CN204661587U - 一种节能型尿素生产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于尿素制备领域，具体为一种节能型尿素生产系统。该系统包括CO₂压缩机、甲铵泵、液氨泵和尿素合成塔，其特征在于：CO₂压缩机分别与甲铵泵和液氨泵连接，液氨泵与尿素合成塔连接，在所述尿素合成塔后依次串联有降膜逆流中压分解塔及加热器、甲铵冷凝器、甲铵分离器、三段中压吸收塔及蒸发式氨冷回收器、液氨缓冲槽、惰性气体洗涤器、尾气净氨精洗器、低压分解塔及加热器、二甲液预热器等装置。该生产系统具有投资低、能耗低、操作简单、弹性大等特点，操作灵活可靠、投资较低；氨基甲酸铵分解率高、总氨蒸出率高；气相含水量低，且回收利用解吸净水热量，可降低蒸汽消耗。

Description

一种节能型尿素生产系统

技术领域

本实用新型属于尿素制备领域，具体为一种节能型尿素生产系统。

背景技术

尿素【CO(NH₂)₂】别名为碳酰二胺、碳酰胺、脲，在自然界中主要存在于人类和动物排泄的尿液中。其用途广泛，不仅是一种用于农业生产的高效氮肥，而且是工业中常用的化工原料。

1773年，化学家鲁埃勒(Rouel le)在蒸发尿液时第一次发现了尿素。1798年被福克洛(FoUrcray)及万库林(Vauqudin)确定为是一种新物质，并命名为尿素。1828年，魏勒(Uvohler)在实验室加热氰酸铵时制得尿素，其反应为：Nl{4CN0＝NH2c∞m2。1886年，巴塞洛夫(Bassroff)第一个试验成功现代工业所采用的氨和二氧化碳直接合成尿素的方法。

1922年德国首先用氨与二氧化碳合成尿素进行工业化生产，采用热混合气压缩循环工艺。1932年，杜邦公司采用直接合成法制取尿素氨水，1935年开始生产固体尿素，未反应物以氨基甲酸铵水溶液的形式返回合成塔。这是尿素水溶液全循环法工艺的雏形。

我国于1957年在上海化工研究院进行尿素生产的理论研究和试验工作。1958年在南京永宁厂建成日产10t尿素的半循环法中试车间并投入运行。1965年上海化工研究院完成了甲铵水溶液全循环法中间试验。1967年，我国自行设计、自行制造的年产11万吨尿素全循环法工业装置在石家庄化肥厂建成投产。20世纪70年代以来，我国从国外引进几十套年产50—60万吨尿素大型装置，从根本 上改变了中国化肥生产格局，使我国尿素生产能力位居世界前列。

水溶液全循环法工艺现有技术中，根据国内外相关专利文献资料中，对所列范围的国内文献进行了检索，现将相关文献主要内容简述如下：

(a)尿素合成塔。一种全液相等温型尿素合成塔，它包括塔体，塔体底部设液氨进口、二氧化碳进口和一甲液进口，塔体顶端设出料口，其特点是在塔体内部设液体雾化反应器，液体雾化反应器与液氨进口、二氧化碳进口和一甲液进口相通，在塔体内中上部的内侧壁上设高效塔盘，在高效塔盘上设换热管道，换热管道与液体雾化反应器相通，是一种二氧化碳的转化率高、能耗小、效率高、不易腐蚀的尿素合成塔。

(b)分解加热。在中压循环段，中压分解器采用带有填料层的分离器与降膜式列管加热器组合在一起的结构，上部是精馏段及列管液体分布器，下部是降膜式列管加热器(该加热器壳呈分为上、下两段)，溶液中的甲铵在此被加热分解为CO₂、NH₃，所需的热量，上段由低压蒸汽供给，下段由汽提塔来的中压蒸汽冷凝液供给，在中压分解器的下部引入高压洗涤器来的富氧尾气以钝化中压系统设备，同时在中压分解器的降膜式列管中起汽提作用，中压分解器的操作参数为：压力1.6-1.8MPa(g)，分解温度155-160℃；

(c)中压氨回收。一种尿素水溶液全循环法生产中压氨回收系统的新工艺，这种水溶液全循环法生产尿素中压系统的工艺改造，增加蒸发冷凝器、液氨泵、氨储槽、及与之配套的管道、阀门、电器仪表设施，同时降低氨冷器A的标高、配套与之相适应的尿素循环水泵，它取消氨冷器B\C，把蒸发冷凝器使用的冷却水改为脱盐水。

