CN114409573A - 改进的低能耗co2汽提法尿素工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改进的低能耗CO2汽提法尿素工艺，技术方案将尿素合成液分为两部分，一部分尿素合成液送入高压分解回收系统中的高压CO2汽提塔中进行高压CO2汽提，另一部分尿素合成液送入中压分解回收系统的中压分解塔中进行中压分解，得到中压气相和中压分解液相，其特征在于，所述高压CO2汽提塔底部流出的高压汽提液和另一部分尿素合成液减压后分别送入中压分解塔的中段和上段进行中压气液分离，中压分解塔底部引出的中压分解液送入低压分解塔进行低压分解。本发明工艺简单、易于改造、能进一步节能降耗、提高产能、投资和运行成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种尿素工艺，具体的说是一种改进的低能耗CO2汽提法尿素工艺。
背景技术
工业化尿素生产是以CO2气体和液氨为原料，经过高压合成和中压或/和低压分解回收以及真空浓缩、造粒等工序加工成固体尿素产品。
目前，国内外尿素装置生产工艺主要有荷兰斯太米卡邦(Stamicarbon)的CO2汽提法工艺、意大利斯纳姆(Snamprogetti)氨汽提法工艺、日本TOYO的ACES21工艺、中国五环高效合成、低能耗尿素工艺、水溶液法全循环工艺等，其中以CO2汽提工艺和氨汽提工艺最具竞争力。
传统的CO2汽提法工艺流程为，原料氨及CO2经增压后送入尿素合成塔(压力14～14.5MPaA)合成尿素，出尿素合成塔含甲铵的尿素溶液(即尿素合成液)经高压分解回收(压力14～14.5MPaA)、低压分解回收(压力0.3～0.4MPaA)以及真空浓缩、造粒等工序加工成固体尿素产品。通常，高压分解采用压力为2.3MPaA的中压蒸汽加热，低压分解及真空浓缩则利用高压回收系统副产的0.45MPaA低压蒸汽加热。
通常CO2汽提法工艺装置中，中压蒸汽(2.3MPaA)用于高压CO2汽提塔的加热及工艺冷凝液处理系统的尿素水解器加热，每吨尿素产品的蒸汽消耗约为950kg，高压甲铵冷凝器副产的0.45MPaA低压蒸汽除去供低压分解塔等装置内使用外，每吨尿素约有150～200kg低压蒸汽需要外送出去。但由于副产的0.45MPaA低压蒸汽品位低，难以利用，即使作为动力蒸汽注入CO2压缩机蒸汽透平，其效率也很低，有些工厂不得已将其放空，白白浪费掉。同时，为了维持高压系统的低水碳比，需要尽量在高压分解回收系统回收氨和CO2，这就需要将汽提塔尽量维持在较高温度下操作，从而导致产品缩二脲偏高，普遍在1.0％左右。
CN103408467A公开了一种低能耗CO2汽提法尿素工艺，将尿素合成液送入高压分解回收系统中的高压CO2汽提塔中进行高压CO2汽提、在低压分解塔中进行低压分解，最后在闪蒸槽中闪蒸得到工艺气体及尿素溶液，将尿素合成液分为两部分，一部分送入高压分解回收系统，另一部分送入与高压分解回收系统并联的中压分解回收系统，所述另一部分尿素合成液在中压分解回收系统中的中压CO2汽提塔中进行中压CO2汽提，得到混合气体和尿素汽提液，所述尿素汽提液与高压CO2汽提后的尿素汽提液合并后送入低压分解塔进行低压分解，所述高压分解回收系统副产的低压蒸汽引入中压CO2汽提塔中的加热段为汽提过程加热。该方案一定程度上具有增加产能、同时节能降耗效果。但然存在以下问题：(1)将出高压CO2汽提塔的液相与出中压CO2汽提塔的液相一起送入低压分解塔，没有进行中压分解回收，这样一方面会导致返回高压圈的水量多，高压圈的氨碳比偏高，对尿素反应不利，一定程度上影响了节能效果，另一方面会导致低压分解回收负荷偏重，不利于进一步将高压汽提塔的负荷后移，造成扩产能力受限或节能效果受限；(2)中压甲铵冷凝器的反应热直接通过循环水带走，一方面浪费了较高品质的低温热，另一方面也多消耗了循环水，造成能量回收不充分和运行费用偏高。