各种尿素工艺概述

1、各种尿素技术概述各种尿素技术概述 报告人：鄢家祥（教授级高级工程师）报告人：鄢家祥（教授级高级工程师） 1.1工艺技术选择工艺技术选择 1.1.1国内外工艺技术概况国内外工艺技术概况 从尿素技术发展看，六十年代以前主要为水溶液全循环法，六十年从尿素技术发展看，六十年代以前主要为水溶液全循环法，六十年代以后开始研究发展汽提技术，如斯塔米卡邦公司的代以后开始研究发展汽提技术，如斯塔米卡邦公司的CO2汽提法，司拉汽提法，司拉姆姆(SNAM)公司的氨汽提法，这两种方法均在六十年代中期工业化。七公司的氨汽提法，这两种方法均在六十年代中期工业化。七十年代汽提法尿素迅速发展，尤以十年代汽提法尿素迅速发展，尤

2、以CO2汽提法建厂最多。七十年代世界汽提法建厂最多。七十年代世界性能源危机后，能源费用急剧上涨，世界上一些公司致力开发新型的节性能源危机后，能源费用急剧上涨，世界上一些公司致力开发新型的节能尿素技术，如八十年代初开发成功并且工业化的日本三井能尿素技术，如八十年代初开发成功并且工业化的日本三井/东亚东亚-东洋东洋工程公司的节资节能先进工艺（工程公司的节资节能先进工艺（ACES法），并在此基础上进一步改进，法），并在此基础上进一步改进，形成改良型的形成改良型的ACES工艺。同时原来采用汽提方法的公司在这期间也积工艺。同时原来采用汽提方法的公司在这期间也积极进行工艺流程的完善改造，如斯塔米卡邦公司设

3、置极进行工艺流程的完善改造，如斯塔米卡邦公司设置CO2气脱气脱H2，以改以改善装置运转的安全性；工艺尾气设置常压回收塔，减少善装置运转的安全性；工艺尾气设置常压回收塔，减少NH3和和CO2损失；损失；工艺冷凝液处理增设尿素水解设施，减少环境污染，降低工艺冷凝液处理增设尿素水解设施，减少环境污染，降低NH3和和CO2消消耗。九十年代该公司改进合成塔塔板结构、开发池式甲铵冷凝器，降低耗。九十年代该公司改进合成塔塔板结构、开发池式甲铵冷凝器，降低了蒸汽消耗，节省了投资。为便于区分，通常将过去的立式高压甲铵冷了蒸汽消耗，节省了投资。为便于区分，通常将过去的立式高压甲铵冷凝器型凝器型CO2汽提法称为传统

4、型汽提法称为传统型CO2汽提，将高压（池式）甲铵冷凝器汽提，将高压（池式）甲铵冷凝器（或池式反应器）型（或池式反应器）型CO2汽提法称为改良型。汽提法称为改良型。 司拉姆公司的氨汽提法在节能及减少环境污染方面对工艺流程也进司拉姆公司的氨汽提法在节能及减少环境污染方面对工艺流程也进行了改造，如用中压分解气的部分冷凝热浓缩尿素溶液，用低压分解气行了改造，如用中压分解气的部分冷凝热浓缩尿素溶液，用低压分解气的部分冷凝热预热高压液氨，用蒸汽冷凝热预热甲铵溶液，工艺冷凝液的部分冷凝热预热高压液氨，用蒸汽冷凝热预热甲铵溶液，工艺冷凝液处理设置尿素水解设施。这些设施，使近期氨汽提法能耗及对环境污染处理设置尿

5、素水解设施。这些设施，使近期氨汽提法能耗及对环境污染与早期流程比较有显著改善。与早期流程比较有显著改善。 从目前世界上尿素发展趋势看，一方面是发展节能技术，另一方面从目前世界上尿素发展趋势看，一方面是发展节能技术，另一方面是从节省投资费用及提高运转率方面进行研究。下面将上述尿素生产方是从节省投资费用及提高运转率方面进行研究。下面将上述尿素生产方法分别叙述如下：法分别叙述如下： （A）碳铵液水溶液全循环法碳铵液水溶液全循环法 该法合成塔操作压力该法合成塔操作压力19.6MPa，温度温度188，NH3/CO2分子比为分子比为4.0，CO2转化率约转化率约64%。出合成塔溶液经中、低压分解，二段蒸发

6、造粒得尿素产品。由于中压分出合成塔溶液经中、低压分解，二段蒸发造粒得尿素产品。由于中压分解压力低，分解气的热量除在一段蒸发加热器下段回收少部分冷凝热外，解压力低，分解气的热量除在一段蒸发加热器下段回收少部分冷凝热外，其余大部分热量由于冷凝温度低，只有用冷却水移走。因此该法蒸汽消其余大部分热量由于冷凝温度低，只有用冷却水移走。因此该法蒸汽消耗高，每吨尿素耗蒸汽约耗高，每吨尿素耗蒸汽约1.7吨。吨。 该法无高压分解（汽提）回收，因此不需要特殊不锈钢，如该法无高压分解（汽提）回收，因此不需要特殊不锈钢，如25/22/2，R4、DP3钛材以及锆材。钛材以及锆材。该法高压设备少，投资费用低，但公用工程（

7、冷却水、电、蒸汽）总体该法高压设备少，投资费用低，但公用工程（冷却水、电、蒸汽）总体水平消耗较高，且装置规模较小。水平消耗较高，且装置规模较小。近年来，国内的中、小尿素（水溶液全循环法）装置进行了一系列技改，近年来，国内的中、小尿素（水溶液全循环法）装置进行了一系列技改，从降低蒸汽消耗方面做了大量努力，例如采用予分离、予蒸馏工艺，尿从降低蒸汽消耗方面做了大量努力，例如采用予分离、予蒸馏工艺，尿素合成塔中新型高效塔盘的应用等等，取得了一定的效果，使蒸汽消耗素合成塔中新型高效塔盘的应用等等，取得了一定的效果，使蒸汽消耗有所下降。有所下降。 （B）氨汽提法氨汽提法 1971年第一个工业装置投入运转，