(d)低压分解回收。在低压循环段，低压分解器上部为填料段及列管液体分布器，下部是降膜式列管加热段，自低压分解器及解吸塔来的气体在低压冷 凝器、碳铵液贮槽、碳铵液泵、低压吸收塔、低压吸收循环泵、低压吸收循环冷却器及其相连接的管道组成的低压回收系统中被回收，该系统的操作压力为0.1-0.3MPa(g)。

(e)一段蒸发。一种浓缩尿素溶液的蒸发装置，在所述二分塔和一段蒸发器(4)之间设置有真空浓缩器(1)，从二分塔出来的尿液管与真空浓缩器(1)上部进口(11)相连接，真空浓缩器(1)下部的液相出口(12)通过管道与尿液槽(2)的进口(21)相连接或直接与一段蒸发器(4)的进口(41)相连接，而所述一段蒸发器(4)的顶部气相出口(43)通过管道与真空浓缩器(1)顶部的气相出口(13)的管道相回合而一起流向一段蒸发冷凝器，而一段蒸发器(4)下部的液相出口(42)通过管道通向二段蒸发器。本设计采用分离和加热于一体，采用先分离再加热的方式，从而减少热能消耗；而且下部加热段所产生的热气体对上部分离段的尿液又可以起到气提作用，出该降膜式真空浓缩器的尿液浓度与改造前相比从71％v提高到82％v，降低了后续蒸发器的负荷，从而减少了1.275MPa高品位蒸汽的用量。

(f)尾气净氨。汽提循环法尿素生产工艺中，在低压循环段，低压分解器上部为填料段及列管液体分布器，下部是降膜式列管加热段，自低压分解器及解吸塔来的气体在低压冷凝器、碳铵液贮槽、碳铵液泵、低压吸收塔、低压吸收循环泵、低压吸收循环冷却器及其相连接的管道组成的低压回收系统中被回收，该系统的操作压力为0.1-0.3MPa。

(g)尿素废水处理。一种低压水解解吸处理尿素工艺冷凝液新工艺，采用低压水解解吸，冷凝液送至水解解吸塔进行水解解吸，其特征在于水解解吸塔由回流冷凝段、预水解解吸段、水解解吸段三部分组成，处理后的废液(工艺冷凝液)含氨和尿素各小于5ppm，不但回收了尿素、降低了原料的消耗，而且消除 了排出废液对环境的污染。

但是上述现有技术中的水溶液全循环法生产工艺仍旧存在以下技术缺陷：第一，现有水溶液全循环工艺通用尿素合成塔普遍存在‘物料混合不均、反应热分布不均、尿素合成率偏低’等缺陷。但是，若要设计尿素合成高压圈，设备设计和制造的技术难度都很高，投资亦不菲，这就使得难以将尿素合成转化率提高到73％左右。

第二，产品的消耗较高。水溶液全循环法由于转化率低，需要加热分解的物料多造成蒸汽消耗高，因而该工艺的蒸汽的消耗较高，一般每吨尿素蒸汽消耗在1100kg左右。同时因分解的物料需回收，又增加了循环冷却水的消耗，一般每吨尿素循环冷却水消耗在140M³。

第三，热量的分级利用差。现有的水溶液全循环法工艺的蒸汽和系统热量利用率低，这些未利用的热量又需要冷却回收，这样又造成了冷却水量高。

第四，装置的安全性。尿素合成塔在生产过程中曾发生过爆炸，尿素惰性气体洗涤器、尾气吸收塔都不同程度的发生过爆炸。

目前国内外尿素生产工艺有国外氨汽提法工艺、改良C法工艺、CO₂汽提工艺、国产水溶液全循环工艺、改良水溶液全循环工艺、中压联尿工艺等。能耗最低的为国外氨汽提工艺，其次为C0₂汽提工艺和改良C法。在国内尿素生产工艺流程中，工艺和能耗较为先进的是改良水溶液全循环法，其次是水溶液全循环法，CO₂转化率最高为68％v左右，中压联尿工艺已被淘汰。在中国，水溶液全循环法生产能力占50％，CO₂汽提工艺和改良C法占35％，进口氨汽提法占15％。虽然进口工艺先进，能耗也低，但投资高，令企业望而生畏。国内的改良型水溶液全循环法虽然能耗偏高，但投资较低，因此，开发一种投资省、能耗低，能达到 国际先进水平的尿素生产工艺刻不容缓。

