一种提高尿素生产能力的深度水解系统节能优化工艺的制作方法
【专利摘要】本发明属于尿素生产【技术领域】，可用于水溶液全循环法、CO2汽提法、NH3汽提法和其它尿素生产工艺。具体的说是一种操作压力在1.1-2.5Mpa范围内的提高尿素生产能力的深度水解系统节能优化工艺，通过汽提-水解单塔工艺，将汽提-水解塔顶出来的气相直接引入中低压系统的分解设备（精馏塔）中，最大限度地回收汽提-水解塔塔顶气相热量，将其多余的水分限制在中低压系统的尿素溶液中，使进尿素合成塔物料的水碳比可控，从而提高尿素合成中CO2的转化率，降低单位尿素的生产能耗，使其低于设计值。本发明还去掉了现有汽提-水解单塔工艺中的回流液，进一步减少了能量的消耗和设备的投资，简化了系统的操作运行。
【专利说明】一种提高尿素生产能力的深度水解系统节能优化工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及尿素生产，具体涉及一种提高尿素生产能力的深度水解系统节能优化工艺，不仅主动调控尿素合成塔的水碳比，提高CO2的转化率，从而增加尿素产量，还能大幅度降低尿素生产过程中的能耗，简化深度水解系统的工艺流程，降低投资，属于尿素生产【技术领域】，可用于水溶液全循环法、CO2汽提法、NH3汽提法和其它尿素生产工艺。
技术背景
[0002]就尿素装置的生产工艺而言，针对工艺冷凝液的处理已由原来的只有解吸塔，SP只回收工艺冷凝液中的氨(NH3)和二氧化碳(CO2),其中含约1%的尿素((NH2)2CO)随废水外排。随着环保要求的提高和水资源的合理利用，现在的尿素装置都有工艺冷凝液的深度水解系统。将其中约1%的尿素水解成氨(NH3)和二氧化碳(CO2)进行回收，深度水解系统外送净化水中的氨(NH3)、尿素((NH2)2CO)均低于5ppm，可作为低压锅炉的给水或送到高压锅炉给水的预处理系统，这样不仅回收了合成尿素的原料氨(NH3)和二氧化碳(CO2),同时还将原外排的废水作为锅炉给水加以利用。
[0003]目前所用的深度水解系统主要有两类。其一是解吸-水解流程，主要设备是解吸塔和水解塔(器)及相关的换热器和泵。其二是单塔汽提-水解流程。两种流程均可使工艺冷凝液中的氨和尿素不大于5ppm而达到水资源的再利用。但解吸-水解工艺流程长、设备较多，电耗高，操作复杂，投资比单塔汽提-水解工艺大。单塔汽提-水解工艺只有一台汽提水解塔、一台水解换热器、一台水解泵，具有流程简单，电耗低，容易操作的特点。两种深度水解工艺，出解吸塔(汽提水解塔)顶气相中含水量约为(50wt%)，经冷凝、冷却后成为稀甲铵液返回尿素合成系统，即回收的NH3、CO2要携带50%的水返回尿素合成系统，使尿素合成塔的水碳比超出设计值，而不足以主动控制进尿素合成塔的水碳比。水是尿素合成的产物，同时它又占有尿素合成塔的有效空间，因此水碳比增加必然影响CO2的转化率，降低尿素产量；多余的水在整个尿素系统中循环，会增加尿素装置的电耗和蒸汽消耗。两种工艺蒸汽消耗均约300kg/t工艺冷凝液。专利CN101696177A、CN1356313A、CN102267754A中汽提水解塔气体到二段分解塔(低压分解塔)，回收热量品位低，同时因操作压力较低，致使解吸塔顶出来的气相带水较多造成了最终进尿素合成塔的物料水碳比高于设计值；上述专利中，在塔顶加碳铵液回流，不能完全回收热量，同时增加了冷却水消耗。单塔汽提-水解流程如专利ZL200520013319.4设有冷凝器、回流泵等设备，投资大，且没有回收解吸气的热量，同时消耗冷却水，不利于当前的节能降耗减排等环保政策，急需对其进行优化以节能的同时提高生产效率。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是解决现有尿素生产中工艺冷凝液深度水解装置的上述缺点与不足，完全回收单塔汽提-水解塔出塔气相的显热和潜热，将其用于尿素装置的中压分解塔(水溶液全循环、NH3汽提工艺)或精馏塔(CO2汽提工艺)，同时降低中压分解气中的水含量，可主动调控进尿素合成塔的水碳比，使尿素合成塔在最佳水碳比下运行，提高尿素合成中CO2的转化率，从而提高尿素的生产能力，并大幅降低尿素生产过程中的能耗，减少深度水解系统的投资，简化操作流程。
