发明内容
针对上述现有技术中存在的问题,本发明的一个目的是提供一种用于吸收三聚氰胺尾气的尿素生产系统。采用预蒸馏工艺减少进入合成塔的水量,增加了闪蒸蒸发器,浓缩尿液,利用水力喷射器抽真空回收尾气中的氨和二氧化碳,降低了H2O/CO2比,提高CO2转化率;降低系统负荷。
为了解决以上技术问题,本发明的技术方案为:
一种用于吸收三聚氰胺尾气的尿素生产系统,包括尿素合成段、循环回收段、尿液蒸发段、蒸发冷凝液回收段、解吸及水解段;
尿素合成段包括液氨缓冲槽、氨冷凝器、一吸塔、液氨预热器、尿素合成塔、甲铵预热器、惰洗器;氨冷凝器冷凝后的液氨进入液氨缓冲槽;液氨缓冲槽的液氨经过液氨升压泵分别进入一吸塔、液氨泵,流出液氨泵的液氨进入液氨预热器;液氨预热器的液氨送入尿素合成塔;经一吸塔吸收后的液体经过一甲泵进入甲铵预热器,经一吸塔净化后的氨气从一吸塔塔顶进入氨冷凝器;氨冷凝器的没有冷凝的氨气进入惰洗器,惰洗器洗后的浓氨水进入一吸塔,经甲铵预热器加热后的甲铵液进入尿素合成塔。
优选的,液氨缓冲槽与外管双向连接。装置开车时,需要液氨通过外管道A进入液氨缓冲槽作为开车时的原料;正常投产后,装置不需外来的液氨并副产液氨产品,液氨缓冲槽的副产液氨通过外管B送至氨罐区。
优选的,高压蒸汽分别进入液氨预热器、甲铵预热器。
传统尿素合成工艺中,除有一台甲铵空气混合器外,还有一台甲铵液氨混合器,这两台设备都是高压操作的,液氨跟甲铵液混合成一股料进尿素合成塔。
本工艺中液氨经液氨泵加压输送到液氨预热器,加热后直接进入合成塔,区别于以往工艺中,液氨跟甲铵液先混合加热再进入合成塔的工艺;液氨加热后单独进入合成塔,减少了繁琐的工艺设计,节约了一台高压甲铵液氨混合器,操作可以更平稳,流程更简约。
循环回收段包括预蒸馏塔、二分塔、闪蒸蒸发器、一吸外冷器、一段蒸发器、二循一冷凝器、二循二冷凝器、尾吸塔;
尿素合成塔顶排出的尿素溶液进入预蒸馏塔;预蒸馏塔的尿素溶液从预蒸馏塔的塔底进入二分塔,预蒸馏塔塔顶排出的气体进入闪蒸蒸发器;二分塔底部排出的尿素溶液进入闪蒸蒸发器的底部,二分塔顶部排出的气体进入二循一冷凝器;闪蒸蒸发器塔顶排出的气体进入一吸外冷器,一吸外冷器排出的气液混合物进入一吸塔底部;闪蒸蒸发器排出的汽液混合物一部分进入一段蒸发器,一段蒸发器排出的气体进入一吸外冷器;二循一冷凝器排出的气体进入二循二冷凝器,二循一冷凝器通过二甲泵将二甲液送入闪蒸蒸发器和一段蒸发器;二循二冷凝器排出的气体进入尾吸塔,二循二冷凝器排出的氨水经过氨水泵进入惰洗器,惰洗器排出的气体进入尾吸塔;尾吸塔排出的尾气放空,尾吸塔底部排出的液体依次经过尾吸循环泵、尾吸循环冷却器重新进入尾吸塔。
优选的,空气经过高压空压机分别进入甲铵预热器、预蒸馏塔。
优选的,三胺装置的压力为0.3-0.5MPa尾气通过外管C进入二循一冷凝器。
优选的,界区外的汽提尿素装置的尿素溶液通过外管D、外管E进入一段蒸发器,三胺装置压力为1.9-2.1MPa的尾气通过外管F进入一段蒸发器。
闪蒸蒸发器热能利用段加热尿液,在有效地利用预蒸馏气热量的同时,加热浓缩了尿液,尿液浓度从原来的52%增至70%。现有技术中单纯利用一段蒸发器热能的回收利用,本申请用预蒸馏汽在闪蒸蒸发器热能利用段加热尿液,而压力为1.9-2.1MPa的三胺尾气去一段蒸发器热能回收利用,闪蒸蒸发器降低尿素溶液的水含量;闪蒸蒸发器部分冷凝后的气体经过一吸外冷器后进入一吸塔,再由一吸塔进入尿素合成塔,从而降低了进入尿素合成塔的水含量,提高了CO2转化率,尿素合成塔排出的尿素溶液的含水量低,同时也能够降低闪蒸蒸发器,一段蒸发器,二段蒸发器系统的负荷。
