一種用低純度液氨為原料生產(chǎn)尿素的工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于尿素生產(chǎn)【技術領域】，特別涉及一種用低純度液氨為原料生產(chǎn)尿素的工藝。以低純度液氨和合格的CO2氣體為原料采用二氧化碳氣提法生產(chǎn)尿素，所述低純度液氨質(zhì)量濃度為85-95%。本發(fā)明首先解決了目前尿素生產(chǎn)工藝對原料純度要求過高的缺陷，同時還有效的解決了大型合成氨尿素裝置在試車開車初期的不純液氨的處理問題，有效地降低企業(yè)的試車成本，盡早打通裝置的流程。
【專利說明】一種用低純度液氨為原料生產(chǎn)尿素的工藝

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于尿素生產(chǎn)【技術領域】，特別涉及一種用低純度液氨為原料生產(chǎn)尿素的工 藝。

【背景技術】
[0002] 尿素生產(chǎn)工藝主要有荷蘭斯塔米卡邦（Stamicarbon)公司的CO2氣提法工藝和水 溶液全循環(huán)工藝裝置、意大利斯那姆普吉提（Snamprogetti)公司的氨氣提法工藝、日本三 井東壓/東洋工程（TEC/MTC)公司的節(jié)能低成本ACES工藝、最早化四院國產(chǎn)化的改良型 CO2氣提法工藝等等。但目前的種種工藝對原料的純度都有著較為嚴格的要求，如原料CO2 要求純度不低于98. 5%，總硫不高于lOppm，H2不高于0. 1%，液氨NH3純度不低于99. 5%，油 含量不高于lOppm。將兩種原料進行加壓合成、分解回收、蒸發(fā)濃縮等工藝來進行物料衡算、 工藝設計生產(chǎn)尿素。目前的工藝非常成熟，但對原料要求較高，達不到原料要求是不允許投 料開車的。因此目前尚無采用低于99. 5%純度的液氨為原料進行投料開車生產(chǎn)尿素的。
[0003] 其次，生產(chǎn)尿素的企業(yè)其生產(chǎn)線往往也和合成氨生產(chǎn)線密切聯(lián)系，往往企業(yè)自身 就建設有合成氨裝置。在合成氨裝置的試車投產(chǎn)過程中，當行進至合成塔催化劑的升溫還 原流程時，催化劑還原產(chǎn)生大量氨水，由于裝置單塔生產(chǎn)能力較大，合成塔催化劑升溫還原 時間較長，產(chǎn)生的氨水較多，該氨水濃度在85-90%之間，達不到尿素生產(chǎn)的原料要求。但因 量較大沒有空間處理，而球罐的儲存能力又有限，要保證氨合成裝置試車流程打通繼續(xù)推 進，就需要對此處大量的濃度低于99. 5%的氨水進行處理。否則，氨合成裝置的試車將面臨 停車，損失將很大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種用低純度液氨為原料生產(chǎn)尿素的工藝，既能改善現(xiàn)有工 藝對原料要求較高的缺陷，又能解決大型合成氨裝置在原始開車中合成裝置升溫還原和產(chǎn) 氨初期大量不純液氨的銷售和處理問題，大大降低了企業(yè)的試車成本。
[0005] 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案如下： 一種用低純度液氨為原料生產(chǎn)尿素的工藝，以低純度液氨和合格的CO2氣體為原料采 用二氧化碳氣提法生產(chǎn)尿素，所述低純度液氨質(zhì)量濃度為85-95%。
[0006] 其中，低純度液氨和二氧化碳按照氨碳物質(zhì)的量比為3. 0-3. 3 :1進行原始投料， 二氧化碳的純度為97%。
[0007] 優(yōu)選的，原始投料時低純度液氨、二氧化碳的流量按照生產(chǎn)負荷的60-70%計算。
[0008] 優(yōu)選的，生產(chǎn)過程中控制系統(tǒng)中水與二氧化碳的物質(zhì)的量比為0. 6-0. 9:1。
[0009] 上述生產(chǎn)過程中控制系統(tǒng)中水與二氧化碳的比是指投料過程中和投料后正常運 行過程中的水與二氧化碳的控制指標。
[0010] 優(yōu)選的，原始投料時控制甲胺泵的轉速在最大開度的25-30% ;氨泵轉速在最大開 度的85-90%。具體的轉速根據(jù)氨泵、甲胺泵設備參數(shù)進行理論計算得出。 toon] 優(yōu)選的，投料后出料前控制以下參數(shù)在合理范圍內(nèi)：高甲冷出液溫度在 155-160°C、氨噴溫度在125-130°C、高調(diào)水溫差在10-15°C ;此外，出料前系統(tǒng)壓力不高于 12. 5Mpa〇
[0012] 較好的，可以通過調(diào)整氨碳比、水碳比來對高甲冷出液溫度、氨噴溫度、高調(diào)水溫 度進行控制。
