《各种尿素工艺概述》PPT课件.ppt

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1、各种尿素技术概述 报告人：鄢家祥（教授级高级工程师） 1.1工艺技术选择 1.1.1国内外工艺技术概况 从尿素技术发展看，六十年代以前主要为水溶液全循环法，六十年代以后开始研究发展汽提技术，如斯塔米卡邦公司的CO2汽提法，司拉姆(SNAM)公司的氨汽提法，这两种方法均在六十年代中期工业化。七十年代汽提法尿素迅速发展，尤以CO2汽提法建厂最多。七十年代世界性能源危机后，能源费用急剧上涨，世界上一些公司致力开发新型的节能尿素技术，如八十年代初开发成功并且工业化的日本三井/东亚-东洋工程公司的节资节能先进工艺（ACES法），并在此基础上进一步改进，形成改良型的ACES工艺。同时原来采用汽提方法的公司

2、在这期间也积极进行工艺流程的完善改造，如斯塔米卡邦公司设置CO 2气脱H2，以改善装置运转的安全性；工艺尾气设置常压回收塔，减少NH3和CO2损失；工艺冷凝液处理增设尿素水解设施，减少环境污染，降低NH3和CO2消耗。九十年代该公司改进合成塔塔板结构、开发池式甲铵冷凝器，降低了蒸汽消耗，节省了投资。为便于区分，通常将过去的立式高压甲铵冷凝器型CO2汽提法称为传统型CO2汽提，将高压（池式）甲铵冷凝器（或池式反应器）型CO2汽提法称为改良型。 司拉姆公司的氨汽提法在节能及减少环境污染方面对工艺流程也进行了改造，如用中压分解气的部分冷凝热浓缩尿素溶液，用低压分解气的部分冷凝热预热高压液氨，用蒸汽冷

3、凝热预热甲铵溶液，工艺冷凝液处理设置尿素水解设施。这些设施，使近期氨汽提法能耗及对环境污染与早期流程比较有显著改善。 从目前世界上尿素发展趋势看，一方面是发展节能技术，另一方面是从节省投资费用及提高运转率方面进行研究。下面将上述尿素生产方法分别叙述如下： （A）碳铵液水溶液全循环法 该法合成塔操作压力19.6MPa，温度188，NH3/CO2分子比为4.0，CO2转化率约64%。出合成塔溶液经中、低压分解，二段蒸发造粒得尿素产品。由于中压分解压力低，分解气的热量除在一段蒸发加热器下段回收少部分冷凝热外，其余大部分热量由于冷凝温度低，只有用冷却水移走。因此该法蒸汽消耗高，每吨尿素耗蒸汽约1.7吨

4、。 该法无高压分解（汽提）回收，因此不需要特殊不锈钢，如25/22/2，R4、DP3钛材以及锆材。该法高压设备少，投资费用低，但公用工程（冷却水、电、蒸汽）总体水平消耗较高，且装置规模较小。近年来，国内的中、小尿素（水溶液全循环法）装置进行了一系列技改，从降低蒸汽消耗方面做了大量努力，例如采用予分离、予蒸馏工艺，尿素合成塔中新型高效塔盘的应用等等，取得了一定的效果，使蒸汽消耗有所下降。 （B）氨汽提法 1971年第一个工业装置投入运转，至目前为止，世界上用该法建设的约100套尿素装置，所建装置中最大生产能力为3200吨/日。 该法主要操作指标如下： 合成塔：压力15.2MPa，温度188， N

5、H3/CO2=3.5, H2O/CO2=0.67，转化率65%。 汽提塔：压力14.75MPa，温度207。 中压分解：压力1.8MPa，温度158。 低压分解：压力0.48MPa，温度138。 水解器：压力3.45MPa，温度235。 该法主要特点如下：合成回路中氨过剩量高，合成塔NH3/CO2分子比为3.33.6。增加了合成塔中CO2生成尿素的转化率，增加了合成塔停车封塔时间，减少了腐蚀及防腐空气量。合成回路设备布置在地面上。该法用甲铵喷射器循环甲铵液，合成塔及高压甲铵冷凝器布置在地面上，节省了投资，安装和维修方便。汽提塔使用钛或双金属加热管，减少了防腐空气用量，可在3040%负荷下操作。

6、热回收好。中压分解气部分冷凝热用于浓缩尿素溶液，低压分解气部分冷凝热用于预热液氨，蒸汽冷凝热用于预热甲铵液，工艺冷凝液处理后用作锅炉给水。 （C）东洋工程公司的改良ACES工艺 改进ACES工艺与传统ACES工艺不同，改进的ACES工艺将尿素合成塔布置在地面，从而减少了土建和安装投资。改进ACES工艺的高压合成圈主要由合成塔、汽提塔和甲铵冷凝器构成，由高压甲铵喷射器提供了合成系统物料循环的动力，而传统ACES工艺则是通过重力流动形成循环。 液氨通过喷射器送至合成塔，大部分CO2气进入汽提塔作为汽提介质，剩下一小部分进入合成塔提供合成塔所需热量及所需钝化空气。从甲铵冷凝器出来的甲铵液则通过喷射器

7、（以高压液氨为动力）送至合成塔。从合成塔出来的尿素溶液进入汽提塔，未反应的甲铵液则通过CO 2的汽提作用受热分解成NH3和CO2。经汽提后的尿素溶液则进入中压分解系统，而汽提塔顶部出来的气体则在甲铵冷凝器中冷凝成甲铵液并副产低压蒸汽。在甲铵冷凝器顶部设有填料段，中压吸收系统来的循环甲铵液吸收出甲铵冷凝液浸没式吸收段来的气体。其顶部出来的惰气则进入中压吸收系统。 甲铵冷凝器为立式浸没式，其具有以下特点： 1）气速高，汽液接触好，有利于传质和传热。 2）设置适当的折流板以保证汽泡的分布，压降低。 3）采用立式布置以节省空间。 改进的ACES工艺所采用的N/C（NH3/CO2）进行了优化，甲铵冷凝器

