尿素培训材料

精品文档 1欢迎下载 第一章第一章 尿素工艺概况尿素工艺概况 第一节第一节 化工基础知识化工基础知识 一 化学基础知识 1 元素 原子与分子 世界上任何物质都是元素组成的 具有相同核电荷数的 通一类原子叫元素 采用一定的符号来表示各种元素 叫做 元素符号 尿素装置所涉及到的主要元素有 氢 H 碳 C 氮 N 氧 O 硫 S 铬 Cr 镍 Ni 钼 Mo 等 分子是能够独立存在而仍具有该物质一却化学特性的最 小微粒 用组成分子的各种原子的元素符号来表示这种分子 就形成了分子式 尿素装置中最常用的分子式 物质名称二氧化碳氢气空气尿素缩二脲 分子式CO2H2NH2CONH2NH2CONH CONH 2 物质名称氨氧气氮气甲铵 分子式NH3O2N2NH4COONH2 2 化学反应 当两种以上的物质相互作用产生化学变化时便发生了化 学反应 用元素符号和分子表示化学反应的等式叫化学方程式 它不仅表示了化学反应过程中 反应物转化生成物的变化关 系 而且还表示了反应物转化生成的过程的定量关系 精品文档 2欢迎下载 二 化工基础知识 化工生产是以煤 石油 天然气 水 空气等天然资源 或农副产品为原料 经过一系列化学变化或化学处理为主要 手段 改变物质原来的性质 状态和组成 制成所需的产品 1 化工单元操作 化学工业的种类很多 涉及酸 碱 化肥 医药以及石 油化工等 它们所采用的生产方法 工艺流程 设备大小也 往往千差万别 各有不同 它们之所以统归化学工业范筹 首先是因为这些工业过程中所用的原料最终变为产品 不仅 在物质上发生了变化 而且一般地都伴随化学性质的变化 而这些不同的生产过程都是一些基本操作组成 如流体的流 动与输送 压缩 分离 传热 蒸发 精馏 解吸 吸收 冷却 破碎等操作 我们把这些操作称为化学基本单元操作 若干单元操作串联起来就构成了一个化工产品的生产过程 在尿素的生产工艺中几乎包括了所有的化工单元操作 2 化工单元操作分类 按照单元操作所遵循的基本规律不同可归纳为几个基本 过程 1 动量传递过程 包括遵循流体动力学规律的一些 单元操作 如流体的流动与输送 沉降 离心泵以及固态流 态化 空气压缩等 2 热量传递过程 简称传热过程 包括主要遵循热 精品文档 3欢迎下载 交换基本规律的一些单元操作 如传热 蒸发 冷凝等 3 质量传递过程 简称传质过程 即物质通过扩散 从一个相转移到另一个相的过程 包括蒸发 解吸 吸收 干燥等单元操作 4 热力过程 包括遵循热力学规律一些单元操作 如冷冻等 5 机械过程 包括遵循机械力学的一些单元操作 如固体的粉碎 筛分等 3 化工单元操作简介 1 传热 传热是化工生产中必不可少的操作过程 生产中的传热过程 通常都是在两种流体之间进行的 某些 场合下粒状固态物料也参与传热过程 如造粒的冷却过程 实现冷 热流体之间热量传递的设备称为换热器 传热的基本方式有三种 传导 对流 辐射 2 蒸发 通过加热使溶液中的一部分溶剂汽化并除 去的操作 称之为蒸发 蒸发是一个体现传热过程基本过程 的单元操作 蒸发操作一般都是在溶液的沸点下进行的 在蒸发过程 中 只有溶剂是挥发性物质 溶质是不挥发的 这就是说当 溶液被加热沸腾后 只有溶剂汽化 溶质在整个过程中的数 量不变 这就使蒸发操作的显著特点之一 进行蒸发操作的必备条件是 必须不断的供给热量和排 除已经汽化的蒸汽 精品文档 4欢迎下载 根据蒸发时压强的不同 可将蒸发操作分为常压蒸发 加压蒸发和减压蒸发三种类型 3 气体吸收 气体吸收是利用适当的液体吸收剂来 处理气体混合物 以使其中的一种或多种组分由气相转入液 相的操作 吸收的基本依据是利用气体混合物中各个组分在 吸收剂中的溶解度的不同 从而将其中溶解度最大组份分离 出来 尿素装置中吸收塔的操作是为了回收气体中有效成分 如氨 同时减少有害气体 NH3 H2S 等 对环境的污染 由 此可见 吸收操作与提高产品质量 增加产量 降低消耗 消除污染 保证人身体健康具有密切的关系 吸收操作的好坏 在很大程度上取决于能否选择一种适 宜的吸收剂 4 干燥 利用加热时固体物料中的湿分 包括水分 或其它溶剂 汽化并出去的操作成为干燥 根据热能传给湿 物料的方法不同 干燥可分为 间接加热干燥 对流干燥 辐射干燥和介电加热干燥 5 解吸 解吸是吸收的逆过程 传热方向与吸收方 向相反 溶质由液相向气相传递 其目的是回收液体中的 溶质和使吸收剂再生循环使用 6 蒸馏 化工生产中为了达到提纯或回收有效组份 的目的 常常需要对液体均相混合物进行分离 蒸馏就是分 离液体均相混合物的单元操作 对混合物的分离总是利用其 精品文档 5欢迎下载 中各组分某种性质的差异 蒸馏操作就是借助于液体混合物 中各组份挥发能力的差异而达到分离的目的 按蒸馏方式与分离程度分类 可分为简单蒸馏 平衡蒸 馏 或叫闪蒸 和精馏 7 闪蒸 为连续操作的定常过程 带有一定压力和 温度的尿液 经节流阀急剧减压至规定压力进入闪蒸器中 在闪蒸器中与规定的压力下部分料液迅速汽化 从顶部进入 冷凝器中被冷凝成液体 其中易挥发组份含量较高 进入 下一工序 另一部分为气化的液体中易挥发的组分含量较高 由闪蒸器底部抽出 成为底部产品 8 精馏 工业上的精馏分离通常采用连续操作 其 主要设备包括精馏塔 再沸器 或循环加热器 冷凝器等 按操作压强分 可分为常压 加压 减压精馏 