CN104844479B - 一种用于三聚氰胺和尿素稳定联产的尾气回收系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于三聚氰胺和尿素稳定联产的尾气回收系统，以及采用该尾气回收系统进行三聚氰胺和尿素稳定联产的工艺。将来自原尿素合成塔出口的尿素合成反应液采用中压分解塔和二段分解塔进行两段分解，制成质量浓度为60‑80％的尿液，送至原蒸发系统；将三聚氰胺合成尾气经两段冷凝吸收制成浓度为60‑80％的浓甲胺液返回原高压系统循环使用。采用本发明的工艺，避免了对原汽提塔负荷增加带来的不利影响，使原尿素装置生产及操作更稳定，与三聚氰胺连产后的尿素装置总生产能力比原来增加了约12.3％，而汽提塔、精馏塔、低压甲铵冷凝器的负荷与原来基本一致。

Description

一种用于三聚氰胺和尿素稳定联产的尾气回收系统及工艺

技术领域

本发明涉及一种用于三聚氰胺和尿素稳定联产的尾气回收系统及工艺。

背景技术

三聚氰胺是一种重要的化工产品，以尿素为原料的三聚氰胺生产过程中会产生大量的尾气，其反应的化学方程式如下：

6CO(NH₂)₂→C₃N₃(NH₂)₃+6NH₃+3CO₂。

实际生产过程操作需要补充部分氨气，所以生产1吨三聚氰胺通常要排出1.05吨的氨和1.15吨的二氧化碳混合气体。而氨和二氧化碳又是尿素生产的原料，因此三聚氰胺和尿素联产从资源配置上来说是最合适的。但是因三聚氰胺生产工艺的不同，使得三聚氰胺尾气联产尿素在能耗和运行稳定性上存在很大差异。而且尾气回收后会对尿素装置的水平衡及热平衡带来很大的影响，如何解决上述矛盾，使三聚氰胺和尿素能够稳定联产，是目前亟待解决的技术难题。

为实现三聚氰胺装置与二氧化碳汽提法尿素生产装置稳定联产，现有的工艺通常是将三聚氰胺装置来的尾气吸收成中压甲铵液后，通过高压甲铵泵送至尿素装置高压圈。但这种处理方式存在以下问题：

(1)进尿素合成塔物料水碳比大幅增加，造成合成塔转化率太低，约只有53％左右；

(2)合成转化率降低增加了低压系统的负荷，物料循环量加大，系统能耗增高；

(3)高压系统水碳比大幅增加，造成高压圈内操作复杂；

(4)尿素合成塔出口的尿素合成液直接进二氧化碳汽提塔后，合成液大大增加造成汽提塔汽提效率降低，同时汽提塔超温直接造成列管腐蚀严重，大大降低了汽提塔的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于三聚氰胺和尿素稳定联产的尾气回收系统。

本发明的另一目的是提供采用该系统进行三聚氰胺和尿素稳定联产的工艺。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于三聚氰胺和尿素稳定联产的尾气回收系统，包括中压分解塔，所述中压分解塔的顶部与中压甲铵冷凝器连接，中压分解塔的底部连接有中压分解加热器，所述中压分解塔的底部还通过管道与二段分解塔连接；所述中压甲铵冷凝器的顶部与中压甲铵冷凝器液位槽连接；中压甲铵冷凝器液位槽的下端通过原高压甲铵泵与原高压系统连接，所述中压甲铵冷凝器液位槽的上端与二段甲铵冷凝器相连；所述二段分解塔的顶部与二段甲铵冷凝器相连，二段分解塔的底部分别与原闪蒸槽连接；所述二段甲铵冷凝器的顶部与二段甲铵冷凝器液位槽相连，二段甲铵冷凝器的底部分别通过管道与甲铵液和三聚氰胺合成尾气相连；所述二段甲铵冷凝液位槽的下端与二段甲铵泵相连，二段甲铵冷凝液位槽的上端与原常压吸收塔相连。

所述中压甲铵冷凝器和二段甲铵冷凝器均采用封闭调温水循环进行冷却；

所述二段分解塔的上部为立式填料塔，下部为液位槽，填料塔和液位槽由气囱相连；二段分解塔底部设有循环加热器，上部立式填料塔内的液体由塔底排出，经循环加热器加热后返回到下部的液位槽，并由此送出。

