尿素工艺流程-.ppt
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1、第三节第三节 合成尿素工艺流程合成尿素工艺流程v(一一)传统水溶液全循环法传统水溶液全循环法v(二二)溶液全循环改良溶液全循环改良C C法法二、水溶液全循环法二、水溶液全循环法尿素生产流程有多种,最早实现工业化的方法是不循环法尿素生产流程有多种,最早实现工业化的方法是不循环法和部分循环法,后来被和部分循环法,后来被水溶液全循环法水溶液全循环法代替,又出现各种代替,又出现各种气提法气提法流程。虽然方法、其实现的工艺流程和工艺条件不流程。虽然方法、其实现的工艺流程和工艺条件不同,但生产原理是相同的。主要介绍尿素生产的工艺流程、同,但生产原理是相同的。主要介绍尿素生产的工艺流程、主要设备和操作条件。
2、主要设备和操作条件。一、不循环法和部分循环法一、不循环法和部分循环法尿素生产工业化早期实现的是不循环和部分循环流程,两尿素生产工业化早期实现的是不循环和部分循环流程,两种方法在生产尿素时必定伴有大量副产物生成,此种流种方法在生产尿素时必定伴有大量副产物生成,此种流程已不再采用。程已不再采用。1(一一)传统水溶液全循环法传统水溶液全循环法 1工艺流程工艺流程(见(见294页图)页图)2主要设备主要设备(尿素合成塔)(尿素合成塔)合成塔工艺操作条件合成塔工艺操作条件:压力压力20-22MPa20-22MPa、温度、温度190-200190-200,氨碳氨碳比比4-4.5,水碳比,水碳比0.6-0.
3、7,转化率约,转化率约62-64%,应符合高压应符合高压容器要求,外壳应用保温材料容器要求,外壳应用保温材料大中型尿素工厂采用大中型尿素工厂采用衬里式合成塔衬里式合成塔合成塔外筒为多层卷焊受压容器,内部衬有一层耐腐蚀的合成塔外筒为多层卷焊受压容器,内部衬有一层耐腐蚀的不锈钢板,隔离尿素甲铵腐蚀介质,外壳保温,防止热量不锈钢板,隔离尿素甲铵腐蚀介质,外壳保温,防止热量外散。外散。优点:容积利用率高,耐腐蚀材料用量少,操作方便。优点:容积利用率高,耐腐蚀材料用量少,操作方便。最早采用空塔,不设置内件,塔高径比较大。后采用高径最早采用空塔,不设置内件,塔高径比较大。后采用高径比小的塔,常设置混合器或
4、筛板等内件,减少返混的影响。比小的塔,常设置混合器或筛板等内件,减少返混的影响。23、水溶液全循环法特点、水溶液全循环法特点缺点:缺点:能量利用率低;能量利用率低;合成系统总反应是放热的,但因加入大量过剩氨合成系统总反应是放热的,但因加入大量过剩氨以调节反应温度,反应热没有加以利用;另外,以调节反应温度,反应热没有加以利用;另外,一段、二段甲铵冷凝器均需用水冷却,不但冷凝一段、二段甲铵冷凝器均需用水冷却,不但冷凝热得不到利用,反而需要消耗大量的冷却水。热得不到利用,反而需要消耗大量的冷却水。一段甲铵泵腐蚀严重,制造、操作、维修都较一段甲铵泵腐蚀严重,制造、操作、维修都较麻烦;麻烦;流程过于复杂
5、。流程过于复杂。优点:优点:(1)循环动力消耗较小;)循环动力消耗较小;(2)不耗费贵重溶剂、投资省。)不耗费贵重溶剂、投资省。5(二二)溶液全循环改良溶液全循环改良C C法法1工艺流程工艺流程(见(见296-297页图)页图)日本三井东压日本三井东压/东洋工程全循环改良东洋工程全循环改良C法,是传统水溶液全法,是传统水溶液全循环法的改进,生产低缩二脲含量尿素产品,也生产常规循环法的改进,生产低缩二脲含量尿素产品,也生产常规尿素产品。尿素产品。2主要设备主要设备(尿素合成塔)(尿素合成塔)尿素合成塔操作条件:压力尿素合成塔操作条件:压力23-25MPa23-25MPa、温度、温度190-200