[0013] 其中，若原始原料配比氨碳比高，則高甲冷出液溫度低，高壓壓力上升速率較 慢些；若氨碳比低，則甲冷出液溫度高，高壓壓力上升速率較快些，故可根據(jù)溫度是否在 155-160°C之間進行原始氨碳比的調(diào)整，以實現(xiàn)隨壓力升高溫度慢慢升高。
[0014] 氨噴溫度：一般溫度控制在125-130°c之間，當投料加水量在甲胺泵最低變頻下， 氨噴溫度高于此溫度，則說明原始投料配比氨碳比低，反之，氨噴溫度低于此溫度則說明原 始投料配比氨碳比高。
[0015] 高調(diào)水溫差在10-15度之間，氨碳比是整個投料配比的核心，氨碳比高或低，高調(diào) 水的上回水溫差都會降低，一般原始投料配比正常，偏離此溫差氨碳比配比就不正常，需要 及時調(diào)整。
[0016] 觀察高壓系統(tǒng)的升壓速率，高壓系統(tǒng)壓力在11-11. 5MPa壓力有個穩(wěn)定區(qū)，控制出 料前系統(tǒng)壓力不超12. 5MPa。
[0017] 優(yōu)選的，出料后控制高壓系統(tǒng)的合成塔出液組分水碳比在0. 6-0. 9,氨碳比為 3· 0_3· 3〇
[0018] 上述對水碳比、氨碳比進行調(diào)整控制的手段為本領域技術人員所掌握的常規(guī)技術 手段，此處不再贅述。
[0019] 優(yōu)選的，開車前對低壓系統(tǒng)、水解解吸系統(tǒng)進行改造。
[0020] 具體的，增加低壓應急放空，水解解吸系統(tǒng)增加應急放空。
[0021] 具體的，低壓系統(tǒng)是在進低壓甲胺冷凝器前的氣相管道上增加放空的管道和閥 門；水解解吸系統(tǒng)是在進回流冷凝器前的氣相管道上增加閥門和管道，目的都是為了維持 高壓系統(tǒng)的水碳比和氨碳比。
[0022] 當生產(chǎn)中系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定，氨碳比、水碳比失調(diào)使氨水槽內(nèi)NH3和CO2含量升高時， 要保證外送解吸廢液氨和尿素的含量小于lOppm，需減量使氨水槽液位上漲，濃度必然繼 續(xù)升高，整個系統(tǒng)繼續(xù)惡化，此時解吸負荷過重，導致低壓系統(tǒng)無法吸收高壓系統(tǒng)又無法消 耗，整個系統(tǒng)難以調(diào)整時，低壓系統(tǒng)的應急放空閥可方便調(diào)節(jié)，可適當放空一部分解吸出來 的氣體，減少回流冷凝器的冷凝量，從而降低解吸的負荷，以保證氨水槽液位下降，濃度降 低。當事故槽液位高時又需停車排塔時就可以打開水解解吸系統(tǒng)應急放空閥適當?shù)姆趴找?部分解吸水解出來的氣體，從而拉低事故槽的液位，解決因事故槽液位高而無法排塔置換 的難題，且避免氨水槽或事故槽液位過高而發(fā)生溢流的氨氮超標環(huán)保事故。
[0023] 本發(fā)明結合開車實際，以以往的二氧化碳氣提法尿素原始開車方案為依據(jù)，進行 大膽的嘗試和操作，以純度為85-95%的液氨與合格的CO 2氣體為原料進行投料開車，且經(jīng) 過嘗試和摸索取得了成功。本發(fā)明著重對原始投料液氨和二氧化碳的配比量進行理論的計 算；優(yōu)選在投料過程中根據(jù)溫度、壓力等變化進行液氨和二氧化碳的配比量的調(diào)整。此外， 在出料后對整個高壓水平衡、氨碳比進行調(diào)整控制，此調(diào)整控制對于整個工藝的進行更為 有益。第三，還優(yōu)選在開車前期對低壓系統(tǒng)、水解解吸系統(tǒng)進行了一些小的改造。
[0024] 本發(fā)明還具有以下意義： 雖然氨合成塔催化劑還原后的活性與催化劑的選型有關，但催化劑的還原成功與否將 對催化劑的活性起到至關重要的影響。因此，催化劑的還原歷來是合成氨廠生產(chǎn)開車過程 中一個重要的環(huán)節(jié)。安全穩(wěn)定緩慢升溫還原是關鍵，故本發(fā)明實現(xiàn)的后續(xù)系統(tǒng)的運行為合 成氨系統(tǒng)氨的還原催化時間提供了保證，不用再顧慮不純液氨的處理問題，解決了后顧之 憂。
[0025] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點： 本發(fā)明首先解決了目前尿素生產(chǎn)工藝對原料純度要求過高的缺陷，同時還有效的解決 了大型合成氨裝置在試車開車初期的不純液氨的處理問題，有效的降低企業(yè)的試車成本， 盡早的打通裝置的流程。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1為低壓系統(tǒng)的改造示意圖，增加了低壓應急放空管線，1為低壓甲銨冷凝器。
[0027] 圖2為解吸水解系統(tǒng)的改造，增加了解吸應急放空管線，2為回流冷凝器。

【具體實施方式】
