1、尿素培训资料尿素培训资料一、当代主要尿素生产工艺一、当代主要尿素生产工艺 当代尿素生产，不论是采用哪种流程，当代尿素生产，不论是采用哪种流程，基本由六个工艺单元，即原料供应、尿素基本由六个工艺单元，即原料供应、尿素的高压合成、含尿素溶液的分离过程、未的高压合成、含尿素溶液的分离过程、未反应氨和二氧化碳的回收、尿素溶液的浓反应氨和二氧化碳的回收、尿素溶液的浓缩、造粒与产品输送和工艺冷凝液处理，缩、造粒与产品输送和工艺冷凝液处理，其基本过程如图所示。原料其基本过程如图所示。原料CO2和和NH3被加压送到高压合成圈，反应生成尿素，被加压送到高压合成圈，反应生成尿素，二氧化碳转化率在二氧化碳转化率在5
2、0%75%范围，此过程范围，此过程被称为合成工序；被称为合成工序；分离过程与未反应物回收单元承担着把未转化为尿素的氨和分离过程与未反应物回收单元承担着把未转化为尿素的氨和二氧化碳从溶液中分离出来，并回收返回合成工序，因此这两个二氧化碳从溶液中分离出来，并回收返回合成工序，因此这两个单元被统称为循环工序；最后在真空蒸发和造粒设备中把单元被统称为循环工序；最后在真空蒸发和造粒设备中把70%75%的尿素溶液经浓缩加工为固体产品，称为最终加工工序。的尿素溶液经浓缩加工为固体产品，称为最终加工工序。尽管尿素生产的基本过程相似，但具体的流程、工艺条件、设尽管尿素生产的基本过程相似，但具体的流程、工艺条件、
3、设备结构等方面，各厂均不同。不论是那张工艺流程，生产原料的备结构等方面，各厂均不同。不论是那张工艺流程，生产原料的消耗上大体是相同的，其流程的先进与否主要表现在公用工程即消耗上大体是相同的，其流程的先进与否主要表现在公用工程即水、电、汽的消耗上。尿素生产流程的改进过程，实质就是公用水、电、汽的消耗上。尿素生产流程的改进过程，实质就是公用工程消耗降低的过程。工程消耗降低的过程。下面按改进过程介绍当代几种主要的尿素生产工艺流程。下面按改进过程介绍当代几种主要的尿素生产工艺流程。二二)传统水溶液全循环工艺传统水溶液全循环工艺 传统的水溶液全循环法，又称碳铵盐水溶液全循环法，是在四五十年代传统的水溶液
4、全循环法，又称碳铵盐水溶液全循环法，是在四五十年代最早实现全循环的尿素生产流程。其中有代表性的方法有：蒙特卡梯尼法、最早实现全循环的尿素生产流程。其中有代表性的方法有：蒙特卡梯尼法、东洋高压法、化学建设工程公司法、斯塔米卡邦法、隆札法和中国的水溶液东洋高压法、化学建设工程公司法、斯塔米卡邦法、隆札法和中国的水溶液全循环法。中国采用水溶液全循环法的中型尿素厂（全循环法。中国采用水溶液全循环法的中型尿素厂（11万吨万吨/年）有年）有30多套；多套；小型尿素厂（小型尿素厂（4万吨万吨/年）有几十套。年）有几十套。工艺流程工艺流程(下页）下页）消耗定额（消耗定额（11万吨万吨/年）年）v液氨（以液氨（
5、以100%氨计）：氨计）：0.580t（正常消耗值）（正常消耗值）vCO2（以（以100%CO2计）计）0.785t v蒸汽（蒸汽（1.275Mpa干饱和蒸汽）：干饱和蒸汽）：1.7 tv电：电：160KWhv冷却水：（温升冷却水：（温升6）：）：130 140m3二二)日本的日本的ACES工艺工艺 日本三井东压化学公司（日本三井东压化学公司（Mitsui Toatsu Chemicals,MTC)是是1968年由原东洋高压工业公司和三井化学工业公司合并组成。年由原东洋高压工业公司和三井化学工业公司合并组成。东洋工程公司（东洋工程公司（TOYO engineering corporation,
6、TEC)创立于创立于1961年年5月。月。东洋工程东洋工程-三井东压，最先于三井东压，最先于60年代开发了水溶液全循环年代开发了水溶液全循环A法，随法，随后又开发了后又开发了B法、法、C法、改良法、改良C法、法、D法。法。1983年开发的年开发的ACES工艺（及工艺（及Advanced Cost Energy Saving Process的缩写，意思是的缩写，意思是“节约投资降低能耗节约投资降低能耗”的工艺，实质是的工艺，实质是CO2汽提尿素与水溶液全循环尿素的结合，也属于汽提尿素与水溶液全循环尿素的结合，也属于CO2汽提尿素的一种工汽提尿素的一种工艺），该工艺的主要特点是高压系统采用了两个高