3 化工过程的基本规律 对千变万化的各种化工生产过程都可以将其单元操作归 纳在几个化工基本生产过程中 并遵循其各自的基本规律 但这些基本过程又同时遵循着某些共同的规律 掌握和运用 这些过程的共同规律 有助于我们从工程观点出发去分析某 个过程技术生的可行性和经济上的合理性 这些共同的规律 是 1 质量守恒 在化工生产中 随着过程的进行 物 质在不断的起着变化 但在一个固定的系统或固定的设备内 精品文档 6欢迎下载 它必须符合 输入的物料 输出的物料量 物料的损失量 2 能量守恒 在化工生产中 除了物质的变化 还 必然伴随着能量的转换 例如 在流体流动与输送中 就存 在流体的位能 动能 静压能或外加机械能的转化问题 在 热量的传递过程和质量传递过程中 也存在着冷热流体之间 以及环境之间的热量交换问题 根据能量守恒定律 在任何 一个系统中 输入的物料 输出的物料量 物料的损失量 3 平衡关系 在化工生产过程中 像固体的溶解与 结晶 气体的吸收等操作过程 都是在一定条件下由不平衡 向平衡状态转化 以达到过程进行的最大限度 一个过程在 一定条件下能否进行 能进行到什么程度 都可以由平衡关 系推知 同时还能为生产操作条件的选择和改进提供依据 4 过程的速率 平衡关系只说明过程的方向和极限 而过程进行的快慢在工程上是比平衡关系更重要 单位时间 里的各种过程进行的变化称之为过程的速率 过程的速率越 高 设备的生产能力越大 在同样产量的条件下 设备尺寸 可以越小 过程的速率可以用如下基本关系表示 过程的速率 过程的推动力 过程的阻力 过程的推动力是过程在某一瞬间状态的因素距离平衡状 态因素的差额 在流体流动过程中 它表现为位差或压差 在传热过程中它是冷热流体的温差 在传质过程中 它是物 质的浓度差 构成过程阻力的因素很多 而且同样是因过程 精品文档 7欢迎下载 的性质不同而不同 提高过程速率的途径在于加大过程的推 动力和减少过程的阻力 第第二二节节 尿尿素素的的性性质质 尿素 是由于人及哺乳动物的尿液中含有这种物质而得 名 分子式为 CO NH2 2或写成 H2NCONH2 NH2 化学结构式 O C NH2 在尿素工业生产中 常用符号 Ur 来表示尿素 1 物理性质 纯粹的尿素为无色 无味 无嗅的针状或柱状晶体 工 业尿素因含有杂质常为白色 淡黄色或淡红色 纯尿素的理 论含氮量为 46 65 分子量为 60 06 2 化学性质 尿素呈微碱性 但不能使一般指示剂变色 与酸作用可 生成盐类 例如 尿素与硝酸反应生成硝酸 CO NH2 2HNO3 尿 素与磷酸作用生成磷酸尿素 CO NH2 2 H3PO4 尿素与盐类相互作用可生成络合物 例如 尿素与硝酸 钙反应生成 Ca NO3 2 4CO NH2 2 尿素与磷酸一钙作用时 反应如下 Ca NO3 2 H2O CO NH2 2 CO NH2 2 H3PO4 磷酸钙 磷酸尿素 精品文档 8欢迎下载 Ca H2PO4 H2O 磷酸氢钙 尿素能与酸或盐相互作用的性质 在复合肥料生产中具 有重要意义 尿素在水中易产生水解作用 生成氨和CO2 在高温下 易发生缩合反应 生成缩二脲 缩三脲等 这两个性质在尿 素生产中都是不利因素 是较为重要的 在盐酸作用下 尿素同甲醛反应生成甲基尿素 在中性 溶液中与甲醛反应生成二甲基尿素 第第三三节节 尿尿素素合合成成的的基基本本原原理理 一 工业上生产尿素是在高温高压条件下进行的 一般认为是在液相中分两步完成 第一步 氨和二氧化碳在水存在下生成甲铵 2NH3 液 CO2 气 NH4COONH2 液 第二步 甲铵脱水生成尿素 NH4COONH2 液 CO NH2 2 液 H2O 液 上述反应是在高温下进行的 第一步反应只要能及时移 去反应热 反应进行很快且易达到化学平衡 而第二步反应 即使在液态和供给热量中利用第一步反应热的条件下 平衡 转化率只能达到 50 70 所以第二步反应是尿素生产的控 制步骤 合成尿素总的反应式为 精品文档 9欢迎下载 2NH3 液 CO2 气 NH2 2 CO 液 H2O Q 亦即合成尿素的总反应为逆放热反应 二 氨基甲酸铵的生成 1 工业生产中的甲铵生成反应式为 2NH3 液 CO2 气 NH4COONH2 液 Q 2 甲铵生成的反应速度 常温 常压下 甲铵生成的速度相当缓慢 而且甲铵极 易分解 但当压力在 980kPa 以上 温度超过 150 时 甲 铵生成反应几乎瞬时就可完成 液相中的二氧化碳大部分转 化为甲铵 而且反应速度几乎与压力的平方成正比 在一定 的范围内提高温度也能提高甲铵的生成速度 由此可见 为了加快甲铵生成速度 必须采用较高压力 和与此压力相适应的温度 3 尿素的生成 甲铵脱水生成尿素的化学平衡 甲铵脱水生成尿素的反应为 NH4COONH2 液 CO NH2 2 液 H2O Q 上述反映在一定的温度 压力下进行 是一个可逆吸热 反应 甲铵脱水生成尿素的反应速度 由尿素合成的反应机理可知 甲铵脱水是反应的控制步 骤 即决定尿素合成的速度 甲铵脱水的反应速度体现于二 精品文档 10欢迎下载 氧化碳转化率与温度 时间的关系 第第四四节节 尿素相关工艺及比较尿素相关工艺及比较 一 尿素技术方案的选择 国际尿素生产工艺较多 但国内尿素生产工艺主要有 水溶液全循环法 CO2 汽提法 氨汽提法三种 根据各种工 艺生产的特点 