第一章尿素工藝概況 第一節(jié)化工基礎(chǔ)知識(shí) （一）、化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 1 .元素、原子與分子 世界上任何物質(zhì)都是元素組成的。具有相同核電荷數(shù)的 通一類原子叫元素。采用一定的符號(hào)來(lái)表示各種元素，叫做 元素符號(hào)。尿素裝置所涉及到的主要元素有：

　氫（H H ）、碳（C C）、 氮（N N ）、氧（O O）、硫（S S）、鉻（ Cr、、鎳（ Ni、、鉬（ Me）等。

　分子是能夠獨(dú)立存在而仍具有該物質(zhì)一卻化學(xué)特性的 最小微粒。用組成分子的各種原子的元素符號(hào)來(lái)表示這種分 子，就形成了分子式。

　尿素裝置中最常用的分子式: 物質(zhì)名稱 二氧化碳 氫氣 空氣 尿素 縮二脲 分子式 CO H 2

　NHCQNH NHCQNH CQNH 物質(zhì)名稱 氨 氧氣 氮?dú)?甲銨

　分子式 NH Q

　NHCQQNH

　 2 .化學(xué)反應(yīng) 當(dāng)兩種以上的物質(zhì)相互作用產(chǎn)生化學(xué)變化時(shí)便發(fā)生了 化學(xué)反應(yīng)。

　用元素符號(hào)和分子表示化學(xué)反應(yīng)的等式叫化學(xué)方程式。

　它不僅表示了化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化生成物的變化關(guān) 系。而且還表示了反應(yīng)物轉(zhuǎn)化生成的過(guò)程的定量關(guān)系。

�。ǘ�）、化工基礎(chǔ)知識(shí)

　化工生產(chǎn)是以煤、石油、天然氣、水、空氣等天然資源 或農(nóng)副產(chǎn)品為原料，經(jīng)過(guò)一系列化學(xué)變化或化學(xué)處理為主要 手段， 改變物質(zhì)原來(lái)的性質(zhì)， 狀態(tài)和組成， 制成所需的產(chǎn)品 1 1．化工單元操作 化學(xué)工業(yè)的種類很多，涉及酸、堿、化肥、醫(yī)藥以及石 油化工等，它們所采用的生產(chǎn)方法、工藝流程、設(shè)備大小也 往往千差萬(wàn)別，各有不同。它們之所以統(tǒng)歸化學(xué)工業(yè)范籌， 首先是因?yàn)檫@些工業(yè)過(guò)程中所用的原料最終變?yōu)楫a(chǎn)品，不僅 在物質(zhì)上發(fā)生了變化，而且一般地都伴隨化學(xué)性質(zhì)的變化， 而這些不同的生產(chǎn)過(guò)程都是一些基本操作組成，如流體的流 動(dòng)與輸送、壓縮、分離、傳熱、蒸發(fā)、精餾、解吸、吸收、 冷卻、 破碎等操作， 我們把這些操作稱為化學(xué)基本單元操作。

　若干單元操作串聯(lián)起來(lái)就構(gòu)成了一個(gè)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程。

　在尿素的生產(chǎn)工藝中幾乎包括了所有的化工單元操作。

　2 2．化工單元操作分類 按照單元操作所遵循的基本規(guī)律不同可歸納為幾個(gè)基 本過(guò)程：

�。� 1 1）、動(dòng)量傳遞過(guò)程：包括遵循流體動(dòng)力學(xué)規(guī)律的一些 單元操作，如流體的流動(dòng)與輸送、沉降、離心泵以及固態(tài)流 態(tài)化、空氣壓縮等。

�。� 2 2）、熱量傳遞過(guò)程：簡(jiǎn)稱傳熱過(guò)程，包括主要遵循熱 交換基本規(guī)律的一些單元操作，如傳熱、蒸發(fā)、冷凝等。

　3 3）、質(zhì)量傳遞過(guò)程：

　簡(jiǎn)稱傳質(zhì)過(guò)程， 即物質(zhì)通過(guò)擴(kuò)散， 從一個(gè)相轉(zhuǎn)移到另一個(gè)相的過(guò)程，包括蒸發(fā)、解吸、吸收、 干燥等單元操作。

�。� 4 4）、熱力過(guò)程：包括遵循熱力學(xué)規(guī)律一些單元操作， 如冷凍等。

　（ 5 5）、機(jī)械過(guò)程：包括遵循機(jī)械力學(xué)的一些單元操作， 如固體的粉碎，篩分等。

　3 3．化工單元操作簡(jiǎn)介 （ 1 1）、傳熱：傳熱是化工生產(chǎn)中必不可少的操作過(guò)程。

　生產(chǎn)中的傳熱過(guò)程，通常都是在兩種流體之間進(jìn)行的。某些 場(chǎng)合下粒狀固態(tài)物料也參與傳熱過(guò)程，如造粒的冷卻過(guò)程。

　實(shí)現(xiàn)冷、熱流體之間熱量傳遞的設(shè)備稱為換熱器。

　傳熱的基本方式有三種：傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射。

�。� 2 2）、蒸發(fā)：通過(guò)加熱使溶液中的一部分溶劑汽化并除 去的操作，稱之為蒸發(fā)，蒸發(fā)是一個(gè)體現(xiàn)傳熱過(guò)程基本過(guò)程 的單元操作。

　蒸發(fā)操作一般都是在溶液的沸點(diǎn)下進(jìn)行的。在蒸發(fā)過(guò)程 中，只有溶劑是揮發(fā)性物質(zhì)，溶質(zhì)是不揮發(fā)的，這就是說(shuō)當(dāng) 溶液被加熱沸騰后，只有溶劑汽化，溶質(zhì)在整個(gè)過(guò)程中的數(shù) 量不變，這就使蒸發(fā)操作的顯著特點(diǎn)之一。

　進(jìn)行蒸發(fā)操作的必備條件是：必須不斷的供給熱量和排 除已經(jīng)汽化的蒸汽。

　根據(jù)蒸發(fā)時(shí)壓強(qiáng)的不同，可將蒸發(fā)操作分為常壓蒸發(fā)、 加壓蒸發(fā)和減壓蒸發(fā)三種類型 （ 3 3）、氣體吸收：氣體吸收是利用適當(dāng)?shù)囊后w吸收劑來(lái) 處理氣體混合物，以使其中的一種或多種組分由氣相轉(zhuǎn)入液 相的操作。吸收的基本依據(jù)是利用氣體混合物中各個(gè)組分在 吸收劑中的溶解度的不同，從而將其中溶解度最大組份分離 出來(lái)。

　尿素裝置中吸收塔的操作是為了回收氣體中有效成分， 如氨；同時(shí)減少有害氣體（ NH 3 、 H H 2 S 等）對(duì)環(huán)境的污染。由 此可見，吸收操作與提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)量，降低消耗， 消除污染，保證人身體健康具有密切的關(guān)系。

　吸收操作的好壞，在很大程度上取決于能否選擇一種適 宜的吸收劑。

　（ 4 4）、干燥：利用加熱時(shí)固體物料中的濕分（包括水分 或其它溶劑）汽化并出去的操作成為干燥。根據(jù)熱能傳給濕 物料的方法不同，干燥可分為：間接加熱干燥、對(duì)流干燥、 輻射干燥和介電加熱干燥。

　（ 5 5）、解吸：解吸是吸收的逆過(guò)程，傳熱方向與吸收方 向相反——溶質(zhì)由液相向氣相傳遞。其目的是回收液體中的 溶質(zhì)和使吸收劑再生循環(huán)使用。

　（ 6 6）、蒸餾：化工生產(chǎn)中為了達(dá)到提純或回收有效組份 的目的，常常需要對(duì)液體均相混合物進(jìn)行分離，蒸餾就是分 離液體均相混合物的單元操作，對(duì)混合物的分離總是利用其 中各組分某種性質(zhì)的差異，蒸餾操作就是借助于液體混合物 中各組份揮發(fā)能力的差異而達(dá)到分離的目的。

