CN110041230B - 回收三聚氰胺装置尾气的汽提法尿素生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种回收三聚氰胺装置尾气的汽提法尿素生产工艺，将三聚氰胺尾气先回收热能后再送入中压冷凝和回收系统中被冷凝吸收为甲铵液，同时分离出尾气和液氨；所述甲铵液加压后预热再由上段进入尿素合成塔反应合成尿素，反应液由尿素合成塔引出进入高压汽提塔进行汽提，塔底气提液减压后进入中压分解器进行甲铵分解反应，底部排出的反应液减压后进入低压分解器继续进行甲铵分解反应，底部排出的反应液减压后进入真空预浓缩器分离器闪蒸降温后进入真空预浓缩器进行浓缩，底部排出的尿素溶液加压加热后送入真空浓缩系统被浓缩至至99.7％wt以上排出。本发明工艺简单、流程转、转化率高、能耗低、反应热能充分回用、投资和运行成本低。

Description

回收三聚氰胺装置尾气的汽提法尿素生产工艺
技术领域
本发明涉及一种尾气处理工艺，具体的说是一种回收三聚氰胺装置尾气的汽提法尿素生产工艺。
背景技术
根据尿素法生产三聚氰胺生产原理，其化学反应方程式为：
6CO(NH2)2＝＝＝C3N6H6+3CO2+6NH3
每生产1mol三聚氰胺会消耗6mol的尿素，同时产生3mol的CO2和6mol的NH3尾气。如何处理这些尾气是三聚氰胺生产厂能否盈利的关键，尤其是在环保要求日益严格的今天，三聚氰胺尾气处理显得尤为重要。
以往三聚氰胺装置，有的和尿素装置联合，将尾气送尿素装置进行吸收重新生产尿素，如专利号为201210285822.X公开了一种优化的三聚氰胺与尿素联产的方法，所述的三聚氰胺生产工艺是指以尿素为原料的气相淬冷或固相淬冷低压循环法工艺、欧技高压法或DSM低压法，所述尿素装置是指CO2气提法尿素装置。该发明具有以下技术效果：尿素装置按最大联产三聚氰胺能力配套改造，并入三聚氰胺尾气后尿素装置产能增加近25％，但不需要对合成氨进行扩能改造，但由于增加了中压分解系统和尿液预浓缩器，使吨尿素的蒸汽和电的单耗不增加。该技术方案虽然实现了三聚氰胺生产装置与现有的尿素生产装置联合，由于三聚氰胺装置返回的尾气量比较大，返回尿素装置的水量必然大幅增加，因此这种回收方案就要求上游尿素装置的生产能力要比三聚氰胺装置能力大的多(即尿素装置除了给三聚氰胺装置提供原料尿液，还有大量的实物尿素产品)才能实现联产，否则上游尿素装置的能耗将低幅度增加，经济效益大幅下降。当三聚氰胺装置的能力较大时，上游的尿素装置就无法回收三聚氰胺装置的尾气，就需要对尾气进行额外的处理(比如氨碳分离)或用尾气去生产其它低附加值的产品(比如生产碳铵和硝铵)，毕竟投资增加，且缺乏经济性。有些单独的三聚氰胺厂用固体尿素做原料，由于没有配套的尿素装置，所以通过生产碳酸氢铵来处理三聚氰胺尾气，随着碳酸氢铵被市场淘汰，其价值越来越低，且难以销售。因此，如能降低与三聚氰胺装置配套的尿素装置的蒸汽消耗，降低配套尿素装置的能耗，将大大提升三聚氰胺装置的竞争力。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供了一种工艺简单、流程短、转化率高、能耗低、反应热能充分回用、投资和运行成本低的回收三聚氰胺装置尾气的汽提法尿素生产工艺。
技术方案为将三聚氰胺尾气经或不经压缩机(1)压缩后先送入蒸发热能回收段(10)回收热能后再送入中压冷凝和回收系统(13)中被冷凝吸收为甲铵液，同时分离出尾气和液氨；所述甲铵液加压后送至高压甲铵预热器(4)预热再由上段进入尿素合成塔(2)反应合成尿素，反应液由尿素合成塔(2)中段引出进入高压汽提塔(3)进行汽提，塔底气提液减压后进入中压分解器(5)进行甲铵分解反应，尿素合成(2)塔顶部排出的气体也送入中压分解器(5)底部与所述气提液逆流接触；中压分解器(5)底部排出的反应液减压后进入低压分解器(6)继续进行甲铵分解反应，低压分解器(6)底部排出的反应液减压后进入真空预浓缩器分离器(7)闪蒸降温后进入真空预浓缩器(8)进行浓缩，由真空预浓缩器(8)底部排出的尿素溶液加压后送入所述蒸发热能回收段(10)加热后送入真空浓缩系统(11)被进一步浓缩至至99.7％wt以上排出。