[0028] 以下以具體實施例來說明本發(fā)明的技術方案，但本發(fā)明的保護范圍不限于此： 實施例1 1.原始投料液氨與CO2配比量理論計算過程如下： 以采用500kt/a合成氨及配套尿素工程的某公司為例，采用國內(nèi)改良型CO2氣提法 工藝，其中小顆粒裝置(尿素成品粒度在〇. 85-2. 8mm)兩套，大顆粒裝置(尿素成品粒度在 2-4mm) -套，每套生產(chǎn)能力均40萬噸/年，按照100%負荷為每小時生產(chǎn)55. 6t尿素，進入 系統(tǒng)CO2的純度為97%，五出（五出指的是原料CO2氣體經(jīng)過壓縮機壓縮后的氣體，此壓縮機 為5段壓縮，五段出口壓縮的高壓氣體進入高壓合成塔合成反應生產(chǎn)尿素)的CO 2流量為生 產(chǎn)1噸尿素理論需372/0. 97=384 m3/h，實際投產(chǎn)時按1噸尿素需400 m3/h計算： 1) 100% 負荷五出的 CO2 流量為 55. 6 X 400=22240 m3/h。
[0029] 2)理論計算出70%負荷五出的CO2流量為55.6\400父70%=15568 1113/11。
[0030] 3)理論計算出70%負荷五出的CO2流量為15568 1113/11，需要投氨的流量： 按照 1%3/11。。2=3· 1 計算，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)理論計算出70%負荷五出的CO2流量為15568 1113/11，需額外加入的水的流量： 按照 nH20/nC02 為 0. 7 計算，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)泵量和轉速的計算 甲胺泵參數(shù)：柱塞直徑94_，行程150_，三連柱塞； 可計算出甲胺泵曲軸每轉動一圈的流量(組合閥不漏）： V=3. 14x(0. 094/2) 2x0. 15*3=0. 00312m3 設甲胺泵最低變頻下曲軸每分鐘的轉數(shù)為Y轉，則甲胺泵每小時的打量（即需加入系 統(tǒng)的水量）為=〇. 〇〇312xYx60 氨泵參數(shù)：柱塞直徑l〇5mm，行程180mm，三連柱塞； 可計算出氨泵曲軸每轉動一圈的流量(組合閥不漏）： V=3. 14x(0. 105/2) 2x0. 18*3=0. 00467m3 設氨泵最低變頻下曲軸每分鐘的轉數(shù)為Z轉 氨泵每小時的打量為=〇. 〇〇467xZx60 可粗略得出原始投料開車配比表如下：

【權利要求】
1. 一種用低純度液氨為原料生產(chǎn)尿素的工藝，其特征在于，以低純度液氨和合格的co2氣體為原料采用二氧化碳氣提法生產(chǎn)尿素，所述低純度液氨質(zhì)量濃度為85-95%。
2. 如權利要求1所述的用低純度液氨為原料生產(chǎn)尿素的工藝，其特征在于，低純度液 氨和二氧化碳按照氨碳物質(zhì)的量比為3. 0-3. 3進行原始投料，二氧化碳的純度為97%。
3. 如權利要求2所述的用低純度液氨為原料生產(chǎn)尿素的工藝，其特征在于，生產(chǎn)過程 中控制系統(tǒng)中水與二氧化碳的物質(zhì)的量比為0. 6-0. 9。
4. 如權利要求1-3任一所述的用低純度液氨為原料生產(chǎn)尿素的工藝，其特征在于，原 始投料時低純度液氨、二氧化碳的流量按照生產(chǎn)負荷的60-70%計算。
5. 如權利要求4所述的用低純度液氨為原料生產(chǎn)尿素的工藝，其特征在于，原始投料 時甲胺泵的轉速控制在泵的最大開度的25-30% ;氨泵轉速控制在泵的最大開度的85-90%。
6. 如權利要求4所述的用低純度液氨為原料生產(chǎn)尿素的工藝，其特征在于，投料后出 料前控制以下參數(shù)在合理范圍內(nèi)：高甲冷出液溫度在155-160°C、氨噴溫度在125-130°C、 高調(diào)水溫差在10_15°C ;此外，出料前系統(tǒng)壓力不高于12. 5Mpa。
7. 如權利要求6所述的用低純度液氨為原料生產(chǎn)尿素的工藝，其特征在于，出料后控 制高壓系統(tǒng)的合成塔出液組分的水碳比在〇. 6-0. 9,氨碳比為3. 0-3. 3。
8. 如權利要求4所述的用低純度液氨為原料生產(chǎn)尿素的工藝，其特征在于，開車前對 低壓系統(tǒng)、水解解吸系統(tǒng)進行改造。
9. 如權利要求8所述的用低純度液氨為原料生產(chǎn)尿素的工藝，其特征在于，低壓系統(tǒng) 增加低壓應急放空，水解解吸系統(tǒng)增加應急放空。
【文檔編號】C07C273/04GK104402768SQ201410605700
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月3日 優(yōu)先權日:2014年11月3日
【發(fā)明者】樊進軍, 徐俊紅, 謝群力, 羅俊韜, 呂丙航 申請人:河南晉開化工投資控股集團有限責任公司