　按蒸餾方式與分離程度分類，可分為簡(jiǎn)單蒸餾、平衡蒸 餾（或叫閃蒸）和精餾。

�。� 7 7）、閃蒸：為連續(xù)操作的定常過(guò)程，帶有一定壓力和 溫度的尿液，經(jīng)節(jié)流閥急劇減壓至規(guī)定壓力進(jìn)入閃蒸器中。

　在閃蒸器中與規(guī)定的壓力下部分料液迅速汽化，從頂部進(jìn)入 冷凝器中被冷凝成液體（其中易揮發(fā)組份含量較高）

　，進(jìn)入 下一工序。另一部分為氣化的液體中易揮發(fā)的組分含量較 高，由閃蒸器底部抽出（成為底部產(chǎn)品）

　。

�。� 8 8）、精餾：工業(yè)上的精餾分離通常采用連續(xù)操作。其 主要設(shè)備包括精餾塔、再沸器（或循環(huán)加熱器）

　、冷凝器等。

　按操作壓強(qiáng)分：可分為常壓、加壓、減壓精餾。

　3 3．化工過(guò)程的基本規(guī)律 對(duì)千變?nèi)f化的各種化工生產(chǎn)過(guò)程都可以將其單元操作 歸納在幾個(gè)化工基

　本生產(chǎn)過(guò)程中，并遵循其各自的基本規(guī) 律，但這些基本過(guò)程又同時(shí)遵循著某些共同的規(guī)律，掌握和 運(yùn)用這些過(guò)程的共同規(guī)律，有助于我們從工程觀點(diǎn)出發(fā)去分 析某個(gè)過(guò)程技術(shù)生的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性，這些共同的 規(guī)律是：

�。� 1 1）、質(zhì)量守恒：在化工生產(chǎn)中，隨著過(guò)程的進(jìn)行，物 質(zhì)在不斷的起著變化，但在一個(gè)固定的系統(tǒng)或固定的設(shè)備 內(nèi)，它必須符合：

　輸入的物料=輸出的物料量+物料的損失量 （ 2 2）、能量守恒：在化工生產(chǎn)中，除了物質(zhì)的變化，還 必然伴隨著能量的轉(zhuǎn)換，例如：在流體流動(dòng)與輸送中，就存 在流體的位能、動(dòng)能、靜壓能或外加機(jī)械能的轉(zhuǎn)化問(wèn)題，在 熱量的傳遞過(guò)程和質(zhì)量傳遞過(guò)程中，也存在著冷熱流體之間 以及環(huán)境之間的熱量交換問(wèn)題。根據(jù)能量守恒定律，在任何 一個(gè)系統(tǒng)中：輸入的物料=輸出的物料量+物料的損失量 （ 3 3）、平衡關(guān)系：在化工生產(chǎn)過(guò)程中，像固體的溶解與 結(jié)晶、氣體的吸收等操作過(guò)程，都是在一定條件下由不平衡 向平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)化，以達(dá)到過(guò)程進(jìn)行的最大限度。一個(gè)過(guò)程在 一定條件下能否進(jìn)行，能進(jìn)行到什么程度，都可以由平衡關(guān) 系推知。同時(shí)還能為生產(chǎn)操作條件的選擇和改進(jìn)提供依據(jù)。

�。� 4 4）、過(guò)程的速率：

　平衡關(guān)系只說(shuō)明過(guò)程的方向和極限， 而過(guò)程進(jìn)行的快慢在工程上是比平衡關(guān)系更重要。單位時(shí)間 里的各種過(guò)程進(jìn)行的變化稱之為過(guò)程的速率。過(guò)程的速率越 高，設(shè)備的生產(chǎn)能力越大，在同樣產(chǎn)量的條件下，設(shè)備尺寸 可以越小。過(guò)程的速率可以用如下基本關(guān)系表示：

　過(guò)程的速率=過(guò)程的推動(dòng)力/過(guò)程的阻力 過(guò)程的推動(dòng)力是過(guò)程在某一瞬間狀態(tài)的因素距離平衡 狀態(tài)因素的差額。

　在流體流動(dòng)過(guò)程中， 它表現(xiàn)為位差或壓差； 在傳熱過(guò)程中它是冷熱流體的溫差；在傳質(zhì)過(guò)程中，它是物 質(zhì)的濃度差。構(gòu)成過(guò)程阻力的因素很多，而且同

　樣是因過(guò)程 的性質(zhì)不同而不同，提高過(guò)程速率的途徑在于加大過(guò)程的推 動(dòng)力和減少過(guò)程的阻力。

　第二節(jié) 尿素的性質(zhì) 尿素，是由于人及哺乳動(dòng)物的尿液中含有這種物質(zhì)而 得名。分子式為 C0(NH) 2 或?qū)懗?HbNCONH NH 2 化學(xué)結(jié)構(gòu)式：

　0= C

　 :" NH 2 在尿素工業(yè)生產(chǎn)中，常用符號(hào)“ Ur”來(lái)表示尿素。

　1 1、 物理性質(zhì) 純粹的尿素為無(wú)色、無(wú)味、無(wú)嗅的針狀或柱狀晶體。

　工業(yè)尿素因含有雜質(zhì)常為白色、淡黃色或淡紅色。純尿素 的理論含氮量為％，分子量為％。

　2 2、 化學(xué)性質(zhì) 尿素呈微堿性，但不能使一般指示劑變色，與酸作用 可生成鹽類。

　例如，尿素與硝酸反應(yīng)生成硝酸［ C0(NH) 2 HN0 ］。尿素 與磷酸作用生成磷酸尿素］ C0(NH) 2 . HkPO］。

　尿素與鹽類相互作用可生成絡(luò)合物。例如，尿素與硝 酸鈣反應(yīng)生成 Ca(NQ) 2.

　4C0(NH) 2 。尿素與磷酸一鈣作用時(shí)， 反應(yīng)如下：

　Ca(NQ) 2 . H20+ C0(NH) 2 ― (NH)

　(磷酸鈣) (磷酸尿素) + Ca(H2P04) + H20

　( (

　磷酸氫鈣) )

　尿素能與酸或鹽相互作用的性質(zhì)，在復(fù)合肥料生產(chǎn)中 具有重要意義。

　尿素在水中易產(chǎn)生水解作用，生成氨和 CQ;在高溫下 易發(fā)生縮合反應(yīng)，生成縮二脲、縮三脲等。這兩個(gè)性質(zhì)在 尿素生產(chǎn)中都是不利因素，是較為重要的。

　在鹽酸作用下，尿素同甲醛反應(yīng)生成甲基尿素；在中 性溶液中與甲醛反應(yīng)生成二甲基尿素。

　第三節(jié) 尿素合成的基本原理 （一）

　、工業(yè)上生產(chǎn)尿素是在高溫高壓條件下進(jìn)行的。

　—般認(rèn)為是在液相中分兩步完成。

　第一步：氨和二氧化碳在水存在下生成甲銨：

　2NH 3 （液）

　+CQ （氣）

　^N^^CQQNH K 液）

　第二步：甲銨脫水生成尿素 NHCQQNH （液）

　E E （

　NH）

　2 （液）

　+HbQ （液）

　上述反應(yīng)是在高溫下進(jìn)行的。第一步反應(yīng)只要能及時(shí) 移去反應(yīng)熱，反應(yīng)進(jìn)行很快且易達(dá)到化學(xué)平衡，而第二步 反應(yīng)即使在液態(tài)和供給熱量中利用第一步反應(yīng)熱的條件 下，平衡轉(zhuǎn)化率只能達(dá)到 50 ? 70%。所以第二步反應(yīng)是尿素 生產(chǎn)的控制步驟。