所述中压冷凝和回收系统(13)中分离出的尾气放空，分离出的液氨加压后经高压液氨预热器(15)预热，再和来自高压汽提塔(3)顶部的汽提气一起由底部进入尿素合成塔(2)，气液两相在尿素合成塔(2)内继续生成甲铵，并为尿素合成提供热量。
所述低压分解器(6)顶部排出的气体先进入高压液氨预热器(15)与来自中压冷凝和回收系统(13)的液氮间接换热冷凝后送入低压冷凝和回收系统(16)被冷凝吸收为低压甲铵液，所述低压甲铵液经加压后与来自中压分解器(5)顶部排出的分解气一起送入真空预浓缩器(8)，分解气中的氨和CO2被低压甲铵液吸收，冷凝反应热用于蒸发来自真空预浓缩分离器(8)的反应液，最后送入中压冷凝和回收系统(13)。
所述真空浓缩系统(11)顶部排出的气体和真空预浓缩器分离器(7)顶部排出的闪蒸汽一起经真空冷凝系统(21)冷凝后得到的工艺冷凝液，所述工艺冷凝液经压后分为两股，一股与三聚氰胺尾气混合后送入蒸发热能回收段(10)，另一股送入工艺冷凝液处理系统(18)进一步冷凝分离，分离得到的净化工艺冷凝液外排，得到的尾气与低压分解分离器(6)顶部排出的气体一起送至高压液氨预热器(15)。
所述真空浓缩系统(11)由三级串联的一段真空分离器，二段真空浓缩加热器和二段真空浓缩分离器且成。
所述尿素合成塔合成段操作参数为：13.0～16.0MPa(G)，180-190℃，NH3/CO2＝3.5～4.5，H2O/CO2＝0.7～1.5。
控制所述压缩机出口压力为1.7～3.0MPa。
控制所述气提液进入所述中压分解塔(5)的压力为1.7～2.4MPa；控制反应液进入低压分解器(6)的压力为0.34～0.36MPa(G)；控制尿素溶液进入真空浓缩系统(11)的压力为0.034～0.036MPa(G)。
有益效果：
(1)将三聚氰胺尾气与工艺冷凝液一起送入蒸发热能回收段(10)，工艺冷凝液可以吸收三聚氰胺尾气中的NH3和CO2，反应热用于为尿素溶液的浓缩蒸发提供热能；
(2)增设了高压液氨预热器，对中压冷凝和回收系统分离出的液氨进行加热，热源为低压分解器顶部排出的气体和来自工艺冷凝液处理系统的尾气中部分气体冷凝所释放的热量；
(3)经高压液氨预热器预热后的液氨与高压汽提塔顶部的汽提气一起送入尿素合成塔的底部，气液两相在尿素合成塔内继续生成甲铵，反应热为尿素合成提供热量，而未反应的气体上升过程中还与由上段进入与甲铵液逆向接触，进行洗涤，回收气体中的CO2和NH3；同理，尿素合成塔底部的气体进入中压分解塔与气提液逆向接触，进行洗涤，进一步回收气体中的CO2和NH3，通过多次回收，提高转化率和回收率。
(4)本发明尽可能减少了尿素合成高压圈的设备，没有外来CO2，不需要高压CO2压缩机组，合成塔气相惰性气体少，不需要高压洗涤设备，从而减少了投资和运行成本；多次回收工艺本身冷凝吸收过程的反应热作为热源，减少的外用高品位蒸汽的使用，能耗低、进一步降低了运行成本；多次洗涤回收气体中的CO2和NH3，提高尿素转化率和回收率，保证外排尾气达标，外排的净化工艺冷凝液中NH3、CO2、尿素含量不高于5ppm，作为净化后工艺尿液送至界区，可以作为锅炉给水或循环水再利用。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
