一種節(jié)能型尿素生產(chǎn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于尿素制備領(lǐng)域，具體為一種節(jié)能型尿素生產(chǎn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 尿素【co(nh2)2】別名為碳酰二胺、碳酰胺、脲，在自然界中主要存在于人類(lèi)和動(dòng)物 排泄的尿液中。其用途廣泛，不僅是一種用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高效氮肥，而且是工業(yè)中常用的化 工原料。
[0003] 1773年，化學(xué)家魯埃勒（Rouel Ie)在蒸發(fā)尿液時(shí)第一次發(fā)現(xiàn)了尿素。1798年被 ?？寺澹‵oUrcray)及萬(wàn)庫(kù)林（Vauqudin)確定為是一種新物質(zhì)，并命名為尿素。1828年，魏 勒（Uvohler)在實(shí)驗(yàn)室加熱氰酸銨時(shí)制得尿素，其反應(yīng)為：NI {4CN0 = NH2c m m2。1886年， 巴塞洛夫（BassrofT)第一個(gè)試驗(yàn)成功現(xiàn)代工業(yè)所采用的氨和二氧化碳直接合成尿素的方 法。
[0004] 1922年德國(guó)首先用氨與二氧化碳合成尿素進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，采用熱混合氣壓縮循 環(huán)工藝。1932年，杜邦公司采用直接合成法制取尿素氨水，1935年開(kāi)始生產(chǎn)固體尿素，未反 應(yīng)物以氨基甲酸銨水溶液的形式返回合成塔。這是尿素水溶液全循環(huán)法工藝的雛形。
[0005] 我國(guó)于1957年在上海化工研宄院進(jìn)行尿素生產(chǎn)的理論研宄和試驗(yàn)工作。1958年 在南京永寧廠建成日產(chǎn)IOt尿素的半循環(huán)法中試車(chē)間并投入運(yùn)行。1965年上海化工研宄院 完成了甲銨水溶液全循環(huán)法中間試驗(yàn)。1967年，我國(guó)自行設(shè)計(jì)、自行制造的年產(chǎn)11萬(wàn)噸尿 素全循環(huán)法工業(yè)裝置在石家莊化肥廠建成投產(chǎn)。20世紀(jì)70年代以來(lái)，我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)幾十 套年產(chǎn)50- 60萬(wàn)噸尿素大型裝置，從根本上改變了中國(guó)化肥生產(chǎn)格局，使我國(guó)尿素生產(chǎn) 能力位居世界前列。
[0006] 水溶液全循環(huán)法工藝現(xiàn)有技術(shù)中，根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)專(zhuān)利文獻(xiàn)資料中，對(duì)所列范圍 的國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)進(jìn)行了檢索，現(xiàn)將相關(guān)文獻(xiàn)主要內(nèi)容簡(jiǎn)述如下：
[0007] (a)尿素合成塔。一種全液相等溫型尿素合成塔，它包括塔體，塔體底部設(shè)液氨進(jìn) 口、二氧化碳進(jìn)口和一甲液進(jìn)口，塔體頂端設(shè)出料口，其特點(diǎn)是在塔體內(nèi)部設(shè)液體霧化反應(yīng) 器，液體霧化反應(yīng)器與液氨進(jìn)口、二氧化碳進(jìn)口和一甲液進(jìn)口相通，在塔體內(nèi)中上部的內(nèi)側(cè) 壁上設(shè)高效塔盤(pán)，在高效塔盤(pán)上設(shè)換熱管道，換熱管道與液體霧化反應(yīng)器相通，是一種二氧 化碳的轉(zhuǎn)化率高、能耗小、效率高、不易腐蝕的尿素合成塔。
[0008] (b)分解加熱。在中壓循環(huán)段，中壓分解器采用帶有填料層的分離器與降膜式列 管加熱器組合在一起的結(jié)構(gòu)，上部是精餾段及列管液體分布器，下部是降膜式列管加熱器 (該加熱器殼呈分為上、下兩段），溶液中的甲銨在此被加熱分解為co2、nh3，所需的熱量，上 段由低壓蒸汽供給，下段由汽提塔來(lái)的中壓蒸汽冷凝液供給，在中壓分解器的下部引入高 壓洗滌器來(lái)的富氧尾氣以鈍化中壓系統(tǒng)設(shè)備，同時(shí)在中壓分解器的降膜式列管中起汽提作 用，中壓分解器的操作參數(shù)為：壓力I. 6-1. 8MPa(g)，分解溫度155-160°c ;
