項(xiàng)目八未反應(yīng)物的分離與回收.ppt

1、項(xiàng)目八 未反應(yīng)物的分離與回收項(xiàng)目八 內(nèi)容提要v一、未反應(yīng)物的分離與回收基本原理一、未反應(yīng)物的分離與回收基本原理 v二、未反應(yīng)物的分離與回收工藝條件分析二、未反應(yīng)物的分離與回收工藝條件分析v三、未反應(yīng)物的分離與回收工藝流程的組織三、未反應(yīng)物的分離與回收工藝流程的組織v四、未反應(yīng)物的分離與回收操作控制要點(diǎn)四、未反應(yīng)物的分離與回收操作控制要點(diǎn)一、未反應(yīng)物的分離與回收原理一、未反應(yīng)物的分離與回收原理v分離原理：是基于甲銨的不穩(wěn)定性及分離原理：是基于甲銨的不穩(wěn)定性及nh3和和co2的易揮的易揮發(fā)性。發(fā)性。v分離過程：先將合成反應(yīng)液減壓、加熱或氣提，使甲銨分離過程：先將合成反應(yīng)液減壓、加熱或氣提，使甲銨分

2、解并氣化，過量氨氣化，尿素和水則保留在液相中，分解并氣化，過量氨氣化，尿素和水則保留在液相中，實(shí)現(xiàn)分離。實(shí)現(xiàn)分離。v對(duì)分解與回收的總要求：使未轉(zhuǎn)化物料盡可能回收并盡對(duì)分解與回收的總要求：使未轉(zhuǎn)化物料盡可能回收并盡量減少水分含量；盡可能避免有害的副反應(yīng)發(fā)生。量減少水分含量；盡可能避免有害的副反應(yīng)發(fā)生。1減壓加熱分離未轉(zhuǎn)化物減壓加熱分離未轉(zhuǎn)化物v在一定條件下，甲銨可以分解為氨和二氧化碳，其反在一定條件下，甲銨可以分解為氨和二氧化碳，其反應(yīng)式為：應(yīng)式為：vnh2coonh4（l） 2nh3（g）+co2（g） 分解反應(yīng)為可逆、體積增大的吸熱反應(yīng)，降低壓力或分解反應(yīng)為可逆、體積增大的吸熱反應(yīng)，降低壓力

3、或提高溫度有利于甲銨的分解。同時(shí)，溶液中的游離氨提高溫度有利于甲銨的分解。同時(shí)，溶液中的游離氨和二氧化碳的溶解度也隨溫度升高、壓力降低而減小，和二氧化碳的溶解度也隨溫度升高、壓力降低而減小，因此減壓加熱對(duì)氨和二氧化碳的解吸也是有利的。因此減壓加熱對(duì)氨和二氧化碳的解吸也是有利的。 v從理論上講，合成塔出口物料減壓后壓力越低、加熱溫度越高，從理論上講，合成塔出口物料減壓后壓力越低、加熱溫度越高，甲銨分解和游離氨及二氧化碳的解吸越徹底，但由于副反應(yīng)和甲銨分解和游離氨及二氧化碳的解吸越徹底，但由于副反應(yīng)和腐蝕等因素的影響，過高的分解溫度是不可行的。腐蝕等因素的影響，過高的分解溫度是不可行的。v合成反應(yīng)

4、液的分解過程為什么不能一直降壓到底？合成反應(yīng)液的分解過程為什么不能一直降壓到底？v在回收工序要回收大量低壓的在回收工序要回收大量低壓的nh3和和co2混合氣體再返回合成混合氣體再返回合成工序，必然要增大壓力，消耗更多能量；工序，必然要增大壓力，消耗更多能量；v另外還需添加大量的水才能將分解出來的低壓另外還需添加大量的水才能將分解出來的低壓nh3和和co2回收，回收，而這將導(dǎo)致合成工序水碳比過高，轉(zhuǎn)化率下降；而這將導(dǎo)致合成工序水碳比過高，轉(zhuǎn)化率下降；v在低壓下回收在低壓下回收nh3和和co2時(shí)，由于溫度低，放出的熱量利用價(jià)時(shí)，由于溫度低，放出的熱量利用價(jià)值不高。值不高。 v多段減壓加熱分解（順流

