1.8MPa(A),进入降膜式中压分解器E-2。在此,溶液中尚未分解的甲铵进一步分解,并增加底部溶液的尿素浓度。
中压分解器分为两部分:顶部为分离器V-2,在溶液进入管束之前,在分离器中先释放出闪蒸汽,然后进入管束;下部管束为分解段,残余甲铵在此进行分解。这一反应所需热量,在分解段下部壳程由来自气提塔的2.2MPa(表)冷凝液提供,在分解段的上部壳程由0.6MPa(A),158℃的蒸汽提供。在开停车时,可以用2.4MPa(A)的蒸汽作为加热热源。在分解段列管顶部有液体分布器,使溶液在管的内壁形成均匀的液膜。底部排出液的温度为156℃,压力1.8MPa(A),含氨量为6~7%(m/m),二氧化碳为1.0%~2.0%(m/m)。
从顶部分离器V-2排出的含富氨和二氧化碳的气体,送往真空浓缩器E-4壳程。在那里被由碳铵液贮槽V-6来的碳铵液部分地吸收冷凝。这些吸收和冷凝的热量,被用来蒸发尿素溶液的水分,以节省蒸汽。真空浓缩器壳侧的汽-液混合物,在中压冷凝器E-10中最终冷凝。这部分低位的吸收和冷凝热用冷却水移走。在这个冷凝器中,二氧化碳几乎全部被吸收。从中压冷凝器来的气-液混合物,进入中压吸收塔C-1的下部。从溶液中分离出来的气相,进入上部精馏段,精馏段为泡罩型塔板,在此,残余的二氧化碳被吸收,氨被精馏。用纯净的液氨作塔盘的回流液,以清除惰性气中的二氧化碳和水。回流氨是用液氨升压泵P-5从液氨贮槽V-5抽出送到中压吸收塔的。塔底的甲铵液经高压甲铵泵P-2加压,再经高压甲铵预热器E-6预热后,返回到合成部分的高压甲铵冷凝器E-5。
带有(20~100)×10-6叫二氧化碳和惰性气体的气氨,由中压吸收塔C-1精馏段顶出来,在氨冷凝器E-9中冷凝。被冷凝的液氨和含有氨的惰性气体,送往液氨贮槽V-5;含有饱和氨的惰性气体,被送往降膜式的中压氨吸收塔E-11。在这里与冷凝液逆流接触,将气氨回收。吸收热被冷却水移走。塔底的氨水溶液,经氨水泵P-7返回到中压吸收塔精馏段,惰性气体放空。
离开中压分解器E-2底部的溶液被减压到0.45MPa(A),并进入降膜式低压分解器E-3。此设备分为两部分:顶部为分离器V-3,释放出的闪蒸汽,在溶液进入管束之前,在此被分离;而后溶液进入下部管束。残留的甲铵在此被分解。底部出液中氨含量在I.0%~2.0%(m/m),二氧化碳含量在0.3%~1.1%(m/m)。所需热量由0.45MPa(A)的饱和蒸汽供给。底部排出液的温度为138℃。
离开分离器V-3顶部的气体与经解吸塔回流泵P-15送来的解吸冷凝液汇合,
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首先被送往高压甲铵预热器E-6,在这里被部分地吸收和冷凝,然后进入低压甲铵冷凝器E-8。剩余的吸收热和冷凝热被冷却水带走。冷凝液送入碳铵液贮槽V-6。惰性气体在低压氨吸收器E-12中被洗涤后排放。此气体实际已不含氨。用中压穆铵液泵P-3从碳铵液贮槽将碳铵液与中压分解气汇合,送到真空浓缩器E-4壳侧。 3.3.1.3 尿素的浓缩与造粒
由低压分解器底部来的溶液,减压到0.035MPa(A)进入降膜式真空浓缩器E-4,在此进一步提高送往蒸发部分的尿液浓度。此设备分为两部分:顶部分离器V-4,释放出的闪蒸汽在溶液进入管束之前,在此被分离并送往真空系统冷凝。下部列管式真空浓缩器E-4。溶液进入真空浓缩器E-4,最后残留的甲铵在此被分解。底部尿液浓度由70%上升到85%。所需热量由来自中压分解分离器顶部的气体与中压碳铵液泵P-3送来的碳铵液在此汇合进行吸收冷凝的冷凝热供给,以节省蒸汽。底部尿液通过尿素溶液泵P-6送往真空部分。
