CN101628883A - 一种二次加热-降膜逆流换热的尿素中压分解工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种尿素中压分解工艺，包括精馏、再沸器加热、降膜加热、分离等四个工艺步骤。发明人经过反复生产实践，摸索得出使再沸器加热与降膜加热有机结合起来的最佳温度范围，使反应混合物在再沸器中被加热至145℃～155℃，溶液中的大部分氨基甲酸铵分解成NH3和CO2、游离氨被蒸出；再沸器加热分解所得气液混合物在降膜式加热器中被加热至158℃～165℃，溶液中剩余的氨基甲酸铵分解成NH3和CO2、游离氨被蒸出。本发明的尿素中压分解工艺设备投资较低、氨基甲酸铵分解率和总氨蒸出率较高。
Description
技术领域
本发明公开了一种尿素生产中的中压分解工艺，属于尿素生产技术领域。
背景技术
工业生产尿素的反应分两步进行，第一步由氨和二氧化碳反应生成中间产物氨基甲酸铵(简称甲铵)，其反应式为：
2NH3(液)+CO2(气)＝NH4COONH2(液)+Q1
第二步由甲铵脱水生成尿素，其反应式为：
NH4COONH2(液)＝CO(NH2)2(液)+H2O(液)-Q2
第一步反应是一个可逆的强放热反应，生成氨基甲酸铵的反应速度比较快，容易达到化学平衡，且达到化学平衡后二氧化碳转化为氨基甲酸铵的程度很高。第二步反应是一个可逆的微吸热反应，需要在液相中进行，反应速度慢，需要较长时间才能达到化学平衡，并且合成塔内存在逆向返混，即使达到化学平衡也不能使全部氨基甲酸铵都脱水转化为尿素。
出尿素合成塔的反应产物是一含有尿素、氨基甲酸铵、水和游离氨组成的溶液，未转化的二氧化碳以氨基甲酸铵的形式存在，未转化的氨以氨基甲酸铵或游离氨的形式存在。该反应产物经降压后进入分解加热系统，使氨基甲酸铵受热分解成气氨和二氧化碳气体，气液分离后，气氨和二氧化碳气体从尿素溶液中分离出来，较纯的尿素溶液经进一步加工后得到符合商品规格的粒状产品。
现有水溶液全循环生产尿素的工艺流程中设置了由一段分解加热系统和二段分解加热系统组成的两段加热分解系统，使氨基甲酸铵溶液分解成气氨和二氧化碳以便进行回收。一段分解加热系统又叫中压分解加热系统，一般由精馏塔和加热器组成，根据加热器的形式不同，中压分解加热可以分为再沸器型中压分解加热工艺和降膜式中压加热分解工艺。
1、再沸器型中压分解加热工艺
再沸器中压分解加热系统由独立的分解加热器和分解塔组成，分解加热器为列管式再沸器，分解塔的上部为精馏段。来自尿素合成塔的含有尿素、氨基甲酸铵、水和游离氨组成的反应混合物，在中压分解塔的精馏段与从中压分解塔下部来的含有NH3、CO2、H2O的混合气体接触，在约135℃的温度下进行精馏，出精馏段的溶液进入列管式再沸器，溶液在此被加热至158℃～160℃后进入中压分解塔下部分离。
由于分解后产生的气体和液体在换热管内同向流动，加热器底部加入的防腐空气能与溶液充分接触和溶解，因此，换热管的材料能使用普通的A1S1316L型材，可节约设备成本。但气体和液体在换热管内同向流动，气体中的NH3和CO2对氨基甲酸铵的分解和游离氨的蒸出会产生抑制作用，使得该工艺的氨基甲酸铵分解率不高，约为87％，总氨蒸出率约为89％，出分解系统溶液中NH3和CO2含量之和约为11％。
2、降膜式中压加热分解工艺
降膜式中压加热分解系统的中压分解加热塔由上部的精馏段和下部的降膜式加热器组成。来自尿素合成塔的含有尿素、氨基甲酸铵、水和游离氨组成的反应混合物，在中压分解塔的精馏段精馏后进入降膜式加热器段，由降膜式加热器上端的液体分布器将尿素溶液成膜状分布于换热管内壁，膜状尿素溶液从上往下流动时，被壳程的蒸汽加热，尿素溶液中氨基甲酸铵分解成NH3和CO2。分解出的气体在管内从下往上流动时，由于气体的汽提作用促使氨基甲酸铵分解和游离氨的蒸出，因此，在同等条件下，该工艺的氨基甲酸铵分解率和总氨蒸出率高于再沸器型中压分解加热工艺，出分解器溶液中NH3和CO2含量之和约为9％。
但由于降膜式分解加热器中溶液呈膜状流动且处于沸腾状态，因此从底部加入的防腐空气中的O2难于溶解于溶液中，降膜式分解加热器更容易受到腐蚀，因此，其换热管需要使用更高等级的不锈钢材，如尿素级A1S1316L或oocr25Ni22O2或双相不锈钢，设备投资高。另外，为防止液泛(液泛是指管道直径小流通量不够造成气体在管内上升液体不能下降)，降膜式换热器需要有更大的换热管通道面积，因此需要使用更大直径的换热管或布置更多的换热管，会进一步增加设备投资成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的上述不足，提供一种设备投资较低、氨基甲酸铵分解率和总氨蒸出率较高的尿素生产中压分解工艺。
为了实现上述发明目的，本发明人经过反复生产实践，提供了以下技术方案：
一种二次加热-降膜逆流换热的尿素中压分解工艺，包括以下工艺步骤：
(1)、精馏：
来自尿素合成塔的含有尿素、氨基甲酸铵、水和游离氨组成的反应混合物，进入中压分解加热塔上部的精馏段，在温度为135℃、压力为1.75MPa的条件下进行精馏；