5、）、多段冷凝吸收（逆流）的辦法多段減壓加熱分解（順流）、多段冷凝吸收（逆流）的辦法 v第一步將尿素熔融物減壓到第一步將尿素熔融物減壓到1.7mpa左右，并加熱到約左右，并加熱到約160，使之第一次分解，稱為中壓分解；，使之第一次分解，稱為中壓分解；v第二步再減壓到第二步再減壓到0.3mpa，并加熱到約，并加熱到約147，使之第二，使之第二次分解，稱為低壓分解。次分解，稱為低壓分解。v中壓分解的未轉(zhuǎn)化物量約占總量的中壓分解的未轉(zhuǎn)化物量約占總量的8590，經(jīng)兩，經(jīng)兩次分解后，甲銨的總分解率可達(dá)次分解后，甲銨的總分解率可達(dá)97%以上，過量氨的蒸以上，過量氨的蒸出率達(dá)出率達(dá)98%以上。以上。v殘余部分

6、再進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)減壓蒸發(fā)，使殘余的氨和二氧殘余部分再進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)減壓蒸發(fā)，使殘余的氨和二氧化碳全部分解?；既糠纸狻?v生產(chǎn)上通常用甲銨分解率和總氨蒸出率來衡量中壓生產(chǎn)上通常用甲銨分解率和總氨蒸出率來衡量中壓分解或低壓分解的程度。已分解成氣體的二氧化碳分解或低壓分解的程度。已分解成氣體的二氧化碳的量與合成熔融液中未轉(zhuǎn)化為尿素的二氧化碳量之的量與合成熔融液中未轉(zhuǎn)化為尿素的二氧化碳量之比為甲銨分解率。比為甲銨分解率。 %100212221cococo甲銨甲銨甲銨甲銨分解率，甲銨分解率，%1co2進(jìn)分解塔熔融尿液中進(jìn)分解塔熔融尿液中co2物質(zhì)的量，物質(zhì)的量，mol；2co2出分解塔熔融尿液中出分解塔

7、熔融尿液中co2物質(zhì)的量，物質(zhì)的量，mol。%100313231nhnhnh總氨1nh3進(jìn)分解塔熔融尿液中進(jìn)分解塔熔融尿液中nh3物質(zhì)的量，物質(zhì)的量，mol；2nh3出分解塔熔融尿液中出分解塔熔融尿液中nh3物質(zhì)的量，物質(zhì)的量，mol。總氨總氨總氨蒸出率?？偘闭舫雎?。2未轉(zhuǎn)化物的回收未轉(zhuǎn)化物的回收v從分解塔或氣提塔出來的分解氣中主要含有氨、從分解塔或氣提塔出來的分解氣中主要含有氨、二氧化碳、水蒸氣和一些惰性氣體，水溶液全循二氧化碳、水蒸氣和一些惰性氣體，水溶液全循環(huán)法用水來吸收環(huán)法用水來吸收nh3和和co2，使高濃度甲銨溶液，使高濃度甲銨溶液循環(huán)返回合成塔。循環(huán)返回合成塔。v為了簡化工藝過程和

8、降低動(dòng)力消耗，分解氣的回為了簡化工藝過程和降低動(dòng)力消耗，分解氣的回收采用與分解過程相同的壓力和相應(yīng)的段數(shù)。收采用與分解過程相同的壓力和相應(yīng)的段數(shù)。v分解過程是多段順流流程，吸收過程是多段逆流分解過程是多段順流流程，吸收過程是多段逆流流程。流程。如下圖所示如下圖所示未反應(yīng)物分離回收示意圖未反應(yīng)物分離回收示意圖特點(diǎn)：降低吸收過程的濃度差推動(dòng)力，減少吸收過程不可逆性，特點(diǎn)：降低吸收過程的濃度差推動(dòng)力，減少吸收過程不可逆性，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。達(dá)到節(jié)能降耗的目的。優(yōu)點(diǎn)：返回合成塔的水量少，吸收率高，吸收設(shè)備的生產(chǎn)能力大，優(yōu)點(diǎn)：返回合成塔的水量少，吸收率高，吸收設(shè)備的生產(chǎn)能力大，水碳比小，使尿素轉(zhuǎn)化率提