预蒸馏汽中的NH3、CO2和与二甲泵来的二甲液进行充分混合进入闪蒸蒸发器,使CO2和NH3在进入一吸塔之前尽可能多的被二甲液吸收,气液混合物被一吸冷却器冷却吸收,减轻了一吸塔的负荷,有利于一吸塔的稳定操作。
所述界区外的尿素装置为本系统界区外的CO2汽提法尿素装置;所述三胺装置为位于界区外的三聚氰胺装置;
三胺装置来的压力为1.9-2.1MPa的尾气与部分二甲液进入一段蒸发器热能回收段,冷凝吸收放出的热量用来加热尿素溶液,热能回收后排出的气液混合进入一吸外冷器,一吸外冷器的气液混合物进入一吸塔,一吸塔内的气体经一吸塔内的鼓泡段鼓泡吸收,未吸收的气体进入精洗段,被来自惰洗器的浓氨水和来自液氨缓冲槽的回流氨进一步精洗吸收。
蒸发段包括二段蒸发器、尿液槽;尿素装置的尿素溶液通过外管D、外管E进入尿液槽,闪蒸蒸发器的尿素溶液的另一部分进入尿液槽;尿液槽的尿液经尿液泵进入一段蒸发器进行热能回收后进入二段蒸发器;二段蒸发器的生成的熔融尿素经熔融泵进入三胺装置。
蒸发冷凝段包括闪蒸冷凝器、蒸发冷凝液槽、一段蒸发冷凝器、二段蒸发冷凝器、中间冷凝器、喷射液循环槽;闪蒸蒸发器顶部出来的气体进入闪蒸冷凝器,闪蒸冷凝器的冷凝液进入蒸发冷凝液槽,闪蒸冷凝器的不凝气进入一段蒸发冷凝器;一段蒸发器的气体进入一段蒸发冷凝器冷凝,二段蒸发器的气体进入二段蒸发冷凝器,二段蒸发冷凝器排出的不凝气经过二段蒸发喷射器A进入中间冷凝器继续冷凝;一段蒸发冷凝器、二段蒸发冷凝器、中间冷凝器的冷凝液进入蒸发冷凝液槽,一段蒸发冷凝器、中间冷凝器的不凝气分别经一段喷射液喷射器、二段蒸发喷射器B排至喷射液循环槽,喷射液循环槽排出的喷射液依次经过喷射液循环泵、喷射液冷却器后进入一段蒸发喷射器和二段蒸发喷射器B,喷射液循环槽排出的稀碳铵液进入蒸发冷凝液槽,脱盐水通过外管G进入喷射液循环槽,喷射液循环槽排出的气体通过放空管放空,蒸发冷凝液槽排出的冷凝液分别通过尾吸泵、蒸发冷凝液泵排至尾吸塔、二循一冷凝器。
优选的,二段蒸发喷射器通入中压蒸汽。
优选的,所述喷射器为水力喷射器。
采用水力喷射器抽真空,取代现有的蒸汽喷射器,这样既节约了蒸汽,又能回收尾气中的氨和二氧化碳,系统的真空度保持更稳定,喷射泵循环槽进行气液分离后的液体进入蒸发冷凝液槽,使蒸发冷凝液槽的浓度升高,蒸发冷凝液槽排出的冷凝液进入二循一冷凝器,二循一冷凝器的液体又重新进入闪蒸蒸发器和一段蒸发器,闪蒸蒸发器和一段蒸发器回收的气体又重新进入一吸塔,最后使得尾吸塔进入碳铵液储槽的浓度升高,所以降低了解吸水解系统的负荷。
预蒸馏塔、二分塔、闪蒸蒸发器、一段蒸发器、二段蒸发器的蒸汽冷凝液疏水采用液封式的液位槽,避免了普通疏水器漏气的状况,提高了蒸汽利用率,节约了蒸汽。
解吸及水解段包括碳铵液槽、解吸换热器、解吸塔、水解器、水解器换热器、解吸换热器、废水换热器、回流冷凝器;
尾吸塔排出的碳氨液及三胺装置的碳氨液通过外管H进入碳氨液槽,碳铵液槽的碳铵液经解吸泵加压后进入解吸换热器,解吸换热器的碳铵液进入解吸塔,解吸塔排出的液体经过水解器给料泵进入水解器换热器进行换热,解吸塔底部排出的液体进入解吸换热器进行换热,解吸换热器排出的废水进入废水换热器,废水换热器排出的废水经过解吸废水泵加压后至界区,水解器换热器排出的液体进入水解器,水解器出来的溶液进入水解换热器换热后进入解吸塔的下部,水解器排出的气体进入解吸塔的上部,解吸塔顶部排出的气体进入回流冷凝器,回流冷凝器排出的冷凝液经过回流泵进入二循一冷凝器,回流冷凝器排出的气体进入尾吸塔。
