CN107400066B - 一种高品质尿素生产方法及生产系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于尿素生产技术领域，具体公开了一种高品质尿素生产方法，同时还公开了一种生产系统。该方法从汽提塔出来的尿素溶液经中压精馏塔精馏，然后从中压精馏塔底部直接输送到低压精馏塔精馏，从低压精馏塔底部出来的尿素溶液进入闪蒸槽，降温后进入尿素溶液贮槽，尿素溶液贮槽中的尿素溶液依次经一段蒸发加热器、一段蒸发分离器处理，再进入二段蒸发加热器进行二次加热浓缩，进入二段蒸发加热器的尿素溶液经列管加热浓缩后从锥堵喷射加速器的内孔喷出，经二段蒸发分离器进行气液分离，得到浓度99.7％的熔融尿素，用于造粒塔造粒。本申请提供的尿素生产方法及生产系统可以有效控制成品尿素中缩二脲的含量，提高尿素品质，显著降低蒸汽消耗。

Description

一种高品质尿素生产方法及生产系统

技术领域

本发明属于尿素生产技术领域，特别涉及一种高品质尿素生产方法及生产系统。

背景技术

尿素是一种高浓度氮肥，属中性速效肥料。在尿素生产过程中，温度过高、在系统内停留时间长会导致产生尿素的缩合反应，生成少量的缩二脲。反应式如下：

2CO(NH₂)₂→NH₂CONHCONH₂+NH₃↑-Q。

缩二脲对作物生长有抑制作用。我国规定肥料用尿素中缩二脲的质量百分比含量应小于0.9％。缩二脲含量超过1％时，不能做种肥、苗肥和叶面肥使用，用作其他施用期肥料时，尿素中缩二脲含量也不宜过多或过于集中。

尿素中缩二脲的含量对尿素的品质造成了很大影响，如何控制尿素产品质量指标中的缩二脲含量，提高优等品率，是需要解决的技术问题。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种高品质尿素生产方法，同时还提供了一种生产系统。本申请提供的尿素生产方法及生产系统可以有效控制成品尿素中缩二脲的含量，提高尿素品质，显著降低蒸汽消耗。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：一种高品质尿素生产方法，包括以下步骤：

将从汽提塔出来的尿素溶液减压到1.77MPa、温度为137℃，然后送入中压精馏塔顶部的填料层，尿素溶液经过填料层后，从中压精馏塔中部抽出送到中压精馏塔加热器加热，加热后的尿素溶液温度升至159℃，将加热后的尿素溶液送至中压精馏塔下部，然后从所述中压精馏塔底部直接输送到低压精馏塔顶部，所述低压精馏塔的操作压力为0.3MPa，所述低压精馏塔包括上段填料层和下段填料层，进入低压精馏塔的尿素溶液经上段填料层进行气液分离后，直接送入低压精馏塔加热器加热，加热后的尿素溶液返回至低压精馏塔，然后再经低压精馏塔的下段填料层气液分离后从低压精馏塔底部排出；

从所述低压精馏塔底部出来的尿素溶液进入闪蒸槽，经所述闪蒸槽减压闪蒸，尿素溶液温度降至93℃～97℃，降温后的尿素溶液进入尿素溶液贮槽，尿素溶液贮槽中的尿素溶液温度为89℃～92℃，尿素溶液贮槽中的尿素溶液中尿素的质量百分比含量为73％；

将所述尿素溶液贮槽中的尿素溶液送至一段蒸发加热器加热浓缩，加热浓缩后的尿素溶液中尿素的质量百分比含量为95％，然后进入一段蒸发分离器进行气液分离；

经所述一段蒸发分离器气液分离后的尿素溶液通过U形管进入二段蒸发加热器进行二次加热浓缩，所述二段蒸发加热器内设置有 400根列管，每根列管的下部管口均固定安装有一个具有内孔的锥堵喷射加速器，所述内孔孔径为7mm，进入二段蒸发加热器的尿素溶液经列管加热浓缩后从所述锥堵喷射加速器的内孔喷出，二次加热浓缩后的尿素溶液中尿素的质量百分比含量为99.7％，二次加热浓缩后的尿素溶液进入二段蒸发分离器进行气液分离，得到浓度为99.7％的熔融尿素，用于造粒塔造粒。