8、至目前为止，世界上用该法年第一个工业装置投入运转，至目前为止，世界上用该法建设的约建设的约100套尿素装置，所建装置中最大生产能力为套尿素装置，所建装置中最大生产能力为3200吨吨/日。日。 该法主要操作指标如下：该法主要操作指标如下： 合成塔：压力合成塔：压力15.2MPa，温度温度188， NH3/CO2=3.5, H2O/CO2=0.67，转化率转化率65%。 汽提塔：压力汽提塔：压力14.75MPa，温度温度207。 中压分解：压力中压分解：压力1.8MPa，温度温度158。 低压分解：压力低压分解：压力0.48MPa，温度温度138。 水解器：压力水解器：压力3.45MPa，温度温度

9、235。该法主要特点如下：该法主要特点如下：合成回路中氨过剩量高，合成塔合成回路中氨过剩量高，合成塔NH3/CO2分子比为分子比为3.33.6。增加。增加了合成塔中了合成塔中CO2生成尿素的转化率，增加了合成塔停车封塔时间，生成尿素的转化率，增加了合成塔停车封塔时间，减少了腐蚀及防腐空气量。减少了腐蚀及防腐空气量。合成回路设备布置在地面上。该法用甲铵喷射器循环甲铵液，合合成回路设备布置在地面上。该法用甲铵喷射器循环甲铵液，合成塔及高压甲铵冷凝器布置在地面上，节省了投资，安装和维修方成塔及高压甲铵冷凝器布置在地面上，节省了投资，安装和维修方便。便。汽提塔使用钛或双金属加热管，减少了防腐空气用量，

10、可在汽提塔使用钛或双金属加热管，减少了防腐空气用量，可在3040%负荷下操作。负荷下操作。热回收好。中压分解气部分冷凝热用于浓缩尿素溶液，低压分解热回收好。中压分解气部分冷凝热用于浓缩尿素溶液，低压分解气部分冷凝热用于预热液氨，蒸汽冷凝热用于预热甲铵液，工艺冷气部分冷凝热用于预热液氨，蒸汽冷凝热用于预热甲铵液，工艺冷凝液处理后用作锅炉给水。凝液处理后用作锅炉给水。（C）东洋工程公司的改良东洋工程公司的改良ACES工艺工艺 改进改进ACES工艺与传统工艺与传统ACES工艺不同，改进的工艺不同，改进的ACES工艺将工艺将尿素合成塔布置在地面，从而减少了土建和安装投资。改进尿素合成塔布置在地面，从而

11、减少了土建和安装投资。改进ACES工艺的高压合成圈主要由合成塔、汽提塔和甲铵冷凝器构成，由高工艺的高压合成圈主要由合成塔、汽提塔和甲铵冷凝器构成，由高压甲铵喷射器提供了合成系统物料循环的动力，而传统压甲铵喷射器提供了合成系统物料循环的动力，而传统ACES工艺工艺则是通过重力流动形成循环。则是通过重力流动形成循环。 液氨通过喷射器送至合成塔，大部分液氨通过喷射器送至合成塔，大部分CO2气进入汽提塔作为气进入汽提塔作为汽提介质，剩下一小部分进入合成塔提供合成塔所需热量及所需钝汽提介质，剩下一小部分进入合成塔提供合成塔所需热量及所需钝化空气。从甲铵冷凝器出来的甲铵液则通过喷射器（以高压液氨为化空气。

12、从甲铵冷凝器出来的甲铵液则通过喷射器（以高压液氨为动力）送至合成塔。从合成塔出来的尿素溶液进入汽提塔，未反应动力）送至合成塔。从合成塔出来的尿素溶液进入汽提塔，未反应的甲铵液则通过的甲铵液则通过CO2的汽提作用受热分解成的汽提作用受热分解成NH3和和CO2。经汽提后经汽提后的尿素溶液则进入中压分解系统，而汽提塔顶部出来的气体则在甲的尿素溶液则进入中压分解系统，而汽提塔顶部出来的气体则在甲铵冷凝器中冷凝成甲铵液并副产低压蒸汽。在甲铵冷凝器顶部设有铵冷凝器中冷凝成甲铵液并副产低压蒸汽。在甲铵冷凝器顶部设有填料段，中压吸收系统来的循环甲铵液吸收出甲铵冷凝液浸没式吸填料段，中压吸收系统来的循环甲铵液吸

13、收出甲铵冷凝液浸没式吸收段来的气体。其顶部出来的惰气则进入中压吸收系统。收段来的气体。其顶部出来的惰气则进入中压吸收系统。 甲铵冷凝器为立式浸没式，其具有以下特点：甲铵冷凝器为立式浸没式，其具有以下特点： 1）气速高，汽液接触好，有利于传质和传热。）气速高，汽液接触好，有利于传质和传热。 2）设置适当的折流板以保证汽泡的分布，压降低。）设置适当的折流板以保证汽泡的分布，压降低。 3）采用立式布置以节省空间。）采用立式布置以节省空间。 改进的改进的ACES工艺所采用的工艺所采用的N/C（NH3/CO2）进行了优化，甲铵冷进行了优化，甲铵冷凝器和合成塔采用不同的凝器和合成塔采用不同的N/C，甲铵冷

14、凝器中甲铵冷凝器中N/C经优化，可降低压力；经优化，可降低压力；合成塔中合成塔中N/C较高，可提高较高，可提高CO2转化率，减少汽提塔负荷。合成系统中，转化率，减少汽提塔负荷。合成系统中，甲铵冷凝器甲铵冷凝器N/C范围在范围在2.8-3.3之间，合成塔的之间，合成塔的N/C在在3.7-3.8。 在合成系统未反应的物料则在回收系统吸收在合成系统未反应的物料则在回收系统吸收/冷凝后返回合成系统，冷凝后返回合成系统，可回收其热量以降低能耗、节省蒸汽。可回收其热量以降低能耗、节省蒸汽。 改进的改进的ACES工具有以下优点：工具有以下优点：l l 高压圈的布置高度与传统工艺相比降低，可使高压管线和材高压

15、圈的布置高度与传统工艺相比降低，可使高压管线和材 料减少；料减少；设备、管路的安装更容易；操作维修更方便。设备、管路的安装更容易；操作维修更方便。l l 高压甲铵冷凝器中完成甲铵冷凝、热量回收、尿素合成及惰气洗高压甲铵冷凝器中完成甲铵冷凝、热量回收、尿素合成及惰气洗 涤等涤等多种功能，使高压圈设备减少，热量回收的换热面积减少，同时也减多种功能，使高压圈设备减少，热量回收的换热面积减少，同时也减少了高压管线及材料。少了高压管线及材料。l l 合成系统的操作条件温和，减少高压设备的腐蚀，安全性更好。合成系统的操作条件温和，减少高压设备的腐蚀，安全性更好。 但采用该工艺的投产的装置比较少，现仅有四川