7、压甲铵冷，一个高艺），该工艺的主要特点是高压系统采用了两个高压甲铵冷，一个高压甲铵冷副产蒸汽，一个高压甲铵冷用于加热汽提塔出来的尿液，分压甲铵冷副产蒸汽，一个高压甲铵冷用于加热汽提塔出来的尿液，分解回收部分采用中压、低压分解与回收，蒸发工艺采用预浓缩工艺。解回收部分采用中压、低压分解与回收，蒸发工艺采用预浓缩工艺。工艺流程工艺流程 ACESACES工艺特点工艺特点采用了较低的合成压力采用了较低的合成压力,高压部分操作压力为高压部分操作压力为17.5MPa(表）表）该工艺在合成塔内设置了折流板，避免了合成塔内溶液的返混，提该工艺在合成塔内设置了折流板，避免了合成塔内溶液的返混，提高了二氧化碳的转
8、化率，合成塔内实现了在较低压力下高氨碳比的操作。高了二氧化碳的转化率，合成塔内实现了在较低压力下高氨碳比的操作。由于合成压力较低，二氧化碳压缩所需能耗减少。同时由于由于合由于合成压力较低，二氧化碳压缩所需能耗减少。同时由于由于合成塔内二氧化碳转化率高，以及汽提塔汽提效率高，甲铵液返回高压圈成塔内二氧化碳转化率高，以及汽提塔汽提效率高，甲铵液返回高压圈的循环量少，也降低了能耗。的循环量少，也降低了能耗。采用了新型汽提塔，汽提效率高采用了新型汽提塔，汽提效率高 汽提塔分两段，上段为塔板，下段为降膜式加热器，通过塔板调节汽提塔分两段，上段为塔板，下段为降膜式加热器，通过塔板调节溶液氨碳比，以适应在汽
9、提塔下部降膜式蒸汽加热器中所进行的有效二溶液氨碳比，以适应在汽提塔下部降膜式蒸汽加热器中所进行的有效二氧化碳汽提操作。氧化碳汽提操作。v9、经验显示，市场自己会说话，市场永远是对的，凡是轻视市场能力的人，终究会吃亏的！22.8.1022.8.10Wednesday,August 10,2022v10、判断对错并不重要，重要的在于正确时获取了多大利润，错误时亏损了多少。8:49:528:49:528:498/10/2022 8:49:52 AMv11、没有竞争的地方表示没有市场。22.8.108:49:528:49Aug-2210-Aug-22v12、为了能拟定目标和方针，一个管理者必须对公司内
10、部作业情况以及外在市场环境相当了解才行。8:49:528:49:528:49Wednesday,August 10,202213、不要只看塔尖，二三线市场比一线的更大。22.8.1022.8.108:49:528:49:52August 10,2022v14、有些事情是不能等待的。假如你必须战斗或者在市场上取得最有利的地位，你就不能不冲锋、奔跑和大步行进。2022年8月10日星期三上午8时49分52秒8:49:5222.8.10v15、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the cr
11、owd:a little bit more。2022年8月上午8时49分22.8.108:49August 10,2022v16、我总是站在顾客的角度看待即将推出的产品或服务，因为我就是顾客。2022年8月10日星期三8时49分52秒8:49:5210 August 2022v17、当有机会获利时，千万不要畏缩不前。当你对一笔交易有把握时，给对方致命一击，即做对还不够，要尽可能多地获取。上午8时49分52秒上午8时49分8:49:5222.8.10 同时，降膜管上的液体分布器和塔底的气体分布器均为特殊设计的结构。同时，降膜管上的液体分布器和塔底的气体分布器均为特殊设计的结构。可以适应对含有较多
12、过剩氨的、高转化率尿液的二氧化碳汽提以获得较可以适应对含有较多过剩氨的、高转化率尿液的二氧化碳汽提以获得较高的汽提效率，使汽提后尿液的氨含量较低。高的汽提效率，使汽提后尿液的氨含量较低。有效而充分的回收利用热量有效而充分的回收利用热量 高压圈并联设置了两个甲铵冷，其中一个甲铵冷副产蒸汽，一个加热高压圈并联设置了两个甲铵冷，其中一个甲铵冷副产蒸汽，一个加热汽提塔出来的尿液，同时用中压吸收塔的甲铵反应热加热蒸发的尿液。汽提塔出来的尿液，同时用中压吸收塔的甲铵反应热加热蒸发的尿液。除高压二氧化碳汽提外，同时以部分二氧化碳从压缩机段间引出，在低除高压二氧化碳汽提外，同时以部分二氧化碳从压缩机段间引出，
13、在低压分解工段进行汽提，而后以溶液的方式返回尿塔，这样可以提高低压压分解工段进行汽提，而后以溶液的方式返回尿塔，这样可以提高低压分解效率，也可以降低压缩机的电耗。分解效率，也可以降低压缩机的电耗。公用工程消耗公用工程消耗 蒸汽：输入蒸汽：输入2.5MPa（绝）（绝）570Kg,输出输出0.5MPa（绝）（绝）90Kg 电耗：电耗：121KWh，冷却水：冷却水：51t三）荷兰斯塔米卡帮公司的二氧化碳汽提法尿素工艺三）荷兰斯塔米卡帮公司的二氧化碳汽提法尿素工艺 斯塔米卡帮公司斯塔米卡帮公司(Stamicarbon.B.V)是荷兰国营矿业公司（是荷兰国营矿业公司（DSM）的子公司，在的子公司，在40
