CN110804004B - 一种尿素生产低压分解气热利用、三段吸收工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种尿素低压分解工艺，包括低压预吸收器喷淋换热吸收、第一低压吸收器换热吸收、第二低压吸收器换热吸收三个工艺步骤。发明人经过反复生产实践，摸索得出将低压预吸收器喷淋换热吸收、第一低压吸收器换热吸收、第二低压吸收器换热吸收三级吸收有机结合起来的最佳压力0.2MPa下，使分解气体中的99％NH₃和CO₂被吸收，出第二低压吸收器气体中NH₃含量低于0.5％(V％)；25‑30％的低压吸收反应热被二甲液移走返回中压系统回收利用，70‑75％低压吸收反应热被循环水串联分三级移走。

Description

一种尿素生产低压分解气热利用、三段吸收工艺

技术领域

本发明涉及尿素生产过程中产生的低压分解气的进一步利用领域，具体为一种尿素生产低压分解气热利用、三段吸收工艺。

背景技术

工业生产尿素的反应分两步进行，第一步由氨和二氧化碳反应生成中间产物氨基甲酸铵(简称甲铵)，其反应式为：

2NH₃(液)+CO₂(气)＝NH₄COONH₂(液)+Q₁

第二步由甲铵脱水生成尿素，其反应式为：

NH₄COONH₂(液)＝CO(NH₂)₂(液)+H₂O(液)-Q₂

第一步反应是一个可逆的强放热反应，生成氨基甲酸铵的反应速度比较快，容易达到化学平衡，且达到化学平衡后二氧化碳转化为氨基甲酸铵的程度很高。第二步反应是一个可逆的微吸热反应，需要在液相中进行，反应速度慢，需要较长时间才能达到化学平衡，并且合成塔内存在逆向返混，即使达到化学平衡也不能使全部氨基甲酸铵都脱水转化为尿素。

出尿素合成塔的反应产物是一含有尿素、氨基甲酸铵、水和游离氨组成的溶液，未转化的二氧化碳以氨基甲酸铵的形式存在，未转化的氨以氨基甲酸铵或游离氨的形式存在。该反应产物经降压后进入分解加热系统，使氨基甲酸铵受热分解成气氨和二氧化碳气体，气液分离后，气氨和二氧化碳气体从尿素溶液中分离出来，出高压或中压分解加热系统的溶液中还含有5％氨基甲酸铵、游离氨需要在低压下进一步分解后较纯的尿素溶液才能进入蒸发系统加工得到符合商品规格的粒状产品。

尿素低压吸收是水溶液全循环尿素生产工艺中低压工段重要组成，低压吸收是指利用蒸发冷凝液在低压器中吸收低压分解气中的CO₂、NH₃、H₂O生成稀甲铵溶液、稀氨水，低压吸收后生成的稀甲铵溶液、稀氨水，返回一段吸收系统循环利用。

传统水溶液全循环尿素生产低压吸收装置包括第一冷凝器、第二冷凝器以及尾气吸收塔。低压分解来的低压分解气首先由进入第一冷凝器与蒸发冷凝液吸收反应分解气中的CO₂、NH₃、H₂O生成稀甲铵液，未反应完几乎纯气氨气体进入第二冷凝器与蒸发冷凝液吸收反应生成稀氨水，出第二冷凝器未反应气经调节阀减压后进入尾气吸收塔与尾吸泵碳铵液反应进一步洗涤吸收氨，将氨含量降至2-3％(V)后进入放空总管排入大气。生成的稀甲铵溶液从第一冷凝器底部流出，经二甲泵加压进入中压吸收系统循环利用；生成稀氨水从第二冷凝器下部排出，经氨水泵加压后送入中压系统惰性气体洗涤器作吸收剂循环利用；尾气吸收塔吸收后的液体进入碳铵液槽。吸收过程中产生的热由循环水直接移走。

现有的低压吸收装置，由于采用的冷凝器为立式冷凝器，两冷凝器的气体出入口管道串联连接，要保证NH₃回收和出口NH₃含量尽可能的低，就必须加大吸收剂量，需要的吸收剂用量多，不利于系统水平衡、操作不稳定。同时吸收分两步进行，使得低压吸收的流程复杂，两立式冷凝器之间位差高、低压分解至低压吸收压差大，不利于低压系统操作，存在着低压分解不彻底，低压吸收NH₃吸收不完全的问题。冷凝器之间循环冷却水相互独立换热温差小循环水用量大。

针对这一现象，传统的尿素生产低压吸收工艺对低压分解气余热利用，低压系统循环水消耗减少和低压吸收效率提高没有太明显效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的上述不足，提供一种尿素生产低压分解气热利用、三段吸收工艺，该工艺设计合理，设备投资低，循环水用量少、吸收效果好。

