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第一章 尿素工艺概况第一节 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NH3O2N2NH4COONH22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。（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。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，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。第二节 尿素的性质尿素，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：OC 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)2H3PO4。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 . H2OCO(NH2)2 CO(NH2)2.H3PO4 （磷酸钙） （磷酸尿素） 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。第三节 尿素合成的基本原理（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5070%。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：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）+H2OQ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氧化碳转化率与温度、时间的关系。第四节 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。消耗/Tur水溶液CO2汽提法氨汽提法NH3580575575CO2 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 180 Kg/Tur艺流程高压圈设备1台5台5台中压系统有无有低压系统有有有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条件合成塔 188183188操作压力20.0Mpa14.0Mpa14.8MpaN/C4.03.03.4H/C0.650.40.7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11.21.251.35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。第二章 尿素装置工艺流程叙述第一节 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 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1二氧化碳压缩、脱硫、脱氢：从脱碳来的二氧化碳（CO298.5，H21.2）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35110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183185，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7072（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9596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0.380.4MPa（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35PPm；尿素小于35PPm。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5060。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。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）77.5T/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4900m3h循环冷却水系统。配置2450 m3h泵三台，两开一备。配置2500 m3h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 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）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 5010-6入口气体 150 O2含量 0.7（体积）出口气体 催化剂层阻力 1H2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） H2O0.5（质量）操作温度 30 H2+N2 0.02（质量） 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）操作温度 135 冷凝温度75i 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 1010-6 NH3 1010-6 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 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：NH399.69（Wt） H2O0.1（Wt） 油0.1（Wt）温度35 压力2.02.2MPa（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，它以气体的形式进入界区，其参数为：CO298.5（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：SL0.45MPa1453装置空气（或工厂空气）（PA）：即环境空气在空压站加压到67 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N297（V） O23（V） 压力：0.3MPa（G） 无油无尘。第三章 本装置设备介绍第一节主要设备介绍一、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C63501 11 合成塔1 D63501 去标准检漏 未冷凝气体进口C63514来 高压甲铵冷凝器C63514来 去汽提塔E63503 1合成塔是尿素装置的主要设备之一。在尿素合成反应中，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”。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 去高压甲铵冷凝器汽提塔 E63503 高压蒸汽饱和器来 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 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，