8、和合成塔采用不同的N/C，甲铵冷凝器中N/C经优化，可降低压力；合成塔中N/C较高，可提高CO2转化率，减少汽提塔负荷。合成系统中，甲铵冷凝器N/C范围在2.8-3.3之间，合成塔的N/C在3.7-3.8。 在合成系统未反应的物料则在回收系统吸收/冷凝后返回合成系统，可回收其热量以降低能耗、节省蒸汽。 改进的ACES工具有以下优点：l 高压圈的布置高度与传统工艺相比降低，可使高压管线和材 料减少；设备、管路的安装更容易；操作维修更方便。l 高压甲铵冷凝器中完成甲铵冷凝、热量回收、尿素合成及惰气洗 涤等多种功能，使高压圈设备减少，热量回收的换热面积减少，同时也减少了高压管线及材料。l 合成系统的

9、操作条件温和，减少高压设备的腐蚀，安全性更好。 但采用该工艺的投产的装置比较少，现仅有四川化工总厂的二化尿素装置改造采用了此技术，并已投入运行。 （D）司塔米卡帮公司的CO2汽提法(传统和改良型工艺) 1967年第一个工业装置投入运转，至目前为止，世界上用该法建设的CO2汽提装置约100多个，是目前世界上建厂数最多的生产方法。所建装置中最大生产能力为3250吨/日。 该法主要操作指标如下： 合成塔： 压力14.0MPa，温度183，NH3/CO2=2.95, H2O/CO2=0.39，转化率59%。 汽提塔： 压力14.0MPa，温度173。 低压分解：压力0.3MPa，温度135。 水解器：

10、 压力1.73MPa，温度200。 该法主要特点如下：合成回路中氨过剩量低，合成塔NH3/CO2分子比为2.953.1， 降 低了合成塔操作压力。用CO2气作汽提剂，汽提效率高。汽提后溶液只需一次减压至低压分解系统，因此工艺流程简短。原料CO2气脱H2，安全性好。动力消耗低。合成系统压力低，减少了原料CO2气及氨输送需要的功；由于汽提效率高，低压系统返回合成回路的循环甲铵液量少，减少了循环甲铵液的输送功。 近年来斯塔米卡帮公司推出了池式冷凝器（池式反应器）的改良型CO2汽提工艺，并在多套大型尿素装置中投入商业运行且获得成功，运行稳定。该工艺的主要特点有以下几点： a、设有脱氢装置，采用催化燃烧

11、法将CO2中的氢气除去，工艺放空尾 气无爆炸性。 b、采用了池式冷凝器，使60%的合成反应在此进行，同时使用甲铵喷射器，使整个框架高度降低，合成塔容积减少。 c、尿素合成塔采用了高效塔板，进一步减少了返混，可使合成塔容积减少2025%。 d、 汽提塔由于操作压力低和温度低，可使用25-22-2不锈钢作管材。 E、 装置的最低负荷为60%，可满足通常负荷所要求的负荷弹性。 f、 汽提塔效率高，循环系统负荷低，高压氨泵、高压甲铵泵的动力消耗低。 g、 流程不设中压段，工艺流程简短。 斯塔米卡帮公司还开发了池式反应器技术（也属2000+技术）。该工艺与传统CO2汽提法比较，其具有以下优势： l 采用

12、了池式反应器，使合成塔和甲铵冷凝器、高压洗涤器三台高压设备合成为一个设备，使合成工序流程简化，高压工艺管线及阀门减少。同时整个框架高度降低。同时增大了池式反应器的传热温差及总传热系数，甲铵冷凝器的传热面积与传统CO2汽提法比较，可减少约25%； l 由于池式反应器具有较大容积，从而有较大的缓冲能力，因而增加了系统的稳定性； l 由于池式反应器减少了换热面积，同时框架高度降低及管道 长度和阀门的减少，其投资费用与传统CO2汽提工艺相比约降低5%（均在国外建厂）； l 装置的稳定性更好，减少了系统的波动； l 设备可靠性更好，减少了合成回路设备故障引起的停车； 除此之外另一个特点是司塔米卡帮公司开

13、发了新型材料用于高压合成回路，此新型材料为SAFUREX双相钢材料，使用此种材料具有以下优点： l 抗腐蚀能力好，与传统CO2汽提法比较，合成回路设备寿命增加50%以上； l 装置的负荷弹性增加，传统CO2汽提法（汽提塔采用25/22/2材料），最低负荷60%，使用SAFUREX材料则最低负荷可至35%； l 装置运转率提高 l 装置的稳定性更好，减少了系统的波动； l 传统CO2汽提法合成塔封塔时间为24小时，采用SAFUREX材料封塔时间可达72小时。 l 设备可靠性更好，减少了合成回路设备故障引起的停车； l CO2气钝化空气加入量减少，CO2气氧含量从0.6%降低至0.3%， l 减少

14、了压缩机轴功率约1.5%； l 减少4巴吸收塔放空的氨损失； l 增加了合成尿素转化率约0.9%； l 由于压缩机轴功率降低和合成塔尿素转化率的提高从而也降低蒸汽和冷却水的消耗； 两种方案主要特点比较：传统CO2汽提法改良型CO2汽提法（池式冷凝器、反应器）并采用SAFURAX材料备注高压甲铵冷凝器换热面积大以100%计小75%按同样规模 比较框架高度较高（约50米）可降低（约22-40米）按同样规模 比较能耗水平较低较低两种方法能耗水平，采用池式冷凝器的工艺消耗稍低。运转率高更高 操作弹性及稳定性好；封塔时间长（3天）；合成设备可靠性好专利费用无需引进技术，无专利费用需引进专利技术及工艺包，

15、有专利费用及工艺包费用及专利商来华所需费用 设备国产化情况可基本实现装置的国产化。池式冷凝器、反应器为专利设备，采用SAFUREX材料高压圈设备及管件阀门均需引进。（包括汽提塔也需引进。） 装置投资比较较低以100%计 106%-110%引进软件等及合成回路设备。风险性（针对2700吨/日规模）有放大风险无 主要设备寿命汽提塔高压甲铵冷凝器 约20年约20年 约30年30年 传统CO2汽提法改良型CO2汽提法（池式冷凝器、反应器）并采用SAFURAX材料备注 （3）原料及共用工程消耗 两种方案基差别不大，引进方案稍低。 1.1.2几种工艺的消耗定额比较（期待值）序号 采用技术比较项目SNAM氨