及生产厂家的实际运行情况 综合评价这三 种 水溶液全循环法适用中 小型尿素装置 4 15 万吨 年 的生产 且生产技术成熟 CO2 汽提法和氨气提工艺 适用于大中型尿素装置 15 52 万吨 年 的生产 氨气提 法与 CO2 气提法工艺相比 消耗比较接近 但是氨气提法 工艺流程长 设备昂贵 且未国产化 二 下表为三种生产工艺特点对比表 水溶液CO2 汽提法氨汽提法 NH3580575575 CO2 Kg775 Kg750 Kg750 Kg 循环水150m3100 m395 m3 电 KW h150 KW h120 KW h140 KW h 蒸汽1 5 T h1050 T h780 T h 外送 0 4 Mpa 蒸汽 消 耗 T ur 180 Kg Tur 高压圈设备1 台5 台5 台 中压系统有无有 艺 流 程低压系统有有有 精品文档 11欢迎下载 脱氢无有 流程长高压圈高压转化率高高压圈转化率高 流程短流程长 合成塔 188183188 操作压力20 0Mpa14 0Mpa14 8Mpa N C4 03 03 4 H C0 650 40 7 合 成 条 件 框架结构中框架 30m 高框架 60m 中框架 30m 国产化完全国产化国产化Ti 材汽提塔进口 安全性无脱氢有脱氢安全可靠安全可靠 投资比例11 2 1 251 35 水溶液全循环法与气提法尿素相比能量利用不合理 消 耗较高 流程较长 近几年新建的大中型尿素已很少采用该 工艺 氨气提法特点 工艺先进 消耗低 无高框架结构 无 爆炸危险 是该工艺的特点 但该工艺需购买国外专利工艺 包 装置不能国产化 国外设备制造周期长 故不采用该工 艺 CO2 气提法特点 高压圈操作压力最低 由于高压转化 率较高 装置无中压系统 该工艺采用CO2 脱氢技术 根 本上杜绝了生产中的爆炸危险性 该工艺流程短 设备少 生产稳定 消耗较低 投资较少 在国内有丰富的设计 设 备制造 生产经验 近几年新建的项目多为CO2 气提法 精品文档 12欢迎下载 第二章第二章 尿素装置工艺流程叙述尿素装置工艺流程叙述 第一节第一节 二氧化碳基本原理二氧化碳基本原理 合成尿素的反应一般在液相中分两步来进行的 第一步 甲铵生成反应 2NH3 液 CO2 气 NH4COONH2 液 111 17KJ 反应是强放热反应 反应速度快 容易达到化 学平衡 第二步 甲铵脱水反应 NH4COONH2 液 NH2CONH2 液 H2O 液 15 48KJ 此反应是微放热反应 主要是在液相中进行 且为控制 反应 第二节第二节 二氧化碳工艺流程二氧化碳工艺流程 一 概述 本装置采用二氧化碳气体技术生产99 7 熔融尿素 然 后进入 19000 造粒塔 利用上部旋转喷头造粒 尿素主装置 为 1400T 日 设计能力为 1400 吨 日 装置主要包括 CO2 压缩 脱硫 脱氢 液氨升压 尿素合成和汽提 循环 蒸发 解吸水解 尿素造粒等工序 二 工艺流程说明 精品文档 13欢迎下载 1 二氧化碳压缩 脱硫 脱氢 从脱碳来的二氧化碳 CO2 98 5 H2 1 2 气体 其温度 30 压力 0 13Mpa 绝 经二氧化碳液滴分离 器 经压缩在二段入口前与一定的空气混合 空气量为二氧 化碳体积的 4 从压缩二段出来的二氧化碳控制水冷温度 60 进入水解槽有机硫水解 后进水冷器降温 40 经 氧化铁脱硫槽脱硫后 去压缩三段入口 四段出口二氧化碳 为 14 2Mpa 150 进入脱氢系统 开车时由中压蒸汽在开工 加热器中将二氧化碳温度提高到 150 以利于脱氢反应 器中脱氢反应的进行 脱氢反应器内装铂系催化剂 操作温 度 入口 150 出口 200 脱氢后二氧化碳含氢 50PPm 经高压 CO2 冷却器用循环水冷却降温至 110 二 氧化碳压缩机设 1 1 1 3 1 5 三个回路 用于调节生产负 荷 2 液氨升压 液氨来自合成氨装置 压力为 2 5Mpa 绝 温度为 40 经液氨过滤器进入液氨缓冲槽再到高压液氨泵入口 主管上装有流量计 液氨经高压液氨泵加压到18 0MPa 绝 高压液氨泵是电动往复柱塞泵 带变频调速 可以在 35 110 的负荷范围内变化 在总控室由流量累积记录器 从这个记录器来判断进入尿素界区的氨量 高压液氨送到高 压喷射器 作为喷射物料 将高压洗涤器来的甲铵液带入高 压冷凝器 高压液氨泵以及高压液氨泵出口以后管线均设有 精品文档 14欢迎下载 安全阀 以保证装置设备安全 3 合成和汽提 合成塔 汽提塔 高压冷凝器和高压洗涤器四个设备组 成高压圈 这是本工艺的核心部分 这四个设备的操作条件 是统一考虑的 以期达到尿素的最大产率和最大限度的热量 回收 以副产蒸汽 从高压冷凝器底部导出的液体甲铵液和少量的未冷凝的 氨和二氧化碳 分别用两条管线送入合成塔底 液相加气相 物料 NH3 CO2 摩尔比 为 2 9 温度 165 170 合成塔内设有 11 块筛板 形成类似几个串联的反应器 塔板的作用是防止物料在塔内返混 物料从塔底至塔顶 设 计停留时间约 1 小时 二氧化碳转化率可达 58 相当于 平衡转化率的 90 以上 尿素合成反应液从塔内上升到正常液位 温度上升到 183 185 经过溢流管从塔下出口排出 经过液位控制阀 进入气提塔上部 再经塔内液体分配器均匀地分配到每根汽 提管中 沿管壁成液膜状下降 分配器液位高低 起着自动 