尿素工艺流程简述副本.doc

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1、尿素工艺流程简述1、尿素的合成CO压缩机五段出口 CO气体压力约20.69MPa（绝），温度约125C，进入尿素 合成塔的量决定系统生产负荷。从一吸塔来的氨基甲酸铵溶液温度约 90 C左右，经一甲泵加压至约 20.69MPa（绝）进入尿素合成塔，一般维持 进料"O/CO （摩尔比）0.650.70。从氨泵 来的液氨经预热器预热至4070C进入尿素合成塔，液氨用量根据生产负荷决 定，塔顶温度控制在186190C，进料NH/CC2分子比控制3.84.2。尿塔压力由塔顶 减压阀PIC204 （自调阀）自动控制，一般维持19.6MPa（表）物 料在塔内停留时间为40分钟，CO转化率65% 为

2、防止尿塔停车时 管路堵塞，设置高压冲洗泵，将 蒸汽冷凝液加压到19.6 25.0MPa送到合成塔进出口物料管线进行冲洗置换。2、中压分解出合成塔气液混合物减压至1.77MPa（绝）进入预分离器，合成液中的氨大部分 被分离闪蒸出来，通过气相管道进入一吸外 冷却器，液相进入预蒸馏塔上部，在 此分离出闪蒸气后溶液自流至中部蒸馏段，与一分加热器来的热气逆流接触，进行传质、传热，使液相中的部分甲铵与过剩 氨分解、蒸出进入气相，同时，气相 中的水蒸汽部分冷凝降低了出塔气相带水量。出预蒸馏塔中部的液体进入一分加热器， 经饱和蒸汽加热后，出一分加热器温度 控制在155160C，保证氨基甲酸铵的 分解率达到88

3、%总氨蒸出率达到90% 加热后物料进入预蒸馏塔下部的分离段进行气液分离，分离段液位由LICA302摇控控制，物料减压后送至二分塔。在一分加热器液相入口用 空压机补加空气，防止一段分解系统设备管道的腐蚀, 加入空气量由流量计指示（约2mi/TUr）通过旁路放空阀调节流量。3、二段分解（低压分解）出预蒸馏塔的液体经LRC302减压至0.290.39MPa （绝），进入二分塔上部进 行闪蒸，液体在填料精馏段与塔下分离段来的气体进行传质、 传热，以降低出塔 气体温度和提高进二分塔加热器的液体温度。出二分塔加热物料温度为135145C，该温度由TRC303自动控制，物料被加热 后进入二分塔分离段进行气液

4、分离，二分塔液位由LIC303自动控制。4、闪蒸出二分塔液体经减压阀后进入闪蒸槽，出闪蒸槽的气相与一段蒸发气相汇合后去 尿素回收塔，再进入一蒸冷凝器通过闪蒸槽气相管线上的阀门控制闪蒸槽的操作 压力为340400mmHg绝），温度95100C，在闪蒸槽液相中残余的氨和二氧 化碳大部分逸入气相，尿液则进入一段蒸发器。5、一段吸收来自预蒸馏塔的一段分解气与 二甲泵送来的二甲液，在一段蒸发器热能回收段混 合，产生部分冷凝，放出的热量用于加热尿素溶液，出热能回收段的气液混合物 与预分离器气相混合后进入一吸外冷却器底部，被循环脱盐水冷却，气体进一步冷凝，出一吸冷却器的气液混合物进入一吸塔 鼓泡段，气体经鼓

5、泡段吸收后，未 吸收的部分进入精洗段，被来自惰洗器的浓氨水及来自液氨缓冲槽的回流氨进一 步精洗回收，保证一吸塔出口气相温度小于 50C,含CO小于100PPm（体积比） 的气氨进入两个串联的氨冷器，首先进入第一个氨冷器（A）,部分气氨在此冷凝下来流往液氨缓冲槽，出氨冷器（A）的气体经惰洗器的防爆空间后进入氨冷 凝器（B）,在此冷凝的液氨也流往液氨缓冲槽，未冷凝的气体进入惰洗器，气 体中氨被氨水泵送来的氨水吸收，出惰洗器的气体由 PIC301 （中压压力自调阀） 送入尾吸塔。一吸冷却器所需脱盐水由 循环水泵加压后，进入一吸外冷却器顶部与气液混合物 逆向进行热交换，吸收热量后，经脱盐水冷却器用 循

