尿素工艺说明分析

3.3 工艺流程说明

尿素生产工艺主要包括:二氧化碳压缩和脱氢、液氨升压、高压合成与汽提回收、低压分解回收与真空预浓缩、蒸发与造粒、工艺冷凝液处理等工序。

(1)二氧化碳压缩和脱氢

从合成氨装置来的二氧化碳气体压力0.15MPaA、温度40℃,经过CO2液滴分离罐(S3101)与工厂空气管网来的一定量的空气混合,一起进入二氧化碳压缩机

(K3102)。

压缩机二段出来的温度约165℃的二氧化碳进入脱氢反应器,在脱氢反应器(R3101)中

H2与O2反应转化为H2O。脱氢后二氧化碳含氢及其它可燃气体小于50ppm,脱氢的目的

是防止高压洗涤器(E3203)排出气发生爆炸。脱氢后二氧化碳的温度约215℃(视二氧

化碳气体中氢含量而定),再经冷却、分离后进入二氧化碳压缩机三段(在二氧化碳压缩

机三段入口对二氧化碳气中的含氧量自动检测)。二氧化碳最终压缩到l5.0 MPaA,送去

汽提塔(E3201)。

二氧化碳压缩机由蒸汽透平驱动。蒸汽透平的转速,由速度控制器控制并自动调节,以适应尿素的生产负荷。

(2)液氨升压

来自合成氨装置的液氨压力2.5MPaA、温度34℃,经氨过滤器(F3101)滤去杂质后进入高压氨泵(P3101A/B)的入口。高压氨泵(P3101A/B)的入口设有液氨缓冲罐

(V3102)。液氨经高压氨泵(P3101A/B)加压到18MPaA后经液氨预热器(E3204)温

度升到大约90℃,送到高压喷射器(J3201)作为为甲铵喷射器的驱动流体,利用其过量

压头,将高压洗涤器(E3203)来的甲铵液带入甲铵冷凝器(E3202)。

(3)高压合成与汽提回收

从甲铵冷凝器(E3202)底部出来的液体甲铵和少量的未冷凝的氨和二氧化碳,分别

用两条管线送入尿素合成塔(R3201)底部。液相加气相物料总NH3/CO2(摩尔比)为3.1。

温度为l67℃~l72℃。

尿素合成塔(R3201)内设有12 块筛板,形成类似几个串联的反_èì?__?i_èì应器,塔板的作用

是防止物料在塔内返混,保证停留时间均匀,提高转化率。物料从塔底升到塔顶,温度

上升到183℃~l85℃,经过溢流管从塔下出口排出,经过液位控制阀进入汽提塔(E3201)

上部,再经塔内液体分配器均匀地分配到每根汽提管中,沿管壁成液膜下降。液体的均匀分配,以及在内壁成膜是非常重要的,否则汽提管会被腐蚀。由塔下部导入的二氧化

碳气体,在管内与合成反应液逆流接触,壳侧用蒸汽加热。合成反应液中过剩氨及未转

化的甲铵将被汽提蒸出和分解,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%。

从汽提塔(E3201)顶部排出180℃~l82℃的气体,与高压喷射器(J3201)出来的甲铵液一起进入甲铵冷凝器(E3202)顶部。甲铵冷凝器(E3202)是一个管壳式换热器。

物料走管内,壳程副产蒸汽,根据副产蒸汽压力高低,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尿素合成塔(R3201)内冷凝,以提供尿素合成塔(R3201)内甲铵转化为尿素所需热量,从而达到自热平衡。所以把控制副产蒸汽压力作为控制合

成塔温度、压力的条件之一。

为了使进入甲铵冷凝器(E3202)上部的气、液相得到充分的混合,增加接触时间,在甲铵冷凝器(E3202)上部设有一个液体分布器。

从尿素合成塔(R3201)顶排出的气体,温度约为183℃~l85℃,进入高压洗涤器(E3203)。在这里将气体中的氨和二氧化碳被甲铵液冷凝吸收,然后经甲铵冷凝器

(E3202)再返回合成塔。未冷凝气体主要是惰性气体,含有少量的氨,自高压洗涤器排

出,减压后进入第一吸收塔(C3201),进一步被来自第一吸收塔给料泵(P3705A/B)的

工艺冷凝液和蒸汽冷凝液洗涤吸收,洗涤后的气体排入排放筒(X3801),液体送到第二

吸收塔(C3305)。

高压洗涤器(E3203)分为三个部分:上部为预防爆炸而充以惰性气体的空腔;中部

为鼓泡吸收段;下部为管式浸没式冷凝段。从尿素合成塔(R3201)来的气体,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_`___瑊入下合成塔的操作是否正常。

