CN104529829A - 一种尿素合成的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种尿素合成的方法，具体步骤包括：二氧化碳气体的压缩与净化，氨的净化和输送，尿素溶液的合成，蒸发造粒，粉尘回收。本生产工艺由于氨的自汽提作用，使甲铵分解率增高，从而减少了中、低压分解回收的负荷，动力消耗随之减少，高温高压下分离的甲铵，其冷凝时的热量得到有效的利用，总能耗降低，另外操作弹性大，运转率高，爆炸危险性小，安装检修方便，工艺冷凝液可二次利用，无污染；尿素溶液合成过程中，二氧化碳和氨的转化率高，并且剩余未反应的二氧化碳和氨能够循环充分利用，原料利用率接近100％，极大的降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种尿素合成的方法，属于化工领域。
背景技术
尿素是一种基础的化工产品，我国是农业大国，尿素用量巨大，尿素的产能关系到国家农业食品安全。目前大中型尿素装置采用的生产工艺有：水溶液全循环法、中压联尿法、二氧化碳汽提法、氨气提法。
水溶液全循环法：此法是我国大多数中小型尿素厂生产所采用的方法，生产工艺成熟，操作方便可靠，机泵和非标设备均国产化，其特点是合成塔内转化率较高，未反应物采用二段减压分解，动力消耗较大，尾气压力、温度均较低，爆炸的危险性小。
二氧化碳汽提法：自70年代开始，我国先后引进十几套二氧化碳汽提法尿素生产装置，多为大型装置，其特点是工艺流程短，合成压力低，动力消耗少，但操作条件苛刻，腐蚀较为严重，尾气有燃爆危险，操作弹性小。改进型CO2汽提法，原料气增设了脱硫脱氢装置，减轻了腐蚀，降低了爆炸危险，同时，一次性投资也较大。
中压联尿法：此法适用于以天然气为原料的合成氨厂，其特点是热利用好，分解率高，取消了低压分解，简化了流程，由于甲铵温度较高，HO2/CO2较低。甲铵泵的腐蚀较严重，泵的材料要求苛刻。
可见上述主流尿素生产工艺均存在明显缺点和局限性。
尿素造粒塔是尿素产品生产中的关键设备，它通过自然通风使融熔尿素在下落过程中达到凝固成型和冷却。所以在尿素造粒塔顶排放气中就会夹带有不可忽视的尿素粉尘，这些尿素粉尘大部分将降落在附近数公里内的地面，不仅腐蚀物体，而且危害作物的生长，造成附近树木枝叶枯萎，破坏厂区绿化和清洁文明生产，这种污染也损害附近人员的健康。
目前尿素粉尘回收技术主要有机械通风造粒塔回收技术、自然通风造粒塔回收技术、电除尘回收技术。粉尘回收要充分考虑多方面的因素，除技术因素外，还要考虑配套设施。但是对粉尘回收采用何种方法要受不同的塔型，不同的生产工艺的影响。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种尿素合成的方法，具体步骤包括：(1)、从二氧化碳储罐输送来的二氧化碳先通过一个带有水封的二氧化碳液滴分离器，将二氧化碳气体中的水除去，然后进入二氧化碳五段压缩机，二氧化碳气体经过一、二、三段压缩后，压力为2.4MPa左右，温度为40℃，进入除油脱硫槽脱硫后，进入中压二氧化碳加热器用蒸汽加热，温度升至150℃以上，进入脱氢反应器，在脱氢反应器中二氧化碳气体中的H2和其他可燃性气体被燃烧掉，然后二氧化碳气体进入中压二氧化碳冷却器，用冷却水冷却后进入气液分离器，分离后的二氧化碳气体返回至二氧化碳压缩机四段入口，再经四、五段压缩，最终绝对压力14.6MPa；