本申请采用的另一个技术方案是：一种高品质尿素生产系统，包括汽提塔，所述汽提塔通过液体输送管路与中压精馏塔顶部连接，所述中压精馏塔的中部设置有中部尿素溶液出口，在所述中压精馏塔上位于中部尿素溶液出口的下方还设置有下部尿素溶液进口，中压精馏塔的中部尿素溶液出口与中压精馏塔加热器的液体入口连接，中压精馏塔加热器的液体出口与中压精馏塔的下部尿素溶液进口连接，中压精馏塔底部通过液体输送管路与低压精馏塔顶部连接；

所述低压精馏塔内设置有上段填料层和下段填料层，在所述低压精馏塔上位于上段填料层和下段填料层之间分别设置有低压精馏塔中部尿素溶液出口和低压精馏塔中部尿素溶液进口，所述低压精馏塔中部尿素溶液出口和所述低压精馏塔中部尿素溶液进口分别设置在低压精馏塔的两侧，且低压精馏塔中部尿素溶液出口设置在低压精馏塔中部尿素溶液进口下方，上段填料层下部设置有降液管，所述降液管用于收集从上段填料层下来的尿素溶液，所述降液管的出口与低压精馏塔中部尿素溶液出口对应连通，所述低压精馏塔中部尿素溶液出口和所述低压精馏塔中部尿素溶液进口分别与低压精馏塔加热器的液体进口和低压精馏塔加热器的液体出口对应连接；

所述低压精馏塔的底部依次与闪蒸槽、尿素溶液贮槽、一段蒸发加热器、一段蒸发分离器连接，所述一段蒸发分离器通过U形管与二段蒸发加热器连接，二段蒸发加热器下方设置有二段蒸发分离器；

所述二段蒸发加热器内垂直设置有400根列管，每根列管的溶液出口端的端口均焊接有一锥堵喷射加速器，所述锥堵喷射加速器包括加速器本体，所述加速器本体的外壁面与所述列管的下端口内壁面密封焊接，所述加速器本体的中心具有通孔，所述通孔与列管的空腔连通，在所述通孔的溶液出口端的端口焊接设置有锥堵塞，所述锥堵塞具有内孔，所述锥堵塞的内孔与所述加速器本体的通孔连通，所述锥堵塞的内孔孔径为7mm。

其中，所述锥堵塞的材质为316L不锈钢。

本发明提供的尿素生产系统，取消了传统尿素生产系统中设置在中压精馏塔和低压精馏塔之间的中低压尿素溶液换热器，中压精馏塔底部直接通过液体输送管路与低压精馏塔顶部连接，从中压精馏塔底部出来的尿素溶液直接输送到低压精馏塔顶部，缩短了中低压精馏尿素溶液加热流程，且从中压精馏塔中部抽出送到中压精馏塔加热器加热的尿素溶液，返回至中压精馏塔下部，然后从中压精馏塔底部直接输送到低压精馏塔顶部，不再需要中压精馏塔底部加热器的加热，停止其蒸汽使用，从而缩短中低压精馏尿素溶液加热流程，有效解决尿素生产过程中，温度过高、在系统内停留时间长的问题，减少缩二脲的生成，同时还降低蒸汽消耗。