16、汽提工艺 改良ACES工艺CO2 汽提工艺（池式冷凝器） 消耗量 1液氨（100%）kg 567 567 5672二氧化碳（100%）kg 740 738 7403冷却水（T=10）M3 105 88 1104电 kWH 25 25 195蒸汽 kg蒸汽压力Mpa(g)蒸汽温度 1100 1040 11004.2 4.15 4.55 382 368 387 注: 以每吨尿素产品计，为专利商提供的典型装置的期待值 1.1.3近年来国内大型尿素装置采用技术情况 序号项 目投产年分尿素工艺1泸天化1976 StamicarbonCO2 汽提工艺2大庆石化化肥厂1976 StamicarbonCO2

17、汽提工艺3齐鲁石化第二化肥厂1976改良C法4四川化工厂1976改良C法5沧州化肥厂1977 StamicarbonCO2 汽提工艺6云天化1977 StamicarbonCO2 汽提工艺7南京栖霞化肥厂1977 StamicarbonCO2 汽提工艺8辽河石化化肥厂1977 StamicarbonCO2 汽提工艺9广石化化肥厂1978 StamicarbonCO2 汽提工艺10安庆石化化肥厂1978 StamicarbonCO2 汽提工艺11赤天化1978 StamicarbonCO2 汽提工艺12湖北化肥厂1979 StamicarbonCO2 汽提工艺 13巴陵石化洞庭氮肥厂1979 S

18、tamicarbonCO2 汽提工艺14镇海石化化肥厂1984 StamicarbonCO2 汽提工艺15乌鲁木齐化肥厂(一) 1985 StamicarbonCO2 汽提工艺 16宁夏化肥厂(一) 1988 StamicarbonCO2 汽提工艺17中原化肥厂1990 SNAM氨汽提法18四川天然气化工厂1993 SNAM氨汽提法19 816化肥厂1993 SNAM氨汽提法20锦西化肥厂1993 SNAM氨汽提法21富岛化肥厂（海洋一期）1996 SNAM氨汽提法22渭河化肥厂1996 TEC ACES23兰州化肥厂1997 SNAM氨汽提法24九江石化总厂1997 SNAM氨汽提法25内蒙

19、古化工厂1997 SNAM氨汽提法26乌鲁木齐化肥厂(二) 1997 StamicarbonCO2 汽提工艺27南京化工厂1998 SNAM氨汽提法28宁夏化肥厂(二) 2000 SNAM氨汽提法29泽普化肥厂2001 StamicarbonCO2 汽提工艺池式冷凝器30中海油二期2003 StamicarbonCO2 汽提工艺池式冷凝器31宁夏化肥厂(二) 2005采用StamicarbonCO2 汽提工艺池式冷凝器,改造原有SNAM工艺 综上所述，几种融熔尿素技术均成熟可靠，公用工程消耗以全循环法最高，技术较落后，在大型尿素装置中已被淘汰，不再使用。其它两种汽提法技术上相差很小。因此，目前

20、世界上大型的尿素装置基本采用的是氨汽提工艺或改良型CO2汽提工艺，改良的ACES工艺由于业绩较少，大型尿素装置较少采用。因此将氨汽提及改良型CO2汽提法作为首选方案。其中改良型CO2汽提（带池式冷凝器）目前在国内已有大型装置投产，并已通过性能考核，目前装置运行稳定，其工艺流程较氨汽提法简短，容易操作，生产稳定。而池式反应器技术也有投产装置，但一般推荐用于规模稍小的尿素装置，如1500吨/日及以下规模的尿素装置。以下为以改良型CO2汽提法（池式冷凝器）进行工艺流程的描述。 1.2工艺特点及流程说明 1.2.1工艺特点 改良型CO2汽提法的主要工艺特点如下: 低能耗（主要通过以下措施来达到） l

21、出合成塔尿素溶液用原料CO2气汽提 l 采用池式甲铵冷凝器 l 合成系统中CO2及NH3的转化率高 l 热量回收 l 低水负荷 l 低合成压力 l 合成工序重力流动循环 合成在接近共沸点NH 3/CO2为3.0下操作，合成塔压力只有14Mpa，温度为183C。不仅对CO2而且对NH3都有较高的转化率。 在原理上，NH3和CO2均能用作为汽提剂以汽提未转化的反应物。但如仅利用NH3，由于NH3的溶解度大，热分解更难达到有效的汽提效果，因此出合成工序的尿素溶液中NH3浓度较高。而通过利用CO2汽提，在整个循环装置中，NH3最终浓度仅为6-7%，CO2浓度为8-10%。 因此，从汽提塔排出的未转化的

22、CO2和NH3只需一个低压回收部分回收工序即可，从而简化了流程。 至合成部分的物料和从此部分排出的物料中，NH3/CO2比为最佳分子比2。 75%以上的未转化的反应物在合成部分循环，循环至合成的甲铵溶液含水31%，低水负荷有利于尿素转化。 池式冷凝器中发生下列反应： l 气体冷凝成甲铵并副产低压蒸汽 l 完成60%的尿素转化 池式冷凝器与传统的降膜式冷凝器比较，合成塔容积减少了40%；因 而减少了尿素装置框架的高度；同时增大了传热系数及传热温差，减少了传热面积；增大了操作弹性。 合成部分设备按重力流动布置，节省了能耗。 设计简单 约75%的没有转化的反应物均在合成圈内循环，仅少量的NH3和CO

23、2在NH3/CO2比为2的状况下从合成系统离开，因此循环工序只有一个低压回收工序。 由于此工艺没有中压循环部分，减少了投资消耗和装置面积，减少了事故停车次数，同时降低了能耗及发生腐蚀的危险。 尿素溶液贮槽和工艺冷凝液槽因有足够的缓冲能力，从而提供了较大的操作弹性。 尿素装置设备布置具有以下特点： l 利用重力流动，节省能量 l 合成回路无转动设备 l 操作及维修方便 安全性好 存在于原料CO2气中的H2及加入的防腐空气，是净化后的工艺尾气的主要成分。这种气体具有可燃性及可爆炸性。为了防止这种气体产生，Stamicarbon设置了脱H2反应器，利用催化剂以脱出CO2气中的H2，使装置所有工序中的