14、年代后期开始研究尿素生产工艺，早期尿素生产因为尿年代后期开始研究尿素生产工艺，早期尿素生产因为尿塔等设备的严重腐蚀问题，影响生产的正常运行和生产技术的推广。直塔等设备的严重腐蚀问题，影响生产的正常运行和生产技术的推广。直到到1953年，斯塔米卡帮公司提出在二氧化碳原料气中加入少量氧气的办年，斯塔米卡帮公司提出在二氧化碳原料气中加入少量氧气的办法，解决了尿素设备的腐蚀问题，为后来尿素生产的大规模发展开辟了法，解决了尿素设备的腐蚀问题，为后来尿素生产的大规模发展开辟了道路，由该公司设计的第一个工业规模的尿素厂于道路，由该公司设计的第一个工业规模的尿素厂于1956年投产。年投产。在在60年代初，斯塔
15、米卡帮公司与国营矿业公司研究中心一起，开发了年代初，斯塔米卡帮公司与国营矿业公司研究中心一起，开发了新的二氧化碳汽提法尿素工艺。从新的二氧化碳汽提法尿素工艺。从1964年建设日产年建设日产20吨尿素的实验厂开吨尿素的实验厂开始，到始，到1967年二氧化碳汽法尿素工厂正式投产，随后在很多国家建设了年二氧化碳汽法尿素工厂正式投产，随后在很多国家建设了二氧化碳汽法尿素工厂。二氧化碳汽法尿素工厂。1）工艺流程）工艺流程 2）消耗定额（设计指标，以每吨尿素计）消耗定额（设计指标，以每吨尿素计）氨（氨（100%）580kg 电电 20KWh 二氧化碳（二氧化碳（100%）770kg 冷却水（温升按冷却水（
16、温升按13）88m3 3.8MPa(绝绝)蒸汽蒸汽 1530kg 3）工艺指标）工艺指标（1）二氧化碳压缩）二氧化碳压缩 操作压力操作压力 一段入口一段入口 0.165MPa(绝绝)四段出口四段出口 13.8 14.1 MPa(绝绝)原料原料CO2组成组成 CO2 98.5%（体积）（体积）CO 0.2%（体积）（体积）H2 1.0%（体积）（体积）S 2mg/Nm3 甲醇甲醇 150PPm 防腐空气（折成防腐空气（折成O2含量）含量）0.75%0.85%（体积）（体积）（2）脱氢反应器）脱氢反应器(末端）末端）操作压力操作压力：13.8 14.1 MPa(绝绝)操作温度操作温度：入口气体入口
17、气体 150 出口气体出口气体 300 （1%H2反应温升反应温升45）出口气组成出口气组成：H2及其他可燃气体及其他可燃气体 50PPm O2%0.7%(体积）体积）催化剂层阻力：催化剂层阻力：正常正常0.1 MPa 最大最大0.2 MPa（3）高压液氨泵）高压液氨泵操作压力：操作压力：入口入口 2.3MPa（绝）（绝）出口出口16 16.3MPa（绝）（绝）操作温度：操作温度：入口入口 30 40液氨组成：液氨组成：NH3 99.5%(质量）质量）H2O0.5%(质量）质量）H2+N2 0.02%(质量）质量）油油 10PPm（4）合成系统）合成系统合成塔合成塔操作压力：操作压力：13.5
18、 14.5MPa（绝）（绝）操作温度（顶部）：操作温度（顶部）：180 183出口气相氨碳比：出口气相氨碳比：3.0 3.5 塔内液相氨碳比：塔内液相氨碳比：2.8 2.85CO2转化率：转化率：5558%汽提塔汽提塔操作压力：操作压力：13.5 14.5MPa（绝）（绝）操作温度：操作温度：160 170 出口液相氨含量：出口液相氨含量：6 8%(质量）质量）加热蒸汽压力：加热蒸汽压力：2.1MPa（绝）（绝）加热蒸汽温度：加热蒸汽温度：214 高压甲铵冷高压甲铵冷操作压力：操作压力：13.8MPa(绝）绝）操作温度：操作温度：167副产蒸汽压力：副产蒸汽压力：0.45MPa(绝）绝）高压洗
19、涤器高压洗涤器操作压力：操作压力：13.8MPa(绝）绝）操作温度：操作温度：出口液相出口液相 160 165 出口气相出口气相 90 110 高调水：高调水：入口入口 125 130 温升温升 5 10（5）低压分解回收）低压分解回收循环加热器循环加热器操作压力：操作压力：0.3MPa(绝）绝）操作温度：操作温度：135低压甲铵冷低压甲铵冷冷凝压力：冷凝压力：0.25MPa(绝）绝）冷凝温度：冷凝温度：75 4）二氧化碳汽提法尿素工艺的特点）二氧化碳汽提法尿素工艺的特点 汽提法工艺的出现，突破了传统的水溶液全循环工艺未反应物的回汽提法工艺的出现，突破了传统的水溶液全循环工艺未反应物的回收方式