6、环冷却水冷却后，回到循环 水泵进口，构成冷却脱盐水 循环系统。一吸塔底部液相温度在9095C，由回流氨及一吸冷却器等配合调节控制，一 甲液加压到20.69MPa后送入尿素合成塔，一吸塔液位主要通过改变二甲泵转速 调节，即进一吸塔二甲液量来控制（结合尿塔的HO/CO摩尔比，配合二甲泵和一甲泵的转速来调节）。6. 二段吸收二分塔顶部出口气体与来自 解吸塔的气体混合后进入二循一冷却器，在一冷中被 蒸发冷凝液泵送来的二段蒸发冷凝液吸收生成二甲液并由二甲泵送入一段蒸发 热能利用段，二循一冷凝器液位通过改变加水量进行控制，未被吸收的气体由二 循一冷凝器顶部出来进入二循二冷凝器底部， 被蒸发冷凝液泵送来的蒸

7、发冷凝液 吸收，生成的氨水由氨水泵送往惰洗器，二循二冷凝器液位也是通过改变加水量 进行控制，二循二冷凝器尾气经（低压 压力调节阀）PIC302送往尾吸塔，二段 循环吸收剂所用的蒸发冷凝液，是由二段蒸发冷凝液排往二表槽贮存。7 尾气吸收二循二冷出气与惰洗器减压后的尾气分别进入尾吸塔底部，来自一表槽的蒸发冷凝液经尾吸泵送往尾吸冷却器冷却到 40C后进入尾吸塔顶部，经填料层吸收尾 气后，尾吸塔排出液体流至 碳铵液槽，气体经放空管放空。8解吸碳铵液贮槽来的碳铵液，由解吸泵经自调阀由流量计计量后， 进入解吸换热器与 从解吸塔底来的解吸废液(温度约143C)换热后，进入解吸塔上部喷淋至填料 层和从解吸塔底

8、部上升的气体传质、 传热进行解吸，气体进入解吸冷凝器，用一 吸冷却器来的脱盐水冷却，控制解吸冷气相出口温度w112C，冷却下来的液体进入解吸塔顶部作顶部回流，控制解吸塔顶部温度w120C，解吸冷却器的气相通过自调阀控制其压力在0.3MPa左右后送入二循一冷气相进口，出解吸冷凝器 的脱盐水经电导仪，由自调阀调节其流量后送至 锅炉房，解吸废液经解吸换热器 换热后外送，解吸塔液位由LC701控制。解吸塔热量由解吸塔底部加入1.3MPa(绝)蒸汽直接加热，蒸汽加入量根据解 吸塔工艺状况由TIC701控制，保证解吸废液 NHw0.07%。合成氨氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。除液氨

9、可直接作为 肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮 复合肥，都是以氨为原料的。合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量 已达到1亿吨以上，其中约有80%勺氨用来生产化学肥料，20%乍为其它化工产 品的原料。德国化学家哈伯1909年提出了工业氨合成方法，即“循环法”，这是目前工业 普遍采用的直接合成法。反应过程中为解决氢气和氮气合成转化率低的问题，将氨产品从合成反应后的气体中分离出来，未反应气和新鲜氢氮气混合重新参与合 成反应。合成氨反应式如下：N2+3H牟 2NH3合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。经过近百年的发展， 合成氨技术趋于成熟，形

10、成了一大批各有特色的工艺流程，但都是由三个基本部 分组成，即原料气制备过程、净化过程以及氨合成过程。1. 合成氨的工艺流程(1) 原料气制备将煤和天然气等原料制成含氢和氮的粗原料气。对于固体原料煤 和焦炭，通常采用气化的方法制取合成气；渣油可采用非催化部分氧化的方法获 得合成气；对气态烃类和石脑油，工业中利用二段蒸汽转化法制取合成气。(2) 净化 对粗原料气进行净化处理，除去氢气和氮气以外的杂质，主要包括变换 过程、脱硫脱碳过程以及气体精制过程。 一氧化碳变换过程在合成氨生产中，各种方法制取的原料气都含有 CO其体积分数一般为12%40% 合成氨需要的两种组分是H2和N2,因此需要除去合成气中

