专利名称：节能、节资、安全型尿素生产工艺及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于用氨和二氧化碳为原料生产尿素的化工工艺类。
用氨和二氧化碳为原料生产尿素的方法很多，可划分为水溶液全循环法和汽提法两大类。水溶液全循环法由于工艺流程长、设备多、投资高、能耗大，已很少采用。现在采用的汽提法生产方法很多，比如有荷兰CTAMICARBON公司的，简称STAC法，日本TOYOE NGI NEERI NG公司的，简称TEC法。
STAC法工艺见图2，原料CO2经压缩、燃烧法脱氢，送至汽提塔2，与尿素合成塔1来的合成物逆流接触。汽提气与液氨进入立式高压冷凝器3冷凝，壳侧副产0.44MPa低压蒸汽供后续工序使用。冷凝气、液混合物进入尿素合成塔，合成工艺条件为压力13.5MPa、温度183℃、进料NH3/CO2摩尔比＝2.9、H2O/CO2摩尔比＝0.41。气提塔底出来的液体经减压后送至低压分解、闪蒸、蒸发系统送造粒得产品。图中43为高压洗涤器。
由于该工艺汽提塔换热管采用Cr Nl Mo25-22-2材料，要求汽提剂CO2中有较高的O2，再加上脱氢耗氧，使大量惰性气体导入尿素合成塔，故CO2转化率低，总转化率＝51%，故需有带换热管的高压洗涤器冷凝回收，这样高压设备多、结构复杂、流程长、投资高、能耗大。
TEC法工艺流程见图3，含O2的CO2送入汽提塔3底部，尿素合成塔2的溶液自塔底自流至汽提塔。汽提气进入高压冷凝器4，壳侧副产0.7MPa低压蒸汽，其满足不了后续工序需要，需补加中压蒸汽。尿素合成工艺条件为压力17.2MPa、温度190℃、进料NH3/CO2摩尔比＝4、H2O/CO2摩尔比＝0.64。合成气经高压洗涤器5，与汽提塔底出口液体经减压送入中压系统后，再送入低压系统再进入后续工序。该工艺虽CO2转化率高，总转化率达67-68%，但因必需设置中压分解及回收系统，也存在流程长、设备多、投资高的问题。
本发明的目的是根据上述工艺存在的问题，旨在设计一种能耗低、投资省、操作使用安全、对环境基本无危害的尿素生产工艺。
本发明的目的是以下述方式实现的，节能、节资、安全型尿素生产工艺及装置，纯度≥99.5%(重量)、压力≥1.5MPa、温度≥15℃的液氨经液氨泵升压到17.7MPa，经氨加热器1，由高压喷射器2送至高压冷凝器5，原料CO2气体经CO2压缩机加压到16MPa送入汽提塔4底部作汽提剂与尿素合成塔3来的合成物逆流接触，使其中的甲铵分解和游离NH3逸出，汽提气则进入高压冷凝器5。从卧式布置的高压冷凝器出来的气液混合物进入尿素合成塔3进行尿素合成，尿素合成工艺操作条件是压力15.2-16.2MPa、温度188-192℃、进料NH3/CO2摩尔比＝3.0-3.2、H2O/CO2摩尔比＝0.40-0.50，合成液自流到汽提塔，汽提塔换热管材质为Cr Nl Mo25-22-2内衬锆薄壁。
含少量NH3和CO2的尿素合成塔出口气体流入到布置在塔底部的高压吸收塔6，用甲铵泵送来的甲铵液吸收洗涤，送至内设三块浮阀塔板的低压分解塔7，来自汽提塔底部的尿素甲铵液先在上部空间闪蒸和分离，溶液向下流至降膜式分解加热器8加热分解，低压分解塔的操作压力为0.3-0.35MPa。
出分解加热器8的尿液经减压后进入压力为0.045MPa的第一蒸发分离器13闪蒸分离，液相流入降膜式第一蒸发器上段11和下段12，在0.045MPa压力下分别用分解气和解吸气作热源，将尿液浓缩至75-80%，经尿液泵18送至第二蒸发器14，在0.033MPa压力下，用0.4-0.5MPa低压蒸汽作热源，将尿液浓缩至95-96%，再经第二蒸发分离器15，分离出尿液流到第三蒸发器16，在0.033MPa压力下，用0.6-0.9MPa蒸汽作热源，将尿液浓缩至99.7-99.8%，再经第三蒸发分离器17，由熔融尿素泵19打至造粒塔20，造粒得产品。
下面参照附图详述本发明内容。
