥、利尿剂、洁齿剂），涂料（三聚氰胺），炸药（稳定剂），炼油（脱腊剂）染料等生产中也用到尿素。v二、尿素的性质及作用二、尿素的性质及
8、作用尿素的制备有其历史的发展过程：尿素的制备有其历史的发展过程： （一）（一）. .实验室发展史：实验室发展史： 1 81 8世纪世纪7070年代，首次用酒精萃取动物尿液的蒸干残年代，首次用酒精萃取动物尿液的蒸干残渣，得到了白色固体物，即尿素。渣，得到了白色固体物，即尿素。1919世纪世纪2020年代，年代，测定了尿素的组成；测定了尿素的组成； 18281828年，佛勒在实验室里用氨和氰酸合成制得尿素，年，佛勒在实验室里用氨和氰酸合成制得尿素，反应式为：反应式为： NHNH3 3+HNCO = (NH+HNCO = (NH2 2) )2 2COCO 1868 1868年巴比札罗夫在密封管中加热
9、氨基甲酸铵年巴比札罗夫在密封管中加热氨基甲酸铵制得了尿素；制得了尿素； NHNH4 4COONHCOONH2 2 = (NH = (NH2 2)2CO+H)2CO+H2 2O O 该反应即为现代工业生产尿素的第二步反应，即氨基该反应即为现代工业生产尿素的第二步反应，即氨基甲酸铵脱水转化为尿素；甲酸铵脱水转化为尿素；v三、尿素生产工艺发展历史三、尿素生产工艺发展历史尿素的制备有其历史的发展过程：尿素的制备有其历史的发展过程： （二）（二）. .工业发展史：工业发展史： 2020世纪世纪2020年代在德国首次出现了以年代在德国首次出现了以NHNH3 3和和COCO2 2为原料的现代的尿素工业合成方
10、法。其反应分为两为原料的现代的尿素工业合成方法。其反应分为两步，第一步步，第一步NHNH3 3与与COCO2 2生成氨基甲酸铵；第二步，生成氨基甲酸铵；第二步，氨基甲酸铵脱水转化为尿素，即氨基甲酸铵脱水转化为尿素，即 NH4COONH2 =(NH2)2CONH4COONH2 =(NH2)2COH2OH2O 由于设备及严重的腐蚀问题，未能扩大生产。由于设备及严重的腐蚀问题，未能扩大生产。 v三、尿素生产工艺发展历史三、尿素生产工艺发展历史1 1不循环法不循环法 这是20世纪30年代成功的最早的尿素的连续的生产方法该法将合成的尿液，采用一次减压分离，解吸出的NH3和CO2进去副产硫铵或碳化氨水这一
11、流程，每生产1吨尿素，副产约4吨硫铵。因而大大限制了尿素的生产规模。 v三、尿素生产工艺发展历史三、尿素生产工艺发展历史 2 2半循环法：半循环法： 这是20世纪50年代开发出的尿素连续的生产方法。该法将NH3、CO2合成反应生成的尿液，在两个压力等级下进行两次解吸分离。回收第一次较高压力下分离出来的NH3和CO2返回合成系统循环利用，而将较低压力下第二次分离出的NH3和CO2送去制造硫铵或碳化氨水。这种流程每生产1吨尿素副产约2吨硫铵。半循环法优于不循环法，但仍未能使全部原料NH3和CO2均转变为尿素。v三、尿素生产工艺发展历史三、尿素生产工艺发展历史 3 3全循环法：全循环法： 20世纪6
12、0年代水溶液全循环法取得了成功。 全循环法是将未转化为尿素的NH3和CO2从合成的尿液中降压（加热）分离，再加以回收，且全部返回尿素合成系统循环利用。全循环工艺由于构成封闭循环，不但原料充分利用，而且生产能力也大大提高。 据未反应物的分离及回收方法的不同，全循环法又可分为如下各种工艺；v三、尿素生产工艺发展历史三、尿素生产工艺发展历史1 1）气体全循环法：）气体全循环法： （1 1）热气体循环法：）热气体循环法：将未转化为尿素的NH3和CO2经降压，加热从尿液中分离，并在热状态下直接加压，返回合成系统循环利用。热压缩的目的是为防止生成碳铵结晶堵塞管道和设备，但由于操作温度较高既增大了功耗又加剧