[0005]本发明克服了现有深度水解装置的缺陷与不足，发明了操作压力在1.1-2.5Mpa范围内的一种提高尿素生产能力的深度水解系统节能优化工艺，具体的说就是汽提-水解单塔工艺，将汽提-水解塔顶出来的气相直接引入中低压系统的分解塔(精馏塔)中，最大限度地回收出汽提-水解塔的气相热量，将其多余的水分限制在中低压系统，使进尿素合成塔的水碳比可控，从而提高尿素合成中CO2的转化率，提高尿素产量，降低单位尿素的生产能耗，使其低于设计值。本发明还取消了现有汽提-水解单塔工艺中的回流液，进一步减少了能量的消耗和回流设备的投资，简化系统的操作运行。
[0006]为实现上述目的，一种提高尿素生产能力的深度水解系统节能优化工艺，其特征主要包括以下步骤:
[0007]1.由工艺冷凝液槽来的含有氨、二氧化碳、尿素和水的工艺冷凝液经过汽提-水解泵送至高效换热器，与来自汽提-水解塔底出液(190-220°C )进行换热，经预热(180-200 V )后进入汽提-水解塔。工艺冷凝液中的尿素在汽提-水解塔内高温和足够的停留时间下完全水解，最终水解废液自塔底经高效换热器以及废液冷却器排至界外，其尿素和氨的含量不大于5ppm，可直接作为低压锅炉的给水或送到高压锅炉的给水预处理系统，实现水的高级别利用。汽提-水解塔内游离的氨、二氧化碳以及由尿素水解得到的氨、二氧化碳和水一同从汽提-水解塔顶排出，温度约为170-190°C，直接进入中、低压系统的分解塔(精馏塔)下部的气相空间。
[0008]汽提-水解塔的关键控制参数为外送净化水中的氨、尿素含量，可以通过调节进入汽提-水解塔的蒸汽量和出塔气相自控阀进行调整。
[0009]2.从分解塔(精馏塔)下部的气相空间`进料的汽提-水解塔顶部出气与自分解设备(精馏塔)顶部进料的冷尿液(通过塔盘或填料)逆流接触。汽提-水解塔顶部出气中约60%-85%的水蒸汽被冷凝到尿液中，放出的潜热和显热使得尿液中的氨基甲酸铵部分分解为游离氨和二氧化碳，并随少量水蒸汽从塔顶排出，进入回收系统；从分解塔(精馏塔)出来的液相进入尿素浓缩系统后加工成尿素产品。
[0010]其中分解塔(精馏塔)根据不同的尿素工艺可采用板式塔或填料塔，塔内设有气体和液体分布装置。
[0011]3.汽提-水解塔顶出气不经冷凝回流直接进入中低压分解塔(精馏塔)中，充分回收了汽提-水解气中的潜热和显热，大幅度减少了氨基甲酸铵溶液中的水含量，从而降低了进尿素合成塔溶液中的水碳比，增加了后续的低压循环系统的操作弹性，通过调节低压回收系统的加水量主动控制进尿素合成塔的水碳比在最佳范围，使尿素合成中CO2的转化率提高1%-3%，降低了分解过程中的中、低压蒸汽消耗和电耗。
[0012]其中汽提-水解塔不设回流装置，不仅减少了设备，简化了操作流程，还降低了一些不必要的蒸汽消耗。
[0013]本发明与现有的处理方法相比，所具有的优点在于:
[0014]1.最大限度地回收汽提-水解塔塔顶气相热量，大幅降低尿素生产过程中的能耗，减少深度水解系统的投资，简化操作流程。[0015]2.能够主动调控进尿素合成塔的水碳比，使尿素合成塔在最佳水碳比下运行，提高尿素合成中CO2的转化率，从而提高尿素的生产能力。
[0016]3.克服了现有深度水解装置的缺陷与不足，发明了操作压力在1.1-2.5Mpa范围内的一种提高尿素生产能力的深度水解系统节能优化工艺，适用于国内普遍采用的水溶液全循环工艺、CO2汽提工艺、NH3汽提工艺和其它尿素生产流程。
[0017]本发明的最大特点是:将汽提-水解塔顶出来的气相直接引入中低压系统的分解设备(精馏塔)中，最大限度地回收汽提-水解塔塔顶气相热量，将其多余的水分限制在中低压系统，使进尿素合成塔的水碳比可控，从而提高尿素合成中CO2的转化率，降低单位尿素的生产能耗，使其低于设计值。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]附图1为本发明的工艺流程示意图；
[0019]其中1-工艺冷凝液槽，2-汽提-水解泵，3-高效换热器，4-汽提-水解塔，5-分解塔(精馏塔)，6_废液冷却器，Vl-工艺冷凝液流量调节阀，V2-蒸汽调节阀，V3-废液流量调节阀，V4-气相自控阀。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图1说明本发明的工艺流程和【具体实施方式】:
