尿素工艺流程 PPT课件

第三节合成尿素工艺流程(一)传统水溶液全循环法(二)溶液全循环改良C法二、水溶液全循环法尿素生产流程有多种，最早实现工业化的方法是不循环法和部分循环法，后来被水溶液全循环法代替，又出现各种气提法流程。虽然方法、其实现的工艺流程和工艺条件不同，但生产原理是相同的。主要介绍尿素生产的工艺流程、主要设备和操作条件。一、不循环法和部分循环法尿素生产工业化早期实现的是不循环和部分循环流程，两种方法在生产尿素时必定伴有大量副产物生成，此种流程已不再采用。(一)传统水溶液全循环法1．工艺流程（见294页图）2．主要设备（尿素合成塔）合成塔工艺操作条件:压力20-22MPa、温度190-200℃，氨碳比4-4.5，水碳比0.6-0.7，转化率约62-64%，应符合高压容器要求，外壳应用保温材料大中型尿素工厂采用衬里式合成塔合成塔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。最早采用空塔，不设置内件，塔高径比较大。后采用高径比小的塔，常设置混合器或筛板等内件，减少返混的影响。1）ＣＯ２气提-循环-回收系统流程示意（图）经合成塔合成ＣＯ２约有62%转化为尿素，合成液经节流阀减压至1.7-1.8MPa，进预分离器。预分离器上部气体经换热，95%ＣＯ２和全部水蒸气及部分ＮＨ３吸收成甲胺液进一段吸收塔，用液氨吸收剩下的5%ＣＯ２成甲胺液，全部甲胺液由一吸收塔底部经加压泵回合成塔。一段吸收塔气体（ＮＨ３、惰气)经氨冷器冷却，冷下液氨送氨贮槽，不凝气(少量ＮＨ３、惰气）进惰气洗塔，洗下的氨液返回一吸收塔。*2）尿素蒸发造粒系统流程示意(图) 一段蒸发器在250mmHg(绝)、130℃下，尿液浓度达95-96%； 二段蒸发器在25mmHg、137-140℃下，尿液浓度达99.7%。*3、水溶液全循环法特点 缺点： ①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，不但冷凝热得不到利用，反而需要消耗大量的冷却水。 ②一段甲铵泵腐蚀严重，制造、操作、维修都较麻烦； ③流程过于复杂。优点：（1）循环动力消耗较小；（2）不耗费贵重溶剂、投资省。*未转化的氨和二氧化碳以水溶液形式进行循环，故循环动力消耗较小；高浓度甲铵液在90-95℃时循环进入合成塔(二)溶液全循环改良C法1．工艺流程（见296-297页图）日本三井东压/东洋工程全循环改良C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。2．主要设备（尿素合成塔）尿素合成塔操作条件：压力23-25MPa、温度190-200℃，氨碳比4，水碳比0.37，转化率约72%，外壳应用保温材料改良C法的尿素合成塔采用高径比为18的空塔，用钛作衬里，耐高温腐蚀。3．改良C法的特点优点：（1）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，降低了分解循环吸收负荷。（2）采用结晶重熔方法，可制得缩二脲低于0.35%的产品。缺点：热回收利用不高，总能耗优于传统水溶液全循环法，但不及各种气提法流程。三、气提法气提法也是水溶液全循环流程，但采用了气提技术。因水溶液全循环法具有能耗大、成本高、甲铵泵腐蚀严重、流程复杂等缺点。气提法是针对此法缺点而产生的。 