13、了腐蚀。v三、尿素生产工艺发展历史三、尿素生产工艺发展历史 （2）气体分离全循环法：气体分离全循环法：将未转化为尿索的NH3和CO2经降压，加热从尿液分离出来，并用选择性吸收剂吸收NH3或CO2，再行解吸，并分别压缩解吸气和未被吸收之气体，返回合成系统中去。可以推断，由于多出了选择性吸收、解吸，且又分别压缩，流程变得复杂，动力消耗亦较大。v三、尿素生产工艺发展历史三、尿素生产工艺发展历史2 2）水溶液全循环法：水溶液全循环法：将从尿液中分离出来的NH3和CO2混合气，用一定量水吸收为水溶液用泵输返尿素合成塔。如所周知该条件下的泵的功耗会比压返气体的压缩机功耗小的多该法根据如水量的不同又分为两种
14、；一是加水量较多，H2OCO2 （摩尔比）近于l的碳酸铵盐水溶液全循环法；二是加水量较少，吸收后基本呈甲铵溶液，故而称之为氨基甲酸铵溶液全循环法。考虑到系统的水平衡和能耗，加水量较少的氨基甲酸铰溶液全循环法更为优越。 v三、尿素生产工艺发展历史三、尿素生产工艺发展历史 我国的中型尿素厂均属此类。另外，荷兰的斯太米卡邦（Stamicarbon）水溶液全循环法及日本三井东压溶液全循环改良C法等亦属此类。 上述之水溶液全循环法，仍是将未转化为尿索的NH3和CO2分等级的降压、升温加以分离再吸收为水溶液，继之加压泵回合成系统，各法功耗不同，但总要耗功，能否将未反应的NH3和CO2的大部分在合成压力下“
15、等压”分离返回合成系统呢?倘能如此，无疑将会大大降低尿素生产的能耗，这正是汽提全循环法的出发点。v三、尿素生产工艺发展历史三、尿素生产工艺发展历史 3 3）汽提全循环法：）汽提全循环法：该法是用合成尿素的原料CO2气或NH3气（或联尿生产中的变换气）在与合成“等压”（由于系统阻力稍低于合成压力）条件下将未反应的NH3和CO2逐出尿液，并在高压下冷凝为甲铵溶液返回合成系统。由于冷凝液的压力只稍低于尿素合成塔的压力，则返回合成的动力可以是稍高一些的液位差，或者是以高压原料液氨为动力的机械喷射装置将其增压。因此大大节省了循环的动力。 v三、尿素生产工艺发展历史三、尿素生产工艺发展历史 汽提全循环法还
16、因其冷凝压力高，冷凝温度亦高。冷凝热可以用来生产低压蒸汽，且数置相当可观；供应尿液的浓缩有余。而在低压分离时，冷凝热不但不能生产蒸汽，还需消耗大量冷却水移走热量，高压汽提全循环工艺的节能意义是显而易见的。v三、尿素生产工艺发展历史三、尿素生产工艺发展历史 在合成等压下，用CO2汽提的全循环法以荷兰的斯塔米卡邦CO2汽提工艺为代表，70年代前引进的装置.用NH3汽提的全循环法，以意大利的斯纳姆普罗吉提NH3汽提工艺为先趋，中国的濮阳，锦西、天野化工、天华、建峰、九江、兰化、海南富岛一期均选用了斯纳姆氨汽提工艺，后面我们将做全面深入分析。v三、尿素生产工艺发展历史三、尿素生产工艺发展历史与传统的与
17、传统的CO2 CO2 汽提工艺流程的比较如图汽提工艺流程的比较如图3 3 、4 4所示。所示。v四、四、池式甲铵冷凝器流程池式甲铵冷凝器流程34 其主要特点是将传统的立式降膜式甲铵冷凝器改为卧式鼓其主要特点是将传统的立式降膜式甲铵冷凝器改为卧式鼓泡式甲铵冷凝器泡式甲铵冷凝器, ,称之为池式冷凝器称之为池式冷凝器, ,其结构如图其结构如图5 5。v四、四、池式甲铵冷凝器流程池式甲铵冷凝器流程图图5 池式冷凝器池式冷凝器 工艺介质由原来走管程改为走壳程工艺介质由原来走管程改为走壳程, ,管程改走蒸汽和蒸汽管程改走蒸汽和蒸汽冷凝液冷凝液, ,冷凝液用泵强制循环。壳侧为高压筒体冷凝液用泵强制循环。壳侧
18、为高压筒体, ,内衬内衬316L 316L (UG) (UG) 不锈钢不锈钢( (可松衬或带极堆焊可松衬或带极堆焊) )。U U 形管束焊接在堆焊形管束焊接在堆焊C Cr25Ni22Mo2r25Ni22Mo2耐腐蚀层的碳钢管板上耐腐蚀层的碳钢管板上, ,采用内孔焊方法。采用内孔焊方法。 壳侧内有横向挡板、纵向导流板和汽提气分布器壳侧内有横向挡板、纵向导流板和汽提气分布器, ,材质均材质均为为Cr25Ni22Mo2Cr25Ni22Mo2。此结构设计可以使气液接触界面大大增。此结构设计可以使气液接触界面大大增加加, ,且进入的气体在连续的液相中起剧烈的搅动作用且进入的气体在连续的液相中起剧烈的搅动
