各种尿素工艺概述ppt课件

1、各种尿素技术报告：闫家祥(教授级高级工程师)，1.1工艺技术选择1.1.1从国内外尿素技术发展来看，20世纪60年代以前主要是水溶液全循环法，60年代以后开始研究开发汽提技术，如斯塔米卡邦公司的CO2汽提和SNAM公司的氨汽提，均在60年代中期工业化，汽提尿素发展迅速，尤其是CO2汽提尿素装置。20世纪70年代全球能源危机后，能源成本急剧上升。世界上一些公司致力于开发新的节能尿素技术，如日本三井/东亚-东洋工程公司的先进的节约资本和节能工艺(ACES法)，该工艺于20世纪80年代初成功开发和工业化，并在此基础上进一步改进，形成一种改进的ACES工艺。与此同时，最初使用剥离法的公司也在此期间积极

2、改进工艺流程。例如，Stamikabang公司设置CO2气体来去除H2，以提高工厂运行的安全性；工艺尾气设置常压回收塔，减少NH3和CO2损失；工艺冷凝液处理增加尿素水解设施，减少环境污染和NH3、CO2消耗。20世纪90年代，公司对合成塔的板式结构进行了改进，开发了池式氨基甲酸铵冷凝器，降低了蒸汽消耗，节约了投资。为便于区分，以前的立式高压甲铵冷凝器式CO2汽提方法通常称为传统CO2汽提，高压甲铵冷凝器(或罐式反应器)式CO2汽提方法称为改进型。Slam公司的氨汽提法也在节能和减少环境污染方面对工艺流程进行了改造，如中压分解气部分冷凝热浓缩尿素溶液，低压分解气部分冷凝热预热高压液氨，蒸汽冷凝

3、热预热甲铵溶液，设置尿素水解设施处理工艺冷凝液。与早期工艺相比，这些设施在不久的将来显著改善了氨汽提的能耗和环境污染。从目前世界尿素的发展趋势来看，一方面是发展节能技术，另一方面是研究节约投资成本和提高运行率。上述尿素生产方法描述如下：(一)碳酸氢铵溶液全循环法。合成塔操作压力为19.6兆帕，温度为188，NH3/CO2分子比为4.0，CO2转化率约为64%。来自合成塔的溶液在中低压下分解，通过两级蒸发造粒得到尿素产品。由于中压分解压力低，分解气体的热量只能通过冷却水去除，因为冷凝温度低，除了一小部分冷凝热在主蒸发加热器的下部回收。因此，这种方法的蒸汽消耗量很高，约为每吨尿素1.7吨。这种方法

4、没有高压分解(剥离)回收，因此不需要特殊的不锈钢，如25/22/2、R4、DP3钛和锆。该方法高压设备少，投资成本低，但公共工程(冷却水、电、蒸汽)总消耗高，设备规模小。近年来，我国中小型尿素装置进行了一系列技术改造，大力降低蒸汽消耗，如采用预分离和预蒸馏工艺，在尿素合成塔中应用新型高效塔板等。取得了一定的效果，降低了蒸汽消耗。第一个工业工厂于1971年通过氨汽提法投入运行。到目前为止，世界上用这种方法建造的尿素装置大约有100个，建造的装置的最大生产能力是3200吨/天。该方法的主要操作指标如下：合成塔：压力15.2兆帕，温度188，NH3/CO2=3.5，H2O/CO2=0.67，转化率6

5、5%。汽提塔：压力14.75兆帕，温度207。中压分解在:压力1.8兆帕，温度158。低压分解：压力0.48兆帕，温度138。水解器：预该方法利用氨基甲酸铵喷射器循环氨基甲酸铵溶液，合成塔和高压氨基甲酸铵冷凝器设置在地面，节省投资，便于安装和维护。汽提塔采用钛或双金属加热管，减少了防腐空气量，可在3040%负荷下运行。热回收良好。中压分解气的部分冷凝热用于浓缩尿素溶液，低压分解气的部分冷凝热用于预热液氨，蒸汽冷凝热用于预热甲铵溶液，工艺冷凝液经处理后作为锅炉给水。东洋工程公司的改良ACES工艺改良ACES工艺与传统ACES工艺的不同之处在于尿素合成塔设置在地面上，从而减少了土建和安装投资。改进