发明内容

本实用新型正是基于以上技术问题，提供一种具有投资低、能耗低、操作简单、弹性大等特点，操作灵活可靠、投资较低；氨基甲酸铵分解率高、总氨蒸出率高；气相含水量低，且回收利用解吸净水热量，可降低蒸汽消耗，可使传统水溶液全循环工艺尿素生产中二氧化碳转化率提高5个百分点，达到73％v。与同期建设的CO₂汽提法装置相比，可节省投资30％以上，蒸汽消耗降至905千克/吨的一种节能型尿素生产系统。

本发明的技术方案为：

一种节能型尿素生产系统，包括CO₂压缩机、甲铵泵(即氨基甲酸铵泵的简称)、液氨泵和尿素合成塔，CO₂压缩机分别与甲铵泵和液氨泵连接，液氨泵与尿素合成塔连接，在所述尿素合成塔后依次串联有降膜逆流中压分解塔及加热器、甲铵冷凝器、甲铵分离器、三段中压吸收塔及蒸发式氨冷回收器、液氨缓冲槽、惰性气体洗涤器、尾气净氨精洗器、低压分解塔及加热器、二甲液预热器、卧式低压吸收器、降膜式预蒸发器、一段蒸发器及一段蒸发冷凝器、二段蒸发器及二段蒸发冷凝器、工艺废水解吸水解塔；所述甲铵分离器通过甲铵泵与所述尿素合成塔连接，所述中压吸收塔与蒸发式氨冷器连接，蒸发式氨冷器与液氨泵连接，在所述中压分解塔和中压吸收塔之间设置降膜式预蒸发器和甲铵分离器，在所述蒸发式氨冷回收器与尾气净氨精洗器之间依次连接液氨缓冲槽、惰性气体洗涤器。

所述中压吸收塔通过所述蒸发式氨冷回收器与所述液氨缓冲槽连接。

在所述降膜逆流中压分解加热器与所述的工艺废水解吸水解塔连接。

所述蒸发式氨冷回收器为喷淋盘管式换热器，所述降膜式预蒸发器为列管式换热器，所述尾气净氨精洗器为列管浸没式吸收器。

所述尿素合成塔为液相逆流换热尿素合成塔，其塔内设旋流分布器和下降管。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

(一)、节能型尿素生产系统具有投资低、能耗低、操作简单、弹性大等特点，因此本实用新型有相当可观的经济效益和社会效益。

(二)本系统装置操作灵活可靠、投资较低；氨基甲酸铵分解率高、总氨蒸出率高；气相含水量低，且回收利用解吸净水热量可降低蒸汽消耗。

(三)本实用新型中采用以液相逆流换热式尿素合成塔为核心组成的‘约10％v液氨底部入塔内、二氧化碳、甲铵液及约90％v液氨从顶部进入塔内，反应产物从塔的顶部出来，CO₂转化率达到73％v。

(四)本实用新型中采用三段吸收-蒸发式氨冷-低水碳比的尿素中压回收，使甲铵液温度由传统的90～95℃提高到105℃，甲铵液水碳比(摩尔比)可由传统的2.0降低至1.5，低水碳比的甲铵液返回尿素高压合成，不仅有利于提高尿素合成率，而且可以降低尿素中压回收设备投资并节省蒸汽，同时减少冷却循环水的消耗。

(五)本实用新型中采用碳钢材质的盘管喷淋蒸发式氨冷凝器取代传统的列管式不锈钢冷凝器，设备投资低，节约循环水耗[吨尿素节循环水60m³以上]。

(六)本实用新型中设置逆流式降膜式预蒸发器，充分利用中压分解气的冷凝热将尿素溶液浓缩到82-84％wt，减少了蒸发工序蒸汽用量。并设置二段甲铵液预热器，提高二段甲铵液浓度，增加了降膜式预蒸发器的热回收，又减少了中、低压吸收工段的冷却循环水消耗。