19、作用, ,大大大大提高了传质和传热的速率。提高了传质和传热的速率。v四、四、池式甲铵冷凝器流程池式甲铵冷凝器流程 由于池式冷凝器壳侧有一定的容积由于池式冷凝器壳侧有一定的容积, ,使得在此使得在此设备内已有达平衡转化率设备内已有达平衡转化率60 %60 %的尿素生成的尿素生成, ,由于溶由于溶液中有了尿素液中有了尿素( (含量含量25 %) 25 %) 而使溶液的沸点升高而使溶液的沸点升高, ,即冷凝温度升高即冷凝温度升高, ,比传统比传统CO2 CO2 汽提工艺的冷凝温度汽提工艺的冷凝温度可提高约可提高约5 ,5 ,更有利于传热。更有利于传热。v四、四、池式甲铵冷凝器流程池式甲铵冷凝器流程v
20、五、五、池式反应器流程池式反应器流程6 在池式冷凝器流程成功运行的基础上在池式冷凝器流程成功运行的基础上, ,将池式将池式冷凝器适当加大容积冷凝器适当加大容积, ,即相当于把原来立式的尿素即相当于把原来立式的尿素合成塔躺倒接在池式冷凝器上合成塔躺倒接在池式冷凝器上, ,同时高压洗涤器也同时高压洗涤器也与此设备联成一体与此设备联成一体, ,这样这样, ,甲铵冷凝器、尿素合成甲铵冷凝器、尿素合成塔和高压洗涤器塔和高压洗涤器3 3台设备合而为一台设备合而为一, ,称之为池式反称之为池式反应器应器, ,其结构如图其结构如图7 7所示。整个高压合成系统仅有所示。整个高压合成系统仅有2 2台高压设备台高压
21、设备, ,大大简化了流程、控制和配管大大简化了流程、控制和配管, ,可降可降低投资。低投资。v五、五、池式反应器流程池式反应器流程v五、五、池式反应器流程池式反应器流程7v五、五、池式反应器流程池式反应器流程 池式反应器结构形式和材料与池式反应器结构形式和材料与池式冷凝器完全一样池式冷凝器完全一样, ,只是高只是高压筒体加长压筒体加长, ,以增加容积满足以增加容积满足尿素反应所需停留时间。尿素反应所需停留时间。n高压洗涤为了安全的原因高压洗涤为了安全的原因, ,取消了鼓泡的列管冷却段取消了鼓泡的列管冷却段, ,只设填料清只设填料清洗段洗段, ,使设备进一步简化。此设备分为氨和二氧化碳生成甲铵的
22、冷使设备进一步简化。此设备分为氨和二氧化碳生成甲铵的冷凝段和甲铵脱水生成尿素的反应段。汽提气、循环甲铵液和原料液凝段和甲铵脱水生成尿素的反应段。汽提气、循环甲铵液和原料液氨分别导入氨分别导入, ,壳侧内的液体在导入的汽提气强烈搅动下形成内循环壳侧内的液体在导入的汽提气强烈搅动下形成内循环, ,其流动模型如图其流动模型如图8 8。8池式反应器流程的实现除具有池式冷凝器流程所具有的各池式反应器流程的实现除具有池式冷凝器流程所具有的各项优点外项优点外, ,还具有如下特点还具有如下特点: :(1) (1) 由于甲铵冷凝器、合成塔和高压洗涤器由于甲铵冷凝器、合成塔和高压洗涤器3 3台设备合而台设备合而为
23、一为一, ,此设备水平布置在尿素工艺框架此设备水平布置在尿素工艺框架19m 19m 楼面上。因此楼面上。因此, ,框架高度进一步降低至仅约框架高度进一步降低至仅约28m ,28m ,大大降低了土建和管道大大降低了土建和管道的投资。的投资。(2) (2) 反应器内的径向挡板反应器内的径向挡板, ,可防止溶液的返混。因此可防止溶液的返混。因此, ,反应反应更趋近于平衡转化率更趋近于平衡转化率, ,正常操作条件下正常操作条件下,CO2 ,CO2 单程转化率可单程转化率可达达60 %60 %61 %61 %。(3) (3) 合成回路物料的流动完全靠位差合成回路物料的流动完全靠位差, ,取消了液氨喷射泵
