【正文】 次通過法實現(xiàn)尿素的工業(yè)化生產(chǎn)。 國外尿素技術(shù)市場簡況 目前在世界尿素工業(yè)界認(rèn)為較先進的是三大尿素專利公司的技術(shù)，它們是Snamprogetti 公司的氨自身氣提工藝、 TECMTC 公司的 ACES 工藝、 Stamicarbon 公司的氣提工藝。 依氣提介質(zhì)的不同，分別稱為二氧化碳?xì)馓岱?、氨氣提法、變換氣氣提法。水溶液全循環(huán)尿素工藝生產(chǎn)裝置的靜止高壓設(shè)備較少，只有尿素合成塔及液氨預(yù)熱器為高壓設(shè)備，其它均為中壓和低壓設(shè)備，所以該尿素工藝生產(chǎn)裝置的技術(shù)改造比較容易、方便，改造增產(chǎn)潛力較大。二氧化碳?xì)怏w壓縮機由于出口壓力高達(dá) ，比 CO2汽提法高 ，故其運行周期也相對較短、維修工作量較多、維修費用較高。并且荷蘭斯塔米卡邦公司最近幾年又對該工藝進行了大量研究工作，開發(fā)出了單套裝置年產(chǎn) 100100t/a 尿素的尿素池式冷凝器技術(shù)。 然后是液態(tài)甲銨脫水生成尿素，稱為甲銨脫水反應(yīng)： NH2COONH4→CO(NH 2)2+氣液混合物自下而上經(jīng)等溫內(nèi)件及多塊塔板，保證 25～40min的停留時間，約有 63%的 CO2 轉(zhuǎn)化為尿素。出二段循環(huán)第一冷凝器的氣體在二段循環(huán)第二冷凝器內(nèi)繼續(xù)被二段蒸發(fā)表面冷凝液吸收，生成的氨水由氨水泵送往惰性洗滌器，尾氣至尾氣吸收塔?？砂聪率接嬎?[11] 0 3 5196 0 .0 6349 8 75 8 0 ??????? ???? 式中： —尿素分子量； —縮二脲分子量； 、 —分別為尿素及縮二脲中含 NH3 量。 一段吸收系統(tǒng)的物料計算 14 惰性氣體洗滌器的物料衡算 （ 1）進口惰性氣組分 由氨冷凝器物料衡算得知： NH3 為 ， ， O2 為 ， ， N2 為 ， （ 2）出口未被吸收氣體組分 由尾氣吸收塔物料衡算得知： NH3 為 ， 為 ， ， N2 為 ， （ 3）由二段循環(huán)第二冷凝器來氨水組分 CO2 為 ， ， NH3 為 ， ， H2O 為 ， ，尿素為 ， 。℃ P ??????? ? ? 6 1 4 0251 6 01 6 6 4 5Q 2 ????? （ 3）氣相中 CO2 帶出熱量 P=， T=160℃ 時， i=， P=1atm， T=25℃ 時， i=? ? 3 ???? （ 4）氣相中 NH3 帶出熱量 P=， T=160℃ 時， i=? ? 4 ???? （ 5）氣相中 H2O 帶出熱量 P=， T=160℃ 時， i=， ? ? 9 7 0 5 ???? （ 6）氣相帶出熱量總和為 9 2 4 9 7 0 3 4 1 9 3Q 543 ?????? （ 7）熱損失 Q6= （ 8）一段分解塔熱平衡求取加入蒸汽熱負(fù)荷，設(shè)所需加熱蒸汽熱量為 Q 5 4 9 6 5 0 4 9 2 4 6 1 4 2 0 2 6 ?????? Q= 則一段分解塔所需加熱蒸汽熱量為 一段分解塔熱平衡表 18 表 一段分解塔熱平衡表 收入項目 kJ 支出項目 kJ 反應(yīng)熔融物帶入 加熱蒸汽供給 反應(yīng)熔融物帶出 氣相 CO2 氣相氨 氣相水 甲銨分解 NH4OH 分解 熱損失 總 計 總 計 一段吸收塔的熱量衡算 [12] 一段吸收塔的工藝條件 （ 1）一段分解塔分離的氣相送經(jīng)一段蒸發(fā)加熱回收熱量時氣相冷凝量約為 20%（重量）。℃ CKg/ P ??????? ? ? kJ6 3 4 725441 9 6 2 5Q 4 ????? （ 5）生成甲銨放熱 由預(yù)分離器氣體帶入的 CO2 量 ，由一段分解氣帶入的 CO2 量 ，則生成甲銨量為 ? ? 1 8 0 1 5 0 9 5 ???? （ 6）熱損失 取進入熱負(fù)荷約 %， Q6= 總的熱量收入為 Q 入 654321 Q ??????