尿素生产工艺设计

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1、第一章尿素生产概述1.1尿素生产的原理尿素的合成原料是氨和二氧化碳，这两种原料均来自合成氨装置。尿素合成的条件为:188°C,15.6MPa,进料氨与二氧化碳的物质的量比是3.6,水与二氧化碳的物质的量比是0.67[2]o一般认为在合成塔尿素的反应分以下两部进行第一步，氨基甲酸铵的生成。反应式为：2姗3(/)+CO2⑻□NH4COONH，(r)+Q第二步，氨基甲酸铵脱水。反应式为：NH4COONH2(l)aCO(NH2)2(Z)+H2O(l)-Q21.2尿素生产的方法由于这两个反应都是可逆反应，因此氨与二氧化碳不可能全部转化为尿素。在工业生产条件卜*,二氧化碳转化率仅在

2、50%-70%之间[3]。为了分离和回收未反应的氨和二氧化碳,可将合成熔融物加热分解，使气体逸出。但要将逸出的氨与二氧化碳全部或部分返冋合成塔重新合成尿素，这就山现了各种不同的流程。有循环法，半循环法和全循环法。全循环法又可以分为热气全循环法、矿物油全循环法、气体分离全循环法、水溶液全循环法及汽提全循环法。气提全循环法又可以分为二氧化碳汽提法、氨汽提法和双汽提法。第二章斯那姆氨汽提工艺2.1工艺基本原理汽提是使尿液中的甲铵按下述反应分解为AW3和co2的过程NH4COONH2(l)02AW3G?)+CO2⑻-2这是一个可逆体积增大的反应u］。我们只要能够供给热量，降低压力

3、或降低气相屮13和co2某一组分的分压都可使反应向右方进行，以达到分解中铵的目的。汽提法是在保持压力与合成塔相同的条件下，在给热量的同时采用降低气相中7«3和092某一组分的过程。当温度为rc时，纯态甲铵的离解压力与各组分(胃3和€02)的分压的关系按以上化学方程式可作如下表示：设总压力为1则从反应式中可以看到氨分压为2/3Ps二氧化碳分压为1/3P,如反应式在温度为VC时的平衡常数为仏，贝IJ:^=(2/3^.)2(1/3^)=4/27^3假如氨和二氧化碳之比不是按2:1状态存在，在温度仍为VC时，它的总压力为P,其各组分的分压为：AW3的分压PNH'=总压父氨的分

4、子数co2的分压PCOi=总压X二氧化碳的分子数WxC02分别为气体中氨，二氧化碳的分子分数这样反应式在温度为VC时平衡常数应为：Kt=(P-Xc()2)=P'X:，XCO2温度相同，平衡常数应相等，所以当温度为VC4/27P?=P3.X.^.XCO2P=2但纯甲胺在某一固定温度下离解力为不变的常数C,所以0.53P=从此式可以看出，当趋近于1吋，则必趋近于0,就趋近于0,则；^趋近于无限大,就是说当甲铵液用二氧化碳气体通入，气相中几乎全为二氧化碳时(又％=1)P趋于无限大，即甲铵的离解压力近于无限大，我们知道如果甲铵在某温度下的离解压力大与操作压力，甲铵就会得到分解，现

5、分解压力为无限大，大于固定操作压力，所以液相中甲铵就进行分解，这就是二氧化碳气提法分解甲铵的理论基础［5］。2.2工艺特点(1)高/7/3/(?02高转化率合成塔入口物料中/CO2为3.3-3.6,塔内操作温度186-189°C，操作压力约15.5MPa,CO2的单程转化率可达65-67%。(2)热利用率高能耗低a.采用钛材的降模式氨气提塔，操作温度高达205°C左右，气体效率高，从而减轻了下游工序的分解负荷，降低了共用物料的消耗。b.中压分解气的冷凝热，用于真空预浓缩器蒸发尿液；低压分解气和解吸气在液氨预热器加热液氨；蒸汽冷凝液用于高压甲铵泵后加氨液加热。这些措施相当

6、于节省蒸汽约400kg八尿素。使蒸汽和冷却水的消耗降低。另外，工艺冷凝液经处理后，可直接作为锅炉给水使用，也相应减少了操作费用。(3)操作弹性大年运转率高［6］由于该装置的防腐性能好，可在40%的生产负荷下稳定运行，封塔时间可达4天也不需要排放，事故排除后即可快速开车，提高了装置的运转率。木装置的年运转天数可达340天左右。(4)设备水平布置尿素合成工段采用丫高压喷射器作为抽吸循环甲铵液的动力，使得合成塔高压设备直接坐落于地面上，无需高层框架。使安装和维修费用降低。(5)操作安全性强气提塔使用钛材以及反应物料中较高的AW3/CO2,使得系统中需加入的防腐空气量减少，这样，

7、在中低压系统排出的混合气中含量较低，避免生成爆炸性混合气体。同时，也相应减少了惰性气中的氨损失。（6）污染小经高效解吸和深度水解后，液体排放物得到净化处理，工艺冷凝液中铵和尿素含量降至lppm以下，可直接回收利用，同时，由于采用高质量的造粒喷头及自然通风技术，造粒排放气体屮鉍素粉尘含量在20kg/m3以*卜对周边环境造成的污染变得很薄弱。（7）流程长，设备多，相互制约性强，控制点多，技术素质要求高［7］。2.3工艺流程图工艺流程图见图2-12.4工艺流程简介2.4.1原料供给木装置的两种原料均来自合成氨装置。液氨压力不低于2