化肥厂尿素装置生产原理及工艺流程技术讲座

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1、尿素装置技术讲座NIAOSU尿素装置技术讲座目录：1、装置工艺流程简述（生产方法及工艺路线）；2、装置物料平衡图；3、装置关键控制点及控制方法；4、装置目前存在的问题及解决办法；5、装置进行过的技术改造及改造后装置的情况；1.装置工艺流程简述（生产方法及工艺路线）；1.1.1装置简介xxxx化肥厂尿素装置是上个世纪七十年代从荷兰STAMICARBON公司引进的CO2气提法尿素生产工艺技术，该装置由荷兰大陆公司总承包，国内设计院完成配套工程的设计，于1976年建成投产，生产出合格产品。大庆石化公司化肥厂尿素装置技术讲座尿素装置总投资2.6亿多元人民币，总占地面积24000m2。尿素装置主要由

2、原料NH3和CO2的压缩、高压合成、低压分解和循环吸收、解吸与水解、蒸发与造粒等部分组成。以合成氨车间输送来的NH3和CO2为原料,反应生成成品尿素，设计日产尿素1620吨，年生产能力为48万吨。大庆石化公司化肥厂尿素装置技术讲座2005年，通过引进荷兰STAMICARBON公司的并联中压技术对尿素装置进行了扩能改造，使装置的生产能力由原设计1620吨/天提高至2300吨/天。本次扩能改造除新增一套并联中压系统外，还新增了一台CO2增压机、一台高压离心氨泵、一台高压离心甲铵泵以及一套新蒸发系统，另外还对高压洗涤器进行了更新。改造后的装置于2005年11月4日一次投料开车成功，生产出合格产品

3、。改造后的装置不但产量有大幅度的提高，能耗物耗也有所下降。这还是国内首家利用并联中压技术对CO2气提法尿素生产工艺进行改造并取得成功的装置。大庆石化公司化肥厂尿素装置技术讲座1.1.2工艺原理1、尿素生产的反应原理尿素生产的化学反应主要分两步，第一步是液态NH3和CO2反应生成氨基甲酸铵（即甲铵），分子式为NH4COONH2，反应式为：2NH3(液)+CO2(气)≒NH4COONH2(液)+119.2千焦/摩尔(1-1)第二步是甲铵在液相条件下发生脱水反应生成碳酰二胺（即尿素），分子式为CO(NH2)2,反应式为：NH4COONH2(液)≒CO(NH2)2+H2O(液)-15.5千焦/摩尔

4、（1-2)大庆石化公司化肥厂尿素装置技术讲座式（1-1）也称为甲铵的生成反应，是强放热、体积缩小的可逆反应。在一定的工艺条件下，如能及时地移走反应热，甲铵的生成反应可以在瞬间达到平衡。式（1-2）也称为尿素的生成反应，必须在液相下才能进行，是一个吸热的可逆反应。该反应进行得很缓慢，需要很长时间才能达到平衡。因此，在实际生产中，并不是所有的甲铵都能转化为尿素，而是只有一部分，转化率大约为55-59%。大庆石化公司化肥厂尿素装置技术讲座2、反应条件的确定（1）甲铵的生成反应甲铵的生成反应是一个体积缩小的强放热反应。根据化学反应的平衡原理，为使反应尽快地达到平衡，必须及时地移走反应生成的热，并且

5、提高反应压力对加快反应速度有利。在实际工业生产中，根据高压甲铵泵的出口压力确定反应压力为13.5～14.5MPa，反应热是由高压甲铵冷凝器壳侧的热水及时移走生成副产品低压蒸汽。大庆石化公司化肥厂尿素装置技术讲座在该反应压力下，参考NH3-CO2二元气液平衡图，并综合考虑副产蒸汽量最大及满足合成塔的工艺要求（即保证有一部分NH3和CO2在合成塔内继续冷凝放热供生成尿素反应所需热量），确定反应温度为140-150℃，投料NH3/CO2为2.89。在这种条件下，实际上约有78-80%的NH3和CO2被冷凝成液体，冷凝后的温度为166.6℃。大庆石化公司化肥厂尿素装置技术讲座（2）尿素的生成反应尿

6、素的生成反应是一个必须在液相中进行的、吸热的可逆反应。根据化学反应的平衡原理，在反应进行的过程中必须持续地供给热量，而且该反应进行地非常缓慢，不容易达到平衡。在实际的工业生产中，尿素生成反应的反应热是由未反应的NH3和CO2在合成塔内继续冷凝所放出的热量供给的，且反应温度越高越好。大庆石化公司化肥厂尿素装置技术讲座根据设备材质的耐用温度不超过190℃，确定操作温度为180-185℃。再根据尿素生成过程的平衡压力图，考虑到原料中5%（V）的空气及惰气，最终确定反应压力为13.6MPa。另外，根据反应方程式，降低系统中的水含量对尿素的生成有利，但水含量也不能太低，以免循环系统的甲铵液太浓，产生

7、结晶。因此，要合理控制高压系统中的水含量。大庆石化公司化肥厂尿素装置技术讲座1.1.3工艺流程说明（1）原料液氨和二氧化碳加压输送系统原料液氨经高压液氨泵加压后，与高压洗涤器来的浓甲铵液一同经高压喷射器送进高压甲铵冷凝器。原料二氧化碳气体经搀入防腐用空气后，进入液滴分离器分液（有冷凝液排放），之后经压缩进入气提塔底部。大庆石化公司化肥厂尿素装置技术讲座（2）合成和高压循环系统新鲜液氨和浓甲铵液、含有氨和二氧化碳的气提气一