24、物料组成不具有可爆炸性，有效地保护了设备及人员安全。该设施从1978年以来已成功地投入运行。 操作简易 几乎所有操作均能在控制室完成。 合成工序主要操作参数容易调节控制。NH3/CO2比可通过合成溶液的分析仪连续监视，用加入的氨量调节；合成压力用调整池式冷凝器的副产蒸汽压力调节；汽提塔效率用调整壳侧加热蒸汽压力调节。 循环工序无中压段，工艺流程简短，并且出汽提塔尿素溶液中NH3与CO2分子比为2，循环工序中吸收系统无过剩氨的分离，只需加入适量水将分解气体全部冷凝吸收，容易操作。 能在60%至额定能力的任何负荷下操作。 高运转率 （高运转率来源于以下因素） l 工艺流程短，设备数量少，出故障几率

25、较小。 l 操作简易 l 工艺条件较温和，材料选择合理，设备腐蚀率低，运转周期及使用寿命长。 该法最长运转记录为471天。 1.3产品规模和规格产品规模 a年操作日 年操作日：330天/年b产品产量 时产量：110吨（设计时产量112.5吨） 日产量：2640吨（设计日产量2700吨） 产品规格(符合国家标准GB2440-2001) 指 标 项 目农业用 优等品一等品合格品颜色白色或浅色总氮（N）含量(以干基计)， % 46.4 46.2 46.0缩二脲含量， % 0.9 1.0 1.5水分（H2O）含量， % 0.4 0.5 1.0铁含量（以Fe）计， % - - -碱度（以NH3计）， %

26、 - - -硫酸盐含量（以SO42计）， % - - - 水不溶物含量， % - - -粒度(0.852.80mm) % 93 90 90 1.4主要原材料及公用工程原料规格（1）原料液氨NH3 99.9% (重量)最小H2O 0.1% (重量)最大油5ppm (重量)最大二氧化碳CO2 98.5% (干基，体积)最小硫1.0 毫克/标立米(干基)最大惰性气体1.5% (干基，体积)最大H 2O饱和(40 ,0.06MPa.G) （2）公用工程原料新鲜水水温： 520 水压：0.35 MPa(G) 地面水质指标： PH：7.08.5 浊度： 20 毫克/升 最大 循环水给水温度： 32 给水压

27、力： 0.45 MPa(G) 污垢热阻： 410 -4 米2.小时. /千卡 (3.4410-4m2.K/W) 氯离子(Cl-)： 150毫克/升允许温升： 10 允许压降： 0.2 Mpa 蒸汽 本装置所需要的蒸汽由合成氨装置及快锅提供。规格如下： 中压蒸汽（由合成氨装置提供）：压力： 4.65Mpa(A) 温度:：387 低压蒸汽（由合成氨装置提供）：压力： 0.44Mpa(A) 温度:：197 脱盐水(精制水) 电导率 0.2 s/cm(在25 ) SiO2 0.02ppm (重量) 1.5工艺流程说明 1） 尿素装置工艺说明尿素装置设计为生产小颗粒尿素，其工艺为应用池式冷凝器的CO2汽

28、提法。该单元由下列工序及辅助设施组成l 氨的加压及CO2气压缩工序l 合成及汽提工序l 循环工序l 尿素溶液贮存、二段蒸发工序及造粒l 解吸和水解工序l 辅助设施l 蒸汽系统参见所附工艺流程图。 氨的加压及CO2气压缩工序 来自界区的液氨，经液氨过滤器（313-L）至高压氨泵（304-J）。液氨在此被加压至16.0Mpa(A)，通过甲铵喷射器（301-L）至高压甲铵池式冷凝器（303-C）。液氨在喷射器中膨胀产生的抽力，将高压洗涤器（304-C）来的甲铵液带入池式冷凝器，池式冷凝器操作压力14.3Mpa(A)。 自界区来的CO2气含有大约1.2%(mol%)H2及0.3%N2(mol%)，压力

29、为0.15Mpa(A)。CO2气通过CO2压缩机入口分离器（311-D）至CO2压缩机（302-J）入口。 出CO 2压缩机第一段压缩的气体经冷却后与加入的工艺空气混合后入一段分离器（302-JF1）分离出冷凝水。出分离器的气体入压缩机二段入口。 出压缩机二段的气体至脱H2反应器（302-D）脱H2反应器内装有以Al2O3为载体的铂或钯触媒。CO2气中的可燃气体H2及CH4等在触媒的作用下发生下述反应 2H2+O2=2H2O 2CO+O2=2CO2 CH4+2O2=2H2O+CO2 出反应器的气体经压缩机二段冷却器（302-JC2）及分离器（302-JF2）进压缩机三段入口。 脱除H2后的CO

30、2气经压缩机三段及四段压缩至14.3Mpa(A)进入高压汽提塔（302-C）。 CO 2压缩机由蒸汽透平驱动。 合成及汽提工序 液氨和CO2气体生成尿素的反应在温度170-190C和压力135-145bar下进行，反应式如下： 2NH3+CO2=NH2COONH4 (1) NH2COONH4=NH2CONH2+H2O (2) 在第一个反应中CO2和NH3转化成为甲铵，反应速度快且为放热反应。 第二个反应甲铵脱水生成尿素和水，此反应速度慢且为吸热反应，CO2的总的转化率在合成回路大约为80%。 在合成塔中，大部分甲铵转化为尿素和水，合成塔中液位由HIC/HV手动控制。 出合成塔的尿素溶液进入汽提