本发明提供的尿素生产系统，低压精馏塔中从上段填料层下来的尿素溶液，通过降液管直接送入低压精馏塔加热器加热，经加热后再返回低压精馏塔中部尿素溶液进口，然后经过低压精馏塔的下段填料层气液分离后从低压精馏塔底部排出，即进入低压精馏塔加热器的尿素溶液和从低压精馏塔加热器加热返回的尿素溶液完全分开，避免了尿素溶液在低压精馏塔内的逆流，同时避免了低压精馏塔中部部分尿素溶液重复循环加热，有效减少了成品中缩二脲的含量。

本发明提供的尿素生产系统，对二段蒸发加热器进行了改进，使用的二段蒸发加热器有400根列管，每根列管下部管口上均安装了一个具有内孔的锥堵喷射加速器，内孔孔径为7mm，进入二段蒸发加热器的尿素溶液经列管加热浓缩后从锥堵喷射加速器的内孔喷出，锥堵喷射加速器改变了尿素溶液在列管内的流动状态，由原来的柱塞式变成了喷射式，尿素溶液与列管的接触状态由柱塞式变成液滴式，同时也提高了尿素溶液的流速，减少了在列管内的停留时间，防止了尿素溶液在二段蒸发加热器内的返混，使尿素溶液在系统内停留时间、加热时间变短，减少缩二脲的生成，同时还降低蒸汽消耗。

本发明提供的尿素生产方法，缩短了中低压精馏加热流程，减少了尿素溶液在系统中的停留时间，可以有效控制成品尿素中缩二脲的含量，提高尿素产品质量，显著降低了蒸汽消耗。尿素产品质量指标中的缩二脲含量在0.87％以下，全年优等品率≥99％，降低蒸汽消耗 2t/h。

附图说明

图1是本申请提供的一种尿素生产系统实施例的结构示意图；

图2是现有的低压精馏塔的局部结构示意图；

图3是图2所示的现有的低压精馏塔的隔板件的结构示意图；

图4是本申请提供的一种低压精馏塔的局部结构示意图；

图5是图4所示的低压精馏塔的降液管的结构示意图；

图6是图5所示的降液管的剖视图；

图7是本申请提供的一种二段蒸发加热器的结构示意图；

图8是图7所示的二段蒸发加热器的锥堵喷射加速器的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图，对本申请的技术方案进行详细说明。

本申请提供的尿素生产系统，包括合成塔，在尿素合成塔里NH₃与CO₂反应生成氨基甲酸铵，氨基甲酸铵脱水生成尿素，含尿素的尿素溶液(简称尿液)从合成塔内溢流管离开，由液位调节阀控制合成塔液位，离开合成塔的尿素溶液通过管道进入汽提塔20，见图1，经过汽提后的尿素溶液约有80％的氨和75％的CO₂从尿素溶液中分离出来，离开汽提塔20的尿素溶液经液位调节阀减压到1.77MPa、温度为137℃，然后通过液体输送管路进入中压精馏塔2的顶部，中压精馏塔2的中部设置有中部尿素溶液出口，在中压精馏塔2上位于中部尿素溶液出口的下方还设置有下部尿素溶液进口，中压精馏塔2的中部尿素溶液出口与中压精馏塔加热器1的液体入口连接，中压精馏塔加热器1的液体出口与中压精馏塔2的下部尿素溶液进口连接，中压精馏塔2底部通过液体输送管路与低压精馏塔3顶部连接；

低压精馏塔3内设置有上段填料层31和下段填料层32，在低压精馏塔3上位于上段填料层31和下段填料层32之间分别设置有低压精馏塔中部尿素溶液出口11和低压精馏塔中部尿素溶液进口12，见图4所示，低压精馏塔中部尿素溶液出口11和低压精馏塔中部尿素溶液进口12分别设置在低压精馏塔3的两侧，且低压精馏塔中部尿素溶液出口11设置在低压精馏塔中部尿素溶液进口12下方，上段填料层31下部设置有降液管14，降液管14用于收集从上段填料层31 下来的尿素溶液，降液管14的出口141与低压精馏塔中部尿素溶液出口11对应连通，低压精馏塔中部尿素溶液出口11和低压精馏塔中部尿素溶液进口12分别与低压精馏塔加热器10的液体进口和低压精馏塔加热器10的液体出口对应连接；

