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前言

自本世紀(jì)20年代起，合成尿素生產(chǎn)經(jīng)歷了60多年的發(fā)展，我國60年代中期引進(jìn)荷蘭斯塔米卡本公司的水溶液全循環(huán)法工藝。1986年我國小型氮肥廠碳銨改產(chǎn)尿素的技術(shù)改造在山東鄒城等三個小型氮肥廠水溶液全循環(huán)工藝實驗裝置上相繼獲得成功。小型尿素裝置的生產(chǎn)呈現(xiàn)出產(chǎn)量增加，能耗降低，產(chǎn)品質(zhì)量提高的可喜局面。

目前我國大型廠多采用的是二氧化碳?xì)馓岱ê腿芤喝h(huán)改良C法，小型廠絕大多數(shù)采用水溶液全循環(huán)法。水溶液全循環(huán)制尿素是指將尿素合成反應(yīng)后的物料分段減壓；加熱使其中未反應(yīng)的甲銨分解和游離氨解析出來，并逐段將氨和二氧化碳冷凝成液氨和吸收成氨基甲酸銨水溶液，用泵加壓返回合成系統(tǒng)中去循環(huán)利用。水溶液全循環(huán)法制尿素一般可分為：原料的壓縮和凈化、尿素合成、循環(huán)吸收、尾氣吸收與解析、蒸發(fā)和造粒幾個工序。本次認(rèn)識實習(xí)報告所分析的為年產(chǎn)大約在4萬噸左右的小型尿素生產(chǎn)廠的大體流程。由于水溶液全循環(huán)法有大概三種形式，以下做出比較分析及選擇。

1、傳統(tǒng)水溶液全循環(huán)法中，未反應(yīng)物經(jīng)三段分解、三段吸收，流程較長，分解消耗熱能較多；分解器冷凝溫度低，在吸收冷凝循環(huán)中放出的熱能都需要用冷卻水帶走，未能得到利用，只有一段分解氣的少量熱量用于一段蒸發(fā)，能耗高。

2、改良C法采用較高的合成壓力和溫度，并取較高的氨碳比和較低的水碳比，轉(zhuǎn)化率高，降低了分解循環(huán)吸收的負(fù)荷。但熱回收利用不高，總能量消耗低于傳統(tǒng)水溶液全循環(huán)法。

3、UTI熱循環(huán)法采用等溫合成塔，二氧化碳轉(zhuǎn)化率高，減少了循環(huán)甲銨量和下游設(shè)備尺寸。原料二氧化碳有40%進(jìn)入中壓系統(tǒng)，節(jié)省壓縮耗能。另外采用工藝物料之間互相換熱，除第一分解器使用外供蒸汽外，其它不借助中間蒸汽，所以熱能充分利用。

所以本次認(rèn)識實習(xí)主要分析UTI熱循環(huán)法制尿素的流程與主要設(shè)備分析。

在此次研究與實習(xí)中能讓我們對工廠的生產(chǎn)概況有初步的了解與認(rèn)識，同時能培養(yǎng)我們獨立思考問題與解決問題的能力。這還使我們能對書本上的知識增加感官認(rèn)識，能將實際與理論結(jié)合起來。

由于查閱了大量的文獻(xiàn)，在新式與老式生產(chǎn)流程中做了比較與分析，所以反反復(fù)復(fù)做了大部分的修改，如有不妥之處望老師指正，敬請見諒。

原料及產(chǎn)品的物化性質(zhì)

本實驗報告主要分析UTI熱循環(huán)法制尿素。原料為二氧化碳和氨。二氧化碳為無色無味氣體其比重約為空氣的1.53倍，臨界溫度為31.06℃臨界壓力為7.35MPa它的化學(xué)性質(zhì)不活潑，但與強(qiáng)堿有劇烈反應(yīng)，在一定催化劑及條件下還能參與多種化學(xué)反應(yīng)。氨氣通常情況下是無色刺激性氣味，極易溶于水，易液化，液氨可作致冷劑。尿素工業(yè)或農(nóng)業(yè)品為白色略帶微紅色固體顆機(jī)無臭無味。密度1．335g/cm3。熔點132．7℃。溶于水、醇，不溶于乙醚、氯仿。呈微堿性，可與酸作用生成鹽，有水解作用。在高溫下可進(jìn)行縮合反應(yīng)，生成縮二脲、縮三脲和三聚氰酸。加熱至160℃分解，產(chǎn)生氨氣同時變?yōu)榍杷?。因為在人尿中含有這種物質(zhì)，所以取名尿素。尿素含氮(N)46％，是固體氮肥中含氮量最高的。尿素的用途很廣泛，主要用于肥料，飼料和工業(yè)原料。下面介紹尿素的物料流程和主要的工藝流程及特點。

小型尿素裝置的生產(chǎn)工藝流程

尿素的生產(chǎn)方程式：2NH3+CO2=(NH3)2CO+H2O+Q

一 原料的壓縮和凈化

原料二氧化碳有60%進(jìn)入合成塔，其余40%進(jìn)入中壓系統(tǒng)，起提氣劑作用，最后以甲銨液形式送入合成塔。原料液氨在泵出口加入少量鈍化空氣，經(jīng)預(yù)熱后有70%自合成塔頂進(jìn)入盤管，其余30%則從合成塔底引入，保持全塔平衡。