调节各管内流量的作用 尿液在汽提管内均匀分配并在内壁 形成液膜下降 内壁液膜是非常重要的 否则汽提管将遭到 腐蚀 由塔下部导入的二氧化碳气体 在管内与合成反应液 逆流相遇 气提管外以蒸汽加热 合成反应液中过剩氨及未 转化的甲铵将被气提蒸出和分解 从塔顶排出 尿液及少量 未分解的甲铵从塔底排出 氨蒸出率约85 甲铵分解率 精品文档 15欢迎下载 约 75 这是因为受了温度的限制 高于200 时管道就受 到严重的腐蚀 另外也受换热面积和时间的限制 换热面积 太大则尿液不能形成膜 加热时间太长 则尿素水解和缩二 脲生成将会增多 在现有条件下 从汽提塔底排出的液体 含有 8 的氨和 10 的二氧化碳 尿液在汽提管内要有一定的停留时间 以提高分解率 管子太长或太短都是不利的 目前汽提管长6 米 管数也不 能太多 以避免影响液膜的形成 汽提塔出液温度控制在 155 170 之间 塔底液位控制在 150mm 左右 以防止二氧 化碳气体随液体流入低压分解工段造成低压设备超压 从汽提塔顶排出的 180 185 的气体 与新鲜氨及高压 洗涤器来的甲铵在 14 1Mpa 绝 下混合一起进入高压冷凝 器顶部 高压冷凝器是一个管壳式换热器 物料走管内 管 间走水用于副产蒸汽 根据副产蒸汽的压力高低 可以调节 氨和二氧化碳的冷凝程度 但要保留一部分气体在合成塔内 冷凝 以便补偿在合成塔内甲铵转化为尿素所需热量 以达 到自热平衡 所以把控制副产蒸汽压力作为合成塔温度 压 力的条件之一 为了使进入高压冷凝器上部的气相和液相得到更好的混 合 增加其接触时间 在高压冷凝器上部设有一个液体分布 器 在分布器上维持一定的液位 就可以保证气相 液相的 良好分布 从合成塔顶排出的气体 温度约 183 185 进入高压 精品文档 16欢迎下载 洗涤器 在这里将气体中的氨和二氧化碳用加压后的低压吸 收段的甲铵液冷凝吸收 然后经高压冷凝器再返回合成塔 不冷凝的惰性气体和一定数量的氨气 自高压洗涤器减压后 排出高压系统 进入低压吸收塔吸收后直接放空 高压洗涤器分为三个部分 上部为预防爆炸而充满惰性 气体的空腔 中部为鼓泡吸收 下部为管式侵没式冷凝段 从合成塔导入的气体 先进入上部空腔 作为防爆的惰性气 体 氨和二氧化碳之和不小于 89 然后导入下部的侵没 式冷凝段 与从中心管流下的甲铵液在底部混合 在列管内 并流上升进行吸收 吸收作用是生成甲铵的放热反应 反应 热由管间的冷却水带走 管内得到约160 的浓甲铵液 水 为 23 NH3 CO2为 2 5 管间冷却水从 80 升到 95 95 的水在高压洗涤器循环水冷却器中调节到80 温度 不能再低 以防管内结晶 经高压洗涤器循环水泵循环使 用 在下部侵没式冷凝段未能冷凝的气体 进入中部的鼓泡 段 经鼓泡段吸收后的气体 尚含有一定数量的氨和二氧化 碳进入低压吸收塔进形氨的回收 高压洗涤器前设有安全阀 从合成塔至高压洗涤器的管道 设有安全阀外 还设有 分析取样阀 通过气相的分析 测得气相中氨 二氧化碳和 惰性气体含量 从而可以判断合成塔的操作是否正常 从高压洗涤器中部溢流出的甲铵液 其压力与合成塔顶 部的压力相等 为将其引入较高压力的高压冷凝器 约高出 精品文档 17欢迎下载 0 3Mpa 必须用高压喷射泵 来自高压液氨泵的液氨 压力约 为 16Mpa 绝 进入高压喷射器 将高压洗涤器来的甲铵升 压 二者一起进入高压冷凝器的顶部 高压喷射器设在与合 成塔底部相同的标高 根据生产要求将高压系统的主要参数均指示在控制盘上 由操作人员根据各参数变化的倾向 加以全面考虑或分析 以手控进行适当的调整 此外 必要时也可分析合成塔上部 气相组份 从而判断合成塔内的操作条件是否正常来调节有 关参数 为了保护设备的安全 高压系统在必要位置设有安全阀 及超压报警器等 4 循环系统 来自汽提塔底部的尿素 甲铵溶液 经过汽提塔的液位控 制阀减压到 0 25 0 35Mpa 绝 溶液中 41 5 的二氧化碳 和 69 的氨得到闪蒸 并使溶液温度从170 降到 107 气 液混合物进入精馏塔顶 精馏塔上部为填料塔 起着气 体精馏作用 下部为分离器 经过填料段下落的尿素 甲铵 流入循环加热器 用高压冷凝器副产的0 4Mpa 绝 蒸汽 加热 温度升高到 135 甲铵进一步分解 而后进入精馏 塔下部的分离器分离 尿液经液位控制阀流入闪蒸槽 气体 上升到精馏塔填料段 精馏后的气体导出精馏塔 送到侵没 式低压甲铵冷凝器 在此 两相并流上升进行吸收 吸收时 产生的热量 被冷凝器中的低调冷却水带走 此低调冷却水 精品文档 18欢迎下载 经低压甲铵冷凝器循环水泵送低压甲铵冷凝器循环冷却器冷 却 气液混合物从侵没式低压甲铵冷凝器上部溢流到低压洗 涤器液位槽 进行气液分离 一部分液体流入器内漏斗 靠 重力流入侵没式低压甲铵冷凝器内 流速加快 气液混合效 果好 另一部分液体从液位槽底导出 经高压甲铵泵升压到 14 1Mpa 绝 以上 送入高压洗涤器顶部 高压甲铵泵为往 复泵 采用变频调速调节甲铵流量 液位槽分离出的气体 经减压阀减压后至常压吸收塔 经填料段 被来自低压吸收 塔冷凝液和部分工艺液循环冷却器冷却后噴淋吸收 进一步 回收气相中的氨 未能被吸收的惰性气体 经排气筒放空 低压甲铵冷凝器设有溢流道 以保证其液位一定 5 蒸发系统 出精馏底部的尿素熔融液 经液位槽液位控制阀减压后 