二氧化碳?xì)馓岱蛩毓に噷W(xué)習(xí)筆記

1、二氧化碳?xì)馓岱蛩毓に噷W(xué)習(xí)筆記第一章 概述一、尿素的情況：尿素的化學(xué)名稱： 碳酰二胺， 分子式： CO(NH 2)2 分子量 60.056 易溶于水和液氨，熔點 132.7 是無色或白色的針狀結(jié)晶，含氮量 46.65，高溫高壓下生成縮二脲，縮三脲，三聚氰酸，三聚氰胺。生成尿素的反應(yīng)方程式：2NH3+CO2=CO(NH2)2+H2O噸耗理論值為 NH3 566kg CO2 733kg實際噸耗值為 NH3 580kg CO2 770kg二、生產(chǎn)方法：遼化： CO2 汽提全循環(huán)法錦西： NH3 汽提全循環(huán)法三、工廠情況：引進(jìn)荷蘭大陸公司日產(chǎn) 1620噸,年產(chǎn) 48 萬噸的尿素生產(chǎn)裝置， 現(xiàn)有設(shè)備 1

2、57臺,靜設(shè)備 82 臺，動設(shè)備 75臺。第二章 二氧化碳汽提法尿素工藝一、常用的儀表符號1、第一個字母一般表示參數(shù)T:溫度P:壓力 F:流量L :液面H :手動A :分析S:速度D:密度V :粘度Z:定位C:電導(dǎo)X :信號2、后面的字母A:報警C:控制I :指示R:記錄X :信號H:高限L:低限T:變送E:元件G:視鏡S:開關(guān)Q:累計Y:轉(zhuǎn)換V:閥O:節(jié)流小孔例：TRC-207:溫度記錄控制FI-303 :流量指示ZRC-201 :位置記錄控制3、工序號及設(shè)備的類型工序號:100 號:壓縮200 號:合成及汽提300:號循環(huán)400:號蒸發(fā)600 號:造粒700 號:冷凝解吸900 號:公用工

3、程設(shè)備類別:A :基礎(chǔ)類指造粒塔C:換熱設(shè)備D :反應(yīng)設(shè)備E:傳質(zhì)設(shè)備F:槽和罐J:泵和壓縮機(jī)JS:備用泵）V :機(jī)械JT:透平L :特殊設(shè)備（噴頭、噴射器）例：102JT:二氧化碳壓縮機(jī)（透平）601A :造粒塔201D :合成塔301E:精餾塔401F :蒸發(fā)分離器601L :噴頭701F:氨水槽902F:蒸汽飽和器、工藝說明:1、尿素的生成是由 CO2 和氨在一定溫度和壓力條件下反應(yīng)而得到的， 具體反應(yīng)分為兩步:第一步：CQ與氨反應(yīng)生成氨基甲酸銨（甲銨）故稱為甲銨生成 反應(yīng)：2NH（液）+CQ （氣）=NHCOONH夜）+119.2KJ/mol第二步：甲銨脫水反應(yīng)得到尿素：NH QQQN

4、H液）CQ（NH 2）（液）+H2。（液）-15.5KJ/mol2、生產(chǎn)方法：CQ汽提法（1967年荷蘭斯達(dá)米卡幫公司）反應(yīng)壓力：13.5 MP15MPa有效反應(yīng)容積：177m；3.3 （實際值）；左右（實際值）61 % 62 % （實際值）；78 % 83 % （實際值）（1）反應(yīng)溫度：181C 189C ;（3）反應(yīng)時間：45 60分鐘 （4）（5）NHa/CC2=2.89（設(shè)計值）3.0（6）H 2O/CQ=0.37（設(shè)計值）0.5（7）轉(zhuǎn)化率：58 % （設(shè)計值）（8）汽提效率：83% （設(shè)計值）3、尿液濃度變化：（1）尿素合成后的尿液：34.43 %（2）汽提后的尿液：57.89 %

