一种用低纯度液氨为原料生产尿素的工艺的制作方法
【专利摘要】本发明属于尿素生产【技术领域】，特别涉及一种用低纯度液氨为原料生产尿素的工艺。以低纯度液氨和合格的CO2气体为原料采用二氧化碳气提法生产尿素，所述低纯度液氨质量浓度为85-95%。本发明首先解决了目前尿素生产工艺对原料纯度要求过高的缺陷，同时还有效的解决了大型合成氨尿素装置在试车开车初期的不纯液氨的处理问题，有效地降低企业的试车成本，尽早打通装置的流程。
【专利说明】一种用低纯度液氨为原料生产尿素的工艺
【技术领域】
[0001] 本发明属于尿素生产【技术领域】，特别涉及一种用低纯度液氨为原料生产尿素的工 艺。
【背景技术】
[0002] 尿素生产工艺主要有荷兰斯塔米卡邦（Stamicarbon)公司的CO2气提法工艺和水 溶液全循环工艺装置、意大利斯那姆普吉提（Snamprogetti)公司的氨气提法工艺、日本三 井东压/东洋工程（TEC/MTC)公司的节能低成本ACES工艺、最早化四院国产化的改良型 CO2气提法工艺等等。但目前的种种工艺对原料的纯度都有着较为严格的要求，如原料CO2 要求纯度不低于98. 5%，总硫不高于lOppm，H2不高于0. 1%，液氨NH3纯度不低于99. 5%，油 含量不高于lOppm。将两种原料进行加压合成、分解回收、蒸发浓缩等工艺来进行物料衡算、 工艺设计生产尿素。目前的工艺非常成熟，但对原料要求较高，达不到原料要求是不允许投 料开车的。因此目前尚无采用低于99. 5%纯度的液氨为原料进行投料开车生产尿素的。
[0003] 其次，生产尿素的企业其生产线往往也和合成氨生产线密切联系，往往企业自身 就建设有合成氨装置。在合成氨装置的试车投产过程中，当行进至合成塔催化剂的升温还 原流程时，催化剂还原产生大量氨水，由于装置单塔生产能力较大，合成塔催化剂升温还原 时间较长，产生的氨水较多，该氨水浓度在85-90%之间，达不到尿素生产的原料要求。但因 量较大没有空间处理，而球罐的储存能力又有限，要保证氨合成装置试车流程打通继续推 进，就需要对此处大量的浓度低于99. 5%的氨水进行处理。否则，氨合成装置的试车将面临 停车，损失将很大。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种用低纯度液氨为原料生产尿素的工艺，既能改善现有工 艺对原料要求较高的缺陷，又能解决大型合成氨装置在原始开车中合成装置升温还原和产 氨初期大量不纯液氨的销售和处理问题，大大降低了企业的试车成本。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下： 一种用低纯度液氨为原料生产尿素的工艺，以低纯度液氨和合格的CO2气体为原料采 用二氧化碳气提法生产尿素，所述低纯度液氨质量浓度为85-95%。
[0006] 其中，低纯度液氨和二氧化碳按照氨碳物质的量比为3. 0-3. 3 :1进行原始投料， 二氧化碳的纯度为97%。
[0007] 优选的，原始投料时低纯度液氨、二氧化碳的流量按照生产负荷的60-70%计算。
[0008] 优选的，生产过程中控制系统中水与二氧化碳的物质的量比为0. 6-0. 9:1。
[0009] 上述生产过程中控制系统中水与二氧化碳的比是指投料过程中和投料后正常运 行过程中的水与二氧化碳的控制指标。
[0010] 优选的，原始投料时控制甲胺泵的转速在最大开度的25-30% ;氨泵转速在最大开 度的85-90%。具体的转速根据氨泵、甲胺泵设备参数进行理论计算得出。 toon] 优选的，投料后出料前控制以下参数在合理范围内：高甲冷出液温度在 155-160°C、氨喷温度在125-130°C、高调水温差在10-15°C ;此外，出料前系统压力不高于 12. 5Mpa〇
[0012] 较好的，可以通过调整氨碳比、水碳比来对高甲冷出液温度、氨喷温度、高调水温 度进行控制。
[0013] 其中，若原始原料配比氨碳比高，则高甲冷出液温度低，高压压力上升速率较 慢些；若氨碳比低，则甲冷出液温度高，高压压力上升速率较快些，故可根据温度是否在 155-160°C之间进行原始氨碳比的调整，以实现随压力升高温度慢慢升高。
