吸收系统,则在合成塔的气相管线上为高压系统单独设计了放空阀V4,用于手动卸压,正常生产中该阀是关闭的。中荷型尿素装置的高压洗涤器高压尾气直接通过减压阀放空。
3.2.1.4 低压分解与循环回收
从气提塔出来的反应混合物(压力约14.0MPa,温度为162~172℃),经液位控制阀减压到约0.3MPa,减压膨胀,使溶液中甲铵分解气化,所需热量由溶液自身供给,溶液温度降至120℃左右,气-液混合物进入精馏塔顶部,喷洒到精馏塔鲍尔环填料上。液体从底部流出,温度约110℃进入循环加热器,进行甲铵的分解和游离NH3及CO2的解吸,其热量由壳侧的低压蒸汽(美型和中荷型尿素装置利用高调水作为补充热源)提供。加热蒸汽压力由调节阀调节流量大小来控制。离开循环加热器的气液混合物在精馏塔分离段中气液相发生分离,分离后的尿液经液位调节阀进入闪蒸槽,尿液温度为135℃左右。分离出来的气体进入填料段与喷淋液逆流接触,进行传热传质,进一步吸收NH3及CO2。
离开精馏塔顶部的气体
来自氨水槽尾气进放空筒低压吸收系统尾气进常压吸收塔补充吸收液来自解吸系统回流冷凝器的尾气(NH3/CO2分子比为2左右)以及解吸回流泵送来的解吸冷凝液分别进入低压甲铵冷凝器冷凝。由于
回氨水槽吸收液循环与冷却液面槽调温水系统低压分解塔NH3/CO2分子比较低,达不到最佳冷凝,因而在低压甲铵冷凝器底部加入一定量由高压氨泵进口来
加热蒸汽来自解吸系统回流冷凝液来自气提塔尿液去闪蒸槽低压冷凝吸收系统甲铵液去高压洗涤器高压甲铵泵的液氨,将NH3/CO2调整到2.0~2.5(分子比)的最佳冷凝工况(设
循环加热器图3-5 低压分解与循环回收系统
有0.6MPa吸收塔的装置,因进入低压吸收系统的吸收液中氨浓度要高些,因此设计中未考虑向低压系统加氨)。甲铵的冷凝热及生成热由闭路循环的低压调温水带走。低压调温水在循环水泵、氨加热器(如果有)、低调水循环冷却器、低压甲铵冷凝器中密闭循环,其温度由进低调水循环冷却器的低调水主副线调节阀来调节,一般控制在50℃左右,低压调温水流量控制在约1200 m3/h。
出低压甲铵冷凝器的气液混合物(温度约71℃),进入低压甲铵冷凝器液位槽
6
进行气液分离。分离出来的气体在低压洗涤器的填料层与工艺冷凝液泵打来的氨水(或来自0.6MPa吸收塔的吸收液)逆流相遇洗涤。为减少进入高压系统的水量和提高吸收效果,从低压洗涤器中抽出一部分溶液,经低压洗涤器循环泵增压、经低压洗涤器循环冷却器冷却后喷洒在低压洗涤器填料层上。在低压洗涤器中,经填料层吸收了NH3和CO2的溶液收集在其底层,除一部分由低压洗涤器循环泵打循环外,其余的由内部循环进入低压甲铵冷凝器。在低压洗涤器顶部出口管线上装有压力调节阀,使循环工序压力控制在0.25MPa(A)左右,未冷凝吸收的气体通过此阀与解吸水解系统回流冷凝器中未冷凝的气体一起送入常压吸收塔底部,在吸收塔填料层与吸收塔给料泵打来的氨水逆流接触,气体中少量的NH3、CO2被进一步吸收,未吸收的气体从顶部通过排气筒排入大气,吸收塔中的液体从塔底排至氨水槽。
低压甲铵冷凝器液位槽中的甲铵液温度约72℃,经高压甲铵泵加压到约15.0MPa返回送到高压洗涤器。在甲铵泵出口设置旁路返回低压甲铵冷凝器,此旁路为开、停车时打循环使用。
3.2.1.5 真空蒸发与造粒