　合成尿素總的反應(yīng)式為：

　2NH （液）

　+CQ （氣）一 （ NH）

　2 CQ （液）

　+HQ+Q 亦即合成尿素的總反應(yīng)為逆放熱反應(yīng)。

　（二）

　、氨基甲酸銨的生成 （ 1 ）、工業(yè)生產(chǎn)中的甲銨生成反應(yīng)式為：

　2NHH

�。ㄒ海�

　+CQ （氣）

　 NH 4 C00NH （液）

　+Q （2 2）

　、甲銨生成的反應(yīng)速度 常溫、常壓下，甲銨生成的速度相當(dāng)緩慢，而且甲銨 極易分解；但當(dāng)壓力在 a 980kPa 以上，溫度超過(guò) 150 C 時(shí)， 甲銨生成反應(yīng)幾乎瞬時(shí)就可完成；液相中的二氧化碳大部 分轉(zhuǎn)化為甲銨。而且反應(yīng)速度幾乎與壓力的平方成正比。

　在一定的范圍內(nèi)提高溫度也能提高甲銨的生成速度。

　由此可見，為了加快甲銨生成速度，必須采用較高壓 力和與此壓力相適應(yīng)的溫度。

�。�3 3）

　、尿素的生成 ① 、甲銨脫水生成尿素的化學(xué)平衡 甲銨脫水生成尿素的反應(yīng)為：

　NHCQQNH （液）

　CO（ NH 2 ）

　2 （液）

　+H 2 Q- Q

　上述反映在一定的溫度，壓力下進(jìn)行，是一個(gè)可逆吸 熱反應(yīng)。

　② 、甲銨脫水生成尿素的反應(yīng)速度 由尿素合成的反應(yīng)機(jī)理可知，甲銨脫水是反應(yīng)的控制 步驟，即決定尿素合成的速度。甲銨脫水的反應(yīng)速度體現(xiàn) 于二氧化碳轉(zhuǎn)化率與溫度、時(shí)間的關(guān)系。

　第四節(jié) 尿素相關(guān)工藝及比較 （一）、尿素技術(shù)方案的選擇

　國(guó)際尿素生產(chǎn)工藝較多， 但國(guó)內(nèi)尿素生產(chǎn)工藝主要有：

　水溶液全循環(huán)法， 2 C02 汽提法，氨汽提法三種。根據(jù)各種工 藝生產(chǎn)的特點(diǎn)、及生產(chǎn)廠家的實(shí)際運(yùn)行情況，綜合評(píng)價(jià)這 三種：水溶液全循環(huán)法適用中、小型尿素裝置（ 4 4- -5 15 萬(wàn)噸/ / 年）的生產(chǎn)，且生產(chǎn)技術(shù)成熟； 2 C02 汽提法和氨氣提工藝適 用于大中型尿素裝置（ 15- -2 52 萬(wàn)噸/ /年）的生產(chǎn)。氨氣提法 與 2 C02 氣提法工藝相比，消耗比較接近，但是氨氣提法工 藝流程長(zhǎng)，設(shè)備昂貴，且未國(guó)產(chǎn)化。

�。ǘ�）、下表為三種生產(chǎn)工藝特點(diǎn)對(duì)比表。

　消 耗 /T

　ur

　水溶液 C02 汽提法 氨汽提法 NH3 580 575 575 C02 Kg 775 Kg 750 Kg 750 Kg 循環(huán)水 150m 3

　100 m 3

　95 m 3

　電 KW/h 150 KW/h 120 KW/h 140 KW/h 蒸汽 T/h 1050 T/h 780 T/h

　 外送 Mpa 蒸汽

　180 Kg/Tur

　-藝 流 程 高壓圈設(shè)備 1 臺(tái) 5 臺(tái) 5 臺(tái) 中壓系統(tǒng) 有 無(wú) 有 低壓系統(tǒng) 有 有 有 脫氫 無(wú) 有

　 流程長(zhǎng) 咼壓圈咼壓轉(zhuǎn)化率咼 咼壓圈轉(zhuǎn)化率咼

　 流程短 流程長(zhǎng) 合 成 合成塔 c 188 183 188 操作壓力

　條 件 N/C

　H/C

　框架結(jié)構(gòu) 中框架（ 3om 高框架（6om 中框架（3om

　國(guó)產(chǎn)化 完全國(guó)產(chǎn)化 國(guó)產(chǎn)化 Ti 材汽提塔進(jìn)口 安全性 無(wú)脫氫 有脫氫安全可靠 安全可靠 投資比例 1 1

　 水溶液全循環(huán)法與氣提法尿素相比能量利用不合理， 消耗較高，流程較長(zhǎng)，近幾年新建的大中型尿素已很少采 用該工藝。

　氨氣提法特點(diǎn)：工藝先進(jìn)，消耗低，無(wú)高框架結(jié)構(gòu)， 無(wú)爆炸危險(xiǎn)，是該工藝的特點(diǎn)，但該工藝需購(gòu)買國(guó)外專利 工藝包，裝置不能國(guó)產(chǎn)化，國(guó)外設(shè)備制造周期長(zhǎng)，故不采 用該工藝。

　2 C02 氣提法特點(diǎn)：高壓圈操作壓力最低， 由于高壓轉(zhuǎn)化 率較高，裝置無(wú)中壓系統(tǒng)，該工藝采用 2 C02 脫氫技術(shù)，根 本上杜絕了生產(chǎn)中的爆炸危險(xiǎn)性，該工藝流程短、設(shè)備少、 生產(chǎn)穩(wěn)定、消耗較低、投資較少，在國(guó)內(nèi)有豐富的設(shè)計(jì)、 設(shè)備制造、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，近幾年新建的項(xiàng)目多為 2 C02 氣提法。

　第二章尿素裝置工藝流程敘述 第一節(jié)二氧化碳基本原理 合成尿素的反應(yīng)一般在液相中分兩步來(lái)進(jìn)行的 第一步：甲銨生成反應(yīng) 2NH 3 （液）

　+CQ （氣）一 NH 4 C00NH （液）+,反應(yīng)是 強(qiáng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)速度快，容易達(dá)到化學(xué)平衡。

　第二步：甲銨脫水反應(yīng) NHCOONH（液）

　^NHCONH （液）

　+HbO （液）— 此反應(yīng)是微放熱反應(yīng)，主要是在液相中進(jìn)行，且為控制 反應(yīng)。

　第二節(jié)二氧化碳工藝流程 （一）

　、概述 本裝置采用二氧化碳?xì)怏w技術(shù)生產(chǎn)％熔融尿素，然后進(jìn) 入 0 19000 造粒塔，利用上部旋轉(zhuǎn)噴頭造粒。尿素主裝置為 1400T/日，設(shè)計(jì)能力為 0 1400 噸/日。裝置主要包括：

　2 CO2 壓 縮、脫硫、脫氫，液氨升壓、尿素合成和汽提、循環(huán)、蒸發(fā)、 解吸水解、尿素造粒等工序。

�。ǘ�）

　、工藝流程說(shuō)明 1 1.二氧化碳?jí)嚎s、脫硫、脫氫：

　從脫碳來(lái)的二氧化碳（ CO2> >%, H2 W% ）氣體，其溫 度 V 30 C, 壓力：（絕），經(jīng)二氧化碳液滴分離器，經(jīng)壓縮在 二段入口前與一定的空氣混合，空氣量為二氧化碳體積的 4 %。從壓縮二段出來(lái)的二氧化碳控制水冷溫度 60 C, 進(jìn)入 水解槽有機(jī)硫水解，后進(jìn)水冷器降溫 w 40 C, 經(jīng)氧化鐵脫硫 槽脫硫后，去壓縮三段入口。四段出口二氧化碳為、 進(jìn)入脫氫系統(tǒng)。開車時(shí)由中壓蒸汽在開工加熱器中將二氧化 碳溫度提高到》150 C, 以利于脫氫反應(yīng)器中脫氫反應(yīng)的進(jìn) 行。脫氫反應(yīng)器內(nèi)裝鉑系催化劑，操作溫度：入口》 150 C 、 出口 w 200 C 。脫氫后二氧化碳含氫一 m 50PPm 經(jīng)高壓 2 CO2 冷