6、的ACES工艺的高压合成回路主要由合成塔、汽提塔和甲铵冷凝器组成。高压甲铵喷射器为合成系统的物料循环提供动力，而传统的ACES工艺通过重力流形成循环。液氨通过喷射器送至合成塔，大部分CO2气体作为汽提介质进入汽提塔，剩余部分进入合成塔提供合成塔所需的热量和钝化空气。来自甲铵冷凝器的甲铵液体通过喷射器(由高压液氨提供动力)输送至合成塔。来自合成塔的尿素溶液进入汽提塔，未反应的甲基铵溶液被加热并通过CO2汽提分解成NH3和CO2。汽提后的尿素溶液进入中压分解系统，来自汽提塔顶部的气体在氨基甲酸铵冷凝器中冷凝成氨基甲酸铵溶液，副产物为低压蒸汽。氨基甲酸铵冷凝器顶部设有填料段，来自中压吸收系统的循环氨

7、基甲酸铵溶液吸收来自氨基甲酸铵冷凝液浸没吸收段的气体。惰性气体从顶部进入中压吸收系统。氨基甲酸铵冷凝器是立式浸没式冷凝器，具有以下特点：1)气速高，汽液接触好，有利于传质和传热。2)设置合适的挡板，确保气泡分布，降低压力。3)采用垂直布局，节省空间。在改进的ACES工艺中使用的氮碳比(NH3/CO2)被优化。氨冷凝器和合成塔采用不同的氮碳比，氨冷凝器的氮碳比经过优化以降低压力。合成塔内较高的氮碳比可以提高CO2转化率，降低汽提塔负荷。在合成系统中，甲铵冷凝器的氮碳比范围为2.8-3.3，合成塔的氮碳比范围为3.7-3.8。合成系统中未反应的物质在回收系统中被吸收/冷凝，然后返回到合成系统中，从

8、而可以回收热量以降低能耗和节约蒸汽。改进后的ACES工具具有以下优点：1与传统工艺相比，高压环的布置高度降低，可以减少高压管道和材料；设备和管道的安装更容易；操作和维护更加方便。高压甲铵冷凝器完成甲铵冷凝、热回收、尿素合成、惰性气体洗涤等多种功能，减少了高压环设备，减少了热回收的换热面积，也减少了高压管道和物料。合成系统的操作条件温和，减少了高压设备的腐蚀，具有较好的安全性。然而，采用这种工艺投产的工厂很少，只有四川化工总厂的尿素装置采用了这种技术并已投产。CO2汽提方法(传统的和改进的工艺)第一个工业工厂于1967年投产。到目前为止，世界上已有100多家二氧化碳汽提装置采用这种方法建造，是目

9、前世界上工厂数量最多的生产方法。建成后的工厂最大生产能力为3250吨/天。该方法的主要操作指标如下：合成塔：压力14.0兆帕，温度183，NH3/CO2=2.9合成系统压力低，减少了输送原料CO2气体和氨所需的工作量；由于汽提效率高，低压系统返回合成回路的循环氨基甲酸铵量较少，减少了循环氨基甲酸铵的输送工作。近年来，改进后的池式冷凝器(池式反应器)CO2汽提工艺已在几个大型尿素装置中投入商业运行，运行成功且稳定。该工艺的主要特点如下：a、设置脱氢装置，采用催化燃烧法脱除CO2中的氢气，工艺放空尾气不易爆。B、采用池式冷凝器，这里进行60%的合成反应，同时使用甲铵喷射器，降低了整个框架的高度，减

10、小了合成塔的体积。尿素合成塔采用高效塔板，进一步减少返混，可减少合成塔体积2025%。汽提塔由于操作压力和温度低，可采用25-22-2不锈钢作为管道。设备的最小负荷为60%，能满足正常负荷所需的负荷弹性。汽提塔效率高，循环系统负荷低，高压氨泵和高压甲铵泵能耗低。g、工艺中无中压段，工艺流程短。Starmika还开发了池式反应堆技术(也是2000年的技术)。与传统的CO2汽提方法相比，该工艺具有以下优点：1、采用罐式反应器，将合成塔、氨基甲酸铵冷凝器和高压洗涤器合成为一个装置，简化了合成工艺，减少了高压工艺管道和阀门的数量。同时降低了整个框架高度。同时，池式反应器的传热温差和总传热系数增加，与传

