【正文】 .......................................................... 52 其他控制方案 ............................................................................................. 52 緊急停車系統(tǒng)（ ESD） ...................................................................................... 53 危險(xiǎn)性分析與可操作性研 究（ HAZOP） ......................................................... 54 第七章 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................ 55 ~ 4 ~ 4000kt/a 尿素 項(xiàng)目 —初步設(shè)計(jì)說明書 第一章 總論 項(xiàng)目概況 本項(xiàng)目 年產(chǎn) 400 萬噸尿素 以液氨和二氧化碳為原料，采用斯塔米卡邦（ Stamicarbon） 合成 工藝路線 ， 生產(chǎn)純度為 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的尿素 。 設(shè)計(jì)依據(jù) （ 1） 《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版）》 （ 2） 化工設(shè)計(jì)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)； （ 3） 國家經(jīng)濟(jì)、建筑、環(huán)保等相關(guān)政策； （ 4） 本項(xiàng)目可行性報(bào)告?？茖W(xué)論證項(xiàng)目的技術(shù)可靠性、項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)事求是地做出研究結(jié)論。純尿素為無色、無味、無臭的針狀或棱柱狀結(jié)晶體。密度。 超過熔點(diǎn)則分解。尿素易溶于水和液氨，其溶解度隨溫度升高而增大。 但尿素不能使一般指示劑變色。隨著溫度的升高，水解速度加快，水解程度也增大。在氨水等堿性催化劑作用下能與甲醛反應(yīng)，縮聚成脲醛樹脂 [1]。 作化肥用 尿素是一種高濃度氮肥，屬中性速效肥料，也可用來生產(chǎn)多種復(fù)合肥料。我國規(guī)定肥料用尿素縮二脲含量應(yīng)小于 %。尿素是有機(jī)態(tài)氮肥，經(jīng)過土壤中的脲酶作用，水解成碳酸銨或碳酸氫銨后，才能被作物吸收利用。尿素是目前使用的含氮量最高的化肥。其分解釋放出的 CO2 也可被作物吸收，促進(jìn)植物的光合作用。 作飼料用 尿素中氮雖不是蛋白質(zhì)形態(tài)的，但和碳水化合物一起經(jīng)過胃液長(zhǎng)時(shí)間作用，可以造成蛋白質(zhì)形態(tài)氮，故可以作為反雛動(dòng)物的飼料。主要有脲醛樹脂、塑料、油漆、和膠黏劑，尿素的縮合物三聚氰胺是一種較好的涂料。此外，尿素可以用作石油精制劑、纖維軟化劑、炸藥穩(wěn)定劑等。 產(chǎn)品的數(shù)量、規(guī)格和國家標(biāo)準(zhǔn)如下： （ 1） 尿素的數(shù)量、規(guī)格和國家標(biāo)準(zhǔn) 本項(xiàng)目的產(chǎn)品為尿素，年產(chǎn)量 400 萬噸，含量 %，屬于優(yōu)等品。 