采用该尾气回收系统进行三聚氰胺和尿素稳定联产的工艺，是将来自原尿素合成塔出口的尿素合成反应液(为方便叙述，在本申请中将“尿素合成反应液”简称为“尿液”)，采用中压分解塔和二段分解塔进行两段分解，制成质量浓度为60-80％的尿液，送至原蒸发系统；将三聚氰胺合成尾气经两段冷凝吸收制成质量浓度为60-80％的浓甲铵液返回原高压系统循环使用。

具体的，采用该尾气回收系统进行三聚氰胺和尿素稳定联产的工艺，步骤为：

(1)将原尿素合成塔出口的尿液减压至1.0-1.8MPa,进入中压分解塔，分离出气体后，尿液自流到中压分解塔的中部蒸馏段，与来自中压分解加热器的热空气逆流接触，进行换热蒸馏，尿液中的甲铵分解成氨和二氧化碳，与尿液中的氨气进入气相，同时使气相中的水蒸气部分冷凝，气相自中压分解塔的塔顶排出，进入中压甲铵冷凝器，在中压甲铵冷凝器内，气相中的氨与二氧化碳被质量浓度为62-65％的甲铵液吸收并反应生成质量浓度为71-75％的浓甲铵液；生成的浓甲铵液与不凝气进入中压甲铵冷凝器液位槽，浓甲铵液经原高压甲铵泵加压后返回到原高压系统，中压甲铵冷凝器液位槽的不凝气减压后进入二段甲铵冷凝器；

(2)经换热蒸馏后的尿液自中压分解塔的塔底排出，减压至0.3-0.6MPa，进入二段分解塔，在二段分解塔的填料段,与来自二段分解加热器的气液混合物逆流接触后,气液混合物中的氨、二氧化碳提浓后进入二段甲铵冷凝器冷凝，二段分解塔填料段的液体由塔下部排出至循环加热器，被蒸汽加热至140℃后再返回到二段分解塔；二段分解塔底部排出质量浓度为60-80％的尿液，减压后返回到原闪蒸槽；

(3)二段分解塔内的气相自塔顶部排出，与三聚氰胺合成尾气以及中压甲铵冷凝器液位槽的不凝气一起进入二段甲铵冷凝器，在二段甲铵冷凝器内，氨与二氧化碳被由低压甲铵液增压泵来的稀甲铵液吸收并反应生成氨基甲酸铵，生成的氨基甲酸铵从二段甲铵冷凝器流到二段甲铵冷凝器液位槽，经二段甲铵泵加压后进入中压甲铵冷凝器；二段甲铵冷凝器液位槽的不凝气减压后返回到原常压吸收塔。

步骤(1)中，为移走中压甲铵冷凝器中的冷凝热和反应生成热，中压甲铵冷凝器采用密闭调温水循环进行冷却，所述调温水在中压甲铵冷凝器循环水冷却器中换热，使调温水的温度从100℃降到90℃，其热量由设备管侧的冷却水移走。

所述调温水循环借助于中压甲铵冷凝器和中压甲铵冷凝器循环水冷却器之间的中压甲铵冷凝器循环水泵进行。

步骤(2)中，所述的气液混合物中包括尿液、氨、二氧化碳和水蒸气。

步骤(3)中，为移走二段甲铵冷凝器中的冷凝热和反应生成热，二段甲铵冷凝器采用密闭调温水循环进行冷却，所述调温水在二段甲铵冷凝器循环水冷却器中换热，使调温水的温度从70℃降到60℃，其热量由设备管侧的冷却水移走。

所述调温水循环借助于二段甲铵冷凝器和二段甲铵冷凝器循环水冷却器之间的二段甲铵冷凝器循环水泵进行。

步骤(3)中，所述稀甲铵液的质量浓度为50-70％。

本发明工艺的基本原理为：在尿素合成过程中，由于在一定的生产条件下，二氧化碳实际转化率约为56％，其余的氨和二氧化碳则以甲铵、游离氨、二氧化碳的形式存在于尿素的合成反应液中，这当中过量的氨和二氧化碳呈物理性溶解，甲铵则呈化合态存在，甲铵的分解必须使操作温度大于其在该压力下的离解温度才有可能大量的分解，所以要通过减压加热的方式来进行分离。本发明的工艺采用二段分解和二段吸收的方法，即中压分解、二段分解、中压吸收、二段吸收。从而使这部分未反应物与生成的尿素分离后加以回收循环使用。