16、化工总厂的二化但采用该工艺的投产的装置比较少，现仅有四川化工总厂的二化尿素装置改造采用了此技术，并已投入运行。尿素装置改造采用了此技术，并已投入运行。 （D）司塔米卡帮公司的司塔米卡帮公司的CO2汽提法汽提法(传统和改良型工艺传统和改良型工艺) 1967年第一个工业装置投入运转，至目前为止，世界上用该法建年第一个工业装置投入运转，至目前为止，世界上用该法建设的设的CO2汽提装置约汽提装置约100多个，是目前世界上建厂数最多的生产方多个，是目前世界上建厂数最多的生产方法。所建装置中最大生产能力为法。所建装置中最大生产能力为3250吨吨/日。日。 该法主要操作指标如下：该法主要操作指标如下： 合成

17、塔：合成塔： 压力压力14.0MPa，温度温度183，NH3/CO2=2.95, H2O/CO2=0.39，转化率转化率59%。 汽提塔：汽提塔： 压力压力14.0MPa，温度温度173。 低压分解：压力低压分解：压力0.3MPa，温度温度135。 水解器：水解器： 压力压力1.73MPa，温度温度200。 该法主要特点如下：该法主要特点如下：合成回路中氨过剩量低，合成塔合成回路中氨过剩量低，合成塔NH3/CO2分子比为分子比为2.953.1， 降降 低了合成塔操作压力。低了合成塔操作压力。用用CO2气作汽提剂，汽提效率高。汽提后溶液只需一次减压至低气作汽提剂，汽提效率高。汽提后溶液只需一次减

18、压至低压分解系统，因此工艺流程简短。压分解系统，因此工艺流程简短。原料原料CO2气脱气脱H2，安全性好。安全性好。动力消耗低。合成系统压力低，减少了原料动力消耗低。合成系统压力低，减少了原料CO2气及氨输送需要气及氨输送需要的功；由于汽提效率高，低压系统返回合成回路的循环甲铵液量少，的功；由于汽提效率高，低压系统返回合成回路的循环甲铵液量少，减少了循环甲铵液的输送功。减少了循环甲铵液的输送功。 近年来斯塔米卡帮公司推出了池式冷凝器（池式反应器）的改良近年来斯塔米卡帮公司推出了池式冷凝器（池式反应器）的改良型型CO2汽提工艺，并在多套大型尿素装置中投入商业运行且获得成功，汽提工艺，并在多套大型尿

19、素装置中投入商业运行且获得成功，运行稳定。该工艺的主要特点有以下几点：运行稳定。该工艺的主要特点有以下几点： a、设有脱氢装置，采用催化燃烧法将设有脱氢装置，采用催化燃烧法将CO2中的氢气除去，工艺放空中的氢气除去，工艺放空尾尾 气无爆炸性。气无爆炸性。 b、采用了池式冷凝器，使采用了池式冷凝器，使60%的合成反应在此进行，同时使用甲铵的合成反应在此进行，同时使用甲铵喷射器，使整个框架高度降低，合成塔容积减少。喷射器，使整个框架高度降低，合成塔容积减少。 c、尿素合成塔采用了高效塔板，进一步减少了返混，可使合成塔容尿素合成塔采用了高效塔板，进一步减少了返混，可使合成塔容积减少积减少2025%。

20、 d、 汽提塔由于操作压力低和温度低，可使用汽提塔由于操作压力低和温度低，可使用25-22-2不锈钢作管材。不锈钢作管材。 E、 装置的最低负荷为装置的最低负荷为60%，可满足通常负荷所要求的负荷弹性。，可满足通常负荷所要求的负荷弹性。 f、 汽提塔效率高，循环系统负荷低，高压氨泵、高压甲铵泵的动汽提塔效率高，循环系统负荷低，高压氨泵、高压甲铵泵的动力消耗低。力消耗低。 g、 流程不设中压段，工艺流程简短。流程不设中压段，工艺流程简短。 斯塔米卡帮公司还开发了池式反应器技术（也属斯塔米卡帮公司还开发了池式反应器技术（也属2000+技术）。技术）。该工艺与传统该工艺与传统CO2汽提法比较，其具有

21、以下优势：汽提法比较，其具有以下优势： l l 采用了池式反应器，使合成塔和甲铵冷凝器、高压洗涤器三台采用了池式反应器，使合成塔和甲铵冷凝器、高压洗涤器三台高压设备合成为一个设备，使合成工序流程简化，高压工艺管线及高压设备合成为一个设备，使合成工序流程简化，高压工艺管线及阀门减少。同时整个框架高度降低。同时增大了池式反应器的传热阀门减少。同时整个框架高度降低。同时增大了池式反应器的传热温差及总传热系数，甲铵冷凝器的传热面积与传统温差及总传热系数，甲铵冷凝器的传热面积与传统CO2汽提法比较，汽提法比较，可减少约可减少约25%； l l 由于池式反应器具有较大容积，从而有较大的缓冲能力，因而由于池

22、式反应器具有较大容积，从而有较大的缓冲能力，因而增加了系统的稳定性；增加了系统的稳定性； l l 由于池式反应器减少了换热面积，同时框架高度降低及管道由于池式反应器减少了换热面积，同时框架高度降低及管道 长长度和阀门的减少，其投资费用与传统度和阀门的减少，其投资费用与传统CO2汽提工艺相比约降低汽提工艺相比约降低5%（均在国外建厂）；（均在国外建厂）； l l 装置的稳定性更好，减少了系统的波动；装置的稳定性更好，减少了系统的波动； l l 设备可靠性更好，减少了合成回路设备故障引起的停车；设备可靠性更好，减少了合成回路设备故障引起的停车； 除此之外另一个特点是司塔米卡帮公司开发了新型材料用于