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、易于改造、能进一步节能降耗、提高产能、投资和运行成本低的改进的低能耗CO2汽提法尿素工艺技术方案将尿素合成液分为两部分，一部分尿素合成液送入高压分解回收系统中的高压CO2汽提塔中进行高压CO2汽提，另一部分尿素合成液送入中压分解回收系统的中压分解塔中进行中压分解，得到中压气相和中压分解液相，所述高压CO2汽提塔底部流出的高压汽提液和另一部分尿素合成液分别送入中压分解塔的中段和上段进行中压气液分离，中压分解塔底部引出的中压分解液送入低压分解塔进行低压分解。
所述另一部分尿素合成液送入中压分解塔的上段气液分离，液相经上段底部进入第二中压分解器进行加热分解，第二中压分解器顶部气液两相回送中压分解塔中段进行气液分离；所述高压CO2汽提塔底部流出的尿素汽提液减压后进入中压分解塔的中段与来自第二中压分解器的气液两相混合并气液分离，所述中压分解塔中段引出的液相进入第一中压分解器进行加热分解，顶部的气液两相回送中塔分解塔的底部进行气液分离，底部分离的液相减压后送入低压分解塔进行低压分解。
经低压分解塔分解出的尿素溶液减压后送入常压闪蒸槽进行闪蒸，进一步分解尿素溶液中的甲铵；常压闪蒸槽103底部流出的尿素溶液送入真空预浓缩器的加热段进行进一步加热浓缩，浓缩后的尿素溶液引出进入下游工序。
所述常压闪蒸槽顶部排出的闪蒸气经闪蒸冷凝器冷凝后与低压分解塔顶部排出的低压分解气混合后送后续的低压甲铵冷凝器进行冷凝。
所述中压分解塔顶部排出的气相先送入真空预浓缩器的加热段与尿素溶液间接换热，再送入中压甲铵冷凝器进一步冷凝吸收，然后送入中压甲铵冷凝器液位槽进行气液分离，分离出的气体经中压洗涤器洗涤后排出汇入低压分解塔顶部排出的低压分解气中，排出的甲铵液经高压甲铵泵加压后送入下一工序。
高压CO2汽提塔顶部排出的汽提气送入高压甲铵冷凝器冷凝回收甲铵液，并排出工艺气体和甲铵液，回收过程中通过低压蒸汽包引入锅炉给水并在高压甲铵冷凝器壳侧产生低压蒸汽来回收气体冷凝生成甲铵过程中产生的热能。界外来的中压蒸汽送入高压CO2汽提塔与尿素合成液间接换热；出高压CO2汽提塔的蒸汽冷凝液直接或经过一次减压后再送入第一中压分解器中与液相进一步间接换热，提供热能。
第二中压分解器的操作温度为125℃～160℃，第一中压分解器的操作温度为130℃～155℃，中压分解塔出口尿液温度为140～160℃，尿素浓度为55％～60％。
送入中压分解塔的尿素合成液占总的尿素合成液的1％～50wt％。
将中压分解塔顶部气相分出一部分(0～40％)汇入低压分解气中用于调节低压分解气的氨碳比。
有益效果：
(1)所述高压CO2汽提塔101底部流出的高压汽提液不再直接送入低压分解塔，而是和另一部分尿素合成液一起送入中压分解塔1中进行中压分解，中压分解塔1底部引出的中压分解液再送入低压分解塔102进行低压分解，这样既有利于控制从中低压系统返回尿素高压圈的水量，控制高压圈水碳比，提高合成转化率，又有利于进一步将汽提塔的负荷后移，还可以减轻低压分解回收系统负荷，从而达到节能和扩产的目的。
(2)常压闪蒸槽排出的气相中含有较多的氨，不再作为工艺气体排出，而是经闪蒸冷凝器冷凝后与出低压分解塔102的低压分解气混合后在后续低压回收系统中直接冷凝后作为中压甲铵液返回中压系统；这样既可以节约后续工艺冷凝液的处理的蒸汽消耗，又可以减轻工艺冷凝液处理系统的负荷，从而达到节能的目的。
(3)中压条件下可利用0.45MPaA低压蒸汽对尿素溶液中的甲铵进行加热分解，可分流和后移高压CO2汽提塔的负荷，由于部分负荷后移，有效降低CO2汽提法工艺装置中压蒸汽消耗，使低压蒸汽热量得到充分合理利用，有利于降低产品缩二脲含量，初步计算产品缩二脲可降低0.1～0.15％。