二 尿素的合成

合成塔出料減壓至2.6MPa（絕對壓力），進(jìn)入液體分布器6，進(jìn)行閃蒸，將合成出料先行氣液分離，液體則減壓到2.3MPa（絕對壓力），進(jìn)入第一分解器7，第一加熱器8和第一分解器9，氣液再次分離。第一分離器采用CO2氣提。出第一分離器的液體減壓到0.2MPa，進(jìn)入第二解析器10和第二分離器11.此處得到已相當(dāng)純凈的70%尿液，再進(jìn)入尿液濃縮器12，被蒸發(fā)濃縮到86%~88%。從分離器即可得到液體尿素產(chǎn)品。

三 循環(huán)回收

從第二分離器出來的氣體進(jìn)入第二冷凝器，將不冷凝氣體中微量氨回收后，惰性氣體排入大氣。出第二冷凝器的液體是稀甲銨液，經(jīng)回流冷卻器5放出一部分熱量，再至第一分解器殼側(cè)，與第一分離器來的氣體混合。這些氣液混合物經(jīng)第一分解器7、第二分解器10、尿素濃縮器12、甲銨加熱器14、氨回?zé)崞?5，最后在第一冷凝器16中用冷卻水冷凝為濃甲銨液，由高壓甲銨泵18加壓，再經(jīng)甲銨加熱器14返回合

成塔。

四 尾氣吸收與解吸

從第一冷凝器分出的`氣體包括惰性氣體及與他平衡的氨氣，在惰性氣體洗滌器17中被冷凝吸收。冷凝吸收的氨水返回第一冷凝器，回收氣體中微量的氨后排放入空氣中。收集在冷凝液收集槽中的冷凝液送水解解析系統(tǒng)回收其中的NH3和CO2，廢液達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后排放。

五 蒸發(fā)造粒

從分離器送來的熔融尿素由熔融泵送往造粒塔頂部的旋轉(zhuǎn)噴頭進(jìn)行造粒。造粒塔底部得到的成品顆粒尿素由皮帶機(jī)送包裝樓稱量包裝。

水溶液全循環(huán)法制尿素工藝流程簡圖

1-CO2壓縮機(jī)；2-空氣壓縮機(jī)；3-高壓氨泵；4-合成塔；5-回流冷卻器； 6-流體分離器；7-第一分解器；8-第一加熱器；9-第一分布器；10-第二分解器；

11-第二分離器；12-尿液濃縮機(jī)；13-濃縮分離器；14-甲銨加熱器；15-氨回?zé)崞鳎?6-第一冷凝器；17-惰性氣體洗滌器；18-高壓甲銨泵；19-低壓甲銨泵；

20-第二冷凝器；21-尿素產(chǎn)品泵

塔設(shè)備的分析

塔設(shè)備的作用是實現(xiàn)氣（汽）―液相或液―液相之間的充分接觸，從而達(dá)到相際間的傳質(zhì)與傳熱的目的。目前工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的塔設(shè)備為：填料塔、板式塔。

尿素合成塔是生產(chǎn)尿素的關(guān)鍵設(shè)備。由于尿素生產(chǎn)系統(tǒng)中大部分都是尿液或NH3-CO2-H2O三元溶液，它們?nèi)埸c都比較高，如果使用板式塔極易反應(yīng)結(jié)晶堵塞，會使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。因此，為了穩(wěn)妥起見，在尿素生產(chǎn)中的塔設(shè)備常采用填料塔。填料塔具有如下優(yōu)點：生產(chǎn)能力大，分離效率高，壓力降小，持液量小，操作彈性大等。

在本流程中尿素合成塔的，尿素合成塔的操作條件是壓力20MPa,溫度190℃，氨碳比4~4.2，水碳比0.86，二氧化碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)74%。該合成塔是一個內(nèi)部換熱室的等溫反應(yīng)器。它是由殼體、熱管和隔板組成的。熱管作為主要的傳熱元件，是一種具有高導(dǎo)熱性能的傳熱裝置。其工作原理為：二氧化碳、預(yù)熱了的液氨（含有鈍化作用空氣）和返回的甲銨液一起自塔頂進(jìn)入設(shè)備塔內(nèi)的盤管中，進(jìn)行合成甲銨反應(yīng)，并放出熱量傳到盤管以外。盤管的下端形成開口的罩式分布器，反應(yīng)液自此流出，又與一部分液氨混合，在從下而上流動，此時進(jìn)行甲銨脫水的吸熱反應(yīng)。這樣盤管內(nèi)外熱量匹配，最后達(dá)到塔頂。

此種管殼式換熱塔設(shè)備在設(shè)計與使用的過程中要注意流體流徑的選擇，要注意管程和殼程各走哪種流體。它的主要優(yōu)點是傳熱面積大，傳熱系數(shù)高，流體流動較快，物料停留時間短，耐高溫，高壓，結(jié)構(gòu)簡單。這種塔在工業(yè)上應(yīng)用較為廣泛，一般在制糖工業(yè)，合成氨工業(yè)上也有應(yīng)用。此塔在UTI熱循環(huán)法制尿素生產(chǎn)過程中節(jié)能減排的環(huán)節(jié)中起到了重要的作用。