23、高压合成回除此之外另一个特点是司塔米卡帮公司开发了新型材料用于高压合成回路，此新型材料为路，此新型材料为SAFUREX双相钢材料，使用此种材料具有以下优点：双相钢材料，使用此种材料具有以下优点： l l 抗腐蚀能力好，与传统抗腐蚀能力好，与传统CO2汽提法比较，合成回路设备寿命增加汽提法比较，合成回路设备寿命增加50%以上；以上； l l 装置的负荷弹性增加，传统装置的负荷弹性增加，传统CO2汽提法（汽提塔采用汽提法（汽提塔采用25/22/2材料），最低材料），最低负荷负荷60%，使用，使用SAFUREX材料则最低负荷可至材料则最低负荷可至35%； l l 装置运转率提高装置运转率提高 l l

24、 装置的稳定性更好，减少了系统的波动；装置的稳定性更好，减少了系统的波动； l l 传统传统CO2汽提法合成塔封塔时间为汽提法合成塔封塔时间为24小时，采用小时，采用SAFUREX材料封塔时间可材料封塔时间可达达72小时。小时。 l l 设备可靠性更好，减少了合成回路设备故障引起的停车；设备可靠性更好，减少了合成回路设备故障引起的停车； l l CO2气钝化空气加入量减少，气钝化空气加入量减少，CO2气氧含量从气氧含量从0.6%降低至降低至0.3%， l l 减少了压缩机轴功率约减少了压缩机轴功率约1.5%； l l 减少减少4巴吸收塔放空的氨损失；巴吸收塔放空的氨损失； l l 增加了合成尿

25、素转化率约增加了合成尿素转化率约0.9%； l l 由于压缩机轴功率降低和合成塔尿素转化率的提高从而也降低蒸汽和冷却由于压缩机轴功率降低和合成塔尿素转化率的提高从而也降低蒸汽和冷却水的消耗；水的消耗； 两种方案主要特点比较：传统CO2汽提法改良型CO2汽提法（池式冷凝器、反应器）并采用SAFURAX材料备注高压甲铵冷凝器换热面积大以100%计小75%按同样规模 比较框架高度较高（约50米）可降低（约22-40米）按同样规模 比较能耗水平较低较低两种方法能耗水平，采用池式冷凝器的工艺消耗稍低。运转率高更高操作弹性及稳定性好；封塔时间长（3天）；合成设备可靠性好专利费用无需引进技术，无专利费用需引

26、进专利技术及工艺包，有专利费用及工艺包费用及专利商来华所需费用 设备国产化情况可基本实现装置的国产化。池式冷凝器、反应器为专利设备，采用SAFUREX材料高压圈设备及管件阀门均需引进。（包括汽提塔也需引进。） 装置投资比较较低以100%计 106%-110%引进软件等及合成回路设备。风险性（针对2700吨/日规模）有放大风险无 主要设备寿命汽提塔高压甲铵冷凝器 约20年约20年 约30年30年 传统CO2汽提法改良型CO2汽提法（池式冷凝器、反应器）并采用SAFURAX材料备注（3）原料及共用工程消耗）原料及共用工程消耗 两种方案基差别不大，引进方案稍低。两种方案基差别不大，引进方案稍低。 1

27、.1.2几种工艺的消耗定额比较（期待值）序号 采用技术比较项目SNAM氨汽提工艺 改良ACES工艺CO2 汽提工艺（池式冷凝器） 消耗量 1液氨（100%）kg5675675672二氧化碳（100%）kg7407387403冷却水（T=10）M3105881104电 kWH2525195蒸汽 kg蒸汽压力Mpa(g)蒸汽温度1100104011004.24.154.55382368387 注: 以每吨尿素产品计，为专利商提供的典型装置的期待值 1.1.3近年来国内大型尿素装置采用技术情况 序号项 目投产年分尿素工艺1泸天化1976StamicarbonCO2 汽提工艺2大庆石化化肥厂1976S

28、tamicarbonCO2 汽提工艺3齐鲁石化第二化肥厂1976改良C法4四川化工厂1976改良C法5沧州化肥厂1977StamicarbonCO2 汽提工艺6云天化1977StamicarbonCO2 汽提工艺7南京栖霞化肥厂1977StamicarbonCO2 汽提工艺8辽河石化化肥厂1977StamicarbonCO2 汽提工艺9广石化化肥厂1978StamicarbonCO2 汽提工艺10安庆石化化肥厂1978StamicarbonCO2 汽提工艺11赤天化1978StamicarbonCO2 汽提工艺12湖北化肥厂1979StamicarbonCO2 汽提工艺13巴陵石化洞庭氮肥厂1

29、979StamicarbonCO2 汽提工艺14镇海石化化肥厂1984StamicarbonCO2 汽提工艺15乌鲁木齐化肥厂(一)1985StamicarbonCO2 汽提工艺16宁夏化肥厂(一)1988StamicarbonCO2 汽提工艺17中原化肥厂1990SNAM氨汽提法18四川天然气化工厂1993SNAM氨汽提法19816化肥厂1993SNAM氨汽提法20锦西化肥厂1993SNAM氨汽提法21富岛化肥厂（海洋一期）1996SNAM氨汽提法22渭河化肥厂1996TEC ACES23兰州化肥厂1997SNAM氨汽提法24九江石化总厂1997SNAM氨汽提法25内蒙古化工厂1997SNA

30、M氨汽提法26乌鲁木齐化肥厂(二)1997StamicarbonCO2 汽提工艺27南京化工厂1998SNAM氨汽提法28宁夏化肥厂(二)2000SNAM氨汽提法29泽普化肥厂2001StamicarbonCO2 汽提工艺池式冷凝器30中海油二期2003StamicarbonCO2 汽提工艺池式冷凝器31宁夏化肥厂(二)2005采用StamicarbonCO2 汽提工艺池式冷凝器,改造原有SNAM工艺 综上所述，几种融熔尿素技术均成熟可靠，公用工程消耗以综上所述，几种融熔尿素技术均成熟可靠，公用工程消耗以全循环法最高，技术较落后，在大型尿素装置中已被淘汰，不再使全循环法最高，技术较落后，在大型

