四川理工学院毕业设计 第一章 前言
ACES法工艺合成的NH3/CO2比高达4.0~4.1，故合成CO2一次转化率高达68%；设备耐腐蚀性亦大为改善。ACES法亦设置中压段及工艺冷凝处理装置，排放的废水废气符合环保标准，短期停车2天内不需排液，这些方面与氨气提法雷同，不赘述，将其余特点阐述如下：
能量利用更为合理。输入界压的高压蒸汽首先用于蒸汽透平作动力，从中抽取中压蒸汽用作汽提塔热源；高压分解的甲铵冷凝热一部分用于副产低压蒸汽作为下游设备热源，另一部分用于加热分离中压尿液中未反应物；再利用中压甲铵热作为尿液蒸发的热量。高压蒸汽一次作功，三次逐级反复利用热量，且后2次均为物料间直接传递热量，较为合理。特殊结构的气提塔。因进塔溶液的NH3/CO2比甚高，故在降膜气提管之上添置了板塔板进行绝热等压气提。特殊的结构材料。采取双相合金钢DP-12管材及R-5板材制作气提塔，高压甲铵冷凝器和中压分解塔。多年使用结果令人满意，亦可实现40%低负荷正常运转。双相合金钢价格比2RE-69不锈钢、钛材、钴材均低。TEC开发建立起以ACES工艺为基础的运转支持系统，有①培训模拟系统：可培训开停车操作；事故处理，矫正误动作的操作，熟练DCS,与现场操作协调的训练。②运转遥控系统：给操作人员提供实际的开工程序信息，指导正常条件下的运转。③故障识别系统：提供故障设备的诊断结论信息、发生故障的原因。
1.5.3 Stamicarbon公司的CO2气提工艺
CO2气提工艺我国引进10多年，引进了14套大型装置，国产化2套中型装置，因此对此工艺的特点，众所周知。例如：高压合成圈的NH3/CO2分子比、温度、压力是所有气提工艺中最低的，而气提效率最高；由于出气提塔的尿液中未反应物含量甚低，故不再设置中压段，而设低压段和真空闪蒸槽；蒸发尿液所需热源全部来源于副产的低压蒸汽；高压合成圈主要设备呈垂直重叠布置，使溶液藉重力流动等。80年代以来该法又有了如下改进：
CO2气提法为克服洗涤和排放惰性气时燃烧或爆炸的隐患，在原料中加入钝化空气，压缩后再用铂触媒脱除气体中的H2。高压洗涤器顶部改为大体积球形结构，一旦气体爆炸时，有足够空间缓冲，以免损坏设备。添设工艺冷凝液深度水解系统，以消除环境污染。喷淋成粒塔添设加晶种装置，在塔上部熔融尿素液滴喷洒区域内形成微米级晶种云层，促使尿素结晶从层状改型为交叉重叠型，提高了尿素丸粒的强度。尽量利用低位能热量，进行直接传递，降低了能耗。如CO2催化脱H2的热量利用。
1.6 CO2气提工艺和NH3气提工艺的比较
1.6.1 工艺方面
工艺流程的比较：
CO2气提工艺比NH3气提工艺要简单得多主要体现在CO2气提塔出口溶液只需要经历一个低压分压工段即可基本回收未转化的CO2和NH3，而NH3气提法除了采用低压循环外，还增加了中压循环，因为NH3气提塔出口溶液中的NH3含量较高。如果NH3气提法也只有一个低压分解工段，就必须添加大量的水回收NH3,
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这必然会导致整个系统的水平衡失调，以及进合成塔的H2O/CO2比值过高。从而降低CO2转化率，能耗也随之升高。
转化率的比较：
当温度、压力等工艺条件确定以后，NH3/CO2比值便是转化率高低的决定性因素。虽然NH3气提工艺中CO2转化率较高，但NH3的转化率比CO2气提工艺低32%，这是由于较高的NH3/CO2比值造成的。从气提后液相组成上看，CO2气提效果优于NH3气提。
安全性比较：
几乎所有采用不锈钢材料的合成系统都借助空气防腐，CO2气提工艺的加氧量占CO2原料气的0.6%，气提工艺占0.35%~0.45%。为彻底消除爆炸隐患，Stamicarbon公司设计了新型的球型洗涤器并配备了CO2气的脱氢装置，在脱氢反应器中CO2气体中的H2，CO与O2在铂催化剂作用下分别生成H2O和CO2,使尿素装置的安全性从根本上得到了保障。
1.6.2 装置运行情况
CO2气提法流程简短，设备布置紧凑，特别是整个高压圈物料在重力作用下循环，易于操作，这是CO2气提装置的运转情况略好于NH3气提的主要原因。从目前2套系统的整体运行情况上看，无论是运转率还是生产能力利用率，CO2气提工艺要高于NH3气提装置。
1.6.3 设备腐蚀
从国外的2种工艺所使用的设备寿命上看，CO2气提法要高于NH3气提法。此外，近年来Stamicarbon公司开发出的新型不锈钢，无论在其机械强度、抗应力腐蚀性能，甲铵溶液中的耐腐蚀性及焊接性能均优于316L和25-22-2型材质，并且改进后的CO2气提工艺把高压冷凝器由立式该为卧式，基本消除了CL-所造成的应力腐蚀。
1.6.4 投资效益
由于NH3气提法的工艺比CO2气提法工艺较长，多出一套中压循环系统，在设备投资上相应增加，但在土建投资上CO2气提法的框架较高投资较大，从运行成本上比较，由于NH3气提法的设备台数多，维修复杂，操作员工也较多，因此工资福利及维修费用2部分在年总成本中所占比例较大，在总成本的长期借款部分，NH3气提法的还贷成本要高于CO2气提法。所以，从经济角度上看CO2气提法工艺占有优势。
