【正文】 尿素裝置技術(shù)講座 尿素裝置技術(shù)講座 目錄： 裝置工藝流程簡(jiǎn)述（生產(chǎn)方法及工藝路線）； 裝置物料平衡圖； 裝置關(guān)鍵控制點(diǎn)及控制方法； 裝置目前存在的問(wèn)題及解決辦法； 裝置進(jìn)行過(guò)的技術(shù)改造及改造后裝置的情況； 1. 裝置工藝流程簡(jiǎn)述（生產(chǎn)方法及工藝路線）； 裝置簡(jiǎn)介 xxxx化肥廠尿素裝置是上個(gè)世紀(jì)七十年代從荷蘭STAMICARBON公司引進(jìn)的 CO2氣提法尿素生產(chǎn)工藝技術(shù)，該裝置由荷蘭大陸公司總承包，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院完成配套工程的設(shè)計(jì)，于 1976年建成投產(chǎn)，生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。 大慶石化公司化肥廠尿素裝置技術(shù)講座 尿素裝置總投資 ，總占地面積 24000m2。 尿素裝置主要由原料 NH3和 CO2的壓縮、高壓合成、低壓分解和循環(huán)吸收、解吸與水解、蒸發(fā)與造粒等部分組成。以合成氨車間輸送來(lái)的 NH3和 CO2為原料 ,反應(yīng)生成成品尿素，設(shè)計(jì)日產(chǎn)尿素 1620噸，年生產(chǎn)能力為 48萬(wàn)噸。 大慶石化公司化肥廠尿素裝置技術(shù)講座 2023年，通過(guò)引進(jìn)荷蘭 STAMICARBON公司的并聯(lián)中壓技術(shù)對(duì)尿素裝置進(jìn)行了擴(kuò)能改造，使裝置的生產(chǎn)能力由原設(shè)計(jì) 1620噸 /天提高至 2300噸 /天。本次擴(kuò)能改造除新增一套并聯(lián)中壓系統(tǒng)外，還新增了一臺(tái) CO2增壓機(jī)、一臺(tái)高壓離心氨泵、一臺(tái)高壓離心甲銨泵以及一套新蒸發(fā)系統(tǒng)，另外還對(duì)高壓洗滌器進(jìn)行了更新。改造后的裝置于 2023年 11月 4日一次投料開(kāi)車成功，生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。改造后的裝置不但產(chǎn)量有大幅度的提高，能耗物耗也有所下降。這還是國(guó)內(nèi)首家利用并聯(lián)中壓技術(shù)對(duì) CO2氣提法尿素生產(chǎn)工藝進(jìn)行改造并取得成功的裝置。 大慶石化公司化肥廠尿素裝置技術(shù)講座 工藝原理 尿素生產(chǎn)的反應(yīng)原理 尿素生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)主要分兩步，第一步是液態(tài) NH3和 CO2反應(yīng)生成氨基甲酸銨（即甲銨），分子式為 NH4COONH2，反應(yīng)式為： 2NH3(液 )+ CO2 (氣 ) ≒ NH4COONH2(液 )+ /摩爾 (11) 第二步是甲銨在液相條件下發(fā)生脫水反應(yīng)生成碳酰二胺（即尿素），分子式為 CO(NH2)2,反應(yīng)式為： NH4COONH2(液 ) ≒ CO(NH2)2+H2O(液 ) /摩爾 （ 12) 大慶石化公司化肥廠尿素裝置技術(shù)講座 式（ 11）也稱為甲銨的生成反應(yīng)，是強(qiáng)放熱、體積縮小的可逆反應(yīng)。在一定的工藝條件下，如能及時(shí)地移走反應(yīng)熱，甲銨的生成反應(yīng)可以在瞬間達(dá)到平衡。 