2.2 尿素工艺流程及设备在线视频

各位同学好

上一个知识点

我们重点介绍了

尿素合成的基本原理

主要是由我们的氨气和二氧化碳

在气相中吸收到液相

在第一步合成形成我们的甲铵

然后再脱水生成我们的尿素

重点分析了

其整个反应的控制步骤 工艺条件

如温度 压力对反应的影响等等

那么本知识点

我们重点来介绍

汽提法来生产尿素的整个工艺流程

以及尿素最后的造粒过程

首先

我们先介绍一下

尿素生产的工艺流程

常见的尿素生产工艺

主要包括水溶液全循环法

二氧化碳气提法

氨气提法等等

这里面我们介绍

目前应用比较广泛的

二氧化碳气提

和氨气提法

尿素工艺

首先

简单说一下

全水溶液循环法

全水溶液循环法

是将未反应的氨和二氧化碳用水吸收

生成甲铵或者碳酸铵水溶液

返回合成系统的生产方法

未转化的物

需要两段分解 三段吸收的流程

该流程较长 且分解压力不高

分解器的冷凝热

除小部分能够被利用之外

其余需要冷却水移走

能耗较高

此外

循环甲铵液的量比较大

甲铵的泵容易被腐蚀

且容易发生常见的结晶堵塞现象

维修起来比较麻烦

那么

二氧化碳气提法

这种方法是目前建厂最多的

生产能力最大的尿素工艺

其主要流程有以下几个主要的特点

第一个特点

用原料二氧化碳气提

省去了中压分解回收系统

简化了流程

该法由于汽提塔操作的波动

容易造成低压分解

以及吸收负荷过大

因此限制生产能力的提高

目前

一些新的二氧化碳气提法装置中

也增加了中压分解的这样一个步骤

来解决这个上述的问题

第二个特点是

高压冷凝器冷凝温度高

热能利用性比较好

返回合成塔的水量少

有利于合成尿素的转化

高压液体可自流至合成塔

这个地方是通过压力来进行自流的

节省了我们的操作动力

第三个特点是

合成塔操作压力比较低一些

更加节省了我们的动力

但是二氧化碳气提也有它不足之处

比如说

氨碳比较低

在这种工艺条件下

会影响我们尿素的转化率

高架的设备维修起来也不太方便

这就是二氧化碳气提法流程的示意图

大家可以自己主要看一下

那么接下来我们重点介绍氨的气提法

下图是整个氨气提法的设备流程简图

主要包括以下几个工序

第一道工序

是尿素的合成和高压回收

第二工序

是尿素的提纯和中低压回收

第三个工序

是尿素的浓缩和造粒

最后一个

是水解和解析等等

那么接下来我们先看看

第一个工序

尿素合成与高压回收相关的

这种设备和流程

在尿素合成与高压回收过程中

首先是压缩与循环

我们将二氧化碳加入少量的空气后

进人我们离心式二氧化碳的压缩机

加压到我们合成要求的16MPa

之后

送入我们的尿素合成塔

液氨分两路送出

一路到中压吸收塔

另一路液氨加压到22MPa

送往我们高压液氨预热器

进行预热

用低压蒸汽冷凝液使其预热之后

作为我们甲铵喷射泵的驱动流体

利用其过量的压头

将甲铵分离器压力稍低的甲铵液

升压到尿素合成塔的压力

第二步骤

是我们的汽提塔

我们汽提塔采用的是降膜式加热器

所谓降膜式

就是

我们通常所用的

列管换热器把它立起来

那么

在要求较高的水平度的情况下

在管内形成一个比较薄的液体膜

在这过程中

可以提高我们整个的换热面积

这种设备目前在工业上

也逐渐的应用的更加广泛了

在降膜式加热器里面

需要将热量由2.4MPa饱和蒸汽供给

合成塔的反应产物

在气提管呈膜状向下流动时