优选的,解吸塔为填料塔,由一块离塔底适当高度的升气板将塔分成两部分,塔的上部有三段规整填料,而下部也有三段规整填料。
优选的,水解器通入高压蒸汽。
优选的,所述水解器为卧式水解器。
尿素深度水解采用高压蒸汽进入卧式水解器水解的工艺,解吸水解后的废水可作为尿素循环水的补水使用。
在解吸塔的上部,料液中的大部分NH3和CO2被塔下部的气体汽提出去;高温的液体聚集在升气板上。离开水解器的溶液经水解器换热器换热后就在升气板的下面进入解吸塔的下部,以便把最后少量的NH3和CO2汽提出来。
本发明的第二个目的是一种用于吸收三聚氰胺尾气的尿素生产方法,具体步骤为:
(1)尿素合成
来自氨库的液氨经流量计计量后进入液氨缓冲槽,来自氨冷凝器的液氨也进入液氨缓冲槽,液氨缓冲槽液氨经液氨增压泵增压后一部分作为一吸塔的回流氨送往一吸塔,另一部分至液氨泵;液氨缓冲槽的副产液送至液氨罐区;
液氨缓冲槽的液氨经液氨泵加压送往液氨预热器,被蒸汽加热后进入合成塔,一甲泵来的甲铵液与高压空气混合后进入甲铵预热器,被蒸汽加热后进入尿素合成塔底部,经一定时间反应后,尿液自尿素合成塔塔顶排出,尿素合成塔压力由尿液出口调节阀控制;
(2)循环回收
尿素合成塔顶排出的尿液经出口压力调节阀减压后进入预蒸馏塔,在此分离出气体后,尿液自预蒸馏塔塔底排出,减压后送往二分塔,气相自预蒸馏塔顶部排出去闪蒸蒸发器;空气自预蒸馏塔底部加入;来自预蒸馏塔的气体与部分二甲液在闪蒸蒸发器内进行部分冷凝,冷凝吸收放出的热量用来加热尿素溶液,热能回收后排出的气液混合物进入一吸外冷器;
由三胺装置来的尾气与部分二甲液进入一段蒸发器进行热能回收,热能回收后排出的气液混合进入一吸外冷器,被软水冷却,气体进一步冷凝,出一吸外冷器的气液混合物进入一吸塔底部,气体被来自惰洗器的浓氨水和来自液氨缓冲槽的回流氨进一步精洗吸收,一吸塔塔顶排出的气氨进入氨冷凝器,气氨在此被部分冷凝下来流往液氨缓冲槽,出氨冷凝器的气体经惰洗器防爆空间后,惰洗器排出的气体减压后送至尾吸塔,惰洗器排出的浓氨水送往一吸塔顶部,一吸塔底部排出的甲铵液经一甲泵加压后送至甲铵预热器;
预蒸馏塔排出的尿液减压后送入二分塔上部的填料段,与来自底部加热器的气液混合物逆流接触后,二分塔中部出口尿液进入底部加热器,被蒸汽加热,气液混合物自二分加热器顶部排出至二分塔中部,尿液中残留的过剩氨与甲铵基本在此气化分解进入气相,二分塔底部排出的尿液减压后送往闪蒸蒸发器及一段蒸发器,气体自二分塔顶部排出进入二循一冷凝器,被碳铵液吸收,生成二甲液由二甲泵送往闪蒸蒸发器及一段蒸发器;出二循一冷凝器的气体在二循二冷凝器内继续被碳铵液吸收,生成的氨水由氨水泵送往惰洗器,出二循二冷凝器的气体去尾吸塔,被来自尾吸泵的经尾吸冷却器冷却的蒸发冷凝液吸收,生成的碳铵液送至碳铵液槽,尾气通过放空总管放空。
(3)蒸发
二分塔排出的尿液减压后进入闪蒸蒸发器,经热能回收段及加热段加热后,浓度被提高的尿液排往尿液槽;
从原有两套尿素装置来的尿液也进入尿液槽,尿液槽的尿液经尿液泵加压后进入一段蒸发器,尿液经一段蒸发器热能回收段及加热段加热,浓度被提高,然后去二段蒸发器,尿液被蒸汽加热,浓度被提高,二段蒸发器的熔融尿素经尿素熔融泵加压后打至三胺装置;
(4)蒸发冷凝液的回收