　卻器用循環(huán)水冷卻降溫至 110 C 。二氧化碳?jí)嚎s機(jī)設(shè) 1 1- -1 1、 1 1- - 3 、 1 1- - 5 三個(gè)回路，用于調(diào)節(jié)生產(chǎn)負(fù)荷。

　2 2．液氨升壓：

　液氨來(lái)自合成氨裝置，壓力為（絕）

　，溫度為 40 C, 經(jīng) 液氨過(guò)濾器進(jìn)入液氨緩沖槽再到高壓液氨泵入口，主管上裝 有流量計(jì)。液氨經(jīng)高壓液氨泵加壓到 （絕 ），高壓液氨泵是電 動(dòng)往復(fù)柱塞泵，帶變頻調(diào)速，可以在 35％－ 110％的負(fù)荷范 圍內(nèi)變化。在總控室由流量累積記錄器，從這個(gè)記錄器來(lái)判 斷進(jìn)入尿素界區(qū)的氨量，高壓液氨送到高壓噴射器，作為噴 射物料，將高壓洗滌器來(lái)的甲銨液帶入高壓冷凝器。高壓液 氨泵以及高壓液氨泵出口以后管線均設(shè)有安全閥，以保證裝 置設(shè)備安全。

　3 3．合成和汽提：

　合成塔、汽提塔、高壓冷凝器和高壓洗滌器四個(gè)設(shè)備組 成高壓圈。這是本工藝的核心部分。這四個(gè)設(shè)備的操作條件 是統(tǒng)一考慮的，以期達(dá)到尿素的最大產(chǎn)率和最大限度的熱量 回收，以副產(chǎn)蒸汽。

　從高壓冷凝器底部導(dǎo)出的液體甲銨液和少量的未冷凝 的氨和二氧化碳，分別用兩條管線送入合成塔底。液相加氣 相物料 NH/C0 2 （摩爾比）為，溫度 165 C - - 170 C 合成塔內(nèi)設(shè)有 11 塊篩板，形成類似幾個(gè)串聯(lián)的反應(yīng)器， 塔板的作用是防止物料在塔內(nèi)返混。物料從塔底至塔頂，設(shè) 計(jì)停留時(shí)間約 1 小時(shí)。二氧化碳轉(zhuǎn)化率可達(dá) 58％，相當(dāng)于平 衡轉(zhuǎn)化率的 90％以上。

　尿素合成反應(yīng)液從塔內(nèi)上升到正常液位，溫度上升到 183 °C ? 185 C, 經(jīng)過(guò)溢流管從塔下出口排出，經(jīng)過(guò)液位控制 閥進(jìn)入氣提塔上部，再經(jīng)塔內(nèi)液體分配器均勻地分配到每根 汽提管中，沿管壁成液膜狀下

　降。分配器液位高低，起著自 動(dòng)調(diào)節(jié)各管內(nèi)流量的作用。尿液在汽提管內(nèi)均勻分配并在內(nèi) 壁形成液膜下降，內(nèi)壁液膜是非常重要的，否則汽提管將遭 到腐蝕。由塔下部導(dǎo)入的二氧化碳?xì)怏w，在管內(nèi)與合成反應(yīng) 液逆流相遇，氣提管外以蒸汽加熱，合成反應(yīng)液中過(guò)剩氨及 未轉(zhuǎn)化的甲銨將被氣提蒸出和分解，從塔頂排出。尿液及少 量未分解的甲銨從塔底排出。氨蒸出率約 85％，甲銨分解率 約 75%。這是因?yàn)槭芰藴囟鹊南拗�，高�?200 C 時(shí)管道就受 到嚴(yán)重的腐蝕。另外也受換熱面積和時(shí)間的限制。換熱面積 太大則尿液不能形成膜；加熱時(shí)間太長(zhǎng)，則尿素水解和縮二 脲生成將會(huì)增多。在現(xiàn)有條件下，從汽提塔底排出的液體， 含有 8 8%的氨和 1 0 %的二氧化碳。

　尿液在汽提管內(nèi)要有一定的停留時(shí)間，以提高分解率。

　管子太長(zhǎng)或太短都是不利的。目前汽提管長(zhǎng) 6 米。管數(shù)也不 能太多，以避免影響液膜的形成，汽提塔出液溫度控制在 155- - 170 C 之間。塔底液位控制在 m 150mm 左右，以防止二氧 化碳?xì)怏w隨液體流入低壓分解工段造成低壓設(shè)備超壓。

　從汽提塔頂排出的 180- - 185 C 的氣體，與新鮮氨及高壓 洗滌器來(lái)的甲銨在（絕）下混合一起進(jìn)入高壓冷凝器頂部。

　高壓冷凝器是一個(gè)管殼式換熱器。物料走管內(nèi)，管間走水用 于副產(chǎn)蒸汽，根據(jù)副產(chǎn)蒸汽的壓力高低，可以調(diào)節(jié)氨和二氧 化碳的冷凝程度。但要保留一部分氣體在合成塔內(nèi)冷凝，以 便補(bǔ)償在合成塔內(nèi)甲銨轉(zhuǎn)化為尿素所需熱量，以達(dá)到自熱平 衡。所以把控制副產(chǎn)蒸汽壓力作為合成塔溫度、壓力的條件 之一。

　為了使進(jìn)入高壓冷凝器上部的氣相和液相得到更好的 混合，增加其接觸時(shí)間，在高壓冷凝器上部設(shè)有一個(gè)液體分 布器。在分布器上維持一定的液位，就可以保證氣相－液相 的良好分布。

　從合成塔頂排出的氣體，溫度約 183- - 185 C, 進(jìn)入高壓 洗滌器。在這里將氣體中的氨和二氧化碳用加壓后的低壓吸 收段的甲銨液冷凝吸收，然后經(jīng)高壓冷凝器再返回合成塔。

　不冷凝的惰性氣體和一定數(shù)量的氨氣，自高壓洗滌器減壓后 排出高壓系統(tǒng)，進(jìn)入低壓吸收塔吸收后直接放空。

　高壓洗滌器分為三個(gè)部分：上部為預(yù)防爆炸而充滿惰性 氣體的空腔；中部為鼓泡吸收；下部為管式侵沒式冷凝段。

　從合成塔導(dǎo)入的氣體，先進(jìn)入上部空腔，作為防爆的惰性氣 體（氨和二氧化碳之和不小于 89％），然后導(dǎo)入下部的侵沒 式冷凝段，與從中心管流下的甲銨液在底部混合，在列管內(nèi) 并流上升進(jìn)行吸收。吸收作用是生成甲銨的放熱反應(yīng)。反應(yīng) 熱由管間的冷卻水帶走，管內(nèi)得到約 160 C 的濃甲銨液（水 為 23%; Q NH/CQ 為）。管間冷卻水從 80 C 升到 95 C 。

　95 C 的 水在高壓洗滌器循環(huán)水冷卻器中調(diào)節(jié)到 80 C （溫度不能再 低，以防管內(nèi)結(jié)晶）

　，經(jīng)高壓洗滌器循環(huán)水泵循環(huán)使用。在 下部侵沒式冷凝段未能冷凝的氣體，進(jìn)入中部的鼓泡段。經(jīng) 鼓泡段吸收后的氣體，尚含有一定數(shù)量的氨和二氧化碳進(jìn)入 低壓吸收塔進(jìn)形氨的回收。高壓洗滌器前設(shè)有安全閥。

　從合成塔至高壓洗滌器的管道，設(shè)有安全閥外，還設(shè)有 分析取樣閥。通過(guò)氣相的分析，測(cè)得氣相中氨、二氧化碳和 惰性氣體含量，從而可以判斷合成塔的操作是否正常。