[0009] (C)中壓氨回收。一種尿素水溶液全循環(huán)法生產(chǎn)中壓氨回收系統(tǒng)的新工藝，這種水 溶液全循環(huán)法生產(chǎn)尿素中壓系統(tǒng)的工藝改造，增加蒸發(fā)冷凝器、液氨泵、氨儲(chǔ)槽、及與之配 套的管道、閥門(mén)、電器儀表設(shè)施，同時(shí)降低氨冷器A的標(biāo)高、配套與之相適應(yīng)的尿素循環(huán)水 泵，它取消氨冷器B\C，把蒸發(fā)冷凝器使用的冷卻水改為脫鹽水。
[0010] (d)低壓分解回收。在低壓循環(huán)段，低壓分解器上部為填料段及列管液體分布器， 下部是降膜式列管加熱段，自低壓分解器及解吸塔來(lái)的氣體在低壓冷凝器、碳銨液貯槽、 碳銨液泵、低壓吸收塔、低壓吸收循環(huán)泵、低壓吸收循環(huán)冷卻器及其相連接的管道組成的低 壓回收系統(tǒng)中被回收，該系統(tǒng)的操作壓力為〇. 1-0. 3MPa(g)。
[0011] (e) -段蒸發(fā)。一種濃縮尿素溶液的蒸發(fā)裝置，在所述二分塔和一段蒸發(fā)器（4)之 間設(shè)置有真空濃縮器（1)，從二分塔出來(lái)的尿液管與真空濃縮器（1)上部進(jìn)口（11)相連接， 真空濃縮器（1)下部的液相出口（12)通過(guò)管道與尿液槽（2)的進(jìn)口（21)相連接或直接與 一段蒸發(fā)器（4)的進(jìn)口（41)相連接，而所述一段蒸發(fā)器（4)的頂部氣相出口（43)通過(guò)管 道與真空濃縮器（1)頂部的氣相出口（13)的管道相回合而一起流向一段蒸發(fā)冷凝器，而一 段蒸發(fā)器（4)下部的液相出口（42)通過(guò)管道通向二段蒸發(fā)器。本設(shè)計(jì)采用分離和加熱于 一體，采用先分離再加熱的方式，從而減少熱能消耗；而且下部加熱段所產(chǎn)生的熱氣體對(duì)上 部分離段的尿液又可以起到氣提作用，出該降膜式真空濃縮器的尿液濃度與改造前相比從 71 % V提高到82% V，降低了后續(xù)蒸發(fā)器的負(fù)荷，從而減少了 I. 275MPa高品位蒸汽的用量。
[0012] (f)尾氣凈氨。汽提循環(huán)法尿素生產(chǎn)工藝中，在低壓循環(huán)段，低壓分解器上部為填 料段及列管液體分布器，下部是降膜式列管加熱段，自低壓分解器及解吸塔來(lái)的氣體在低 壓冷凝器、碳銨液貯槽、碳銨液泵、低壓吸收塔、低壓吸收循環(huán)泵、低壓吸收循環(huán)冷卻器及其 相連接的管道組成的低壓回收系統(tǒng)中被回收，該系統(tǒng)的操作壓力為0. 1-0. 3MPa。
[0013] (g)尿素廢水處理。一種低壓水解解吸處理尿素工藝?yán)淠盒鹿に嚕捎玫蛪核?解吸，冷凝液送至水解解吸塔進(jìn)行水解解吸，其特征在于水解解吸塔由回流冷凝段、預(yù)水解 解吸段、水解解吸段三部分組成，處理后的廢液（工藝?yán)淠海┖焙湍蛩馗餍∮?ppm，不 但回收了尿素、降低了原料的消耗，而且消除了排出廢液對(duì)環(huán)境的污染。
[0014] 但是上述現(xiàn)有技術(shù)中的水溶液全循環(huán)法生產(chǎn)工藝仍舊存在以下技術(shù)缺陷：第一， 現(xiàn)有水溶液全循環(huán)工藝通用尿素合成塔普遍存在'物料混合不均、反應(yīng)熱分布不均、尿素合 成率偏低'等缺陷。但是，若要設(shè)計(jì)尿素合成高壓圈，設(shè)備設(shè)計(jì)和制造的技術(shù)難度都很高，投 資亦不菲，這就使得難以將尿素合成轉(zhuǎn)化率提高到73 %左右。
[0015] 第二，產(chǎn)品的消耗較高。水溶液全循環(huán)法由于轉(zhuǎn)化率低，需要加熱分解的物料多 造成蒸汽消耗高，因而該工藝的蒸汽的消耗較高，一般每噸尿素蒸汽消耗在IlOOkg左右。 同時(shí)因分解的物料需回收，又增加了循環(huán)冷卻水的消耗，一般每噸尿素循環(huán)冷卻水消耗在 140M3。
[0016] 第三，熱量的分級(jí)利用差。現(xiàn)有的水溶液全循環(huán)法工藝的蒸汽和系統(tǒng)熱量利用率 低，這些未利用的熱量又需要冷卻回收，這樣又造成了冷卻水量高。
[0017] 第四，裝置的安全性。尿素合成塔在生產(chǎn)過(guò)程中曾發(fā)生過(guò)爆炸，尿素惰性氣體洗滌 器、尾氣吸收塔都不同程度的發(fā)生過(guò)爆炸。