闪蒸蒸发器出来的气体先进入闪蒸冷凝器冷凝,冷凝液去蒸发冷凝液槽,不凝气去一段蒸发冷凝器;一段蒸发器出来的气体也进入一段蒸发冷凝器冷凝;出二段蒸发器的气体进入二段蒸发冷凝器,一段蒸发冷凝器、二段蒸发冷凝器、中间冷凝器的冷凝液去蒸发冷凝液槽;一段蒸发冷凝器、中间冷凝器的不凝气经各喷射器升压后排至喷射液循环槽;喷射液循环槽排出的稀碳铵液进入蒸发冷凝液槽,脱盐水通过外管进入喷射液循环槽,喷射液循环槽排出的气体通过放空管放空,蒸发冷凝液槽排出的冷凝液分别通过尾吸泵、蒸发冷凝液泵排至尾吸塔、二循一冷凝器;
(5)解吸和水解
尾吸塔排出的碳铵液及三胺装置的碳铵液进入碳铵液槽,碳铵液槽的碳铵液经解吸泵加压后,经流量指示进入解吸换热器内被加热,进入解吸塔的上部,解吸塔中部排出的液体由水解器给料泵加压后送到水解器换热器中换热后,再送到水解器;在水解器内,蒸汽直接加热,溶液中的尿素几乎全部分解成NH3和CO2;离开水解器的溶液经水解器换热器换热后进入解吸塔的下部,以便把最后少量的NH3和CO2汽提出来;水解器排出的气体经压力调节后返回至解吸塔内;解吸塔顶部排出的气体进入回流冷凝器,回流冷凝器排出的冷凝液经过回流泵进入二循一冷凝器,回流冷凝器排出的气体进入尾吸塔;解吸塔底部排出的解吸废水经解吸换热器换热后,再经废水冷却器被循环水冷却后可作为尿素循环水的补水用。
优选的,步骤(1)中尿素合成塔塔顶排出的尿液的浓度为22-26%。
优选的,步骤(1)中液氨缓冲槽的液氨加压后的压强为20-21MPa(绝)。
优选的,步骤(1)中液氨在液氨预热器加热至180-200℃。
优选的,步骤(1)中甲铵液在甲铵预热器加热后的温度为175~185℃。
优选的,步骤(1)中尿素合成塔内反应的压强为19-20MPa(绝),温度为185-200℃。
优选的,步骤(1)中尿素合成塔内CO2的转化率为52~55%。
优选的,步骤(2)中预蒸馏塔塔底排出的尿液浓度为44-48%。
优选的,步骤(2)中尿素合成塔顶排出的尿液减压后的压强为1.6-2.0MPa(绝)。
优选的,步骤(2)中尿素合成塔塔底排出的尿液浓度为44-48%。
优选的,步骤(2)中一吸塔塔顶排出的气氨的温度为46-53℃,气氨中含CO2<100ppm。
优选的,步骤(2)中惰洗器排出的浓氨水的温度为42-47℃。
优选的,步骤(2)中一吸塔塔底部得到的一甲液的温度为103-107℃。
优选的,步骤(2)中预蒸馏塔排出的尿液减压后的压强为0.29~0.39MPa(绝)。
优选的,步骤(2)中二分塔的尿液被蒸汽加热后的温度为135℃~140℃。
优选的,步骤(2)中二分塔底部排出的尿液浓度为53-55%。
优选的,步骤(3)中二分塔排出的尿液减压后的压强为0.09-0.11MPa(绝)。
优选的,步骤(3)中闪蒸蒸发器排出的尿液的浓度为68-72%。
优选的,步骤(3)中从原有两套尿素装置来的尿液的浓度为70-75%。
优选的,步骤(3)中一段蒸发器、二段蒸发加热器内的压强为0.03-0.035MPa(绝);
优选的,步骤(3)中尿液在一段蒸发器被加热的温度为125-135℃;出一段蒸发器的浓度为93-96%;尿液在二段蒸发器被加热的温度为136-142℃;出二段蒸发器的浓度为99.4-99.6%。
优选的,步骤(5)中解吸塔底部排出的解吸废水含尿素<10ppm,NH3<10ppm。
优选的,步骤(5)中碳铵液在解吸换热器内被加热的温度为108-112℃。
优选的,步骤(5)中解吸塔的操作压力约为0.28-0.32MPa。
