尿素生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)第一章尿素生產(chǎn)概述1.1尿素生產(chǎn)的原理尿素的合成原料是氨和二氧化碳，這兩種原料均來(lái)自合成氨裝置。尿素合成的條件為：188℃，15.6MPa，進(jìn)料氨與二氧化碳的物質(zhì)的量比是3.6，水與二氧化碳的物質(zhì)的量比是0.67[2]一般認(rèn)為在合成塔尿素的反應(yīng)分以下兩部進(jìn)行第一步，氨基甲酸銨的生成。反應(yīng)式為：第二步，氨基甲酸銨脫水。反應(yīng)式為：1.2尿素生產(chǎn)的方法由于這兩個(gè)反應(yīng)都是可逆反應(yīng)，因此氨與二氧化碳不可能全部轉(zhuǎn)化為尿素。在工業(yè)生產(chǎn)條件下，二氧化碳轉(zhuǎn)化率僅在50%-70%之間[3]。為了分離和回收未反應(yīng)的氨和二氧化碳，可將合成熔融物加熱分解，使氣體逸出。但要將逸出的氨與二氧化碳全部或部分返回合成塔重新合成尿素，這就出現(xiàn)了各種不同的流程。有循環(huán)法，半循環(huán)法和全循環(huán)法。全循環(huán)法又可以分為熱氣全循環(huán)法、礦物油全循環(huán)法、氣體分離全循環(huán)法、水溶液全循環(huán)法及汽提全循環(huán)法。氣提全循環(huán)法又可以分為二氧化碳汽提法、氨汽提法和雙汽提法。第二章斯那姆氨汽提工藝2.1工藝基本原理汽提是使尿液中的甲銨按下述反應(yīng)分解為和的過(guò)程：這是一個(gè)可逆體積增大的反應(yīng)[4]。我們只要能夠供給熱量，降低壓力或降低氣相中和某一組分的分壓都可使反應(yīng)向右方進(jìn)行，以達(dá)到分解甲銨的目的。汽提法是在保持壓力與合成塔相同的條件下，在給熱量的同時(shí)采用降低氣相中和某一組分的過(guò)程。當(dāng)溫度為T(mén)℃時(shí)，純態(tài)甲銨的離解壓力與各組分（和）的分壓的關(guān)系按以上化學(xué)方程式可作如下表示：設(shè)總壓力為Ps則從反應(yīng)式中可以看到氨分壓為2/3Ps二氧化碳分壓為1/3Ps如反應(yīng)式在溫度為t℃時(shí)的平衡常數(shù)為Kt，則:假如氨和二氧化碳之比不是按2：1狀態(tài)存在，在溫度仍為t℃時(shí)，它的總壓力為P，其各組分的分壓為：的分壓的分壓和分別為氣體中氨，二氧化碳的分子分?jǐn)?shù)這樣反應(yīng)式在溫度為t℃時(shí)平衡常數(shù)應(yīng)為：溫度相同，平衡常數(shù)應(yīng)相等，所以當(dāng)溫度為t℃但純甲胺在某一固定溫度下離解力為不變的常數(shù)C，所以從此式可以看出，當(dāng)趨近于1時(shí)，則必趨近于0，就趨近于0，則趨近于無(wú)限大，就是說(shuō)當(dāng)甲銨液用二氧化碳?xì)怏w通入，氣相中幾乎全為二氧化碳時(shí)（=1）P趨于無(wú)限大，即甲銨的離解壓力近于無(wú)限大，我們知道如果甲銨在某溫度下的離解壓力大與操作壓力，甲銨就會(huì)得到分解，現(xiàn)分解壓力為無(wú)限大，大于固定操作壓力，所以液相中甲銨就進(jìn)行分解，這就是二氧化碳?xì)馓岱ǚ纸饧卒@的理論基礎(chǔ)[5]。2.2工藝特點(diǎn)（1）高高轉(zhuǎn)化率合成塔入口物料中為3.3-3.6，塔內(nèi)操作溫度186-189℃,操作壓力約15.5MPa，的單程轉(zhuǎn)化率可達(dá)65-67%。（2）熱利用率高能耗低a.采用鈦材的降模式氨氣提塔，操作溫度高達(dá)205℃b.中壓分解氣的冷凝熱，用于真空預(yù)濃縮器蒸發(fā)尿液；低壓分解氣和解吸氣在液氨預(yù)熱器加熱液氨；蒸汽冷凝液用于高壓甲銨泵后加氨液加熱。這些措施相當(dāng)于節(jié)省蒸汽約400kg(3)操作彈性大年運(yùn)轉(zhuǎn)率高[6]由于該裝置的防腐性能好，可在40%的生產(chǎn)負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行，封塔時(shí)間可達(dá)4天也不需要排放，事故排除后即可快速開(kāi)車(chē)，提高了裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)率。本裝置的年運(yùn)轉(zhuǎn)天數(shù)可達(dá)340天左右。(4)設(shè)備水平布置尿素合成工段采用了高壓噴射器作為抽吸循環(huán)甲銨液的動(dòng)力，使得合成塔高壓設(shè)備直接坐落于地面上，無(wú)需高層框架。使安裝和維修費(fèi)用降低。