24、取消了液氨喷射泵这一专利设备这一专利设备, ,同时氨泵出口压力也由同时氨泵出口压力也由16MPa 16MPa 降至与合成降至与合成系统压力一样系统压力一样, ,可节省部分电耗。可节省部分电耗。v六、六、流程对比及特点流程对比及特点v六、六、流程对比及特点流程对比及特点(4) (4) 高压系统简化后高压系统简化后, ,开车升温钝化和停车封塔更简单易行和平开车升温钝化和停车封塔更简单易行和平稳。开车升压曲线如图稳。开车升压曲线如图8 8 所示所示, ,不再出现合成塔出料时不再出现合成塔出料时, ,各操作参各操作参数出现突变的过程。数出现突变的过程。v七、七、 尿素工艺概念尿素工艺概念 Avanco
25、reAvancore 尿素工艺是基于完全采用尿素工艺是基于完全采用SafurexSafurex 材料并在材料并在UreUrea 2000+ a 2000+ 工艺基础上开发的。工艺基础上开发的。Urea 2000+Urea 2000+工艺的基础是采用池式工艺的基础是采用池式冷凝器和池式反应器，大大降低了装置框架的设计高度。采用池冷凝器和池式反应器，大大降低了装置框架的设计高度。采用池式反应器的装置框架高度已经降低到离地面只有式反应器的装置框架高度已经降低到离地面只有22 m22 m，装置生产，装置生产规模达到规模达到3700 t3700 td d。 由于生产规模增大后，池式反应器的设备体积和质量
26、都较大，由于生产规模增大后，池式反应器的设备体积和质量都较大，受运输条件限制，斯塔米卡邦的工艺概念设计为当装置生产规模受运输条件限制，斯塔米卡邦的工艺概念设计为当装置生产规模达到达到2300 t2300 td d以上时，仍保留垂直安装的尿素合成塔，当生产以上时，仍保留垂直安装的尿素合成塔，当生产规模低于规模低于2300t2300td d时则用时则用1 1台池式反应器替代台池式反应器替代2 2台高压设备台高压设备( (池式池式冷凝器和尿素合成塔冷凝器和尿素合成塔) )。 斯塔米卡邦开发了斯塔米卡邦开发了AvancoreAvancore 尿素工艺，以期达到如下目的：最尿素工艺，以期达到如下目的：最
27、少的工厂建设投资；最少的工厂操作费用；保持高的产品质量、低放少的工厂建设投资；最少的工厂操作费用；保持高的产品质量、低放空损失、装置连续运行周期长；工厂维护简单。空损失、装置连续运行周期长；工厂维护简单。 AvancoreAvancore 尿素工艺装置是基于完全采用尿素工艺装置是基于完全采用SafurexSafurex 材料。材料。SafureSafurex x 材料具有非常好的抗腐蚀性能，在材料具有非常好的抗腐蚀性能，在183183无氧的尿素合成反应物料无氧的尿素合成反应物料环境中，环境中，75d75d的腐蚀试验表明，的腐蚀试验表明，SafurexSafurex 材料的年腐蚀速率仅为材料的年
28、腐蚀速率仅为0 00505mmmm，而，而BcBc0505材料的年腐蚀速率超过材料的年腐蚀速率超过30mm30mm。由于采用。由于采用SafurexSafurex 材料，材料，设备可以在无氧条件下运行，因此新设计的尿素装置已经没有了空气设备可以在无氧条件下运行，因此新设计的尿素装置已经没有了空气鼓风机、脱氢反应器、高压洗涤器及其调温水系统、高压氨喷射器等鼓风机、脱氢反应器、高压洗涤器及其调温水系统、高压氨喷射器等设备。设备。v七、七、 尿素工艺概念尿素工艺概念高压洗涤器取消后，在流程设计上采用了中压洗涤替代高压洗涤，这高压洗涤器取消后，在流程设计上采用了中压洗涤替代高压洗涤，这一概念来源于科威