送到闪蒸槽 压力约为 0 045 Mpa 绝 温度从 135 降到 85 有相当一部分水 NH3和 CO2闪蒸出来 闪蒸汽进入到 闪蒸槽冷凝器中冷凝下来 离开闪蒸槽的尿液浓度为 70 72 质量 流入尿液贮槽 闪蒸槽的真空是与一段蒸 发真空系统相连而产生的 进入尿液槽的尿液经尿液泵加压 送至一段蒸发加热器下部列管中 用低压蒸汽加热将尿液中 大部分水分蒸发出来 并在一段蒸发分离器中进行气液分离 尿液出口温度约为 130 其出口温度通过蒸汽供给量自控 调节 一段蒸发压力维持在 0 033MPa A 蒸发系统的负压是 精品文档 19欢迎下载 由一段蒸发冷凝器和一段蒸发喷射器产生的真空来维持 一 段蒸发冷凝器顶部设有压力测量装置 在其气体进口管线上 连接空气进口管 通过一段蒸发冷凝器顶部压力信号 调节 空气进口管线上调节阀开度 可将空气吸入 以保持一段蒸 发系统压力在正常操作范围内 一段蒸发分离器出来大部分是水分 但仍有少量的氨和 二氧化碳 它与闪蒸槽出来的气相一起 在一段蒸发表面冷 凝器中冷凝 此部分冷凝液进入氨水槽内 再经水解系统 回收氨和二氧化碳 离开一段蒸发分离器的 95 96 尿液 通过 U 形管 液封进入二段蒸发加热器 二段蒸发压力为 0 005MPa A 它是通过二段蒸发冷 凝器与二段蒸发后冷凝器和三级蒸发气喷射器 抽真空而达 到的 二段蒸发加热器出口的尿液 去二段蒸发分离器以分 离气 液两相 气相通过升压器进入二段蒸发冷凝器 在二 段蒸发冷凝器中用冷却水冷却和冷凝 二段蒸发冷凝器出口 气体再经二段蒸发第一喷射器送入二段蒸发后冷凝器 经二 段蒸发后冷凝器冷凝后 不冷凝气体用二段蒸发第二喷射器 送入常压吸收塔 二段蒸发冷凝器和二段蒸发后冷凝器的冷凝液均进入氨 水槽 此冷凝液含少量尿素和氨 此冷凝液一部分用作低压 吸收塔吸收液 另一部分进入水解系统 在二段蒸发器中 用 0 9MPa A 蒸汽对尿液进一步加 精品文档 20欢迎下载 热蒸发 并在二段蒸发分离器中进行气液分离 使其浓度提 高 99 7 出二段蒸发分离器的熔融尿液 通过液封经离心 式的熔融尿素泵送往尿素造粒塔塔顶 熔融尿素泵能在一定 范围内自动调节扬量 以适应蒸发系统的负荷 除二段蒸发 分离器尿液管道 设有视镜以利于操作 从二段蒸发分离器出口 至熔融尿素泵的吸入管线和泵 的出口 至造粒塔的熔融尿素管线 采用压力为 0 38 0 4MPa A 的饱和蒸汽夹套保温 以降低缩二脲生成 6 解吸水解系统 闪蒸冷凝液和蒸发冷凝液 均含有一定量的氨 少量的 二氧化碳和少量的尿素 经真空大气腿流入氨水槽 氨水槽 内用隔板分为三个间隔 两小一大 各间隔之间在下部有 孔连通 因此 液位相同但不完全相混 大间隔用来贮存工 厂排放液或冲洗的工艺液体 闪蒸冷凝液流入第一小间隔 因此含氨和二氧化碳较多 用低压吸收塔给料泵送至吸收塔 作吸收液 一 二段蒸发冷凝液流入第二间隔后 由一路用 吸收塔给料泵送往吸收塔作吸收液 另一路由解吸塔给料泵 经过解吸塔换热器 加热到 117 送到第一解吸塔上部 解 吸出氨和二氧化碳 解吸塔的操作压力为0 3Mpa 绝 出 第一解吸塔的液体 经水解塔给料泵加压到1 7Mpa 绝 经水解塔换热器换热后 进入水解塔的上部 水解塔的下部 通入界外来 1 7Mpa 绝 的蒸汽 使液体中所含的少量尿素 精品文档 21欢迎下载 水解成氨和二氧化碳 气相进入第一解吸塔上部 液相经水 解塔换热器换热后的温度为 151 进入第二解吸塔上部 操作压力为 0 3Mpa 绝 塔下部通入 0 4Mpa 绝 的蒸汽 进行解吸 塔底温度为 134 从液相中解吸出来的氨和二 氧化碳及水蒸汽 直接导入第一解吸塔的下部 与第一解吸 塔的液体进行质热交换 出第一解吸塔的气相 含水小于 40 在回流冷凝器中冷凝 冷凝液一部分作为回流液回流 到第一解吸塔的顶部 进行质热交换 以减少出塔气相的水 含量 另一部分冷凝液 送到低压甲铵冷凝器 未被冷凝的 气体进入常压吸收塔 进一步回收氨和二氧化碳后放空 在 第二解吸塔解吸后的液体含氨小于3 5PPm 尿素小于 3 5PPm 经解吸塔换热器换热和废水冷却器冷却后送出尿素 界区 7 尿素造粒 熔融尿素进入造粒喷头 通过电机带动喷头的旋转使熔 融尿素喷洒在整个造粒塔内 并得到大小相似的尿素液滴 当它在塔中降落时 熔融尿素液滴固化并冷却 造粒塔底的尿素粒子温度一般维持在50 60 8 蒸汽及冷凝液系统 自界区来的 2 4Mpa 225 蒸汽 大部分蒸汽经自调阀 减压进入高压饱和器产生 2 0Mpa 蒸汽作汽提塔热源 一部 分蒸汽去水解塔作热源 另一部分蒸汽补充入中压蒸汽饱和 器产生 0 8Mpa 蒸汽用于二段蒸发加热器及高压系统保温伴热 精品文档 22欢迎下载 0 4Mpa 蒸汽由高压甲铵冷凝器换热付产 用于循环加热器 一段蒸发 真空喷射器 解吸塔及系统伴热 系统满负荷运 行可外送蒸汽 0 4Mpa 7 7 5T h 蒸汽冷凝液系统 蒸发加热器 低压加热器蒸汽冷凝液 回锅炉给水槽经锅炉给水泵为低压汽包供水 气提塔加热蒸 汽冷凝液经高压蒸汽饱和器去中压蒸汽饱和器 低压汽包补 液 多余冷凝液回蒸汽冷凝液槽 蒸汽冷凝液槽冷凝液经蒸 汽冷凝液泵加压后作为低压冲洗水 用于低压 蒸发等系统 冲洗工艺处理 部分低压冲洗水经高压冲洗水泵加压后送高 压冲洗水管网作为开停车高压系统冲洗 