31、尿素装置中已被淘汰，不再使用。其它两种汽提法技术上相差很小。因此，目前世界上大型的尿用。其它两种汽提法技术上相差很小。因此，目前世界上大型的尿素装置基本采用的是氨汽提工艺或改良型素装置基本采用的是氨汽提工艺或改良型CO2汽提工艺，改良的汽提工艺，改良的ACES工艺由于业绩较少，大型尿素装置较少采用。因此将氨汽提工艺由于业绩较少，大型尿素装置较少采用。因此将氨汽提及改良型及改良型CO2汽提法作为首选方案。其中改良型汽提法作为首选方案。其中改良型CO2汽提（带池式汽提（带池式冷凝器）目前在国内已有大型装置投产，并已通过性能考核，目前冷凝器）目前在国内已有大型装置投产，并已通过性能考核，目前装置运行

32、稳定，其工艺流程较氨汽提法简短，容易操作，生产稳定。装置运行稳定，其工艺流程较氨汽提法简短，容易操作，生产稳定。而池式反应器技术也有投产装置，但一般推荐用于规模稍小的尿素而池式反应器技术也有投产装置，但一般推荐用于规模稍小的尿素装置，如装置，如1500吨吨/日及以下规模的尿素装置。以下为以改良型日及以下规模的尿素装置。以下为以改良型CO2汽提法（池式冷凝器）进行工艺流程的描述。汽提法（池式冷凝器）进行工艺流程的描述。 1.2工艺特点及流程说明工艺特点及流程说明 1.2.1工艺特点工艺特点 改良型改良型CO2汽提法的主要工艺特点如下汽提法的主要工艺特点如下: 低能耗低能耗（主要通过以下措施来达到

33、）（主要通过以下措施来达到） l l 出合成塔尿素溶液用原料出合成塔尿素溶液用原料CO2气汽提气汽提 l l 采用池式甲铵冷凝器采用池式甲铵冷凝器 l l 合成系统中合成系统中CO2及及NH3的转化率高的转化率高 l l 热量回收热量回收 l l 低水负荷低水负荷 l l 低合成压力低合成压力 l l 合成工序重力流动循环合成工序重力流动循环 合成在接近共沸点合成在接近共沸点NH3/CO2为为3.0下操作，合成塔压力只有下操作，合成塔压力只有14Mpa，温度为温度为183C。不仅对不仅对CO2而且对而且对NH3都有较高的转化率。都有较高的转化率。 在原理上，在原理上，NH3和和CO2均能用作为

34、汽提剂以汽提未转化的反应物。但均能用作为汽提剂以汽提未转化的反应物。但如仅利用如仅利用NH3，由于由于NH3的溶解度大，热分解更难达到有效的汽提效果，的溶解度大，热分解更难达到有效的汽提效果，因此出合成工序的尿素溶液中因此出合成工序的尿素溶液中NH3浓度较高。而通过利用浓度较高。而通过利用CO2汽提，在整汽提，在整个循环装置中，个循环装置中，NH3最终浓度仅为最终浓度仅为6-7%，CO2浓度为浓度为8-10%。 因此，从汽提塔排出的未转化的因此，从汽提塔排出的未转化的CO2和和NH3只需一个低压回收部分回只需一个低压回收部分回收工序即可，从而简化了流程。收工序即可，从而简化了流程。 至合成部分

35、的物料和从此部分排出的物料中，至合成部分的物料和从此部分排出的物料中，NH3/CO2比为最佳分子比为最佳分子比比2。 75%以上的未转化的反应物在合成部分循环，循环至合成的甲铵溶液以上的未转化的反应物在合成部分循环，循环至合成的甲铵溶液含水含水31%，低水负荷有利于尿素转化。，低水负荷有利于尿素转化。 池式冷凝器中发生下列反应：池式冷凝器中发生下列反应： l l 气体冷凝成甲铵并副产低压蒸汽气体冷凝成甲铵并副产低压蒸汽 l l 完成完成60%的尿素转化的尿素转化 池式冷凝器与传统的降膜式冷凝器比较，合成塔容积减少了池式冷凝器与传统的降膜式冷凝器比较，合成塔容积减少了40%；因；因而减少了尿素装

36、置框架的高度；同时增大了传热系数及传热温差，减少而减少了尿素装置框架的高度；同时增大了传热系数及传热温差，减少了传热面积；增大了操作弹性。了传热面积；增大了操作弹性。 合成部分设备按重力流动布置，节省了能耗。合成部分设备按重力流动布置，节省了能耗。 设计简单设计简单 约约75%的没有转化的反应物均在合成圈内循环，仅少量的的没有转化的反应物均在合成圈内循环，仅少量的NH3和和CO2在在NH3/CO2比为比为2的状况下从合成系统离开，因此循环工序只有一个低压的状况下从合成系统离开，因此循环工序只有一个低压回收工序。回收工序。 由于此工艺没有中压循环部分，减少了投资消耗和装置面积，减少了由于此工艺没

37、有中压循环部分，减少了投资消耗和装置面积，减少了事故停车次数，同时降低了能耗及发生腐蚀的危险。事故停车次数，同时降低了能耗及发生腐蚀的危险。 尿素溶液贮槽和工艺冷凝液槽因有足够的缓冲能力，从而提供了较大尿素溶液贮槽和工艺冷凝液槽因有足够的缓冲能力，从而提供了较大的操作弹性。的操作弹性。 尿素装置设备布置具有以下特点：尿素装置设备布置具有以下特点： l l 利用重力流动，节省能量利用重力流动，节省能量 l l 合成回路无转动设备合成回路无转动设备 l l 操作及维修方便操作及维修方便 安全性好安全性好 存在于原料存在于原料CO2气中的气中的H2及加入的防腐空气，是净化后的工艺及加入的防腐空气，是

38、净化后的工艺尾气的主要成分。这种气体具有可燃性及可爆炸性。为了防止这种尾气的主要成分。这种气体具有可燃性及可爆炸性。为了防止这种气体产生，气体产生，Stamicarbon设置了脱设置了脱H2反应器，利用催化剂以脱出反应器，利用催化剂以脱出CO2气中的气中的H2，使装置所有工序中的物料组成不具有可爆炸性，有使装置所有工序中的物料组成不具有可爆炸性，有效地保护了设备及人员安全。该设施从效地保护了设备及人员安全。该设施从1978年以来已成功地投入运年以来已成功地投入运行。行。 操作简易操作简易 几乎所有操作均能在控制室完成。几乎所有操作均能在控制室完成。 合成工序主要操作参数容易调节控制。合成工序主