29、特石化工业公司一概念来源于科威特石化工业公司(PIC)(PIC)的尿素装置改造，该技术还的尿素装置改造，该技术还将应用到在建的内蒙古鄂尔多斯化肥项目。将应用到在建的内蒙古鄂尔多斯化肥项目。v七、七、 尿素工艺概念尿素工艺概念图图4 4为为PICPIC尿素装置改造后的高尿素装置改造后的高压压系系统统流程，装置能力流程，装置能力从从1050t1050td d提高提高到到1750t1750td d。改造前。改造前为传统为传统的斯塔米卡邦尿素工的斯塔米卡邦尿素工艺艺，高，高压压圈圈没没有汽提有汽提塔，后面塔，后面带带中中压压分解循分解循环环系系统统。改造中，增加了二。改造中，增加了二氧氧化化碳碳汽提塔
30、，汽提塔，将将甲甲铵铵冷凝器改冷凝器改为为池式冷凝器，保留液池式冷凝器，保留液氨喷氨喷射器。因增加了二射器。因增加了二氧氧化化碳碳汽汽提塔，汽提效率得到提高，中提塔，汽提效率得到提高，中压压分解循分解循环环系系统统可以取消；又因可以取消；又因设备设备材材料全部采料全部采SafurexSafurex ，故取消了高，故取消了高压压洗洗涤涤器，器，并并利利旧旧中中压压分解循分解循环环系系统统作作为为高高压压尾尾气气的洗的洗涤涤系系统统以降低改造以降低改造费费用。由于原合成塔安装在地用。由于原合成塔安装在地面上，面上，为为了保了保证证高高压压圈圈内内液体靠重力流液体靠重力流动动，将将池式冷凝器的安装位
31、置池式冷凝器的安装位置改到合成塔的上部改到合成塔的上部( (以前通常的以前通常的设计设计是冷凝器和合成塔底部是冷凝器和合成塔底部处处在相同在相同的安装平面的安装平面) )。将将少量少量CO2CO2直接送人合成塔，目的是直接送人合成塔，目的是维维持合成塔的自持合成塔的自热热平衡，因大部分尿素反平衡，因大部分尿素反应应已在池式冷凝器中完成。已在池式冷凝器中完成。 v七、七、 尿素工艺概念尿素工艺概念v七、七、 尿素工艺概念尿素工艺概念图图4 . PIC4 . PIC尿素装置改造后的高压系统流程尿素装置改造后的高压系统流程 v八、八、 尿素工艺流程描述尿素工艺流程描述斯塔米卡邦从科威特斯塔米卡邦从科
32、威特PICPIC尿素装置的改造中形成了尿素装置的改造中形成了AvancoreAvancore 尿尿素工艺概念，其流程如图素工艺概念，其流程如图5 5。 图图5 5 AvancoreAvancore 尿素工艺流程尿素工艺流程 因采用无氧操作，池式冷凝器冷凝反应比较完全，部分因采用无氧操作，池式冷凝器冷凝反应比较完全，部分CO2CO2直接直接送入合成塔，所以出池式冷凝器的气体量比较少，这部分气体通过压送入合成塔，所以出池式冷凝器的气体量比较少，这部分气体通过压力控制阀减压到力控制阀减压到1 18MPa8MPa进人中压洗涤系统；出汽提塔的含尿素溶液进人中压洗涤系统；出汽提塔的含尿素溶液仍进入低压分解
33、循环系统。仍进入低压分解循环系统。v九九、AvancoreAvancore尿素工艺流程描述尿素工艺流程描述 高压设备全部采用高压设备全部采用SafurexSafurex 材料材料( (SandvikSandvik工厂材料交货期为工厂材料交货期为4848个个月月) )，设备腐蚀显著减轻；很多项目不需要做检测，只需要目测即可，设备腐蚀显著减轻；很多项目不需要做检测，只需要目测即可，设备检测周期建议，设备检测周期建议6a6a检测检测1 1次。高压系统开车实现氨和次。高压系统开车实现氨和CO2CO2同步投入同步投入；升温速率可以提高，因；升温速率可以提高，因SafurexSafurex 材料有与碳钢相
34、同的膨胀系数。材料有与碳钢相同的膨胀系数。 取消了空气鼓风机和脱氢反应器，高压系统做到无氧操作，反应系统取消了空气鼓风机和脱氢反应器，高压系统做到无氧操作，反应系统惰性气少，操作安全性提高。惰性气少，操作安全性提高。 取消了高压洗涤器，用中压洗涤系统替代高压洗涤系统。取消了高压洗涤器，用中压洗涤系统替代高压洗涤系统。 高压圈物料仍采用重力流动，且取消了液氨喷射器。高压圈物料仍采用重力流动，且取消了液氨喷射器。 尿素合成塔和汽提塔均安装在地面，而池式冷凝器安装在合成塔顶部尿素合成塔和汽提塔均安装在地面，而池式冷凝器安装在合成塔顶部。 采用采用AvancoreAvancore 工艺概念的尿素装置框