近年来，Stamicarbon公司经过10余年的研发，在工艺布置、设备结构及铸造等方面均作了重大改进，并推出了2000-TM尿素生产工艺使得原材料消耗近似于理论值，并提高了合成转化率，使框架高度由52m降至26m，投资较低10%，大大简化了工艺流程，其最主要的改进措施是将尿素合成塔和甲铵冷凝器合并成一个高压容器-----池式反应器。
在市场竞争中所处的优势地位使得NH3气提工艺近年来几乎没有明显的进步，其最大的改进是气提塔列管用衬鈷双金属不锈钢替代钛材。可以说，在技术进步这个环节上NH3气提工艺已经落后了。
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1.7 选取工艺及理由
水溶液全循环法工艺较为成熟，在我国得到快速的发展，除了具有吨尿素投资省、材料易得，国内能成套制造外，更为重要的是中国尿素工作者对该法进行了技术创新，如采用预分离—预精馏工艺，一吸塔外加外冷器等，使原装置产能大幅度提高，消耗大幅度下降，成为具有新内涵改进型的水溶液全循。结合本次设计综合考虑选用该工艺[6]。
1.8 尿素工艺流程简图
去中压吸收去低压吸收CO2NH3压缩机过滤器液氨缓冲槽预混器尿素合成塔加热器一段分解塔加热器二段分解塔去闪蒸槽高压泵
图1.1 尿素生产流程简图
水溶液全循环法尿素生产工艺改造技术，其特征在于经CO2压缩机压缩至220kg/cm2、125℃的CO2气体，从合成塔底部加入原料氨经液氨过滤器过滤，进入液氨缓冲槽，来自氨冷凝器的循环液氨进从液氨缓冲槽，其中一部分与原料液氨混合后，经液氨泵加压200kg/cm2后送往液氨预热器进行预热，然后送至合成塔底部，在220kg/cm2压力,t=190℃条件下在合成塔内进行尿素合成反应，反应物自塔顶经减压阀减压至18kg/cm2，排至预分离器，进行分离，液相由塔底流出，经一段分解加热器，由123.4℃加热至160℃，然后进入一段分解分离器，气相由塔顶出去返回重复利用，液相由塔底流出再次经减压阀，进入二段分解塔，在4 kg/cm2， 120-150℃条件下进行二次分离。此设有二段分解加热器，操作条件是4 kg/cm2，150℃对液相进行加热。气相由塔顶出去返回重复利用，液相由塔底流出至下一工序。
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四川理工学院毕业设计(论文) 物料衡算
2 物料衡算
2.1 计算基准
成品规格以一吨成品尿素为基准[3] 粒状尿素成品规格为：
含氮量 46%（折合成尿素98.7%） 缩二脲 水份 0.3% 其他杂质 原料消耗定额
年产67×103t尿素通用设计采用的原料消耗定额为 NH3 580 kg/t成品尿素 CO2
785kg/t成品尿素
2.2 合成塔物料衡算
2.2.1 衡算条件
进合成塔 NH3/CO2=4.1 （摩尔比） H2O/CO2=0.65 （摩尔比）
合成塔操作条件 压力P=21.58MPa（表压） 温度T=190℃ 尿素合成率 63% 液氨纯度为99.8%
2.2.2 CO2气组成
743.37kg 或 17.0003 kmol 其中 CO2:735.06kg 或 16.71 kmol O2: 2.89 kg 或 0.09 kmol N2: 5.14 kg 或 0.1847 kmol H2O: 0.28 kg 或 0.0156 kmol
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0.9% 0.1% 四川理工学院毕业设计(论文) 物料衡算
2.2.3 甲铵液组分物料量
溶液中CO2含量
未转化为尿素的CO2量为
16.79×37/63=9.861 kmol 或 433.87 kg
除去由气相进入只CO2即为氨基甲酸铵溶液之中CO2量，即为： 16.79+9.8=26.65 kmol 或 1172.6 kg 除去由气相进入只CO2
1172.69-735.06=437.63 kg 26.65-16.71=9.94 kmol 溶液中的氨量： 甲铵液中NH3/CO2=3.1
NH3：3.1×9.94=30.814 kmol 或 523.838 kg 溶液中的H2O量：
合成塔内H2O/CO2=0.65 （摩尔比）
H2O： 26.65×0.65-0.0156=17.306kmol或311.508kg 溶液中的尿素： 由计算条件知为2.5 kg或0.042 kmol
2.2.4 原料液NH3量
高压氨泵漏损11.69 kg[4]
NH3 ： 580-11.69=568.31 kg或33.43 kmol
2.2.5 循环液NH3
NH3/CO2=4.1(摩尔比)
进塔总NH3量为 ： 4.1×26.65=109.265kmol或1857.505 kg 返回氨量： 109.265-34.43-30.81=45.025 kmol或765.425 kg
2.2.6 尿素生成量
1007.54+2.5=1010.04 kg或16.832 kmol
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