优选的,步骤(5)中在水解器内,物料体停留时间为43-46分钟,操作温度为210℃~220℃的范围内,操作压力为2.1-2.3MPa。
优选的,步骤(5)中在水解器内加热物料的蒸汽的压强为2.4-2.6MPa;温度为248-252℃。
优选的,步骤(5)中废水冷却器内循环水被冷却后的温度为43-47℃。
传统工艺中的液氨预热器、甲铵预热器采用U型管换热器,这种结构现实生产中发现U型管拐弯处冲刷腐蚀严重,容易爆管,本申请采用液氨预热器、甲铵预热器采用物料走直管的结构型式,减少了物料对设备的冲刷腐蚀,延长了设备的使用寿命。
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55%,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。本发明的工艺采用不额外补充二氧化碳的条件下,通过冷凝吸收三胺装置来的尾气,稀甲铵液浓缩成浓甲铵液,在约19.7MPa(绝)188℃的条件下跟液氨反应生成尿素。
本发明的有益效果:
(1)循环回收段采用预蒸馏流程,将预蒸馏塔中下降的尿液与分离器中上升的气相逆流接触进行传质传热,降低了预蒸馏塔出口气相的温度,气相中水含量由14%降至5%~7%,从而提高了气相中CO2、NH3的浓度,减少了进入合成塔的水量;
(2)增加了闪蒸蒸发器,从预蒸馏塔气相出口温度为120℃的气体,进入闪蒸蒸发器热量利用段加热尿液,在有效地利用预蒸馏气热量的同时,加热浓缩了尿液,尿液浓度从原来的52%增至70%;
(3)充分回收利用了三胺尾气的显热。来自三胺装置2.0MPa,140℃的尾气,先进入一段蒸发器热能回收段加热浓缩尿液,热量回收完后再进入一吸冷却器冷却。经过加热浓缩,尿液浓度由原来的70%增至95%;
(4)采用水力喷射器抽真空,取代原先的蒸汽喷射器,这样既节约了蒸汽,又能回收尾气中的氨和二氧化碳,系统的真空度保持更稳定,同时又降低了后面解吸水解系统的负荷;
(5)预蒸馏塔、二分塔、闪蒸蒸发器、一段蒸发器、二段蒸发器的蒸汽冷凝液疏水采用液封式的液位槽,避免了普通疏水器漏气的状况,提高了蒸汽利用率,节约了蒸汽;
(6)区别于以往工艺中,液氨跟甲铵液先混合加热再进入合成塔的工艺,高压合成采用液氨加热后单独进合成塔,减少了繁琐的工艺设计,节省了一台高压甲铵液氨混合器,操作可以更平稳,流程更简约;
(7)尿素深度水解采用压力为2.5MPa蒸汽进入卧式水解器水解的工艺,解吸水解后废水中尿素含量小于10ppm,氨含量小于10ppm,该废水可作为尿素循环水的补水使用;
(8)增加了一吸冷却器,一分气中的CO2在进入一吸塔之前尽可能多的被二甲液吸收,气液混合物被外置的冷却器冷却吸收,减轻了一吸塔的负荷,有利于一吸塔的稳定操作。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种用于吸收三聚氰胺尾气的尿素生产系统,包括尿素合成段、循环回收段、蒸发段、蒸发冷凝液回收段、解吸及水解段;
尿素合成段包括液氨缓冲槽1、氨冷凝器2、一吸塔3、液氨预热器4、尿素合成塔5、甲铵预热器6、惰洗器7;氨冷凝器冷凝后的液氨进入液氨缓冲槽;液氨缓冲槽的液氨经过液氨升压泵8进入一吸塔3、液氨泵9,流出液氨泵9的液氨进入液氨预热器4;液氨预热器4的液氨送入尿素合成塔5;经一吸塔3吸收后的液体经过一甲泵10进入甲铵预热器6,经一吸塔3净化后的气体从一吸塔3塔顶进入氨冷凝器2;氨冷凝器2的没有冷凝的氨气进入惰洗器7,惰洗器7洗后的浓氨水进入一吸塔3,甲铵预热器6的甲铵液进入尿素合成塔5。