35、架高度仍可以保持在工艺概念的尿素装置框架高度仍可以保持在22m22m以内以内v十十、AvancoreAvancore尿素工艺特点尿素工艺特点 1 1、配有与合成塔等压的氨气提塔，氨气提分离出的、配有与合成塔等压的氨气提塔，氨气提分离出的NHNH3 3和和COCO2 2，在合成压力下冷凝返回合成塔，其冷凝热可以，在合成压力下冷凝返回合成塔，其冷凝热可以产生低压蒸汽。产生低压蒸汽。 2 2、尿素合成采用较高、尿素合成采用较高NHNH3 3/CO/CO2 2，高，高NHNH3 3/CO/CO2 2减轻了设备减轻了设备腐蚀，钝化空气量得以减少，从而减少了放空气中的氨损腐蚀，钝化空气量得以减少，从而减少
36、了放空气中的氨损失和爆炸危险。失和爆炸危险。 3 3、在合成回路中采用液氨为动力的喷射器来循环甲、在合成回路中采用液氨为动力的喷射器来循环甲铵，节省投资，运行稳定。铵，节省投资，运行稳定。 4 4、气提塔使用钛材，允许在、气提塔使用钛材，允许在200200度条件下操作，提供度条件下操作，提供了高压回路分解效率。了高压回路分解效率。 5 5 、设立中低压两段未反应物回收，操作弹性大。、设立中低压两段未反应物回收，操作弹性大。v十十一、斯纳姆氨汽提工艺特点一、斯纳姆氨汽提工艺特点 认识和掌握尿素生产工艺抓住两条主线，认识和掌握尿素生产工艺抓住两条主线，其一是合成的尿液、分离净化、蒸发浓缩、其一是合
37、成的尿液、分离净化、蒸发浓缩、造粒、直到产出尿素产品，其二是回收：造粒、直到产出尿素产品，其二是回收：高压（等压）汽提气的回收，中压分解气高压（等压）汽提气的回收，中压分解气的回收，低压分解气的回收。这中间还有的回收，低压分解气的回收。这中间还有能量方面的合理的搭配和科学利用的问题，能量方面的合理的搭配和科学利用的问题，简化图如下：简化图如下： v十二、氨汽提法生产的原则流程图十二、氨汽提法生产的原则流程图合成、合成、分离净化分离净化、浓缩、造粒、浓缩、造粒v十二、氨汽提法生产的原则流程图十二、氨汽提法生产的原则流程图回收：高压汽提气回收，中压分离气回收，低压分离气回收回收：高压汽提气回收，中
38、压分离气回收，低压分离气回收v十二、氨汽提法生产的原则流程图十二、氨汽提法生产的原则流程图十三、尿素装置工艺原理十三、尿素装置工艺原理 6.16.1尿素合成原理尿素合成原理 尿素合成的化学反应主要是两个：尿素合成的化学反应主要是两个：2NH32NH3（l l）+CO2+CO2（g g）= NH4COONH2= NH4COONH2（l l）+32560Kcal/kmol+32560Kcal/kmol( (在在1atm1atm，25) (1)25) (1)NH4COONH2NH4COONH2（l l） = CO(NH2)2(l)+H2O-4200kcal/kmol = CO(NH2)2(l)+H2
39、O-4200kcal/kmol (2)(2) 一般认为尿素合成分两步完成，第一步是反应（一般认为尿素合成分两步完成，第一步是反应（1 1），液），液氨和气体氨和气体CO2CO2在液相中反应生成氨基甲酸铵（以下简称甲在液相中反应生成氨基甲酸铵（以下简称甲铵），是强放热反应，反应速度很快。瞬间即可达到平衡，铵），是强放热反应，反应速度很快。瞬间即可达到平衡，而且在平衡条件下而且在平衡条件下CO2CO2转化成甲铵的程度很高。第二步是转化成甲铵的程度很高。第二步是反应（反应（2 2）, ,在液相中甲铵脱水生成尿素，是微吸热反应在液相中甲铵脱水生成尿素，是微吸热反应, ,反应速度较慢反应速度较慢, ,要