其中，1-三胺尾气压缩机、2-尿素合成塔、3-高压汽提塔、4-高压甲铵预热器、5-中压分解器、6-低压分解器、7-真空预浓缩分离器、8-真空预浓缩加热器、9-尿液泵、10-蒸发热能回收段、11-真空浓缩系统、12-高压甲铵泵、13-中压冷凝和回收系统、14-高压氨泵、15-高压液氨预热器、16-低压冷凝和回收系统、17-中压甲铵泵、18-工艺冷凝液处理系统、19-工艺冷凝液泵、20-解吸塔给料泵、21-真空冷凝系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步解释说明：
参见图1，本发明工艺主要利用三聚氰胺尾气中的氨和CO2来生产尿素，其具体工艺为：将三聚氰胺尾气经压缩机1压缩至1.7～3.0MPa后(若尾气压力在此范围内则不需压缩)和来自真空冷凝系统21工艺冷凝液一起送入蒸发热能回收段10的壳侧，在蒸发热能回收段气液两相部分冷凝吸收生成甲铵液，反应热用于加热管侧来自真空预浓缩分离器8管侧的反应液，出蒸发热能回收段10的壳侧的气液混合物和来自真空预浓缩分离器8壳侧的气液混合物一起送入中压冷凝和回收系统13中被冷凝吸收为甲铵液，由于从高压圈带入中压系统的氨和CO2的N/C比较高，且三聚氰胺尾气中的氨和CO2的N/C也比较高，所以在中压冷凝和回收系统13生成甲铵的过程中有部分氨未溶解在溶液中而形成过剩氨，因此中压冷凝和回收系统13还会同步分离出尾气和液氨；
所述甲铵液经高压甲铵泵12加压后送至高压甲铵预热器4的管侧预热升温后再由上段进入尿素合成塔2反应合成尿素，反应液由尿素合成塔2中段引出进入高压汽提塔3进行汽提，高压汽提塔3为一个降膜式加热器，所需热量由壳侧的蒸汽冷凝来提供，进入高压汽提塔3的反应液(尿素)经液体分布器进入高压汽提塔3管侧，与从底部进入的钝化空气逆向接触，部分甲铵分解为CO2和NH3并气化，塔顶气体进入尿素合成塔2底部，塔底气提液减压后由上段进入中压分解器5进行甲铵分解反应，尿素合成2塔顶部排出的气体也送入中压分解器5底部与所述气提液逆流接触；中压分解器5底部排出的反应液(为158℃左右，被浓缩至55～60％的尿素溶液)减压后进入低压分解器6继续进行甲铵分解反应，低压分解器6底部排出的反应液(为138℃，浓度为68％(wt)的尿素溶液)减压后进入真空预浓缩器分离器7闪蒸降温后进入真空预浓缩器8进行浓缩，由真空预浓缩器8底部排出的尿素溶液(浓度80％(质量)，温度为105℃)加压后送入所述蒸发热能回收段10加热升温后送入真空浓缩系统11被进一步浓缩至至99.7％wt以上排出；优选所述真空浓缩系统11由三级串联的一段真空分离器，二段真空浓缩加热器和二段真空浓缩分离器组成。
所述真空浓缩系统11顶部排出的气体和真空预浓缩器分离器7顶部排出的闪蒸汽一起经真空冷凝系统21冷凝后得到的工艺冷凝液，所述工艺冷凝液经解吸塔给料泵20加压后分为两股，一股与三聚氰胺尾气混合后送入蒸发热能回收段10，另一股送入工艺冷凝液处理系统18，采用蒸汽加热和气提来处理工艺冷凝液系统中的NH3、CO2和尿素，分离得到的净化工艺冷凝液(所述净化工艺冷凝液中NH3、CO2、尿素含量不高于5ppm)外排，得到的含NH3、CO2和H2O的尾气与低压分解分离器6顶部排出的气体一起送至高压液氨预热器15的壳侧，在壳侧内部分气体吸收反应生成甲铵液，反应热用来预热管侧的液氨；
所述中压冷凝和回收系统13中分离出的尾气放空，分离出的液氨经高压氨泵14加压后送高压液氨预热器15预热升温，再和来自高压汽提塔3顶部的汽提气一起由底部进入尿素合成塔2，气液两相在尿素合成塔2内继续生成甲铵液，反应热并为尿素合成提供热量，气相与由尿素合成塔2上段流入的甲铵液逆流接触。
换热后出高压液氨预热器15壳侧的气液混合物送入低压冷凝和回收系统16，在这里，剩余的NH3和CO2气体全部被吸收冷凝为低压甲铵液，所述低压甲铵液经中压甲铵泵17加压后与来自中压分解器5顶部排出的分解气一起送入真空预浓缩器8的壳侧，分解气中的氨和CO2被低压甲铵液吸收，冷凝反应热用于蒸发来自真空预浓缩分离器8管侧的反应液，出真空预浓缩器8的壳侧的气液混合物送中压冷凝和回收系统13。