(4)相对于背景技术中的工艺，本发明工艺即并联又串联中压分解系统，可以在中压条件下利用高压汽提塔蒸汽冷凝液的高温位显热对尿素溶液中的甲铵进行加热分解，对高温位热能梯级利用，以便更多的将高压汽提塔的负荷后移至中压系统，又不增加低压分解回收系统的负荷，还可以更好控制高压圈的水碳比，即实现了既可提高或维持高压圈转化率，又可降低汽提塔负荷，从而提高装置节能潜力。另外相对于背景技术中的工艺，本发明工艺的中压调温水热量用于预热液氨，以便在降低装置中压蒸汽消耗的同时尽量少减少低压蒸汽的产量。
附图说明
图1为本发明专利的工艺流程图。
其中，1-中压分解塔、2-第一中压分解器、3-第二中压分解器、4-真空预浓缩器、5-中压甲铵冷凝器、6-中压甲铵冷凝器液位槽、7-中压洗涤器、8-中压调温水换热器、9-中压甲铵冷凝器循环水泵、10-高压甲铵泵、11-高压液氨预热器、12-闪蒸冷凝器、13-低压甲铵泵、101-高压CO2汽提塔、102-低压分解塔、103-常压闪蒸槽、104-高压甲铵冷凝器、105-低压蒸汽包。
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，由尿素合成塔底部出来的含甲铵的尿素合成液，尿素浓度为33.6％wt，温度183℃。
将尿素合成液分为两部分，一部分尿素合成液(总量的55-99wt％)送入高压分解回收系统中的高压CO2汽提塔101中进行高压CO2汽提，高压CO2汽提塔101顶部排出的汽提气送入高压甲铵冷凝器104冷凝回收甲铵液，并排出甲铵液体和未冷凝的工艺气，回收过程中通过低压蒸汽包105引入锅炉给水副产低压蒸汽来回收热能；
另一部分尿素合成液(总量的1-45wt％)减压后送入中压分解塔1的上段进行气液分离，液相经中压分解塔1上段底部进入第二中压分解器3进行加热分解，第二中压分解器3顶部气液两相回送中压分解塔1中段；
所述高压CO2汽提塔101底部流出的尿素汽提液减压后进入中压分解塔1的中段与来自第二中压分解器3的气液两相混合并气液分离，所述中压分解塔1中段底部引出的液相进入第一中压分解器2进行加热分解，顶部排出的气液两相回送中塔分解塔1的底部，底部分离的液相减压后送入低压分解塔102进行低压分解。所述第一中压分解器2的壳侧使用来自高压CO2汽提塔101的蒸汽冷凝液的显热进行加热。
经低压分解塔102分解出的尿素溶液减压后送入常压闪蒸槽103进行闪蒸，进一步分解尿素溶液中的甲铵；常压闪蒸槽103底部流出的尿素溶液减压后送入真空预浓缩器4的加热段进行进一步加热浓缩，中压分解塔1送出的中压分解气的CO2和氨与中压甲铵液中的氨和水进行生成甲铵的反应，冷凝热为来自闪蒸槽103的尿素溶液中甲铵分解及水份蒸发提供热量，使尿素溶液进一步浓缩，浓缩后的尿素溶液(温度约为110℃，尿素浓度约为85％wt)引出进入下游工序。
所述常压闪蒸槽103顶部排出的闪蒸气经闪蒸冷凝器12冷凝、低压甲铵泵13加压后与低压分解塔102顶部排出的低压分解气混合后送后续低压甲铵冷凝器进行冷凝。
所述中压分解塔1顶部排出的气相大部分先送入真空预浓缩器4的加热段与尿素溶液间接换热，气液混合物再送入中压甲铵冷凝器5进一步冷凝吸收，然后送入中压甲铵冷凝器液位槽6进行气液分离，分离出的气体经中压洗涤器7洗涤后排出汇入低压分解塔102顶部排出的低压分解气中，底部排出的甲铵液经高压甲铵泵10加压后送入下一工序。中压分解塔1顶部排出的气相还可以分出小部分(0～40％)送至低压分解塔102顶部出来的低压分解气中，用于调节低压分解气的氨碳比，以使低压分解气能在较高温度下冷凝。
中压甲铵冷凝器5的反应热由与中压甲铵冷凝器5串联的高压液氨预热器11，中压甲铵冷凝器循环水冷却器8及中压甲铵冷却器循环水泵9组成的闭路冷却系统带走，中压甲铵冷凝器5反应热部分或全部先用于预热液氨，剩余部分由循环水带走。
中压分解回收系统的操作压力为1.3～3.0MPaG，第二中压分解器的操作温度为125℃～160℃，第一中压分解器的操作温度为130℃～155℃，中压分解塔出口尿液温度为140～160℃，尿素浓度为55％～60％。根据系统负荷及氨碳比来确定是否在第一中压分解器2或第二中压分解器3底部通入中压CO2气体而进行汽提分解。
