化肥厂尿素装置生产原理及工艺流程课件(PPT 98页)

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3.1.2 脱氢系统氧含量控制 控制范围:AIC1202 0.55~0.70 %(V) 控制目标:不超过±0.05%(V) 相关参数:空气加入量FIC1103;CO2压缩机 入口流量FI101 控制方式: 串级加前馈控制,AIC1202输出作为 FIC1103的给定,CO2量为前馈量
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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13.6~14.2MPa。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,产生结晶。因 此,要合理控制高压系统中的水含量。
流量: 54194.2kg/h(设计)
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2.2.1.2 CO2(气体)
来源:合成氨装置
压力: 0.11MPa(绝)
温度:40℃
组成:CO2 :≥98.5%(V·干基)
H2:≤1%(V·干基)
惰性气 :≤0.5%(V·干基)
总硫 : ≤0.5ppm(wt)
流量:39658Nm3/h(设计)
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14~16MPa,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。
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3、装置关键控制点及控制方法; 3.1 脱氢系统操作指南 3.1.1 脱氢系统操作原则 对脱氢反应器入口和出口之间的温差予以监控, 因为它是催化剂活性的强有力的反映。 对送合成系统的CO2中氧的含量及脱氢后氢的含 量用分析仪加以监控,因为这是保证高压设备不发生 腐蚀的前提。
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1.1.2 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掺入防腐用空气后, 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。
第一解吸塔 第二解吸塔
解吸塔换热器
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水解塔
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工艺冷凝液去管廊 工艺冷凝液去污水处理厂
废水泵
废水冷却器
水解塔给料泵
水解塔换热器
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(4)低压分解与循环系统
气提液经减压进入精馏塔,精馏气体去低压甲铵冷凝器,生成 甲铵液送入高压洗涤器顶部。
经常压吸收塔后未被吸收的气体及水解系统出气一并进入
尾气吸收塔底部,与从塔顶部进入的氨水(来自氨水槽)在塔
内逆向接触传质,吸收气相中的氨和二氧化碳,尾气经排气筒
排入大气。吸收后的稀氨水返回氨水槽。
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(5)尿液浓缩工序
精馏液经减压后,与大颗粒尿素粉尘回收形成的稀尿液一同 进入真空预浓缩器(新增,取消了原闪蒸槽),采用饱和蒸汽作
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1.1.1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)
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作为吸收液。
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来自精馏塔的低压水解气、水解系统的回流液、低压洗涤 器的循环液一同进入低压甲铵冷凝器底部,气体中的氨和二氧 化碳被混合吸收液冷凝吸收,吸收后物料进入液位槽进行气液 分离,气体直接进入常压吸收塔中,自下而上与来自低压吸收 塔来的循环吸收液逆流接触,气体中的氨和二氧化碳被进一步 冷凝吸收,吸收后液体升压后送入高压洗涤器作为吸收液。
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
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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。
含氮量≥46.6%(wt); 缩二脲(Bi)≤0.9%(wt); 水份(H2O)≤0.4%(wt); 筛分≥93%(wt),粒度在0.85-2.8mm之间。
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2.2.3.2 产品性质(物理及化学) 纯粹的尿素为无色、无味、无臭的针状或柱状晶 体, 工业尿素因含有杂质常为白色、淡黄色或淡红色, 纯尿素的理论含氮量为46.6%,分子量为60.06,粒状 尿素有不易结块,流动性好,易于使用等优点。 尿素的比重为1.335 kg/m3(20℃)。自然堆积的 尿素每m3重0.7-0.75吨,或称堆积比重为0.7-0.75t/m3。
1.1.1 装置简介 兖矿新疆煤化工有限公司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,该技术现在已经被国内 设计院全部消化吸收。
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尿素装置主要由原料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和净化输送来的CO2为原 料,反应生成成品尿素,设计日产尿素1750 吨,年生产能力为52万吨。
不凝气与吸收塔尾气一并经排气筒排入大气。
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(6)造粒塔造粒系统 二段蒸发器出来的浓尿液经熔融泵送至旋转的造
粒喷头,均匀地喷洒在造粒塔的截面上,液滴在下降过 程中被冷却固化,造粒塔底生成的普通颗粒尿素产品, 由刮料机送入下料槽,经尿素产品后冷器冷却后,运输 至成品车间。后冷器排气进造粒塔中部,其中尿素粉尘 成为尿素造粒的晶核,提高尿素产品品质,减少尿素粉 尘排放。造粒过程的尿素粉尘自造粒塔顶排出。
