專利名稱：節(jié)能、節(jié)資、安全型尿素生產(chǎn)工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于用氨和二氧化碳為原料生產(chǎn)尿素的化工工藝類。
用氨和二氧化碳為原料生產(chǎn)尿素的方法很多，可劃分為水溶液全循環(huán)法和汽提法兩大類。水溶液全循環(huán)法由于工藝流程長、設(shè)備多、投資高、能耗大，已很少采用?，F(xiàn)在采用的汽提法生產(chǎn)方法很多，比如有荷蘭CTAMICARBON公司的，簡稱STAC法，日本TOYOE NGI NEERI NG公司的，簡稱TEC法。
STAC法工藝見圖2，原料CO2經(jīng)壓縮、燃燒法脫氫，送至汽提塔2，與尿素合成塔1來的合成物逆流接觸。汽提氣與液氨進入立式高壓冷凝器3冷凝，殼側(cè)副產(chǎn)0.44MPa低壓蒸汽供后續(xù)工序使用。冷凝氣、液混合物進入尿素合成塔，合成工藝條件為壓力13.5MPa、溫度183℃、進料NH3/CO2摩爾比＝2.9、H2O/CO2摩爾比＝0.41。氣提塔底出來的液體經(jīng)減壓后送至低壓分解、閃蒸、蒸發(fā)系統(tǒng)送造粒得產(chǎn)品。圖中43為高壓洗滌器。
由于該工藝汽提塔換熱管采用Cr Nl Mo25-22-2材料，要求汽提劑CO2中有較高的O2，再加上脫氫耗氧，使大量惰性氣體導入尿素合成塔，故CO2轉(zhuǎn)化率低，總轉(zhuǎn)化率＝51%，故需有帶換熱管的高壓洗滌器冷凝回收，這樣高壓設(shè)備多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、流程長、投資高、能耗大。
TEC法工藝流程見圖3，含O2的CO2送入汽提塔3底部，尿素合成塔2的溶液自塔底自流至汽提塔。汽提氣進入高壓冷凝器4，殼側(cè)副產(chǎn)0.7MPa低壓蒸汽，其滿足不了后續(xù)工序需要，需補加中壓蒸汽。尿素合成工藝條件為壓力17.2MPa、溫度190℃、進料NH3/CO2摩爾比＝4、H2O/CO2摩爾比＝0.64。合成氣經(jīng)高壓洗滌器5，與汽提塔底出口液體經(jīng)減壓送入中壓系統(tǒng)后，再送入低壓系統(tǒng)再進入后續(xù)工序。該工藝雖CO2轉(zhuǎn)化率高，總轉(zhuǎn)化率達67-68%，但因必需設(shè)置中壓分解及回收系統(tǒng)，也存在流程長、設(shè)備多、投資高的問題。
本發(fā)明的目的是根據(jù)上述工藝存在的問題，旨在設(shè)計一種能耗低、投資省、操作使用安全、對環(huán)境基本無危害的尿素生產(chǎn)工藝。
本發(fā)明的目的是以下述方式實現(xiàn)的，節(jié)能、節(jié)資、安全型尿素生產(chǎn)工藝及裝置，純度≥99.5%(重量)、壓力≥1.5MPa、溫度≥15℃的液氨經(jīng)液氨泵升壓到17.7MPa，經(jīng)氨加熱器1，由高壓噴射器2送至高壓冷凝器5，原料CO2氣體經(jīng)CO2壓縮機加壓到16MPa送入汽提塔4底部作汽提劑與尿素合成塔3來的合成物逆流接觸，使其中的甲銨分解和游離NH3逸出，汽提氣則進入高壓冷凝器5。從臥式布置的高壓冷凝器出來的氣液混合物進入尿素合成塔3進行尿素合成，尿素合成工藝操作條件是壓力15.2-16.2MPa、溫度188-192℃、進料NH3/CO2摩爾比＝3.0-3.2、H2O/CO2摩爾比＝0.40-0.50，合成液自流到汽提塔，汽提塔換熱管材質(zhì)為Cr Nl Mo25-22-2內(nèi)襯鋯薄壁。