31、塔（302-C），汽提塔为降膜式热交换器，底部加入CO 2气汽提，壳侧加入中压蒸汽供热。 CO2气体被逆流导入，引起氨分压降低，从而使甲铵分解并吸收热量。 由于CO2气温度低以及汽提塔底部的轻微的绝热汽提，出汽提塔底部的溶液温度可降至大约172-178C，从而减少了尿素的水解及高压蒸汽的消耗。 为了防止CO2气进入循环部分，在汽提塔出口处设置有液位调节阀。 来自汽提塔顶部的气体在187C下进入池式冷凝器（303-C），该冷凝器型式为采用U型管的浸没式热交换器。汽提塔的大部分弛放气与甲铵喷射器来的液氨-甲铵液混合物反应生成甲铵，在池式冷凝器中还有部分甲铵转化成尿素，冷凝后壳侧温度约为177C。

32、甲铵冷凝所放热量用来产生产0.45Mpa（A）的低压蒸汽。 池式甲铵冷凝器中的换热管为U-型管，壳侧为甲铵液，蒸汽冷凝液和产生的蒸汽在管侧，出管侧的汽液混合物在汽包（312-D）中分离，产生的蒸汽用于加热、喷射器及解吸，过量的低压蒸汽则送至CO 2压缩机蒸汽透平。 低压蒸汽汽包（312-D）的压力由蒸汽排放管线上的压力调节阀来调节。 由于压力改变会直接影响蒸汽的温度，从而影响管壳侧的温差，进而会影响换热量及甲铵在壳侧的反应，因此通过汽包（312-D）的压力调节来控制使合成系统压力在13.5-14.5Mpa(A)之间，并使70%-75%的出汽提塔气体在池式冷凝器中冷凝。 出池式冷凝器气体和液体入

33、合成塔底部。 在合成塔中，甲铵进一步转化成为尿素。合成塔的设计容积能够提供足够的停留时间，NH3和CO2继续冷凝成甲铵所放热量则用于尿素合成和升高合成塔中溶液的温度。 合成塔内设有高效塔板以增强气液接触及避免返混。 合成塔中反应混合物通过降液管管线进入汽提塔，含NH 3和CO2的惰性气则通过合成塔顶部的管线进入高压洗涤器（304-C）。高压洗涤器下部为管壳式换热器，上部为带防爆空间的填料床。 在高压洗涤器（304-C）的下部， 大部分NH3和CO2冷凝，其冷凝所放热量由调温水移走。 出高压洗涤器（304-C）下部的气体，在高压洗涤器（304-C）上部的填料床层与从循环工段来的甲铵液逆流接触，气

34、体中的NH3和CO2被甲铵液吸收。 出高压洗涤器的惰性气体仅含有少量的NH3和CO2，通过压力调节阀进入4巴吸收塔（309-D）。4巴吸收塔（309-D）由两层填料床层组成，上部床层用冷却后的蒸汽冷凝液作吸收剂，下部床层用工艺冷凝液作吸收剂。出4巴吸收塔的惰性气体仅含有微量氨（0.18%Vol），通过压力调节阀排入大气。 循环工序 此工序主要是从出汽提塔底部的尿素溶液中回收NH3和CO2。出汽提塔底部的尿素溶液通过液位调节阀减压至0.41Mpa(A)。由于减压，溶液中的甲铵大部分分解成为气态的NH3和CO2，分解所需热量由溶液提供，致使溶液温度降低。减压后的气液混合物喷洒于精馏塔（305-D）

35、的鲍尔环床层上。 尿素-甲铵溶液从精馏塔的下部进入循环加热器（306-C），温度升至大约135C，大部分甲铵分解为NH3和CO2，分解所需热量可由高压洗涤器的高温调温水和低压蒸汽提供，达到回收热量的目的。 出循环加热器（306-C）的气液混合物在精馏塔（305-D）的下部分离，气体通过精馏塔的填料床层与上部来的冷尿素溶液接触，进行热量和质量交换，气体中部分水被冷凝下来，减少了出精馏塔气体中的水含量。 出精馏塔的气体进入低压甲铵冷凝器（307-C），低压甲铵冷凝器是一个浸没式的冷凝器，气体在此几乎完全冷凝，冷凝热则由调温水移走。 出低压甲铵冷凝器的气液混合物进入低压甲铵冷凝器液位槽（314-D）

36、，该槽既是分离器，又是高压甲铵泵（307-J）的入口缓冲槽。出液位槽的气体入常压吸收塔（306-D），出液位槽的甲铵液含水31%，经高压甲铵泵（307-J）升压至14.5Mpa(A)入高压洗涤器（304-C）。 出精馏塔底部的尿素溶液浓度约为68.3%，含有少量的NH3及CO2。尿素溶液通过液位调节阀入闪蒸槽（313-D）。 闪蒸槽操作压力0.045Mpa，由于压力降低，部分NH 3，CO2及H2O从溶液中闪蒸出来，气体入一段蒸发冷凝器（312-C）。 尿素溶液贮存、蒸发系统及造粒 出闪蒸槽的尿素溶液进入尿素溶液贮槽（301-F），再由尿素溶液泵送入一段蒸发器（309-C），一段蒸发器操作压力

37、为0.03MPa(A)，操作温度130C，溶液在此被浓缩至96%。浓缩尿素溶液所需热量由加入壳侧的低压蒸汽提供。出一段蒸发器的气液混合物在上部的分离器（315-D）分离，溶液入二段蒸发器（310-C），气体至一段蒸发冷凝器（312-C）。 从闪蒸槽及一段蒸发分离器来的气体在一段蒸发冷凝器中冷凝，冷凝液去氨水贮槽（302-F），未凝气经一段喷射器（302-L）入常压吸收塔（306-D）中进一步用4巴吸收塔来的稀氨水吸收。吸收液入氨水槽，气体至排气筒（314-L）放空。 出一段蒸发分离器的尿液进入二段蒸发器（310-C），二段蒸发器操作压力为0.003MPa(A)，操作温度约140C，溶液在此被浓