20、，使尿素生产的辅助能耗大幅度降低，其特点如下：收方式，使尿素生产的辅助能耗大幅度降低，其特点如下：（1）克服了传统的水溶液全循环工艺的一些缺点：）克服了传统的水溶液全循环工艺的一些缺点：克服了在较低压力与温度下的分解与回收氨和二氧化碳，而不能回收利克服了在较低压力与温度下的分解与回收氨和二氧化碳，而不能回收利用甲铵生成热的缺点用甲铵生成热的缺点 在高压下冷凝吸收氨和二氧化碳，回收利用甲铵生成热并节省冷却水在高压下冷凝吸收氨和二氧化碳，回收利用甲铵生成热并节省冷却水克服了由于逐级降压分解、逐级冷凝吸收而设置庞大的循环回收系统的克服了由于逐级降压分解、逐级冷凝吸收而设置庞大的循环回收系统的缺点。减
21、少了设备，简化了流程，降低了投资。缺点。减少了设备，简化了流程，降低了投资。克服了由于高浓度、高压力和较高温度的甲铵液返回合成塔所造成的甲克服了由于高浓度、高压力和较高温度的甲铵液返回合成塔所造成的甲铵泵缸头和填料腐蚀疲劳开裂等较难解决的问题。（以喷射泵代替柱塞铵泵缸头和填料腐蚀疲劳开裂等较难解决的问题。（以喷射泵代替柱塞泵）泵）克服了返回合成塔甲铵液水碳比较高的缺点。克服了返回合成塔甲铵液水碳比较高的缺点。（2）简化了流程，减少了设备。高压系统的合成塔、汽提塔、高压冷简化了流程，减少了设备。高压系统的合成塔、汽提塔、高压冷凝器等三个设备的物料是靠重力自行流动循环，减少了动力设备。凝器等三个设
22、备的物料是靠重力自行流动循环，减少了动力设备。（3）提高了热能和塔的利用率。）提高了热能和塔的利用率。二氧化碳汽提法实质上是采用两段合成，即液氨和气体二氧化碳生二氧化碳汽提法实质上是采用两段合成，即液氨和气体二氧化碳生产甲铵的放热反应在高压甲铵冷里进行，可以回收反应热而副产蒸汽。产甲铵的放热反应在高压甲铵冷里进行，可以回收反应热而副产蒸汽。甲铵脱水反应在尿塔内进行，由于生成甲铵的热量在甲铵冷里被导出，甲铵脱水反应在尿塔内进行，由于生成甲铵的热量在甲铵冷里被导出，所以合成塔不需要加入过剩氨来维持自热平衡，而合成塔内物料的较少，所以合成塔不需要加入过剩氨来维持自热平衡，而合成塔内物料的较少，也使合
23、成塔的容积得到充分的利用。也使合成塔的容积得到充分的利用。（4）热利用好。）热利用好。蒸汽分级使用，并尽量利用各级冷凝液的闪蒸蒸汽，所以热利用较蒸汽分级使用，并尽量利用各级冷凝液的闪蒸蒸汽，所以热利用较好，体现了按质用能的原则。好，体现了按质用能的原则。四）意大利斯纳姆普罗盖蒂（四）意大利斯纳姆普罗盖蒂（Snamprogetti)氨汽提法尿素工艺氨汽提法尿素工艺 意大利斯纳姆普罗盖蒂（意大利斯纳姆普罗盖蒂（Snamprogetti)公司创立于公司创立于1956年，是埃年，是埃尼（尼（ENi)集团的一个子公司，在集团的一个子公司，在60年代初开始尿素生产的研究。年代初开始尿素生产的研究。1966
24、年年第一个以氨作为汽提气的日产第一个以氨作为汽提气的日产70吨的尿素厂建成投产。吨的尿素厂建成投产。早期工艺的尿素厂，称为第一代氨汽提法。其设备采用框架式立体早期工艺的尿素厂，称为第一代氨汽提法。其设备采用框架式立体布置，气氨直接加入汽提塔底部。在布置，气氨直接加入汽提塔底部。在70年代中期，改进了设计，设备改年代中期，改进了设计，设备改为平面布置。而且也不向汽提塔直接加氨气，这就是所谓的自汽提工艺为平面布置。而且也不向汽提塔直接加氨气，这就是所谓的自汽提工艺或称为第二代氨汽提工艺，是目前采用的方法。或称为第二代氨汽提工艺，是目前采用的方法。1）工艺流程说明工艺流程说明 由合成氨厂送来的约由合
25、成氨厂送来的约0.105MPa（绝）、（绝）、40的二氧化碳，加入少量的二氧化碳，加入少量空气后进入离心式二氧化碳压缩机，加压到空气后进入离心式二氧化碳压缩机，加压到16 MPa（绝）送入尿素合（绝）送入尿素合成塔。成塔。由合成氨厂送来的液氨经计量后进入液氨贮槽，然后用液氨升压泵将由合成氨厂送来的液氨经计量后进入液氨贮槽，然后用液氨升压泵将液氨分别送到高压液氨泵与中压吸收塔，液氨升压泵为单级离心电动力液氨分别送到高压液氨泵与中压吸收塔，液氨升压泵为单级离心电动力式泵，液氨升压式泵，液氨升压0.6 MPa，高压液氨泵为高速离心泵，将液氨加压到，高压液氨泵为高速离心泵，将液氨加压到22MPa2）消