工艺处理用水 9 尿素循环冷却水系统 尿素循环水消耗为 100 吨 Tur 装置需循环水量 4200T h 装置单独配套 4900m3 h 循环冷却水系统 配置 2450 m3 h 泵三台 两开一备 配置 2500 m3 h 凉水塔两 台 设计上水温度 32 压力 0 55Mpa 回水温升 10 压力约 0 35 Map 的冷却水返回尿素循环水冷却塔降温 第三节第三节 尿素主要工艺指标尿素主要工艺指标 一 二氧化碳压缩机 操作压力 原料 CO2组成 一段入口 0 103Mpa 绝 CO2 98 5 体积 精品文档 23欢迎下载 四段出口 14 0 14 3 绝 CO 0 2 体积 操作温度 H2 1 0 体积 一段入口 30 S 2mg m3 体积 四段出口 150 防腐空气 O2 0 75 0 8 体积 二 脱氢反应器 操作压力 14 0 14 3 绝 出口气组成 操作温度 H2及其它可燃气体 50 10 6 入口气体 150 O2 含量 0 7 体积 出口气体 催化剂层阻力 1 H2反应温升 45 正常 0 1Mpa 最大 0 2Mpa 脱氢水冷后温度 120 三 高压液氨 操作压力 液氨组成 入口 1 8 2 3 Mpa 绝 NH3 99 5 质量 出口 16 16 3 Mpa 绝 H2O 0 5 质量 操作温度 30 H2 N2 0 02 质量 精品文档 24欢迎下载 油 10PPm 四 合成系统 i 合成塔 i i i 高压冷凝 器 操作压 13 8 14 5Mpa 绝 操作压力 13 8 Mpa 绝 操作温度 顶 180 183 操作温度 167 出口气相 N C 3 0 3 5 副产蒸汽压力 0 45 Mpa 绝 塔内液相 N C 2 9 3 0 CO2 转化率 58 vi 高压洗涤器 操作温度 ii 汽提塔 出口液相 160 165 操作温度 160 175 出口气相 90 110 出口液相含 NH3 6 8 质量 循环水冷却温度 加热蒸汽压力 1 8 2 1 Mpa 绝 入口 110 120 加热蒸汽温度 214 温升 10 五 循环系统 i 循环加热器 i i i 低压甲铵冷凝 器 操作压力 0 3 Mpa 绝 冷凝压力 0 25 Mpa 绝 精品文档 25欢迎下载 操作温度 135 冷凝温度 75 i i 闪蒸槽 vi 低压吸收塔 操作压力 0 045 Mpa 绝 操作压力 0 3 Mpa 绝 出口液体温度 90 95 操作温度 60 六 蒸发系统 i 一段蒸发 i i 二段蒸 发 操作压力 0 033Mpa 绝 操作压力 0 0034 Mpa 绝 操作温度 125 130 操作温度 138 140 出口尿液浓度 95 质量 出口尿液浓度 99 7 质量 七 解吸和水解系统 i 第一解吸塔 i i 第二解吸 塔 操作压力 0 3Mpa 绝 操作温度 塔底 143 操作温度 塔顶 110 118 排出废液组成 塔顶出口汽相含水 40 质量 尿素 10 10 6 NH3 10 10 6 精品文档 26欢迎下载 i i i 水解塔 操作压力 2 0Mpa 绝 操作温度 195 205 八 成品尿素 含氮量 46 3 质量 含水量 0 5 质 量 缩二尿含量 0 9 质量 粒度 1 2 4mm 90 质量 第四节第四节 尿素生产的原料尿素生产的原料 一 主要物料 尿素装置所用主要原料有液氨和二氧化碳 1 液氨 尿素装置所用的液氨来自合成氨装置 它以液体的形式 进入界区内 其参数值为 NH3 99 69 Wt H2O 0 1 Wt 油 0 1 Wt 温度 35 压力 2 0 2 2MPa A 液氨由合成氨装置送至界区 然后通过液氨过滤器后 一路为主线去高压氨泵升压 出口为16 0MPa A 去高压 合成圈 另一小部分去低压甲铵冷凝器 主要是调节 NH3 CO2 2 二氧化碳 尿素装置所用的二氧化碳来自合成氨装置 它以气体的 精品文档 27欢迎下载 形式进入界区 其参数为 CO2 98 5 V 压力 0 102MPa A 温度 35 二氧化碳靠自身压力输送到界区内 经往复式压缩机提 压后以气体形式用于高压合成圈 二 公用工程物料 1 循环冷却水 cw 尿素装置所用循环冷却水是由尿 素循环水装置提供的 主要用于换热器 对系统物料进行冷 凝冷却 由于水中加有除垢剂 杀菌剂等 所以不可饮用 2 蒸汽 尿素界区蒸汽系统分为高 中 低三个等级 尿素装置蒸汽分类 等 级压 力温 度 高压蒸汽 SH2 45MPa225 中压蒸汽 SM0 9MPa175 低压蒸汽 SL0 45MPa145 3 装置空气 或工厂空气 PA 即环境空气在空压 站加压到 6 7 MPa 供系统使用 4 仪表空气 IA 是装置所有气动仪表调节阀及吹扫 式液位计所用动力 其压力 0 5MPa 露点为 35 它是由 合成氨装置送来的 5 氮气 N2 用于氨 甲铵系统管道及设备的置换和 降温 在氨 甲铵系统管道及设备进行隔离检修或检修后引 氨时 都必须进行氮气置换 尿素装置所用氮气规格为 N2 97 V O2 3 V 压力 0 3MPa G 精品文档 28欢迎下载 无油无尘 第三章第三章 本装置设备介绍本装置设备介绍 精品文档 29欢迎下载 第一节第一节 主要设备主要设备介绍介绍 一 概述 二氧化碳气提法高压系统有四台主要设备 一是生成甲 