　從高壓洗滌器中部溢流出的甲銨液 , ,其壓力與合成塔頂 部的壓力相等。為將其引入較高壓力的高壓冷凝器 （

　約高出

　必須用高壓噴射泵。

　來(lái)自高壓液氨泵的液氨， 壓力約為 16Mpa （絕），進(jìn)入高壓噴射器，將高壓洗滌器來(lái)的甲銨升壓，二 者一起進(jìn)入高壓冷凝器的頂部。高壓噴射器設(shè)在與合成塔底 部相同的標(biāo)高。

　根據(jù)生產(chǎn)要求將高壓系統(tǒng)的主要參數(shù)均指示在控制盤 上。由操作人員根據(jù)各參數(shù)變化的傾向，加以全面考慮或分 析，以手控進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。此外，必要時(shí)也可分析合成塔 上部氣相組份，從而判斷合成塔內(nèi)的操作條件是否正常來(lái)調(diào) 節(jié)有關(guān)參數(shù)。

　為了保護(hù)設(shè)備的安全，高壓系統(tǒng)在必要位置設(shè)有安全閥 及超壓報(bào)警器等。

　4 4．循環(huán)系統(tǒng)：

　來(lái)自汽提塔底部的尿素 - -

　甲銨溶液，經(jīng)過(guò)汽提塔的液位 控制閥減壓到（絕）

　，溶液中％的二氧化碳和 69％的氨得到 閃蒸，并使溶液溫度從 170 C 降到 107 C ，氣—液混合物進(jìn) 入精餾塔頂。精餾塔上部為填料塔，起著氣體精餾作用，下 部為分離器。經(jīng)過(guò)填料段下落的尿素—甲銨流入循環(huán)加熱 器。用高壓冷凝器副產(chǎn)的 （絕）蒸汽加熱。溫度升高到 135 C, 甲銨進(jìn)一步分解，而后進(jìn)入精餾塔下部的分離器分離。尿液 經(jīng)液位控制閥流入閃蒸槽，氣體上升到精餾塔填料段，精餾 后的氣體導(dǎo)出精餾塔，送到侵沒式低壓甲銨冷凝器。在此， 兩相并流上升進(jìn)行吸收，吸收時(shí)產(chǎn)生的熱量，被冷凝器中的 低調(diào)冷卻水帶走。此低調(diào)冷卻水經(jīng)低壓甲銨冷凝器循環(huán)水泵 送低壓甲銨冷凝器循環(huán)冷卻器冷卻。氣液混合物從侵沒式低 壓甲銨冷凝器上部溢流到低壓洗滌器液位槽，進(jìn)行氣液分 離。一部分液體流入器內(nèi)漏斗，靠重力流入侵沒式低壓甲銨 冷凝器內(nèi)，流速加快，氣液混合效果好。另一部分液體從液 位槽底導(dǎo)出，經(jīng)高壓甲銨泵升壓到（絕）以上，送入高壓

　洗 滌器頂部。高壓甲銨泵為往復(fù)泵，采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)甲銨流 量。液位槽分離出的氣體，經(jīng)減壓閥減壓后至常壓吸收塔， 經(jīng)填料段，被來(lái)自低壓吸收塔冷凝液和部分工藝液循環(huán)冷卻 器冷卻后噴淋吸收，進(jìn)一步回收氣相中的氨。未能被吸收的 惰性氣體，經(jīng)排氣筒放空。低壓甲銨冷凝器設(shè)有溢流道，以 保證其液位一定。

　5 5．蒸發(fā)系統(tǒng)：

　出精餾底部的尿素熔融液，經(jīng)液位槽液位控制閥減壓 后，送到閃蒸槽，壓力約為 Mpa （絕）。溫度從 135 C 降到 85 C, 有相當(dāng)一部分水、 H NH 和 Q CQ 閃蒸出來(lái)。閃蒸汽進(jìn)入到 閃蒸槽冷凝器中冷凝下來(lái)。離開閃蒸槽的尿液濃度為 70 － 72％（質(zhì)量）流入尿液貯槽。閃蒸槽的真空是與一段蒸發(fā)真 空系統(tǒng)相連而產(chǎn)生的。進(jìn)入尿液槽的尿液經(jīng)尿液泵加壓送至 一段蒸發(fā)加熱器下部列管中，用低壓蒸汽加熱將尿液中大部 分水分蒸發(fā)出來(lái)，并在一段蒸發(fā)分離器中進(jìn)行氣液分離。尿 液出口溫度約為 130 C, 其出口溫度通過(guò)蒸汽供給量自控調(diào) 節(jié)。

　一段蒸發(fā)壓力維持在（A A）,蒸發(fā)系統(tǒng)的負(fù)壓是由一段蒸 發(fā)冷凝器和一段蒸發(fā)噴射器產(chǎn)生的真空來(lái)維持。一段蒸發(fā)冷 凝器頂部設(shè)有壓力測(cè)量裝置，在其氣體進(jìn)口管線上連接空氣 進(jìn)口管。通過(guò)一段蒸發(fā)冷凝器頂部壓力信號(hào)，調(diào)節(jié)空氣進(jìn)口 管線上調(diào)節(jié)閥開度，可將空氣吸入，以保持一段蒸發(fā)系統(tǒng)壓 力在正常操作范圍內(nèi)。

　一段蒸發(fā)分離器出來(lái)大部分是水分，但仍有少量的氨和 二氧化碳。它與閃蒸槽出來(lái)的氣相一起，在一段蒸發(fā)表面冷 凝器中冷凝。此部分冷凝液進(jìn)入氨水槽內(nèi)，再經(jīng)水解系統(tǒng)， 回收氨和二氧化碳。

　離開一段蒸發(fā)分離器的 95%? 96%尿液，通過(guò) U U 形管液 封進(jìn)入二段蒸發(fā)加熱器。

　二段蒸發(fā)壓力為：（A A）。它是通過(guò)二段蒸發(fā)冷凝器與二 段蒸發(fā)后冷凝器和三級(jí)蒸發(fā)氣噴射器，抽真空而達(dá)到的。二 段蒸發(fā)加熱器出口的尿液，去二段蒸發(fā)分離器以分離氣－液 兩相。氣相通過(guò)升壓器進(jìn)入二段蒸發(fā)冷凝器，在二段蒸發(fā)冷 凝器中用冷卻水冷卻和冷凝。二段蒸發(fā)冷凝器出口氣體再經(jīng) 二段蒸發(fā)第一噴射器送入二段蒸發(fā)后冷凝器。經(jīng)二段蒸發(fā)后 冷凝器冷凝后，不冷凝氣體用二段蒸發(fā)第二噴射器送入常壓 吸收塔。

　二段蒸發(fā)冷凝器和二段蒸發(fā)后冷凝器的冷凝液均進(jìn)入 氨水槽，此冷凝液含少量尿素和氨。此冷凝液一部分用作低 壓吸收塔吸收液，另一部分進(jìn)入水解系統(tǒng)。

　在二段蒸發(fā)器中，用（ A A）蒸汽對(duì)尿液進(jìn)一步加熱蒸發(fā)， 并在二段蒸發(fā)分離器中進(jìn)行氣液分離，使其濃度提高%。出 二段蒸發(fā)分離器的熔融尿液，通過(guò)液封經(jīng)離心式的熔融尿素 泵送往尿素造粒塔塔頂。熔融尿素泵能在一定范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào) 節(jié)揚(yáng)量，以適應(yīng)蒸發(fā)系統(tǒng)的負(fù)荷。除二段蒸發(fā)分離器尿液管 道，設(shè)有視鏡以利于操作。

　從二段蒸發(fā)分離器出口，至熔融尿素泵的吸入管線和泵 的出口，至造粒塔的熔融尿素管線。采用壓力為?（ A A）的 飽和蒸汽夾套保溫，以降低縮二脲生成。

　6 6．解吸水解系統(tǒng)：

　閃蒸冷凝液和蒸發(fā)冷凝液，均含有一定量的氨、少量的 二氧化碳和少量的尿素。經(jīng)真空大氣腿流入氨水槽。氨水槽 內(nèi)用隔板分為三個(gè)間隔（兩小一大）