26、耗定额）消耗定额 设计指标设计指标(以以1吨尿素计）吨尿素计）氨（氨（100%）570kg 电电 26.5KWh 二氧化碳（二氧化碳（100%）740kg 冷却水冷却水 99m3 蒸汽蒸汽 970kg 3）工艺特点）工艺特点实现自汽提：利用合成塔出液中所含过剩氨，在合成操作压力下并用蒸实现自汽提：利用合成塔出液中所含过剩氨，在合成操作压力下并用蒸汽加热降膜换热器汽加热降膜换热器(汽提塔），把二氧化碳汽提出来，同时在合成操作压汽提塔），把二氧化碳汽提出来，同时在合成操作压力下将汽提出来的氨和二氧化碳进行冷凝回收成甲铵液返回合成塔。力下将汽提出来的氨和二氧化碳进行冷凝回收成甲铵液返回合成塔。动力消
27、耗低：二氧化碳进料量的动力消耗低：二氧化碳进料量的85%左右在高压合成回路中循环，其他左右在高压合成回路中循环，其他约约15%的二氧化碳以甲铵液的形式经泵加压返回合成塔。这样就大大减的二氧化碳以甲铵液的形式经泵加压返回合成塔。这样就大大减少了向高压系统输送氨与甲铵液所需的动力。少了向高压系统输送氨与甲铵液所需的动力。副产蒸汽：氨与二氧化碳在高温、高压下发生反应放出大量的热量而副副产蒸汽：氨与二氧化碳在高温、高压下发生反应放出大量的热量而副产蒸汽，同时回收的甲铵液比传统的水溶液回收的物料温度高很多，也产蒸汽，同时回收的甲铵液比传统的水溶液回收的物料温度高很多，也减少了加热低温物料所需的供热量。减
28、少了加热低温物料所需的供热量。高压系统封塔时间长：因高压回路采用过剩氨，汽提塔采用钛材所以高压系统可高压系统封塔时间长：因高压回路采用过剩氨，汽提塔采用钛材所以高压系统可以连续几天封塔保压，加上分解装置大量采用降膜换热器，因而物料在在装置以连续几天封塔保压，加上分解装置大量采用降膜换热器，因而物料在在装置内存量少，且不必排放。内存量少，且不必排放。五）意大利蒙特爱迪生等压双循环工艺（五）意大利蒙特爱迪生等压双循环工艺（IDR）v 蒙特爱迪生集团公司（蒙特爱迪生集团公司（MontedisonGroup)原名蒙特卡梯尼原名蒙特卡梯尼爱迪生公司爱迪生公司（Montedison Edison.S.P.
29、A)系意大利蒙特卡梯尼与爱迪生公司于系意大利蒙特卡梯尼与爱迪生公司于1966年合并组成。该年合并组成。该公司是意大利目前最大的化学品公司。公司是意大利目前最大的化学品公司。v 蒙特卡梯尼公司在本世纪蒙特卡梯尼公司在本世纪30年代就开始进行尿素工艺的研究。年代就开始进行尿素工艺的研究。1935年建成日产年建成日产6吨不吨不循环法装置，循环法装置，1953成日产成日产100吨全循环法装置。世界上第一批工业规模的半循环和全循环吨全循环法装置。世界上第一批工业规模的半循环和全循环法尿素中，蒙特卡梯尼技术是其中的重要技术之一。法尿素中，蒙特卡梯尼技术是其中的重要技术之一。v 70年代末，蒙特爱迪生开发了
30、一种称为等压双循环（年代末，蒙特爱迪生开发了一种称为等压双循环（IDR及及Isobaric Doubie Recycle）的尿素新工艺。）的尿素新工艺。1981年这个工艺首先应用于一个日产年这个工艺首先应用于一个日产300吨的老厂改造并获得吨的老厂改造并获得成功，后来又建成数厂，最大能力成功，后来又建成数厂，最大能力1700吨吨/日。本法的最主要特点是采用了氨和二氧化碳日。本法的最主要特点是采用了氨和二氧化碳两种汽提技术。两种汽提技术。v1)工艺流程工艺流程v2）消耗定额）消耗定额 氨（氨（100%）570kg 电电 123KWh 二氧化碳（二氧化碳（100%）740kg 冷却水冷却水（最小温
31、升（最小温升 8.5）88m3 蒸汽蒸汽：3.6MPa（绝），（绝），435 700kg 3）工艺特点）工艺特点 IDR工艺的主要特点工艺的主要特点IDR高压圈：高压圈：由合成塔由合成塔第一汽提塔（氨）第一汽提塔（氨）第二汽提塔（二氧化碳）第二汽提塔（二氧化碳）第一、第二高压甲铵冷凝第一、第二高压甲铵冷凝器和高压甲铵分离器等设备构成了器和高压甲铵分离器等设备构成了IDR的高压圈的高压圈.在合成塔内生成尿素的反应，在上下两段进行。上段的氨碳比为在合成塔内生成尿素的反应，在上下两段进行。上段的氨碳比为3.75，下段的，下段的氨碳比为氨碳比为4.1。增加下段氨碳比的目的在于提高气相中的氨分压，从而提