38、缩至99.7%。浓缩尿素溶液所需热量由加入壳侧的低压蒸汽提供。 出二段蒸发器的气液混合物在上部的分离器（316-D）分离，溶液由熔融尿素泵（309-J/JA）送入造粒塔（305-L）造粒，气体经升压器送入二段蒸发冷凝器（313-C）冷凝，未冷凝的气体经喷射器（303-L）进入二段蒸发后冷器（314-C），冷凝液入氨水贮槽。出二段蒸发后冷器的未凝气通过二段蒸发第二喷射器（304-L）升压后送入常压吸收塔进一步回收氨。 出造粒塔的尿素颗粒经皮带称称重后由输送机送去散装仓库贮存或送至包装。 解吸和水解 氨水槽中的溶液含有NH3、CO2及尿素，需进行解吸和水解以减少NH3、CO2及尿素的损失。溶液通过

39、解吸塔给料泵（312-J）送出，其中一部分送至低压甲铵冷凝器及回流冷凝器作吸收剂，其余经解吸塔换热器（316-C）预热后入第一解吸塔（307-DA）上部。 第一解吸塔内设置有约15块筛板，溶液从上至下流经各筛板时，溶液中的大部分氨和CO2被水解塔（308-D）和第二解吸塔（307-DB）来的气体汽提出来。 出第一解吸塔底部的稀溶液经水解塔给料泵（314-J）抽出，经水解塔预热器（308-C1/C2）预热至200C后进入水解塔（308-D）上部。 水解塔中设有约10块塔板，溶液至上而下流经各塔板时，溶液温度升高至210C，溶液中的尿素水解成NH 3和CO2，尿素水解及溶液温度升高所需热量则由从水

40、解塔底部加入的高压蒸汽提供。 水解塔的操作压力为1.84MPa(a)。出水解塔底部的溶液经预热器（308-C1/C2）换热后，通过液位调节阀进入第二解吸塔（307-DB）上部继续解吸。 第二解吸塔内设有约21块筛板，溶液从上至下流经各塔板时，溶液中的NH3及CO2被从塔下部加入的低压蒸汽全部汽提出来。 出第二解吸塔底部的液体几乎为纯净的水，NH3及尿素的含量均小于3ppm。此液体通过解吸塔热交换器（316-C）、工艺冷凝液冷却器（317-C）冷却至45C后再由工艺冷凝液泵（322-J）送至化水站处理后作为锅炉给水。 出第一解吸塔（304-EA）的气体到回流冷凝器（305-C）进行冷凝，冷凝后的

41、气液混合物进入回流冷凝器液位槽 （318-D）中分离。溶液经回流泵（305-J）送出，一部分返回第一解吸塔顶部作为回流液，其余则送至低压甲铵冷凝器（307-C）。 出回流冷凝器液位槽的气体经压力调节阀减压后至常压吸收塔进一步回收氨。 第一解吸塔（307-DA）操作压力约为0.35MPa(A)。 辅助设施 尿素装置设置有废水槽（351-F），该槽位于地面下， 用来收集不能直接排入氨水槽的从各设备、管道排出的含NH3、CO2和尿素的废水。槽内的废水通过废水泵（351-J）转送至氨水槽。该废水槽的设置目的是为了减少开停车及切换泵时排出的废水排放，从而减少对环境的污染。 蒸汽管网 1.6 装置消耗定额

42、 消耗定额(以一吨产品尿素计) 尿素装置消耗定额(期待值) (以一吨产品小颗粒尿素计,2700MTPD生产规模) 序号名称规格单位数量备注123 45678 液氨CO2 （1）蒸汽 冷却水电（2）蒸汽冷凝液输出透平冷凝液输出工艺冷凝液输出 以100%计以100%计4.55MPa(A)387C0.34MPa(A)197CT=10C 0.5MpaG,1000.5MpaG,460.5MpaG,45 kgkgkgkgm3KWhkgkgkg 5687401035.6195.611019264680596 注: (1) CO2流量为CO2压缩机入口流量。 不包括照明、空调及电梯等用电。 催化剂 脱H2催化

43、剂 型式:铂或钯触媒(含铂或钯0.3%,载体为AL2O3) 尺寸:球形（直径3mm） 密度: 980-1000kg/m3 装填量: 1.61 m3 期待寿命: 5年 1.7 设备布置方案 该工艺按流程布置，整个装置的设备布置紧奏、合理。 高压氨泵、高压甲铵泵及其它大部分泵布置于一楼平面。 CO2压缩机布置于合成氨装置的压缩厂房内，段间分离器、冷却器及脱氢反应器紧邻压缩厂房外布置。 合成部分设备按重力流动布置于合成框架上。由于采用卧式的池式冷凝器，约60%的尿素合成反应在此进行，因此合成塔的体积减少，从而降低了尿素框架的高度。 循环及蒸发部分也布置于框架中。同时，在设备布置上充分考虑了尿素装置介

44、质的特点，尽量减少尿素的停留时间，以减少缩二脲的生成。 1.8 设备技术方案 1.8.1 关键设备选型 1）尿素合成塔 尿素合成塔是一个圆筒形，内设塔板的立式容器。尿素合成塔操作压力约14.0Mpa（A），操作温度183。内径3600mm，高度（切线至切线）18000mm，有效容积约183m3。 尿素合成塔壳体材料为碳钢，内衬材料为尿素级316L，衬里厚度7mm，内件亦为尿素级316L。 2）汽提塔 汽提塔是一个高压降膜式换热器设备。从尿素合成塔来的尿素甲铵液流入汽提塔上部，经位于降膜式换热管上端的液体分布器后成膜状均匀地分布于换热管内壁。 从CO2压缩机来的CO2气入汽提塔下管箱，溶液从降膜

45、管内壁自上往下流动过程中，溶液与管内上升的CO2气逆流接触，溶液中的甲铵分解成NH3和CO2并被汽提出来，甲铵分解所需热量由加入壳侧的蒸汽提供。 出汽提塔底部的尿素溶液经液位调节阀入精馏塔。 出汽提塔顶部的气体入高压甲铵池式冷凝器。 汽提塔管程操作压力14.8MPaA，操作温度173（底部）。 汽提塔外壳材料为碳钢，管箱内衬UNS32906(Safurex)双相钢或尿素级316L。换热管材料为UNS32906(Safurex)或25/22/2，规格313，有效长度6m，换热管数量约3783根。换热面积约2111m 2。 3) 高压甲铵池式冷凝器 高压甲铵池式冷凝器为卧式冷凝器，换热管规格25.

