【正文】 （ 4）二段甲銨液帶入熱量 取甲銨的比熱為 ℃ CKg/ P ??????? ? ? 6 5 ?????液 2 ??? 液氣 （ 3）惰性氣體洗滌器來的氨水帶入熱量（ t=44℃ ） 甲銨的比熱 為 （ 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 ℃ 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）?！?，尿素比熱為 出口一段甲銨液由合成系統(tǒng)物料衡算而得。 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。 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 ， 。 一段吸收塔操作條件：壓力 P=。 （ 7） CO2 損失量在系統(tǒng)中具體分配 表 CO2損失分配表 二氧化碳壓縮機損失 Kg 解吸塔廢液排出 Kg 二段蒸發(fā)冷凝液排出 Kg 造粒塔損失 Kg 成品包裝運輸損失 Kg 總計 Kg （ 8）每噸成品在制造過程中 尿素的損失量及其在系統(tǒng)中的分配 表 尿素損失分配表 解吸塔廢液中排出 二段蒸發(fā)冷凝液排出 造粒塔放空粉塵損失 成品包裝運輸損失 總計 一段分解系統(tǒng)的物料衡算 一段分解系統(tǒng)的工 藝條件 一段分解系統(tǒng)總的氨基甲酸銨分解率： 88% 一段分解系統(tǒng)總的過量氨蒸出率： 90% 一段分解系統(tǒng)預(yù)分離器的氨基甲酸銨分解率： 15% 一段分解系統(tǒng)預(yù)分離器的過量氨蒸出率： 66% 預(yù)分離器出口氣相中水分含量： % 一段分解分離器出口氣相中水分含量： 17% 一段分解加熱器操作條件：壓力 P=，溫度 T=160℃ 12 一段分解系統(tǒng)的物料計算 一段分解塔出口氣體組成 （ 1）氣體中的 CO2 = ， （ 2）氣體 中的 NH3 由過量氨蒸出： =， 由氨基甲酸銨分解而得 2=， 由一段分解塔分解出的 NH3 為 = ， 因此，氣體中總氨量為 +=， （ 3） 氣體中的 H2O[11] K m ???? 一段分解塔出口溶液組成 （ 1）溶液中的 CO2 Km ?? （ 2）溶液中的 NH3 K m ?? （ 3）溶液中的 H2O K m o 7 2 ?? （ 4）溶液中的尿素為 二段分解系統(tǒng)的物料衡算 二段分解系統(tǒng)的工藝條件 一段及二段分解系統(tǒng)總的氨基甲酸銨分解率： % 一段及二段分解系統(tǒng)總的過量氨蒸出率： % 二段分解塔出口氣內(nèi)含水： 25% 二段分解系統(tǒng)的操作壓力 P=，二段分解加熱器操作溫度 T=150℃ ， 二段分解塔操作溫度 120~150℃ ?？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?？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。 （ 2）成品規(guī)格 按國家標準規(guī)定 [11] 表 尿素成分含量 含氮量 縮二脲 水 份 其他雜質(zhì) （ 3）原料消耗額 每生產(chǎn)一噸尿素耗氨 580 Kg,耗二氧化碳 785Kg。 9 （ 5）尿素工藝流程簡圖 圖 水溶液全循環(huán)法制尿素簡圖 預(yù)分離器 一段分解塔 二段分解塔 惰洗器 蒸發(fā)系統(tǒng) 尾氣吸收塔 一吸外冷器 CO2 壓縮機 尿素合成塔 一段吸收塔 10 第 3章 物料衡算 物料衡算計算條件的確定 在進行物料衡算之前，必須確定系統(tǒng)輸入、輸出、損失等物料量及計算基準等計算條件。 （ 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。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。 預(yù)蒸餾塔排出的尿液經(jīng)減壓后至二段分解塔，與來自二段分解加熱器的氣體逆流接觸后進入加熱段被蒸汽加熱，分解尿液中殘留的過剩氨和甲銨。 來自預(yù)蒸餾塔的氣體與二甲銨液在降膜式真空預(yù)濃縮氣器的熱能回收段加熱尿液，出熱能回收的氣液混合物與預(yù)分離氣體混合后進入一段吸收外冷凝器，在軟水的循環(huán)冷卻作用下，氣體發(fā)生冷凝，出一段吸收外冷凝器的氣液混 合物進入一段吸收塔，未被吸收的氣體被來自惰性洗滌器的濃氨水與來自液氨緩沖槽的回流氨進一步吸收，一段吸收塔頂排出的氣體氨進入氨冷凝器，不凝氣體至惰性洗滌器，在惰性洗滌器內(nèi)被來自二段循環(huán)第二冷凝器的氨水吸收，尾氣經(jīng)減壓后至尾氣吸收塔。預(yù)分離器分離出的氣 8 體至一段吸收外冷凝器。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?；旌虾蟮囊喊边M入高壓液氨泵，被加壓到 ，然后去液氨預(yù)熱器加熱至 40～ 60℃ 進入尿素合成塔。由中壓循環(huán)系統(tǒng)返回的液氨，進入液氨緩沖槽的回流室。 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氣體經(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。 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+mol 實際上反應(yīng)是分兩步進行的，首先是氨與二氧化碳反應(yīng)生成氨基甲酸銨： 2NH3+CO2→NH 2COONH4+ CO2 氣提工藝還暴露出一些不足，主要是尾氣的易燃爆，設(shè)備腐蝕嚴重、操作條件苛刻、操作彈性較差 [7,8]。 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、高壓二氧化碳氣提塔、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。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)。該工藝能夠回收較高品位的甲按反應(yīng)熱，除本系統(tǒng)加熱使用外還可剩余少部分富裕低壓蒸汽供外系統(tǒng)使用。能耗 低、生產(chǎn)費用低。 二氧化碳氣提法 二氧化碳氣提法就是把合成塔排出的合成反應(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。二氧化碳氣體壓縮機由于出口壓力高達 ，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。由于氨碳摩爾比控制得較高，一般穩(wěn)定在 左右，并且未反應(yīng)生成尿素的氨和二氧化碳氣體全部要經(jīng)過低壓、中壓循環(huán)吸收系統(tǒng)回收后再返回到尿素合成塔，液氨泵和一段甲銨泵的輸送量比較多，所以該工藝中液氨泵和一段甲銨泵的臺數(shù)較多，動力消耗較多。水溶液全循環(huán)尿素工藝可靠、設(shè)備材料要求不高、投資較低。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。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。全循環(huán)法尿素生產(chǎn)主要包括四個基本過程： (1)二氧化碳的壓縮； (2)氨輸送和尿素合成； (3)循環(huán)回收； (4)尿素溶液的加工。全循環(huán)法是將未轉(zhuǎn)化成尿素的氨和二氧化碳經(jīng)減壓加熱和分離后。按氣提氣體的不同又可分為二氧化碳氣提法、氨氣提法、變換氣氣提法。 依氣提介質(zhì)的不同，分別稱為二氧化碳氣提法、氨氣提法、變換氣氣提法。在 110 套裝置中 30 套大、中型裝置采用國外工藝，總生產(chǎn)能力為 39880 噸 /天，占全國總生產(chǎn)能力 68%[3,4]。國內(nèi)尿素裝置采用的工藝技術(shù)除我國自行研發(fā)的水溶液全循環(huán)法外，世界上的主要工藝也均引進。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 %。 國外尿素技術(shù)市場簡況 目前在世界尿素工業(yè)界認為較先進的是三大尿素專利公司的技術(shù)，它們是