[0018] 目前國(guó)內(nèi)外尿素生產(chǎn)工藝有國(guó)外氨汽提法工藝、改良C法工藝、0)2汽提工藝、國(guó)產(chǎn) 水溶液全循環(huán)工藝、改良水溶液全循環(huán)工藝、中壓聯(lián)尿工藝等。能耗最低的為國(guó)外氨汽提工 藝，其次為〇)2汽提工藝和改良C法。在國(guó)內(nèi)尿素生產(chǎn)工藝流程中，工藝和能耗較為先進(jìn)的 是改良水溶液全循環(huán)法，其次是水溶液全循環(huán)法，CO2轉(zhuǎn)化率最高為68% V左右，中壓聯(lián)尿 工藝已被淘汰。在中國(guó)，水溶液全循環(huán)法生產(chǎn)能力占50 %，0)2汽提工藝和改良C法占35 %， 進(jìn)口氨汽提法占15%。雖然進(jìn)口工藝先進(jìn)，能耗也低，但投資高，令企業(yè)望而生畏。國(guó)內(nèi)的 改良型水溶液全循環(huán)法雖然能耗偏高，但投資較低，因此，開(kāi)發(fā)一種投資省、能耗低，能達(dá)到 國(guó)際先進(jìn)水平的尿素生產(chǎn)工藝刻不容緩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 本實(shí)用新型正是基于以上技術(shù)問(wèn)題，提供一種具有投資低、能耗低、操作簡(jiǎn)單、彈 性大等特點(diǎn)，操作靈活可靠、投資較低；氨基甲酸銨分解率高、總氨蒸出率高；氣相含水量 低，且回收利用解吸凈水熱量，可降低蒸汽消耗，可使傳統(tǒng)水溶液全循環(huán)工藝尿素生產(chǎn)中二 氧化碳轉(zhuǎn)化率提高5個(gè)百分點(diǎn)，達(dá)到73% V。與同期建設(shè)的0)2汽提法裝置相比，可節(jié)省投 資30%以上，蒸汽消耗降至905千克/噸的一種節(jié)能型尿素生產(chǎn)系統(tǒng)。
[0020] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0021] 一種節(jié)能型尿素生產(chǎn)系統(tǒng)，包括CO2壓縮機(jī)、甲銨泵（即氨基甲酸銨泵的簡(jiǎn)稱(chēng)）、液 氨泵和尿素合成塔，CO2壓縮機(jī)分別與甲銨泵和液氨泵連接，液氨泵與尿素合成塔連接，在 所述尿素合成塔后依次串聯(lián)有降膜逆流中壓分解塔及加熱器、甲銨冷凝器、甲銨分離器、三 段中壓吸收塔及蒸發(fā)式氨冷回收器、液氨緩沖槽、惰性氣體洗滌器、尾氣凈氨精洗器、低壓 分解塔及加熱器、二甲液預(yù)熱器、臥式低壓吸收器、降膜式預(yù)蒸發(fā)器、一段蒸發(fā)器及一段蒸 發(fā)冷凝器、二段蒸發(fā)器及二段蒸發(fā)冷凝器、工藝廢水解吸水解塔；所述甲銨分離器通過(guò)甲銨 泵與所述尿素合成塔連接，所述中壓吸收塔與蒸發(fā)式氨冷器連接，蒸發(fā)式氨冷器與液氨泵 連接，在所述中壓分解塔和中壓吸收塔之間設(shè)置降膜式預(yù)蒸發(fā)器和甲銨分離器，在所述蒸 發(fā)式氨冷回收器與尾氣凈氨精洗器之間依次連接液氨緩沖槽、惰性氣體洗滌器。
[0022] 所述中壓吸收塔通過(guò)所述蒸發(fā)式氨冷回收器與所述液氨緩沖槽連接。
[0023] 在所述降膜逆流中壓分解加熱器與所述的工藝廢水解吸水解塔連接。
[0024] 所述蒸發(fā)式氨冷回收器為噴淋盤(pán)管式換熱器，所述降膜式預(yù)蒸發(fā)器為列管式換熱 器，所述尾氣凈氨精洗器為列管浸沒(méi)式吸收器。
[0025] 所述尿素合成塔為液相逆流換熱尿素合成塔，其塔內(nèi)設(shè)旋流分布器和下降管。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果為：
[0027] (一）、節(jié)能型尿素生產(chǎn)系統(tǒng)具有投資低、能耗低、操作簡(jiǎn)單、彈性大等特點(diǎn)，因此 本實(shí)用新型有相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[0028] (二）本系統(tǒng)裝置操作靈活可靠、投資較低；氨基甲酸銨分解率高、總氨蒸出率高； 氣相含水量低，且回收利用解吸凈水熱量可降低蒸汽消耗。
[0029] (三）本實(shí)用新型中采用以液相逆流換熱式尿素合成塔為核心組成的'約10% V 液氨底部入塔內(nèi)、二氧化碳、甲銨液及約90% V液氨從頂部進(jìn)入塔內(nèi)，反應(yīng)產(chǎn)物從塔的頂部 出來(lái)，CO2轉(zhuǎn)化率達(dá)到73% V。
[0030] (四）本實(shí)用新型中采用三段吸收-蒸發(fā)式氨冷-