(5)操作安全性強(qiáng)氣提塔使用鈦材以及反應(yīng)物料中較高的，使得系統(tǒng)中需加入的防腐空氣量減少，這樣，在中低壓系統(tǒng)排出的混合氣中含量較低，避免生成爆炸性混合氣體。同時(shí)，也相應(yīng)減少了惰性氣中的氨損失。(6)污染小經(jīng)高效解吸和深度水解后，液體排放物得到凈化處理，工藝?yán)淠褐袖@和尿素含量降至1ppm以下，可直接回收利用，同時(shí)，由于采用高質(zhì)量的造粒噴頭及自然通風(fēng)技術(shù)，造粒排放氣體中尿素粉塵含量在20kg/以下，對(duì)周邊環(huán)境造成的污染變得很薄弱。（7）流程長(zhǎng)，設(shè)備多，相互制約性強(qiáng)，控制點(diǎn)多，技術(shù)素質(zhì)要求高[7]。2.3工藝流程圖工藝流程圖見(jiàn)圖2-12.4工藝流程簡(jiǎn)介2.4.1原料供給本裝置的兩種原料均來(lái)自合成氨裝置。液氨壓力不低于2.2MPa,溫度40℃。進(jìn)入尿素界去的液氨存貯在液氨貯槽V105（通過(guò)位于其上的氨回收塔C105噴灑下來(lái)），再經(jīng)過(guò)兩臺(tái)串聯(lián)的泵打如高壓系統(tǒng)。第一臺(tái)是氨升壓泵P105，出口壓力2.2MPa，第二臺(tái)是氨高壓泵P101（兩級(jí)離心泵），進(jìn)一步加壓到高壓系統(tǒng)所需壓力。高壓液氨在氨預(yù)熱器E107中預(yù)熱至95℃，同時(shí)回收了低壓氣體的冷凝熱。預(yù)熱后的高壓液氨壓力為21.9MPa，作為氨基甲酸銨噴射器L101的動(dòng)力，將循環(huán)的氨基甲酸銨液（氨基甲酸銨分離器V101壓力為14.7MPa）一并帶入尿素合成塔R101底部。從合成氨裝置進(jìn)入界區(qū)的二氧化碳?xì)怏w，溫度不高于40℃，壓力為0.4MPa，經(jīng)二氧化碳?jí)嚎s機(jī)入口液滴分離罐V111分離清除霧滴后進(jìn)入由蒸汽透平驅(qū)動(dòng)的雙缸四段離心式二氧化碳?jí)嚎s機(jī)K101，加壓至15.9MP2.4.2高壓合成、汽提、回收尿素合成條件為：188℃，15.6MPa，精料氨與二氧化碳的物質(zhì)的量之比是3.6，水與二氧化碳的物質(zhì)的量之比是0.67。略高于物料計(jì)算值（氨與二氧化碳的物質(zhì)的量比是3.5，水與二氧化碳的物質(zhì)的量比是0.66[9]）。R101-合成塔V101-甲銨分離器E101-汽提塔E104-甲銨冷凝器V102-中壓分離器E102-中壓分解器C101-中壓吸收塔V103-低壓分離器V106-碳銨液槽C-101-中壓吸收塔C-103中壓惰洗塔C105-氨回收塔C103-中壓惰洗塔V104-真空預(yù)濃縮分離器E113-真空預(yù)濃縮器V107-第一真空分離器V108-第二真空分離器C102-解吸塔E116-解吸塔預(yù)熱器E117-水解器預(yù)熱器R102-水解器P115-水解器給料泵P106-尿素溶液泵P108-尿素熔融泵P101-高壓氨泵P105-氨升壓泵P107-氨液泵E103-低壓分解圖2-1氨汽提尿素工藝流程圖Fig2-1Thefigureofureaammoniastrippingprocess在此條件下反應(yīng)在液相進(jìn)行，以原料二氧化碳利用率表示轉(zhuǎn)化率約60-65%[10]。為了回收未反應(yīng)物，離開(kāi)尿素合成塔的反應(yīng)混合物流入與合成塔同壓的氨氣提塔E101?；旌弦合蛳铝鲃?dòng)時(shí)因受熱而有氨逸出，利用逸出的氨作為汽提劑，又是二氧化碳逸出。分解與汽化所需熱量，由飽和蒸汽供給，壓力為2.20-2.40MPa。由氣去汽提塔E101出來(lái)的氣體，與中壓系統(tǒng)返回的碳銨液（先經(jīng)高壓碳銨液泵P102增壓并在預(yù)熱器E105預(yù)熱）匯合，一并進(jìn)入高壓氨基甲酸銨冷凝器E104，在此幾乎全部冷凝下來(lái)。其冷凝熱用于副產(chǎn)0.35MPa蒸汽。氨基甲酸銨冷凝器E104出來(lái)的混合物進(jìn)入氨基甲酸銨分離器V101進(jìn)行氣液分離。液相稱氨基甲酸銨液，經(jīng)噴射器L101返回合成塔。未冷凝的氣體主要是惰氣（空氣），亦含有一定量的氨和二氧化碳，在壓力控制下送往中壓分解器E102A/B的下部。高壓系統(tǒng)主要設(shè)備是合成塔R101、氣提塔E101、氨基甲酸銨冷凝器E104和氨基甲酸氨分離器V101。2.4.3中壓回收離開(kāi)汽提塔底部的尿液，雖已經(jīng)汽提出相當(dāng)數(shù)量的未反應(yīng)物和，但還需要進(jìn)一步回收和提純.