合成氨生產(chǎn)尿素原理

1、尿素合成氨生產(chǎn)原理一、生產(chǎn)原理一、生產(chǎn)原理尿素分子式(NH2)2C0，是由液氨和二氧化碳，在尿素合成塔反應(yīng)生成銨基甲酸銨(甲銨)，其中一部分脫水生成尿素，其反應(yīng)式為：2NH3十C02＝NH2COON4NH2C00NH4＝NH2CONH2十H20根據(jù)此反應(yīng)機(jī)理，采用不同的壓力、溫度、氨碳比，形成各種生產(chǎn)工藝。二、二氧化碳汽提工藝二、二氧化碳汽提工藝二氧化碳汽提工藝特點(diǎn)是合成壓力低，氨碳比低，反應(yīng)率高而不設(shè)中壓回收系統(tǒng)，流程短。缺點(diǎn)是由于氨

2、碳比低，反應(yīng)物料為酸性介質(zhì)腐蝕性較強(qiáng)，為防腐蝕在二氧化碳?xì)庵刑砑友踺^多達(dá)到055％～07％，如操作不當(dāng)在合成塔頂排氣中會(huì)產(chǎn)生過(guò)量氧與氫的爆炸性氣體，故在高壓洗滌器設(shè)有防爆板。在改進(jìn)型二氧化碳汽提工藝中，為防止合成塔排氣形成爆炸性氣體，而采取了將二氧化碳?xì)庵袣涿摮姆椒炊趸級(jí)嚎s機(jī)出口氣體先經(jīng)過(guò)氣體加熱器將氣體加熱，進(jìn)入脫氫反應(yīng)器(裝有把催化劑)，然后再將氣體冷卻，這樣增加了三個(gè)高壓設(shè)備，增加了投資。在70年代一些二氧化碳?xì)馓崮蛩乩蠌S

3、進(jìn)行技術(shù)改造，采用加雙氧水技術(shù)進(jìn)行防腐蝕，減少了向二氧化碳?xì)庵屑友鯕饬?，使其達(dá)不到氧氫混合爆炸范圍，該項(xiàng)技術(shù)己得到推廣應(yīng)用?，F(xiàn)將典型的二氧化碳汽提尿素的生產(chǎn)流程介紹如下：1原料液氨和氣體二氧化碳的壓縮由界外供給的液氨，用高壓氨泵將壓力提高到160兆帕，經(jīng)氨加熱器進(jìn)一步加熱到70℃，送入高壓噴射器，將高壓洗滌器出來(lái)的甲銨液增壓，一并送人高壓冷凝器的頂部。由界外送來(lái)二氧化碳?xì)怏w，經(jīng)二氧化碳?jí)嚎s機(jī)壓縮至1379兆帕進(jìn)入其汽提塔底部。2合成和汽

4、提在高壓甲銨冷凝器上部送人新鮮的液氨，含有氨和二氧化碳的氣提氣以及循環(huán)返回系統(tǒng)的甲銨液也在14兆帕下送入，出口溫度為168～170℃，氨／二氧化碳為28～29。換熱器用壓力04兆帕溫度143℃的沸水冷卻，物料中的氣體被冷凝，并反應(yīng)生成甲銨，放出冷凝熱和生成熱，產(chǎn)生04兆帕的蒸汽，用于后續(xù)工序。在高壓冷凝器中，使氨與二氧化碳全部生成甲銨，大約有78％的氨和70％二氧化碳冷凝成液體，生成的甲銨液與末冷凝的氣體從底部各自的管離開(kāi)高壓甲銨冷凝器

5、，進(jìn)入合成塔底部。反應(yīng)物在合成塔內(nèi)自下而上通過(guò)，在溫度180~185℃、壓力135～140兆帕下，將甲銨轉(zhuǎn)化為尿素，二氧化碳轉(zhuǎn)化率為57％～58％，從內(nèi)部溢流管離開(kāi)送人氣提塔。在合成塔頂部出氣中除氨、二氧化碳外，還有氧、氮、氫、惰性氣體等，送人高壓洗滌器。高壓洗滌器下部是直立管殼式浸沒(méi)冷凝器，器內(nèi)充滿(mǎn)液體，氣體鼓泡向上通過(guò)，上部為鼓泡段。液體出鼓泡段，一部分從內(nèi)溢流管返回浸沒(méi)冷凝段底部，一部分外流出去進(jìn)入噴射泵的吸入口。出口甲銨液的溫度

6、保持在160℃，為了防止冷卻過(guò)度，管外用熱水冷卻，熱水在一個(gè)封閉的加壓系統(tǒng)中用循環(huán)水泵循環(huán)。從高壓洗滌器頂部出來(lái)還含氨、二氧化碳?xì)獾亩栊詺膺M(jìn)入吸收塔，被冷凝液吸收后放空。送入吸收塔的冷凝液是從氨水貯槽分別用解吸塔給料泵及升壓泵經(jīng)過(guò)頂部加料冷卻器送人吸收塔的上段填料層，用閃蒸槽冷凝液泵將閃蒸槽冷凝液送人下段填料層，在塔底所得的稀甲銨液，部分返回下段填料層循環(huán)吸收，部分送人低壓洗滌器中吸收從低壓甲銨冷凝器出來(lái)的氨和二氧化碳。最終甲銨液從低壓