气提法生产尿素：把合成塔排出的合成反应液，在合成压力和较高温度下，在“气提塔”内与气提气（CO2、NH3等）逆流接触，将NH3和CO2从尿液中气提出来，然后将气体导入“高压甲铵冷凝器”，与新鲜氨合并冷凝为甲铵液，放出热量用于副产蒸汽。因甲铵冷凝压力与合成压力基本相等，故甲铵靠重力即可返回合成塔。 一．工艺条件选择 二．高压冷凝原理 三．ＣＯ２气提法 四．氨气提法(一)工艺条件选择ＣＯ２气提法生产中，在一定温度、压力下，气提只能提出75%ＣＯ２和85％ＮＨ３，故需设置低压循环进一步分解和回收。1．Ｔ：因气提需热，故升高温度有利，又温度太高，会使设备腐蚀加剧，副反应增加，故应在180左右生产。2．Ｐ：Ｐ降低使甲铵分解，对过量氨蒸出及吸收有利，气提效率提高，但为节省能耗，常选用Ｐ气提=Ｐ合成。3．液气比：即进入气提塔尿素液与ＣＯ２的重量比。它由合成反应本身的加料组成确定，不可任意改变。生产中为保证每根管子内的正常流量，防止管子造成严重腐蚀，一般气提塔内液气比控制在4左右。4．停留时间：生产上以接近1min为宜。(二)高压冷凝原理气提出的ＮＨ３、ＣＯ２气体需冷凝成甲铵再进入合成塔。NH3(g)+CO2(g)≒NH4COONH2(l)+Q此反应速度快，且为强放热反应，故工业上用高压甲铵冷凝器进行ＮＨ３、ＣＯ２气体的冷凝和甲铵的生成反应，放出热量用于产生蒸汽。回收蒸汽可降低能耗。实际上高压甲铵冷凝器是一付产蒸汽的锅炉。(三)ＣＯ２气提法2．主要设备1）尿素合成塔：总高33m,内径2.8m，塔内安放8块等距筛板，将反应器分成9个串联的小室，安放筛板的目的是防止返混，增大气液接触混合作用。2）ＣＯ２气提塔：直立降膜式裂管换热器，此塔是全过程中腐蚀最苛刻的设备，加热管采用耐腐蚀性优的低碳不锈钢，以抗高温、强腐蚀。3）高压冷凝器：直立管壳式换热器4）高压洗涤器：上部有防爆空间；中部有鼓泡吸收泵；下部有浸没式冷凝泵上面四台设备构成了系统的高压圈尿素合成塔操作条件：压力14MPa、温度180-185℃，氨碳比2.8-2.9，水碳比0.4-0.5，转化率57-58%。1．工艺流程（见298页图）荷兰Stamicarbon公司于1967年创建ＣＯ２气提技术。3、CO2气提法的特点目前工业上用此法较多，与其它方法比较，优点：1、气提效率高，使未反应物大部分直接返回，少量残余物在一次低压分解循环可回收。因等压操作，省去1.8-2.0MPa中压分解、中压吸收，流程短、设备少、易操作。2、操作压力、温度、氨碳比低，降低了合成塔的要求。节省压缩机和泵的动力。3、蒸汽用量，冷却水用量少。P合=P气，高压甲铵冷凝器余热温度高，放热多，用于产生蒸汽，有利于能量的利用。4、输送设备少，无甲铵泵等。缺点：①高压、低氨碳比下设备腐蚀严重，需特别处理。②因氨碳比低，使尿素中缩二脲略高于其他法。③CO2转化率较低，增大了循环量。*CO2气提法的高压部分采用位差使液体物料自行流动，可省去输送设备，要保持位差，就得使各设备间有一定的高度差，这样必有一些设备靠巨大的框架结构来支撑。（四）氨气提法1．工艺流程（见301页图）意大利Snamprogetti公司在20世纪60年代开发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，经过气提的液相仍含有大量氨，气提效果不佳。此公司在70年代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。