5、（3）精餾后的尿液：69.313 %閃蒸后的尿液：72%（5）一段蒸發(fā)后的尿液：95%（6）二段蒸發(fā)后的尿液：99.7 %4、尿素工藝流程方框圖:三、流程分解1氨的輸送：氨和CO是尿素生產(chǎn)的兩大原料，保證供給十分重 要。原料液氨由合成車間供給壓力為 2.4MPa（表壓），溫度9C 40C, 經(jīng)過FQ-152計量進(jìn)入液氨預(yù)熱器101-C,用蒸汽冷凝液加熱到25C 40C，氨進(jìn)入高壓氨泵104-J/JS （七柱塞往復(fù)泵，由電機(jī)經(jīng)過水力 無級變速器帶動，變矩器可以改變泵的轉(zhuǎn)速，使流入反應(yīng)系統(tǒng)的氨量 可以在36%到110%之間的范圍變動），為了避免汽化飛車，液氨的 溫度比上述壓力下的沸點最少低10C，

6、然后，氨進(jìn)入加熱器102-C, 用0.07MPa蒸汽進(jìn)一步加熱到70C，送入高壓噴射泵201-L作為動 力介質(zhì)，將高壓洗滌器203-C出來的甲銨溶液增壓，一并送入高壓甲 銨冷凝器202-C,氨泵的出口壓力16MPa在FL-151流量計顯示出需要的讀數(shù)，為了防止超壓，104-J/JS入口、出口泵體都有安全閥附一：氨的壓力沸點表壓力1.5 MPa1.8 MPa2.0 MPa2.6 MPa汽化溫度40 C45 C50 C60 C附二：氨的輸送流程見圖2 CQ的壓縮：原料CQ由合成車間供給，壓力10-18KPa,溫度 40C,其組成CS98.5% （干基，黑色管線）。經(jīng)CO間冷器（105-C） 冷卻后

7、，溫度降為5-40 C,壓力為4-12KPa,經(jīng)分離器101-F分離出 水分后，進(jìn)入壓縮機(jī)缸體，為防止設(shè)備的腐蝕，在 CO進(jìn)入壓縮機(jī)之前向CO氣體中加入一定量的空氣，所需空氣量約為CO氣體量的4%( 空氣由鼓風(fēng)機(jī)(1O1-J/JS )送入，另可以使用合成車間送來的空氣， 其流量由FRC-102控制。CO壓縮機(jī)是離心式的，由蒸汽透平帶動， 轉(zhuǎn)速通過調(diào)節(jié)蒸汽輸入量來實現(xiàn)。CO壓縮共分四段十三級，前兩段同一轉(zhuǎn)軸，裝在一個水平剖分式的缸體內(nèi)，后兩段也是一根轉(zhuǎn)軸，裝 在筒形缸體內(nèi)，在這兩轉(zhuǎn)軸之間有一個增速器，其增速比為1:1.94 為防止壓縮機(jī)喘振，壓縮機(jī)組設(shè)有防喘振閥，既四回一閥，該閥將四 段出口氣體

8、通過緩沖器與一段入口氣體相連，以保證壓縮機(jī)進(jìn)氣量防止喘振，在二段出口管線上還設(shè)有放空閥HRC-112,做為壓縮機(jī)開停機(jī)和緊急處理事故時放空所用，由合成車間來的CO2流量由FI-101計量，多余的CO2氣體由合成車間的PV-41放空。附：二氧化碳壓縮流程簡圖3 合成與汽提 : 有四臺高壓設(shè)備，高壓甲銨冷凝器（ 202-C ）， 尿素合成塔 （201-D） ，汽提塔 （201-C） 及高壓洗滌器 （203-C）3.1高壓甲銨冷凝器（202-C）（高16.5m, 2520根列管）作用：將液體的氨和 CO2 大部分冷凝為甲銨液體。 （反應(yīng)率為：CG86.5 %, NH75.4 %，由 PRC-206控