表 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《尿素》（ GB 2440—— 2021） 指標(biāo)名稱 農(nóng)業(yè)用 ~ 7 ~ 4000kt/a 尿素 項(xiàng)目 —初步設(shè)計(jì)說明書 優(yōu)等品 一等品 合格品 總氮（ N）含量（以干基計(jì)） % ≤ 縮二脲含量 % ≤ 水（ H2O）分 ≤ 產(chǎn)品規(guī)模 表 產(chǎn)品規(guī)模 產(chǎn)品名稱 數(shù)量 純度 尿素 400 萬噸 /年 ≥ % 主要原料規(guī)格及消耗 本項(xiàng)目主要原料為四川瀘天化 公司的液氨和二氧化碳?xì)怏w，其年消耗量如下表所示： 表 主要物料消耗量 名稱 數(shù)量 純度 液氨 萬噸 /年 ≥ % CO2 萬噸 /年 ≥ % 第三章 工藝方案選擇 概述 本項(xiàng)目為年產(chǎn) 400 萬噸尿素生產(chǎn)項(xiàng)目， 建廠地址在 四川瀘天化股份有限公司 。此法現(xiàn)已成為世界上建廠最多、生產(chǎn)能力最大的生產(chǎn)方法。 隨著工農(nóng)業(yè)的高度發(fā)展，世界各國對(duì)尿素的需求量會(huì)逐步增大，由此帶來的能源利用與環(huán)境保護(hù)問題也相應(yīng)增加。 工藝原料資源可行性 該項(xiàng)目采用的主要原料是 氨和二氧化碳 。 1949 年全國氮肥產(chǎn)量?jī)H 萬噸，而1982 年達(dá)到 萬噸，成為世界上產(chǎn)量最高的國家之一。中國自行設(shè)計(jì)和建造的上海吳涇化工廠也是年產(chǎn) 30 萬噸氮肥的大型化肥廠。 我國合成氨生產(chǎn)主要集中在山東、山西、河南、湖北、四川、江蘇等地，其中以山東省產(chǎn)量最大， 2021 年產(chǎn)量為 663 萬 噸， 占全國總產(chǎn)量的 %左右 。 尿素 生產(chǎn)方法 簡(jiǎn)介 工業(yè)上尿素 的生產(chǎn)方法主要有三個(gè)：水溶液全循環(huán)法、二氧化碳汽提法和氨汽提法。 傳統(tǒng)水溶液全循環(huán)法 工藝 水溶液全循環(huán)工藝雖然是上世紀(jì) 60 年代的技術(shù)，國外早已淘汰，但由于我國對(duì)尿素工藝的研究和開發(fā)，均以此工藝為主，因此在工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、操作技術(shù)和生產(chǎn)管理方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。進(jìn)一步回收熱能，使汽耗降到 900 kg 的工藝也將出現(xiàn)。 ~ 9 ~ 4000kt/a 尿素 項(xiàng)目 —初步設(shè)計(jì)說明書 水溶液全循環(huán)法是將未反應(yīng)的氨和 CO2 加熱減壓蒸出后用于吸收生成甲銨或碳酸銨水溶液循環(huán)返回合成系統(tǒng) 的生成尿素方法，該法主要用于中小型尿素裝置。此外，循環(huán)甲銨液量大時(shí)可能結(jié)晶堵塞管道，操作維修麻煩。 二氧化碳汽提 工藝 在合成壓力下 ， 用 CO2氣對(duì)甲銨液進(jìn)行汽 提 ,分解的氨和 C02在合成壓力下冷凝 ， 其冷凝熱用來副產(chǎn)蒸汽供二段分解和一段蒸發(fā)作加熱蒸汽用，并作為蒸汽噴射器的動(dòng)力蒸汽以及提供系統(tǒng)保溫用 。 CO2 汽提尿素工藝高壓圈包括尿素合成塔、汽提塔、甲銨冷凝器、高壓洗滌器和 高壓噴射器； 高壓液氨作為甲銨噴射器的驅(qū)動(dòng)流體，將甲銨液增壓返回合成塔。汽提塔出口液相送入低壓分解系統(tǒng)，汽提塔出口的汽提氣和甲銨噴射器來的甲銨液一起進(jìn)入甲銨冷凝 器 ,甲銨冷凝器 由氣、液 2根管道分別將氣體、液體送入尿素合成塔 ,合成 塔中的尿液自流到汽提塔。