图1本发明工艺流程2STAC法工艺流程3TEC法工艺流程图参照图1，高压冷凝器为卧式U型换热管-废锅壳侧型组合设备，管侧操作压力15.2-16.2MPa，冷凝温度166-172℃，NH3、CO2、H2O在高压冷凝器5内冷凝，其冷凝程度由壳侧副产蒸汽压力控制，副产0.4-0.5MPa的低压蒸汽供后续工序使用，作到产用平衡。在卧式换热器壳侧的管板与管子间的间隙处，充满蒸汽冷凝液，使得氯离子不能在此间隙处浓缩和集聚，消除了由氯离子产生的腐蚀，提高了设备使用的安全性和寿命。
高压冷凝器的气-液相混合物从底部进入尿素合成塔3，并自下而上流动，液相中甲铵脱水生成尿素，气相不断冷凝，放出热量供甲铵脱水和物料升温用。塔内衬Cr Nl Mo25-22-2或316L尿素级材料，中间设置有10块带孔塔板，使物料在塔内只向上流动，防止返混，提高CO2转化率，其总CO2转化率62-64%，液相中CO2转化率＝64-67%。尿素合成液通过内溢流管自流到汽提塔4，气体流入高压吸收塔6。
汽提塔的换热管采用耐物理腐蚀和化学腐蚀的Cr Nl Mo25-22-2内衬薄壁、壁厚0.6-1.0mm锆管，使用寿命长，同时由于锆具有高温下耐尿素甲铵液腐蚀性能，因此CO2原料气中只需含0.1-0.25%(体积)的O2，从而大大降低了CO2中的惰性气体量，节省了CO2压缩能耗，优化了尿素合成参数。生产每吨尿素，向汽提塔提供1.255GJ热量。
汽提塔操作压力15.2-16.2MPa、壳侧用2.0-2.5MPa蒸汽加热。塔底部设置一块多孔板，增加气液传热效果，降低出液温度，减少尿素水解率和缩二脲的生成量。出塔气相温度188-190℃，液相160-170℃，氨汽提率76-80%。
高压吸收塔6内设置有三块筛板和一根气体通道管。带有少量NH3和CO2的合成气进入塔内用甲铵泵送来的低浓度甲铵液(70-80℃)洗涤吸收，吸收量由塔内的气体通道管控制，而后进入低压分解塔7。出塔气体中O2含量小于4%，无爆炸危险。
低压分解塔内设置三块浮阀塔板，来自汽提塔的尿素甲铵液首先在上部空间进行闪蒸和分离。溶液在塔板上与分解加热器来的热气体进行传质传热，溶液向下流至降膜式分解加热器8，壳侧用低压蒸汽加热，提供甲铵分解所需热量。
出低压分解塔的气体进入第一蒸发器上段11，回收部分热量后进入低压冷凝器9，低压冷凝器为卧式鼓泡浸没型，在此，NH3-CO2-H2O发生冷凝生成70-80℃甲铵液，放出热量由壳侧密闭温水循环系统移走，少量未冷凝的NH3-CO2与其它惰性气体一起进入低压吸收塔10，用氨水和冷的蒸汽冷凝液洗涤，几乎不含NH3的惰性气体排入大气，对环境几乎无污染。放空H2-N2-O2混合气体中O2含量也低，无爆炸危险。
第一、第二、第三蒸发分离器出口气体均含有NH3-CO2-H2O及夹带少量尿素，分别进入各自的真空系统。真空系统包括表面冷凝器(图中符号O)、蒸汽喷射器(图中符号)，用于冷凝回收NH3-CO2-尿素，形成所需要的真空度。各气体的顺序为13-41-42-39、15-40-42-39、17-34-36-37-38-39，经冷凝回收后的气体从表面冷凝器39放空。
各真空系统的工艺冷凝液均流至氨水槽22，解吸给料泵23将氨水加压途经解吸换热器24后从顶部送至第一解吸塔25，解吸后含NH3-尿素溶液由水解给料泵27升压并途经水解换热器28进入卧式水解器29。卧式水解器中串联有数个水解单元，操作压力为2.0-4.0MPa的蒸汽分布管向各水解单元提供尿素水解所需要的热量。从水解器最后一单元出来的溶液几乎没有尿素存在，经减压后送至第二解吸塔26上部，塔底用低压蒸汽直接加热，从塔底出来的水中NH3和尿素含量均小于5ppm，经解吸换热器24回收热量后，送往界区外作锅炉补充水。氨水泵33将氨水送至低压吸收塔10。
从第一解吸塔25顶部出来的解吸气中含NH3-CO2-H2O，送至第一蒸发器下段12回收部分热量后再导入解吸冷凝器30进行最后冷凝。解吸冷凝器为立式浸没式冷凝器，未冷凝的微量惰性气体在液位槽31中用蒸汽冷凝液洗涤后放空。解吸冷凝液由解吸冷凝液泵32送至第一蒸发加热器上段11壳侧。