Snamprogetti氨气提工艺仅次于Stamicarbon二氧化碳气提，也是世界上最主要的生产技术。2．主要设备1）尿素合成塔：总高约40m,内径2.2m，塔内安放10多块等距筛板，将反应器分成若干个串联的小室，安放筛板的目的是防止返混，增大气液接触混合作用。2）NH3气提塔：直立管壳式换热器，加热管采用的材料为钛或锆，以抗高温、强腐蚀。 尿素合成塔操作条件：压力15MPa、温度185-190℃，氨碳比3.4-3.6，水碳比0.4-0.6，转化率65%左右。3、NH3气提法的特点优点：①提高合成氨碳比，提高转化率，有利于提高气提效率。②通过热气提方式，使未转化物直接返回。③高压冷凝器副产蒸汽，有利于利用能量。④采用高氨碳比，减轻设备腐蚀。缺点：①气提效率较CO2气提法差，需要设置中压分解循环，流程长，设备较多。②因气提、分解系统ＮＨ３含量高，故所需操作温度较高。③因中、低、真空分解系统皆有氨冷系统，故放空惰气中ＮＨ３增多。④因氨碳比较高，气提合成液需设中压1.8MPa分解系统回收，否则氨无法平衡。 第四节：生产中的安全与发展动态一．腐蚀问题二．爆炸问题三．尿素生产发展方向四.尿素生产公司简介A中原大化集团有限责任公司B金陵石化公司化肥厂一．腐蚀问题气相腐蚀：潮湿ＣＯ２腐蚀设备液相腐蚀：高Ｔ高Ｐ尿素和甲铵液影呐尿素溶液腐蚀的主要因素有：(1)熔融液的组成水碳比增大时，促进水解，有利于游离氰酸(HCNO)的腐蚀，因此使腐蚀加剧。增大氨碳比则相反，因有抑制作用，故可减轻腐蚀。(2)硫化物杂质不锈钢和钛等材料所以能耐腐蚀，主要是由于它的表面上生成有保护作用的氧化膜。无论是H2S或有机硫化物都是还原剂，会破坏金属表面的氧化膜和阻碍氧化膜的重新生成，因而加剧腐蚀。原料二氧化碳中硫化物含量一般不能超过15mg／m3。(3)氧氧的存在有助于生成保护性氧化膜，尤其是采用铬镍钼不锈钢作合成塔衬里时，必须保持反应物料中有一定量的氧，如缺氧就会发生急剧的腐蚀。一般控制原料二氧化碳中含氧0.75-1.0％已足以使不锈钢得到良好的保护。(4)温度无论何种金属，温度升高时腐蚀都加剧。这是因为温度升高而降低了氧的溶解度，不利于氧化膜保持完整及修复过程。因此，对不同材料规定了使用温度，如超低碳Cr-Ni-Mo不锈钢316L＜195℃;工业纯钛＜205℃;锆＜230℃。(5)氯Cl-能强烈地腐蚀不锈钢制尿素设备，世界上有百多个尿素工厂，已发生有12台冷凝器因C1-高而腐蚀严重，故要求锅炉给水中Cl-含量应小于0.02ppm，并应有5%的排污量。从尿素生产中尾气的组成来看，原料氨本身是爆炸性物质，而且原料液氨溶解有少量“惰性”气体，其中含有爆炸性的H2和CH4。来自合成氨装置的CO2气随所用原料及工艺的不同而总含有一定量的“惰性”气体，其中往往有数量不等的爆炸性组分如H2,CH4,CO等。出于防止设备腐蚀的目的，CO2原料气还配入空气或氧气。这样的气体混合物在尿素生产的分离回收循环中不会爆炸，因其中爆炸性组分和氧的浓度都很低，处于爆炸限以外。只有在待排放的尾气中，爆炸性组分达到了相当高的程度，才有爆炸的可能。排放尾气通常是含有NH3、H2、CH4、CO、N2、O2和水蒸汽等多种组分的混合物。这种混合气体在一定温度、压力下存在一个爆炸范围区。发生爆炸必须有两个条件，即其组成在爆炸范围区内，而且又存在引爆源。火花、静电、雷击、摩擦、撞击等等都可以是引爆源。二．