6、190-200,氨碳比氨碳比4,水碳比,水碳比0.37,转化率约,转化率约72%,外壳应用保温材料,外壳应用保温材料改良改良C法的尿素合成塔采用高径比为法的尿素合成塔采用高径比为18的空塔,用钛作衬的空塔,用钛作衬里,耐高温腐蚀。里,耐高温腐蚀。63改良改良C法的特点法的特点优点:优点:(1)采用较高的合成压力和温度,并取较)采用较高的合成压力和温度,并取较高的氨碳比和较低的水碳比,转化率高,降低了高的氨碳比和较低的水碳比,转化率高,降低了分解循环吸收负荷。(分解循环吸收负荷。(2)采用结晶重熔方法,可)采用结晶重熔方法,可制得缩二脲低于制得缩二脲低于0.35%的产品。的产品。缺点:缺点:热回
7、收利用不高,总能耗优于热回收利用不高,总能耗优于传统水溶液传统水溶液全循环法,但不及各种气提法流程。全循环法,但不及各种气提法流程。7三、气提法三、气提法气提法也是水溶液全循环流程,但采用了气提技术气提法也是水溶液全循环流程,但采用了气提技术。因水因水溶液全循环法具有能耗大、成本高、甲铵泵腐蚀严重、流程溶液全循环法具有能耗大、成本高、甲铵泵腐蚀严重、流程复杂等缺点。气提法是针对此法缺点而产生的。复杂等缺点。气提法是针对此法缺点而产生的。气提法生产尿素:气提法生产尿素:把合成塔排出的合成反应液,在合成压把合成塔排出的合成反应液,在合成压力和较高温度下,在力和较高温度下,在“气提塔气提塔”内与气提
8、气(内与气提气(CO2、NH3等)等)逆流接触,将逆流接触,将NH3和和CO2从尿液中气提出来,然后将气体导从尿液中气提出来,然后将气体导入入“高压甲铵冷凝器高压甲铵冷凝器”,与新鲜氨合并冷凝为甲铵液,放,与新鲜氨合并冷凝为甲铵液,放出出热量用于副产蒸汽。因甲铵冷凝压力与合成压力基本相等,热量用于副产蒸汽。因甲铵冷凝压力与合成压力基本相等,故甲铵靠重力即可返回合成塔。故甲铵靠重力即可返回合成塔。一工艺条件选择一工艺条件选择二高压冷凝原理二高压冷凝原理三三气提法气提法四氨气提法四氨气提法8(一一)工艺条件选择工艺条件选择 气提法生产中,在一定温度、压力下,气提只能提出气提法生产中,在一定温度、压
9、力下,气提只能提出75%和和85,故需设置低压循环进一步分解和,故需设置低压循环进一步分解和回收。回收。vv1 1:因气提需热,故升高温度有利,又温度太高,会使因气提需热,故升高温度有利,又温度太高,会使设备腐蚀加剧,副反应增加,故应在设备腐蚀加剧,副反应增加,故应在180左右生产。左右生产。vv22:降低使甲铵分解,对过量氨蒸出及吸收有利,气降低使甲铵分解,对过量氨蒸出及吸收有利,气v提效率提高,但为节省能耗,常选用提效率提高,但为节省能耗,常选用气提气提=合成合成。v3液气比:液气比:即进入气提塔尿素液与即进入气提塔尿素液与的重量比。它由的重量比。它由合成反应本身的加料组成确定,不可任意改
10、变。生产中为保合成反应本身的加料组成确定,不可任意改变。生产中为保证每根管子内的正常流量,防止管子造成严重腐蚀,一证每根管子内的正常流量,防止管子造成严重腐蚀,一般般气提塔内液气比控制在气提塔内液气比控制在4左右。左右。v4停留时间:停留时间:生产上以接近生产上以接近1minmin为宜。为宜。9(二二)高压冷凝原理高压冷凝原理q气提出的气提出的、气体需冷凝成甲铵再进气体需冷凝成甲铵再进入合成塔。入合成塔。NHNH3 3(g)+CO(g)+CO2 2(g)NH(g)NH4 4COONHCOONH2 2(l)+Q(l)+Qq此反应速度快,且为强放热反应,故工业上用此反应速度快,且为强放热反应,故工
11、业上用高压甲铵冷凝器高压甲铵冷凝器进行进行、气体的冷凝气体的冷凝和甲铵的生成反应,放出热量用于产生蒸汽。和甲铵的生成反应,放出热量用于产生蒸汽。回收蒸汽可降低能耗。实际上高压甲铵冷凝器回收蒸汽可降低能耗。实际上高压甲铵冷凝器是一付产蒸汽的锅炉。是一付产蒸汽的锅炉。10(三三)气提法气提法2主要设备主要设备1)尿素合成塔:总高)尿素合成塔:总高33m,内径内径2.8m,塔内安放,塔内安放8块等距筛块等距筛板,将反应器分成板,将反应器分成9个串联的小室,安放筛板的目的是防个串联的小室,安放筛板的目的是防止返混,增大气液接触混合作用。止返混,增大气液接触混合作用。2)气提塔:直立降膜式裂管换热器,此