本流程回收提純系統(tǒng)分三級(jí)，即中壓1.8MPa（絕壓）級(jí)低壓0.45MPa（絕壓）級(jí)真空0.035MPa（絕壓）級(jí)[11]離開(kāi)氣提塔底部的尿液減壓到1.7MPa，進(jìn)入降膜式中壓分解器E102，同時(shí)，高壓系統(tǒng)少量未冷凝氣體（自分離器V101）亦進(jìn)入E102A/B的下部。中壓分解器E102分兩部分：尿液減壓首先進(jìn)入它的頂部分離器V102，將閃蒸出來(lái)的氣體排走，然后流體流入未于其下的管束，即分解部分，使殘留的氨基甲酸銨受熱而繼續(xù)分解。所需熱量來(lái)自兩部分：殼體上部（E102A）是0.47MPa、160℃的蒸汽[12]；殼體下部（E102B）是來(lái)自汽提塔殼側(cè)的2.2MPa蒸汽冷凝液，并補(bǔ)充有一定量同壓蒸汽，以滿足熱量要求。離開(kāi)中壓分解器E102的液體送低壓系統(tǒng)。離開(kāi)中壓分解器頂部E102的氣體與來(lái)自低壓系離開(kāi)真空預(yù)濃縮器E113管間部分的氣液混合物，送往中壓冷凝器E106進(jìn)一步冷卻。此時(shí)放出的熱量已無(wú)法利用，被冷卻水帶走。離開(kāi)中壓冷凝器E106的氣液混合物進(jìn)入中壓吸收塔C101。塔的下部是鼓泡段，在此用碳銨液吸收。未被吸收的氣體繼續(xù)上升到蒸餾段，與噴淋下來(lái)的液氨（來(lái)自氨貯槽V105）和氨水（來(lái)自中壓降膜吸收塔E111）相遇。氣體中的CO2幾乎全部被吸收下來(lái)。塔頂?shù)玫郊兊臍獍?，但包括進(jìn)入系統(tǒng)的惰性氣體和微量CO2（20-100mL/m3）。塔底溶液經(jīng)P102升壓，再經(jīng)高壓預(yù)熱器E105預(yù)熱，送往高壓系統(tǒng)。中壓吸收塔C101頂部出來(lái)的氣氨和惰氣進(jìn)入氨冷凝器E109并進(jìn)入液氨貯槽V105。液氨用氨升壓泵P105打回中壓吸收塔C101，作為回流。前已指出，來(lái)自合成氨裝置的原料液氨也是存貯在氨貯槽V105中的，但它先進(jìn)入氨貯槽V105上方的氨回收塔C105，從塔頂噴淋下來(lái)，與氨貯槽排出的氣體接觸，然后才進(jìn)入氨貯槽。泵P105打出的液氨除一部分作為中壓吸收塔C101回流外，還有一部分經(jīng)高壓泵P101送入高壓系統(tǒng)。液氨貯槽V105中的氣體，除惰氣外還有一部分氣氨，它從C105頂部排出，送入中壓降膜惰氣吸收塔E111和其尚存的惰其洗滌塔C103（由三塊浮閥塔板組成）。蒸汽冷凝液從C103頂部噴下吸收氣氨，接著又進(jìn)入E111管束，以降膜形式吸收氣氨。E111為一換熱器，用冷卻水把吸收熱帶走。從洗滌塔頂部排出的氣體經(jīng)壓力控制器排放到煙囪，一般基本不含氨。E111底部的氨水用泵P107回到吸收塔C101。2.4.4低壓分解回收及真空預(yù)濃縮離開(kāi)中壓分解器E102底部的溶液，為進(jìn)一步提純尿素和回收未反應(yīng)的氨和二氧化碳，再次減壓到0.35MPa,并進(jìn)入將模式低壓分解器E103。E103的結(jié)構(gòu)于中壓分解器E102類似，上方是頂部分離器V103，釋放出來(lái)的閃蒸氣在此排出。液體流到下方分解部分的管束中，進(jìn)一步受熱分解，所需熱量由管間的0.35MPa飽和蒸汽壓提供。離開(kāi)分離器V103的氣體與來(lái)自解吸塔C102的氣體匯合，通過(guò)冷凝和回收的方法回收。首先在氨預(yù)熱器E107換熱，然后是在低壓冷凝器E108受到冷卻和冷凝。前者利用放出的熱量來(lái)預(yù)熱原料液氨，后者的熱量則被冷卻水帶走。氣液混合物送到碳氨液貯槽V106。氣體由此進(jìn)入位于V106上方的低壓惰氣洗滌塔C104.用蒸汽冷凝液清洗，經(jīng)壓力控制器排入煙囪V113。此惰性氣體實(shí)際不含氨。清洗液流流入貯槽V106。貯槽V106中的碳銨液用中壓碳銨泵P103抽出，一部分送回中壓系統(tǒng)（與中壓分解器氣體匯合去真空預(yù)濃縮器E113的殼側(cè)回收熱能），但為了保持系統(tǒng)的水平衡，其余的碳銨液送往工藝?yán)淠禾幚硐到y(tǒng)。第三級(jí)分解回收是在真空下進(jìn)行的。低壓分解器E103底部出來(lái)的溶液減壓到0.35MPa并進(jìn)入降膜式真空預(yù)濃縮器E113。它的結(jié)構(gòu)與中壓分解器E102和低壓分解器E103類似，釋放出來(lái)的閃蒸氣先頂部在此分離器V104排出，液體則進(jìn)入下部分解部分的管束中，進(jìn)一步受熱分解。所需熱量來(lái)自分解器E102的氣體的冷凝和吸收供應(yīng)。由V104出來(lái)的氣體送往真空系統(tǒng)進(jìn)行冷回收。E113流下的溶液收集于底部液位貯槽灌L104,已是含量85%（質(zhì)量）的純凈尿液，經(jīng)泵P106送往尿素濃縮系統(tǒng)。