32、高二氧。增加下段氨碳比的目的在于提高气相中的氨分压，从而提高二氧化碳的转化率，其转化率可达化碳的转化率，其转化率可达71%以上。以上。在第一汽提塔内主要是分解合成液也中未转化成尿素的甲铵，而在第二汽提塔在第一汽提塔内主要是分解合成液也中未转化成尿素的甲铵，而在第二汽提塔中主要是游离氨的蒸出。中主要是游离氨的蒸出。v此外，第一汽提塔的出气直接进入合成塔上段；而第二汽提塔的出气进入高压此外，第一汽提塔的出气直接进入合成塔上段；而第二汽提塔的出气进入高压甲铵冷冷凝放热并副产蒸汽。两个汽提塔负荷分配的好坏，将直接影响到合成甲铵冷冷凝放热并副产蒸汽。两个汽提塔负荷分配的好坏，将直接影响到合成塔的热平衡和
33、整个系统的蒸汽平衡。而甲铵冷中氨和二氧化碳的冷凝量与产汽塔的热平衡和整个系统的蒸汽平衡。而甲铵冷中氨和二氧化碳的冷凝量与产汽压力不直接影响合成塔的热平衡，这有利于合成塔的稳定操作。压力不直接影响合成塔的热平衡，这有利于合成塔的稳定操作。v4）设备设计特点）设备设计特点v合成塔：塔内由一隔板将塔分成上下两段，长度比约合成塔：塔内由一隔板将塔分成上下两段，长度比约4:1,分别装有分别装有9块塔板和块塔板和4块塔板。反应物先送到上段的底部，穿过多层塔板上升到顶部，而后通过导管块塔板。反应物先送到上段的底部，穿过多层塔板上升到顶部，而后通过导管流到塔底部，再从下塔顶部流出，故合成塔与汽提塔均可以放置在
34、地面上。流到塔底部，再从下塔顶部流出，故合成塔与汽提塔均可以放置在地面上。v高压甲铵冷凝器内均装了甲铵喷射泵。用高压甲铵液作为动力流体，将二氧高压甲铵冷凝器内均装了甲铵喷射泵。用高压甲铵液作为动力流体，将二氧化碳汽提气送到第一第二甲铵冷，同时加强了塔内液体循环，也改善了冷凝器化碳汽提气送到第一第二甲铵冷，同时加强了塔内液体循环，也改善了冷凝器的传热。的传热。v采用双相防腐剂：气相用空气中的氧，液相用采用双相防腐剂：气相用空气中的氧，液相用H2O2。v采用了防止尾气爆炸措施，控制尾气氧含量低于采用了防止尾气爆炸措施，控制尾气氧含量低于4.5%（体积），以防尾气爆（体积），以防尾气爆炸。炸。六）美
35、国尿素技术公司的热循环法尿素工艺六）美国尿素技术公司的热循环法尿素工艺v尿素技术公司尿素技术公司UTI(Urea T echnologies INC)是美国的一家尿素装置设计和建设公司。这是美国的一家尿素装置设计和建设公司。这个公司由个公司由I.Mavrovic组建。于组建。于1959年至年至1965年在美国年在美国Chemico公司从事尿素的设计和开公司从事尿素的设计和开发工作，发工作，1965年开创热循环尿素工艺年开创热循环尿素工艺(HR)。用此技术改造了数套老的尿素装置。同时也。用此技术改造了数套老的尿素装置。同时也建造了几套新的尿素装置。规模最大的为建造了几套新的尿素装置。规模最大的为
36、1200吨吨/日的装置。日的装置。v1)工艺流程工艺流程(下页）下页）v2）消耗定额）消耗定额 氨（氨（100%）580kg 电电 137.5KWh 二氧化碳（二氧化碳（100%）750kg 冷却水冷却水（温升（温升 8）88m3 蒸汽蒸汽 800Kg 3）工艺特点）工艺特点 采用等温尿素合成塔采用等温尿素合成塔 氨、二氧化碳、甲铵液从塔顶进入盘管。在管内进行放热的甲铵生成反应，物料从盘管氨、二氧化碳、甲铵液从塔顶进入盘管。在管内进行放热的甲铵生成反应，物料从盘管下端出来后，在合成塔内由下而上流动。这时由甲铵脱水生产尿素所需的热量，即有盘管下端出来后，在合成塔内由下而上流动。这时由甲铵脱水生产
37、尿素所需的热量，即有盘管内的甲铵生成热来提供。由于反应近似等温，二氧化碳装化率高达内的甲铵生成热来提供。由于反应近似等温，二氧化碳装化率高达74%，这就减少了循环，这就减少了循环的甲铵量和下游设备尺寸。等温合成塔是这个工艺的关键。的甲铵量和下游设备尺寸。等温合成塔是这个工艺的关键。占总量占总量40%的二氧化碳直接加入到中压系统，节省大量压缩功的二氧化碳直接加入到中压系统，节省大量压缩功 约占总量约占总量40%的二氧化碳直接加入到中压系统，再以甲铵的形式返回尿塔，这不仅有利的二氧化碳直接加入到中压系统，再以甲铵的形式返回尿塔，这不仅有利于热量回收，而且可以节省大量的二氧化碳压缩功。于热量回收，而
38、且可以节省大量的二氧化碳压缩功。反应热回收利用充分反应热回收利用充分 甲铵生成热的利用率高达甲铵生成热的利用率高达85%以上，被用来加热较冷的物料，在尿液浓度达到以上，被用来加热较冷的物料，在尿液浓度达到8688%以前，只有第一分解器一个设备使用蒸汽，所以蒸汽耗量大大降低。以前，只有第一分解器一个设备使用蒸汽，所以蒸汽耗量大大降低。采用了甲铵浓度分析仪采用了甲铵浓度分析仪 在高压甲铵泵的进口管道上。装有甲铵浓度分析仪，自动控制尿素合成系统的水平衡，在高压甲铵泵的进口管道上。装有甲铵浓度分析仪，自动控制尿素合成系统的水平衡，同时可以监测和防止第一甲铵冷凝器产生结晶，甲铵浓度分析仪是热循环工艺同时