从高压洗涤器(E3203)中部溢流出的甲铵液,其压力与合成塔顶部的压力相等。用

高压喷射器(J3201)将其引入较高压力的甲铵冷凝器(E3202)(约高出0.3MPa)。来自

高压氨泵(P3101A/B)的液氨,压力约为l8MPaA,进入高压喷射器(J3201),将高压洗

涤器(E3203)来的甲铵升压,一起进入甲铵冷凝器(E3202)的顶部。高压喷射器(J3201)

设在与尿素合成塔(R3201)底部相同的标高。从尿素合成塔(R3201)底引出一股合成

反应液,与高压洗涤器(E3203)的甲铵液混合,然后一起进入高压喷射器(J3201)。引

出这股合成反应液的目的,第一是为了保证经常有足够的液体来满足高压喷射器(J3201)

的吸入要求,不必为高压洗涤器(E3203)设置复杂的流量或液位控制系统;第二,尿素

合成塔(R3201)引出的合成反应液含有一定量的尿素,可使高压冷凝器(E3203)中的

液体沸点得到提高,对副产蒸汽有利。

(4)低压分解回收与真空预浓缩

来自汽提塔(E3201)底部的尿素-甲铵溶液,经过汽提塔(E3201)的液位控制阀减压

到0.45MPaA,进入精馏塔(C3301),在降膜式低压分解器(E3301)中,溶液中尚未分

解的甲铵进一步分解,底部溶液中尿素浓度提高到70%左右。

精馏塔(C3301)和低压分解器(E3301)组合在一起,在溶液进入低压分解器(E3301)的管束之前,先在精馏塔(C3301)中闪蒸,然后进入管束;下部管束为分解段,残余甲

铵在此进行分解。这一反应所需热量,由0.44MPaA,147℃的蒸汽提供。在列管顶部有

液体分布器,使溶液在管的内壁形成均匀的液膜。底部出来的尿液温度为140℃,压力

0.45MPaA,含氨量为1%~2%(质量),二氧化碳为0.5%~1.0%(质量)。

从精馏塔(C3301)顶部排出的含有氨和二氧化碳的气体,送往真空预浓缩器(E3302)壳程。在那里被由回流泵(P3802A/B)来的碳铵液部分吸收冷凝。这些吸收和冷凝的热

量,被用来蒸发尿素溶液的水分,以节省蒸汽。真空预浓缩器(E3302)壳侧的汽液混合

物,在低压甲铵冷凝器(E3303)中最终冷凝,冷凝热用密闭循环冷却水移走。在低压甲

铵冷凝器(E3303)中,二氧化碳几乎全部被吸收。从低压甲铵冷凝器(E3303)出来的

气液混合物,进入低压碳铵分离罐(V3303),在那里进行气液分离。分离出的气相进入

低压吸收塔(C3304)的底部,鼓泡吸收后进入低压吸收塔冷却段,上升的气体冷却后进

入低压吸收塔(C3304)上部的填料段,与从顶部下来的洗涤液逆流接触后排出低

压吸收

塔(C3304)进入第二吸收塔(C3305)。低压吸收塔(C3304)的液相自流至低压甲铵冷

凝器(E3303)。低压碳铵分离罐(V3303)分离出的碳铵液经高压甲铵泵(P3102A/B)加压返回到高压洗涤器(E3203)的底部。

由低压分解器(E3301)底部来的溶液,减压到0.035MPaA 进入降膜式真空预浓缩器(E3302),在此进一步提高尿液的浓度。此设备由两部分组成:上部为真空预浓缩分

离器(S3302),下部为列管式真空预浓缩器(E3302)。在上部进行闪蒸分离,气体被分

离并送往真空系统冷凝;溶液进入下部真空预浓缩器(E3302),最后残留的甲铵在此被

分解。尿液浓度由70%左右上升到80%左右,温度约90℃。所需热量由来自精馏塔(C3301)顶部的气体与回流泵(P3802A/B)送来的碳铵液冷凝热供给,以节省蒸汽。

底部尿液进入尿素溶液小槽,再通过尿素溶液泵(P3303A/B)送往蒸发工段。(5)蒸发与造粒

从真空预浓缩器(E3302)出来的尿素溶液浓度约80%,经过尿素溶液泵(P3303A/B)进入升膜式一段蒸发器(E3401)的管侧,壳侧用0.44MPaA、147℃的低压蒸汽加热。加

热后进入一段蒸发分离器(S-3401)进行气液分离,压力控制在0.033MPaA,气相被送到

一段真空系统冷凝器中冷凝,在此,尿液浓度约为95%(wt)、温度为130℃;自流进入升

膜式二段蒸发器(E3402)管侧,壳侧用0.70MPaA,165℃的蒸汽加热,加热后迅速进入

二段蒸发分离器(S3402)进行气液分离,压力为0.0033MPaA。气相被送到二段真空系统

冷凝器中冷凝。液相尿液浓度在99.7%(wt)、温度控制在140℃,通过熔融尿素泵(P3401A/B)送入造粒塔(G3601)顶部的造粒喷头(G3602)进行造粒,二段蒸发分离