式（ 12）也稱為尿素的生成反應(yīng)，必須在液相下才能進(jìn)行，是一個(gè)吸熱的可逆反應(yīng)。該反應(yīng)進(jìn)行得很緩慢，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到平衡。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，并不是所有的甲銨都能轉(zhuǎn)化為尿素，而是只有一部分，轉(zhuǎn)化率大約為 5559%。 大慶石化公司化肥廠尿素裝置技術(shù)講座 反應(yīng)條件的確定 （ 1）甲銨的生成反應(yīng) 甲銨的生成反應(yīng)是一個(gè)體積縮小的強(qiáng)放熱反應(yīng)。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的平衡原理，為使反應(yīng)盡快地達(dá)到平衡，必須及時(shí)地移走反應(yīng)生成的熱，并且提高反應(yīng)壓力對(duì)加快反應(yīng)速度有利。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，根據(jù)高壓甲銨泵的出口壓力確定反應(yīng)壓力為 ～ ，反應(yīng)熱是由高壓甲銨冷凝器殼側(cè)的熱水及時(shí)移走生成副產(chǎn)品低壓蒸汽。 大慶石化公司化肥廠尿素裝置技術(shù)講座 在該反應(yīng)壓力下，參考 NH3CO2二元?dú)庖浩胶鈭D，并綜合考慮副產(chǎn)蒸汽量最大及滿足合成塔的工藝要求（即保證有一部分 NH3和 CO2在合成塔內(nèi)繼續(xù)冷凝放熱供生成尿素反應(yīng)所需熱量），確定反應(yīng)溫度為 140150℃ ，投料 NH3/CO2為 。在這種條件下，實(shí)際上約有 7880%的 NH3和 CO2被冷凝成液體，冷凝后的溫度為 ℃ 。 大慶石化公司化肥廠尿素裝置技術(shù)講座 （ 2）尿素的生成反應(yīng) 尿素的生成反應(yīng)是一個(gè)必須在液相中進(jìn)行的、吸熱的可逆反應(yīng)。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的平衡原理，在反應(yīng)進(jìn)行的過(guò)程中必須持續(xù)地供給熱量，而且該反應(yīng)進(jìn)行地非常緩慢，不容易達(dá)到平衡。在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，尿素生成反應(yīng)的反應(yīng)熱是由未反應(yīng)的 NH3和 CO2在合成塔內(nèi)繼續(xù)冷凝所放出的熱量供給的，且反應(yīng)溫度越高越好。 大慶石化公司化肥廠尿素裝置技術(shù)講座 根據(jù)設(shè)備材質(zhì)的耐用溫度不超過(guò) 190℃ ，確定操作溫度為 180185℃ 。再根據(jù)尿素生成過(guò)程的平衡壓力圖，考慮到原料中 5%（ V）的空氣及惰氣，最終確定反應(yīng)壓力為 。另外，根據(jù)反應(yīng)方程式，降低系統(tǒng)中的水含量對(duì)尿素的生成有利，但水含量也不能太低，以免循環(huán)系統(tǒng)的甲銨液太濃，產(chǎn)生結(jié)晶。因此，要合理控制高壓系統(tǒng)中的水含量。 大慶石化公司化肥廠尿素裝置技術(shù)講座 工藝流程說(shuō)明 （ 1）原料液氨和二氧化碳加壓輸送系統(tǒng) 原料液氨經(jīng)高壓液氨泵加壓后，與高壓洗滌器來(lái)的濃甲銨液一同經(jīng)高壓噴射器送進(jìn)高壓甲銨冷凝器。原料二氧化碳?xì)怏w經(jīng)攙入防腐用空氣后，進(jìn)入液滴分離器分液（有冷凝液排放），之后經(jīng)壓縮進(jìn)入氣提塔底部。 