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_ÈÌî__‚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