进入闪蒸槽的尿素溶液在闪蒸槽内减压至约0.045MPa(A),使甲铵再一次得到分解,NH3、CO2及相当数量的水从尿液中分离出来。这是一个绝热闪蒸过程,分离所需的热量由溶液本身提供。尿素溶液温度从135℃降至90℃左右。至此,气提塔出来的溶液经两次减压和循环加热处理,其中的NH3和CO2已基本被分离出来,尿液中尿素含量提高到72%~75%(m/m),进入尿液贮槽。闪蒸槽的真空度主要由一段蒸发喷射器的抽吸来维持。闪蒸出来的NH3、CO2和水进入闪蒸槽冷凝器冷凝,冷凝液进入氨水槽,其中未冷凝的气体,经调节阀与一段蒸发分离器的二次蒸气一起进入一段蒸发冷凝器中冷凝。
尿液槽中的尿液经尿液泵送到一段蒸发加热器,尿液流量由设置在管道上的调节阀控制。一段蒸发加热器是直立管式加热器,尿液自下而上在管内流动,在真空抽吸下形成升膜式蒸发。蒸发所需热量由高压甲铵冷凝器产生的低压蒸汽(有些装置还同时使用二段蒸发加热器来的冷凝液)供给,其温度由温度调节器自动调节加热蒸汽压力来实现。汽-液混合物进入一段蒸发分离器进行汽-液分离。蒸发二次蒸汽从顶部出来与闪蒸槽冷凝器来的气体一起进入一段蒸发冷凝器中冷
7
凝,冷凝液进入氨水槽。在一段蒸发冷凝器中未冷凝的气体由一段蒸发喷射器抽出与二段蒸发第二冷凝器来的气体一起进入最终冷凝器中冷凝。一段蒸发的压力控制在0.03~0.04MPa(A),其真空度由一段蒸发喷射器维持,并通过一段蒸发喷射器吸入管线上的压力调节阀调节空气吸入量及一段蒸发喷射器的蒸汽用量来控制。
一段蒸发出来的尿液浓度为95%(m/m),温度为125~130℃,通过“U”型管进入二段蒸发加热器,它也是一个直立管式换热器。尿液在管内进行升膜式蒸发,壳侧用0.8MPa蒸汽加热。二段蒸发压力为0.003~0.004MPa(A),其真空度由蒸发喷射器保持。从二段蒸发加热器出来的汽-液混合物进入二段蒸发分离器进行汽液分离。分离后的气体由升压器抽出,压力升至0.012MP(A),进入二段蒸发冷凝器,其冷凝液进入氨水槽,仍未冷凝气体由二段蒸发第一喷射器抽吸到二段蒸发第二冷凝器进一步冷凝,冷凝液进入氨水槽。没有冷凝的气体由二段蒸发第二喷射器抽出与一段蒸发喷射器抽来的气体一起进入最终冷凝器,冷凝液进入氨水槽,最终还没有冷凝的气体进入排气筒排入大气。蒸发系统所有喷射器均以自产低压蒸汽作为动力。
离开二段蒸发分离器的熔融尿素浓度为99.7%(m/m),温度为136~142℃,经熔融尿素泵送到造粒塔顶部的造粒喷头。在其管线上设置有一个三通阀,并构成一循环回路,当蒸发系统开、停车或发生故障时,熔融液可通过此循环回路返回尿液槽,俗称“蒸发打循环”。
熔融尿液由旋转喷头均匀地喷洒在造粒塔的截面上,其流量可通过熔融尿素泵出
冷凝器注:STL指低压蒸汽,做喷射器的动力汽喷射器STL冷凝器STL冷凝器造粒喷头尿液循环管线冲洗水冷凝器口管线上调节阀来控制。喷头
STL旋转时,在离心力作用下喷洒成均匀的小液滴,自上而下,与从塔底自然通风进入的空气逆流相遇,液滴在下降过程中被冷却而固化。造粒塔底的颗粒尿素温度约60℃,由刮
闪蒸槽STL冷凝器升压器造粒塔尿液来自精馏塔氨水槽STLSTL8蒸发一段蒸发二段刮料机尿液槽尿液泵熔融尿液泵塔下皮带图3-6 尿液的真空蒸发与造粒流程
8
料机将尿素送入下料槽,并由塔底皮带机运送入散库贮存或直接输送到包装工序。
中荷型尿素装置增设晶种造粒系统,用晶种造粒法来提高成品尿素的冲击强度。
3.2.1.6 解吸与水解系统
处理含氨工艺冷凝液的目的在于回收其中的NH3和CO2 (包括尿素中含有的NH3