40、较长时间才能达到平衡要较长时间才能达到平衡, ,十三、尿素装置工艺原理十三、尿素装置工艺原理 也不能使全部甲铵脱水转化成尿素，且必须在液相中进行。也不能使全部甲铵脱水转化成尿素，且必须在液相中进行。它是合成尿素过程的控制反应。它是合成尿素过程的控制反应。 由于反应（由于反应（1 1）是体积缩小的反应，压力对甲铵生成速度）是体积缩小的反应，压力对甲铵生成速度有很大影响。如其他条件相同，生成速度几乎与压力的平有很大影响。如其他条件相同，生成速度几乎与压力的平方成正比，在一定范围内，提高温度也能提高甲铵的生成方成正比，在一定范围内，提高温度也能提高甲铵的生成速度，纯甲铵在速度，纯甲铵在153153才
41、熔化，但当液相中有水存在时，才熔化，但当液相中有水存在时，其熔点降低。其熔点降低。118118以下时，甲铵几乎不溶于液氨，只有以下时，甲铵几乎不溶于液氨，只有当当118.5118.5以上甲铵才能生成并大量溶解于液氨中以上甲铵才能生成并大量溶解于液氨中. .这些条这些条件决定了操作中的工艺选择和合成塔升温和封塔时最低温件决定了操作中的工艺选择和合成塔升温和封塔时最低温度的要求度的要求. . 尿素的生成尿素的生成 从生成尿素的反应式可知，液态甲铵在一定温度、压力条从生成尿素的反应式可知，液态甲铵在一定温度、压力条件下脱水生成尿素。件下脱水生成尿素。十三、尿素装置工艺原理十三、尿素装置工艺原理 此反
42、应是一个吸热可逆反应，是整个反应的控制步骤，由此反应是一个吸热可逆反应，是整个反应的控制步骤，由甲铵脱水反应速度曲线图（图甲铵脱水反应速度曲线图（图1 1）看出，反应刚开始时，）看出，反应刚开始时，甲铵脱水的速度缓慢，当有尿素及水生成时，反应速度逐甲铵脱水的速度缓慢，当有尿素及水生成时，反应速度逐渐加快，其原因是尿素和水出现后降低了甲铵的熔点渐加快，其原因是尿素和水出现后降低了甲铵的熔点, ,起起自催化的作用，使反应速度逐步加快。温度低于自催化的作用，使反应速度逐步加快。温度低于150150时，时，甲铵脱水反应达到平衡时所需时间较长，其原因是温度低甲铵脱水反应达到平衡时所需时间较长，其原因是温
43、度低于甲铵熔点，于甲铵熔点，反应在固相中进行，速度很慢。反应速度随反应在固相中进行，速度很慢。反应速度随温度的升高而加快温度的升高而加快, ,温度每增高温度每增高1010，反应速度约加快一，反应速度约加快一倍。倍。十三、尿素装置工艺原理十三、尿素装置工艺原理 尿素合成反应转化率的影响因素尿素合成反应转化率的影响因素：在尿素工业中普遍采用在尿素工业中普遍采用CO2CO2转化率来表示反应的完全程度，转化率来表示反应的完全程度，CO2CO2转化率的定义是转化率的定义是总共加入的总共加入的CO2CO2有多少转化为尿素的百分数。有多少转化为尿素的百分数。 温度对温度对CO2CO2转化率的影响转化率的影响
44、 液相甲铵脱水反应是吸热较少，速度较慢的反应。随着液相甲铵脱水反应是吸热较少，速度较慢的反应。随着温度的升高，甲铵脱水反应平衡常数将增大，反应速度也温度的升高，甲铵脱水反应平衡常数将增大，反应速度也增加，因此，提高温度有利于尿素的生成。但温度不能随增加，因此，提高温度有利于尿素的生成。但温度不能随意升高，温度与转化率的关系（如图意升高，温度与转化率的关系（如图2 2）表明，在某一温）表明，在某一温度下转化率有极大值，当超过此温度后，平衡转化率反而度下转化率有极大值，当超过此温度后，平衡转化率反而下降，这一现象可作如下解释：下降，这一现象可作如下解释：十三、尿素装置工艺原理十三、尿素装置工艺原理
45、 尿素合成的总平衡常数尿素合成的总平衡常数K K决定于甲铵离解平衡常数决定于甲铵离解平衡常数K1K1，当，当温度在一定范围以下时（温度在一定范围以下时（190-200190-200）甲铵脱水平衡常数）甲铵脱水平衡常数K2K2随着温度的升高而增大，占总反应的主导作用，当温随着温度的升高而增大，占总反应的主导作用，当温度在度在190-200190-200以上时，随着温度的升高以上时，随着温度的升高K1K1上升，占总上升，占总反应的主导作用，即甲铵的平衡浓度下降，此时部分甲铵反应的主导作用，即甲铵的平衡浓度下降，此时部分甲铵在液相中分解成为游离在液相中分解成为游离CO2CO2和和NH3NH3，从而降