[0021]1.由工艺冷凝液槽(I)来的含有氨、二氧化碳、尿素和水的工艺冷凝液经汽提-水解泵(2)送至高效换热器(3)，与来自汽提-水解塔(4)底的出液(190-220°C)进行换热，经预热至180-200°C后进入汽提-水解塔(4)。工艺冷凝液中的尿素在汽提-水解塔(4)内高温和足够的停留时间下完全水解，最终水解废液自塔底经高效换热器(3)以及废液冷却器(6)排至界外，其尿素和氨的含量`不大于5ppm，可直接作为低压锅炉的给水或送到高压锅炉的给水预处理系统，实现水的高级别循环利用。汽提-水解塔(4)内游离的氨、二氧化碳以及由尿素水解得到的氨、二氧化碳和水一同从汽提-水解塔(4)顶排出，温度约为170-190°C，直接进入中低压系统的分解塔(精馏塔)(5)下部的气相空间。汽提-水解塔
(4)的关键控制参数为外送净化水中的氨、尿素含量，可以通过调节进入汽提-水解塔(4)的蒸汽调节阀(V2 )和出塔气相自控阀(V4 )进行调整。
[0022]2.从分解塔(精馏塔)(5)下部的气相空间进料的汽提-水解塔(4)顶部出气与自分解塔(精馏塔)(5)顶部进料的冷尿液(通过塔盘或填料)逆流接触。汽提-水解塔(4)顶部出气中约60%-85%的水蒸汽被冷凝到尿液中，放出的潜热和显热使得尿液中的氨基甲酸铵部分分解为游离氨和二氧化碳，并随部分水蒸汽从塔顶排出，进入回收系统；从分解设备(精馏塔)(5)出来的液相进入尿素浓缩系统，经处理后送至造粒塔进行造粒。其中分解塔(精馏塔)(5)根据不同的尿素工艺可采用板式塔或填料塔，塔内设有气体和液体分布装置。
[0023]3.汽提-水解塔(4)顶出气不经冷凝回流直接进入分解塔(精馏塔)(5)中，充分回收利用了汽提-水解气中的潜热和显热，大幅度减少了氨基甲酸铵溶液中的水含量，从而降低了进尿素合成塔溶液中的水碳比，增加了后续的低压循环系统的操作弹性，通过调节低压回收系统的加水量主动控制进尿素合成塔的水碳比在最佳范围，使尿素合成中CO2的转化率提高1%_3%，降低了分解过程中的中、低压蒸汽消耗。其中汽提-水解塔(4)不设回流装置，不仅减少了设 备，简化了操作流程，还降低了一些不必要的蒸汽消耗。
【权利要求】
1.一种提高尿素生产能力的深度水解系统节能优化工艺，其特征在于: 1)、由工艺冷凝液槽来的含有氨、二氧化碳、尿素和水的工艺冷凝液经汽提-水解泵送至高效换热器，与来自汽提-水解塔底的出液(190-220°C )进行换热，经预热至180-200°c后进入汽提-水解塔。工艺冷凝液中的尿素在汽提-水解塔内高温和足够的停留时间下完全水解，最终水解废液自塔底经高效换热器以及废液冷却器排至界外，其尿素和氨的含量不大于5ppm，可直接作为低压锅炉的给水或送到高压锅炉的给水预处理系统，实现水的高级别利用。汽提-水解塔内游离的氨、二氧化碳以及由尿素水解得到的氨、二氧化碳和水一同从汽提-水解塔顶排出，温度约为170-190°C，直接进入中低压系统的分解塔(精馏塔)下部的气相空间。 所述的汽提-水解塔的关键控制参数为外送净化水中的氨、尿素含量，可以通过调节进入汽提-水解塔的蒸汽量和出塔气相自控阀进行调整。 2)、从分解塔(精馏塔)下部的气相空间进料的汽提-水解塔顶部出气与自分解设备(精馏塔)顶部进料的冷尿液(通过塔盘或填料)逆流接触。汽提-水解塔顶部出气中约60%-85%的水蒸汽被冷凝到尿液中，放出的潜热和显热使得尿液中的氨基甲酸铵部分分解为游离氨和二氧化碳，并随部分水蒸汽从塔顶排出，进入回收系统；从分解塔(精馏塔)出来的液相进入尿素浓缩系统后加工成尿素产品。 所述的分解塔(精馏塔)根据不同的尿素工艺可采用板式塔或填料塔，塔内设有气体和液体分布装置。 3)、汽提-水解塔顶出气不经冷凝回流直接进入分解塔(精馏塔)中，充分回收利用了汽提-水解气中的潜热和显热，大幅度减少了氨基甲酸铵溶液中的水含量，从而降低了进尿素合成塔溶液中的水碳比，增加了后续的低压循环系统的操作弹性，通过调节低压回收系统的加水量主动控制进尿素合成塔的水碳比在最佳范围，使尿素合成中CO2的转化率提高1%-3%，降低了分解过程中的中、低压蒸汽消耗和电耗。 所述的汽提-水解塔不设回流`装置，不仅减少了设备，简化了操作流程，还降低了一些不必要的蒸汽消耗。
2.根据权利要求1所述的节能优化工艺，可用于水溶液全循环法、CO2汽提法、NH3汽提法和其它尿素生产工艺。
3.根据权利要求1所述的节能优化工艺，其操作压力范围为1.1-2.5Mpa。
【文档编号】C02F1/20GK103724232SQ201310743560
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】张竞平, 刘继东, 魏顺安 申请人:天津市昊永化工科技有限公司