39、要操作参数容易调节控制。NH3/CO2比可通过合成溶比可通过合成溶液的分析仪连续监视，用加入的氨量调节；合成压力用调整池式冷液的分析仪连续监视，用加入的氨量调节；合成压力用调整池式冷凝器的副产蒸汽压力调节；汽提塔效率用调整壳侧加热蒸汽压力调凝器的副产蒸汽压力调节；汽提塔效率用调整壳侧加热蒸汽压力调节。节。 循环工序无中压段，工艺流程简短，并且出汽提塔尿素溶液中循环工序无中压段，工艺流程简短，并且出汽提塔尿素溶液中NH3与与CO2分子比为分子比为2，循环工序中吸收系统无过剩氨的分离，只，循环工序中吸收系统无过剩氨的分离，只需加入适量水将分解气体全部冷凝吸收，容易操作。需加入适量水将分解气体全部冷

40、凝吸收，容易操作。 能在能在60%至额定能力的任何负荷下操作。至额定能力的任何负荷下操作。 高运转率高运转率 （高运转率来源于以下因素）（高运转率来源于以下因素） l l 工艺流程短，设备数量少，出故障几率较小。工艺流程短，设备数量少，出故障几率较小。 l l 操作简易操作简易 l l 工艺条件较温和，材料选择合理，设备腐蚀率低，运转周期及工艺条件较温和，材料选择合理，设备腐蚀率低，运转周期及使用寿命长。使用寿命长。 该法最长运转记录为该法最长运转记录为471天。天。 1.3产品规模和规格产品规模和规格产品规模产品规模 a年操作日年操作日 年操作日：年操作日：330天天/年年b产品产量产品产量

41、 时产量：时产量：110吨（设计时产量吨（设计时产量112.5吨）吨） 日产量：日产量：2640吨（设计日产量吨（设计日产量2700吨）吨） 产品规格(符合国家标准GB2440-2001) 指 标 项 目农业用 优等品一等品合格品颜色白色或浅色总氮（N）含量(以干基计)， %46.446.246.0缩二脲含量， %0.91.01.5水分（H2O）含量， %0.40.51.0铁含量（以Fe）计， %-碱度（以NH3计）， %-硫酸盐含量（以SO42计）， %-水不溶物含量， %-粒度(0.852.80mm) %9390901.4主要原材料及公用工程原料规格主要原材料及公用工程原料规格（1）原料）

42、原料液氨液氨NH3 99.9%(重量重量)最小最小H2O 0.1%(重量重量)最大最大油油5ppm(重量重量)最大最大二氧化碳二氧化碳CO298.5% (干基，体积干基，体积)最小最小硫硫1.0 毫克毫克/标立米标立米(干基干基)最大最大惰性气体惰性气体1.5% (干基，体积干基，体积)最大最大H2O饱和饱和(40,0.06MPa.G)（2）公用工程原料）公用工程原料新鲜水新鲜水水温：水温： 520 水压：水压： 0.35MPa(G) 地面地面水质指标：水质指标： PH：7.08.5 浊度：浊度： 20 毫克毫克/升升 最大最大 循环水循环水给水温度：给水温度： 32给水压力：给水压力： 0.

43、45MPa(G) 污垢热阻：污垢热阻： 410-4 米米2.小时小时./千卡千卡 (3.4410-4m2.K/W) 氯离子氯离子(Cl-)： 150毫克毫克/升升允许温升：允许温升： 10允许压降：允许压降： 0.2Mpa 蒸汽蒸汽 本装置所需要的蒸汽由合成氨装置及快锅提供。规格如下：本装置所需要的蒸汽由合成氨装置及快锅提供。规格如下： 中压蒸汽（由合成氨装置提供）：压力：中压蒸汽（由合成氨装置提供）：压力： 4.65Mpa(A) 温度温度:：387 低压蒸汽（由合成氨装置提供）：压力：低压蒸汽（由合成氨装置提供）：压力： 0.44Mpa(A) 温度温度:：197 脱盐水脱盐水(精制水精制水)

44、 电导率电导率 0.2s/cm(在在25) SiO2 0.02ppm(重量重量) 1.5工艺流程说明工艺流程说明 1） 尿素装置工艺说明尿素装置工艺说明尿素装置设计为生产小颗粒尿素，其工艺为应用池式冷凝器的尿素装置设计为生产小颗粒尿素，其工艺为应用池式冷凝器的CO2汽汽提法。提法。该单元由下列工序及辅助设施组成该单元由下列工序及辅助设施组成l l 氨的加压及氨的加压及CO2气压缩工序气压缩工序l l 合成及汽提工序合成及汽提工序l l 循环工序循环工序l l 尿素溶液贮存、二段蒸发工序及造粒尿素溶液贮存、二段蒸发工序及造粒l l 解吸和水解工序解吸和水解工序l l 辅助设施辅助设施l l 蒸汽

45、系统蒸汽系统参见所附工艺流程图。参见所附工艺流程图。 氨的加压及氨的加压及CO2气压缩工序气压缩工序 来自界区的液氨，经液氨过滤器（来自界区的液氨，经液氨过滤器（313-L）至高压氨泵（至高压氨泵（304-J）。）。液氨在此被加压至液氨在此被加压至16.0Mpa(A)，通过甲铵喷射器（通过甲铵喷射器（301-L）至高压至高压甲铵池式冷凝器（甲铵池式冷凝器（303-C）。）。液氨在喷射器中膨胀产生的抽力，将液氨在喷射器中膨胀产生的抽力，将高压洗涤器（高压洗涤器（304-C）来的甲铵液带入池式冷凝器，池式冷凝器操来的甲铵液带入池式冷凝器，池式冷凝器操作压力作压力14.3Mpa(A)。 自界区来的自

46、界区来的CO2气含有大约气含有大约1.2%(mol%)H2及及0.3%N2(mol%)，压压力为力为0.15Mpa(A)。CO2气通过气通过CO2压缩机入口分离器（压缩机入口分离器（311-D）至至CO2压缩机（压缩机（302-J）入口。入口。 出出CO2压缩机第一段压缩的气体经冷却后与加入的工艺空气混合压缩机第一段压缩的气体经冷却后与加入的工艺空气混合后入一段分离器（后入一段分离器（302-JF1）分离出冷凝水。出分离器的气体入压分离出冷凝水。出分离器的气体入压缩机二段入口。缩机二段入口。 出压缩机二段的气体至脱出压缩机二段的气体至脱H2反应器（反应器（302-D）脱脱H2反应器内装有反应器