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在气提塔,用饱和蒸汽进行加热气提。合成液与塔 底进入的二氧化碳气体逆流接触,未转化为尿素的甲铵 分解生成氨和二氧化碳,与原料二氧化碳混合成为气提 气,进入高压甲铵冷凝器。气提液进入低压循环系统。
合成气进入高压洗涤器后,用来自低压循环系统的 甲铵液洗涤吸收,吸收液进入高压喷射器,气体送至低 压吸收塔继续回收氨和二氧化碳。
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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;
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1. 装置工艺流程简述(生产方法及工艺路 线);
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5559%。
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2、反应条件的确定 (1)甲铵的生成反应
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2.2.2 三剂指标 1.2.2.1 二氧化碳脱氢TH-1型催化剂
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2.2.2.2 氧化铝球
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2.2.3 产品及副产品规格 2.2.3.1 产品规格
尿素装置生产的昆仑牌颗粒尿素规格(GB24402001优级品):
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在保证R101中能发生H2和O2催化燃烧且脱氢 后氢含量分析AI1201不超标的前提下,可将R101进 口温度控制在低值,对延长催化剂的寿命有利。
为防止脱氢后CO2中的水蒸汽发生冷凝,腐蚀 碳钢设备及管线、管件,E-107出口温度TI-1206应 控制在115℃以上。
来自高压洗涤器的气体进入低压吸收塔,自下而上与喷淋下来 的吸收液逆流接触,使气体中剩余的氨和二氧化碳被冷凝进一步得 到回收,尾气经减压、消音后放空。来自氨水槽的吸收液分两路进 入吸收塔上、下两段填料层:进入上段的为来自一段和二段蒸发的 含氨较低的工艺冷凝液,可使气体中的氨得以充分吸收;进入下段 的为来自闪蒸槽冷凝器的含氨较高的工艺冷凝液,采用循环吸收以 增加喷淋密度、提高吸收效率。循环吸收后液体送至常压吸收塔再
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LS6806-200
二段蒸发喷射器
一段蒸发分离器
一段蒸发器
二段蒸发器
二段蒸发分离器
熔融尿素泵
造粒喷头 造粒塔
造粒塔电梯
刮料机
尿素去包装
一段蒸发冷凝器
最终冷凝器 一段蒸发喷射器
二段蒸发第二喷射器
二 段 蒸 发 冷 凝 器 II
二段蒸发第一喷射器
二段蒸发冷凝器I
氨水槽
回流冷凝器 回流冷液位槽 回流泵
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正常调整:
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异常处理:
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3.1.3 脱氢系统温度控制 控制范围:TIC1202 120-150℃, TT1203A/TT1203B 160-195℃ 控制目标:温差不低于20℃ 相关参数:E106A温度控制HIC1202; E106B温度控制TIC1202; 催化剂活性;脱氢后氢含量分析AI1201 控制方式: 手动或DCS自动调节
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(2)尿素的生成反应 尿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高压甲铵冷凝器中未反应 的那一部分NH3和CO2继续在合成塔内反应放出的反 应热,因此不再需要从外界供热。
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2、装置物料平衡图
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2.2 工艺指标
2.2.1 原料指标
2.2.1.1 NH3 (液态)
来源:合成氨装置
压力:2.2MPa(A)
温度:18℃
组成:NH3≥99.9%(wt)
油<5ppm(wt)
Baidu Nhomakorabea
水+惰性物质≤0.1%(wt)
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(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
气一同送至高压甲铵冷凝器,大部分氨和二氧化碳在 其中反应生成甲铵溶液。
甲铵溶液与未反应的氨和二氧化碳自高压甲铵冷 凝器出来进入尿素合成塔,继续进行甲铵生成反应, 同时甲铵脱水转化为尿素。合成液进入进入气提塔上 部,合成气进入高压洗涤器。
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二氧化碳汽提尿素合成流程
13.5-14.2MPA













汽塔





NH3
CO2 14.5MPA 130℃
0.35MPA 去排气筒









去蒸发系统 循 0.30-0.35MPA 环 加 热 器
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(3)低压分解系统
汽提液经液位调节阀减压至0.25MPa。由于减压,使 汽提液中部分CO2与NH3分离出来,气液混合物进入精馏塔内 上部的填料层。经填料层后,由出口管进到循环加热器,加 热到130~135℃。得到的气液混合物由循环加热器出口管又 返回到精馏塔下部液位槽。
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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℃。
热源,将尿液浓度由70%预浓缩至80%,浓缩液进入尿液储槽, 之后送一段蒸发器。一段蒸发器出来的浓尿液浓度达到约96%, 一部分(约占40%)抽出直接送大颗粒尿素造粒机,其余进入二 段蒸发器经进一步浓缩至99.7%,送造粒塔。
真空预浓缩器、一段蒸发器及二段蒸发器气液分离后,自顶
部蒸发出的蒸汽经多级冷凝,形成工艺冷凝液,排入氨水槽内。
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