后工序儀設(shè)置了低壓分解吸收系統(tǒng)；真空蒸發(fā)系統(tǒng)包括了 2段真空蒸發(fā)和冷凝系統(tǒng)，并設(shè)置了工藝?yán)淠禾幚砉ば?，真空蒸發(fā)后的尿液送入最終造粒工序。并且設(shè)置了處理工藝?yán)淠旱墓ば?，尿液?jīng)過真空蒸發(fā)后送入造粒工序。與此同時(shí)，在合成壓力下，采用 CO2進(jìn)行汽提和冷凝，產(chǎn)生的冷凝液用來副產(chǎn)蒸汽為低壓分解和一段蒸發(fā)做加熱用，并作為蒸汽噴射器的動(dòng)力蒸汽以及為系統(tǒng)保溫。利用出合成塔溶液 中所含過量氨，在操作壓力與合成塔相同的，并用蒸汽加熱的降膜換熱器 (氣提塔 )中，把二氧化碳?xì)馓岢鰜怼? 在氨氣提法工藝中，二氧化碳進(jìn)料量的 85％左右在高壓合成回路中循環(huán)。由于甲銨冷凝器的操作溫度很高，足以利用氣相冷凝放出的熱量來發(fā)生蒸汽，以供流程中的許多部位使用 ， 節(jié)省外來蒸汽耗量。 氣提塔和整個(gè)尿素高壓系統(tǒng)，存在有大量過量氨，使腐蝕問題減到最輕程度，鈍化用氧氣量可減到最小，使惰性氣體濃度降低，從而提高了轉(zhuǎn)化率。 高壓回路過量氨高，氣提塔又采用鈦材，氣提塔的操作溫度可以超過 200℃，從而使高壓回路中的分解率高。加上分解工段廣泛采用降膜換熱器，因而尿素溶液在裝置內(nèi)的存量減到最小，且不必排放。 工藝方法比較和確定 水溶液全循環(huán)法是我國目前大多數(shù)中小型尿素裝置生產(chǎn)采用的方法。 優(yōu)點(diǎn)：合成塔內(nèi)轉(zhuǎn)化率高，尾氣壓力、溫度比較低，爆炸危險(xiǎn)性小，工藝比較成熟，操作簡(jiǎn)單方便，機(jī)泵和非標(biāo)設(shè)備均為國產(chǎn)化。 二氧化碳?xì)馓岱ㄊ菄鴥?nèi)新建大中型裝置多采用的工藝流程。流程短，設(shè)備少，易操作，操作壓力、溫 ~ 11 ~ 4000kt/a 尿素 項(xiàng)目 —初步設(shè)計(jì)說明書 度較低，降低合成塔要求，降低了爆炸的危險(xiǎn)性 ，節(jié)省壓縮機(jī)和泵的動(dòng)力，蒸汽和冷卻水用量少。 氨氣提法設(shè)備沒有實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，裝置均為國外進(jìn)口。缺點(diǎn)：設(shè)備為平面分布，占地面積大，空間沒有得到合理利用，進(jìn)口裝置價(jià)格昂貴，不經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。 CO2汽提法工藝與氨汽提工藝相比，汽提壓力較低，汽提效率高，因此該工藝流程只需低壓分解而不需中壓分解也能滿足尿素裝置生產(chǎn)的要求。杜絕了工藝過程的燃爆危險(xiǎn)性，在高壓洗滌器后設(shè) 4105 Pa 吸收塔吸收高壓工序未凝氣，減少了尿素裝置的消耗。近年來，在我國新建的尿素裝置和大型尿素裝置的改造中，大都采用了新型的 CO2汽提法新工藝。缺點(diǎn)是由于氨碳比低，反應(yīng)物料為酸性介質(zhì)腐蝕性較強(qiáng)，為防腐蝕在二氧化碳?xì)怏w中添加氧含量為 %左右的空氣。有外界送來的 CO2 氣體，經(jīng)壓縮機(jī) C101 壓縮至 進(jìn)入汽提塔 T201 底部。 合成和汽提 在高壓甲銨冷凝器 E101 上部送入新鮮的液氨，含有氨和二氧化碳的汽提氣以及循環(huán)返回系統(tǒng)的甲銨液也在 14Mpa下送入，出口溫度為 168— 170℃，氨 /二氧化碳為 — ，水 /碳為 — 。 在高壓冷凝器 E101 中，使氨與二氧化碳全部生成甲銨，大約有 78%的氨和70%的二氧化碳冷凝成液體，生成的甲銨液與未冷凝的氣體從底部各自的管離開高壓甲銨冷凝器 E101，進(jìn)入合成塔 R101底部。 在合成 塔 R101 頂部出氣中除氨、二氧化碳外，還有氧、氮、氫、惰性氣體等，送入高壓洗滌塔 T101。