39、可以监测和防止第一甲铵冷凝器产生结晶，甲铵浓度分析仪是热循环工艺 的支柱。的支柱。七）各工艺合成塔操作条件对比七）各工艺合成塔操作条件对比八）各工艺的消耗对比八）各工艺的消耗对比二、我厂初步设计流程二、我厂初步设计流程一、工艺流程一、工艺流程空 气空 气尿 素 工 艺 流 程 图来 自 蒸 汽 冷 凝 液 泵4巴 吸 收 塔常 压 吸 收 塔 循 环 水 冷 却 器常 压 吸 收 塔 循 环 泵常 压 吸 收 塔低 压 甲 铵 冷 凝 器 液 位 槽低 压 甲 铵 冷 凝 器循 环 加 热 器液 滴 分 离 器高 压 氨 泵空 气 鼓 风 机高 压 甲 铵 泵精 馏 塔CO2压 缩 机尿 素
40、合 成 塔汽 提 塔闪 蒸 槽高 压 洗 涤 器脱 氢 反 应 器甲 铵 冷 凝 器高 压 喷 射 器水 解 塔水 解 给 料 泵水 解 塔 换 热 器解 吸 塔 换 热 器解 吸 塔解 吸 塔 给 料 泵工 艺 冷 凝 液 槽回 流 泵4巴 吸 收 塔 冷 却 器4巴 吸 收 塔 给 料 泵废 水 冷 却 器回 流 冷 凝 器回 流 冷 凝 器 分 离 器尿 液 贮 槽尿 素 溶 液 泵一 段 蒸 发 器一 段 蒸 发 分 离 器一 段 蒸 发 冷 凝 器升 压 器一 段 蒸 发 喷 射 器二 段 蒸 发 器二 段 蒸 发 第 一 喷 射 器脱 硫 塔高 压 CO2加 热 器高 压 CO2冷
41、 却 器脱 硫 后 过 滤 器空 气去 界 区尿 素 产 品尿 素 装 置液 氨空 气CO2低 压 蒸 汽二、流程简述二、流程简述v1.CO2压缩压缩v来自低温甲醇洗的来自低温甲醇洗的CO2气体进入气体进入CO2 压缩机，经压缩到压缩机，经压缩到1.43Mpa（A绝压）后冷却绝压）后冷却到到80，进入，进入CO2 脱硫槽，在脱硫槽中脱除脱硫槽，在脱硫槽中脱除CO2气中的无机硫和有机硫。脱硫后气中的无机硫和有机硫。脱硫后的的CO2气加入来自工艺空气压缩机的防腐空气后进入中压气加入来自工艺空气压缩机的防腐空气后进入中压CO2冷却器，冷却到冷却器，冷却到40送入送入CO2压缩机的三段入口，经三、四、
42、五段压缩后的压缩机的三段入口，经三、四、五段压缩后的CO2气体压力为气体压力为15.9Mpa（A），约），约125进入高压进入高压CO2加热器，加热至加热器，加热至200进入脱氢反应器，在脱氢反应进入脱氢反应器，在脱氢反应器中可燃烧气体与氧气燃烧，脱除其中的可燃气体。脱除可燃气体后的器中可燃烧气体与氧气燃烧，脱除其中的可燃气体。脱除可燃气体后的CO2温度将温度将升至升至250左右。进入高压左右。进入高压CO2冷却器冷却到冷却器冷却到120送入尿素装置。送入尿素装置。v1)脱硫脱硫v由于脱氢触媒对硫中毒十分敏感，要求气体中的总硫含量小于由于脱氢触媒对硫中毒十分敏感，要求气体中的总硫含量小于0.1
43、ppm，因此需配，因此需配套设置精脱硫。从目前开发成功的干法精脱离硫技术比较，最为成功的首选湖北化套设置精脱硫。从目前开发成功的干法精脱离硫技术比较，最为成功的首选湖北化学所学所JTL-1，其特点如下：，其特点如下：v（1）采用常温脱硫）采用常温脱硫+水解有机硫分层装填水解有机硫分层装填“夹心饼夹心饼”式组合型式。开发的精脱硫剂式组合型式。开发的精脱硫剂均可在低常温下（均可在低常温下（5100）使用，脱硫精度高（）使用，脱硫精度高（0.03ppm）。常温脱硫剂用）。常温脱硫剂用T101，中间采用有机硫水解剂（，中间采用有机硫水解剂（T504），最后再装），最后再装T102精脱硫剂。最终出口气体
44、精脱硫剂。最终出口气体达到达到Ts0.03ppm。v（2）开发由上述各种精脱硫的剂组合的）开发由上述各种精脱硫的剂组合的JTL-1常温精脱硫新工艺。常温精脱硫新工艺。JTL-1新工艺可新工艺可以解决以煤、重油制气的各种工况下的精脱硫。与传统的高温精脱硫工艺（以解决以煤、重油制气的各种工况下的精脱硫。与传统的高温精脱硫工艺（Co-Mo加氢催化剂串加氢催化剂串ZnO）相比较，它们有显著的优势：几乎无能耗价格低廉，不需硫化）相比较，它们有显著的优势：几乎无能耗价格低廉，不需硫化或还原，操作简单、或还原，操作简单、v2）脱氢）脱氢v脱脱H2过程的原理是过程的原理是CO2中的可燃气体在铂催化剂的作用下，