9、制）從CQ壓縮機(jī)四段出來的高壓CQ氣體，14MPa先經(jīng)過汽提塔（201-C）然后同汽提氣一起進(jìn)入高壓甲銨冷凝器（202C），從高壓氨 泵來的液氨經(jīng)過氨的加熱器（102-C）加熱后送入高壓噴射泵201-L， 做為動力介質(zhì)抽吸203-C來的甲銨液，一起送入202-C。生成的甲銨 液和未冷凝的CO和NH以及隨CO氣帶來的惰氣由高壓冷凝器底部各 自的管子引出進(jìn)入尿素合成塔底部。高壓甲銨冷凝器是立式管殼式熱交換器, 為了監(jiān)控高壓甲銨冷凝 器內(nèi)的CO與氨冷凝生成甲銨情況，在液體出口管上裝有熱偶（TI02-8） 記錄其出液溫度，該點的溫度與NH/CQ、H2O/CO有關(guān)。其范圍一般 為167- 170C，該點

10、溫度偏高，一般為系統(tǒng) NH/CO2偏低或HO/CO偏 高,正常值為 3.03.3。附圖：高壓甲銨冷凝器3.2尿素合成塔（201-D） （34.5m,內(nèi)徑2.8m瑞士卡薩利U型塔板）作用：是促進(jìn)甲銨分解生成尿素（180-185 C, 13.5-14.5MPa）。從高壓冷凝器202-C出來的氣液混合物自下而上通過尿素合成 塔201-D,在合成塔停留時間內(nèi)，未反應(yīng)的CQ和NH繼續(xù)生成甲銨， 放出熱量，一部分用來保證甲銨脫水生成尿素的吸熱反應(yīng)進(jìn)行，多余的熱量用于提高合成塔的溫度，尿素生成反應(yīng)的另一個熱源是氣態(tài) NH3溶解于液相的溶解熱，合成塔內(nèi)的液面必須保持比溢流管口高一 些，以保持液封，防止氣體竄入

11、，阻礙液體下流。合成塔的容積需要保證反應(yīng)混合物有足夠的停留時間（45-60分 鐘）以達(dá)到所要求的轉(zhuǎn)化率。合成塔內(nèi)被八塊篩板（我廠現(xiàn)為10塊,99年改造）分成相鄰的小室（避免液體返混），每塊篩板的開孔數(shù)目 是不同的，由下而上逐漸減少（835436孔5mm）在合成塔的出氣管線上還設(shè)有放空閥HRC-203以便升溫及合成塔超壓時作放空、卸壓用附圖：尿素合成塔3.3高壓洗滌器（203-C）:（高10m防爆段2m中間段1.3m，預(yù)熱 段5m鼓泡段0.5m,列管526根）作用：是部分洗滌合成塔出氣中的NH和CO,然后將洗滌后的濃 甲銨液經(jīng)高壓噴射器201-L返回高壓甲銨冷凝器202-C。高壓洗滌器是直立浸沒

12、式換熱器，結(jié)構(gòu)上下共分為3個部分，即 上部是防爆空間，中部為鼓泡段，下部為浸沒冷凝段。從201-D合成塔頂部出來的合成氣，首先進(jìn)入高壓洗滌器203-C 的上部防爆空間，由此出來以后沿器外管道由洗滌器底部進(jìn)入浸沒冷 凝段，從高壓甲銨泵301-J送來的甲銨液由洗滌器頂部進(jìn)液管進(jìn)入， 然后氣液混合物經(jīng)環(huán)形分布器小孔充分混合后，進(jìn)入冷卻管中，從冷卻管上端進(jìn)入中部鼓泡段，在此，未被吸收的氣體分離出來，進(jìn)入中 心管，經(jīng)減壓閥HRG 202流出，送到中壓吸收塔 702-E進(jìn)一步吸收 NH和CO,最后惰氣由PRC-715放空，吸收NH和CO后的濃甲銨液, 一部分從溢流管進(jìn)入高壓噴射器 201-L （由于含有尿