被外面的蒸汽进行加热

氨自溶液中汽化

使气相中的

二氧化碳体积分数进一步降低

促使液相二氧化碳的气化

和甲铵的进一步分解

汽提塔顶部的馏出气

和来自中压吸收塔

并经过高压甲铵预热器

预热过的甲铵溶液

全部进入高压甲铵冷却器

进行冷却

下面是高压甲铵冷却器

在这里

除了少量的惰性气体外

全部混合物均被冷却

达到冷凝成液体的状态

汽液混合物在甲铵分离器中分离

甲铵由喷射泵送往我们的合成塔

从甲铵分离器出来的不凝气体

为惰性气体

以及少量的氨气和二氧化碳

把这些不凝气体减压后

送往中压分解器的底部

高压甲铵冷凝器内

高压高温的气体冷凝时

可以产生0.4MPa我们的副产蒸汽

下一步

是我们的尿素提纯

和中低压回收步骤

尿素提纯分成三个阶段

以解压的方式进行

第一个阶段

压力为1.8MPa

第二阶段

压力为0.45MPa

第三阶段

压力为0.035MPa

大家也看出

这三个阶段的压力

是逐渐降低的

那么首先介绍

1.8MPa压力的一级提纯和回收

由汽提塔底部排除的尿素溶液

约16MPa的压力

减压膨胀到1.8MPa

进入降膜分解器

在此溶液中尚未分解的甲铵进一步分解

并增加底部溶液的尿素浓度

下面是中压分解器的冷凝过程

主要在E-4设备中进行

V-2顶部排出的氨气和二氧化碳气体

温度为150℃

其大热量的的冷凝热

有较高的利用价值

送往真空浓缩器E-4的壳程

被贮槽V-6来的碳氨液吸收冷凝

冷凝热和热浓缩器E-4中的尿液

剩余未冷凝气

主要是氨气

在中压冷凝器E-10中最终进行冷凝

那么

中压冷凝液的处理是怎么办的呢

从中压冷凝器E-10来的汽液混合物

首先进入中压吸收塔C-1的下部

从溶液中分离出来的气相

进入上部的精馏段

在回流氨的作用下

气体中的残余二氧化碳被吸收

氨气被精馏提纯

回流氨是用液氨升压泵

从液氨贮槽V-5抽出

送入中压吸收塔的

塔底的甲铵液经高压甲铵泵加压

再经高压甲铵预热器E-6预热后

返回到合成部分的高压甲铵冷凝器E-5之中使用

接下来是低压分解器

离开中压分解器E-2底部的尿素溶液

被减压到0.45MPa

并进入降膜式低压分解器E-3之中

底部出液中氨的浓度约为1%到2%之间

二氧化碳的浓度约为0.3～1.1％之间

所需热量由0.45MPa的饱和蒸汽所供给

底部排出液的温度约为138℃

那么

低压分解气体回收是怎么做的呢

离开分离器V-3顶部的气体

与经解吸塔回流泵送来的解吸冷凝液汇合

首先被送往高压甲铵预热器E-6

部分地吸收和冷凝

然后进入低压甲铵冷凝器E-8

冷凝液送人碳铵液贮槽V-6

惰性气体在低压氨吸收器E-12中

被洗涤后排放

那么

在0.035MPa的第三级提纯回收过程中

由低压分解器E-3底部来的尿素溶液

减压到0.035 MPa

进入降膜式真空浓缩器

这里面我们加了真空度的

在此进一步浓缩尿液

减压释放出的闪蒸气体

在V-4中按分离液滴后

送往真空系统冷凝

溶液进入真空浓缩器E-4

残余的甲铵在此被进一步分解

底部尿液浓度由原来的70%可以上升到85%

所需要的热量

由来自中压分解器顶部的气体

与中压碳铵液泵送来的碳铵液在此汇合

进行吸收冷凝的冷凝热供给

底部尿液通过尿素溶液泵

送往一段二段蒸发系统

进一步提高尿素溶液的浓度

接下来

我们看一下水解和解析部分

来自真空系统含有氨气