11、的CO变换反应如下： CO+H2OH2+CO2 =41.2kJ/mol 0298H 由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换 段出口残余CO含量。第一步是高温变换，使大部分 CO转变为CO2和 H2;第二 步是低温变换，将CC含量降至0.3%左右。因此，CO变换反应既是原料气制造的 继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。 脱硫脱碳过程各种原料制取的粗原料气， 都含有一些硫和碳的氧化物， 为了防止合成氨生产过 程催化剂的中毒，必须在氨合成工序前加以脱除， 以天然气为原料的蒸汽转化法， 第一道工序是脱硫， 用以保护转化催化剂， 以重油和煤为原料的部分氧化法，

12、根 据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。 工业脱硫方法种类很 多，通常是采用物理或化学吸收的方法， 常用的有低温甲醇洗法 (Rectisol) 、聚 乙二醇二甲醚法 (Selexol) 等。粗原料气经CO变换以后，变换气中除H2外，还有CO2 CO和CH4等组分，其中 以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮 肥的重要原料。因此变换气中 CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。一般采用溶液吸收法脱除CO2根据吸收剂性能的不同，可分为两大类。一类是 物理吸收法，如低温甲醇洗法 (Rectisol) ，聚乙二醇二甲醚法 (Selexol) ，碳酸 丙烯

13、酯法。一类是化学吸收法，如热钾碱法，低热耗本菲尔法，活化MDEA法，MEA法等。4 气体精制过程经CO变换和CO2脱除后的原料气中尚含有少量残余的 CO和 CO2为了防止对氨 合成催化剂的毒害，规定CO和CO2总含量不得大于10cm3/m3体积分数)。因此， 原料气在进入合成工序前，必须进行原料气的最终净化，即精制过程。目前在工业生产中， 最终净化方法分为深冷分离法和甲烷化法。 深冷分离法主要 是液氮洗法，是在深度冷冻(V-100C)条件下用液氮吸收分离少量 CO而且也能 脱除甲烷和大部分氩，这样可以获得只含有惰性气体100cm3/m3以下的氢氮混合 气，深冷净化法通常与空分以及低温甲醇洗结合

14、。 甲烷化法是在催化剂存在下使 少量CO CO2与 H2反应生成CH4和H2O的一种净化工艺，要求入口原料气中碳 的氧化物含量 (体积分数 )一般应小于 0.7%。甲烷化法可以将气体中碳的氧化物 (CO+CO2含量脱除到10cm3/m3以下，但是需要消耗有效成分 H2,并且增加了惰 性气体CH4的含量。甲烷化反应如下：CO+3HCH4+H2O =206.2kJ/mol 0298H CO2+4HCH4+2H2O =165.1kJ/mol 0298H (3) 氨合成 将纯净的氢、 氮混合气压缩到高压， 在催化剂的作用下合成氨。 氨的 合成是提供液氨产品的工序， 是整个合成氨生产过程的核心部分。 氨

15、合成反应在 较高压力和催化剂存在的条件下进行， 由于反应后气体中氨含量不高， 一般只有 10%20%，故采用未反应氢氮气循环的流程。氨合成反应式如下：N2+3HP 2NH3(g) = -92.4kJ/mol2. 合成氨的催化机理 热力学计算表明，低温、高压对合成氨反应是有利的，但无催化剂时，反应的活 化能很高，反应几乎不发生。当采用铁催化剂时，由于改变了反应历程，降低了 反应的活化能， 使反应以显著的速率进行。 目前认为， 合成氨反应的一种可能机 理，首先是氮分子在铁催化剂表面上进行化学吸附，使氮原子间的化学键减弱。 接着是化学吸附的氢原子不断地跟表面上的氮分子作用， 在催化剂表面上逐步生 成

16、一NH NH2和NH3最后氨分子在表面上脱吸而生成气态的氨。上述反应途 径可简单地表示为：xFe + N2 f FexNFexN + HO 吸FexNHFexNH + H吸FexNH2FexNH2 + H吸 FexNH3xFe+NH3在无催化剂时，氨的合成反应的活化能很高，大约 335 kJ/mol 。加入铁催化剂 后，反应以生成氮化物和氮氢化物两个阶段进行。第一阶段的反应活化能为 126 kJ/mol167 kJ/mol，第二阶段的反应活化能为13 kJ/mol。由于反应途径的改 变（生成不稳定的中间化合物），降低了反应的活化能，因而反应速率加快了。3. 催化剂的中毒 催化剂的催化能力一般称