　。各間隔之間在下部有 孔連通。因此，液位相同但不完全相混。大間隔用來(lái)貯存工 廠排放液或沖洗的工藝液體。閃蒸冷凝液流入第一小間隔， 因此

　含氨和二氧化碳較多，用低壓吸收塔給料泵送至吸收塔 作吸收液。一、二段蒸發(fā)冷凝液流入第二間隔后，由一路用 吸收塔給料泵送往吸收塔作吸收液，另一路由解吸塔給料泵 經(jīng)過(guò)解吸塔換熱器，加熱到 117 C 送到第一解吸塔上部，解 吸出氨和二氧化碳。解吸塔的操作壓力為（絕）

　。出第一解 吸塔的液體，經(jīng)水解塔給料泵加壓到（絕）經(jīng)水解塔換熱器 換熱后， 進(jìn)入水解塔的上部。

　水解塔的下部通入界外來(lái) （絕）

　的蒸汽。使液體中所含的少量尿素水解成氨和二氧化碳。氣 相進(jìn)入第一解吸塔上部，液相經(jīng)水解塔換熱器換熱后的溫度 為 151 C ，進(jìn)入第二解吸塔上部，操作壓力為（絕）

　，塔下部 通入（絕）的蒸汽進(jìn)行解吸，塔底溫度為 134 C 。從液相中 解吸出來(lái)的氨和二氧化碳及水蒸汽，直接導(dǎo)入第一解吸塔的 下部，與第一解吸塔的液體進(jìn)行質(zhì)熱交換。出第一解吸塔的 氣相，含水小于 40％，在回流冷凝器中冷凝，冷凝液一部分 作為回流液回流到第一解吸塔的頂部，進(jìn)行質(zhì)熱交換，以減 少出塔氣相的水含量。另一部分冷凝液，送到低壓甲銨冷凝 器。未被冷凝的氣體進(jìn)入常壓吸收塔，進(jìn)一步回收氨和二氧 化碳后放空。

　在第二解吸塔解吸后的液體含氨小于 3 3－ 5PPm； 尿素小于 3 - m 5PPm 經(jīng)解吸塔換熱器換熱和廢水冷卻器冷卻 后送出尿素界區(qū)。

　7 7．尿素造粒 熔融尿素進(jìn)入造粒噴頭，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)噴頭的旋轉(zhuǎn)使熔 融尿素噴灑在整個(gè)造粒塔內(nèi)，并得到大小相似的尿素液滴。

　當(dāng)它在塔中降落時(shí)，熔融尿素液滴固化并冷卻。

　造粒塔底的尿素粒子溫度一般維持在 50? 60 Co 8 8．蒸汽及冷凝液系統(tǒng)：

　自界區(qū)來(lái)的、 225 C 蒸汽，大部分蒸汽經(jīng)自調(diào)閥減壓進(jìn) 入高壓飽和器產(chǎn)

　生蒸汽作汽提塔熱源。一部分蒸汽去水解塔 作熱源，另一部分蒸汽補(bǔ)充入中壓蒸汽飽和器產(chǎn)生蒸汽用于 二段蒸發(fā)加熱器及高壓系統(tǒng)保溫伴熱。蒸汽由高壓甲銨冷凝 器換熱付產(chǎn)，用于循環(huán)加熱器、一段蒸發(fā)、真空噴射器、解 吸塔及系統(tǒng)伴熱。系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行可外送蒸汽（）

　7 7?h h o 蒸汽冷凝液系統(tǒng)：蒸發(fā)加熱器、低壓加熱器蒸汽冷凝液 回鍋爐給水槽經(jīng)鍋爐給水泵為低壓汽包供水。氣提塔加熱蒸 汽冷凝液經(jīng)高壓蒸汽飽和器去中壓蒸汽飽和器、低壓汽包補(bǔ) 液。多余冷凝液回蒸汽冷凝液槽。蒸汽冷凝液槽冷凝液經(jīng)蒸 汽冷凝液泵加壓后作為低壓沖洗水，用于低壓、蒸發(fā)等系統(tǒng) 沖洗工藝處理。部分低壓沖洗水經(jīng)高壓沖洗水泵加壓后送高 壓沖洗水管網(wǎng)作為開停車高壓系統(tǒng)沖洗、工藝處理用水。

　9 9．尿素循環(huán)冷卻水系統(tǒng)：

　尿 素 循環(huán) 水 消耗為 100 噸 /Tur ， 裝置需 循環(huán)水 量

　4200T/h ，裝置單獨(dú)配套 4900m3 ／ h 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。配置 2450 m m3 ／ h 泵三臺(tái)，兩開一備。配置 2500 m m3 ／ h 涼水塔兩臺(tái)。

　設(shè)計(jì)上水溫度 w 32 C ，壓力：，回水溫升 10 C ，壓力約 Map 的冷卻水返回尿素循環(huán)水冷卻塔降溫。

　第三節(jié) 尿素主要工藝指標(biāo) 一）、二氧化碳?jí)嚎s機(jī) 操作壓力：

　 原料 CO 2 組成 一段入口 （絕）

　CO2 >% （體積）

　四段出口 （絕）

　CO v%（ 體積）

　操作溫度：

　H 2 V%（ 體積）

　一段入口 30 °C S S

　v 2mg/m3

�。�體積）

　四段出口 150 °C 防腐空氣（ O O 2 ％）

　體積）

　二）、脫氫反應(yīng)器：

　操作壓力 （絕）

　出口氣組成 操作溫度 H H 2 及其它可燃?xì)怏w

　v 50 x 10-6

　入口氣體 > 150 C O2 含量 >％（體積）

　出口氣體

　 催化劑層阻力 1 ％ H H 2 反應(yīng)溫升 45 C 正常 v

　 最大 v

　脫氫水冷后溫度 w 120 C C

　i 循環(huán)加熱器 i i

　i i 低壓甲銨冷凝器

　 五）、循環(huán)系統(tǒng) 三）、高壓液氨：

　操作壓力

　 液氨組成 入口 Mpa （絕）

　NH 3 >%（質(zhì)量）

　出口 Mpa （絕）

　H 2 O O v ％

�。ㄙ|(zhì)量）

　操作溫度

　w 30 C H 2 +N 2 v ％ （質(zhì)量）

　油 v 10PPm

　四）、合成系統(tǒng) 高壓冷凝

　i 合成塔 操作壓（絕）

　操作壓力 Mpa

　絕）

　操作溫度（頂）

　180- - 183 C 操作溫度

　167 C

　出口氣相 N/C

　副產(chǎn)蒸汽壓力 Mpa

　絕）

　塔內(nèi)液相 N/C

　2 CO2 轉(zhuǎn)化率

　58％

　vi

　高壓洗滌器 操作溫度 ii 汽提塔 出口液相 160- - 165 C

　操作溫度 160- - 175 C

　出口氣相 90- - 110 C

　出口液相含 NH 3 6 6- - 8 ％（質(zhì)量）

　循環(huán)水冷卻溫度 加熱蒸汽壓力 Mpa （絕）

　入口 110- - 120 C

　加熱蒸汽溫度 214 C 溫升 ~10 C

　 六）、蒸發(fā)系統(tǒng) i i 一段蒸發(fā)

