尿素生產(chǎn)原理、工藝流程及工藝指標
1. 生產(chǎn)原理
尿素是通過液氨和氣體二氧化碳的合成來完成的，在合成塔D201中，氨和二氧化碳反應(yīng)生成氨基甲酸銨，氨基甲酸銨脫水生成尿素和水，這個過程分兩步進行。
第一步：2NH3＋CO2 =NH2COONH4＋Q
第二步：NH4COONH2 =CO（NH2）2＋H2O－Q
第一步是放熱的快速反應(yīng)，第二步是微吸熱反應(yīng)，反應(yīng)速度較慢，它是合成尿素過程中的控制反應(yīng)。
工藝流程：
尿素裝置工藝主要包括：CO2壓縮和脫氫、液氨升壓、合成和氣提、循環(huán)、蒸發(fā)、解吸和水解以及大顆粒造粒等工序。
 二氧化碳壓縮和脫氫
從合成氨裝置來的CO2氣體，經(jīng)過CO2液滴分離器與來自空壓站的工藝空氣混合（空氣量為二氧化碳體積4%），進入二氧化碳壓縮機。二氧化碳出壓縮機三段進脫硫、脫氫反應(yīng)器，脫氫反應(yīng)器內(nèi)裝鉑系催化劑，操作溫度：入口≥150℃，出口≤200℃。脫氫的目的是防止高壓洗滌器可燃氣體積聚發(fā)生爆炸。在脫氫反應(yīng)器中H2被氧化為H2O，脫氫后二氧化碳含氫及其它可燃氣體小于50ppm，經(jīng)脫硫、脫氫后，進入壓縮機四段、五段壓縮，最終壓縮到14.7MPa（絕）進入汽提塔。
二氧化碳壓縮機設(shè)有中間冷凝器和分離器，二氧化碳壓縮機壓縮氣體設(shè)有三個回路，以適應(yīng)尿素生產(chǎn)負荷的變化，多余的二氧化碳由放空管放空。
   液氨升壓
液氨來自合成氨裝置氨庫，壓力為2.3 MPa(絕),溫度為20℃,進入液氨過濾器,經(jīng)過濾后進入高壓氨泵的入口,液氨流量在一定的范圍內(nèi)可以自調(diào),并設(shè)有副線以備開停車及倒泵用.主管上裝有流量計.液氨經(jīng)高壓氨泵加壓到18.34 MPa(絕)，高壓液氨泵是電動往復(fù)式柱塞泵，并帶變頻調(diào)速器，可在20—110%的范圍內(nèi)變化，在總控室有流量記錄，從這個記錄來判斷進入系統(tǒng)的氨量，以維持正常生產(chǎn)時的原料N/C（摩爾比）為2.05:1。高壓液氨送到高壓噴射器，作為噴射物料，將高壓洗滌器來的甲銨帶入高壓冷凝器，高壓液氨泵前后管線均設(shè)有安全閥，以保證裝置設(shè)備安全。
   合成和汽提
生產(chǎn)原理：合成塔、氣提塔、高壓甲銨冷凝器和高壓洗滌器四個設(shè)備組成高壓圈，這是本工藝的核心部分，這四個設(shè)備的操作條件是統(tǒng)一考慮的，以期達到尿素的最大產(chǎn)率和最大限度的熱量回收。
從高壓冷凝器底部導(dǎo)出的液體甲銨和少量的未冷凝的氨和二氧化碳，分別用兩條管線送入合成塔底，液相加氣相物料N/C（摩爾比）為2.9—3.2，溫度為165--172℃。
合成塔內(nèi)設(shè)有11塊塔板，形成類似幾個串聯(lián)的反應(yīng)器，塔板的作用是防止物料在塔內(nèi)返混。物料從塔底至塔頂，設(shè)計停留時間1小時，二氧化碳轉(zhuǎn)化率可達58%，相當(dāng)于平衡轉(zhuǎn)化率90%以上。