13、素和水，將提高 甲銨液的冷凝溫度有利202-C產(chǎn)生低壓蒸汽），另一部分則沿中心循 環(huán)管返回到器底。附圖：高壓洗滌器3.4汽提塔（201-C）:（咼12m 內(nèi)徑2.49m,列管6m共2600根，液體分布器為550mm共 2597根，每根3個孔0 2.3mm）作用：是在通入CO氣的同時，加熱合成反應(yīng)液，促使合成反應(yīng)液中的甲銨分解并逐出游離 CO和NH,然后將分解后的CO和NH連同原料氣一起返回到高壓甲銨冷凝器內(nèi)。合成反應(yīng)液由ZRC-201出來進(jìn)入汽提塔內(nèi)，經(jīng)過安裝在上花板上 面的液體分布器的分配頭上的小孔進(jìn)入汽提管，并以液膜狀態(tài)沿管壁 向下流，然后在163173C下從汽提塔底部流出。CO氣從汽提塔

14、底 進(jìn)入，經(jīng)氣體分布器均勻分布到每根管中， 與液體逆流接觸產(chǎn)生汽提 作用，所需熱量由高壓蒸汽飽和器902-F來的高壓飽和蒸汽供給。汽 提后的分解氣體與CO氣一起送入高壓冷凝器。（有85%的NH和75% 的CO從反應(yīng)混合物中汽提出去，同時也有部分水蒸氣被蒸發(fā)出來）反應(yīng)物料在汽提塔內(nèi)的停留時間大約 1分鐘，在正常生產(chǎn)中必須 保持汽提塔底部有一定液位，防止高壓 CO氣體進(jìn)入低壓部分造成超 壓，但液位又不能過高，要低于汽提塔分布器上的擋液板，否則會造 成CO氣體分布不均，影響汽提效果，液位高度 1米，由LRC-203控 制。附圖：r II n ii'4、低壓系統(tǒng)從汽提塔出來的液體經(jīng)液位調(diào)節(jié)閥

15、LRC-203 減 壓到 0.150.25MPa （表壓），由于減壓，使汽提液中的一部分甲銨分解，所 需熱量由液體本身供給（絕熱閃蒸過程），使溶液的溫度由173C降 至110C左右，然后氣液混合物進(jìn)入精餾塔 301-E內(nèi)上部填料中，液 體流經(jīng)填料層后，由上部填料段出液管的器外進(jìn)入循環(huán)加熱器 301-CA/CB，在此溶液被加熱到135C，由于加熱的作用，甲銨再一 次分解，（301-CB用0.3MPa蒸汽加熱，301-CA高調(diào)水加熱），加熱 后的溶液隨后進(jìn)入精餾塔底部的分離空間， 分離出來的氣體通過精餾 塔內(nèi)兩部分之間的氣窗進(jìn)入上部填料層與頂部噴淋下來的溶液逆流 相遇，進(jìn)行充分的傳熱傳質(zhì)后， 剩余

16、氣體由塔頂與汽提液減壓閃蒸出 來的氣體一起進(jìn)入低壓甲銨冷凝器 302-C進(jìn)一步冷凝吸收，分離出來 的液體由精餾塔底部通過調(diào)節(jié)閥 LRC-302減壓到約0.045MPa進(jìn)入閃 蒸槽302-F,在閃蒸槽內(nèi)，由于減壓，使甲銨再一次分解，CO2和NH3 以及相當(dāng)數(shù)量的 H2O 閃蒸出來（絕熱閃蒸） ，分解所需熱量由溶液本 身供給，所以溶液溫度由135C降到90-95C，閃蒸后的液體流入尿 液槽305-F,閃蒸后的氣體進(jìn)入閃蒸冷凝器 701-C中冷凝吸收其中的 NH3和CO2，吸收下來的液體流到氨水槽 701-F，未被吸收下來的氣 體進(jìn)入一段蒸發(fā)冷凝器繼續(xù)冷凝吸收，閃蒸槽真空由閃蒸槽冷凝器 701-C,