46、低了，从而降低了CO2CO2转化转化率。另外，受率。另外，受R-101R-101材质防腐能力限制，温度不能超过材质防腐能力限制，温度不能超过191900，否则，腐蚀加剧。，否则，腐蚀加剧。 过剩过剩NH3NH3对转化率的影响对转化率的影响 过剩氨是以过剩氨是以CO2CO2为基准，超过化学反应计量的氨量，用为基准，超过化学反应计量的氨量，用NH3/ CO2(NH3/ CO2(分子比分子比) )表示。表示。十二、尿素装置工艺原理十二、尿素装置工艺原理 根据质量作用定律，增加反应物的浓度，反应向有利于生根据质量作用定律，增加反应物的浓度，反应向有利于生成物方向进行，所以过剩成物方向进行，所以过剩NH
47、3NH3的存在能够提高的存在能够提高CO2CO2转化率转化率. .但随过剩但随过剩NH3NH3的进一步增加，转化率增长幅度渐趋平缓。的进一步增加，转化率增长幅度渐趋平缓。此外，过剩此外，过剩NH3NH3可以与水反应成可以与水反应成NH4OHNH4OH降低水的活度，降低水的活度，使平衡向生成尿素的方向进行。过剩使平衡向生成尿素的方向进行。过剩NH3NH3可以控制合成塔可以控制合成塔的自热平衡，维持最适合的反应温度；过剩的自热平衡，维持最适合的反应温度；过剩NH3NH3对防止物对防止物料对合成塔的腐蚀起到一定的限制作用；过剩料对合成塔的腐蚀起到一定的限制作用；过剩NH3NH3的存在的存在还可以抑制
48、副反应的发生，如减少缩二脲的生成，尿素水还可以抑制副反应的发生，如减少缩二脲的生成，尿素水解等。其反应式为：解等。其反应式为： 2CO(NH2)2 = NH2 NH2CONHCONH2+NH32CO(NH2)2 = NH2 NH2CONHCONH2+NH3 缩二脲缩二脲 CO(NH2)2+H2O = 2NH3+CO2CO(NH2)2+H2O = 2NH3+CO2十三、尿素装置工艺原理十三、尿素装置工艺原理 在通常工艺条件下，氨碳比每增加在通常工艺条件下，氨碳比每增加0.10.1，转化率提高，转化率提高0.5-1.0.5-1.0 0个百分点个百分点. .随氨碳比的继续增高或温度的升高或水碳比的随
49、氨碳比的继续增高或温度的升高或水碳比的下降，其效果将降低。氨碳比的提高也有其不利的一面：下降，其效果将降低。氨碳比的提高也有其不利的一面：第一，其它条件相同，物系的饱和蒸汽压随氨碳比升高而第一，其它条件相同，物系的饱和蒸汽压随氨碳比升高而升高，因此需要提高合成的操作压力才能保持物系处于液升高，因此需要提高合成的操作压力才能保持物系处于液态，这使得机泵负荷加重；第二，增加了未反应氨的循环态，这使得机泵负荷加重；第二，增加了未反应氨的循环量，增大了回收工序的负荷和能耗。量，增大了回收工序的负荷和能耗。 H2O/CO2H2O/CO2对转对转化率的影化率的影响响 水水碳碳比是指比是指进进入合成塔的物料
50、中水和入合成塔的物料中水和CO2CO2的分子比的分子比. .由由质质量作用定律知量作用定律知. .增加水即增加了生成物的增加水即增加了生成物的浓浓度，所以水量度，所以水量增加增加会会使使CO2CO2转转化率下降。但在不同化率下降。但在不同温温度下，的影度下，的影响响也不也不一一样样。十三、尿素装置工艺原理十三、尿素装置工艺原理 资料表明资料表明H2O/CO2H2O/CO2每增加每增加0.10.1转化率要下降转化率要下降1.5-2.0%.1.5-2.0%.但是，但是，水的存在是不可避免的，一是甲铵脱水本身有水生成，二水的存在是不可避免的，一是甲铵脱水本身有水生成，二是返回高压系统的甲铵带有水，关