2.4.5真空濃縮（蒸發(fā)）與造粒為了制得粒狀尿素，必須將尿素溶液濃縮到99.7%（質(zhì)量）為此設(shè)置了一套兩段真空濃縮系統(tǒng)。來(lái)自P106含量約為85%的尿素溶液送至一段真空濃縮器（蒸發(fā)器）E114,其操作壓力位0.035MPa（絕壓），操作溫度為128℃，尿液被濃縮至94.97%（質(zhì)量）由E114出來(lái)的氣液混合物進(jìn)入氣液發(fā)分離器（V107）,其中的蒸汽被一段真空系統(tǒng)L105抽走，而液體則進(jìn)入二段真空真空濃縮器E115，其操作壓力為0.003MPa（絕壓）操作溫度為136℃，尿液濃縮至99.75%（質(zhì)量）的熔融尿素。由二段真空分離器V108分離下來(lái)的熔融尿素沿造粒塔截面噴灑成小液滴下落，和上升的冷空逆流接觸，被冷卻固化成顆粒尿素。真空系統(tǒng)所需噴灑蒸汽及一，二段真空濃縮器所需熱量，有副產(chǎn)的0.35MPa低壓蒸汽供給，真空一，二段真空濃縮器的氣體經(jīng)各自的分離器（V104,V107和V108）送至一，二段真空系統(tǒng)（L105/V106）尿素溶液貯槽T101用于當(dāng)濃縮或造粒系統(tǒng)出故障時(shí)貯存尿液。第三章物料衡算對(duì)選定尿素系統(tǒng)進(jìn)行低壓系統(tǒng)和水解解吸系統(tǒng)物料橫算，相關(guān)數(shù)據(jù)用安化集團(tuán)20萬(wàn)噸氨氣提尿素工藝相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算[13]。各流股見(jiàn)圖2-1。流股eq\o\ac(○,17)各組分：流股eq\o\ac(○,23)各量為：流量eq\o\ac(○,16)=流股eq\o\ac(○,10)+eq\o\ac(○,14)-eq\o\ac(○,17)流股eq\o\ac(○,21)=流股eq\o\ac(○,17)-eq\o\ac(○,32)底部液相中的和將在真空系統(tǒng)中蒸發(fā)出來(lái)，再加上每噸尿素有5kg夾帶在真空分離氣中由于存在E103，并經(jīng)水解處理送到低壓。∴流股eq\o\ac(○,33)參加Snam公司提供的物料平衡表，及近幾年經(jīng)驗(yàn)，知低壓加洗滌水每噸尿素為10kg∴流股eq\o\ac(○,38)為:10kg(實(shí)際生產(chǎn)中可根據(jù)加水量進(jìn)行修正)流股eq\o\ac(○,34)=流股eq\o\ac(○,31)+eq\o\ac(○,33)流股eq\o\ac(○,35)=流股eq\o\ac(○,34)+eq\o\ac(○,38)（流股eq\o\ac(○,39)中未考慮含有,實(shí)際生產(chǎn)可進(jìn)行修正）流股eq\o\ac(○,18)=流股eq\o\ac(○,16)+eq\o\ac(○,35)流股eq\o\ac(○,28)和流股eq\o\ac(○,25)計(jì)算詳見(jiàn)文流股流股eq\o\ac(○,25)流股eq\o\ac(○,19)=流股eq\o\ac(○,18)+eq\o\ac(○,28)+eq\o\ac(○,25)-eq\o\ac(○,11)∴表1物料平衡表[14]Table1Balancetableofmaterials流股號(hào)狀態(tài)溫度/(℃)合計(jì)/（kg）eq\o\ac(○,17)氣1581101810004381566eq\o\ac(○,32)液140251110004701456eq\o\ac(○,31)氣125857/68160eq\o\ac(○,34)液4011321/118252eq\o\ac(○,38)液42///1010eq\o\ac(○,35)液4011321/128262eq\o\ac(○,33)氣1252814/5092表2流股組成表Table2Thecompositiontableofflows組分%（）eq\o\ac(○,17)eq\o\ac(○,32)eq\o\ac(○,33)0.390.02/0.100.01/84.9994.9699.7514.525.010.25氣相中夾帶尿素假設(shè)第一真空為3kg;第二真空2kg（實(shí)際生產(chǎn)中可分析E151,E154含量）。那么，流股eq\o\ac(○,41)的總料量=流股eq\o\ac(○,40)=流股eq\o\ac(○,32)-eq\o\ac(○,41)流股eq\o\ac(○,51)各組分流股eq\o\ac(○,50)=流股eq\o\ac(○,41)-eq\o\ac(○,51)流股eq\o\ac(○,53)=流股eq\o\ac(○,51)-eq\o\ac(○,54)流股eq\o\ac(○,52)=加入蒸汽量+流股eq\o\ac(○,40)+eq\o\ac(○,50)+eq\o\ac(○,53)據(jù)經(jīng)驗(yàn)知：每噸尿素加入蒸汽128k第四章熱量衡算4.1熱量衡算前的規(guī)定各流股見(jiàn)圖2-1。