尿素真空浓缩与造粒的流程与二氧化碳气提法相同,只是设备结构稍有差异。这部分不赘述。 3.3.1.4 解吸和水解系统
斯纳姆公司也采用高温水解流程,与Stamicarbon的流程相同,但该公司的水解塔为卧式塔,操作压力和温度比Stamicarbon的高,分别为3.43MPa、230℃,因此水解塔的体积也小些。
来自真空系统的含有氨和二氧化碳的水,收集在工艺冷凝液槽T-2中。收集在碳铵液闭路排放槽T-4的碳铵液,用碳铵液回收泵P-18送往工艺冷凝液槽中。在工艺冷凝贮槽中的工艺冷凝液,用工艺冷凝液泵P-14经解吸塔废水换热器E-18预热后,送往解吸塔C-2。此塔的操作压力为0.45MPa(A)。解吸塔分为两个部分,下塔由35块塔板组成,上塔由20块塔板组成。上下塔之间安装有一块升气管塔盘。工艺冷凝液经解吸塔废水换热器被塔底流出的净化水预热后,从第45块塔板进料。含有水、尿素和少量氨和二氧化碳的工艺冷凝液,在上塔初步气提后,用水解器给料泵P-16,经水解器预热器E-19,被水解器出来的溶液预热后,送到水解器R-2。在水解器用2.3MPa(A)以上的蒸汽,使尿素全部水解成氨和二氧化碳。由水解器出来的气体减压后进入解吸塔上部,与解吸塔出气汇合,进入解吸塔顶冷凝器E-17冷凝。冷凝液到回流槽V-9,用解吸塔回流泵P-15一路送解吸塔顶作回流液,另一路去高压甲铵预热器与低压分离器分离出的气体混合,在此冷凝以
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预热高压甲铵液。水解后的液体,经水解器预热器E-19换热后,进入解吸塔下塔顶部。下塔利用通入低压饱和蒸汽的再沸器,进一步解吸出氨和二氧化碳。由解吸塔下塔底部出来的净化废水,与进解吸塔的工艺冷凝液换热后,送出尿素界区可做锅炉给水。
3.3.2消耗定额
设计指标(以1吨尿素计)
项目 消耗 氨 570kg 二氧化碳 740kg 蒸汽(3.8MPa,365℃) 970kg 电 26.5kwh 水 99m 3 3.3.4 工艺特点
斯那姆氨气提尿素工艺,是一种以氨为气提剂的全循环气提法。利用出合成塔溶液中所含过量氨,在操作压力与合成塔相同的,并用蒸汽加热的降膜换热器(气提塔)中,把二氧化碳气提出来。气提出来的二氧化碳和氨,在操作压力与合成塔相同的甲铵冷凝器中重新合成为氨基甲酸铵,而后再送回合成塔转化成尿素。
这种设计的综合效果是:氨和二氧化碳在尿素高压系统中循环。对于任何组分都不必设泵加压。而在传统全循环法工艺中,氨和二氧化碳都是在降低压力时和尿液分离的,被水吸收变成甲铵后用泵加压返回合成塔。
在氨气提法工艺中,二氧化碳进料量的85%左右在高压合成回路中循环。只有余下大约15%的二氧化碳以甲铵液的形式用泵加压返回合成塔。这样就大大减少了向高压系统用泵输送氨和甲铵液所需动力。
由于甲铵冷凝器的操作温度很高,足以利用气相冷凝放出的热量来发生蒸汽,以供流程中的许多部位使用,节省外来蒸汽耗量。此外,返回尿素合成塔的甲铵液温度,比传统流程中从低压系统来的物料温度高得多。从而减少了为把低温物流加热到合成塔操作温度所需要的供热量。
气提塔和整个尿素高压系统,存在有大量过量氨,使腐蚀问题减到最轻程度。由于过量氨量大,钝化用氧气量可减到最小,使惰性气体浓度降低,从而提高了转化率。同时惰性气体放空时,带走的氨损失量也将减少。还避免了因存在过量氧而会形成爆炸件混合气的问题。
高压回路过量氨高,气提塔又采用钛材,气提塔的操作温度可以超过200℃,
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从而使高压回路中的分解率高。同时高压回路可以连续几天封塔保压。加上分解工段广泛采用降膜换热器,因而尿素溶液在装置内的存量减到最小,且不必排放。减少了排放液所带来的氨损失和对环境的污染。