　質(zhì)量）

　七）、解吸和水解系統(tǒng) i 第一解吸塔

　 操作壓力 Mpa （絕）

　冷凝壓力 Mpa （絕）

　操作溫度 135 °C 冷凝溫度 75 C i i 閃蒸槽 vi

　低壓吸收塔 操作壓力 Mpa （絕）

　操作壓力 Mpa 絕）

　出口液體溫度 90- - 95 操作溫度 60 C

　二段蒸 操作壓力 （絕）

　操作壓力 Mpa （絕）

　操作溫度 125- - 130 操作溫度 138- - 140 C 出口尿液濃度 95

　質(zhì)量）

　出口尿液濃度 第二解吸 操作壓力 0. 3Mpa （絕）

　操作溫度（塔底）

　143 C 操作溫度（塔頂 110- - 118 排出廢液組成 塔頂出口汽相含水 V 40 %（質(zhì)量）

　尿素 V 10 x 10-6

　NH i i i

　水解塔 操作壓力 ?（絕）

　八）、成品尿素 含氮量 >%（質(zhì)量）

　3 V 10 x 10-6

　操作溫度 195- - 205 C 含水量 w%（ 質(zhì)量）

　 第四節(jié) 尿素生產(chǎn)的原料 （一）、主要物料 尿素裝置所用主要原料有液氨和二氧化碳。

　1 1．液氨 尿素裝置所用的液氨來(lái)自合成氨裝置，它以液體的形式 進(jìn)入界區(qū)內(nèi)，其參數(shù)值為：

　NH 3 >%（ Wt ）

　H H 2 O O <%（ Wt ）

　油 w%（ Wt ）

　溫度 35 C 壓力?（A A）

　液氨由合成氨裝置送至界區(qū)，然后通過(guò)液氨過(guò)濾器后， —路為主線去咼壓氨泵升壓，出口為（ A A）去咼壓合成圈， 另一小部分去低壓甲銨冷凝器，主要是調(diào)節(jié) NH 3 /CO 2 。

　2 2．二氧化碳 尿素裝置所用的二氧化碳來(lái)自合成氨裝置，它以氣體的 形式進(jìn)入界區(qū)，其參數(shù)為：

　CQ》％（ V V）

　壓力（A A）

　溫度 35 C 二氧化碳靠自身壓力輸送到界區(qū)內(nèi)，經(jīng)往復(fù)式壓縮機(jī)提 壓后以氣體形式用于咼壓合成圈。

�。ǘ�）、公用工程物料 1 1.循環(huán)冷卻水（ cw）:尿素裝置所用循環(huán)冷卻水是由尿 素循環(huán)水裝置提供的，主要用于換熱器，對(duì)系統(tǒng)物料進(jìn)行冷 凝冷卻。由于水中加有除垢劑、殺菌劑等，所以不可飲用。

　2 2 .蒸汽：尿素界區(qū)蒸汽系統(tǒng)分為高、中、低三個(gè)等級(jí)。

　尿素裝置蒸汽分類：

　縮二尿含量 w%（ 質(zhì)量）

　粒度（ 1 1- - 2.4mm ）

　90％ （質(zhì)量）

　等級(jí) 壓力 溫度 高壓蒸汽：

　SH

　225 C 中壓蒸汽：

　SM

　175 C 低壓蒸汽：

　SL

　145 C

　3 3 .裝置空氣（或工廠空氣）

�。� PA）:即環(huán)境空氣在空壓 站加壓到 6 6? 7 a MPa 供系統(tǒng)使用。

　4 4 .儀表空氣（ IA ）:是裝置所有氣動(dòng)儀表調(diào)節(jié)閥及吹掃 式液位計(jì)所用動(dòng)力，其壓力，露點(diǎn)為 - - 35 C, 它是由合成氨 裝置送來(lái)的。

　5 5.氮?dú)猓?Nb）:用于氨、甲銨系統(tǒng)管道及設(shè)備的置換和 降溫，在氨、甲銨系統(tǒng)管道及設(shè)備進(jìn)行隔離檢修或檢修后引 氨時(shí)，都必須進(jìn)行氮?dú)庵脫Q。尿素裝置所用氮?dú)庖?guī)格為 N2 > 97 %（ V V）

　O 2 < 3 3%（ V V）

　壓力：（G G）

　無(wú)油無(wú)塵。

　第三章 本裝置設(shè)備介紹 第一節(jié)主要設(shè)備介紹 一、概述 二氧化碳?xì)馓岱ǜ邏合到y(tǒng)有四臺(tái)主要設(shè)備，一是生成甲 銨反應(yīng)的高壓甲銨冷凝器；二是甲銨脫水生成尿素的尿素合 成塔；三是在與尿素合成塔相同壓力下氣提回收未反應(yīng)二氧 化碳和氨的汽提塔；四是回收尿素合成塔出氣中的氧化碳和 氨的高壓洗滌器。

　其它輔助設(shè)備有：開工或事故情況下使用的高壓沖洗水

　泵；分離低壓蒸汽中夾帶冷凝液的蒸汽汽包；供汽提塔殼側(cè) 加熱用的高壓蒸汽飽和器等。

�。ㄒ唬�、合成塔：

　1 1 .合成塔是尿素裝置的主要設(shè)備之一。在尿素合成反 應(yīng)中，它主要起到甲銨脫水的作用。由于甲銨脫水的反應(yīng)速 度不如二氧化碳和氨冷凝成甲銨那樣快，因此為了使尿素合 成進(jìn)行的完全，接近平衡的二氧化碳轉(zhuǎn)化率，物料在合成塔 內(nèi)應(yīng)有足夠的是時(shí)間（即反應(yīng)需要停留時(shí)間）

　。尿素合成塔 的容積就是根據(jù)物料在設(shè)備內(nèi)停留時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

　2 2 .在工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)尿素合成塔的基本要求：

�。�1 1）、物料不允許在塔內(nèi)產(chǎn)生“返混” 。所謂“返混” 低出料中的尿素含量，而且還會(huì)使反應(yīng)速度減慢降低轉(zhuǎn)化 率。

　就是指以反應(yīng)物料與未反應(yīng)物料相混合 “返混”不僅會(huì)降

�。� 2 2）、甲銨與尿素的混合溶液在高溫高壓下有極強(qiáng)的腐 蝕性，因此設(shè)備必須要用耐腐蝕材料制造。

�。� 3 3）、設(shè)備萬(wàn)一發(fā)生損壞時(shí)，要及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

　3 3．尿素合成塔為直立圓筒式。內(nèi)部有一根測(cè)量液位用 的套管，塔壁上有測(cè)量塔壁溫度用的溫度計(jì)。

�。� 1 1）、筒體 筒體分為內(nèi)、外兩個(gè)筒體。外筒由直筒體與上、下封頭 焊接而成。直筒體使用多層鋼板卷焊而成。其材料為 16MnR （高強(qiáng)度用鋼）鋼，能承受高壓；內(nèi)筒為厚 8 毫米超低碳鎳 鉻鉬鋼焊接而成，型號(hào)為 316L，緊貼在外筒的內(nèi)壁上，可以 在高溫高壓條件下耐甲銨－尿素溶液的腐蝕。

　（ 2 2）、篩板 物料自下而上順次通過(guò) 11 塊篩板， 防止了物料 “返混”。

　每塊篩板的開孔數(shù)目是不相同的，這是由于二氧化碳與氨在 自下而上流動(dòng)時(shí)，不斷發(fā)生冷凝，氣體量逐漸減少。為了保 持氣體通過(guò)篩孔的速度相等，所以，上部篩板的開孔數(shù)目相 對(duì)要少一些。這樣，由于篩板的開孔率減小，在每塊篩板下 都有一氣相層使氣體得以充分混合有利以反應(yīng)進(jìn)行。液體則 沿著篩板與塔壁之間的環(huán)隙流動(dòng)。這樣， 11 塊篩板將合成塔 分為 11 個(gè)反應(yīng)小室， ，每小時(shí)都有相應(yīng)的溫度與二氧化碳轉(zhuǎn) 化率，避免了相互的竄流。

　(3 3)、儀表監(jiān)控設(shè)備 為了控制尿素合成塔的液位，配置了“ Y Y”液位計(jì)。在 塔的上部安裝有線型“ Y Y”射源(鉆 60)的保護(hù)套管。在生 產(chǎn)前，將“鉆 60 ”元件裝入套管內(nèi)，由安裝在合成塔壁外的 探頭獲得信號(hào)，傳輸?shù)娇刂剖疫M(jìn)行監(jiān)控。操作溫度測(cè)量點(diǎn)有 3 3 處：⑴合成塔液體溫度，熱電偶裝在塔外出料管上；⑵合 成氣溫度測(cè)量， 熱電偶裝在出氣管上； ⑶