本焓值的計(jì)算是基于下屬規(guī)定[15]：氣體混合物其焓值是各個(gè)化合物焓值之和，而各化合物焓值的計(jì)算是以其在混合物中分壓和混合物溫度為條件的；甲銨和尿素假設(shè)不存在氣相中，而總是分解成。液體混合物在混合物中，不存在游離，而所有與相應(yīng)結(jié)合生成甲銨；除了與反應(yīng)生成甲銨外，其余與水結(jié)合，以氨水形式存在（惰氣忽略不計(jì)）在溶液中以為準(zhǔn)甲銨量的計(jì)算如下：∵2+∴與kg反應(yīng)生成的甲銨。例：某溶液中=1000kg，=1500kg,，那么計(jì)算可得：甲銨：甲銨中:游離:氨水溶液：其濃度為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的選擇在0.098MPa,T=25℃時(shí)，下列物質(zhì)：理想氣體,理想氣體,液體，液體和甲銨液體的焓值均為0值。標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)焓：甲銨：:總的熱平衡方程（穩(wěn)態(tài)）為：其中：--------進(jìn)口物料的焓---------i組分的反應(yīng)熱----------i組分進(jìn)口流量----------i組分出口流量4.2低壓系統(tǒng)和水解解吸系統(tǒng)的熱量衡算V103/E103/L103的熱量衡算流股eq\o\ac(○,31)：氣體，125℃，3.5MPa：85kg=5kmol：7kg=0.16k：68kg=3.78k∴查焓—壓圖得以下數(shù)據(jù)=0.1480MJ∕kg=0.1390MJ∕kg=2.501MJ∕kg∴Heq\o\ac(○,31)=（0.）+（0.13907）+（2.）=183.62MJ流股eq\o\ac(○,32)：液體，T=140℃：25kg：11kgUr：1000k：370kg折算為：甲胺：111.7727=19.5k甲胺中：110.7727=8.5kg游離：25-8.5=16.5k氨水溶液：370+16.5=386.5其濃度為：16.5／386.5100%=4.27%這樣流股eq\o\ac(○,32)轉(zhuǎn)化為：液體，T=140℃甲胺：19.5溶液：［4.27%（m/m）］386.5k尿素：1000查比焓表得以下數(shù)據(jù)=0.3650MJ／kg=0.03115MJ／kg=0.2533MJ／kg∴Heq\o\ac(○,32)=（0..5）+（0..5）+（0.）=380.8流股eq\o\ac(○,17)：液體，T=158℃：110k：18k：1000k：438k折算為：甲胺：181.7727=31.9k甲胺中：180.7727=31.9kg游離：110-13.9=96.1k氨水溶液：438+96.1=534.1其濃度為：96.1/534.1100%=18%這樣流股eq\o\ac(○,17)轉(zhuǎn)化為：T=158℃甲胺：31.9溶液[18%，(m/m)]：534.1k尿素：1000查比焓表，得以下數(shù)據(jù)=0.3698MJ/kg=0.03249MJ/kg=0.2756MJ/kg∴Heq\o\ac(○,17)=（0..9）+（0..1）+（0.）=289.1MJ還可得：生成甲胺的熱量=（19.5-31.9）（-1.747）=21.7MJ最終可得：=Heq\o\ac(○,31)+Heq\o\ac(○,32)-Heq\o\ac(○,17)=380.8+183.62-289.1=275.32MJ第五章水解解吸系統(tǒng)對(duì)低壓系統(tǒng)的關(guān)系及影響5.1低壓系統(tǒng)和水解解吸系統(tǒng)的概念位置作用及工藝簡(jiǎn)圖5.1.1斯那姆深度水解工藝介紹斯那姆深度水解工藝，主要是將工藝?yán)淠褐邪?、二氧化碳和尿素含量減少到允許程度，并加以回收。水解系統(tǒng)主要是由解吸和水解兩部分組成。工藝?yán)淠褐兴陌焙投趸纪ㄟ^(guò)加熱和解吸（氣提）而回收，而其中的尿素則使之進(jìn)行水解后再以氨和二氧化碳的形式加以回收。解吸塔分上下兩段。進(jìn)入上段的工藝?yán)淠汉妥鳛榛亓鞯奶间@液從上段進(jìn)入，自上而下與自下而上的氣流接觸從而解吸出大部分氨和二氧化碳，然后從上段底部出塔經(jīng)水解器給料泵送入尿素水解器，進(jìn)入解吸塔下段的上塔板進(jìn)行再次氣提，回收尿素水解生成的氨和二氧化碳。經(jīng)過(guò)處理達(dá)標(biāo)的工藝?yán)淠核椭了?chē)間作為鍋爐給水。