见图2、图3所示，为现有的低压精馏塔，在上段填料层下部设置有隔板件，隔板件包括垂直于塔体设置的水平隔板13和与水平隔板13垂直设置的导流板21，低压精馏塔内尿素溶液从上段填料层下来后通过水平隔板13和导流板21的导流作用，靠重力流入低压精馏塔中部尿素溶液出口11，尿素溶液的流动方向见图2中箭头所示，之后进入低压精馏塔加热器加热后，从上部的低压精馏塔中部尿素溶液进口12再次返回至低压精馏塔精馏。现有的低压精馏塔存在的问题是，从上段填料层下来的尿素溶液与低压精馏塔加热器加热返回的尿素溶液混合在一起，容易导致尿素溶液逆流，也就是从上部的低压精馏塔中部尿素溶液进口12进入低压精馏塔加热器，从低压精馏塔中部尿素溶液出口11返回低压精馏塔内的现象，并且低压精馏塔中部部分尿素溶液会重复循环加热，导致缩二脲副产物的生成。

图4-图6所示，是本申请提供的一种低压精馏塔的局部结构示意图，低压精馏塔中部尿素溶液出口11和低压精馏塔中部尿素溶液进口12分别设置在低压精馏塔3的两侧，低压精馏塔中部尿素溶液出口11设置在低压精馏塔中部尿素溶液进口12下方，保留了现有低压精馏塔的水平隔板13，在水平隔板13的边沿设置了降液管14，见图 5所示，降液管是板式塔中供液体在板间通过的通道，有弓形或圆形，本实施例采用的为弓形，在降液管14的底部设置了降液管的出口 141，出口141与低压精馏塔中部尿素溶液出口11对应连通；从上段填料层31下来的尿素溶液流入降液管14，尿素溶液的流动方向见图 4中箭头所示，降液管14将从上段填料层31下来的尿素溶液全部收集，降液管14的出口141与低压精馏塔中部尿素溶液出口11对应连通，从降液管14的出口141出来的尿素溶液全部进入低压精馏塔中部尿素溶液出口11，低压精馏塔中部尿素溶液出口11的尿素溶液进入低压精馏塔加热器10的液体进口，低压精馏塔加热器10的液体出口出来的加热后的尿素溶液从低压精馏塔中部尿素溶液进口12返回至低压精馏塔3，从而使上段填料层31下来的尿素溶液与低压精馏塔加热器10加热返回后的尿素溶液完全分开，避免了尿素溶液逆流，同时避免了低压精馏塔3中部部分尿素溶液重复循环加热，有效减少了成品尿素中缩二脲的含量。

低压精馏塔加热器10的液体出口出来的尿素溶液从低压精馏塔中部尿素溶液进口12返回至低压精馏塔3，然后经过下段填料层32 之后，从低压精馏塔3的底部排出，低压精馏塔3的底部依次与闪蒸槽4、尿素溶液贮槽5、一段蒸发加热器6、一段蒸发分离器7连接，一段蒸发分离器7通过U形管与二段蒸发加热器9连接，二段蒸发加热器9下方设置有二段蒸发分离器8；