入 20 4 4 5 7 4 1 8 0 4 5 2 0 2 3 0 8 ?????? （ 7）回流氨量的求?。? P=， T=38℃ 時， i=， P=， T=50℃ 時， i=? ? 7 2 8 3G ???? 一段吸收塔平衡表 表 一段吸收塔熱量平衡表 收入項目 kJ 支出項目 kJ 預(yù)分離器氣相帶入 從一段蒸發(fā)器回的氣相帶入 從一段蒸發(fā)器回的液相帶入 從惰氣洗滌器來的氨水帶入 二段甲銨液帶入 甲銨生成熱 NH4OH 生成熱 出口氣相帶熱 出口液相帶出 熱損失 回流氨移走 總 計 總 計 21 第 5章 填料吸收塔的設(shè)計 塔徑的計算 （ 1）氣相負(fù)荷 取氣相進出口負(fù)荷平均值 hKg / 94 5 225) 98 96 6( ???? 各組分臨界壓力及臨界溫度值見表 表 各組分理解壓力及臨界溫度值 組 分 NH3 CO2 O2 N2 混合氣體 臨界溫度 cT ℃ 臨界壓力 PC Mpa 對比壓力 對比溫度 ?? ? ? 5010021273Tr ????? (51) 由氣體的通用壓縮系數(shù)圖查出 Z=[12] ? ? 75273082 R TV ?????? (52) 故氣相負(fù)荷 25=VS= =（ 2）氣相密度 s? = =3 （ 3）液相量 取進出口溶液量的平均值 hKg / 70 6 225) 07 09 3( ???? （ 4）液相密度 溶液中含氨量按進出口的平均值計 hKg / 5 2 1 625)( ????? 22 （ 5）溶液氨的濃度 % ? ， 50℃ 時 93%氨水密度為 600Kg/m3 （ 6）液相負(fù)荷 液相流量 247。 （ 2）確定參數(shù) M PaPc 9 3 6 ??? mDi 20xx? ? ? MPat 170?? ? ? 。 （ 4）叫核水壓試驗強度 [13] ? ?se eTt Dip ??? ?? ??? （ 516） 28 式中， ? ????? tM P app T ℃ ， ? ?? ? ?M P app ct 。3600=（ 7）最大允許空塔速度 [13] V VLCW ????最大 (53) 式中： L? ， V? —分別為氣體和液體密度， Kg/m3 ； C—負(fù)荷系數(shù) 為求 C 值，先求動能參數(shù) 21??????????????VLVL ?? 及分離空間 ? ?LT hH ? 式中： L—液相流量， ； V—氣相流量， ， L? —液相密度， 600Kg/m3； V? —氣相密度， HT—塔板間距， 450mm，即 hL—板上液層高度，取 70mm，即 動能參數(shù) [13] 2121??????????????????????????????VLVL ?? (54) 分離空間為 ? ? LT ???? 由史密斯關(guān)聯(lián)圖查出，此時 C=。 （ 3）各物料進出 口的溫度壓力如下： 預(yù)分離器來的分解氣體 壓力為 ，溫度為 115℃ 惰性氣體洗滌器來的氨水壓力為 ，溫度 44℃ 諤煅循環(huán)系統(tǒng)來的甲銨液壓力為 ，溫度 40℃ 一段吸收塔出口甲銨液壓力為 ，溫度 100℃ 一段吸收塔出口氣壓力為 ，溫度 50℃ 一段吸收塔的熱量計算 （ 1）預(yù)分離器氣相帶入熱量 Q1= （ 2）由一段蒸發(fā)加熱器帶入熱量（ t=120℃ ） 氣相帶入熱量 P=， T=120℃ 時 ,i=， P=1atm， T=25℃ 時， i= 19 ? ? 2CO ???? P=， T=120℃ 時， i=， P=1atm， T=25℃ 時， i=? ? kJ8 7 2 6 08 1 0 00 8 1 1 5q 3NH ???? P=， T=120℃ 時， i=， P=1atm， T=25℃ 時， i=? ? OH 2 ???? 液相帶入熱量 查得 25%氨水的比熱 進口溶液由二段甲銨液和惰性氣體洗滌器來的氨水二部分分開加入，具體數(shù)量由二段循環(huán)第一冷凝器及惰性洗氣體滌器物料而衡算得?？