17、 段蒸發(fā)冷凝器702-C以及一段蒸發(fā)噴射器701-L產(chǎn)生，另 外，在小尿液槽旁有一可以連通的大尿液槽303-F?？s二脲含量：尿液槽 0.5-0.6，一段蒸發(fā) 0.7，二段蒸發(fā) 0.9附圖:5冷凝吸收：冷凝吸收分為兩部分，一為中壓冷凝吸收；一為低壓冷凝吸收。附圖:5.1 中壓冷凝吸收來自高壓洗滌器203-C的氣體進(jìn)入中壓吸收塔702-E的底部，自 下而上與噴淋下來的吸收液逆流相遇，將氣體中的NH3和CO2冷凝吸收下來，放出的熱量將吸收液從 40C加熱到70C，未被吸收的氣 體，主要為H2、02、2、H2O等，由塔頂經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥 PRC-715放 空，壓力一般控制在0.5-0.6MPa,吸收NH3

18、和CO2以后的液體用循 環(huán)泵704-J由塔底抽出，經(jīng)循環(huán)冷卻器706-C移走熱量后分為兩路， 一路作為循環(huán)液重新進(jìn)入下段填料以提高噴淋密度， 一路經(jīng)液位調(diào)節(jié) 閥 LRC-704 送到低壓吸收器 302-E 作為其吸收液。中壓吸收塔的吸 收液由701-J供給，流量由FRC-306、FRC-705控制。老流程中中壓 吸收塔的吸收液上段填料層來自 NH3濃度較低的304-J（或702-J）,下 段填料層來自NH3濃度較高的701-J。5.2低壓冷凝吸收：（302-C高9.7m，內(nèi)有625跟列管，302-E和 301-F 高 6.4m）從精流塔301-E出來的氣體和來自解析塔701-E的出氣（正常生

19、產(chǎn)時不用），來自水解系統(tǒng)的回流液，來自低壓吸收器 302-E 循環(huán)液 共同進(jìn)入低壓甲銨冷凝器302-C.氣體中的NH3和CO2被并流的混合 物冷凝吸收， 吸收后的液體和未被吸收的氣體混合物從上部進(jìn)入位于 低壓吸收器下部的液位槽301-F中，在這里進(jìn)行氣液分離，分離后的 氣體由液位槽與吸收器之間的短管向上進(jìn)入低壓吸收器302-E，分離后的液體部分通過液位槽底部的漏斗循環(huán)回低壓甲銨冷凝器， 另一部 分由槽底比漏斗口位置低的出口管進(jìn)入高壓甲銨泵301-J,升壓后送 入高壓洗滌器203-C,進(jìn)入低壓吸收器的氣體，自下而上與頂部噴淋 下來的循環(huán)液逆流接觸，氣體中的 CO2、NH3 被冷凝吸收，冷凝吸收

20、后的液體一部分由循環(huán)泵302-J加壓經(jīng)循環(huán)冷卻器303-C冷卻后，與 來自中壓吸收塔702-E的循環(huán)吸收液混合，循環(huán)回到低壓吸收器的填 料床上，用以增加噴淋密度，增強(qiáng)冷凝吸收效果，另一部分從低壓吸 收器底部的漏斗通過液位槽中心管進(jìn)入液位槽 301-F底部漏斗中，依 靠重度差循環(huán)回到低壓甲銨冷凝器 302-C，未被吸收的氣體送到尾氣 吸收塔303-E底部，向上與頂部噴淋的循環(huán)液和來自氨水槽的吸收液（304-J輸送）逆流接觸，吸收NH3和CO2后的冷凝液由塔底經(jīng)循環(huán) 泵305-J升壓后，經(jīng)循環(huán)冷卻器304-C冷卻后分兩路，一路返回尾氣 吸收塔底部底部填料段作為吸收液，一路經(jīng)調(diào)節(jié)閥 LRC-307