(七)本实用新型中采用节能型全循环尿素生产系统，尾气净氨精洗器采用具有特殊内部结构的卧式浸没式吸收器；并通过三个串联的卧式浸没式吸收器，确保操作的安全性，安全实现尿素尾气的净氨工艺，从而保证不凝气体中氨含量≤1％v。

附图说明：

图1是本实用新型中节能型全循环尿素生产系统的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型中的发明内容更加便于理解，下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型中所述的节能型全循环尿素生产系统做进一步的阐述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于下述实施例。

实施例1：

本实施例中所述的节能型全循环尿素生产系统如图1所示，所述系统包括：

CO₂压缩机、甲铵泵(即氨基甲酸铵泵的简称)、液氨泵和尿素合成塔，CO₂压缩机分别与甲铵泵和液氨泵连接，液氨泵与尿素合成塔连接，在所述尿素合成塔后依次串联有降膜逆流中压分解塔及加热器、甲铵冷凝器、甲铵分离器、三段中压吸收塔及蒸发式氨冷回收器、液氨缓冲槽、惰性气体洗涤器、尾气净氨精洗器、低压分解塔及加热器、二甲液预热器、卧式低压吸收器、降膜式预蒸发器、一段蒸发器及一段蒸发冷凝器、二段蒸发器及二段蒸发冷凝器、工艺废水解吸水解塔；所述甲铵分离器通过甲铵泵与所述尿素合成塔连接，所 述中压吸收塔与蒸发式氨冷器连接，蒸发式氨冷器与液氨泵连接，在所述中压分解塔和中压吸收塔之间设置降膜式预蒸发器和甲铵分离器，在所述蒸发式氨冷回收器与尾气净氨精洗器之间依次连接液氨缓冲槽、惰性气体洗涤器。

所述尿素生产系统还包括与所述尿素合成塔连接的中压分解塔，所述中压分解塔与所述低压分解塔连接，所述低压分解塔与所述蒸发器连接；

在所述中压分解塔和所述中压吸收塔之间设置有降膜式预蒸发器、甲铵分离器。

所述中压吸收塔通过所述蒸发式氨冷回收器与所述液氨缓冲槽连接。

在所述降膜逆流中压分解加热器与所述的工艺废水解吸水解塔连接。

所述蒸发式氨冷回收器为喷淋盘管式换热器，所述降膜式预蒸发器为列管式换热器，所述尾气净氨精洗器为列管浸没式吸收器。

所述尿素合成塔为液相逆流换热尿素合成塔，其塔内设旋流分布器和下降管。

基于本实施例中所述的节能型全循环尿素生产系统的生产工艺为：

(a)来自氨库的原料液氨，经液氨泵加压到23MPa后送往液氨预热器，被加热到60-70℃分为气氨与氨基甲酸铵泵来的105℃氨基甲酸铵液和来自CO₂压缩机的23MPa CO₂的一起进入合成塔塔顶分布器，在塔内完成等温高压合成反应。

(b)尿素高压合成工艺物料路线：以液相逆流换热式尿素合成塔为核心组成的‘约10％v液氨底部入塔内、二氧化碳、甲铵液及约90％v液氨从顶部进入塔内，反应产物从塔的顶部出。

(c)反应气液混合物，所述反应气液混合物从尿素合成塔顶部出来，进入中压分解塔加热至158～160℃，使得气液混合物中的未反应物在减压加热中被分解析出；

(d)中压分解气、液，所述中压分解气从中压分解塔顶部出来，温度120-123℃ 进入降膜式预蒸发器换热后温度110～115℃，使得气体中的副产物NH₃和CO₂被充分吸收，中压分解塔浓度约有62％的尿素溶液，通过压差进入低压分解塔；

(e)中压氨回收，中压分解气体经降膜式预蒸发器后，进入甲铵冷凝器，所得氨基甲酸铵溶液温度约105℃，经甲铵分离器分离后的气体再进入中压吸收塔进一步吸收，出塔的气体中二氧化碳含量低于10ppm，经蒸发式氨冷器冷凝为液氨，依靠位差流入液氨缓冲槽。

(f)低压分解气，从低压分解塔出来的所述低压分解气进二甲铵液换热器回收热量后入卧式低压吸收器进行鼓泡吸收，将所述副产物NH₃和CO₂充分吸收，所得稀氨基甲酸铵溶液与中压分解气体一并进入降膜式预蒸发器，所述低压吸收器采用二个卧式设备组合成的一步吸收系统，不凝气体中氨含量≤1％v。