蓞⒖枷卤頂?shù)據(jù)： 表 氨損失分配表 高壓液 氨泵漏損 Kg 解吸塔廢液中排出 Kg 尾氣吸收塔放空損失 Kg 二段蒸發(fā)冷凝器排出 Kg 一段蒸發(fā)噴射器放空損失 Kg 造粒塔損失 Kg 成品包裝運輸損失 Kg 總計 Kg （ 6）每噸成品中 CO2 損失量： CO2 消耗定額與成品中尿素和縮二脲所含 CO2 量之差即 11 為 CO2 損失量。 （ 4）尿液加工 二段分解塔排出的尿液經(jīng)減壓后切線進入真空預(yù)濃縮蒸餾器的分離段，在 壓力下，尿液中所含殘余的 CO游離氨以及大部分水分蒸發(fā)出去，與液體經(jīng)分布器，從換熱管頂部沿管內(nèi)壁向下流動形成液膜，避免蒸發(fā)的蒸汽逸出液膜表面到管中心的空間，在真空抽吸下向上流動，液膜沿管壁流下。預(yù)分離器分離出的氣 8 體至一段吸收外冷凝器。 尿素的工藝流程 （ 1）二氧化碳壓縮 來自脫碳工段的二氧化碳?xì)怏w經(jīng)分離器分離后進入 CO2 壓縮機；經(jīng)五段壓縮至，氣體溫度約為 125℃ ，送往尿素合成塔。 CO2 氣提法也存在缺點：生產(chǎn)尿素工藝裝置的靜止高壓設(shè)備較多，有尿素合成塔、高壓二氧化碳?xì)馓崴?、高壓甲銨冷凝器、高壓洗滌器四大主要設(shè)備，它們是 CO2 氣提法尿素工藝生產(chǎn)裝置的核心，其它均為低壓設(shè)備，所以該尿素工藝生產(chǎn)裝置的技術(shù)改造比較困難，改造增產(chǎn)潛力較小。 二氧化碳?xì)馓岱? 二氧化碳?xì)馓岱ň褪前押铣伤懦龅暮铣煞磻?yīng)液，在合成壓力和較高溫度下在 “汽提塔 ”內(nèi)與氣提氣（氨、二氧化碳或惰性氣體）逆流相遇，將氨和二氧化碳從尿液中分解出來，然后將氣體導(dǎo)入一個 “高壓甲銨冷凝器 ”內(nèi)，與新鮮氨化合并冷凝為甲銨液，放出的熱量用于副產(chǎn)蒸汽。由于該工藝高壓設(shè)備較少，高壓系統(tǒng)停車保壓時間可以達(dá)到 24h，所以生產(chǎn)裝置的中小檢修一般可以在尿素合成塔允許的停車保壓時間內(nèi)完成，減少了高壓系統(tǒng)排放的次數(shù)，降低了尿素的消耗。按氣提氣體的不同又可分為二氧化碳?xì)馓岱?、氨氣提法、變換氣氣提法。其中采用三大尿素專利公司的工藝技術(shù)建造的有 348 套，總生產(chǎn)能力占世 4 界總能力的 90%，采用最多的 Stamicarbon 公司工藝，有 196 套，總生產(chǎn)能力占全世界的%；其次為 Snamprogetti 公司工藝，有 68 套，總生產(chǎn)能力占 %；再次之是 TECMTC公司的 ACES 工藝，有 84 套，總生產(chǎn)能力占 %。之后，陸續(xù)出現(xiàn)各種水溶液全循環(huán)法工藝。 其它作用 3 目前，據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界尿素作工業(yè)原料在總產(chǎn)量中占很大比重?？s二脲含量超過 1%時，不能做種肥，苗肥和葉面肥，其他施用期的尿素含量也不宜過多或過于集中。在酸性或中性溶液中尿素有水解作用，但在 60℃ 以下，尿素不發(fā)生水解作用。掌握以液氨為原料，用水溶 液全循環(huán)法合成尿素的工藝，及工藝條件的選擇，使尿素的質(zhì)量達(dá)到國家的標(biāo)準(zhǔn)，滿足工業(yè)和農(nóng)業(yè)的使用要求，實現(xiàn)純粹的無色、無味、無臭的國家優(yōu)等產(chǎn)品。 equipment selection 1 引 言 尿素的化學(xué)名稱為碳酰二胺，分子式為 CO(NH2)2，分子量為 ，含氮量為 %。本文介紹了水溶液全循環(huán)法制尿素中壓系統(tǒng)的基本概況，從尿素生產(chǎn)的熱力學(xué)參數(shù)入手，對中壓系統(tǒng)流程進行