为了实现以上发明目的，本发明的具体技术方案为：

一种尿素生产低压分解气热利用、三段吸收装置，包括低压预吸收器、低压吸收泵、二甲泵、第一低压吸收器和第二低压吸收器，其低压分解塔与低压预吸收器的进气口连接，在低压预吸收器上设置喷淋装置，低压吸收泵与低压预吸收器上的喷淋装置连接，二甲泵与低压预吸收器的进液口连接，低压预吸收器的出口先与第一低压吸收器连接后再与第二低压吸收器连接，第一低压吸收器上的出口与低压预吸收器连接，第二低压吸收器的出口与低压吸收泵连接，第二低压吸收器的出口与第一低压吸收器连接。

利用以上装置进行尿素生产低压分解气热利用、三段吸收的工艺，该工艺包括低压预吸收器喷淋换热吸收、第一低压吸收器换热吸收和第二低压吸收器换热吸收三级吸收工艺，具体步骤如下：

(1)、低压预吸收器喷淋换热吸收：

来自低压分解塔分解气中NH₃、CO₂和H₂O进入低压预吸收器，被低压吸收泵来的吸收液喷淋吸收，低压预吸收器上部吸收反应热由二甲液泵来的二甲液移走，并返回中压系统热量回收，低压预吸收器下部反应热由出第一低压吸收器的循环水带走；

(2)、第一低压吸收器换热吸收：

低压预吸收器下部来的气液混合物由第一低压吸收器底部进入，进一步吸收气体中的NH₃、CO₂，反应热由出第二低压吸收器的循环水带走；生成的稀甲铵液经二甲泵加压返回中压系统回收；未反应完的纯气NH₃进入第二低压吸收器；

(3)、第二低压吸收器换热吸收：

进入第二低压吸收器的氨气体经碳化氨水和二段蒸发冷凝液吸收，吸收后的溶液经低压吸收泵加压送入低压预吸收器作为吸收剂；NH₃含量0.5v％以下尾气经调节阀控制压力后排入放空总管集中放空；吸收反应热由循环水移走。

所述的低压预吸收器、第一低压吸收器和第二低压吸收器均为卧式吸收器。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(一)设置的低压预吸收器通过与二甲液换热将25％低压吸收反应热返回中压系统热利用，减少尿素生产系统蒸汽消耗，同时减少循环水用量。

(二)低压吸收设备全部卧式设备，低压分解至低压吸收之间压差减少有利于低压系统的分解和吸收。

(三)低压吸收采用三级吸收，分解气中NH₃、CO₂被完全吸收，低压放空尾气中NH₃含量低于0.5％(V％)有利于环境保护。

(四)低压吸收器循环水串联使用加大循环水换热温差，减少循环水用量。

(五)增加了低压吸收运行装置的稳定性、可靠性。

附图说明：

图1为现有技术中低压吸收工艺流程示意图；

图2为本发明中所述尿素生产低压分解气热利用、三段吸收装置的结构示意图。

其中，1——低压预吸收器、2——低压吸收泵、3——二甲泵、4——第一低压吸收器、5——第二低压吸收器。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加便于理解，下面将结合附图和具体实施方式对本发明中所述的工艺做进一步的阐述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。

一种尿素生产低压分解气热利用、三段吸收装置，包括低压预吸收器、低压吸收泵、二甲泵、第一低压吸收器和第二低压吸收器，其低压分解塔与低压预吸收器的进气口连接，在低压预吸收器上设置喷淋装置，低压吸收泵与低压预吸收器上的喷淋装置连接，二甲泵与低压预吸收器的进液口连接，低压预吸收器的出口先与第一低压吸收器连接后再与第二低压吸收器连接，第一低压吸收器上的出口与低压预吸收器连接，第二低压吸收器的出口与低压吸收泵连接，第二低压吸收器的出口与第一低压吸收器连接。

所述的低压预吸收器、第一低压吸收器和第二低压吸收器均为卧式吸收器。

利用以上装置进行尿素生产低压分解气热利用、三段吸收的工艺，该工艺包括低压预吸收器喷淋换热吸收、第一低压吸收器换热吸收和第二低压吸收器换热吸收三级吸收工艺，具体步骤如下：

(1)、低压预吸收器喷淋换热吸收：

来自低压分解塔分解气中NH₃、CO₂和H₂O进入低压预吸收器，被低压吸收泵来的吸收液喷淋吸收，低压预吸收器上部吸收反应热由二甲液泵来的二甲液移走，并返回中压系统热量回收，低压预吸收器下部反应热由出第一低压吸收器的循环水带走；