所述尿素合成塔合成段操作参数为：13.0～16.0MPa(G)，180-190℃，NH3/CO2＝3.5～4.5，H2O/CO2＝0.7～1.5，CO2转化率为57～61％。
所述中压分解塔5的操压力为1.7～2.4MPa，低压分解器6的操压力为0.34～0.36MPa(G)；真空浓缩系统11的操作压力为0.034～0.036MPa(G)。

Claims (5)

1.一种回收三聚氰胺装置尾气的汽提法尿素生产工艺,其特征在于,将三聚氰胺尾气经或不经压缩机（1）压缩后先送入蒸发热能回收段（10）回收热能后再送入中压冷凝和回收系统（13）中被冷凝吸收为甲铵液，同时分离出尾气和液氨；所述甲铵液加压后送至高压甲铵预热器（4）预热再由上段进入尿素合成塔（2）反应合成尿素，反应液由尿素合成塔（2）中段引出进入高压汽提塔（3）进行汽提，塔底气提液减压后进入中压分解器（5）进行甲铵分解反应，尿素合成（2）塔顶部排出的气体也送入中压分解器（5）底部与所述气提液逆流接触；中压分解器（5）底部排出的反应液减压后进入低压分解器（6）继续进行甲铵分解反应，低压分解器（6）底部排出的反应液减压后进入真空预浓缩器分离器（7）闪蒸降温后进入真空预浓缩器（8）进行浓缩，由真空预浓缩器（8）底部排出的尿素溶液加压后送入所述蒸发热能回收段（10）加热后送入真空浓缩系统（11）被进一步浓缩至99.7%wt以上排出;
所述中压冷凝和回收系统（13）中分离出的液氨加压后经高压液氨预热器（15）预热，再和来自高压汽提塔（3）顶部的汽提气一起由底部进入尿素合成塔（2），气液两相在尿素合成塔（2）内继续生成甲铵，并为尿素合成提供热量；
所述低压分解器（6）顶部排出的气体先进入高压液氨预热器（15）与来自中压冷凝和回收系统（13）的液氮间接换热冷凝后送入低压冷凝和回收系统（16）被冷凝吸收为低压甲铵液，所述低压甲铵液经加压后与来自中压分解器（5）顶部排出的分解气一起送入真空预浓缩器（8），分解气中的氨和CO2被低压甲铵液吸收，冷凝反应热用于蒸发来自真空预浓缩分离器（8）的反应液，最后送入中压冷凝和回收系统（13）;
所述真空浓缩系统（11）顶部排出的气体和真空预浓缩器分离器（7）顶部排出的闪蒸汽一起经真空冷凝系统（21）冷凝后得到的工艺冷凝液，所述工艺冷凝液经加压后分为两股，一股与三聚氰胺尾气混合后送入蒸发热能回收段（10），另一股送入工艺冷凝液处理系统（18）进一步冷凝分离，分离得到的净化工艺冷凝液外排，得到的尾气与低压分解分离器（6）顶部排出的气体一起送至高压液氨预热器（15）。
2.如权利要求1所述的回收三聚氰胺装置尾气的汽提法尿素生产工艺,其特征在于,所述真空浓缩系统（11）由三级串联的一段真空分离器，二段真空浓缩加热器和二段真空浓缩分离器组成。
3.如权利要求1所述的回收三聚氰胺装置尾气的汽提法尿素生产工艺,其特征在于,所述尿素合成塔合成段操作参数为：13.0~16.0MPa(G)，180-190℃，NH3/CO2=3.5~4.5，H2O/CO2=0.7~1.5。
4.如权利要求1所述的回收三聚氰胺装置尾气的汽提法尿素生产工艺,其特征在于,控制所述压缩机出口压力为1.7~3.0MPa。
5.如权利要求1或3所述的回收三聚氰胺装置尾气的汽提法尿素生产工艺,其特征在于,控制所述气提液进入所述中压分解塔（5）的压力为1.7 ~2.4MPa；控制反应液进入低压分解器（6）的压力为0.34~0.36MPa(G)；控制尿素溶液进入真空浓缩系统（11）的压力为0.034~0.036MPa(G)。
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