[0014] 氨喷温度：一般温度控制在125-130°c之间，当投料加水量在甲胺泵最低变频下， 氨喷温度高于此温度，则说明原始投料配比氨碳比低，反之，氨喷温度低于此温度则说明原 始投料配比氨碳比高。
[0015] 高调水温差在10-15度之间，氨碳比是整个投料配比的核心，氨碳比高或低，高调 水的上回水温差都会降低，一般原始投料配比正常，偏离此温差氨碳比配比就不正常，需要 及时调整。
[0016] 观察高压系统的升压速率，高压系统压力在11-11. 5MPa压力有个稳定区，控制出 料前系统压力不超12. 5MPa。
[0017] 优选的，出料后控制高压系统的合成塔出液组分水碳比在0. 6-0. 9,氨碳比为 3· 0_3· 3〇
[0018] 上述对水碳比、氨碳比进行调整控制的手段为本领域技术人员所掌握的常规技术 手段，此处不再赘述。
[0019] 优选的，开车前对低压系统、水解解吸系统进行改造。
[0020] 具体的，增加低压应急放空，水解解吸系统增加应急放空。
[0021] 具体的，低压系统是在进低压甲胺冷凝器前的气相管道上增加放空的管道和阀 门；水解解吸系统是在进回流冷凝器前的气相管道上增加阀门和管道，目的都是为了维持 高压系统的水碳比和氨碳比。
[0022] 当生产中系统出现不稳定，氨碳比、水碳比失调使氨水槽内NH3和CO2含量升高时， 要保证外送解吸废液氨和尿素的含量小于lOppm，需减量使氨水槽液位上涨，浓度必然继 续升高，整个系统继续恶化，此时解吸负荷过重，导致低压系统无法吸收高压系统又无法消 耗，整个系统难以调整时，低压系统的应急放空阀可方便调节，可适当放空一部分解吸出来 的气体，减少回流冷凝器的冷凝量，从而降低解吸的负荷，以保证氨水槽液位下降，浓度降 低。当事故槽液位高时又需停车排塔时就可以打开水解解吸系统应急放空阀适当的放空一 部分解吸水解出来的气体，从而拉低事故槽的液位，解决因事故槽液位高而无法排塔置换 的难题，且避免氨水槽或事故槽液位过高而发生溢流的氨氮超标环保事故。
[0023] 本发明结合开车实际，以以往的二氧化碳气提法尿素原始开车方案为依据，进行 大胆的尝试和操作，以纯度为85-95%的液氨与合格的CO 2气体为原料进行投料开车，且经 过尝试和摸索取得了成功。本发明着重对原始投料液氨和二氧化碳的配比量进行理论的计 算；优选在投料过程中根据温度、压力等变化进行液氨和二氧化碳的配比量的调整。此外， 在出料后对整个高压水平衡、氨碳比进行调整控制，此调整控制对于整个工艺的进行更为 有益。第三，还优选在开车前期对低压系统、水解解吸系统进行了一些小的改造。
[0024] 本发明还具有以下意义： 虽然氨合成塔催化剂还原后的活性与催化剂的选型有关，但催化剂的还原成功与否将 对催化剂的活性起到至关重要的影响。因此，催化剂的还原历来是合成氨厂生产开车过程 中一个重要的环节。安全稳定缓慢升温还原是关键，故本发明实现的后续系统的运行为合 成氨系统氨的还原催化时间提供了保证，不用再顾虑不纯液氨的处理问题，解决了后顾之 忧。
[0025] 本发明与现有技术相比，具有如下优点： 本发明首先解决了目前尿素生产工艺对原料纯度要求过高的缺陷，同时还有效的解决 了大型合成氨装置在试车开车初期的不纯液氨的处理问题，有效的降低企业的试车成本， 尽早的打通装置的流程。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1为低压系统的改造示意图，增加了低压应急放空管线，1为低压甲铵冷凝器。
[0027] 图2为解吸水解系统的改造，增加了解吸应急放空管线，2为回流冷凝器。
【具体实施方式】
[0028] 以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此： 实施例1 1.原始投料液氨与CO2配比量理论计算过程如下： 以采用500kt/a合成氨及配套尿素工程的某公司为例，采用国内改良型CO2气提法 工艺，其中小颗粒装置(尿素成品粒度在〇. 85-2. 8mm)两套，大颗粒装置(尿素成品粒度在 2-4mm) -套，每套生产能力均40万吨/年，按照100%负荷为每小时生产55. 6t尿素，进入 系统CO2的纯度为97%，五出（五出指的是原料CO2气体经过压缩机压缩后的气体，此压缩机 为5段压缩，五段出口压缩的高压气体进入高压合成塔合成反应生产尿素)的CO 2流量为生 产1吨尿素理论需372/0. 97=384 m3/h，实际投产时按1吨尿素需400 m3/h计算： 1) 100% 负荷五出的 CO2 流量为 55. 6 X 400=22240 m3/h。