含少量NH3和CO2的尿素合成塔出口氣體流入到布置在塔底部的高壓吸收塔6，用甲銨泵送來的甲銨液吸收洗滌，送至內(nèi)設(shè)三塊浮閥塔板的低壓分解塔7，來自汽提塔底部的尿素甲銨液先在上部空間閃蒸和分離，溶液向下流至降膜式分解加熱器8加熱分解，低壓分解塔的操作壓力為0.3-0.35MPa。
出分解加熱器8的尿液經(jīng)減壓后進入壓力為0.045MPa的第一蒸發(fā)分離器13閃蒸分離，液相流入降膜式第一蒸發(fā)器上段11和下段12，在0.045MPa壓力下分別用分解氣和解吸氣作熱源，將尿液濃縮至75-80%，經(jīng)尿液泵18送至第二蒸發(fā)器14，在0.033MPa壓力下，用0.4-0.5MPa低壓蒸汽作熱源，將尿液濃縮至95-96%，再經(jīng)第二蒸發(fā)分離器15，分離出尿液流到第三蒸發(fā)器16，在0.033MPa壓力下，用0.6-0.9MPa蒸汽作熱源，將尿液濃縮至99.7-99.8%，再經(jīng)第三蒸發(fā)分離器17，由熔融尿素泵19打至造粒塔20，造粒得產(chǎn)品。
下面參照附圖詳述本發(fā)明內(nèi)容。


圖1本發(fā)明工藝流程2STAC法工藝流程3TEC法工藝流程圖參照圖1，高壓冷凝器為臥式U型換熱管-廢鍋殼側(cè)型組合設(shè)備，管側(cè)操作壓力15.2-16.2MPa，冷凝溫度166-172℃，NH3、CO2、H2O在高壓冷凝器5內(nèi)冷凝，其冷凝程度由殼側(cè)副產(chǎn)蒸汽壓力控制，副產(chǎn)0.4-0.5MPa的低壓蒸汽供后續(xù)工序使用，作到產(chǎn)用平衡。在臥式換熱器殼側(cè)的管板與管子間的間隙處，充滿蒸汽冷凝液，使得氯離子不能在此間隙處濃縮和集聚，消除了由氯離子產(chǎn)生的腐蝕，提高了設(shè)備使用的安全性和壽命。
高壓冷凝器的氣-液相混合物從底部進入尿素合成塔3，并自下而上流動，液相中甲銨脫水生成尿素，氣相不斷冷凝，放出熱量供甲銨脫水和物料升溫用。塔內(nèi)襯Cr Nl Mo25-22-2或316L尿素級材料，中間設(shè)置有10塊帶孔塔板，使物料在塔內(nèi)只向上流動，防止返混，提高CO2轉(zhuǎn)化率，其總CO2轉(zhuǎn)化率62-64%，液相中CO2轉(zhuǎn)化率＝64-67%。尿素合成液通過內(nèi)溢流管自流到汽提塔4，氣體流入高壓吸收塔6。
汽提塔的換熱管采用耐物理腐蝕和化學腐蝕的Cr Nl Mo25-22-2內(nèi)襯薄壁、壁厚0.6-1.0mm鋯管，使用壽命長，同時由于鋯具有高溫下耐尿素甲銨液腐蝕性能，因此CO2原料氣中只需含0.1-0.25%(體積)的O2，從而大大降低了CO2中的惰性氣體量，節(jié)省了CO2壓縮能耗，優(yōu)化了尿素合成參數(shù)。生產(chǎn)每噸尿素，向汽提塔提供1.255GJ熱量。
汽提塔操作壓力15.2-16.2MPa、殼側(cè)用2.0-2.5MPa蒸汽加熱。塔底部設(shè)置一塊多孔板，增加氣液傳熱效果，降低出液溫度，減少尿素水解率和縮二脲的生成量。出塔氣相溫度188-190℃，液相160-170℃，氨汽提率76-80%。
高壓吸收塔6內(nèi)設(shè)置有三塊篩板和一根氣體通道管。帶有少量NH3和CO2的合成氣進入塔內(nèi)用甲銨泵送來的低濃度甲銨液(70-80℃)洗滌吸收，吸收量由塔內(nèi)的氣體通道管控制，而后進入低壓分解塔7。出塔氣體中O2含量小于4%，無爆炸危險。