9、高。水碳比小，使尿素轉(zhuǎn)化率提高。二、未反應(yīng)物的分離與回收工藝條件分析二、未反應(yīng)物的分離與回收工藝條件分析v1、溫度的選擇、溫度的選擇v中壓分解溫度的選擇中壓分解溫度的選擇v升高溫度，對(duì)甲銨的分解和過量氨及二氧化碳的解吸都是有利的。升高溫度，對(duì)甲銨的分解和過量氨及二氧化碳的解吸都是有利的。 圖圖4-10v160左右時(shí)，甲銨分解率和總氨蒸出率幾乎相等，分解反應(yīng)接近平衡。左右時(shí)，甲銨分解率和總氨蒸出率幾乎相等，分解反應(yīng)接近平衡。v溫度升高，尿素的水解和縮合反應(yīng)加劇，且氣相中的水分含量增多，使回收溫度升高，尿素的水解和縮合反應(yīng)加劇，且氣相中的水分含量增多，使回收液中的水量增多，甲銨溶液濃度下降，對(duì)系統(tǒng)

10、的水平衡不利。液中的水量增多，甲銨溶液濃度下降，對(duì)系統(tǒng)的水平衡不利。v分解溫度高，分解出來的氣體溫度就高，這對(duì)于氣體回收也是不利的。分解溫度高，分解出來的氣體溫度就高，這對(duì)于氣體回收也是不利的。v分解溫度過高，甲銨對(duì)設(shè)備的腐蝕加劇。分解溫度過高，甲銨對(duì)設(shè)備的腐蝕加劇。v分解溫度高，加熱蒸汽和回收時(shí)用的冷卻水消耗量均要增加。分解溫度高，加熱蒸汽和回收時(shí)用的冷卻水消耗量均要增加。v綜上所述，在水溶液全循環(huán)法中，中壓分解溫度一般控制在綜上所述，在水溶液全循環(huán)法中，中壓分解溫度一般控制在160左右。左右。 圖圖4-10 中壓分解溫度對(duì)甲銨分解率中壓分解溫度對(duì)甲銨分解率 圖圖4-11 低壓分解溫度對(duì)甲銨

11、分解率低壓分解溫度對(duì)甲銨分解率和總氨蒸出率的影響（和總氨蒸出率的影響（1.7mpa） 和總氨蒸出率的影響（和總氨蒸出率的影響（0.3 mpa）v低壓分解溫度的選擇低壓分解溫度的選擇v提高溫度有利于分解反應(yīng)。提高溫度有利于分解反應(yīng)。v但中壓分解后，尿素熔融液中的尿素和水分含量已大大增加，氨含量相應(yīng)減但中壓分解后，尿素熔融液中的尿素和水分含量已大大增加，氨含量相應(yīng)減少，如果分解溫度太高，則必然使尿素的水解反應(yīng)和縮合反應(yīng)加劇，因而分少，如果分解溫度太高，則必然使尿素的水解反應(yīng)和縮合反應(yīng)加劇，因而分解溫度不宜過高，生產(chǎn)上一般控制在解溫度不宜過高，生產(chǎn)上一般控制在147左右。左右。v中壓吸收溫度的選擇中