[0029] 2)理论计算出70%负荷五出的CO2流量为55.6\400父70%=15568 1113/11。
[0030] 3)理论计算出70%负荷五出的CO2流量为15568 1113/11，需要投氨的流量： 按照 1%3/11。。2=3· 1 计算，nNH3= nCQ2X3. 1 nco2=V/Vm= 15568X0. 97/22. 4=674150mol 11^3=674150X3. l=2089865mol m N113= nM NH3=2089865 X 17=35527. 705Kg v NH3=m/ 密度=35527. 705/638=55. 7 m3 4)理论计算出70%负荷五出的CO2流量为15568 1113/11，需额外加入的水的流量： 按照 nH20/nC02 为 0. 7 计算，nH20= nC02X0. 7 nC02=V/Vm=15568 X 97%/22. 4=674150mol nH20= nC02X 0· 7=674150X0. 7=471900mol mH20= nH20X18=8494. 2kg VH20=8. 494 m3/h 5)泵量和转速的计算 甲胺泵参数：柱塞直径94_，行程150_，三连柱塞； 可计算出甲胺泵曲轴每转动一圈的流量(组合阀不漏）： V=3. 14x(0. 094/2) 2x0. 15*3=0. 00312m3 设甲胺泵最低变频下曲轴每分钟的转数为Y转，则甲胺泵每小时的打量（即需加入系 统的水量）为=〇. 〇〇312xYx60 氨泵参数：柱塞直径l〇5mm，行程180mm，三连柱塞； 可计算出氨泵曲轴每转动一圈的流量(组合阀不漏）： V=3. 14x(0. 105/2) 2x0. 18*3=0. 00467m3 设氨泵最低变频下曲轴每分钟的转数为Z转 氨泵每小时的打量为=〇. 〇〇467xZx60 可粗略得出原始投料开车配比表如下：
【权利要求】
1. 一种用低纯度液氨为原料生产尿素的工艺，其特征在于，以低纯度液氨和合格的co2气体为原料采用二氧化碳气提法生产尿素，所述低纯度液氨质量浓度为85-95%。
2. 如权利要求1所述的用低纯度液氨为原料生产尿素的工艺，其特征在于，低纯度液 氨和二氧化碳按照氨碳物质的量比为3. 0-3. 3进行原始投料，二氧化碳的纯度为97%。
3. 如权利要求2所述的用低纯度液氨为原料生产尿素的工艺，其特征在于，生产过程 中控制系统中水与二氧化碳的物质的量比为0. 6-0. 9。
4. 如权利要求1-3任一所述的用低纯度液氨为原料生产尿素的工艺，其特征在于，原 始投料时低纯度液氨、二氧化碳的流量按照生产负荷的60-70%计算。
5. 如权利要求4所述的用低纯度液氨为原料生产尿素的工艺，其特征在于，原始投料 时甲胺泵的转速控制在泵的最大开度的25-30% ;氨泵转速控制在泵的最大开度的85-90%。
6. 如权利要求4所述的用低纯度液氨为原料生产尿素的工艺，其特征在于，投料后出 料前控制以下参数在合理范围内：高甲冷出液温度在155-160°C、氨喷温度在125-130°C、 高调水温差在10_15°C ;此外，出料前系统压力不高于12. 5Mpa。
7. 如权利要求6所述的用低纯度液氨为原料生产尿素的工艺，其特征在于，出料后控 制高压系统的合成塔出液组分的水碳比在〇. 6-0. 9,氨碳比为3. 0-3. 3。
8. 如权利要求4所述的用低纯度液氨为原料生产尿素的工艺，其特征在于，开车前对 低压系统、水解解吸系统进行改造。
9. 如权利要求8所述的用低纯度液氨为原料生产尿素的工艺，其特征在于，低压系统 增加低压应急放空，水解解吸系统增加应急放空。
【文档编号】C07C273/04GK104402768SQ201410605700
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】樊进军, 徐俊红, 谢群力, 罗俊韬, 吕丙航 申请人:河南晋开化工投资控股集团有限责任公司