(2)、第一低压吸收器换热吸收：

低压预吸收器下部来的气液混合物由第一低压吸收器底部进入，进一步吸收气体中的NH₃、CO₂，反应热由出第二低压吸收器的循环水带走；生成的稀甲铵液经二甲泵加压返回中压系统回收；未反应完的纯气NH₃进入第二低压吸收器；

(3)、第二低压吸收器换热吸收：

进入第二低压吸收器的氨气体经碳化氨水和二段蒸发冷凝液吸收，吸收后的溶液经低压吸收泵加压送入低压预吸收器作为吸收剂；NH₃含量0.5v％以下尾气经调节阀控制压力后排入放空总管集中放空；吸收反应热由循环水移走。

实施例1：

尿素生产低压分解气热利用、三段吸收的工艺，该工艺包括低压预吸收器喷淋换热吸收、第一低压吸收器换热吸收和第二低压吸收器换热吸收三级吸收工艺，具体步骤如下：

(1)、低压预吸收器喷淋换热吸收：

来自低压分解塔含61.17％NH₃、13.53％CO₂和25.3％H₂O(v％)，温度116.5℃分解气进入低压预吸收器，被低压吸收泵来的吸收液喷淋吸收，低压预吸收器上部吸收反应热(2.0×10⁶kal，折合蒸汽25kg/tUr)由二甲液泵来的二甲液移走，并返回中压系统热量回收，低压预吸收器下部反应热由出第一低压吸收器的循环水带走；

(2)、第一低压吸收器换热吸收：

低压预吸收器下部来的含43.17％NH₃、20.39％CO₂、34.83％H₂O和尿素1.61％(wt％)，温度为55℃气液混合物由第一低压吸收器底部进入，进一步吸收气体中的NH₃、CO₂，反应热由出第二低压吸收器的循环水带走；生成含38.55％NH₃、22.17％CO₂、37.82％H₂O和尿素1.61％(wt％)温度为40℃的稀甲铵液经二甲泵加压返回中压系统回收；未反应完的纯度97.25％NH₃进入第二低压吸收器；

(3)、第二低压吸收器换热吸收：

进入第二低压吸收器的氨气体经碳化氨水和二段蒸发冷凝液吸收，吸收后的溶液经低压吸收泵加压送入低压预吸收器作为吸收剂；NH₃含量0.5v％以下尾气经调节阀控制压力后排入放空总管集中放空；吸收反应热由循环水移走。

传统工艺(图1)每吨尿素消耗循环水25m³，本工艺每吨尿素消耗循环水低于10m³)。

虽然本发明已经通过具体实施方式对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种尿素生产低压分解气热利用、三段吸收装置，包括低压预吸收器(1)、低压吸收泵(2)、二甲泵(3)、第一低压吸收器(4)和第二低压吸收器(5)，其特征在于：低压分解塔与低压预吸收器(1)的进气口连接，在低压预吸收器(1)上设置喷淋装置，低压吸收泵(2)与低压预吸收器(1)上的喷淋装置连接，二甲泵(3)与低压预吸收器(1)的进液口连接，低压预吸收器(1)的出口先与第一低压吸收器(4)连接后再与第二低压吸收器(5)连接，第一低压吸收器(4)上的出口与低压预吸收器(1)连接，第二低压吸收器(5)的出口与低压吸收泵(2)连接，第二低压吸收器(5)的出口与第一低压吸收器(4)连接；所述的低压预吸收器(1)、第一低压吸收器(4)和第二低压吸收器(5)均为卧式吸收器。

2.利用权利要求1的装置进行尿素生产低压分解气热利用、三段吸收的工艺，其特征在于包括以下步骤：

(1)、低压预吸收器喷淋换热吸收：

来自低压分解塔分解气中NH₃、CO₂和H₂O进入低压预吸收器，被低压吸收泵来的吸收液喷淋吸收，低压预吸收器上部吸收反应热由二甲液泵来的二甲液移走，并返回中压系统热量回收，低压预吸收器下部反应热由出第一低压吸收器的循环水带走；

(2)、第一低压吸收器换热吸收：

低压预吸收器下部来的气液混合物由第一低压吸收器底部进入，进一步吸收气体中的NH₃、CO₂，反应热由出第二低压吸收器的循环水带走；生成的稀甲铵液经二甲泵加压返回中压系统回收；未反应完的纯气NH₃进入第二低压吸收器；

(3)、第二低压吸收器换热吸收：

进入第二低压吸收器的氨气体经碳化氨水和二段蒸发冷凝液吸收，吸收后的溶液经低压吸收泵加压送入低压预吸收器作为吸收剂；NH₃含量0.5v％以下尾气经调节阀控制压力后排入放空总管集中放空；吸收反应热由循环水移走。

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