5.1.2低壓系統(tǒng)和水解系統(tǒng)設(shè)備說(shuō)明[16]低壓系統(tǒng)設(shè)備主要包括：低壓分解器V103、低壓分解器液位槽L103、低壓冷凝器E108、低壓分解塔E103、碳銨貯槽V106、低壓惰洗器C104。（1）低壓分解器（E103）用途：分解從中壓分解器來(lái)的尿液中的殘余甲胺，并把它從尿液中分離出來(lái)。操作：在溫度為138℃，操作壓力為0.35MPa，底部出尿液中含量為1-2%(重量)之間，在0.3-1.1%（重量）之間。尿素約為70%（重量）。（2）低壓冷凝器（E108）用途：冷凝低壓分解塔分離器頂部出來(lái)的氣體和來(lái)自解吸塔水解器的氣體，然后送往碳銨液儲(chǔ)罐。（3）碳銨液儲(chǔ)罐（V106）用途：用于停車(chē)時(shí)，高壓設(shè)備排空時(shí)和的回收。正常時(shí)收集來(lái)自E108的稀碳銨溶液，并偶爾收集從低壓吸收塔排出的溶液。（4）低壓惰洗氣洗滌塔（C104）用途：用水吸收從低壓冷凝器來(lái)的未凝氣體，產(chǎn)生氨水，并收集在V106中。水解解吸設(shè)備主要包括：解吸塔、水解器、水解塔預(yù)熱器、解吸塔預(yù)熱器、解吸塔給料泵和水解塔給料泵。（1）解吸塔（C102）用途:解吸工藝?yán)淠褐械陌焙投趸肌２僮鳎涸撍譃閮啥?，上段?5個(gè)塔板組成，上段由20個(gè)塔板組成。工藝水進(jìn)入第50層或第44層塔板。含氨、二氧化碳和尿素的工藝水經(jīng)塔上段氣提氨后，送入水解器進(jìn)行尿素分解。被處理過(guò)的水從水解器出來(lái)到下段頂部，在此剩余的氨被直接加入到塔底的0.5MPa飽和蒸汽氣提出來(lái)，離開(kāi)塔頂?shù)臍怏w與R102頂部氣體和V103分離器混合并在E108中冷凝。（2）水解器（102）用途：將工藝?yán)淠心蛩赝ㄟ^(guò)水解轉(zhuǎn)變成氨和二氧化碳。操作：將來(lái)自C102上段底部的工藝水先在E118中預(yù)熱，然后送入水解器，在此尿素被直接注入的3.5MPa的蒸汽所分解。離開(kāi)水解器的氣體與C102頂部氣體和V103分離氣混合，并在E108冷卻器中冷凝。（3）水解器預(yù)熱器（E118）用途：預(yù)熱離開(kāi)解吸塔C102上段底部的工藝水，并進(jìn)入R102。操作：離開(kāi)C102上段底部的工藝水被水解器給料泵P115A/B送到臥式列管換熱器E118中，被離開(kāi)水解器水逆流加熱。工業(yè)水在溫度約為200℃(4)解吸塔預(yù)熱器（E116）用途：加熱工藝?yán)淠?，然后入解吸塔C102上部。操作：從T102來(lái)的工藝?yán)淠和ㄟ^(guò)解吸給料泵P114送到板式換熱器E116，從C102底部出來(lái)的經(jīng)過(guò)處理的水，在E116中逆流加熱工藝?yán)淠?。熱工藝?yán)淠诩s113℃5.2低壓系統(tǒng)與水解解吸系統(tǒng)簡(jiǎn)圖低壓系統(tǒng)與水解解吸系統(tǒng)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖5-15.3水解解吸系統(tǒng)對(duì)低壓系統(tǒng)的關(guān)系及影響低壓與水解解吸是相互影響的。要使水解解吸長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，必須穩(wěn)定低壓操作，特別是低壓壓力PC9403不能太低（一般不低于0.3MPa），波動(dòng)不能太大，不能出現(xiàn)壓力突降現(xiàn)象，否則容易造成解吸帶液及中壓碳銨溶液泵P103汽化；另一方面，當(dāng)解吸由于工藝或設(shè)備等原因，例如解吸蒸汽量突然增大，或P115泵跳等原因出現(xiàn)解吸液上竄或液泛現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)密切注意低壓，并及時(shí)處理解吸，必要時(shí)迅速將解吸與低壓隔離，保證低壓V103-低壓分離器E103-低壓分解器L103-低壓分解器收集器E108-低壓冷凝器C104-低壓惰吸塔V106-碳銨液槽C102-解吸塔E116-解吸塔預(yù)熱器E117-水解器預(yù)熱器R102-水解器P115-水解器給料泵圖5-1低壓系統(tǒng)與水解解吸系統(tǒng)圖Fig5-1Thefigureofthelowpressuresystemandtheresolvinghydrolyticsystem系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)型[17]。因?yàn)樗饨馕到y(tǒng)和低壓系統(tǒng)是相通的，所以水解解吸系統(tǒng)的異常影響著低壓系統(tǒng)的正常操作。