12、壓吸收溫度的選擇v采用低溫吸收是有利的。采用低溫吸收是有利的。v但溫度不能太低，否則會(huì)有甲銨結(jié)晶析出，堵塞設(shè)備和管道。因此，吸收操但溫度不能太低，否則會(huì)有甲銨結(jié)晶析出，堵塞設(shè)備和管道。因此，吸收操作溫度必須嚴(yán)格控制，使吸收塔內(nèi)各點(diǎn)溫度控制在甲銨熔點(diǎn)以上，保持塔內(nèi)作溫度必須嚴(yán)格控制，使吸收塔內(nèi)各點(diǎn)溫度控制在甲銨熔點(diǎn)以上，保持塔內(nèi)甲銨溶液始終處于不飽和狀態(tài)，以防甲銨結(jié)晶造成生產(chǎn)設(shè)備事故。實(shí)際生產(chǎn)甲銨溶液始終處于不飽和狀態(tài)，以防甲銨結(jié)晶造成生產(chǎn)設(shè)備事故。實(shí)際生產(chǎn)過程中，中壓吸收塔操作溫度控制在過程中，中壓吸收塔操作溫度控制在9095。v低壓吸收溫度的選擇低壓吸收溫度的選擇v低壓吸收系統(tǒng)主要考慮盡可能

13、降低出塔氣體中氨和二氧化碳的含量，減少損低壓吸收系統(tǒng)主要考慮盡可能降低出塔氣體中氨和二氧化碳的含量，減少損失，一般控制低壓吸收溫度為失，一般控制低壓吸收溫度為40左右。左右。2、壓力的選擇、壓力的選擇v中壓分解壓力中壓分解壓力v中壓分解中壓分解中壓吸收、氣氨冷凝有關(guān)。中壓吸收、氣氨冷凝有關(guān)。v如圖如圖4-12所示所示，甲銨分解率和總氨蒸出率均隨壓力的降低而急劇，甲銨分解率和總氨蒸出率均隨壓力的降低而急劇增大，因此降低壓力對(duì)甲銨的分解和氨與二氧化碳的解吸是有利增大，因此降低壓力對(duì)甲銨的分解和氨與二氧化碳的解吸是有利的。的。v中壓分解壓力中壓分解壓力中壓吸收有關(guān)。在工業(yè)生產(chǎn)中，若中壓分解與中壓吸收

14、有關(guān)。在工業(yè)生產(chǎn)中，若中壓分解與中壓吸收處于同一壓力，對(duì)簡化流程和方便操作控制是有利的。中壓吸收處于同一壓力，對(duì)簡化流程和方便操作控制是有利的。實(shí)際上，中壓分解壓力與中壓吸收壓力的選擇是相互矛盾的？實(shí)際上，中壓分解壓力與中壓吸收壓力的選擇是相互矛盾的？v以水溶液全循環(huán)法為例，中壓分解產(chǎn)生的氣體經(jīng)過稀甲銨溶液吸以水溶液全循環(huán)法為例，中壓分解產(chǎn)生的氣體經(jīng)過稀甲銨溶液吸收氨和二氧化碳后，須在氨冷凝器中將氣氨冷凝成液氨送合成塔收氨和二氧化碳后，須在氨冷凝器中將氣氨冷凝成液氨送合成塔循環(huán)使用。循環(huán)使用。v中壓分解的壓力中壓分解的壓力氣氨的冷凝溫度有關(guān)。要使氣氨充分冷氣氨的冷凝溫度有關(guān)。要使氣氨充分冷凝，

15、操作壓力至少要大于氨冷凝器內(nèi)液氨的飽和蒸汽壓。一凝，操作壓力至少要大于氨冷凝器內(nèi)液氨的飽和蒸汽壓。一般工業(yè)冷卻水的平均溫度取般工業(yè)冷卻水的平均溫度取30，冷凝器管內(nèi)外溫差約，冷凝器管內(nèi)外溫差約10，也即氣氨大約在，也即氣氨大約在40下冷凝，此時(shí)對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽下冷凝，此時(shí)對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓為壓為1.585mpa，故中壓分解壓力一般控制在，故中壓分解壓力一般控制在1.7mpa左右。左右。v低壓分解壓力的確定低壓分解壓力的確定v低壓分解產(chǎn)生的氣體送低壓吸收系統(tǒng)回收利用，采用稀氨水低壓分解產(chǎn)生的氣體送低壓吸收系統(tǒng)回收利用，采用稀氨水吸收生成稀甲銨溶液，因此低壓分解壓力主要決定于吸收塔吸收生成稀甲銨溶液，