46、42.7，传热面积2082m2，换热管材料为25-22-2。从汽提塔来的分解气和高压液氨通过喷射器将从高压洗涤器来的甲铵液送入池式冷凝器底部, 在该冷凝器中甲铵冷凝，冷凝热由壳侧的蒸汽冷凝液蒸发带走，产生低压蒸汽，同时池式冷凝器中约有60%的尿素合成。 出池式冷凝器的甲铵液、尿素及未冷凝的气体入尿素合成塔。 4) CO2压缩机 CO2压缩机为四段离心式压缩机，采用透平驱动。 合成氨装置来的CO2压力0.15MPa（A），温度40，CO2纯度最少98.5%。 压缩机轴功率约11000kW。 5）高压氨泵 选用多级离心式泵， 二台（一开一备）。最大流量120 m3/h。排出压力20MPa（最大）。

47、采用电机驱动。 6) 高压甲铵泵 选用多级离心式泵，二台（一开一备）。最大流量61.5 m 3/h。吸入压力0.3MPaA，排出压力16MPa（最大），采用变频调速。 1.8.2设备清单 说明： “C”类：换热器类 “D”类：塔类、容器类 “F”类：贮槽类 “J”类：机泵类 “L”类：特殊设备类 尿素装置设备表位号 名称数量主要材料备注换热器类：C 302-C高压汽提塔 1 25/22/2+SS+CS或采用Safurex303-C高压甲铵池式冷凝器 1 25/22/2+SS+CS或Safurex304-C高压洗涤器1 25/22/2+SS+SS或Safurex305-C回流冷凝器1 SS+CS

48、 306-C循环加热器1 SS+CS 307-C低压甲铵冷凝器1 SS+CS 308-C1/C2水解塔换热器 1 SS 309-C1/C2一段蒸发器1 SS+CS 310-C二段蒸发器1 SS+CS 312-C一段蒸发器冷凝器1 SS+CS 313-C二段蒸发器第一冷凝器1 SS+CS 314-C二段蒸发器后冷凝器1 SS+CS 316-C解吸塔换热器1 SS 317-C工艺冷凝液冷却器1 SS+CS 318-C闪蒸蒸汽冷凝器1 CS 319-C高压洗涤器循环水冷却器1 CS 320-C低压甲铵冷凝器循环水冷却器1 SS+CS 323-C 4巴吸收塔塔底冷却器1 SS+CS 324-C 4巴吸

49、收塔进料冷却器1 SS+CS 326-C蒸汽冷凝液冷却器1 SS+CS 位号 名称数量主要材料备注反应器类:D 301-D尿素合成塔1 316L(尿素级)+CS或Safurex 302-D脱氢反应器1 CS 位号 名称数量主要材料备注塔、容器类:D 305-D精馏塔1 SS 306-D常压吸收塔1 SS 307-DA第一解吸塔1 SS 307-DB第二解吸塔1 SS 308-D水解塔1 SS 309-D 4巴吸收塔1 SS 311-D CO2压缩吸入口分离器 CS 312-D低压蒸汽汽包1 CS 313-D闪蒸槽1 SS 314-D低压甲铵冷凝器液位槽1 SS 315-D一段蒸发分离器1 SS

50、 316-D二段蒸发分离器1 SS 318-D回流冷凝器液位槽1 SS 319-D高压蒸汽饱和器1 CS 320-D中压蒸汽饱和器1 CS 位号 名称数量主要材料备注贮槽类：F 301-F尿素溶液储槽1 SS 302-F氨水槽1 SS 302-F-ST氨水槽密封槽1 SS 303-F蒸汽冷凝液槽1 CS 304-F膨胀槽1 CS 351-F废水槽1 SS 位号 名称数量主要材料备注机泵类：J 302-J/JT CO2压缩机（透平）包括透平1 SS+CS 302-JC1一段段间冷却器1 SS+CS 302-JC2二段段间冷却器1 SS+CS 302-JC3三段段间冷却器1 SS+CS 302-J

51、F1一段分离器1 SS 302-JF2二段分离器1 SS 302-JF3三段分离器1 SS 302-JTC表冷器1 SS+CS 304-J/JA高压氨泵1+1 SS 305-J/JA回流泵1+1 SS 307-J/JA高压甲铵泵1+1 SS 308-J/JA尿液泵1+1 SS 309-J/JA熔融尿素泵1+1 SS 311-J/JA吸收塔给料泵1+1 SS 312-J/JA解吸塔给料泵1+1 SS 314-J/JA水解塔给料泵1+1 SS 315-J/JA低压甲铵凝液循环水泵1+1 CS 316-J/JA高压洗涤塔循环水泵1+1 CS 317-J/JA蒸汽冷凝液泵1+1 CS 318-J/JA

52、透平蒸汽冷凝液泵1+1 CS 320-J高压冲洗水泵1 CS 322-J/JA工艺冷凝液泵1+1 SS 351-J/JA废水槽泵1+1 SS 位号 名称数量主要材料备注特殊设备类：L 301-L高压喷射器1 SS 302-L一段真空喷射器1 SS 303-L二段蒸发器第一喷射器1 SS 304-L二段蒸发器第二喷射器1 SS 305-L造粒塔1钢筋混凝土 306-L造粒塔造粒喷头1套SS含2个喷头307-L升压器1 SS 313-L/LA液氨过滤器1+1 CS 314-L工艺排气烟囱1 SS 315-L刮料机1 316-L输送机1 CS+皮带 317-L皮带秤1 318-L压缩厂房吊车 321

53、-L造粒塔电梯1 351-L CO2压缩机排气消音器1 SS 352-L 22巴蒸汽消音器1 SS 353-L 4巴蒸汽消音器1 SS 耙料机1 1.8.3主要引进设备表 主要引进设备表位号 名称数量主要规格备注换热器类：C 主要材质302-C高压汽提塔 1 2500 x8500 25-22-2或Safurex303-C高压甲铵池式冷凝器 1 3500 x14800 25-22-2或Safurex304-C高压洗涤器 1 2900 x8500 316LSS（mod）或Safurex305-C回流冷凝器1 316LSS308-C1/C2水解塔换热器(两台串) 1 316LSS316-C解吸塔换热

