常见的几种尿素生产工艺介绍

常见的几种尿素生产工艺介绍

第一节斯塔米卡邦二氧化碳汽提法尿素工艺

斯塔米卡公司（（Stamicarbon.B.V）是荷兰国营矿业公司（DSM）的子公司，在40年代后期开始研究尿素生产工艺。早期尿素生产由于存在着合成塔等设备的晋严重腐蚀问题，影响生产的正常进行和生产技术的推广。直至1953年，斯塔米卡邦提出在二氧碳原料气中加少量氧气的办法，解决了尿素设备的腐蚀问题，为后来尿素生产的大规模发展开辟了道路。由该公司设计的第一个工业规模尿素厂于1956年投产。在60年代初，斯塔米卡邦与国营矿业公司研究中心一起，开发了新的尿素工艺，即二氧碳化碳汽提法。从工作1964年建设投产日产20吨尿素的实验厂开始，到1967年二氧化碳汽提法尿素工厂正式投产。随后在很多国家建设二氧化碳汽提法尿素工厂。

工艺流程

二氧化碳汽提法尿素生产工艺主要包括：二氧化碳压缩和脱氢、液氨升压、合成和汽提、循环、蒸发造粒、产品贮存和包装、解吸和水解等工序。

（一）二氧化碳压缩和脱氢

从合成氨厂来的二氧化碳气体，经过CO2分离罐101——F与工艺空气压缩机101-J供给的一定量的空气混合，空气量为二氧化碳体积的4%，进入二氧化碳压缩机102-J。在二氧化碳压缩机二段进口对二氧化碳气中的氧含量自动栓测。二氧化碳最终压缩到14。1MPa(A)进入脱氢反应器101-D，内装铂系催化剂，操作温度：入口≥150℃，出口＜300℃。脱氢的目的是防止高压洗涤器排出气发生爆炸。在脱氢反应器中H2被选择氧化为H2O。脱氢后二氧化碳含氢及其它可燃气体小于50*10-6。

二氧化碳压缩机102-J是单例蒸汽透平驱动的双缸四段离心式压缩机，带有中间冷凝器和分离器。蒸汽透平机转速，由速度控制器控制并自动调节转速，以适应尿素的生产负荷。多余的二氧化碳由放空管放空，进入二氧化碳压缩机的气量，应超过压缩机的喘振点。为使进口气量小于喘振气量时也不发生故态障，设有自动防喘振系统。

（二）液氨升压

液氨来自合成氨厂，经液氨升压泵加压到2。5Mpa(A)，送到尿素工区。经氨预热器温度升到40℃，然后进入高压液氨泵103-J 入口。高压液氨泵入口压力为2。5MPa(A),过冷15℃，升泵流量受高压液氨泵流量的控制，在一定的流量范围内可以自调。并设有副线以备开停车及倒泵用，主管上装有缓冲罐及流量计。缓冲罐上部按管到氨贮罐的气相空间，其作用有二：第一，为了防止高压液氨泵的脉冲影响流量计的正确性；第二，用以将任何气氨排回氨罐。液氨经高压液氨泵加压到18MPa(A)。高压液氨泵是电动立式七联往复柱塞泵，并带无级变速器，可以在负荷35%~110%范围内变化。速度靠总控室手动调节，在总控室有流量记录器，从这个记录来判断进入工厂的氨量，以维持正常生产时的原料NH3/CO2（摩尔比）为2。05：1。高压液氨经加热器103-C和平建议4-C温度升到大约70℃，送到高压喷射器201-L，作为喷射物料，将高压洗涤器203-C来的甲铵带入高压冷凝器202-C。液氨升压泵到高压液氨泵之间以及高压液氨泵以后，均设有安全阀，以保证设备不超压。

（三）合成和汽提

合成塔、汽提塔、高压冷凝器和高压洗涤器这四个设备组成高压圈。这是二氧化碳汽提法的核心部分。这四个设备的操作条件是统一考虑的，以期达到尿素的最大产率和最大限度的热量回收，以副产蒸汽。

从高压冷凝器202-C底部导出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合成塔底。液相加气相物料总NH3/CO2（摩尔比）为2。9。温度为165~170℃。

合成塔201-D内设有八块筛板，形成类似几个串联的反应器，塔板的作用是防止物料在塔内返混。物料从塔底升到塔顶，设计停留时间约1小时。二氧化碳转化率可达58%，相当于平衡转化率的90%以上。