液氨缓冲槽1与外管双向连接,开车用的液氨通过外管A 11进入液氨缓冲槽,正常投产后,液氨缓冲槽的副产液氨通过外管B 12送至液氨罐区。高压蒸汽分别进入液氨预热器4、甲铵预热器6。
氨冷凝器的数量根据实际情况可以为1-2个。
循环回收段包括预蒸馏塔15、二分塔16、闪蒸蒸发器17、一吸外冷器18、一段蒸发器19、二循一冷凝器20、二循二冷凝21器、尾吸塔22;
尿素合成塔5顶排出的尿素溶液进入预蒸馏塔15;预蒸馏塔15的尿素溶液从预蒸馏塔15的塔底进入二分塔16,预蒸馏塔15塔顶排出的气体进入闪蒸蒸发器17;二分塔16底部排出的尿素溶液进入闪蒸蒸发器17的底部,二分塔16顶部排出的气体进入二循一冷凝器20;闪蒸蒸发器17塔顶排出的气体进入一吸外冷器18,一吸外冷器18排出的气液混合物进入一吸塔3底部;闪蒸蒸发器17排出的汽液混合物一部分进入一段蒸发器19,一段蒸发器19排出的气体进入一吸外冷器18;二循一冷凝器20排出的气体进入二循二冷凝器21,二循一冷凝器20通过二甲泵24将二甲液送入闪蒸蒸发器17和一段蒸发器19;二循二冷凝器21排出的气体进入尾吸22塔,二循二冷凝器21排出的氨水经过氨水泵25进入惰洗器7,惰洗器7排出的气体进入尾吸塔22;尾吸塔排出的尾气通过放空管A 23放空,尾吸塔22底部排出的液体依次经过尾吸循环泵26、尾吸循环冷却器27重新进入尾吸塔22。
空气经过高压空压机28分别进入甲铵预热器6、预蒸馏塔15。压力为0.4MPa三胺装置的尾气通过外管C29进入二循一冷凝器20。来自界区外的汽提尿素装置的尿素溶液通过外管D30、外管E31进入一段蒸发器19,新三胺装置压力为2.0MPa尾气通过外管F31进入一段蒸发器19。所述尿素装置为原有二氧化碳汽提装置;所述三胺装置为原有已投产的三胺装置;
蒸发段包括二段蒸发器33、尿液槽34;尿素装置的尿素溶液通过外管D30、外管E31进入尿液槽,闪蒸蒸发器17的尿素溶液的另一部分进入尿液槽34;尿液槽34的尿液经尿液泵35进入一段蒸发器19进行热能回收后进入二段蒸发器33;尿液槽34的尿液通过尿液泵35进入一段蒸发器19;二段蒸发加热器33的熔融尿素经熔融泵36进入界区外的三胺装置。
蒸发冷凝段包括闪蒸冷凝器37、蒸发冷凝液槽38、一段蒸发冷凝器39、二段蒸发冷凝器40、中间冷凝器41、喷射液循环槽42;闪蒸蒸发器17顶部出来的气体进入闪蒸冷凝器37,闪蒸冷凝器37的冷凝液进入蒸发冷凝液槽38,闪蒸冷凝器37的不凝气进入一段蒸发冷凝器44;一段蒸发器19的气体进入一段蒸发冷凝器冷凝44,二段蒸发器33的气体进入二段蒸发冷凝器45,二段蒸发冷凝器45排出的不凝气经过二段蒸发喷射器A47进入中间冷凝器41;一段蒸发冷凝器39、二段蒸发冷凝器40、中间冷凝器41的冷凝液进入蒸发冷凝液槽38,一段蒸发冷凝器39、中间冷凝器41的不凝气分别经一段喷射液喷射器44、二段蒸发喷射器B45排至喷射液循环槽42,喷射液循环槽42排出的喷射液依次经过喷射液循环泵46、喷射液冷却器进47进入一段蒸发喷射器44和二段蒸发喷射器B 45,喷射液循环槽42排出的稀碳铵液进入蒸发冷凝液槽38,脱盐水通过外管G48进入喷射液循环槽42,喷射液循环槽42排出的气体通过放空管B 49放空,蒸发冷凝液槽38排出的冷凝液分别通过尾吸泵50、蒸发冷凝液泵51排至尾吸塔22、二循一冷凝器20。