本发明高压圈设备布置方式为尿素合成塔位于汽提塔的顶部，高压冷凝器壳侧底标高近似于尿素合成塔筒体下封头切线标高，高压吸收塔布置在与各蒸发器同一楼层标高处。
本发明汽提塔采用衬锆换热管，使用寿命长，还可降低原料CO2中防腐用O2，能在NH3/CO2较低情况和适宜压力、温度下得到高的CO2转化率，高压冷凝器、高、低压吸收塔设计精巧，操作安全，无爆炸危险。工艺流程中无原料CO2脱氢工序，高压圈设备采用低框架布置，高压吸收塔不需要密闭热水循环系统，无需中压分解-循环回收工序，因此本发明工艺流程短，能耗低，设备数量少，投资省，操作管理、维修安全方便。
权利要求
1.节能、节资、安全型尿素生产工艺及装置，纯度≥99.5%(重量)、压力≥1.5MPa、温度≥15℃的液氨经液氨泵升压到17.7MPa，经氨加热器(1)，由高压喷射器(2)送至高压冷凝器(5)，原料CO2气体经CO2压缩机加压到16MPa送入汽提塔(4)底部作汽提剂，与尿素合成塔(3)来的合成物逆流接触，使其中的甲铵分解和游离NH3逸出，汽提气则进入高压冷凝器(5)，其特征在于从卧式布置的高压冷凝器出来的气液混合物进入尿素合成塔(3)进行尿素合成，尿素合成工艺操作条件是压力15.2-16.2MPa、温度188-192℃、进料NH3/CO2摩尔比=3.0-3.2、H2O/CO2摩尔比=0.40-0.50，合成液自流到汽提塔，汽提塔换热管材质为CrNiMo25-22-2内衬锆薄壁。含少量NH3和CO2的尿素合成塔出口气体流入到布置在塔底部的高压吸收塔(6)，用甲铵泵送来的甲铵液吸收洗涤，送至内设三块浮阀塔板的低压分解塔(7)，来自汽提塔底部的尿素甲铵液先在上部空间闪蒸和分离，溶液向下流至降膜式分解加热器(8)加热分解，低压分解塔的操作压力为0.3-0.35MPa，出分解加热器(8)的尿液经减压后进入压力为0.045MPa的第一蒸发分离器(13)闪蒸分离，液相流入降膜式第一蒸发器上段(11)和下段(12)，在0.045MPa压力下分别用分解气和解吸气作热源，将尿液浓缩至75-80%，经尿液泵(18)送至第二蒸发器(14)，在0.033MPa压力下，用0.4-0.5MPa低压蒸汽作热源，将尿液浓缩至95-96%，再经第二蒸发分离器(15)，分离出尿液流到第三蒸发器(16)，在0.033MPa压力下，用0.6-0.9MPa蒸汽作热源，将尿液浓缩至99.7-99.8%，再经第三蒸发分离器(17)，由熔融尿素泵(19)打至造粒塔(20)，造粒得产品。
2.根据权利要求1所述的工艺及装置，其特征在于汽提塔(4)操作压力15.2-16.2MPa、壳侧用2.0-2.5MPa蒸汽加热，原料CO2中含O20.1-0.25%(体积)，出塔气相温度188-190℃，液相160-170℃，氨汽提率76-80%。
3.根据权利要求1所述的工艺及装置，其特征在于高压冷凝器(5)为卧式U型热管-废锅壳侧型组合设备，管侧操作压力15.2-16.2MPa，冷凝温度166-172℃，壳侧副产0.4-0.5MPa蒸汽。
4.根据权利要求1所述的工艺及装置，其特征在于高压吸收塔(6)内设置有三块筛板和一根气体通道管。
5.根据权利要求1所述的工艺及装置，其特征在于从第一蒸发器上段(10)所出来的气体进入低压冷凝器，低压冷凝器为卧式鼓泡浸没型，壳侧采用密闭温水循环系统移走热量。
全文摘要
节能、节资、安全型尿素生产工艺及装置，用氨和二氧化碳为原料，采用气提法工艺，高压合成、冷凝、吸收，低压分解回收，造粒等装置生产尿素。气提塔出液经低压分解和三段蒸发获得溶融尿素送去造粒得产品。气提塔采用衬锆换热管，防腐空气用量少，CO
文档编号C07C273/04GK1086511SQ9310966
公开日1994年5月11日 申请日期1993年8月2日 优先权日1993年8月2日
发明者程忠振, 王湘平, 刘佑义 申请人:中国五环化学工程总公司