铵反应的高压甲铵冷凝器 二是甲铵脱水生成尿素的尿素合 成塔 三是在与尿素合成塔相同压力下气提回收未反应二氧 化碳和氨的汽提塔 四是回收尿素合成塔出气中的氧化碳和 氨的高压洗涤器 其它辅助设备有 开工或事故情况下使用的高压冲洗水 泵 分离低压蒸汽中夹带冷凝液的蒸汽汽包 供汽提塔壳侧 加热用的高压蒸汽饱和器等 一 合成塔 去高压洗涤器去高压洗涤器 C63501C63501 D63501D63501 去标准检漏 未冷凝气体进口未冷凝气体进口 C63514C63514 来来 高压甲铵冷凝器高压甲铵冷凝器 C63514C63514 来来 去汽提塔去汽提塔 E63503E63503 1 合成塔是尿素装置的主要设备之一 在尿素合成反应 11 合 成 塔 1 精品文档 30欢迎下载 中 它主要起到甲铵脱水的作用 由于甲铵脱水的反应速度 不如二氧化碳和氨冷凝成甲铵那样快 因此为了使尿素合成 进行的完全 接近平衡的二氧化碳转化率 物料在合成塔内 应有足够的是时间 即反应需要停留时间 尿素合成塔的 容积就是根据物料在设备内停留时间进行设计的 2 在工业生产中 对尿素合成塔的基本要求 1 物料不允许在塔内产生 返混 所谓 返混 就是指以反应物料与未反应物料相混合 返混 不仅会降 低出料中的尿素含量 而且还会使反应速度减慢降低转化率 2 甲铵与尿素的混合溶液在高温高压下有极强的腐 蚀性 因此设备必须要用耐腐蚀材料制造 3 设备万一发生损坏时 要及时发现 3 尿素合成塔为直立圆筒式 内部有一根测量液位用的 套管 塔壁上有测量塔壁温度用的温度计 1 筒体 筒体分为内 外两个筒体 外筒由直筒体与上 下封头 焊接而成 直筒体使用多层钢板卷焊而成 其材料为 16MnR 高强度用钢 钢 能承受高压 内筒为厚8 毫米超 低碳镍铬钼钢焊接而成 型号为 316L 紧贴在外筒的内壁上 可以在高温高压条件下耐甲铵 尿素溶液的腐蚀 2 筛板 物料自下而上顺次通过 11 块筛板 防止了物料 返混 精品文档 31欢迎下载 每块筛板的开孔数目是不相同的 这是由于二氧化碳与氨在 自下而上流动时 不断发生冷凝 气体量逐渐减少 为了保 持气体通过筛孔的速度相等 所以 上部筛板的开孔数目相 对要少一些 这样 由于筛板的开孔率减小 在每块筛板下 都有一气相层使气体得以充分混合有利以反应进行 液体则 沿着筛板与塔壁之间的环隙流动 这样 11 块筛板将合成 塔分为 11 个反应小室 每小时都有相应的温度与二氧化碳 转化率 避免了相互的窜流 3 仪表监控设备 为了控制尿素合成塔的液位 配置了 Y 液位计 在 塔的上部安装有线型 Y 射源 钴 60 的保护套管 在生 产前 将 钴 60 元件装入套管内 由安装在合成塔壁外的 探头获得信号 传输到控制室进行监控 操作温度测量点有3 处 合成塔液体温度 热电偶装在塔外出料管上 合成 气温度测量 热电偶装在出气管上 塔壁温度 开工时 升温速率控制以塔壁为准 在日常生产中 此塔壁温度也作 为操作参考 二 汽提塔 精品文档 32欢迎下载 去去高高压压甲甲铵铵冷冷凝凝器器 E63503E63503 高压蒸汽饱和器来 二氧化碳来自脱氢二氧化碳来自脱氢 去高蒸汽饱和器 惰性气体出口 去循环系统精馏塔去循环系统精馏塔 汽提塔的作用是在与尿素合成塔同等压力下 在通入二 氧化碳的同时 加热合成反应液 促使合成反应液中的甲铵 分解并逐出游离氨和二氧化碳 然后将分解后的二氧化碳和 氨连同二氧化碳原料气一起返回高压甲铵冷凝器 尿素合成 塔内 汽提塔是一个直立管壳式换热器 对该设备的要求是 1 塔内气 液体进入传热管内要有良好的分布 能 获得较高的汽提效果 2 二氧化碳气提合成反应液后 溶液中氨含量减少 为防止设备被腐蚀 气体它必须用相应耐腐蚀材料制造 合成反应液经 HV 63501 进入汽提塔内 经过安装在上花 板上面的液体分布器将液体均匀分布到每根传热管内 由于 液体分布器的作用 液体沿内管壁往下流 二氧化碳气体从 汽汽 提提 塔塔 精品文档 33欢迎下载 塔底二氧化碳气体进口管进入塔内 经气体分布管均匀分布 到每根管内 与液体逆流接触产生汽提作用 汽提作用所需 要的热量由高压蒸汽饱和器来的高压蒸汽供给 蒸汽冷凝液 由蒸汽冷凝液管排出 并回到高压蒸汽饱和器 汽提后气体 由气提塔顶出口引出 倒入高压甲铵冷凝器中 气提液则由 塔底部液体出口经 LV 63502 去低压循环系统 1 壳则与传热管 汽提塔的材质与高压甲铵冷凝器相似 由于管侧是高压 有腐蚀性介质 其上 下封头 上 下花板所用材质为低碳 合金钢 型号为 WSTE47 按高压设备要求设计 传热管的材 料为特制的 00Cr25Ni22M02Ti 低碳镍铬钼不锈钢 其有效长 度为 米 合成液进入传热管中 沿内壁自上而下形成一层 液膜 气液接触时间仅半分钟 如果管子过长 引起副反应 增加 管子过短 汽提效果下降 气提液中的氨含量增加 2 液体分布器 液体分布器是汽提塔最重要的部件 根据汽提原理 液 体必须在管内形成一层液膜才能有高的汽提效果 液体分布 器的作用就是要使液体能够均匀分布到每根管内 如果分布 器分布液体不好 管内流过的液体有多有少 不仅是汽提效 果下降 也会影响含有防腐空气的二氧化碳气的均匀通过 造成设备腐蚀 所以液体分布器是经过精心设计的 液体分布器的主要部件有液体分布管 固定板和半圆形 挡板 液体分布管有由钻有 