低壓分解塔內(nèi)設(shè)置三塊浮閥塔板，來自汽提塔的尿素甲銨液首先在上部空間進行閃蒸和分離。溶液在塔板上與分解加熱器來的熱氣體進行傳質(zhì)傳熱，溶液向下流至降膜式分解加熱器8，殼側(cè)用低壓蒸汽加熱，提供甲銨分解所需熱量。
出低壓分解塔的氣體進入第一蒸發(fā)器上段11，回收部分熱量后進入低壓冷凝器9，低壓冷凝器為臥式鼓泡浸沒型，在此，NH3-CO2-H2O發(fā)生冷凝生成70-80℃甲銨液，放出熱量由殼側(cè)密閉溫水循環(huán)系統(tǒng)移走，少量未冷凝的NH3-CO2與其它惰性氣體一起進入低壓吸收塔10，用氨水和冷的蒸汽冷凝液洗滌，幾乎不含NH3的惰性氣體排入大氣，對環(huán)境幾乎無污染。放空H2-N2-O2混合氣體中O2含量也低，無爆炸危險。
第一、第二、第三蒸發(fā)分離器出口氣體均含有NH3-CO2-H2O及夾帶少量尿素，分別進入各自的真空系統(tǒng)。真空系統(tǒng)包括表面冷凝器(圖中符號O)、蒸汽噴射器(圖中符號)，用于冷凝回收NH3-CO2-尿素，形成所需要的真空度。各氣體的順序為13-41-42-39、15-40-42-39、17-34-36-37-38-39，經(jīng)冷凝回收后的氣體從表面冷凝器39放空。
各真空系統(tǒng)的工藝冷凝液均流至氨水槽22，解吸給料泵23將氨水加壓途經(jīng)解吸換熱器24后從頂部送至第一解吸塔25，解吸后含NH3-尿素溶液由水解給料泵27升壓并途經(jīng)水解換熱器28進入臥式水解器29。臥式水解器中串聯(lián)有數(shù)個水解單元，操作壓力為2.0-4.0MPa的蒸汽分布管向各水解單元提供尿素水解所需要的熱量。從水解器最后一單元出來的溶液幾乎沒有尿素存在，經(jīng)減壓后送至第二解吸塔26上部，塔底用低壓蒸汽直接加熱，從塔底出來的水中NH3和尿素含量均小于5ppm，經(jīng)解吸換熱器24回收熱量后，送往界區(qū)外作鍋爐補充水。氨水泵33將氨水送至低壓吸收塔10。
從第一解吸塔25頂部出來的解吸氣中含NH3-CO2-H2O，送至第一蒸發(fā)器下段12回收部分熱量后再導入解吸冷凝器30進行最后冷凝。解吸冷凝器為立式浸沒式冷凝器，未冷凝的微量惰性氣體在液位槽31中用蒸汽冷凝液洗滌后放空。解吸冷凝液由解吸冷凝液泵32送至第一蒸發(fā)加熱器上段11殼側(cè)。
本發(fā)明高壓圈設(shè)備布置方式為尿素合成塔位于汽提塔的頂部，高壓冷凝器殼側(cè)底標高近似于尿素合成塔筒體下封頭切線標高，高壓吸收塔布置在與各蒸發(fā)器同一樓層標高處。
本發(fā)明汽提塔采用襯鋯換熱管，使用壽命長，還可降低原料CO2中防腐用O2，能在NH3/CO2較低情況和適宜壓力、溫度下得到高的CO2轉(zhuǎn)化率，高壓冷凝器、高、低壓吸收塔設(shè)計精巧，操作安全，無爆炸危險。工藝流程中無原料CO2脫氫工序，高壓圈設(shè)備采用低框架布置，高壓吸收塔不需要密閉熱水循環(huán)系統(tǒng)，無需中壓分解-循環(huán)回收工序，因此本發(fā)明工藝流程短，能耗低，設(shè)備數(shù)量少，投資省，操作管理、維修安全方便。
權(quán)利要求