和CO2),使其返回尿素合成系统做原料,而含微量NH3和Ur的干净水则排放掉或另做它用(如锅炉水、循环冷却水的补充水等)。
以Stamicarbon高温水解流程为例,说明含氨工艺冷凝液的工艺处理过程。 来自真空浓缩系统的工艺冷凝液(其中含有少量的NH3、CO2和Ur)汇集在氨水槽中,用给料泵将工艺冷凝液经流量调节阀送到解吸塔热交换器与第二解吸塔底出来的排放液互相换热,加热到115℃送入第一解吸塔的第三块塔板上。工艺冷凝液在塔内自上而下流动,与含NH3和CO2的第二解吸塔的解吸气及水解塔来的二次蒸汽逆流相遇,工艺冷凝液中的大部NH3和CO2被加热解吸出来。解吸后的溶液从第一解吸塔底引出,经水解塔给料泵加压后与水解塔底部出来的水解液换热,加热到190℃以上,进入水解塔顶部塔板。第一解吸塔的液位由出液管上的调节阀自动控制。
在水解塔内,液体自上而下流动,而加热蒸汽由塔底送入提供水解反应所需热量。蒸汽量由流量调节阀阀位来控制。溶液与蒸汽逆流相遇,接触后产生的二次蒸汽由塔顶逸出进入第一解吸塔的第四块塔板(有些装置改造后,进气口位置有改变)。随液体温度
去常压吸收塔上升,在1.81MPa压力和200℃下,尿素不断分解为NH3、CO2。从塔底出来的水解液中尿素的含量在5ppm以下,利用其自身压力,送入水解塔换热器,将热量传热给第
来自氨水槽解吸塔给料泵水解塔给料泵回流液去低压甲铵冷凝器回流泵 CW回流冷凝器水解液换热器第一解吸塔水解塔第二解吸塔STMSTL解吸塔进料换热器一解吸塔出来的解吸
图3-7 Stamicarbon 高温水解流程
9
液后进入第二解吸塔。
液体在第二解塔内自上而下流动,与塔底引入的低压蒸汽逆流相遇,加入的蒸汽提供解吸所需的热量。蒸汽量由流量调节阀阀位来控制。解吸后的液体含NH3和Ur均在5ppm以下,从塔底部排出,经第一解塔换热器和废水冷却器换热,温度降至50℃以下后,经第一解吸塔液位控制阀排入地沟或作为干净的脱盐水被其它用水设备使用。
从第一解吸塔出来的气体,进入回流冷凝器冷凝,冷凝液经回流泵后大部分送入低压甲铵冷凝器,一部分回流到第一解吸塔顶部作为回流液,用以控制顶部解吸气的组分。在回流冷凝器中没有冷凝的气体经压力调节阀进入常压吸收塔进一步回收NH3和CO2,残余气体经排气筒排入大气。
3.2.2 界区条件与消耗定额
3.2.2.1 中荷型尿素装置界区条件与消耗定额 3.2.2.1.1 界区条件 1)氨
项目 指标 纯度 ≥99.5%(m/m) 含水量 ≤0.5%(m/m) H2+N2 ≤0.2%(m/m) 油含量 ≤10mg/kg 压力 2.4MPa 温度 30℃ 2)CO2 项目 指标 纯度 ≥98.5%(V) H2含量 ≤1.0%(V) CO ≤0.2%(V) 甲醇 ≤300mL/m 3硫化物 ≤2mg/Nm 3压力 0.064MPa 温度 30℃ 3)冷却水 项目 指标 氯离子 ≤100mg/L 入口温度 ≤32℃ 出口温度 ≤42℃ 污垢系数 ≤0.0004m.h.℃/kcal 2压力 ≥0.32MPa 4)3.8MPa蒸汽 项目 中压蒸汽 压力MPa 3.8 温度℃ 360~365 SiO2(ppb) ≯20 电导(μs/cm) ≯10 氯离子 ≤0.5mg/L 3.2.2.1.2 消耗定额(保证值)
项目 消耗
氨 (100%纯度) 580kg 二氧化碳 (100%纯度) 770kg 蒸汽 (3.8MPa,365℃) 1500kg 电 22kwh 水 120m 10
3