本发明的有益效果：

(1)本发明的工艺系统通过对原尿素合成塔底出口的尿素合成液进行处理，通过工艺系统新设的中压分解及两段分解系统，实现对吸收尾气合成的尿液进行中压、低压两段分解，使尿液中未反应的氨、二氧化碳充分彻底地分解。本发明的工艺避免了对原汽提塔负荷增加带来的不利影响，使原尿素装置生产及操作更稳定。

(2)三聚氰胺来的尾气压力如果提高到1.0-1.8MPa进行中压吸收，载气压缩机出口压力需提高到1.8MPa,在这样的压力下物料对压缩机腐蚀严重，大大降低压缩机易损件的使用寿命。本发明的工艺通过对尾气采用低压、中压两段吸收，可以使尾气吸收更彻底，同时操作更稳定。

(3)采用本发明的工艺系统，与三聚氰胺连产后的尿素装置总生产能力比原来增加了约12.3％，考虑到水碳比比原来增加了约0.1，转化率下降了约1％，这样合成塔、汽提塔、高压洗涤器的实际负荷还要有所增加，而低压负荷将增加的更多，为此新增设了中压分解和两段分解系统，以保持原汽提塔和精馏塔、低压甲铵冷凝器的负荷与原来基本一致。

附图说明

图1为本发明的用于三聚氰胺和尿素稳定联产的尾气回收系统结构示意图；

其中，1-中压分解塔，2-中压分解加热器，3-中压甲铵冷凝器，4-中压甲铵冷凝器液位槽，5-二段分解塔，6-二段甲铵冷凝器，7-二段甲铵冷凝液位槽，8-原高压甲铵泵，9-低压甲铵液增压泵，10-二段甲铵泵。

具体实施方式

结合实施例对本发明作进一步的说明，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

实施例1：用于三聚氰胺和尿素稳定联产的尾气回收系统

如图1所示，一种用于三聚氰胺和尿素稳定联产的尾气回收系统，包括中压分解塔1，所述中压分解塔1的顶部与中压甲铵冷凝器3连接，中压分解塔1的底部连接有中压分解加热器2，所述中压分解塔1的底部还通过管道与二段分解塔5连接；所述中压甲铵冷凝器3的顶部与中压甲铵冷凝器液位槽4连接；中压甲铵冷凝器液位槽4的下端通过原高压甲铵泵8与原高压系统连接，所述中压甲铵冷凝器液位槽4的上端与二段甲铵冷凝器6相连；所述二段分解塔5的顶部与二段甲铵冷凝器6相连，二段分解塔5的底部分别与原闪蒸槽连接；所述二段甲铵冷凝器6的顶部与二段甲铵冷凝器液位槽7相连，二段甲铵冷凝器6的底部分别通过管道与甲铵液和三聚氰胺合成尾气相连；所述二段甲铵冷凝液位槽7的下端与中压甲铵冷凝器3相连，二段甲铵冷凝液位槽7的上端与原常压吸收塔相连。

其中，二段分解塔5的上部为立式填料塔(填料段)，下部为液位槽，填料塔和液位槽由气囱相连；二段分解塔底部设有循环加热器，上部立式填料塔内的液体由塔底排出，经循环加热器加热后返回到下部的液位槽，并由此送出。