47、内装有以以Al2O3为载体的铂或钯触媒。为载体的铂或钯触媒。CO2气中的可燃气体气中的可燃气体H2及及CH4等在等在触媒的作用下发生下述反应触媒的作用下发生下述反应 2H2+O2=2H2O 2CO+O2=2CO2 CH4+2O2=2H2O+CO2 出反应器的气体经压缩机二段冷却器（出反应器的气体经压缩机二段冷却器（302-JC2）及分离器及分离器（302-JF2）进压缩机三段入口。进压缩机三段入口。 脱除脱除H2后的后的CO2气经压缩机三段及四段压缩至气经压缩机三段及四段压缩至14.3Mpa(A)进入进入高压汽提塔（高压汽提塔（302-C）。）。 CO2压缩机由蒸汽透平驱动。压缩机由蒸汽透平驱

48、动。 合成及汽提工序合成及汽提工序 液氨和液氨和CO2气体生成尿素的反应在温度气体生成尿素的反应在温度170-190C和压力和压力135-145bar下进行，反应式如下：下进行，反应式如下： 2NH3+CO2=NH2COONH4 (1) NH2COONH4=NH2CONH2+H2O (2) 在第一个反应中在第一个反应中CO2和和NH3转化成为甲铵，反应速度快且为放转化成为甲铵，反应速度快且为放热反应。热反应。 第二个反应甲铵脱水生成尿素和水，此反应速度慢且为吸热反第二个反应甲铵脱水生成尿素和水，此反应速度慢且为吸热反应，应，CO2的总的转化率在合成回路大约为的总的转化率在合成回路大约为80%。

49、 在合成塔中，大部分甲铵转化为尿素和水，合成塔中液位由在合成塔中，大部分甲铵转化为尿素和水，合成塔中液位由HIC/HV手动控制。手动控制。 出合成塔的尿素溶液进入汽提塔（出合成塔的尿素溶液进入汽提塔（302-C），），汽提塔为降膜式汽提塔为降膜式热交换器，底部加入热交换器，底部加入CO2气汽提，壳侧加入中压蒸汽供热。气汽提，壳侧加入中压蒸汽供热。 CO2气体被逆流导入，引起氨分压降低，从而使甲铵分解并吸气体被逆流导入，引起氨分压降低，从而使甲铵分解并吸收热量。收热量。 由于由于CO2气温度低以及汽提塔底部的轻微的绝热汽提，出汽提气温度低以及汽提塔底部的轻微的绝热汽提，出汽提塔底部的溶液温度可降

50、至大约塔底部的溶液温度可降至大约172-178 C，从而减少了尿素的水解从而减少了尿素的水解及高压蒸汽的消耗。及高压蒸汽的消耗。 为了防止为了防止CO2气进入循环部分，在汽提塔出口处设置有液位调气进入循环部分，在汽提塔出口处设置有液位调节阀。节阀。 来自汽提塔顶部的气体在来自汽提塔顶部的气体在187 C下进入池式冷凝器（下进入池式冷凝器（303-C），），该冷凝器型式为采用该冷凝器型式为采用U型管的浸没式热交换器。汽提塔的大部分弛型管的浸没式热交换器。汽提塔的大部分弛放气与甲铵喷射器来的液氨放气与甲铵喷射器来的液氨-甲铵液混合物反应生成甲铵，在池式甲铵液混合物反应生成甲铵，在池式冷凝器中还有部

51、分甲铵转化成尿素，冷凝后壳侧温度约为冷凝器中还有部分甲铵转化成尿素，冷凝后壳侧温度约为177 C。 甲铵冷凝所放热量用来产生产甲铵冷凝所放热量用来产生产0.45Mpa（A）的低压蒸汽。的低压蒸汽。 池式甲铵冷凝器中的换热管为池式甲铵冷凝器中的换热管为U-型管，壳侧为甲铵液，蒸汽冷型管，壳侧为甲铵液，蒸汽冷凝液和产生的蒸汽在管侧，出管侧的汽液混合物在汽包（凝液和产生的蒸汽在管侧，出管侧的汽液混合物在汽包（312-D）中分离，产生的蒸汽用于加热、喷射器及解吸，过量的低压蒸汽则中分离，产生的蒸汽用于加热、喷射器及解吸，过量的低压蒸汽则送至送至CO2压缩机蒸汽透平。压缩机蒸汽透平。 低压蒸汽汽包（低压

52、蒸汽汽包（312-D）的压力由蒸汽排放管线上的压力调节的压力由蒸汽排放管线上的压力调节阀来调节。阀来调节。 由于压力改变会直接影响蒸汽的温度，从而影响管壳侧的温差，由于压力改变会直接影响蒸汽的温度，从而影响管壳侧的温差，进而会影响换热量及甲铵在壳侧的反应，因此通过汽包（进而会影响换热量及甲铵在壳侧的反应，因此通过汽包（312-D）的压力调节来控制使合成系统压力在的压力调节来控制使合成系统压力在13.5-14.5Mpa(A)之间，并使之间，并使70%-75%的出汽提塔气体在池式冷凝器中冷凝。的出汽提塔气体在池式冷凝器中冷凝。 出池式冷凝器气体和液体入合成塔底部。出池式冷凝器气体和液体入合成塔底部

53、。 在合成塔中，甲铵进一步转化成为尿素。合成塔的设计容积能在合成塔中，甲铵进一步转化成为尿素。合成塔的设计容积能够提供足够的停留时间，够提供足够的停留时间，NH3和和CO2继续冷凝成甲铵所放热量则用继续冷凝成甲铵所放热量则用于尿素合成和升高合成塔中溶液的温度。于尿素合成和升高合成塔中溶液的温度。 合成塔内设有高效塔板以增强气液接触及避免返混。合成塔内设有高效塔板以增强气液接触及避免返混。 合成塔中反应混合物通过降液管管线进入汽提塔，含合成塔中反应混合物通过降液管管线进入汽提塔，含NH3和和CO2的惰性气则通过合成塔顶部的管线进入高压洗涤器（的惰性气则通过合成塔顶部的管线进入高压洗涤器（304-