5.3.1解吸負(fù)荷太大時(shí)的影響解吸量太大或T102內(nèi)氨水濃度太高，會(huì)增加低壓冷凝器E108的冷凝吸收負(fù)荷，易造成PC9403超壓；嚴(yán)重時(shí)E108出口結(jié)晶堵塞。解吸過(guò)程本身要求其壓力愈低愈好。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中由于解吸氣要返回低壓系統(tǒng)冷凝和吸收（其作用是將解吸氣中的NH3和CO2回收下來(lái)）解吸壓力既要滿足解吸過(guò)程本身的要求，又要克服解吸氣至低壓系統(tǒng)的管道阻力。盡量維護(hù)低壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行。由于解吸負(fù)荷大，大量水解氣并入低壓系統(tǒng)，在低壓系統(tǒng)的分解器E103/V103出氣混合后在氨預(yù)熱器E107和低壓冷凝器E108中冷凝下來(lái)，冷凝液收集在碳銨液槽V106中，未凝氣經(jīng)低壓惰氣洗滌塔防空。水解蒸汽及氣提蒸汽量大，氣相氣量亦大，而且塔盤(pán)易造成冷凝液現(xiàn)象，大量氣液夾帶至低壓系統(tǒng)，在低壓系統(tǒng)形成不均勻的冷凝，從而壓力也隨著波動(dòng)，也就容易造成PC9403超壓。汽提蒸汽和液位因壓力波動(dòng)而波動(dòng)，這種波動(dòng)前后存在時(shí)間差，從而加劇波動(dòng)幅度，加重系統(tǒng)惡化，造成E108出口結(jié)晶較多，堵塞出口。5.3.2解吸塔頂部流量異常時(shí)的影響解吸頂部冷凝量太小，解吸頂部溫度TI9701太高，氣相中水含量增加，加入低壓水量增大，PC9403降低，V106濃度降低。解吸頂部冷凝量太大和解吸頂部溫度TI9701太低，氣相中和增加，增加低壓系統(tǒng)的負(fù)荷，會(huì)在低壓系統(tǒng)中不能充分吸收，PC9403易超壓。5.3.3解吸液泛或水解給料泵泵跳時(shí)的影響解吸液泛或水解給料泵P115跳則會(huì)引起解吸液上竄，低壓壓力下降，E108出口溫度TI9406溫度升高，V106液位上漲較快，V106水平衡不易維持，系統(tǒng)水量增大[18]。當(dāng)解吸塔發(fā)生解吸液泛和水解器給料泵P115泵跳時(shí)，則液體不能及時(shí)排出，從而解吸液由下層塔板向上層塔板上竄。這樣，解吸塔上部排出的氣體量較少，進(jìn)入低壓的氣體量也較少。從而使低壓系統(tǒng)壓力降低。因?yàn)檫M(jìn)入低壓系統(tǒng)氣流減少，所以在E108中冷凝量減少。氣體的冷凝過(guò)程是一個(gè)吸熱過(guò)程，因吸收熱量減少了，所以出口溫度TI9406溫度升高。上竄的液體中含有較多的水，上竄進(jìn)入低壓系統(tǒng)后最終進(jìn)入V106，使V106中水增多，破壞了系統(tǒng)的水平衡。5.3.4解吸溫度的影響由于解吸塔的設(shè)計(jì)采用上下兩塔，上部為第一解吸塔，下部為第二解吸塔。從解吸工藝過(guò)程可知：如果要使上塔底排出液中不含NH3和CO2，必須使塔底溫度與塔底操作壓力的飽和溫度相一致。從水的物理特性看出水的溫度與其飽和蒸氣壓的關(guān)系是：水的沸點(diǎn)隨壓力的增大而升高[19]。解吸塔溫度的控制非常重要，上塔頂部溫度愈高表明水蒸氣的平衡分壓愈高，其含水量也愈高，會(huì)影響系統(tǒng)的水平衡，也會(huì)對(duì)低壓系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響。同時(shí)上塔底部溫度與下塔頂部溫度能夠反映出整個(gè)塔內(nèi)的溫度分布是否合理。如果這兩點(diǎn)溫度較高，則表明解吸塔通入的蒸汽量過(guò)多。因?yàn)橄滤诇囟燃幢阃ㄈ脒^(guò)量的蒸汽也只能保持在其溶液沸點(diǎn)的溫度上，過(guò)量的蒸汽將導(dǎo)致解吸塔的蒸發(fā)量增加，從而反映出上塔底部溫度與下塔頂部溫度升高。如果這兩點(diǎn)溫度過(guò)低，則解吸效果不好，上塔出液中氨和CO2含量升高，將會(huì)加重水解器出口尿素含量增加，因此要嚴(yán)格控制好這兩點(diǎn)溫度。除控制解吸塔（整體）上下塔頂?shù)诇囟韧?，整塔的溫度分布均勻也很重要。具體反映在第一解吸塔底部溫度，與第二解吸塔頂部溫度上。第一解吸塔底部溫度對(duì)該塔出液中NH3與CO2含量高低關(guān)系很大。如溫度過(guò)低解吸效果不好，出液中NH3或CO2含量升高，就會(huì)加重低壓系統(tǒng)的負(fù)荷，影響系統(tǒng)水解效果[20]。如果溫度過(guò)高，就會(huì)影響到第一解吸塔頂部出氣溫度。