3 个小孔的分配头和升气管所组 精品文档 34欢迎下载 成 其数目与传热管相同 在安装时 将一个尺寸合适的聚 四氟乙烯填料环套在分配头内 然后与传热管上口对中压紧 使分配头与传热管的接口不留孔隙 填料环的作用就是防止 管外的合成液 不经分配头的小孔直接从接口处进入传热管 内 3 气体分布器 二氧化碳气体分布器是由喇叭形接管与挡板组成 二氧 化碳气体从汽提塔底部进入 通过喇叭口从挡液板下放的四 个通道均匀流出 挡液板是通过四块支撑板焊接在喇叭口管 上 它又能防止传热管内的液体落入进气管内 液体落在挡 板上后 通过装在板上的小管流到塔底部 使液体不会影响 气体的均匀分布 4 仪表监控 为了调节塔底部液位 汽提塔安装有 y 液位计 有 一根安装在 y 液位计部件的套管从塔底部伸入塔内 在生 产前 将 钴 60 线状部件装入管内 同时在气提塔下部外 壁安装能接受 钴 60 发生信号的探头 当液位变化 发出 的信号也随着变化 同时将信号传输给控制室显示仪表上 气提塔的温度监控通常有两处 测量元件热电偶安装在液体 出口管和气提塔气体出口处的温度控制测量计 对操作更方 便 气提塔壳侧压力的控制也很重要 一般通过蒸汽压力自 动调节器来实施 此外 还设有蒸汽流量记录 以检查汽提 精品文档 35欢迎下载 效果是否正常 三 高压冷凝器 高压喷射泵来高压喷射泵来 汽提塔来的汽相汽提塔来的汽相 蒸汽放空 蒸汽放空 去合成塔的未冷凝气体 去合成塔的液体去合成塔的液体 二氧化碳与氨生成甲铵的反应是高压甲铵冷凝器列管内 进行的 冷凝反应热传给壳侧的水产生蒸汽 它是一个直立管壳式换热器 对此设备的基本要求是 气液要有很好的混合 冷凝热要及时移走 设备腐蚀 要小 有较长的使用期限 检修方便 由气提塔来的气体从高压甲铵冷凝器顶部管进入设备内 与从高压喷射泵的甲铵与液氨来的甲铵液与液氨在上封头相 混合 借助分布器的作用 将混合后的物料均匀分布到管束 内 使二氧化碳与氨在管内进行反应 冷凝放出的热量通过 传热管传给壳侧的水 水由锅炉给水进口进入 经加热后部 分水气化 汽 水由低压蒸汽和水混合物出口流出至低压蒸 高高 压压 冷冷 凝凝 器器 低 压 汽 包 低 压 汽 包 精品文档 36欢迎下载 汽包 生成的甲铵液从甲铵液出口出来至合成塔 未冷凝的 二氧化碳与氨以及随二氧化碳带入的惰性气从未冷凝气体出 口引出至合成塔 设备中部有膨胀节 作为设备温度变化时 的补偿 塔底部有防涡器 可防止液体中夹带气体 1 壳体与传热管的材质和尺寸 外壳耐压部分的材质是型号为 K TEN 62M 的合金钢 传 热管材质为耐腐蚀的超低碳镍铬钼不锈钢 型号为316L 为防止上 下封头内表面和上 下花板表面被腐蚀 上面有 防腐的堆焊层 2 汽液分离器 汽液分离器是高压甲铵冷凝器的重要部件 安装在花板 的上面 为装卸方便 该分布器分成三小块 折装时分布板 部件可从人孔进出 其主要部件是一个多孔板 板上有 2000 多个直径为 5 毫米的小孔 还有 78 根内径为 50 毫米 高 250 毫米的短管焊在多孔板上 短管均匀分布 生产时 分布板上须保持一定高度的液位 使液体能均 匀地通过小孔进入上花板的管束 二氧化碳与氨则通过气体 分布短管同时均匀进入管束内 达到汽液均匀分布的目的 3 仪表监控设备 为使操作人员了解高压甲铵冷凝器内二氧化碳与氨冷凝 情况 在液体出口去尿素合成塔管道上装有温度记录表 由 该温度高低可判断经高压系统 N C 比是否在正常范围内 在最高共沸点右边冷凝 温度升高 表示N C 下降 此外 精品文档 37欢迎下载 壳则温度的控制是由调节壳侧蒸汽压力来达到的 压力愈高 温度愈高 蒸汽压力用安装在出口管道上的压力自动调节器 来调节的 四 高压洗涤器 合合成成气气相相来来 气气相相到到低低压压吸吸收收塔塔 防爆板 高压调温水进口 高压调温水出口 高压洗循环管 去高压喷射泵去高压喷射泵 高压洗涤器的作用是洗涤合成气中的二氧化碳与氨 然 后将洗涤后的浓甲铵液经高压喷射泵返回到高压甲铵冷凝器 合成塔 对高压洗涤器的基本要求是 1 有限度地吸收合成气中的二氧化碳与氨 使吸收后 的气体不形成爆炸性气体 2 当万一发生爆炸时 不损坏 高压筒体 3 充分利用反应热 高压洗涤器是一个直立浸没式换热设备 从结构上看可 精品文档 38欢迎下载 分为三部分 即上部是防爆空间 中部是鼓泡段 下部是浸 没冷凝段 1 壳体与冷却管 高压洗涤器的上部 中部 下部的汽液混合部分为高压 设备 耐高压外筒体材质为 BH36W 合金钢 内筒体 内衬为 316L 不锈钢 下部的冷却管材质也为 316L 2 仪表监控设备 为了控制冷凝吸收反应 在高压洗涤器浓甲铵液的出口 管上安装有温度记录仪 在高压调温水的进 出口管上也装 有温度记录仪 从温差的变化可了解高压洗涤器内的反应情 况 二 二氧化碳压缩机 二氧化碳压缩机 沈阳汽体压缩机厂制造 四列对称平 衡型 型号为 4M40 186 146 BX 两台 无备车 流量 9100 m3 h 进气压力 0 102 Map A 出气压 力 14 7 Map A 电机功率 2200KW 压缩机型号的含义 4 M 40 186 146 BX 气缸列数 机型代号 活塞推力吨 输气量 输出压力 该机属于对程平衡型结构 中部为机身 内置曲轴一根 它靠四个主轴瓦支撑 曲轴一端于同步电机的