器(S-3402)的液位由泵出口管线上的液位控制阀控制。造粒塔内,造粒喷头出来的尿

液液滴降落与上升的空气逆流接触,空气通过自然的气流带走尿液液滴的结晶热,液滴

凝固降落到底部通过刮料机(B3604)进入成品皮带(B3605),造粒喷头(鍬_.3 4G3602)的转

速和喷头小孔直径控制粒子的大小。

造粒塔顶部的粉尘,由尿素粉尘回收系统回收。保证造粒塔顶部排放的废气达到国家环保标准。

(6)工艺冷凝液收集

工艺冷凝液槽(V3703),分为A 和B 室。真空预浓缩器(E3302)的气相和一段分离器(S3401)的气相经过一段真空系统冷凝器中冷凝,大部分气体被冷凝下来进入工艺

冷凝液槽的B 室,未凝气被蒸发喷射器抽取送常压吸收塔进行洗涤回收,二段分离器

(S3402)的气相通过喷射器送入二段真空系统冷凝器中冷凝,大部分汽体被冷凝下来进

入工艺冷凝液槽(V3703)的A 室,没有冷凝的气相被蒸发喷射器抽取送常压吸收塔进

行洗涤回收,液相进入工艺冷凝液槽(V3703)的A 室。未凝气被喷射器抽取送到常压

吸收塔进行洗涤回收。在真空系统冷凝器所有的冷凝热被冷却水移走。

(7)0.7MPaA的第一吸收塔和常压的第二吸收塔

来自高压洗涤器(E3203)减压后的气体,含有少量的氨和二氧化碳,进入第一吸收塔

的底部,来自工艺冷凝液槽(V3703) A 室的工艺冷凝液经过第一吸收塔给料泵(P3705A/B)升压后进入第一吸收塔给料冷却器(E3206)冷却,然后送入第一吸收塔

(C3201)中部,与底部近来的气体逆向接触,吸收其中的氨和二氧化碳,吸收后的气相

继续上升和从顶部进入的蒸汽冷凝液逆流接触,进一步吸收,经过两次吸收后的气体通

过放空筒(X3801)排入大气。吸收下来的液体进入第二吸收塔(C3305)底部。来自低压吸收塔(C3304)、回流冷凝器(E3804)的气相以及来自真空系统的未冷凝气

体进入第二吸收塔(C3305)的底部,气体在上升过程中首先被自循环冷凝液吸收,然后

再被来自工艺冷凝液槽(V3703)A室的工艺冷凝液,经过第一吸收塔给料泵

(P3705)

的工艺冷凝液吸收,最后被从顶部进入的蒸汽冷凝液进一步的吸收,吸收后的气体通过

放空筒(X3801)排入大气。第二吸收塔的底部的液相经过第二吸收塔循环泵(P3309)升压,通过第二吸收塔循环冷却器(E3312)冷却后进入第二吸收塔(C3305)和底部上

升的气相进一步的循环吸收。另一部分液相则进入工艺冷凝液槽的B室。

(8)工艺冷凝液处理

收集在工艺冷凝液槽(V3703)中B室的工艺冷凝液被解吸塔给料泵(P3703A/B)输

送到第一解吸塔(C3801)中,在进第一解吸塔(C3801)前,进料与第二解吸塔(C3802)

的底部排出液经过解吸塔换热器(E-3802)换热,温度上升到115℃。在第一解吸塔

(C3801)

内大部分NH3和CO2被从第二解吸塔(C3802)、水解塔(C3803)来的气相汽提。沿塔

向下流时,工艺冷凝液与从第二解吸塔(C3802)和水解塔(C3803)来的向上的气相换

热,温度上升,结果使液相中的NH3和CO2被汽提出来。离开第一解吸塔(C3801)的

气相进入回流冷凝器(E3804)中冷凝。冷凝后气相减压后送去第二吸收塔(C3305),液相经回流泵(P3802A/B)送出,一部分回流至第一解吸塔(C3801)顶部,用于控制

第一解吸塔(C3801)顶部的温度,一部分送至真空预浓缩器(E3302)壳侧。

经过解吸后的来自第一解吸塔(C3801)底部溶液经过水解给料泵(P3801A/B)升压后和来自水解塔底部的液相通过水解塔换热器(E3803)换热后进入水解塔

(C3803)

顶部,水解塔(C3803)底部加入2.5MPaA 、325℃过热蒸汽,用于促使尿素水解,顶部

气相进入第一解吸塔(C3801);水解塔(C3803)底部的液相经过水解塔换热器

(E3803)

换热后进入第二解吸塔的顶部,液体在往下流的过程中被来自底部的0.44MPaA、147℃

的蒸汽汽提,气相通过升气帽进入第一解吸塔(C3801),解吸废水通过废水泵送出,经

过解吸塔换热器(E3802)和废水冷却器(E3801)冷却后排出界区。

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