54、器1板式316LSS 位号 名称数量主要规格备注反应器类:D 301-D尿素合成塔1 3600 x22000 316LSS（mod）或Safurex塔、容器类:D 307-DA第一解吸塔1 1500 x25000 304LSS307-DB第二解吸塔1 304LSS311-D CO2压缩吸入口分离器1 1800 x4300 304LSS 位号 名称数量主要规格备注机泵类：J 主要材质302-J/JT CO2压缩机（透平）1功率:11000KW 302-JC1一段段间冷却器1 1300 x6000 304SS302-JC2二段段间冷却器1 1230 x8000 304SS302-JC3三段段间冷却

55、器1 1300 x6000 304SS302-JF1一段分离器1 1400 x6000 304SS302-JF2二段分离器1 1000 x5000 304SS 302-JF3三段分离器1 1300 x6000 304SS 304-J/JA高压氨泵1+1轴功率:750KW 316SS305-J/JA回流泵1+1轴功率:5KW 316SS307-J/JA高压甲铵泵1+1轴功率:390KW 316LSS308-J/JA尿液泵1+1轴功率:18KW 316SS309-J/JA溶融尿素泵1+1轴功率:32KW 316SS311-J/JA吸收塔给料泵1+1轴功率:36KW 316SS312-J/JA解吸塔

56、给料泵1+1轴功率:24KW 316SS314-J/JA水解塔给料泵1+1轴功率:89KW 316SS316-J/JA高压洗涤塔循环水泵1+1轴功率:50KW CS322-J/JA工艺冷凝液泵1+1轴功率:35KW 316SS 351-J/JA废水槽泵1+1轴功率:6KW 316SS 位号 名称数量 备注特殊设备类：L 主要材质301-L高压喷射器1流率:85000kg/h(正常) 316LSS302-L一段真空喷射器1 304SS303-L二段蒸发器第一喷射器1 304SS304-L二段蒸发器第二喷射器1 304SS306-L造粒塔造粒喷头1 304SS307-L升压器1 304SS313-

57、L/LA高压液氨过滤器1+1 CS315-L刮料机1 SS317-L皮带称1为电子皮带秤 351-L CO2压缩机排气消音器1 SS352-L 22巴蒸汽消音器1 SS353-L 4巴蒸汽消音器1 SS 耙料机1能力：240T/h 跨距：50米 注: 以上设备规格均为初步的；暂没有规格的设备可在下阶段（如合同谈判）由外商提供初步规格。 1.8.4 主要大型超限设备清单 大型超限设备见下表6。 尿素大型超限设备表 序号设备名称规格(mm)直径x长度超限内容解决办法估重（T）302-C高压汽提塔2500 x8500重量超限考虑运输方式210303-C高压甲铵池式冷凝器3500 x14800直径/长

58、度/重量超限考虑运输方式240304-C高压洗涤器1200/2900 x8500直径超限重量超限考虑运输方式86312-C一段蒸发冷凝器2700 x9000直径超限重量超限考虑运输方式32313-C二段蒸发冷凝器8700 x9000直径超限重量超限考虑运输方式36301-D尿素合成塔3600 x22000直径超限重量超限考虑运输方式255307-DA/DB第一/二解吸塔1500 x25000长度超限考虑运输方式，分段运输现场组焊32308-D水解塔2400 x15600长度超限考虑运输方式39312-D低压蒸汽汽包6000 x12440直径/长度/重量超限考虑运输方式51315-D一段蒸发分离

59、器5700 x7000直径超限考虑运输方式21316-D二段蒸发分离器4800 x7000直径超限考虑运输方式10 1.9 占地、建筑面积及定员 尿素主装置占地情况如下： 尿素主装置：160米80米，占地面积约12800米2，（不、包括CO2压缩机，该压缩机布置于合成氨装置压缩厂房内）。其中，框架采用钢结构。 建筑面积约 3420 米2。 尿素装置建议定员：（可根据工厂要求进行调整，不包括机、电、仪维修人员及分析人员） 车间主管： 2人 操作人员： 值班长： 14（班） 4 人 主控室： 24（班） 8人 现场操作人员： 34（班） 12 人 共计： 24人 尿素装置的节能和节水 节能及节水措

60、施 尿素装置暂采用改良型CO2汽提法生产技术，该法采用下述主要节能降耗措施： 1）合成压力降低，节省CO2压缩机及高压泵功率； 2）合成压力下用原料CO2气汽提分解出尿素合成塔反应溶液，汽提气在高压甲铵池式冷凝器部分冷凝，冷凝热副产低压蒸汽供后续工序使用,过剩的低压蒸汽则作为CO2压缩机透平注汽，减少了中压蒸汽的需要量，降低了能耗； 3）出高压洗涤器调温冷却水热量用于循环加热器分解尿素溶液中的甲铵，对热量进行了回收； 4）工艺冷凝液采用深度水解处理，使工艺冷凝液中尿素水解成NH 3及CO2，并回收返回循环系统，降低了原料的消耗，经处理的工艺冷凝液可送化水站作为脱盐水补充水，同时达到了减少环境污

61、染及节水降耗的目的。 节能节水效果 1） 由于上述综合措施，尿素装置具有低的原料及公用工程消耗，见下消耗定额表 (以一吨产品小颗粒尿素计,2700MTPD生产规模) 序号名称规格单位数量123 456 液氨CO2 （1）蒸汽 冷却水电（2）冷凝液输出 以100%计以100%计4.55 MPa(G)387C0.34 Pa(G)197CT=10C kgkgkgkgm3KWhkg 5687401035.6195.6110191.54 注: （1） CO2流量为CO2压缩机入口流量。 （2） 不包括照明、空调及电梯等用电。 2） 尿素装置产生的工艺废水经深度水解处理后氨和尿素含量降至3ppm以下，可送化水站处理作锅炉给水使用，正常生产时尿素装置没有工艺废水排出。