爆炸问题可能发生爆炸的组成叫做该物系的爆炸范围或爆炸限。如常压和20℃下，O2-H2二元系混合物的爆炸限为4-94％，NH3-O2的爆炸限要窄些为15-79%。随着温度及压力的增加，H2-O2和NH3-O2的爆炸限均随之扩大。从尿素合成塔排出(导入高压洗涤器)的气体，其组成大致是：CO2NH3H2H2OO2N221.567.81.863.671.024.12吸收后：H21.26％，O214.3％，N271.5％，NH32.05％在高压洗涤器中将氨及二氧化碳完全吸收是不适宜的防范措施：1.一般的防爆措施，如装设雷电防护措施、设置静电消除器，尾气放空管防止回火等等。2.严格控制工艺条件，使尾气远离爆炸限；使吸收后尾气组成不进入爆炸限，变为非爆炸性气体，这可借助于加惰性气体稀释。（N2CO2或水蒸汽等气体）试验发现，CO2的惰性效应比N2强，水蒸汽的惰性则与N2相近。3.消除油类、电火花、撞击等引爆源；如果有油污等杂物带进高压洗涤器，粘附在填料上，则填料段的爆炸危险性增大。4.对于高压设备中的爆炸性气体，可在设备上采用防爆措施，将容器的气相空间分为大小两个空间，其间有隔板分开。当小空间的气体一旦发生爆炸，则隔板破裂，大小空串通，可避免设备壳体被破坏。5.减少防腐用空气的加入量。6.预先将原料二氧化碳中的氢脱除。这可从根本上不形成爆炸性尾气。为此，在原料二氧化碳压缩机出口设置一台脱氢反应器，以铂为催化剂，利用催化燃烧反应使氢燃烧成为水。此时，其它少量可燃组分如CH4、CO等也同时除去。为防止催化剂中毒，要求原料不含H2S。尿素生产中的尾气虽有爆炸的危险，但操作得当，是完全可以避免的。三．尿素生产发展方向目前以气提法为主，联尿法也有所发展。方向是：①提高尿素转化率；②充分利用各种能量，使能耗降低；③提高尿素质量，降低缩二脲和水的含量，提高尿素抗结块性。传统水溶液全循环法生产尿素的工艺流程*传统水溶液全循环法生产尿素的工艺流程1-液氨过滤器；2-液氨缓冲槽；3-液氨高压泵；4-液氨预热器；5-二氧化碳压缩机；6-尿素合成塔；7-预分离器；8-中压分解加热器；9-中压分解分离器；10-低压分解塔；11-低压分解加热器；12-闪蒸槽；13-一段蒸发加热器；14-一段蒸发分离器；15-二段蒸发加热器；16-二段蒸发分离器；17-熔融尿素泵；18-造粒喷头；19-中压吸收塔；20-氨冷凝器（B）；21-氨冷凝器（A）；22-惰性气体洗涤器；23-高压甲铵泵；24-低压循环第一冷凝器；25-低压循环第二冷凝器；26-低压甲铵泵；27-氨水泵；28-解吸塔；29-解吸塔热交换器；30-解吸塔给料泵；31-碳铵液槽；32-尾气吸收塔；33-碳铵液冷凝器；34-碳铵液循环泵；35-升压器；36-一段蒸发表面冷凝器；37-一段蒸发喷射器；38-二段蒸发表面冷凝器；39-二段蒸发喷射器（A）；40-中间冷凝器；41-二段蒸发喷射器（B）；42-二段蒸发冷凝液液封槽；43-蒸发冷凝液泵；44-中间冷凝液封槽；45-尿液缓冲槽；46-尿素溶液泵传统水溶液全循环法合成、分解回收流程示意图ＣＯ２气提-循环-回收系统工艺流程图*尿素蒸发造粒系统工艺流程图一段分解塔底来﹙74-75%尿液）粗料返回系统 CO2气提法工艺流程示意图*放空高压甲铵冷凝器尿素合成塔气提塔 氨气提法工艺流程80%尿液去蒸发冷结系统中国石化金陵石化公司化肥厂枫叶牌尿素金陵石化公司化肥厂位于南京市东北郊,毗邻景色秀丽的栖霞山，北临长江.