见图7所示，本实施例提供的二段蒸发加热器9内垂直设置有 400根列管15，与现有的二段蒸发加热器的不同在于，本实施例提供的二段蒸发加热器9，在每根列管15的溶液出口端的端口均焊接有一锥堵喷射加速器16，锥堵喷射加速器16的结构见图8所示，锥堵喷射加速器16包括加速器本体17，加速器本体17的外壁面与列管 15的下端口内壁面密封焊接，加速器本体17的中心具有通孔171，通孔171与列管15的空腔连通，列管15中的尿素溶液可进入通孔 171，在通孔171的溶液出口端的端口焊接设置有锥堵塞18，锥堵塞 18具有内孔19，内孔19的孔径为7mm，锥堵塞18的材质为316L 不锈钢，锥堵塞18的内孔19与加速器本体17的通孔171连通，从通孔171流过的尿素溶液进入锥堵塞18的内孔19，并从内孔19喷射出，到达二段蒸发加热器9下部，之后进入二段蒸发分离器8。本实施例提供的二段蒸发加热器9，通过在每根列管15的溶液出口端的端口焊接锥堵喷射加速器16，进入二段蒸发加热器9的尿素溶液经列管15加热浓缩后从锥堵喷射加速器16的内孔19喷出，锥堵喷射加速器16改变了尿素溶液在列管15内的流动状态，由原来的柱塞式变成了喷射式，尿素溶液与列管15的接触状态由柱塞式变成液滴式，同时也提高了尿素溶液的流速，减少了在列管15内的停留时间，防止了尿素溶液在二段蒸发加热器9内的返混。

采用以上系统的尿素的生产方法，包括以下步骤：

从汽提塔20出来的尿素溶液减压到1.77MPa、温度降至137℃，然后送入中压精馏塔2顶部的填料层，尿素溶液经过填料层后，从中压精馏塔2中部抽出送到中压精馏塔加热器1加热，加热后的尿素溶液温度升至159℃，将加热后的尿素溶液送至中压精馏塔2下部，然后从中压精馏塔2底部直接输送到低压精馏塔3顶部，低压精馏塔3 的操作压力为0.3MPa，低压精馏塔3包括上段填料层31和下段填料层32，进入低压精馏塔3的尿素溶液经上段填料层31进行气液分离后，直接全部送入低压精馏塔加热器10加热，经低压精馏塔加热器 10加热后的尿素溶液再返回至低压精馏塔3，再经过低压精馏塔3的下段填料层32气液分离后从低压精馏塔3底部排出；

从低压精馏塔3底部出来的尿素溶液进入闪蒸槽4，经闪蒸槽4 减压闪蒸，尿素溶液温度降至93℃～97℃，降温后的尿素溶液进入尿素溶液贮槽5，尿素溶液贮槽5中的尿素溶液温度为89℃～92℃，尿素溶液贮槽5中的尿素溶液中尿素的质量百分比含量为73％；

将尿素溶液贮槽5中的尿素溶液送至一段蒸发加热器6加热浓缩，加热浓缩后的尿素溶液中尿素的质量百分比含量为95％，然后进入一段蒸发分离器7进行气液分离；

经一段蒸发分离器7气液分离后的尿素溶液通过U形管进入二段蒸发加热器9进行二次加热浓缩，二段蒸发加热器9内设置有400 根列管15，每根列管15的下部管口均固定安装有一个具有内孔19 的锥堵喷射加速器16，内孔19孔径为7mm，进入二段蒸发加热器9 的尿素溶液经列管15加热浓缩后从锥堵喷射加速器16的内孔19喷出，二次加热浓缩后的尿素溶液中尿素的质量百分比含量为99.7％，二次加热浓缩后的尿素溶液进入二段蒸发分离器8进行气液分离，得到浓度为99.7％的熔融尿素，用于造粒塔造粒。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围。

Claims (2)

1.一种尿素生产方法，其特征在于，所述生产方法采用的生产装置包括汽提塔，所述汽提塔通过液体输送管路与中压精馏塔顶部连接，所述中压精馏塔的中部设置有中部尿素溶液出口，在所述中压精馏塔上位于中部尿素溶液出口的下方还设置有下部尿素溶液进口，中压精馏塔的中部尿素溶液出口与中压精馏塔加热器的液体入口连接，中压精馏塔加热器的液体出口与中压精馏塔的下部尿素溶液进口连接，中压精馏塔底部通过液体输送管路与低压精馏塔顶部连接；