尿素合成反应液从塔内上升到正常液位，温度上升到183℃~185℃，经过溢流管从塔下出口排出，经过液位控制阀进入汽提塔201-C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。分配器液位高低，起着自动调节各管内流量的作用。液体的均匀分配，以及在内壁成膜是非常重要的，否则汽提管将遭到蚀。由塔下部导入的二氧化碳气体，在管内与合成反应液逆流相遇。管间以蒸汽加热，合成反应器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。尿素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%。这是因为受了温度的限制，高于200℃时管道就受到严重的腐蚀。另外也受热面积和时间的限制。换热面积太大则尿素不能成膜；加热时间太长，则尿素水解和缩二脲生成将会增多。在现有条件下，从汽提塔底部排出的液体，含有15%的氨和25%的二氧化碳，含缩二脲0。4%。在汽提过程中将有4%的尿素分解。

液体在汽提塔内要有一定的停留时间，以提高分解率。管子太长或太短都是不利的。目前汽提管长为6米。管数也不能太多，以避免影响膜的形成，汽提塔出液温度控制在155~170℃之间。塔底液位控制在150mm左右，以防止二氧化碳气体随液液体流入低压分解工段造成低压设备超压。

从汽提塔顶排出180~185℃气体，与新鲜氨及高压洗涤器来的甲铵液在14。1MPa(A)下一起进入高压冷凝器202-C顶部。高压冷凝器是一个管壳式换热器。物料走管内，管间走水用以副产蒸汽，根据副产蒸汽压力的高低，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合成塔内冷凝，以便补偿在合成塔内甲铵化为尿素所需热量，而达到自然平衡。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。

为了使进入高压冷凝器上部的气相和液相得到更好的混合，增加其接触时间，在高压冷凝器上部设有一个液体分布器。分布器上维持一定的液位，就可以保证气液的良好分布。

从合成塔顶排出的气体，温度约为183~185℃，进入高压洗涤器203-C。在这里将气体中的氨和二氧化碳用加压后的低压吸收段的甲铵液冷凝吸收，然后经高压冷凝器再返回合成塔。不冷凝的惰性气体和一定数量的氨气，自高压洗涤器排出高压系统，经惰性气体放空管放空。高压洗涤器分为三个部分：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。从合成塔导入的气体，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%），然后导入下部浸没式冷凝段，与从中心管流下的甲铵液在底部混合，在列管内并流上升进行吸收。其所以采用并流上升的冷凝方式，是为了使塔底部混合不会形成太浓的溶液而析出结晶。吸收作用是生成甲铵的放热反应。反应热由管间冷却水带走，管内得到约160℃的浓甲铵液（小为23%，NH3/CO2为2。5）。管间冷却水从120℃升到130℃。130℃的水在循环加热器301-EC中放热，并由高压洗涤器循环水冷却器902-C调节到120℃（温度不宜太低以防管内结晶），经高压洗涤器循环水泵903-J循环使用。为了防止130℃水沸腾汽化设有恒压泵904=J，以保持压力。在下部浸没式冷凝段未能冷凝的气体，进到中部的鼓泡段。经鼓泡段。经鼓泡吸收后的气体，尚含有一定数量的氨和二氧化碳送往惰性气体放空筒201-E放空。洗涤器前设安全阀

从合成塔至高压洗涤器的管道，除设有安全阀外，还装有分析取样阀，通过对气相的分析，测得气相中氨、二氧化碳和惰性气体含量，从而可以判断合成塔的操作是否正常。

从高压洗涤器中部溢流出的甲铵液，其压力与合塔顶部的压力相等。为将其引入较高压力的高压冷凝器（约高出0。3MPa(A)，必须用喷射器。来自高洗洗器液氨泵103-J的液氨，压力约为16MPa(A)，进入高压喷射器201-L，将高压洗涤器来的甲铵升压，二者一并进入高压冷凝器的顶部。高压喷射器设在与合成塔底部相同的标高，从合成塔底引出一股合成反应液，与高压洗涤器的甲铵液混合，然后一起进入高压喷射器。引出这股合成反应液的目的：第一，为了保证经常有足够的液体来满足高压喷射器的吸入要求，而不必为高压洗涤器设置复杂的流量或液位控制系统；第二，合成塔引出的合成反应液含有一定量的尿素，可使高压冷凝器中的液体沸点得到提高，对副产蒸汽有利

根据生产要求将高压系统的主要参数均指示在控制盘上。由操作人员根据各参数变化的倾向，加以全面考虑和分析，以手控进行适当的调整。此外，必要时也可分析合成塔上部气相组分，从而判断合成塔内的操作条件是否正常来调节有关参数。为了保护设备的安全，高压系统在必要位置设有安全阀及超压报警器等。