7、洗滌器或吸收器液位槽底部進(jìn)入高壓甲銨泵，升壓后經(jīng)高壓洗滌器返回甲銨冷凝器。三、新一代改進(jìn)二氧化碳?xì)馓峁に嚾?、新一代改進(jìn)二氧化碳?xì)馓峁に囆乱淮倪M(jìn)二氧化碳?xì)馓峁に?，將原?lái)立式高壓冷凝器改為臥式池式冷凝器，將布置高壓設(shè)備的框架降低了。特點(diǎn)是采用池式冷凝器，將原來(lái)立式降膜式甲銨冷凝器改為臥式結(jié)構(gòu)，工藝介質(zhì)走殼側(cè)，低壓蒸汽走管側(cè)，殼側(cè)為高壓簡(jiǎn)體內(nèi)襯316L，筒體內(nèi)設(shè)U型管束，材質(zhì)為25222，U型管與管板的焊接采用內(nèi)孔焊，即管子不穿過(guò)管板，只對(duì)

8、管端頭與管板上的25222襯里相焊接，施工難度較大。管內(nèi)通入蒸汽冷凝液用泵強(qiáng)制循環(huán)，利用甲銨冷凝反應(yīng)熱副產(chǎn)低壓蒸汽。汽提氣在臥式殼側(cè)的甲銨液中鼓泡湍動(dòng)冷凝吸收，大大提高了甲銨液在甲銨冷凝器中的停留時(shí)間，大約有63％的尿素在甲銨冷凝器中生成，而可將尿素合成塔容積減少，降低合成塔的高度。由原來(lái)布置高壓設(shè)備高框架由65米降到385米，隨之工藝框架也降低了。改進(jìn)二氧化碳?xì)馓崮蛩睾铣伤捎昧诵滦透咝?，防止塔?nèi)反應(yīng)溶液的返混現(xiàn)象，合成塔容積較一

9、般的二氧化碳?xì)怏w合成塔減少20％~25％。池式冷凝器為高壓設(shè)備，材質(zhì)要求高，設(shè)備造價(jià)也高，日產(chǎn)1000噸尿素裝置，設(shè)備費(fèi)超過(guò)1000萬(wàn)人民幣，是其缺點(diǎn)。該工藝消耗指標(biāo)較先進(jìn)。四、氨汽提工藝四、氨汽提工藝工藝特點(diǎn)是：(1)氨／二氧化碳比較高，為防腐蝕在二氧化碳?xì)庵屑友趿可伲趸嫁D(zhuǎn)化率較高。(2)在高壓合成后，設(shè)有中低壓分解循環(huán)回收系統(tǒng)，操作彈性大，在50％負(fù)荷下能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。(3)氣提塔的操作溫度、壓力較高，采用欽材或襯鉻的雙金屬管材，

10、防止腐蝕。(4)尿素合成塔、甲銨冷凝器均布置在地面，沒(méi)有高框架，維修安裝均方便。(5)熱回收完善，蒸汽消耗量較少。工藝流程說(shuō)明如下。尿素合成與高壓回收來(lái)自界區(qū)外的液氨，經(jīng)氨升壓泵升壓，再經(jīng)高壓氨泵送入氨預(yù)熱器，高壓液氨用作氨基甲酸銨噴射泵的驅(qū)動(dòng)流體，使來(lái)自甲銨分離器的氨基甲酸銨溶液升至合成壓力。氨與甲銨的混合液進(jìn)入合成塔與人塔的二氧化碳進(jìn)行反應(yīng)，生成氨基甲酸銨和尿素。由界區(qū)外送來(lái)二氧化碳經(jīng)壓縮機(jī)壓縮至1569兆帕，在二氧化碳?jí)嚎s機(jī)人口前

11、加入少量空氣用以純化不銹鋼表面，防止由于反應(yīng)物所造成的腐蝕?；旌衔镌诮的な郊訜崞飨蛳铝鲃?dòng)的同時(shí)被蒸汽加熱。溶液中的二氧化碳由于氨的氣提作用而從溶液中沸騰逸出，從而使溶液中的二氧化碳含量得到降低。來(lái)自氣提塔頂部的氣體和中壓吸收塔并經(jīng)高壓碳銨泵增壓的回收液，送往高壓甲銨冷凝器，全部混合物在此冷凝并經(jīng)噴射泵返回合成塔。2中壓分解與回收從氣提塔底部出來(lái)的含有低殘留量二氧化碳的溶液減壓至1765兆帕，進(jìn)人中壓分解分離器頂部，減壓釋放出的氣體和溶液