化肥厂始建于70年代初，系从外国引进的大型化肥装置，以石脑油为原料，设计能力为年产合成氨30万吨、加工成52万吨粒状尿素。依靠科技进步，在“消化、吸收、改造”引进装置中取得了显著成绩。自94年以来，连续三年生产59万吨尿素，96年生产68.01万吨，具世界同类装置之首。河南省中原大化集团有限责任公司http://www.zydh.com/(原河南省中原化肥厂)该公司拥有固定资产15.4亿元，是国家大型一类企业，现有职工2480人，各种工程技术人员900余人。企业年生产30万吨合成氨、52万吨尿素、2万吨双氧水、6000吨工业循环水处理剂、1.2万吨三聚氰胺.年产30万吨合成氨装置，采用英国帝国化学公司ICI-AMV工艺，年产52万吨尿素，装置采用意大利斯纳姆公司氨汽提工厂。其显著特点是工艺先进、能耗低、自动化程度高。内蒙古天野化工（集团）有限责任公司隶属于中海石油化学股份有限公司，原称内蒙古化肥厂，地处黄河河套地区附近的呼和浩特市工业开发区，是建于上世纪90年代中期的一家大型氮肥生产企业。是“八五”期间国家和自治区重点建设项目，总投资30.06亿元。生产规模为年产合成氨30万吨、尿素52万吨、甲醇20万吨。主要产品为天野牌尿素，现已销往内蒙、河北、北京、天津、山东、安徽、浙江等全国各地，并出口到古巴、韩国、朝鲜、越南等国家。年营业额达1亿元。*是“八五”期间国家和自治区重点建设项目，总投资30.06亿元，设计生产能力为年产合成氨30万吨，尿素52万吨，合成氨、尿素等主要生产装置由国外引进，具有九十年代国际先进水平。天野公司的企业精神是“团结奋进、求实创新”，主要产品为天野牌尿素，现已销往内蒙、河北、北京、天津、山东、安徽、浙江等全国各地，并出口到古巴、韩国、朝鲜、越南等国家，在广大客户中享有一定的声誉。内蒙古天野化工（集团）有限责任公司是国家和内蒙古自治区“八五” 重点建设项目，设计规模为年产30万t合成氨、52万t尿素，是内蒙古自治区最大的化工企业，也是我国最新引进技术和设备建成的大型现代化化肥企业之一。 　　主体装置成套由国外引进，合成氨装置以减压渣油为原料，采用SHELL 气化工艺，空分采用德国LINDE技术，净化采用低温甲醇洗、液氮洗工艺，合成采用美国KELLOGG低能耗合成工艺技术，日产合成氨1000t：尿素装置采用意大利SNAM公司氨气提工艺，日产尿素1760t；整套生产装置具有当代世界先进水平，工艺技术居世界一流。 　　天野化工集团的主导产品“天野”牌尿素，主要供农业用，工业上亦有广泛用途。经过全国质量联检，其产品质量均达到国家（GB2440－2001）中规定的优等品标准。“天野”牌尿素除销往全国许多省、市、自治区外，还远销到东南亚、赞比亚、古巴等国家和地区，受到广大农民朋友的热烈欢迎。  面对激烈的竞争，天野化工集团将继续实施内涵发展战略，加快外延发展步伐，通过实施油改气联产甲醇技改项目，优化产品结构，全面提升企业的综合竞争力，项目完成后，企业将以合成氨、尿素、甲醇为基础，延伸产业链，逐步建成自治区最大的化工基地。  主体装置成套由国外引进，合成氨装置以减压渣油为原料，采用SHELL 气化工艺，空分采用德国LINDE技术，净化采用低温甲醇洗、液氮洗工艺，合成采用美国KELLOGG低能耗合成工艺技术，日产合成氨1000t：尿素装置采用意大利SNAM公司氨气提工艺，日产尿素1760t；整套生产装置具有当代世界先进水平，工艺技术居世界一流。