二段蒸发喷射器A 43通入中压蒸汽52。
解吸及水解段包括碳铵液槽53、解吸换热器54、解吸塔55、水解器56、水解器换热器57、废水换热器58、回流冷凝器59;
尾吸塔22排出的碳氨液及三胺装置的碳氨液通过外管H63进入碳氨液槽53,碳铵液槽53的碳铵液经解吸泵60加压后进入解吸换热器54,解吸换热器54的碳铵液进入解吸塔55,解吸塔55排出的液体经过水解器给料泵61进入水解器换热器57进行换热,解吸塔55底部排出的液体进入解吸换热器54进行换热,解吸换热器54排出的废水进入废水换热器58,废水换热器58排出的废水经过解吸废水泵62流至界区外,该水可以作为尿素循环水的补充水重复使用,水解器换热器61排出的液体进入水解器56,水解器56出来的溶液进入水解换热热器57换热后进入解吸塔55的下部,水解器56排出的气体进入解吸塔55的上部,解吸塔55顶部排出的气体进入回流冷凝器59,回流冷凝器59排出的冷凝液经过回流泵64进入二循一冷凝器20,回流冷凝器64排出的气体进入尾吸塔22。
解吸塔55为填料塔,由一块离塔底适当高度的升气板将塔分成两部分,塔的上部有三段规整填料,而下部也有三段规整填料。解吸塔55通入中压蒸汽52。
解吸塔通入中压蒸汽可以将在水解器内尿素分解的少量的NH3和CO2进行汽提。
水解器56通入高压蒸汽65。
(1)尿素合成
来自氨库的液氨(P≥2.06MPa(绝),t~-30℃),经流量计计量后进入液氨缓冲槽(供开车使用),来自氨冷凝器的液氨也进入液氨缓冲槽,液氨缓冲槽液氨经液氨增压泵增压后一部分作为一吸塔的回流氨送往一吸塔,另一部分至液氨泵;液氨缓冲槽的副产液送至液氨罐区;
液氨缓冲槽的液氨经液氨泵加压到20.96MPa(绝)送往液氨预热器,被蒸汽加热至190℃后进入合成塔,一甲泵来的甲铵液与高压空气混合后进入甲铵预热器,被蒸汽加热至180℃进入尿素合成塔底部,在19.7MPa(绝)188℃的条件下,经一定时间反应有52~55%的CO2转化为尿素,尿液(浓度24%,质量)自塔顶排出,尿素合成塔压力由尿液出口调节阀控制。
(2)循环回收
尿素合成塔顶排出的尿液经出口压力调节阀减压至1.88MPa(绝)进入预蒸馏塔,在此分离出气体后,溶液自流到中部蒸馏段,在此与底部加热器来热气体逆流接触,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、经蒸馏后的尿液自蒸馏段流往底部加热器,在蒸汽的加热作用下,88%的甲铵在此分解,尿液(浓度46%,质量)自塔底排出,减压后送往二分塔,气相自预精馏塔顶部排出去闪蒸蒸发器;
一段分解系统所需的防腐空气由空压机提供,空气自预蒸馏塔底部加入;
来自预蒸馏塔的气体与部分二甲液在闪蒸蒸发器内进行部分冷凝,冷凝吸收放出的热量用来加热尿素溶液,热能回收后排出的气液混合物进入一吸外冷器;
由三胺装置来的尾气与部分二甲液进入一段蒸发器热能回收段,冷凝吸收放出的热量用来加热尿素溶液,热能回收后排出的气液混合物进入一吸外冷器,被软水冷却,气体进一步冷凝,出一吸外冷器的气液混合物进入一吸塔底部,气体经鼓泡段鼓泡吸收,未吸收的气体进入精洗段,被来自惰洗器的浓氨水和来自液氨缓冲槽的回流氨进一步精洗吸收,一吸塔顶排出的温度50℃含CO2<100ppm的气氨进入氨冷凝器(A),气氨在此被部分冷凝下来流往液氨缓冲槽,出氨冷凝器(A)的气体再进入惰洗器,经惰洗器防爆空间后,再进入氨冷凝器(B),在此冷凝的液氨也流往液氨缓冲槽。未冷凝气体送至惰洗器,被氨水吸收,惰洗器排出的气体减压后送至尾吸塔。惰洗器排出的温度45℃的浓氨水送往一吸塔顶部,一吸塔底部得到的温度为105℃的一甲液,经一甲泵加压后送至甲铵预热器;