(g)尿素溶液的蒸发，从低压分解塔出来的尿素溶液进入降膜式预蒸发器，与中压分解塔来的气液混合物换热后，温度在98-102℃，尿素溶液浓度82-84％wt左右进入一段蒸发器，一段蒸发器下段用蒸汽冷凝液作热源，上段用膨胀蒸汽作热源。

(h)尾气氨的净化回收，从惰性气体洗涤器来的氨含量约65％v的气体进入尾气净氨精洗器，与吸收剂反应吸收后氨含量降至1％v以下。

(i)尿素工艺废水处理，传统的废水处理系统设备多、工艺流程长、投资大而且废热利用率低，此技术尿素废水处理工艺仅由‘解吸水解塔、解吸水解换热器、解吸水解泵’组合而成。特点在于：所用设备比任何工艺少；尿素废水经处理后的解吸净水中尿素含量≤5ppm、氨含量≤5ppm；解吸水解塔底出来的186℃解吸净水、解吸水解塔顶出来的162℃的解吸气之余热，分级利用于尿素中压分解、低压分解工序，利于节省蒸汽、系统水平衡。

(j)尿素造粒尾气粉尘回收，设在造粒塔顶排风口，由尿素粉尘洗涤塔、洗涤 循环槽、循环泵三个设备组成的尿素粉尘回收工艺。尿素造粒尾气粉尘回收与尿素造粒塔体纳为一体设计、洗涤与回收同步、减少尿素粉尘对大气污染、降低尿素消耗。

对比例：

为了证明本实用新型中所述的节能型全循环尿素生产系统及其工艺相比于现有技术具有明显的技术效果，所述实施例与对比例中实际测量到的工艺参数和效果如下表所示：

*CO₂消耗尿素为压缩机出口计，水溶液和CO₂汽提为压缩机入口计

从上表可以看出，节能型全循环尿素生产装置相比国内水溶液全循环装置在节能降耗方面具有明显的竞争优势，且大部分指标优于CO₂汽提工艺。

虽然本实用新型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，均属于本实用新型所要保护的范围。

Claims (7)

1.一种节能型尿素生产系统，包括CO₂压缩机、甲铵泵、液氨泵和尿素合成塔，其特征在于：CO₂压缩机分别与甲铵泵和液氨泵连接，液氨泵与尿素合成塔连接，在所述尿素合成塔后依次串联有降膜逆流中压分解塔及加热器、甲铵冷凝器、甲铵分离器、三段中压吸收塔及蒸发式氨冷回收器、液氨缓冲槽、惰性气体洗涤器、尾气净氨精洗器、低压分解塔及加热器、二甲液预热器、卧式低压吸收器、降膜式预蒸发器、一段蒸发器及一段蒸发冷凝器、二段蒸发器及二段蒸发冷凝器、工艺废水解吸水解塔；所述甲铵分离器通过甲铵泵与所述尿素合成塔连接，所述中压吸收塔与蒸发式氨冷器连接，蒸发式氨冷器与液氨泵连接，在所述中压分解塔和中压吸收塔之间设置降膜式预蒸发器和甲铵分离器，在所述蒸发式氨冷回收器与尾气净氨精洗器之间依次连接液氨缓冲槽、惰性气体洗涤器。

2.根据权利要求1所述的节能型尿素生产系统，其特征在于：所述中压吸收塔通过所述蒸发式氨冷回收器与所述液氨缓冲槽连接。

3.根据权利要求1所述的节能型尿素生产系统，其特征在于：在所述降膜逆流中压分解加热器与所述的工艺废水解吸水解塔连接。

4.根据权利要求1所述的节能型尿素生产系统，其特征在于：所述蒸发式氨冷回收器为喷淋盘管式换热器。

5.根据权利要求1所述的节能型尿素生产系统，其特征在于：所述降膜式预蒸发器为列管式换热器。

6.根据权利要求1所述的节能型尿素生产系统，其特征在于：所述尾气净氨精洗器为列管浸没式吸收器。

7.根据权利要求1所述的节能型尿素生产系统，其特征在于：所述尿素合成塔为液相逆流换热尿素合成塔，其塔内设旋流分布器和下降管。