16、因此低壓分解壓力主要決定于吸收塔中溶液表面的平衡壓力，并且為了克服系統(tǒng)壓降操作壓力必中溶液表面的平衡壓力，并且為了克服系統(tǒng)壓降操作壓力必須大于平衡壓力。通常稀甲銨溶液表面上的平衡壓力為須大于平衡壓力。通常稀甲銨溶液表面上的平衡壓力為0.25mpa，確定低壓分解壓力為，確定低壓分解壓力為0.3mpa左右。左右。圖圖4-12 壓力對(duì)甲銨分解率、總氨蒸出率以及氣相含水量的影響壓力對(duì)甲銨分解率、總氨蒸出率以及氣相含水量的影響3、中壓吸收液、中壓吸收液h2o/co2的確定的確定v中壓吸收液中的中壓吸收液中的h2o/co2的確定對(duì)返回合成塔的水量的確定對(duì)返回合成塔的水量平衡起重要作用，降低吸收液中的平衡起

17、重要作用，降低吸收液中的h2o/co2，對(duì)轉(zhuǎn)化，對(duì)轉(zhuǎn)化率提高是有利的。率提高是有利的。v但但h2o/co2不能無限降低，因?yàn)椴荒軣o限降低，因?yàn)閔2o/co2過低，吸收過低，吸收液熔點(diǎn)溫度過高則愈容易析出甲銨結(jié)晶，堵塞設(shè)備和液熔點(diǎn)溫度過高則愈容易析出甲銨結(jié)晶，堵塞設(shè)備和管道。管道。v此外，從平衡氣相中二氧化碳含量的關(guān)系上考慮，吸此外，從平衡氣相中二氧化碳含量的關(guān)系上考慮，吸收液收液h2o/co2也不能無限降低。生產(chǎn)上，一般選擇吸也不能無限降低。生產(chǎn)上，一般選擇吸收液中的收液中的h2o/co2為為1.8左右。左右。三、未反應(yīng)物的分離與回收工藝流程三、未反應(yīng)物的分離與回收工藝流程圖圖4-13 水溶液

18、全循環(huán)法尿素未反應(yīng)物分離與回收工藝流程水溶液全循環(huán)法尿素未反應(yīng)物分離與回收工藝流程v1-預(yù)分離器；預(yù)分離器；2-中壓分解加熱器；中壓分解加熱器；3-中壓分解分離器中壓分解分離器 ；4-精餾塔；精餾塔； 5-低壓分解加熱器；低壓分解加熱器； 6-低壓分解分離器低壓分解分離器 ；7-洗滌塔；洗滌塔；8-氨冷凝器氨冷凝器 ；9-液氨緩沖槽；液氨緩沖槽；10-惰性氣體惰性氣體洗滌塔；洗滌塔；11-氣液分離器；氣液分離器；12-第一甲銨冷凝器；第一甲銨冷凝器；13-第第一甲銨冷凝器液位槽一甲銨冷凝器液位槽 ；14-甲銨泵；甲銨泵； 15-第二甲銨冷凝第二甲銨冷凝器；器；16-第二甲銨冷凝器液位槽；第二甲銨冷凝器液位槽；17-吸收塔；吸收塔； 18-解吸解吸塔；塔；19-冷凝液槽；冷凝液槽；20-吸收塔循環(huán)泵；吸收塔循環(huán)泵；21-解吸塔循環(huán)解吸塔循環(huán)泵；泵； 22-第二甲銨冷凝器液位槽泵第二甲銨冷凝器液位槽泵v從尿素合成塔出來的尿素熔融液經(jīng)自動(dòng)減壓閥減壓至從尿素合成塔出來的尿素熔融液經(jīng)自動(dòng)減壓閥減壓至1.7mpa后，后，進(jìn)入預(yù)分離器進(jìn)入預(yù)分離器1。在預(yù)分離器內(nèi)氣氨、二氧化碳與尿液部分分離，。在預(yù)分離器內(nèi)氣