液體出鼓泡段，一部分從內(nèi)溢流管返回浸沒冷凝器段底部，一部分外流出去進(jìn)入噴射泵 P102 的吸入口。從高壓洗滌塔頂 T101 出來還含有氨、二氧化碳的惰性氣體進(jìn)入吸收塔，被冷凝液吸收后放空。 因高壓甲銨冷凝器 E101 中的壓力要比高壓甲銨洗滌器 T101 高約 ，因此甲銨液必須在噴射泵中用 。從二氧化塔壓縮機(jī) C101 ~ 14 ~ 4000kt/a 尿素 項(xiàng)目 —初步設(shè)計(jì)說明書 來的二氧化碳?xì)怏w從底部進(jìn)入，將溶液中氨和二氧化碳趕出，約有 85%的氨和 75%的二氧化碳從混合物中被汽提出來，同時(shí)也有一些水蒸發(fā)出來，出口液體含氨6%— 8%。 循環(huán) 離開汽提塔 T201 的尿素減壓到 — 送入精餾塔 T202，尿液中的一部分甲銨分解，所需的熱由溶液本身供給，從而使溶液的溫度降到 105— 110℃。 而出精餾塔的氣體與解吸塔來的氣體一并進(jìn)入低壓甲銨冷凝器 E302 的底部。 低壓甲銨冷凝器頂部的氣液混合物進(jìn)入液位槽，進(jìn)行氣液分離。 從儲(chǔ)槽的 液體中分離出來的氣體隨即進(jìn)入低壓吸收塔 T301 被甲銨液洗滌，除惰性氣體外全部氣體被吸收下來，未冷凝的氣體離開吸收器頂部放空。 尿液蒸發(fā)與造粒 在蒸發(fā)系統(tǒng)中將尿素溶液中的水蒸發(fā)，濃縮成濃度為 %的尿素，蒸發(fā)采用兩段真空蒸發(fā)。離開二段蒸發(fā)器底部的尿素熔體，由熔融尿素泵 P602 送入造粒塔頂 T601 的造粒噴頭，噴淋造粒。產(chǎn)品尿素含氮≥ %（質(zhì)量），縮二脲≤ %（質(zhì)量）。從蒸發(fā)冷凝器來的含有少量尿素和氨的冷凝液流入儲(chǔ)槽，被送往解吸塔 T401 的頂部。蒸汽從塔頂 進(jìn)入，由于液體與蒸汽的逆流接觸，液體中的氨和二氧化碳越來越少，從而離開塔頂?shù)恼羝泻腥拷馕鰜淼陌焙投趸家约八魵狻＝馕撞砍鰜淼囊后w通過換熱器 E401 與入塔溶液換熱后，再通過塔底液位自動(dòng)控制減壓后送入下水道，水中含有尿素 %，氨 %，溫度約為 70℃。 合成塔（ R101） （ 1）操作條件： 反應(yīng) 溫度 185℃，操作壓力 14Mpa， CO2 轉(zhuǎn)化率 %。 （ 2）計(jì)算： 釜液： Ur=8333 60=500000 Kg 占 69% 則 m(總 )=500000/=724638 Kg CO2=724638 %=5072 Kg NH3=724638 %=12318 Kg H2O=724638 %=207246 Kg 塔頂氣去低壓甲銨冷凝器物料： CO2= 485072= Kg NH3= 1712318= Kg H2O= 18207246= Kg 表 精餾塔物料平衡表 CO2 NH3 H2O Ur 合計(jì) 輸入 來自汽提塔（ Kg） 500000 ~ 21 ~ 4000kt/a 尿素 項(xiàng)目 —初步設(shè)計(jì)說明書 輸 塔頂氣（ Kg） 出 釜液（ Kg） 5072 12318 207246 500000 724638 兩級(jí)閃蒸罐 （ 1）操作條件： 來自精餾塔釜液： 724638 Kg，其中： Ur 500000 Kg CO2 5072 Kg NH3 12318 Kg H2O 207246 Kg 閃蒸罐低流出液： Ur 73% CO2 % NH3 % H2O % （ 2）計(jì)算： 罐底流出液 : Ur=500000Kg 含量為 73% m（總） =500000/=684932 Kg CO2=684932 %= Kg NH3=684932 %= Kg H2O=684932 %=178767 Kg 罐頂氣體： CO2== Kg NH3== Kg H2O=207246178767=28479 Kg 表 兩級(jí)閃蒸罐物料平衡表 CO2 NH3 H2