(2)、原料液氨从合成氨车间氨库送来，进入液氨过滤器除去液氨中夹带的固体杂质和油类，然后进入液氨缓冲槽，经流量计量后进入高压氨泵，用高压氨泵把液氨增压到绝对压力18.34MPa后送入高压喷射器，高压喷射器连接高压冷凝器；
(3)、经过五段压缩的二氧化碳送入高压冷凝器顶部，从高压喷射器来的液氨也送到高压冷凝器的顶部，上述两种物流在高压冷凝器内相混合，控制进入流量使进入高压冷凝器的NH3/CO2摩尔比为3～3.5，高压冷凝器设有垂直列管，高压冷凝器顶部的温度约为180～183℃，由高压冷凝器底部来的甲铵液、氨和二氧化碳混合物通过溢流管流进入尿素合成塔底部，合成塔液位保持在溢流管漏斗上面至少1米，合成塔内设有十一块筛板，尿素溶液从尿素合成塔底部流出；
(4)、含有未转化的NH3和CO2以及惰性气体由合成塔送入高压洗涤器，在高压洗涤器中，NH3和CO2得到充分的冷凝，在高压洗涤器下部设有冷却器，冷却器采用调温水来冷却，用高压洗涤器循环水泵将调温水先后流过高压洗涤器和高压洗涤器循环水冷却器，调温水取走了高压洗涤器中的冷凝热，从而使调温水的温度由80℃被加热到95℃，此热量由高压洗涤器循环水冷却器移走，调温水再次从95℃被冷却到80℃，在这个密闭循环系统中温度是用控制流过高压洗涤器循环水冷却器的流量而自动控制的，冷凝得到的液氨返回氨库，二氧化碳返回二氧化碳储罐；
(5)、用尿素溶液泵将步骤(3)合成得到的尿素溶液送至一段蒸发加热器，在0.033MPa的绝对压力下，尿素溶液被0.44MPa的低压蒸汽加热至温度约130℃、质量浓度被提高至约95％，流至二段蒸发加热器，在0.0033MPa的绝对压力下，尿素溶液被中压蒸汽饱和器来的0.88MPa的蒸汽加热至温度约140℃、质量浓度约99.5％的熔融态尿素，经熔融尿素泵打至造粒塔的造粒喷头造粒，成品尿素经皮带去包装；
(6)、造粒塔内热气体自然上升，通过造粒间两侧风道进入塔顶粉尘回收装置雾化吸收区间，进行逆向接触，再通过错流捕水器去除夹带的液体后排向大气，经回收后粉尘排放浓度＜5mg/m3。
步骤(1)中进入二氧化碳液滴分离器的二氧化碳气体中CO2体积浓度在95％以上，压力为0.005MPa，温度≤50℃。
二氧化碳五段压缩机是四列五缸对称平衡型压缩机。
原料液氨的温度约为30℃，绝对压力约2.8MPa。
本发明的优点在于：
(1)本生产工艺由于氨的自汽提作用，使甲铵分解率增高，从而减少了中、低压分解回收的负荷，动力消耗随之减少，高温高压下分离的甲铵，其冷凝时的热量得到有效的利用，总能耗降低，另外操作弹性大，运转率高，爆炸危险性小，安装检修方便，工艺冷凝液可二次利用，无污染；
(2)尿素溶液合成过程中，二氧化碳和氨的转化率高，并且剩余未反应的二氧化碳和氨能够循环充分利用，原料利用率接近100％，极大的降低了成本。
(3)根据尿素粉尘回收技术和现场工作状况，在塔顶回收尿素粉尘采用机械式除尘、电除尘等方式都是不现实的。尿素造粒塔的尾气排放浓度约100～150mg/Nm3左右(相当于每天损失尿素近1.8吨)。本发明选用循环喷淋洗涤技术，能满足尿素造粒塔尾气排放粉尘治理，即用工艺冷凝液或解吸水解废水洗涤粉尘，经过循环洗涤到一定浓度，去尿素系统回用，同时喷淋洗涤也能除去塔顶尾气排出的NH3。可以解决尿素造粒塔尾气排放粉尘含量高的问题。经处理后的尿素造粒塔尾气排放粉尘＜5mg/Nm3，大幅提升了除尘效率。
(4)装置全部置于造粒塔上方，操作简便与生产系统合为一体；采用先进水幕器和顺触雾化吸收器；装置采用原塔自然通风，不外加强力通风设施。
附图说明
图1是二氧化碳气体的压缩与净化流程示意图。