预蒸馏塔排出的尿液减压至0.35MPa(绝)后送入二分塔上部的填料段,与来自底部加热器的气液混合物逆流接触后,二分塔中部出口尿液进入底部加热器,被蒸汽加热至137℃,气液混合物自底部加热器顶部排出至二分塔中部,尿液中残留的过剩氨与甲铵基本在此气化分解进入气相,二分塔底部排出的尿液(浓度53%,质量)减压后送往闪蒸蒸发器及一段蒸发器,气体自二分塔顶部排出进入二循一冷凝器,被碳铵液吸收,生成二甲液由二甲泵送往闪蒸蒸发器及一段蒸发器,出二循一冷凝器的气体在二循二冷凝器内继续被碳铵液吸收,生成的氨水由氨水泵送往惰洗器,出二循二冷凝器的气体去尾吸塔,被来自尾吸泵的经尾吸冷却器冷却的蒸发冷凝液吸收,生成的碳铵液送至碳铵液槽,尾气通过放空总管放空。
(3)蒸发
二分塔排出的尿液减压至约0.1MPa(绝)后进入闪蒸蒸发器,经热能回收段及加热段加热后,浓度被提高至70%(重量)的尿液排往尿液槽;
从原有两套尿素装置来的尿液(浓度73%,质量)也进入尿液槽,尿液经尿液泵加压后进入一段蒸发器,在0.033MPa(绝)压力下,尿液经热能回收段及加热段加热至温度130℃、浓度被提高至95%(重量),然后去二段蒸发加热器,在0.0033MPa(绝)压力下,尿液被蒸汽加热至温度140℃、浓度被提高至99.5%(重量),再经尿素熔融泵加压后打至界区外的三胺装置。
(4)蒸发冷凝液的回收
闪蒸蒸发器出来的气体先进入闪蒸冷凝器冷凝,冷凝液去蒸发冷凝液槽,不凝气去一段蒸发冷凝器。一段蒸发器出来的气体也进入一段蒸发冷凝器冷凝。一表冷、二表冷、中间冷凝器的冷凝液去蒸发冷凝液槽。一表冷、中间冷凝器的不凝气经各喷射器升压后排至喷射液循环槽;喷射液循环槽排出的喷射液依次进入一段蒸发喷射器和二段蒸发喷射器,喷射液循环槽排出的稀碳铵液进入蒸发冷凝液槽,脱盐水通过外管进入喷射液循环槽,喷射液循环槽排出的气体通过放空管放空,蒸发冷凝液槽排出的冷凝液分别通过尾吸泵、蒸发冷凝液泵排至尾吸塔、二循一冷凝器;
(5)解吸和水解
碳铵液槽的碳铵液经解吸泵加压后,经流量指示进入解吸换热器内被加热到110℃,进入解吸塔的上部。解吸塔的操作压力为0.3MPa,该塔为填料塔,由一块离塔底适当高度的升气板将塔分成两部分,在解吸塔的上部,料液中的大部分NH3和CO2被塔下部的气体汽提出去,塔的上部有三段规整填料,而下部也有三段规整填料,聚集在升气板上温度为138℃的液体,由水解器给料泵加压后送到水解器换热器中换热后,再送到水解器;在水解器内,物料体停留时间为45分钟,操作温度在218℃的范围内,操作压力在2.2MPa,经2.5MPa,250℃的蒸汽直接加热,溶液中的尿素几乎全部分解成NH3和CO2;离开水解器的溶液经水解器换热器换热后就在升气板的下面进入解吸塔的下部。水解器排出的气体经压力调节后返回至解吸塔内;解吸塔排出的气体返回到二循一冷凝器;解吸塔底部排出的解吸废水(含尿素<10ppm,NH3<10ppm)经解吸换热器换热后,再经废水冷却器被循环水冷却至45℃可作为尿素循环水的补水用。
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