企业原来是以渣油为原料，2005年改为天然气，生产每年大约需要天然气6亿立方米，2005年9月30日正式通气，但目前每年只能供气约4.5亿立方米。气源是从陕京天然气二期工程分输而来，分输站设在呼和浩特西南方向，距离天野公司约22千米。***未转化的氨和二氧化碳以水溶液形式进行循环，故循环动力消耗较小；高浓度甲铵液在90-95℃时循环进入合成塔*CO2气提法的高压部分采用位差使液体物料自行流动，可省去输送设备，要保持位差，就得使各设备间有一定的高度差，这样必有一些设备靠巨大的框架结构来支撑。*传统水溶液全循环法生产尿素的工艺流程1-液氨过滤器；2-液氨缓冲槽；3-液氨高压泵；4-液氨预热器；5-二氧化碳压缩机；6-尿素合成塔；7-预分离器；8-中压分解加热器；9-中压分解分离器；10-低压分解塔；11-低压分解加热器；12-闪蒸槽；13-一段蒸发加热器；14-一段蒸发分离器；15-二段蒸发加热器；16-二段蒸发分离器；17-熔融尿素泵；18-造粒喷头；19-中压吸收塔；20-氨冷凝器（B）；21-氨冷凝器（A）；22-惰性气体洗涤器；23-高压甲铵泵；24-低压循环第一冷凝器；25-低压循环第二冷凝器；26-低压甲铵泵；27-氨水泵；28-解吸塔；29-解吸塔热交换器；30-解吸塔给料泵；31-碳铵液槽；32-尾气吸收塔；33-碳铵液冷凝器；34-碳铵液循环泵；35-升压器；36-一段蒸发表面冷凝器；37-一段蒸发喷射器；38-二段蒸发表面冷凝器；39-二段蒸发喷射器（A）；40-中间冷凝器；41-二段蒸发喷射器（B）；42-二段蒸发冷凝液液封槽；43-蒸发冷凝液泵；44-中间冷凝液封槽；45-尿液缓冲槽；46-尿素溶液泵ＣＯ２气提-循环-回收系统工艺流程图**是“八五”期间国家和自治区重点建设项目，总投资30.06亿元，设计生产能力为年产合成氨30万吨，尿素52万吨，合成氨、尿素等主要生产装置由国外引进，具有九十年代国际先进水平。天野公司的企业精神是“团结奋进、求实创新”，主要产品为天野牌尿素，现已销往内蒙、河北、北京、天津、山东、安徽、浙江等全国各地，并出口到古巴、韩国、朝鲜、越南等国家，在广大客户中享有一定的声誉。内蒙古天野化工（集团）有限责任公司是国家和内蒙古自治区“八五” 重点建设项目，设计规模为年产30万t合成氨、52万t尿素，是内蒙古自治区最大的化工企业，也是我国最新引进技术和设备建成的大型现代化化肥企业之一。 　　主体装置成套由国外引进，合成氨装置以减压渣油为原料，采用SHELL 气化工艺，空分采用德国LINDE技术，净化采用低温甲醇洗、液氮洗工艺，合成采用美国KELLOGG低能耗合成工艺技术，日产合成氨1000t：尿素装置采用意大利SNAM公司氨气提工艺，日产尿素1760t；整套生产装置具有当代世界先进水平，工艺技术居世界一流。 　　天野化工集团的主导产品“天野”牌尿素，主要供农业用，工业上亦有广泛用途。经过全国质量联检，其产品质量均达到国家（GB2440－2001）中规定的优等品标准。“天野”牌尿素除销往全国许多省、市、自治区外，还远销到东南亚、赞比亚、古巴等国家和地区，受到广大农民朋友的热烈欢迎。  面对激烈的竞争，天野化工集团将继续实施内涵发展战略，加快外延发展步伐，通过实施油改气联产甲醇技改项目，优化产品结构，全面提升企业的综合竞争力，项目完成后，企业将以合成氨、尿素、甲醇为基础，延伸产业链，逐步建成自治区最大的化工基地。