21、返回氨 水槽，未被吸收下來的氣體經(jīng)塔頂放空進(jìn)入煙囪702-F。低壓冷凝器內(nèi)吸收的NH3和CO2放出的熱量由管側(cè)溫度恒定的 低壓調(diào)溫水帶走，低壓調(diào)溫水在循環(huán)泵 901-J、循環(huán)冷卻器901-C, 以及低壓甲銨冷凝器之間密閉循環(huán)。其水溫通過調(diào)節(jié)閥 TRC-304 調(diào) 節(jié)進(jìn)入冷卻器的水量和低壓調(diào)溫水流量 FI-303 進(jìn)行控制，保持穩(wěn)定 在46-50C左右，以低壓甲銨冷凝器中甲銨不結(jié)晶為原則。循環(huán)回路 中應(yīng)充滿低壓調(diào)溫水，不足部分由高位槽 901-F連續(xù)補充。6 尿液蒸發(fā)與造粒從閃蒸槽來的 72尿素溶液進(jìn)入尿液槽 305-F 中儲存，然后經(jīng)尿 液泵303-J將尿液送到一段蒸發(fā)加熱器401-C,用設(shè)在

22、管線上的調(diào)節(jié) 閥 FRC-401 自動控制尿液流量。一段蒸發(fā)加熱器是一個直立管殼式加熱器，尿液自下而上從管內(nèi)流過，在殼側(cè) 0.3MPa 蒸汽的加熱作用 下，尿液中的水份汽化，在管子的中央出現(xiàn)連續(xù)的蒸汽柱，而管子的 內(nèi)壁上形成一層尿液薄膜， 在真空的抽吸下， 氣液混合物迅速向上流 動，以極高的速度噴到蒸發(fā)器上端的分離器401-F，經(jīng)過安裝在其中的百葉窗式分離裝置進(jìn)行氣液分離，分離后的尿液（ 95）由下料管 流入二段蒸發(fā)加熱器402-C,分離后的氣體從頂部出去進(jìn)入以一段蒸 發(fā)冷凝器702-C中冷凝，冷凝后的液體流入氨水槽 701-F，未冷凝的 氣體用0.3MPa蒸汽帶動的一段蒸發(fā)噴射器701-L抽

23、出去705-L4冷凝 至放空。真空度由 PRC-701 開度控制，從一段蒸發(fā)分離器出來的尿 液，經(jīng)U型管進(jìn)入二段蒸發(fā)加熱器402-C,它也是一個直立管殼式換 熱器，殼側(cè)用0.8MPa蒸汽加熱，蒸發(fā)后的蒸汽和尿素在二段蒸發(fā)分 離器402-F中分離，分離后濃度約99.7%的尿素熔融液由分離器出來， 經(jīng)尿素熔融泵401-J送到造粒噴頭，分離出來的蒸發(fā)蒸汽先進(jìn)入升壓 器702-L，將壓力由3.4Kpa升壓到12Kpa，與噴射器的0.3MPa動力 蒸汽一起進(jìn)入二段蒸發(fā)第一冷凝器 703-C 冷卻，冷凝后的液體進(jìn)入氨 水槽，未冷凝的氣體由二段蒸發(fā)第二冷凝器 705-L3 冷卻，冷凝后的 液體進(jìn)入氨水槽，未被冷凝氣體再由二段蒸發(fā)第二噴射器 705-L2 抽 出排入大氣。一、二段蒸發(fā)出口溶液的溫度分別由各自蒸汽供應(yīng)管線上的調(diào) 節(jié)閥 TRC-403、TRC-404 控制。熔融尿液由旋轉(zhuǎn)的造粒噴頭均勻地噴 灑在造粒塔 601-A 的截面上，其流量由 LRC-401 控制熔融尿素在噴 頭旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下被灑成大小合適的小液滴， 自上而下與從塔底自然通風(fēng)進(jìn)入的空氣相遇，液滴在下降過程中被冷卻固化，落到 塔底的尿素顆粒由刮料機(jī)601-V送入下料槽和下料漏斗中，并由塔底 皮帶傳送機(jī)602-V輸送，經(jīng)603-V計量。在尿素熔融泵出口管線的LRC-401閥后有一個三通電磁閥HS-