(2)、再沸器加热：
出精馏段的溶液与防腐空气从再沸器底部进入再沸器，加热至145℃～155℃，溶液中83％-85％的氨基甲酸铵分解成NH3和CO2、游离氨被蒸出；
(3)、降膜加热：
再沸器加热分解所得气液混合物出再沸器顶部后进入中压分解加热塔中部，防腐空气由降膜式加热器底部加入，气液混合物被加热至158℃～165℃，溶液中剩余的氨基甲酸铵分解成NH3和CO2、游离氨被蒸出；
(4)、分离：
加热分解所得含有NH3、CO2和H2O的混合气体从中压分解加热塔的顶部流出，进入吸收系统进行回收；
从中压分解加热塔的底部获得浓缩的尿素溶液。
从中压分解加热系统获得的浓缩尿素溶液经蒸发系统浓缩成熔融尿素后由熔融泵送往造粒塔进行造粒。
本发明的尿素中压分解工艺，包括精馏、再沸器加热、降膜加热、分离等四个工艺步骤。发明人经过反复生产实践，摸索得出使再沸器加热与降膜加热有机结合起来的最佳温度范围，使反应混合物在再沸器中被加热至145℃～155℃，溶液中的大部分氨基甲酸铵分解成NH3和CO2、游离氨被蒸出；再沸器加热分解所得气液混合物在降膜式加热器中被加热至158℃～165℃，溶液中剩余的氨基甲酸铵分解成NH3和CO2、游离氨被蒸出。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、反应混合物在再沸器中被加热至145℃～155℃，溶液中大约有83％-85％的氨基甲酸铵在再沸器中被分解，氨基甲酸铵分解成NH3和CO2、游离氨被蒸出，再沸器加热分解所得气液混合物在降膜式加热器中被加热至158℃～165℃，溶液中剩余的氨基甲酸铵分解成NH3和CO2、游离氨被蒸出。分解所需热量大部分由再沸器提供，再沸器传热面积较小且使用普通的A1S1316L；少部分热量由降膜式加热器提供，虽然该加热器使用高等级不锈钢，但热负荷低，所需传热面积小，因此总投资费较低。
2、由于降膜式加热器具有自汽提作用，因此氨基甲酸铵分解率及总氨蒸出率高于再沸器型而与降膜式相似。
3、由于再沸器加热温度降低，尿素发生水解和缩合反应而损耗产品的几率变小，介质腐蚀性较弱，设备寿命延长。第二次加热虽然使用降膜型加热器，但由于分降产生的气量小，产生液泛几率小，由于传热面积小，换热管数量少，单管液相流率高，因此不容易发生干管腐蚀及防腐空气分布不均引起的缺氧腐蚀。因此虽同为降膜式加热器，本发明工艺的设备寿命及其可靠性将优于背景技术中所述降膜型加热器。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为现有技术中再沸器型中压分解加热工艺流程示意图；
图2为现有技术中降膜式中压加热分解工艺流程示意图；
图3为本发明中压加热分解工艺流程示意图。
图中标记：1-一段分解加热器，2-一段分解塔，3-精馏段，4-一段分解加热段，5-降膜式加热器，6-再沸器。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例
如图3所示，本实施例的二次加热-降膜逆流换热的尿素中压分解工艺，包括以下工艺过程：
(1)、精馏：
来自尿素合成塔的含有尿素、氨基甲酸铵、水和游离氨组成的反应混合物，进入中压分解加热塔上部的精馏段3，在温度为135℃、压力为1.75MPa的条件下进行精馏；
(2)、再沸器加热：
出精馏段的溶液与防腐空气从再沸器6底部进入再沸器，加热至145℃～155℃，溶液中的大部分氨基甲酸铵分解成NH3和CO2、游离氨被蒸出；
(3)、降膜加热：
再沸器6加热分解所得气液混合物出再沸器顶部后进入中压分解加热塔中部，防腐空气由降膜式加热器5底部加入，气液混合物被加热至158℃～165℃，溶液中剩余的氨基甲酸铵分解成NH3和CO2、游离氨被蒸出；
(4)、分离：
加热分解所得含有NH3 CO2和H2O的混合气体从中压分解加热塔的顶部流出，进入吸收系统进行回收；
从中压分解加热塔的底部获得浓缩的尿素溶液，出分解系统溶液中NH3和CO2含量之和约为9％。
Claims (1)
1.一种二次加热-降膜逆流换热的尿素中压分解工艺，其特征在于包括以下工艺步骤：
(1)、精馏：
来自尿素合成塔的含有尿素、氨基甲酸铵、水和游离氨组成的反应混合物，进入中压分解加热塔上部的精馏段，在温度为135℃、压力为1.75MPa的条件下进行精馏；
(2)、再沸器加热：
出精馏段的溶液与防腐空气从再沸器底部进入再沸器，加热至145℃～155℃，溶液中83％-85％的氨基甲酸铵分解成NH3和CO2、游离氨被蒸出；
(3)、降膜加热：
再沸器加热分解所得气液混合物出再沸器顶部后进入中压分解加热塔中部，防腐空气由降膜式加热器底部加入，气液混合物被加热至158℃～165℃，溶液中剩余的氨基甲酸铵分解成NH3和CO2、游离氨被蒸出；
(4)、分离：
加热分解所得含有NH3、CO2和H2O的混合气体从中压分解加热塔的顶部流出，进入吸收系统进行回收；
从中压分解加热塔的底部获得浓缩的尿素溶液。
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