实施例2：进行三聚氰胺和尿素稳定联产的工艺

采用实施例1的尾气回收系统进行三聚氰胺和尿素的稳定联产，具体操作为：

原尿素合成塔出口尿液，减压至约1.0-1.8MPa(绝)进入中压分解塔，在此分离出气体后，溶液自流到中部蒸馏段，在此与中压分解加热器来的热气体逆流接触，进行换热蒸馏，使液相中部分甲铵分解与过剩氨气化进入气相，同时使气相中的水蒸汽部分冷凝，经蒸馏后的尿液自中压分解塔流往中压分解加热器底部，在蒸汽的加热作用下，约80-90％的甲铵在此分解，尿液自中压分解塔底排出，减压后去二段分解塔。中压分解塔气相自塔顶部排出去中压甲铵冷凝器，在中压甲铵冷凝器内氨与二氧化碳被由两段甲铵泵来的质量浓度为60-70％的甲铵液吸收并反应生成质量浓度为70-80％的浓甲铵液，为了移走中压甲铵冷凝器中的冷凝热和反应生成热，中压甲铵冷凝器采用密闭调温水循环进行冷却，该调温水在中压甲铵冷凝器循环水冷却器中换热，使调温水的温度从100℃降到90℃，其热量由设备管侧的冷却水移走，此调温水循环借助于中压甲铵冷凝器和中压甲铵冷凝器循环水冷却器之间的中压甲铵冷凝器循环水泵进行，甲铵液与不凝气去中压甲铵冷凝器液位槽，甲铵液再经原高压甲铵泵加压后返回到原高压系统。中压甲铵冷凝器液位槽的不凝气减压后去二段甲铵冷凝器。

中压分解塔排出的尿液减压至0.3-0.6MPa(绝)后送入二段分解塔上部的填料段,与来自加热器的气液混合物逆流接触后,二段分解塔中部出口尿液进入加热器，被蒸汽加热至140℃，气液混合物自加热器顶部排出至二段分解塔中部，尿液中残留的过剩氨与甲铵基本在此气化分解进入气相，二段分解塔底部排出质量浓度为60-80％的尿液，减压后返回到原闪蒸槽。

二段分解气自塔顶部排出与三胺装置来的气体以及中压甲铵冷凝器液位槽的不凝气一起去二段甲铵冷凝器。在二段甲铵冷凝器内氨与二氧化碳被由低压甲铵液增压泵来的质量浓度为50-70％的稀甲铵液吸收并反应生成氨基甲酸铵，为了移走两段甲铵冷凝器中的冷凝热和反应生成热，二段甲铵冷凝器采用密闭调温水循环进行冷却，该调温水在二段甲铵冷凝器循环水冷却器中换热，使调温水的温度从70℃降到60℃，其热量由设备管侧的冷却水移走，此调温水循环借助于二段甲铵冷凝器和二段甲铵冷凝器循环水冷却器之间的二段甲铵冷凝器循环水泵进行，生成的甲铵液从二段甲铵冷凝器流到二段甲铵冷凝器液位槽，经二段甲铵泵加压后去中压甲铵冷凝器。

二段甲铵冷凝器液位槽的不凝气减压后返回到原常压吸收塔。

Claims (10)

1.一种用于三聚氰胺和尿素稳定联产的尾气回收系统，其特征在于，包括中压分解塔，所述中压分解塔的顶部与中压甲铵冷凝器连接，中压分解塔的底部连接有中压分解加热器，所述中压分解塔的底部还通过管道与二段分解塔连接；所述中压甲铵冷凝器的顶部与中压甲铵冷凝器液位槽连接；中压甲铵冷凝器液位槽的下端通过原高压甲铵泵与原高压系统连接，所述中压甲铵冷凝器液位槽的上端与二段甲铵冷凝器相连；所述二段分解塔的顶部与二段甲铵冷凝器相连，二段分解塔的底部分别与原闪蒸槽连接；所述二段甲铵冷凝器的顶部与二段甲铵冷凝器液位槽相连，二段甲铵冷凝器的底部分别通过管道与甲铵液和三聚氰胺合成尾气相连；所述二段甲铵冷凝液位槽的下端与中压甲铵冷凝器相连，二段甲铵冷凝液位槽的上端与原常压吸收塔相连。

2.根据权利要求1所述的用于三聚氰胺和尿素稳定联产的尾气回收系统，其特征在于，所述中压甲铵冷凝器和二段甲铵冷凝器均采用封闭调温水循环进行冷却。

3.根据权利要求1所述的用于三聚氰胺和尿素稳定联产的尾气回收系统，其特征在于，所述二段分解塔的上部为立式填料塔，下部为液位槽，填料塔和液位槽由气囱相连；二段分解塔底部设有循环加热器，上部立式填料塔内的液体由塔底排出，经循环加热器加热后返回到下部的液位槽，并由此送出。