45、在中的可燃气体在铂催化剂的作用下，在150下可与氧气发下可与氧气发生燃烧反应：生燃烧反应：vH2+1/2 O2 =H2O+57798cal/molvCO+1/2 O2=CO2+67786cal/molv以上反应均为放热反应，反应后的以上反应均为放热反应，反应后的CO2气体温度升到气体温度升到180左右，必须冷却到左右，必须冷却到120才能进入系统。才能进入系统。v2.尿素装置尿素装置v尿素是通过液氨和气体二氧化碳在约尿素是通过液氨和气体二氧化碳在约170185 13.514.5MPa 下按下列反应合成下按下列反应合成的的:v 2NH3+CO2 =NH2COONH4v NH2COONH4=NH2
46、CONH2+H2Ov反应首先生成氨基甲酸铵（简称甲铵），该反应迅速，为放热反应；第二个反应很反应首先生成氨基甲酸铵（简称甲铵），该反应迅速，为放热反应；第二个反应很慢，为吸热反应，甲铵脱水生成尿素。二氧化碳在整个合成反应中的转化率为慢，为吸热反应，甲铵脱水生成尿素。二氧化碳在整个合成反应中的转化率为8081%。v从尿素合成塔排出的未反应的甲铵通过气提、加热分解，以水溶液的形式被回收。从尿素合成塔排出的未反应的甲铵通过气提、加热分解，以水溶液的形式被回收。v（1）原料氨和二氧化碳的压缩、输送）原料氨和二氧化碳的压缩、输送v来自界区的原料液氨经氨过滤器送到高压液氨泵（来自界区的原料液氨经氨过滤器送
47、到高压液氨泵（P4121A/B/C）加压到约）加压到约16.2MPa（A）。为防止泵堵塞，液氨中的杂质在氨过滤器中除掉，高压液氨泵入口处的温度）。为防止泵堵塞，液氨中的杂质在氨过滤器中除掉，高压液氨泵入口处的温度必须高于必须高于15，同时要比操作压力下的沸点低至少，同时要比操作压力下的沸点低至少10以免产生汽蚀。液氨经高压以免产生汽蚀。液氨经高压喷射器进入高压甲铵冷凝器。喷射器进入高压甲铵冷凝器。v从二氧化碳压缩机来的二氧化碳约为从二氧化碳压缩机来的二氧化碳约为125，15.0MPa（A）进入气提塔。）进入气提塔。v（2）高压合成及回收）高压合成及回收v摩尔比为摩尔比为2:1的液氨和二氧化碳进
48、入合成工段。尿素合成塔（的液氨和二氧化碳进入合成工段。尿素合成塔（T4131）的液体混合物）的液体混合物通过降液管流至通过降液管流至CO2气提塔（气提塔（E4131），温度为），温度为180183。在塔内混合液与二氧。在塔内混合液与二氧化碳逆流接触，同时被加热。由于化碳逆流接触，同时被加热。由于CO2的气提作用，降低气相中的的气提作用，降低气相中的NH3 的分压，从的分压，从而使而使NH3从溶液中大量析出，而溶液中的从溶液中大量析出，而溶液中的NH3含量降低，甲铵分解所需的热量由高含量降低，甲铵分解所需的热量由高压蒸汽饱和器（压蒸汽饱和器（V4172）产生的约）产生的约2.0MPa（A）的蒸汽
49、提供。气提塔顶气体送入高）的蒸汽提供。气提塔顶气体送入高压甲铵冷凝器（压甲铵冷凝器（E4132）顶部，液氨和从）顶部，液氨和从v高压洗涤器（高压洗涤器（E4133）排出的甲铵液经高压喷射器（）排出的甲铵液经高压喷射器（J4131）也送到高压甲铵冷）也送到高压甲铵冷凝器顶部，在此进行甲铵生成反应，并副产低压蒸汽。此处液氨的加入时为了调凝器顶部，在此进行甲铵生成反应，并副产低压蒸汽。此处液氨的加入时为了调节尿素合成塔顶的出口气相节尿素合成塔顶的出口气相NH3/CO2的摩尔比为的摩尔比为3.03.5，这是尿素生成所需的，这是尿素生成所需的最适宜的比例。高压甲铵冷凝器底部出来的甲铵液、冷凝及未冷凝的氨
50、和二氧化最适宜的比例。高压甲铵冷凝器底部出来的甲铵液、冷凝及未冷凝的氨和二氧化碳混合物进入尿素合成塔底部，进行尿素的生成反应。碳混合物进入尿素合成塔底部，进行尿素的生成反应。v合成塔出口气体送入高压洗涤器进行冷凝吸收，高压洗涤器由下部的管壳式换热合成塔出口气体送入高压洗涤器进行冷凝吸收，高压洗涤器由下部的管壳式换热器和上部的填料床层两部分组成。填料床层里的气体被来自低压甲铵冷凝器器和上部的填料床层两部分组成。填料床层里的气体被来自低压甲铵冷凝器（E4141）的甲铵液吸收，冷凝热在换热器里被加热的冷却水移走，热水在闭路）的甲铵液吸收，冷凝热在换热器里被加热的冷却水移走，热水在闭路循环系统里循环。