11、统的CO2汽提方法相比，氨基甲酸铵冷凝器的传热面积可减少25%左右；因为罐式反应器体积大，它有很大的缓冲容量，因此增加了系统的稳定性；由于池式反应器减少了换热面积、框架高度以及管道和阀门的长度，与传统的CO2汽提工艺(所有工厂都建在国外)相比，其投资成本降低了约5%；l设备的稳定性更好，系统的波动性减小；l设备可靠性更好，减少了合成回路设备故障造成的停机；此外，另一个特点是Stemika公司开发的新材料为SAFUREX双相钢材料，具有以下优点：1耐腐蚀性好，与传统的CO2汽提方法相比，合成回路设备的使用寿命提高了50%以上；l机组负荷弹性增大，传统CO2汽提方法(汽提塔采用25/22/2物料)

12、的最低负荷为60%，使用SAFUREX物料时最低负荷可达35%；l提高了设备的运行速率，设备的稳定性更好，减少了系统的波动；传统CO2汽提合成塔的密封时间为24小时，SAFUREX材料的密封时间可达72小时。l设备可靠性更好，减少了合成回路设备故障造成的停机；CO2气体钝化空气的加入量减少，CO2气体的含氧量从0.6%降低到0.3%，压缩机轴功率降低约1.5%。l减少4巴吸收塔放空的氨损失；L提高了合成尿素的转化率约0.9%；由于压缩机轴功率的降低和合成塔尿素转化率的提高，蒸汽和冷却水的消耗也减少了。两种方案的主要特点比较：(3)两种方案的原料消耗和共用项目消耗差异不大，但进口方案略低。1.1

13、.2多道工序消耗定额(预期值)比较，序号，注：按吨尿素产品计算，是专利厂商提供的典型装置的预期值，1.1.3近年来国内大型尿素装置的技术状况，综上所述，多项熔融尿素技术成熟可靠，全循环法公用工程消耗最高其中，改进后的CO2汽提(带罐冷凝器)已在国内大型工厂投入运行，并通过了性能考核。目前，该装置运行稳定，工艺流程短于氨汽提，操作简单，生产稳定。池式反应器技术也已投入生产，但通常建议用于较小的尿素工厂，如规模为1500吨/天或更小的尿素工厂。以下是采用改进的CO2汽提方法(池式冷凝器)的工艺流程描述。1.2工艺特点和工艺描述1.2.1工艺特点改进后的CO2汽提方法的主要工艺特点如下：低能耗(主要

14、通过以下措施实现) 从合成塔出来的尿素溶液用粗CO2气提，罐中氨基甲酸铵冷凝器，合成系统中CO2和NH3的高转化率，热回收，低水负荷，低合成压力，重力流循环合成，合成过程中NH3/CO2接近共沸点3.0，合成塔压力只有14兆帕。 它不仅对CO2有高转化率，对NH3也有高转化率。原则上，NH3和CO2都可以用作汽提剂来汽提未转化的反应物。然而，如果仅使用NH3，由于NH3的高溶解度，通过热分解更难以实现有效的汽提效果，因此来自合成过程的尿素溶液中NH3的浓度更高。通过CO2汽提，整个循环装置中NH3的最终浓度仅为6-7%，CO2的浓度为8-10%。因此，从汽提塔排出的未转化的CO2和NH3仅需要

15、一个低压回收过程，因此简化了该过程。合成部分的材料和从该部分排出的材料中的NH3/CO2比是2的最佳分子比。75%以上的未转化反应物在合成段循环，直到合成的氨基甲酸铵溶液的含水量为31%，低的水负荷有利于尿素的转化。在池式冷凝器中发生以下反应：l气体冷凝成甲基铵，副产物低压蒸汽l完成60%的尿素转化。与传统的降膜冷凝器相比，合成塔的体积减少了40%；从而降低尿素装置框架的高度；同时，传热系数和温差增大，传热面积减小；增加了操作灵活性。合成设备按重力流布置，节约能耗。设计简单，在NH3/CO2比为2的条件下，约75%的未转化反应物在合成回路中循环，只有少量NH3和CO2离开合成系统，因此在循环过程中只有一个低压回收过程。由于该工艺没有中压循环部分，降低了投资消耗、装置面积、事故停车次数、能耗和腐蚀风险。尿素溶液储罐和工艺冷凝液储罐具有足够的缓冲容量，从而提供更大的操作灵活性。尿素装置的设备布置具有以下特点：1 .重力流节能；l合成回路没有旋转设备；l操作和维护方便安全；CO2原料气中存在的H2和添加的防腐空气是净化后工艺尾气的主要成分。这种气体易燃易爆。为了防止这种气体，Stamicarbon建立了一个H2去除反应器，使用催化剂从CO2气体中去除H2，使工厂所有过程中的材料成分不具有爆炸性，有