4.采用权利要求1所述的尾气回收系统进行三聚氰胺和尿素稳定联产的工艺，其特征在于，是将来自原尿素合成塔出口的尿素合成反应液采用中压分解塔和二段分解塔进行两段分解，制成60-80％的尿液，送至原闪蒸槽；将三聚氰胺合成尾气经两段冷凝吸收制成质量浓度为60-80％的浓甲胺液返回原高压系统循环使用。

5.根据权利要求4所述的进行三聚氰胺和尿素稳定联产的工艺，其特征在于，步骤为：

(1)将原尿素合成塔出口的尿液减压至1.0-1.8MPa,进入中压分解塔，分离出气体后，尿液自流到中部蒸馏段，与来自中压分解加热器的热空气逆流接触，进行换热蒸馏，尿液中的甲铵分解，与尿液中的氨气进入气相，气相自中压分解塔的塔顶排出，进入中压甲铵冷凝器，在中压甲铵冷凝器内，气相中的氨与二氧化碳被甲铵液吸收并反应生成浓甲铵液；生成的浓甲铵液与不凝气进入中压甲铵冷凝器液位槽，浓甲铵液经原高压甲铵泵加压后返回到原高压系统，中压甲铵冷凝器液位槽的不凝气减压后进入二段甲铵冷凝器；

(2)经换热蒸馏后的尿液自中压分解塔的塔底排出，减压进入二段分解塔，在二段分解塔的填料段,与来自二段分解加热器的气液混合物逆流接触后,气液混合物中的氨、二氧化碳提浓后进入二段甲铵冷凝器冷凝，二段分解塔填料段的液体由塔下部排出至循环加热器，经加热后再返回到二段分解塔；二段分解塔底部排出质量浓度为60-80％的尿液，减压后返回到原闪蒸槽；

(3)二段分解塔内的气相自塔顶部排出，与三聚氰胺合成尾气以及中压甲铵冷凝器液位槽的不凝气一起进入二段甲铵冷凝器，在二段甲铵冷凝器内，氨与二氧化碳被由低压甲铵液增压泵来的稀甲铵液吸收并反应生成氨基甲酸铵，生成的氨基甲酸铵从二段甲铵冷凝器流到二段甲铵冷凝器液位槽，经二段甲铵泵加压后进入中压甲铵冷凝器；二段甲铵冷凝器液位槽的不凝气减压后返回到原常压吸收塔。

6.根据权利要求5所述的进行三聚氰胺和尿素稳定联产的工艺，其特征在于，步骤(1)中，为移走中压甲铵冷凝器中的冷凝热和反应生成热，中压甲铵冷凝器采用密闭调温水循环进行冷却，所述调温水在中压甲铵冷凝器循环水冷却器中换热，使调温水的温度从100℃降到90℃，其热量由设备管侧的冷却水移走。

7.根据权利要求6所述的进行三聚氰胺和尿素稳定联产的工艺，其特征在于，所述调温水循环借助于中压甲铵冷凝器和中压甲铵冷凝器循环水冷却器之间的中压甲铵冷凝器循环水泵进行。

8.根据权利要求5所述的进行三聚氰胺和尿素稳定联产的工艺，其特征在于，步骤(3)中，为移走二段甲铵冷凝器中的冷凝热和反应生成热，二段甲铵冷凝器采用密闭调温水循环进行冷却，所述调温水在二段甲铵冷凝器循环水冷却器中换热，使调温水的温度从70℃降到60℃，其热量由设备管侧的冷却水移走。

9.根据权利要求8所述的进行三聚氰胺和尿素稳定联产的工艺，其特征在于，所述调温水循环借助于二段甲铵冷凝器和二段甲铵冷凝器循环水冷却器之间的二段甲铵冷凝器循环水泵进行。

10.根据权利要求5所述的进行三聚氰胺和尿素稳定联产的工艺，其特征在于，步骤(3)中，所述稀甲铵液的质量浓度为50-70％。