大慶石化公司化肥廠尿素裝置技術(shù)講座 （ 2）合成和高壓循環(huán)系統(tǒng) 新鮮液氨和濃甲銨液、含有氨和二氧化碳的氣提氣一同送至高壓甲銨冷凝器，大部分氨和二氧化碳在其中反應(yīng)生成甲銨溶液。 甲銨溶液與未反應(yīng)的氨和二氧化碳自高壓甲銨冷凝器出來(lái)進(jìn)入尿素合成塔，繼續(xù)進(jìn)行甲銨生成反應(yīng)，同時(shí)甲銨脫水轉(zhuǎn)化為尿素。合成液分流一部分進(jìn)入中壓分解和循環(huán)系統(tǒng)，其余進(jìn)入氣提塔上部，合成氣進(jìn)入高壓洗滌器。 大慶石化公司化肥廠尿素裝置技術(shù)講座 在氣提塔，用飽和蒸汽進(jìn)行加熱氣提。合成液與塔底進(jìn)入的二氧化碳?xì)怏w逆流接觸，未轉(zhuǎn)化為尿素的甲銨分解生成氨和二氧化碳，與原料二氧化碳混合成為氣提氣，進(jìn)入高壓甲銨冷凝器。氣提液進(jìn)入低壓循環(huán)系統(tǒng)。 合成氣進(jìn)入高壓洗滌器后，用來(lái)自循環(huán)系統(tǒng)的高壓甲銨液洗滌吸收，吸收液進(jìn)入高壓噴射器，氣體送至吸收塔繼續(xù)回收氨和二氧化碳。 大慶石化公司化肥廠尿素裝置技術(shù)講座 （ 3）中壓分解與循環(huán)系統(tǒng) 合成反應(yīng)液、二氧化碳原料氣分別進(jìn)入中壓分解塔分離段和加熱段，氣提分解后的尿液進(jìn)入低壓分解、循環(huán)系統(tǒng)。分解氣進(jìn)入真空預(yù)濃縮器，用低壓甲銨液進(jìn)行冷凝吸收，部分冷凝液吸收后，再進(jìn)入中壓冷凝器，甲銨液經(jīng)中壓冷凝器分離器分離后進(jìn)入高壓甲銨泵循環(huán)返回高壓洗滌器頂部。中壓分解后的尿液進(jìn)入低壓循環(huán)系統(tǒng)。 大慶石化公司化肥廠尿素裝置技術(shù)講座 （ 4）低壓分解與循環(huán)系統(tǒng) 氣提液經(jīng)減壓進(jìn)入精餾塔，精餾氣體去低壓甲銨冷凝器，生成甲銨液送入高壓洗滌器頂部。 來(lái)自高壓洗滌器的氣體進(jìn)入中壓吸收塔，自下而上與噴淋下來(lái)的吸收液逆流接觸，使氣體中剩余的氨和二氧化碳被冷凝進(jìn)一步得到回收，尾氣經(jīng)減壓、消音后放空。來(lái)自氨水槽的吸收液分兩路進(jìn)入吸收塔上、下兩段填料層：進(jìn)入上段的為來(lái)自一段和二段蒸發(fā)的含氨較低的工藝?yán)淠?，可使氣體中的氨得以充分吸收；進(jìn)入下段的為來(lái)自閃蒸槽冷凝器的含氨較高的工藝?yán)淠海捎醚h(huán)吸收以增加噴淋密度、提高吸收效率。循環(huán)吸收后液體送至低壓洗滌器再作為吸收液。 大慶石化公司化肥廠尿素裝置技術(shù)講座 來(lái)自精餾塔的低壓水解氣、水解系統(tǒng)的回流液、低壓洗滌器的循環(huán)液一同進(jìn)入低壓甲銨冷凝器底部，氣體中的氨和二氧化碳被混合吸收液冷凝吸收，吸收后物料進(jìn)入液位槽進(jìn)行氣液分離，氣體直接進(jìn)入低壓洗滌器中，自下而上與來(lái)自中壓吸收塔來(lái)的循環(huán)吸收液逆流接觸，氣體中的氨和二氧化碳被進(jìn)一步冷凝吸收，吸收后液體升壓后送入高壓洗滌器作為吸收液。 經(jīng)低壓洗滌器后未被吸收的氣體及水解系統(tǒng)出氣一并進(jìn)入尾氣吸收塔底部，與從塔頂部進(jìn)入的氨水（來(lái)自氨水槽）在塔內(nèi)逆向接觸傳質(zhì)，吸收氣相中的氨和二氧化碳，尾氣經(jīng)排氣筒排入大氣。吸收后的稀氨水返回氨水槽。 