12、塔是全过程气提塔:直立降膜式裂管换热器,此塔是全过程中腐蚀最苛刻的设备,加热管采用耐腐蚀性优的低碳不中腐蚀最苛刻的设备,加热管采用耐腐蚀性优的低碳不锈钢,以抗高温、强腐蚀。锈钢,以抗高温、强腐蚀。3)高压冷凝器:直立管壳式换热器)高压冷凝器:直立管壳式换热器4)高压洗涤器:上部有防爆空间;中部有鼓泡吸收泵;)高压洗涤器:上部有防爆空间;中部有鼓泡吸收泵;下部有浸没式冷凝泵下部有浸没式冷凝泵上面四台设备构成了系统的高压圈上面四台设备构成了系统的高压圈尿素合成塔操作条件:压力尿素合成塔操作条件:压力14MPa14MPa、温度、温度180-185180-185,氨氨碳比碳比2.8-2.9,水碳比,水
13、碳比0.4-0.5,转化率,转化率57-58%。1工艺流程工艺流程(见(见298页图)页图)荷兰荷兰Stamicarbon公司于公司于1967年创建年创建气提技术。气提技术。113 3、COCO2 2气提法的特点气提法的特点目前工业上用此法较多,与其它方法比较,目前工业上用此法较多,与其它方法比较,优点:优点:1、气提效率高,使未反应物大部分直接返回,少量残余物、气提效率高,使未反应物大部分直接返回,少量残余物在一次低压分解循环可回收。因等压操作,省去在一次低压分解循环可回收。因等压操作,省去1.8-2.0MPa中压分解、中压吸收,流程短、设备少、易操作。中压分解、中压吸收,流程短、设备少、易
14、操作。2、操作压力、温度、氨碳比低,降低了合成塔的要求。节、操作压力、温度、氨碳比低,降低了合成塔的要求。节省压缩机和泵的动力。省压缩机和泵的动力。3、蒸汽用量,冷却水用量少。、蒸汽用量,冷却水用量少。P合合=P气,气,高压甲铵冷凝器余高压甲铵冷凝器余热温度高,放热多,用于产生蒸汽,有利于能量的利用。热温度高,放热多,用于产生蒸汽,有利于能量的利用。4、输送设备少,无甲铵泵等。、输送设备少,无甲铵泵等。缺点:缺点:高压、低氨碳比下设备腐蚀严重,需特别处理。高压、低氨碳比下设备腐蚀严重,需特别处理。因氨碳比低,使尿素中缩二脲略高于其他法。因氨碳比低,使尿素中缩二脲略高于其他法。COCO2 2转化
15、率较低,增大了循环量。转化率较低,增大了循环量。12(四)氨气提法(四)氨气提法1工艺流程工艺流程(见(见301页图)页图)意大利意大利Snamprogetti公司在公司在20世纪世纪60年代开发了氨气提年代开发了氨气提法尿素工艺。由于氨和二氧化碳的性质不同,在合成液中法尿素工艺。由于氨和二氧化碳的性质不同,在合成液中溶解度很大,经过气提的液相仍含有大量氨,气提效果不溶解度很大,经过气提的液相仍含有大量氨,气提效果不佳。此公司在佳。此公司在70年代中期做了改进不再通氨气,而是利用年代中期做了改进不再通氨气,而是利用提高温度来增强气提效果,称为自气提或热气提。提高温度来增强气提效果,称为自气提或
16、热气提。Snamprogetti氨气提工艺仅次于氨气提工艺仅次于Stamicarbon二氧化碳气二氧化碳气提,也是世界上最主要的生产技术。提,也是世界上最主要的生产技术。2主要设备主要设备1)尿素合成塔:总高约)尿素合成塔:总高约40m,内径内径2.2m,塔内安放,塔内安放10多块多块等距筛板,将反应器分成若干个串联的小室,安放筛板等距筛板,将反应器分成若干个串联的小室,安放筛板的目的是防止返混,增大气液接触混合作用。的目的是防止返混,增大气液接触混合作用。2)NH3气提塔:直立管壳式换热器,加热管采用的材料为气提塔:直立管壳式换热器,加热管采用的材料为钛或锆,以抗高温、强腐蚀。钛或锆,以抗高
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