尿素合成反應(yīng)液從塔內(nèi)上升到正常液位，溫度上升到180--185℃，經(jīng)過溢流管從塔下出口排出，經(jīng)過合成塔出液閥（HPV2201）汽提塔上部，再經(jīng)塔內(nèi)液體分配器均勻地分配到每根氣提管中，沿管壁成液膜下降，分配器液位高低，起著自動調(diào)節(jié)各管內(nèi)流量的作用，尿液在氣提管均勻分配并在內(nèi)壁形成液膜下降，內(nèi)壁液膜是非常重要的，否則氣提管將遭到腐蝕，由塔下部導(dǎo)入的二氧化碳氣體，在管內(nèi)與合成反應(yīng)液逆流相遇，氣提管外以蒸汽加熱，合成反應(yīng)液中過剩氨及未轉(zhuǎn)化的甲銨將被氣提氣蒸出和分解，從塔頂排出，尿液及少量未分解的甲銨從塔底排出，氣提塔出液溫度控制在165--174℃之間。塔底液位控制在40--80%左右，以防止二氧化碳氣體隨著液體流至低壓分解工段造成低壓設(shè)備超壓。
從氣提塔頂排出185--189℃的氣體，與新鮮氨及高壓洗滌器來的甲銨液在14.22 MPa(絕)下混合一起進入高壓冷凝器頂部。高壓冷凝器是一個管殼式換熱器，物料走管內(nèi)，管間走水用以副產(chǎn)蒸汽，根據(jù)副產(chǎn)蒸汽壓力高低，可以調(diào)節(jié)氨和二氧化碳的冷凝程度。但要保留一部分氣體在合成塔內(nèi)冷凝以便補償在合成塔內(nèi)甲銨轉(zhuǎn)化為尿素所需熱量，而達到自熱平衡。所以把控制副產(chǎn)蒸汽壓力作為控制合成塔溫度、壓力的條件之一。
生成的甲銨，已冷凝的和未冷凝的氨和二氧化碳被導(dǎo)入到合成塔的底部，在這里，發(fā)生了甲銨轉(zhuǎn)化為尿素、氨和二氧化碳反應(yīng)生成氨基甲酸銨兩個最主要的反應(yīng)，轉(zhuǎn)化和加熱合成塔中的溶液所需的熱量由附加的氨和二氧化碳的冷凝熱來提供。
從合成塔頂排出的氣體，溫度約為180--185℃，進入高壓洗滌器，在這里將氣體中的氨和二氧化碳用加壓后的低壓吸收段的甲銨液冷凝吸收，然后經(jīng)高壓冷凝器再返回合成塔，不冷凝的惰性氣體和一定數(shù)量的氨氣，自高壓洗滌器排出高壓系統(tǒng)，進入低壓吸收塔吸收后，直接放空。
甲銨吸收冷凝的熱量被管間的調(diào)溫冷卻水帶走，調(diào)溫水從110℃升到125℃，并由高壓洗滌器循環(huán)水冷卻器調(diào)節(jié)到110--120℃，經(jīng)高壓洗滌器循環(huán)水泵循環(huán)使用。
從合成塔至高壓洗滌器的管道，除設(shè)有安全閥外，還裝有分析取樣閥，通過對氣相的分析，測得氣相中氨、二氧化碳和惰性氣體含量，從而可以判斷合成塔的操作是否正常。
2 >> 尿素合成氣體監(jiān)測工藝點及儀器選型表
序號  檢測點  被測部分 典型量程
T1 預(yù)精餾塔儲氣管 CO2/ NH3 15%,100%
T2 一起塔頂出氣管 CO2 100PPm
T3 氨冷凝器(B)出口 NH3 / CO2 80%,2%
T4 氨冷凝器(C)出口 NH3 /H2 / O2 100%,5%,5%
T5 惰洗器出口氣管 NH3 / H2 / O2 75%,10%,5%
T6 進二循一冷氣氣相出口管 NH3 / CO2 40%,20%
T7 NH3 NH3 75%,10%