图2是氨的净化和输送流程示意图。
图3是尿素合成流程示意图。
1-二氧化碳储罐、2-二氧化碳液滴分离器、3-二氧化碳五段压缩机、31至35-一至五段压缩机、4-除油脱硫槽、5-中压二氧化碳加热器、6-脱氢反应器、7-中压二氧化碳冷却器、8-气液分离器、9-高压冷凝器、10-液氨过滤器、11-液氨缓冲槽、12-高压氨泵、13-高压喷射器、14-尿素合成塔、15-溢流管、16-高压洗涤器、17-高压洗涤器循环水冷却器、18-一段蒸发加热器、19-二段蒸发加热器、20-造粒塔、21-塔顶粉尘回收装置。
具体实施方式
结合说明书附图1-3对本发明的尿素合成的方法进行具体介绍：
(1)、从二氧化碳储罐1输送来的二氧化碳先通过一个带有水封的二氧化碳液滴分离器2，将二氧化碳气体中的水除去，进入二氧化碳液滴分离器2的二氧化碳气体中CO2体积浓度在95％以上，压力为0.005MPa，温度≤50℃。然后进入二氧化碳五段压缩机3，二氧化碳五段压缩机是四列五缸对称平衡型压缩机，二氧化碳气体经过一、二、三段压缩后，压力为2.4MPa左右，温度为40℃，进入除油脱硫槽4脱硫后，进入中压二氧化碳加热器5用蒸汽加热，温度升至150℃以上，进入脱氢反应器6，在脱氢反应器6中二氧化碳气体中的H2和其他可燃性气体被燃烧掉，然后二氧化碳气体进入中压二氧化碳冷却器7，用冷却水冷却后进入气液分离器8，分离后的二氧化碳气体返回至二氧化碳压缩机四段34入口，再经四、五段压缩，最终绝对压力14.6MPa；
(2)、温度约为30℃，绝对压力约2.8MPa的原料液氨从合成氨车间氨库送来，进入液氨过滤器10除去液氨中夹带的固体杂质和油类，然后进入液氨缓冲槽11，经流量计量后进入高压氨泵12，用高压氨泵12把液氨增压到绝对压力18.34MPa后送入高压喷射器13，高压喷射器13连接高压冷凝器9；
(3)、经过五段压缩的二氧化碳送入高压冷凝器9顶部，从高压喷射器来的液氨也送到高压冷凝器9的顶部，上述两种物流在高压冷凝器内相混合，控制进入流量使进入高压冷凝器的NH3/CO2摩尔比为3～3.5，高压冷凝器9设有垂直列管，高压冷凝器9顶部的温度约为180～183℃，由高压冷凝器9底部来的甲铵液、氨和二氧化碳混合物通过溢流管流进入尿素合成塔14底部，合成塔液位保持在溢流管15漏斗上面至少1米，合成塔内设有十一块筛板，尿素溶液从尿素合成塔14底部流出；
(4)、含有未转化的NH3和CO2以及惰性气体由合成塔送入高压洗涤器16，在高压洗涤器中，NH3和CO2得到充分的冷凝，在高压洗涤器下部设有冷却器17，冷却器采用调温水来冷却，用高压洗涤器循环水泵将调温水先后流过高压洗涤器16和高压洗涤器循环水冷却器17，调温水取走了高压洗涤器中的冷凝热，从而使调温水的温度由80℃被加热到95℃，此热量由高压洗涤器循环水冷却器移走，调温水再次从95℃被冷却到80℃，在这个密闭循环系统中温度是用控制流过高压洗涤器循环水冷却器的流量而自动控制的，冷凝得到的液氨返回氨库，二氧化碳返回二氧化碳储罐1；
(5)、用尿素溶液泵将步骤(3)合成得到的尿素溶液送至一段蒸发加热器18，在0.033MPa的绝对压力下，尿素溶液被0.44MPa的低压蒸汽加热至温度约130℃、质量浓度被提高至约95％，流至二段蒸发加热器19，在0.0033MPa的绝对压力下，尿素溶液被中压蒸汽饱和器来的0.88MPa的蒸汽加热至温度约140℃、质量浓度约99.5％的熔融态尿素，经熔融尿素泵打至造粒塔20的造粒喷头造粒，成品尿素经皮带去包装；