采用以液氨作动力的甲铵喷射泵,使甲铵液在高压回路中循环,因而主要设备可采用平面布置。节省基建投资,便于安装和设备维修。
3.4 节资节能型(ACES)尿素装置工艺简述
3.4.1 工艺流程简述
ACES是Advanced Cost Energy Saving Process的缩写。意思是“节约投资降低能耗”的工艺。ACES法工艺包括尿素合成和高压回收,尿液的净化和中低压回收,尿液浓缩和造粒等工序。其工艺流程如图3-10所示。
(1)、尿素合成和高压回收
尿素高压合成与回收系统主要由1台尿素合成塔、1台气提塔、2台甲铵冷
图3-10 TEC—MTC公司ACES法工艺流程图
1—CO2压缩机 2—合成塔 3—气提塔 4—甲铵冷凝器 5—洗涤塔 6—液氨泵 7—中压分解塔 8—甲铵泵 9—中压吸收塔 10—低压分解塔 11—中压吸收泵 12—低压吸收塔 13—真空浓缩器 14—蒸发器 15—熔融尿素泵 16—工艺冷凝液泵 17—工艺冷凝液解吸塔 18—解吸塔换热器 19—粒化塔 20—真空喷射器 21—表面冷凝器 22—尿液泵
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凝器和1台洗涤塔组成。合成塔的操作条件是:
压力P为17.5MPa ;温度t=190℃ ; NH3/CO2=4(摩尔比); H2O/CO2=0.6(摩尔比) CO2转化率为68%。
液氨经液氨泵加压后直送尿素合成塔,CO2气作为气提剂,由CO2压缩机送到气提塔底部,一部分CO2从压缩机段间抽出送至低压分解塔,用以调节氨碳比,使之便于吸收。
离开合成塔的合成液进入气提塔顶部。气提塔上段设有三块筛板,下段为一降膜式加热器。合成液先在上段与塔底进入的气体逆流接触,进行绝热气提,使合成液中的氨碳比从4降至3.1,分离出大部分过剩氨后,再流入下段加热器,通过CO2的气提和壳侧2.4 MPa蒸汽加热作用,来分解甲铵和逸出过剩氨。出气提塔的尿液中氨含量约为12%,CO2含量约为14%(质量)。
出气提塔顶的气体,进入两个并联的高压甲铵冷凝器,分别由来自洗涤塔及中压吸收塔的冷凝液冷凝吸收,甲铵的生成合氨冷凝所产生的反应热,在第一甲铵冷凝器中副产0.4 MPa的低压蒸汽,在第二甲铵冷凝器中,用来加热来自气提塔并经减压至1.7 MPa的尿素溶液。离开甲铵冷凝器的气液混合物靠重力循环返回合成塔。合成尾气从合成塔排至洗涤塔,回收其中的氨和CO2。离开洗涤塔的惰性气体减压后进入中压分解塔,其中的氧气作为钝化剂,其它惰性气体又作为气提剂。
(2)、尿液的净化和低压回收
离开气提塔底部的尿液,分别在1.7 Mpa及0.1 Mpa压力下。经过串联的中压分解塔和低压分解塔,进一步提纯净化。从尿液中分解、分离出来的氨和CO2,在两级压力与中、低压分解塔相一致的中压吸收塔及低压吸收塔中回收并返回高压合成系统。中压吸收塔中的甲铵生成热和氨冷凝热,直接用来蒸发真空浓缩器中尿液的水分,以节省额外的能量输入。由于ACES法采用两级分解、两级吸收流程,提高了装置的操作弹性,并有效地回收了热量。
(3)、尿液的浓缩和造粒
尿液送入真空浓缩器,在0.061MPa(绝)〔430mmH2O(绝)〕下绝热闪蒸,尿液浓度提高至70.5%(质量)。相继利用中压吸收塔的甲铵生成热和氨冷凝热加热,将尿液浓缩至84%(质量),之后根据最终产品加工的方法不同,采用一级真空蒸
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