约5%到10%的含量

和二氧化碳含量在3%到5%之间的水溶液

还含有一定量的尿素

尿素含量约1%左右

不仅要回收其中的氨和二氧化碳

其中的尿素也不能直接排放

需要水解成氨和二氧化碳

而进一步进行回收

这就是我们所说的水解系统的作用

用工艺冷凝液泵

经解吸塔废水换热器E-18预热后

送往解吸塔C-2

此塔的操作压力为0.45MPa

工艺冷凝液在上塔初步汽提后

用水解器给料泵

经水解器预热器E-19

被水解器出来的溶液预热后

送到水解器R-2进行水解

在水解器用2.3MPa的蒸汽

尿素全部水解成氨和二氧化碳

由水解器出来的气体减压后

进入我们的解吸塔上部

与解吸塔出气汇合

进人解吸塔顶冷凝器E-17中进行冷凝

这是我们水解系统的设备流程简图

那接下来我们介绍一下

尿素的结晶与造粒

尿素产品的生产有两种方式

可以得到我们尿素的固体

一种是结晶方法

另外一种是造粒方法

我们结晶尿素的生产工艺

要求尿素溶液

必须蒸发浓缩至80%到85%的浓度

再送入我们的结晶器内

进行冷却

冷却温度到50~65℃的时候

结晶析出我们的晶体尿素产品

对结晶而言

尿素浓度越高越好

温度越低越好

但为了避免因浓度过高

导致的溶液的粘度增高的时候

影响我们的结晶体的流动

避免晶粒过细

影响我们后续的固液分离的过滤过程

结晶温度通常控制在60～65℃

而且需要缓慢搅拌

使其晶体尽量整成大颗粒

但是60～65℃的时候

我们由于温差作用

也会导致我们单次

尿素出来的晶体的产量下降

现在大部分

我们尿素生产厂主体采用的流程

属于我们的粒状尿素

并不采用我们刚才说的结晶法

我们粒状尿素

它是不易吸湿和结块的

较结晶方法有比较好的提升

便于我们的包装 运输和储藏

使用方便

所以

目前尿素生产

一般都采用造粒塔进行造粒

得到我们粒状尿素的

尿素通过造粒的方式形成我们的产品

它有一个比较大的优势

就是造粒塔的生产能力

比结晶器生产能力要大得多

操作更加简单

生产的费用要低一些

只是

它一次性投入比较高一些

因为造粒塔的高度和直径

要远远大于我们的结晶炉

我们用造粒塔方式来进行尿素造粒的时候

要求入塔的尿素溶液的浓度

必须要大于99.5%

这个要比我们结晶的方式

浓度要求的更高一些

浓度约140℃的熔融的尿素状态

经过旋转喷头

均匀地喷入到我们的塔内

自上而下与下部向上的冷气流

换热 冷却 固化

形成我们的尿素颗粒

喷头喷出的线状流体

在冷空气和表面张力的作用下

逐渐收缩

最后在下部形成球状颗粒

直径约1～2mm

温度约60～70℃

经皮带输送至包装车间

目前我们的粒状尿素

主要分为大颗粒和小颗粒

可以通过我们

造粒塔内的工艺条件的参数设定

来改变其力度的大小

主要可以通过我们气流速度

来进行调整

影响造粒的主要因素

主要是我们气流的流量

熔融液的浓度

和我们的控制的溶液的温度

和我们的冷却的温度

还有冷却空气的温度和流量等等

这都是我们工艺参数

会直接影响我们的造粒的大小

和均匀性的一些相关的变量

好

本知识点

我们重点介绍了

氨汽提法的整个的工艺流程

同时介绍两种

尿素产品得到的结晶的方法

一种是结晶法

一种是造粒的方法

很多工业上造粒的方式

也是一个比较好的方法

因为它所得到的产品

我们可以得到比较力度均匀的

这样一个固体产品

相关知识点

请大家下来继续复习

谢谢