大慶石化公司化肥廠尿素裝置技術(shù)講座 （ 5）尿液濃縮工序 精餾液經(jīng)減壓后 ,與大顆粒尿素粉塵回收形成的稀尿液一同進(jìn)入真空預(yù)濃縮器（新增，取消了原閃蒸槽），采用飽和蒸汽作熱源，將尿液濃度由 70%預(yù)濃縮至 80%，濃縮液進(jìn)入尿液儲(chǔ)槽，之后送一段蒸發(fā)器。一段蒸發(fā)器出來(lái)的濃尿液濃度達(dá)到約 96%，一部分（約占 40%）抽出直接送大顆粒尿素造粒機(jī)，其余進(jìn)入二段蒸發(fā)器經(jīng)進(jìn)一步濃縮至 %，送造粒塔。 真空預(yù)濃縮器、一段蒸發(fā)器及二段蒸發(fā)器氣液分離后，自頂部蒸發(fā)出的蒸汽經(jīng)多級(jí)冷凝，形成工藝?yán)淠海湃氚彼蹆?nèi)。不凝氣與吸收塔尾氣一并經(jīng)排氣筒排入大氣。 大慶石化公司化肥廠尿素裝置技術(shù)講座 （ 6）造粒塔造粒系統(tǒng) 二段蒸發(fā)器出來(lái)的濃尿液經(jīng)熔融泵送至旋轉(zhuǎn)的造粒噴頭，均勻地噴灑在造粒塔的截面上，液滴在下降過(guò)程中被冷卻固化，造粒塔底生成的普通顆粒尿素產(chǎn)品，由刮料機(jī)送入下料槽，經(jīng)尿素產(chǎn)品后冷器冷卻后，運(yùn)輸至成品車間。后冷器排氣進(jìn)造粒塔中部，其中尿素粉塵成為尿素造粒的晶核，提高尿素產(chǎn)品品質(zhì)，減少尿素粉塵排放。造粒過(guò)程的尿素粉塵自造粒塔頂排出。 大慶石化公司化肥廠尿素裝置技術(shù)講座 裝置物料平衡圖 大慶石化公司化肥廠尿素裝置技術(shù)講座 工藝指標(biāo) 原料指標(biāo) NH3 (液態(tài) ) 來(lái)源：合成氨裝置 壓力： （ A） 溫度： 18℃ 組成： NH3≥%(wt) 油 5ppm(wt) 水 +惰性物質(zhì) ≤%(wt) 流量： （設(shè)計(jì)） 大慶石化公司化肥廠尿素裝置技術(shù)講座 CO2(氣體 ) 來(lái)源：合成氨裝置 壓力： (絕 ) 溫度： 40℃ 組成： CO2 ： ≥%(V干基 ) H2： ≤1%(V干基 ) 惰性氣 ： ≤%(V干基 ) 總硫 ： ≤(wt) 流量： 39658Nm3/h（設(shè)計(jì)） 大慶石化公司化肥廠尿素裝置技術(shù)講座 三劑指標(biāo) 二氧化碳脫氫 TH1型催化劑 型號(hào) TH1 標(biāo)準(zhǔn) 裝置 尿素裝置 廠家 西北化工研究院 序號(hào) 分析項(xiàng)目 單位 指標(biāo) 檢驗(yàn)方法 1 外觀 灰色球狀物 企標(biāo) Q/XBA0492023 2 粒度 mm Φ（ ~） 企標(biāo) Q/XBA0492023 3 載體 球型 rAl2O3 企標(biāo) Q/XBA0492023 4 主要活性組分 %（ wt） Pt+Pd≥ 企標(biāo) Q/XBA0492023 5 堆密度 kg/l ~ 企標(biāo) Q/XBA0492023 6 徑向抗壓碎力均值 N/粒 ≥50 企標(biāo) Q/XBA0492023 7 磨耗率 % ≤ 企標(biāo) Q/XBA0492023 8 正常使用條件：常壓～15MPa；溫度： 150～ 220℃ ；空速：～ 104，當(dāng)原料氣中總硫：≤2 mg/Nm 3； CO： ≤% ； CH3OH：≤300 ppm(300 106)； CO2≥98% ；H2 ： ~ %； O2： ～ ％時(shí)，出口尾氣中殘氫量 ppm ≤50 (50 106) 企標(biāo) Q/XBA0492023 氧化鋁球 大慶石化公司化肥廠尿素裝置技術(shù)講座 規(guī)格 標(biāo)準(zhǔn) 裝置 尿素裝置 廠家 序號(hào) 分析項(xiàng)目 單位 指標(biāo) 檢驗(yàn)方法 1 Al2O