54、C）。）。高压洗涤器下部为管壳式换热器，上部为带防爆空间的填料床。高压洗涤器下部为管壳式换热器，上部为带防爆空间的填料床。 在高压洗涤器（在高压洗涤器（304-C）的下部，的下部， 大部分大部分NH3和和CO2冷凝，其冷冷凝，其冷凝所放热量由调温水移走。凝所放热量由调温水移走。 出高压洗涤器（出高压洗涤器（304-C）下部的气体，在高压洗涤器（下部的气体，在高压洗涤器（304-C）上部的填料床层与从循环工段来的甲铵液逆流接触，气体中的上部的填料床层与从循环工段来的甲铵液逆流接触，气体中的NH3和和CO2被甲铵液吸收。被甲铵液吸收。 出高压洗涤器的惰性气体仅含有少量的出高压洗涤器的惰性气体仅含有

55、少量的NH3和和CO2，通过压力通过压力调节阀进入调节阀进入4巴吸收塔（巴吸收塔（309-D）。）。4巴吸收塔（巴吸收塔（309-D）由两层填由两层填料床层组成，上部床层用冷却后的蒸汽冷凝液作吸收剂，下部床层料床层组成，上部床层用冷却后的蒸汽冷凝液作吸收剂，下部床层用工艺冷凝液作吸收剂。出用工艺冷凝液作吸收剂。出4巴吸收塔的惰性气体仅含有微量氨巴吸收塔的惰性气体仅含有微量氨（0.18%Vol），），通过压力调节阀排入大气。通过压力调节阀排入大气。 循环工序循环工序 此工序主要是从出汽提塔底部的尿素溶液中回收此工序主要是从出汽提塔底部的尿素溶液中回收NH3和和CO2。出汽提塔底部的尿素溶液通过液

56、位调节阀减压至出汽提塔底部的尿素溶液通过液位调节阀减压至0.41Mpa(A)。由由于减压，溶液中的甲铵大部分分解成为气态的于减压，溶液中的甲铵大部分分解成为气态的NH3和和CO2，分解所分解所需热量由溶液提供，致使溶液温度降低。减压后的气液混合物喷洒需热量由溶液提供，致使溶液温度降低。减压后的气液混合物喷洒于精馏塔（于精馏塔（305-D）的鲍尔环床层上。的鲍尔环床层上。 尿素尿素-甲铵溶液从精馏塔的下部进入循环加热器（甲铵溶液从精馏塔的下部进入循环加热器（306-C），），温温度升至大约度升至大约135 C，大部分甲铵分解为大部分甲铵分解为NH3和和CO2，分解所需热量分解所需热量可由高压洗涤

57、器的高温调温水和低压蒸汽提供，达到回收热量的目可由高压洗涤器的高温调温水和低压蒸汽提供，达到回收热量的目的。的。 出循环加热器（出循环加热器（306-C）的气液混合物在精馏塔（的气液混合物在精馏塔（305-D）的下的下部分离，气体通过精馏塔的填料床层与上部来的冷尿素溶液接触，部分离，气体通过精馏塔的填料床层与上部来的冷尿素溶液接触，进行热量和质量交换，气体中部分水被冷凝下来，减少了出精馏塔进行热量和质量交换，气体中部分水被冷凝下来，减少了出精馏塔气体中的水含量。气体中的水含量。 出精馏塔的气体进入低压甲铵冷凝器（出精馏塔的气体进入低压甲铵冷凝器（307-C），），低压甲铵冷低压甲铵冷凝器是一个

58、浸没式的冷凝器，气体在此几乎完全冷凝，冷凝热则由凝器是一个浸没式的冷凝器，气体在此几乎完全冷凝，冷凝热则由调温水移走。调温水移走。 出低压甲铵冷凝器的气液混合物进入低压甲铵冷凝器液位槽出低压甲铵冷凝器的气液混合物进入低压甲铵冷凝器液位槽（314-D），），该槽既是分离器，又是高压甲铵泵（该槽既是分离器，又是高压甲铵泵（307-J）的入口缓的入口缓冲槽。出液位槽的气体入常压吸收塔（冲槽。出液位槽的气体入常压吸收塔（306-D），），出液位槽的甲铵出液位槽的甲铵液含水液含水31%，经高压甲铵泵（，经高压甲铵泵（307-J）升压至升压至14.5Mpa(A)入高压洗入高压洗涤器（涤器（304-C）。）

59、。 出精馏塔底部的尿素溶液浓度约为出精馏塔底部的尿素溶液浓度约为68.3%，含有少量的，含有少量的NH3及及CO2。尿素溶液通过液位调节阀入闪蒸槽（尿素溶液通过液位调节阀入闪蒸槽（313-D）。）。 闪蒸槽操作压力闪蒸槽操作压力0.045Mpa，由于压力降低，部分由于压力降低，部分NH3，CO2及及H2O从溶液中闪蒸出来，气体入一段蒸发冷凝器（从溶液中闪蒸出来，气体入一段蒸发冷凝器（312-C）。）。 尿素溶液贮存、蒸发系统及造粒尿素溶液贮存、蒸发系统及造粒 出闪蒸槽的尿素溶液进入尿素溶液贮槽（出闪蒸槽的尿素溶液进入尿素溶液贮槽（301-F），），再由尿素再由尿素溶液泵送入一段蒸发器（溶液泵送

60、入一段蒸发器（309-C），），一段蒸发器操作压力为一段蒸发器操作压力为0.03MPa(A)，操作温度操作温度130 C，溶液在此被浓缩至溶液在此被浓缩至96%。浓缩尿素。浓缩尿素溶液所需热量由加入壳侧的低压蒸汽提供。出一段蒸发器的气液混溶液所需热量由加入壳侧的低压蒸汽提供。出一段蒸发器的气液混合物在上部的分离器（合物在上部的分离器（315-D）分离，溶液入二段蒸发器（分离，溶液入二段蒸发器（310-C），），气体至一段蒸发冷凝器（气体至一段蒸发冷凝器（312-C）。）。 从闪蒸槽及一段蒸发分离器来的气体在一段蒸发冷凝器中冷凝，从闪蒸槽及一段蒸发分离器来的气体在一段蒸发冷凝器中冷凝，冷凝液去氨