所述低压精馏塔内设置有上段填料层和下段填料层，在所述低压精馏塔上位于上段填料层和下段填料层之间分别设置有低压精馏塔中部尿素溶液出口和低压精馏塔中部尿素溶液进口，所述低压精馏塔中部尿素溶液出口和所述低压精馏塔中部尿素溶液进口分别设置在低压精馏塔的两侧，且低压精馏塔中部尿素溶液出口设置在低压精馏塔中部尿素溶液进口下方，上段填料层下部设置有降液管，所述降液管用于收集从上段填料层下来的尿素溶液，所述降液管的出口与低压精馏塔中部尿素溶液出口对应连通，所述低压精馏塔中部尿素溶液出口和所述低压精馏塔中部尿素溶液进口分别与低压精馏塔加热器的液体进口和低压精馏塔加热器的液体出口对应连接；

所述低压精馏塔的底部依次与闪蒸槽、尿素溶液贮槽、一段蒸发加热器、一段蒸发分离器连接，所述一段蒸发分离器通过U形管与二段蒸发加热器连接，二段蒸发加热器下方设置有二段蒸发分离器；

所述二段蒸发加热器内垂直设置有400根列管，每根列管的溶液出口端的端口均焊接有一锥堵喷射加速器，所述锥堵喷射加速器包括加速器本体，所述加速器本体的外壁面与所述列管的下端口内壁面密封焊接，所述加速器本体的中心具有通孔，所述通孔与列管的空腔连通，在所述通孔的溶液出口端的端口焊接设置有锥堵塞，所述锥堵塞具有内孔，所述锥堵塞的内孔与所述加速器本体的通孔连通，所述锥堵塞的内孔孔径为7mm；

所述生产方法包括以下步骤：

将从汽提塔出来的尿素溶液减压到1.77MPa、温度为137℃，然后送入中压精馏塔顶部的填料层，尿素溶液经过填料层后，从中压精馏塔中部抽出送到中压精馏塔加热器加热，加热后的尿素溶液温度升至159℃，将加热后的尿素溶液送至中压精馏塔下部，然后从所述中压精馏塔底部直接输送到低压精馏塔顶部，所述低压精馏塔的操作压力为0.3MPa，所述低压精馏塔包括上段填料层和下段填料层，进入低压精馏塔的尿素溶液经上段填料层进行气液分离后，直接送入低压精馏塔加热器加热，加热后的尿素溶液返回至低压精馏塔，然后再经低压精馏塔的下段填料层气液分离后从低压精馏塔底部排出；

从所述低压精馏塔底部出来的尿素溶液进入闪蒸槽，经所述闪蒸槽减压闪蒸，尿素溶液温度降至93℃～97℃，降温后的尿素溶液进入尿素溶液贮槽，尿素溶液贮槽中的尿素溶液温度为89℃～92℃，尿素溶液贮槽中的尿素溶液中尿素的质量百分比含量为73％；

将所述尿素溶液贮槽中的尿素溶液送至一段蒸发加热器加热浓缩，加热浓缩后的尿素溶液中尿素的质量百分比含量为95％，然后进入一段蒸发分离器进行气液分离；

经所述一段蒸发分离器气液分离后的尿素溶液通过U形管进入二段蒸发加热器进行二次加热浓缩，所述二段蒸发加热器内设置有400根列管，每根列管的下部管口均固定安装有一个具有内孔的锥堵喷射加速器，所述内孔孔径为7mm，进入二段蒸发加热器的尿素溶液经列管加热浓缩后从所述锥堵喷射加速器的内孔喷出，二次加热浓缩后的尿素溶液中尿素的质量百分比含量为99.7％，二次加热浓缩后的尿素溶液进入二段蒸发分离器进行气液分离，得到浓度为99.7％的熔融尿素，用于造粒塔造粒。

2.根据权利要求1所述的尿素生产方法，其特征在于，所述锥堵塞的材质为316L不锈钢。

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