5.4操作水解解吸的注意事項(xiàng)水解解吸是盡可能的回收中、低壓系統(tǒng)沒(méi)有回收的未反應(yīng)物的最后一道工序。而對(duì)解吸而言，對(duì)其要求如下：（1）解吸塔底排出的廢液應(yīng)不含氨；（2）從塔頂排出的氣體中含水盡可能少；（3）解吸壓力必須高于低壓系統(tǒng)壓力，以保證解吸氣能暢通導(dǎo)入低壓，同時(shí)消耗的蒸汽量少。對(duì)水解而言，盡可能地把工藝?yán)淠夯厥盏哪蛩胤纸獬珊?，使解吸廢液中尿素含量小于5ppm。5.4.1注意解吸液的達(dá)標(biāo)情況解吸廢液達(dá)標(biāo)是衡量解吸操作好壞的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，而控制解吸溫度和解吸壓力是解吸達(dá)標(biāo)的重要前提，一般要求TI9704≥149℃，TI9703≥135℃，TI9707≥2005.4.2注意3.8MPa蒸汽壓力波動(dòng)情況應(yīng)時(shí)刻注意3.8MPa蒸汽壓力，波動(dòng)不能太大。因?yàn)?.8MPa蒸汽突升，易造成R102內(nèi)壓力突升，以使P115超流，嚴(yán)重時(shí)燒壞電機(jī)，3.8MPa蒸汽壓力突降，水解溫度迅速下降，直接影響到解吸效果。如果由于外部壓力使3.8MPa蒸汽壓力突變應(yīng)及時(shí)聯(lián)系調(diào)度，盡快穩(wěn)定蒸汽壓力。5.4.3開(kāi)始解吸時(shí)應(yīng)注意的步驟[22]開(kāi)始解吸時(shí)，應(yīng)提前將設(shè)備預(yù)熱，然后充液、提溫、并解吸三步驟進(jìn)行。特別注意：（1）充液時(shí)應(yīng)首先啟動(dòng)P115泵；(2)啟動(dòng)P115泵前，LV9701應(yīng)手動(dòng)控制，嚴(yán)防LV9701開(kāi)度過(guò)大或由于R102內(nèi)壓力太低造成P115超流；（3）R102充液時(shí)應(yīng)密切注意LC9705液位，待LC9705液位上升，應(yīng)及時(shí)打開(kāi)LV9705調(diào)節(jié)閥，嚴(yán)防R102漫液壓力太高，造成蒸汽中氨含量超標(biāo)；（4）一旦由于設(shè)備原因或其他原因致使P115跳造成不打量，應(yīng)及時(shí)減少解吸量，同時(shí)注意LC9701液位和E108出口溫度TI9706，必要時(shí)將解吸隔離，嚴(yán)防LC9701漫液至低壓，引起低壓波動(dòng)。5.4.4解吸并低壓時(shí)應(yīng)注意的情況解吸并低壓時(shí)，應(yīng)注意（1）關(guān)小防空，提高解吸壓力，稍開(kāi)聯(lián)通閥；（2）待低壓甲胺冷凝器E108出口溫度TI9706開(kāi)始上升，全關(guān)解吸放空，緩慢打開(kāi)聯(lián)通罰，同時(shí)及時(shí)調(diào)節(jié)E108上回水，防止低壓系統(tǒng)壓力大幅波動(dòng)；（3）及時(shí)調(diào)節(jié)解吸蒸汽量與負(fù)荷相對(duì)應(yīng)，防止解吸液泛；(4)并解吸時(shí)，應(yīng)密切注意水解解吸壓力，嚴(yán)防超壓，引起現(xiàn)場(chǎng)閥跳。第六章結(jié)論水解解吸系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)是相通的，所以水解解吸系統(tǒng)與低壓系統(tǒng)是相互影響的。水解解吸系統(tǒng)的操作影響著低壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其中解吸負(fù)荷太大，解吸塔頂部流量異常，解吸液泛或水解給料泵泵跳，解吸溫度均影響著低壓系統(tǒng)。解吸負(fù)荷太大，易造成PC9403超壓，嚴(yán)重時(shí)E108出口結(jié)晶堵塞。解吸塔頂部流量太小，進(jìn)入低壓水量增大；解吸塔頂部流量太大，增加低壓系統(tǒng)的負(fù)荷。解吸液泛或水解給料泵泵跳時(shí)，造成解吸液上竄進(jìn)入低壓系統(tǒng)，影響系統(tǒng)的水平衡。水解解吸系統(tǒng)中溫度對(duì)低壓系統(tǒng)的影響分為以下幾個(gè)方面：解吸塔上塔溫度過(guò)高；解吸塔下塔溫度分布不合理；解吸塔整個(gè)塔溫度分布不均勻。這幾個(gè)方面溫度的異常，會(huì)造成進(jìn)入低壓系統(tǒng)水含量增大，破壞水平衡等影響。參考文獻(xiàn)[1]河北工學(xué)院.氮肥工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)(