(6)、造粒塔内热气体自然上升，通过造粒间两侧风道进入塔顶粉尘回收装置21的雾化吸收区间，进行逆向接触，再通过错流捕水器去除夹带的液体后排向大气，经回收后粉尘排放浓度＜5mg/m3。
Claims (4)
1.一种尿素合成的方法，其特征在于具体步骤包括：
(1)、从二氧化碳储罐输送来的二氧化碳先通过一个带有水封的二氧化碳液滴分离器，将二氧化碳气体中的水除去，然后进入二氧化碳五段压缩机，二氧化碳气体经过一、二、三段压缩后，压力为2.4MPa左右，温度为40℃，进入除油脱硫槽脱硫后，进入中压二氧化碳加热器用蒸汽加热，温度升至150℃以上，进入脱氢反应器，在脱氢反应器中二氧化碳气体中的H2和其他可燃性气体被燃烧掉，然后二氧化碳气体进入中压二氧化碳冷却器，用冷却水冷却后进入气液分离器，分离后的二氧化碳气体返回至二氧化碳压缩机四段入口，再经四、五段压缩，最终绝对压力14.6MPa；
(2)、原料液氨从合成氨车间氨库送来，进入液氨过滤器除去液氨中夹带的固体杂质和油类，然后进入液氨缓冲槽，经流量计量后进入高压氨泵，用高压氨泵把液氨增压到绝对压力18.34MPa后送入高压喷射器，高压喷射器连接高压冷凝器；
(3)、经过五段压缩的二氧化碳送入高压冷凝器顶部，从高压喷射器来的液氨也送到高压冷凝器的顶部，上述两种物流在高压冷凝器内相混合，控制进入流量使进入高压冷凝器的NH3/CO2摩尔比为3～3.5，高压冷凝器设有垂直列管，高压冷凝器顶部的温度约为180～183℃，由高压冷凝器底部来的甲铵液、氨和二氧化碳混合物通过溢流管流进入尿素合成塔底部，合成塔液位保持在溢流管漏斗上面至少1米，合成塔内设有十一块筛板，尿素溶液从尿素合成塔底部流出；
(4)、含有未转化的NH3和CO2以及惰性气体由合成塔送入高压洗涤器，在高压洗涤器中，NH3和CO2得到充分的冷凝，在高压洗涤器下部设有冷却器，冷却器采用调温水来冷却，用高压洗涤器循环水泵将调温水先后流过高压洗涤器和高压洗涤器循环水冷却器，调温水取走了高压洗涤器中的冷凝热，从而使调温水的温度由80℃被加热到95℃，此热量由高压洗涤器循环水冷却器移走，调温水再次从95℃被冷却到80℃，在这个密闭循环系统中温度是用控制流过高压洗涤器循环水冷却器的流量而自动控制的，冷凝得到的液氨返回氨库，二氧化碳返回二氧化碳储罐；
(5)、用尿素溶液泵将步骤(3)合成得到的尿素溶液送至一段蒸发加热器，在0.033MPa的绝对压力下，尿素溶液被0.44MPa的低压蒸汽加热至温度约130℃、质量浓度被提高至约95％，流至二段蒸发加热器，在0.0033MPa的绝对压力下，尿素溶液被中压蒸汽饱和器来的0.88MPa的蒸汽加热至温度约140℃、质量浓度约99.5％的熔融态尿素，经熔融尿素泵打至造粒塔的造粒喷头造粒，成品尿素经皮带送去包装；
(6)、造粒塔内热气体自然上升，通过造粒间两侧风道进入塔顶粉尘回收装置雾化吸收区间，进行逆向接触，再通过错流捕水器去除夹带的液体后排向大气，经回收后粉尘排放浓度＜5mg/m3。
2.根据权利要求1所述的尿素合成的方法，其特征在于，步骤(1)中进入二氧化碳液滴分离器的二氧化碳气体中CO2体积浓度在95％以上，压力为0.005MPa，温度≤50℃。
3.根据权利要求1所述的尿素合成的方法，其特征在于，二氧化碳五段压缩机是四列五缸对称平衡型压缩机。
4.根据权利要求1所述的尿素合成的方法，其特征在于，原料液氨的温度约为30℃，绝对压力约2.8MPa。
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