17、为催化活性。 有人认为：由于催化剂在反应前后的化学 性质和质量不变， 一旦制成一批催化剂之后， 便可以永远使用下去。 实际上许多 催化剂在使用过程中， 其活性从小到大， 逐渐达到正常水平， 这就是催化剂的成 熟期。接着，催化剂活性在一段时间里保持稳定，然后再下降，一直到衰老而不 能再使用。 活性保持稳定的时间即为催化剂的寿命， 其长短因催化剂的制备方法 和使用条件而异。催化剂在稳定活性期间，往往因接触少量的杂质而使活性明显下降甚至被破坏， 这种现象称为催化剂的中毒。 一般认为是由于催化剂表面的活性中心被杂质占据 而引起中毒。 中毒分为暂时性中毒和永久性中毒两种。 例如， 对于合成氨反应中 的铁

18、催化剂，02 CO C02和水蒸气等都能使催化剂中毒。但利用纯净的氢、氮 混合气体通过中毒的催化剂时， 催化剂的活性又能恢复， 因此这种中毒是暂时性 中毒。相反，含P、S、As的化合物则可使铁催化剂永久性中毒。催化剂中毒后， 往往完全失去活性， 这时即使再用纯净的氢、 氮混合气体处理， 活性也很难恢复。 催化剂中毒会严重影响生产的正常进行。 工业上为了防止催化剂中毒， 要把反应 物原料加以净化，以除去毒物，这样就要增加设备，提高成本。因此，研制具有 较强抗毒能力的新型催化剂，是一个重要的课题。4. 我国合成氨工业的发展情况 解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂，解放后合成氨工业有了迅速发展。1

19、 949年全国氮肥产量仅 0.6 万吨，而 1 982年达到 1021.9 万吨，成为世界上产 量最高的国家之一。近几年来，我国引进了一批年产 30 万吨氮肥的大型化肥厂设备。我国自行设计 和建造的上海吴泾化工厂也是年产 30 万吨氮肥的大型化肥厂。这些化肥厂以天 然气、石油、炼油气等为原料，生产中能量损耗低、产量高，技术和设备都很先 进。5. 化学模拟生物固氮的研究目前，化学模拟生物固氮的重要研究课题之一，是固氮酶活性中心结构的研究。 固氮酶由铁蛋白和钼铁蛋白这两种含过渡金属的蛋白质组合而成。 铁蛋白主要起 着电子传递输送的作用， 而含二个钼原子和二三十个铁和硫原子的钼铁蛋白是络 合 N2

20、或其他反应物（底物）分子，并进行反应的活性中心所在之处。关于活性 中心的结构有多种看法， 目前尚无定论。 从各种底物结合物活化和还原加氢试验 来看，含双钼核的活性中心较为合理。我国有两个研究组于19731974 年间，不约而同地提出了含钼铁的三核、 四核活性中心模型， 能较好地解释固氮酶的一 系列性能，但其结构细节还有待根据新的实验结果精确化。国际上有关的研究成果认为，温和条件下的固氮作用一般包含以下三个环节： 络合过程。它是用某些过渡金属的有机络合物去络合N2,使它的化学键削弱； 还原过程。它是用化学还原剂或其他还原方法输送电子给被络合的N2,来拆开N2中的N-N键；加氢过程。它是提供 H+来和负价的N结合，生成NH3目前，化学模拟生物固氮工作的一个主要困难是，N2络合了但基本上没有活化，或络合活化了， 但活化得很不够。 所以，稳定的双氮基络合物一般在温和条件下 通过化学还原剂的作用只能析出 N2,从不稳定的双氮络合物还原制出的 NH3的 量相当微少。因此迫切需要从理论上深入分析，以便找出突破的途径。固氮酶的生物化学和化学模拟工作已取得一定的进展， 这必将有力地推动络合催化的研究，特别是对寻找催化效率高的合成氨催化剂，将是一个有力的促进。