1.節(jié)能、節(jié)資、安全型尿素生產(chǎn)工藝及裝置，純度≥99.5%(重量)、壓力≥1.5MPa、溫度≥15℃的液氨經(jīng)液氨泵升壓到17.7MPa，經(jīng)氨加熱器(1)，由高壓噴射器(2)送至高壓冷凝器(5)，原料CO2氣體經(jīng)CO2壓縮機加壓到16MPa送入汽提塔(4)底部作汽提劑，與尿素合成塔(3)來的合成物逆流接觸，使其中的甲銨分解和游離NH3逸出，汽提氣則進入高壓冷凝器(5)，其特征在于從臥式布置的高壓冷凝器出來的氣液混合物進入尿素合成塔(3)進行尿素合成，尿素合成工藝操作條件是壓力15.2-16.2MPa、溫度188-192℃、進料NH3/CO2摩爾比=3.0-3.2、H2O/CO2摩爾比=0.40-0.50，合成液自流到汽提塔，汽提塔換熱管材質(zhì)為CrNiMo25-22-2內(nèi)襯鋯薄壁。含少量NH3和CO2的尿素合成塔出口氣體流入到布置在塔底部的高壓吸收塔(6)，用甲銨泵送來的甲銨液吸收洗滌，送至內(nèi)設(shè)三塊浮閥塔板的低壓分解塔(7)，來自汽提塔底部的尿素甲銨液先在上部空間閃蒸和分離，溶液向下流至降膜式分解加熱器(8)加熱分解，低壓分解塔的操作壓力為0.3-0.35MPa，出分解加熱器(8)的尿液經(jīng)減壓后進入壓力為0.045MPa的第一蒸發(fā)分離器(13)閃蒸分離，液相流入降膜式第一蒸發(fā)器上段(11)和下段(12)，在0.045MPa壓力下分別用分解氣和解吸氣作熱源，將尿液濃縮至75-80%，經(jīng)尿液泵(18)送至第二蒸發(fā)器(14)，在0.033MPa壓力下，用0.4-0.5MPa低壓蒸汽作熱源，將尿液濃縮至95-96%，再經(jīng)第二蒸發(fā)分離器(15)，分離出尿液流到第三蒸發(fā)器(16)，在0.033MPa壓力下，用0.6-0.9MPa蒸汽作熱源，將尿液濃縮至99.7-99.8%，再經(jīng)第三蒸發(fā)分離器(17)，由熔融尿素泵(19)打至造粒塔(20)，造粒得產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝及裝置，其特征在于汽提塔(4)操作壓力15.2-16.2MPa、殼側(cè)用2.0-2.5MPa蒸汽加熱，原料CO2中含O20.1-0.25%(體積)，出塔氣相溫度188-190℃，液相160-170℃，氨汽提率76-80%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝及裝置，其特征在于高壓冷凝器(5)為臥式U型熱管-廢鍋殼側(cè)型組合設(shè)備，管側(cè)操作壓力15.2-16.2MPa，冷凝溫度166-172℃，殼側(cè)副產(chǎn)0.4-0.5MPa蒸汽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝及裝置，其特征在于高壓吸收塔(6)內(nèi)設(shè)置有三塊篩板和一根氣體通道管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝及裝置，其特征在于從第一蒸發(fā)器上段(10)所出來的氣體進入低壓冷凝器，低壓冷凝器為臥式鼓泡浸沒型，殼側(cè)采用密閉溫水循環(huán)系統(tǒng)移走熱量。
全文摘要
節(jié)能、節(jié)資、安全型尿素生產(chǎn)工藝及裝置，用氨和二氧化碳為原料，采用氣提法工藝，高壓合成、冷凝、吸收，低壓分解回收，造粒等裝置生產(chǎn)尿素。氣提塔出液經(jīng)低壓分解和三段蒸發(fā)獲得溶融尿素送去造粒得產(chǎn)品。氣提塔采用襯鋯換熱管，防腐空氣用量少，CO
文檔編號C07C273/04GK1086511SQ9310966
公開日1994年5月11日 申請日期1993年8月2日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月2日
發(fā)明者程忠振, 王湘平, 劉佑義 申請人:中國五環(huán)化學工程總公司