本发明中，中压甲铵冷凝器5并不是必需项，可根据中压甲铵分解回收负荷来确定是否设置。
以年产80万吨/年尿素装置为例，采用本发明工艺及系统每年可节约中压蒸汽消耗12～16万吨，以每吨中压蒸汽150元的价格计算，每年可节省的费用为1800万元～2400万元(未考虑提高产能所产生的效益)，新增投资不到3000万元，不到两年即可收回全部投资。
Claims (10)
1.一种改进的低能耗CO2汽提法尿素工艺，将尿素合成液分为两部分，一部分尿素合成液送入高压分解回收系统中的高压CO2汽提塔中进行高压CO2汽提，另一部分尿素合成液送入中压分解回收系统的中压分解塔中进行中压分解，得到中压气相和中压分解液相，其特征在于，所述高压CO2汽提塔底部流出的高压汽提液和另一部分尿素合成液减压后分别送入中压分解塔的中段和上段进行中压气液分离，中压分解塔底部引出的中压分解液送入低压分解塔进行低压分解。
2.如权利要求1所述的改进的低能耗CO2汽提法尿素工艺，其特征在于，所述另一部分尿素合成液送入中压分解塔的上段气液分离，液相经上段底部进入第二中压分解器进行加热分解，第二中压分解器顶部气液两相回送中压分解塔中段进行气液分离；所述高压CO2汽提塔底部流出的高压汽提液减压后的气液两相进入中压分解塔的中段与来自第二中压分解器的气液两相混合并气液分离，所述中压分解塔中段引出的液相进入第一中压分解器进行加热分解，第一中压分解器顶部的气液两相回送中塔分解塔的底部，底部分离的液相减压后送入低压分解塔进行低压分解。
3.如权利要求1或2所述的改进的低能耗CO2汽提法尿素工艺，其特征在于，经低压分解塔分解出的尿素溶液减压后送入常压闪蒸槽进行闪蒸，进一步分解尿素溶液中的甲铵；常压闪蒸槽底部的流出的尿素溶液送入真空预浓缩器的加热段进行进一步加热浓缩，浓缩后的尿素溶液引出进入下游工序。
4.如权利要求3所述的改进的低能耗CO2汽提法尿素工艺，其特征在于，所述常压闪蒸槽顶部排出的闪蒸气经蒸冷凝器冷凝后与低压分解塔顶部排出的低压分解气混合后送后续低压甲铵冷凝器进行冷凝。
5.如权利要求3所述的改进的低能耗CO2汽提法尿素工艺，其特征在于，所述中压分解塔顶部排出的气相先送入真空预浓缩器的加热段与尿素溶液间接换热，再送入中压甲铵冷凝器进一步冷凝吸收，然后送入中压甲铵冷凝器液位槽进行气液分离，分离出的气体经中压洗涤器洗涤后排出汇入低压分解塔顶部排出的低压分解气中，排出的高压甲铵液经高压甲铵泵加压后送入下一工序。
6.如权利要求3所述的改进的低能耗CO2汽提法尿素工艺，其特征在于，高压CO2汽提塔顶部排出的汽提气送入高压甲铵冷凝器冷凝回收甲铵液，并排出工艺气体和甲铵液，回收过程中通过低压蒸汽包引入锅炉给水并在高压甲铵冷凝器壳侧产出低压蒸汽来回收气体冷凝生成甲铵过程中产生的热能。
7.如权利要求6所述的改进的低能耗CO2汽提法尿素工艺，其特征在于，界外来中压蒸汽送入高压CO2汽提塔与尿素合成液间接换热，提供热能；出高压CO2汽提塔的蒸汽冷凝液直接或经过一次减压后再送入第一中压分解器中与尿素甲铵溶液进一步间接换热，提供热能。
8.如权利要求2或7所述的改进的低能耗CO2汽提法尿素工艺，其特征在于，第二中压分解器的操作温度为125℃～160℃，第一中压分解器的操作温度为130℃～155℃，中压分解塔出口尿液温度为140～160℃，尿素浓度为55％～60％。
9.如权利要求1或2所述的改进的低能耗CO2汽提法尿素工艺，其特征在于，送入中压分解塔的尿素合成液占总的尿素合成液的1％～45wt％。
10.如权利要求1或2所述的改进的低能耗CO2汽提法尿素工艺，其特征在于，将中压分解塔顶部气相分出一部分汇入低压分解气中用于调节低压分解气的氨碳比。
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