　塔壁溫度。開工時(shí)， 升溫速率控制以塔壁為準(zhǔn)。在日常生產(chǎn)中，此塔壁溫度也作 為操作參考。

　惰性氣體出口

　------- 去循環(huán)系統(tǒng)精餾塔 汽提塔的作用是在與尿素合成塔同等壓力下，在通入二 氧化碳的同時(shí)，加熱合成反應(yīng)液，促使合成反應(yīng)液中的甲銨 分解并逐出游離氨和二氧化碳。然后將分解后的二氧化碳和 氨連同二氧化碳原料氣一起返回高壓甲銨冷凝器、尿素合成 塔內(nèi)。

　汽提塔是一個(gè)直立管殼式換熱器。對(duì)該設(shè)備的要求是：

　（1 1）

　、塔內(nèi)氣、液體進(jìn)入傳熱管內(nèi)要有良好的分布，能 獲得較高的汽提效果。

�。�2 2）

　、二氧化碳?xì)馓岷铣煞磻?yīng)液后， 溶液中氨含量減少， 為防止設(shè)備被腐蝕，氣體它必須用相應(yīng)耐腐蝕材料制造。

　合成反應(yīng)液經(jīng) HV- -1 63501 進(jìn)入汽提塔內(nèi)，經(jīng)過(guò)安裝在上 花板上面的液體分布器將液體均勻分布到每根傳熱管內(nèi)。由 于液體分布器的作用，液體沿內(nèi)管壁往下流。二氧化碳?xì)怏w 從塔底二氧化碳?xì)怏w進(jìn)口管進(jìn)入塔內(nèi)，經(jīng)氣體分布管均勻分 布到每根管內(nèi)，與液體逆流接觸產(chǎn)生汽提作用。汽提作用所 需要的熱量由高壓蒸汽飽和器來(lái)的高壓蒸汽供給。蒸汽冷凝 液由蒸汽冷凝液管排出，并回到高壓蒸汽飽和器。汽提后氣 體由氣提塔頂出口引出，倒入高壓甲銨冷凝器中，氣提液則 由塔底部液體出口經(jīng) LV- -2 63502 去低壓循環(huán)系統(tǒng)。

　1 1.殼則與傳熱管 汽提塔的材質(zhì)與高壓甲銨冷凝器相似。由于管側(cè)是高壓 有腐蝕性介質(zhì)，其上、下封頭，上、下花板所用材質(zhì)為低碳 合金鋼，型號(hào)為 7 WSTE47 按高壓設(shè)備要求設(shè)計(jì)。傳熱管的材 料為特制的 00Cr25Ni22M02Ti 低碳鎳鉻鉬不銹鋼，其有效長(zhǎng) 度為 6 米，合成液進(jìn)入傳熱管中，沿內(nèi)壁自上而下形成一層 液膜，氣液接觸時(shí)間僅半分鐘。如果管子過(guò)長(zhǎng)，引起副反應(yīng) 增加；管子過(guò)短，汽提效果下降，氣提液中的氨含量增加。

　（ 2 2）、液體分布器 液體分布器是汽提塔最重要的部件，根據(jù)汽提原理，液 體必須在管內(nèi)形成一層液膜才能有高的汽提效果。液體分布 器的作用就是要使液體能夠均勻分布到每根管內(nèi)。如果分布 器分布液體不好，管內(nèi)流過(guò)的液體有多有少，不僅是汽提效 果下降，也會(huì)影響含有防腐空氣的二氧化碳?xì)獾木鶆蛲ㄟ^(guò)， 造成設(shè)備腐蝕。所以液體分布器是經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的。

　液體分布器的主要部件有液體分布管、固定板和半圓形 擋板。液體分布管有由鉆有 3 個(gè)小孔的分配頭和升氣管所組 成，其數(shù)目與傳熱管相同。在安裝時(shí)，將一個(gè)尺寸合適的聚 四氟乙烯填料環(huán)套在分配頭內(nèi)，然后與傳熱管上口對(duì)中壓 緊，使分配頭與傳熱管的接口不留孔隙。填料環(huán)的作用就是 防止管

　外的合成液，不經(jīng)分配頭的小孔直接從接口處進(jìn)入傳 熱管內(nèi)。

�。� 3 3）、氣體分布器 二氧化碳?xì)怏w分布器是由喇叭形接管與擋板組成。二氧 化碳?xì)怏w從汽提塔底部進(jìn)入，通過(guò)喇叭口從擋液板下放的四 個(gè)通道均勻流出。擋液板是通過(guò)四塊支撐板焊接在喇叭口管 上，它又能防止傳熱管內(nèi)的液體落入進(jìn)氣管內(nèi)，液體落在擋 板上后，通過(guò)裝在板上的小管流到塔底部，使液體不會(huì)影響 氣體的均勻分布。

�。�4 4）、儀表監(jiān)控 為了調(diào)節(jié)塔底部液位，汽提塔安裝有“ y y”液位計(jì)。有 一根安裝在“ y y”液位計(jì)部件的套管從塔底部伸入塔內(nèi)。在 生產(chǎn)前，將“鉆 60 ”線狀部件裝入管內(nèi)，同時(shí)在氣提塔下部 外壁安裝能接受“鉆 60 ”發(fā)生信號(hào)的探頭。當(dāng)液位變化，發(fā) 出的信號(hào)也隨著變化，同時(shí)將信號(hào)傳輸給控制室 顯示儀表 上。氣提塔的溫度監(jiān)控通常有兩處，測(cè)量元件熱電偶安裝在 液體出口管和氣提塔氣體出口處的溫度控制測(cè)量計(jì)，對(duì)操作 更方便。

　氣提塔殼側(cè)壓力的控制也很重要，一般通過(guò)蒸汽壓力自 動(dòng)調(diào)節(jié)器來(lái)實(shí)施。此外，還設(shè)有蒸汽流量記錄，以檢查汽提 效果是否正常。

　 ―>- 去合成塔的未冷凝氣體 去合成塔的液體 二氧化碳與氨生成甲銨的反應(yīng)是高壓甲銨冷凝 器列管 內(nèi)進(jìn)行的。冷凝反應(yīng)熱傳給殼側(cè)的水產(chǎn)生蒸汽。

　它是一個(gè)直立管殼式換熱器。對(duì)此設(shè)備的基本要求是：

�、艢庖阂�有很好的混合；⑵冷凝熱要及時(shí)移走；⑶設(shè)備腐蝕 要小，有較長(zhǎng)的使用期限；⑷檢修方便。

　由氣提塔來(lái)的氣體從高壓甲銨冷凝器頂部管進(jìn)入設(shè)備 內(nèi)，與從高壓噴射泵的甲銨與液氨來(lái)的甲銨液與液氨在上封 頭相混合；借助分布器的作用，將混合后的物料均勻分布到 管束內(nèi)，使二氧化碳與氨在管內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)。冷凝放出的熱量 通過(guò)傳熱管傳給殼側(cè)的水。水由鍋爐給水進(jìn)口進(jìn)入，經(jīng)加熱 后部分水氣化，汽、水由低壓蒸汽和水混合物出口流出至低 壓蒸汽包。生成的甲銨液從甲銨液出口出來(lái)至合成塔，未冷 凝的二氧化碳與氨以及隨二氧化碳帶入的惰性氣從 未冷凝 氣體出口引出至合成塔。設(shè)備中部有膨脹節(jié)，作為設(shè)備溫度 變化時(shí)的補(bǔ)償。塔底部有防渦器，可防止液體中夾帶氣體。

　1 1.殼體與傳熱管的材質(zhì)和尺寸 外殼耐壓部分的材質(zhì)是型號(hào)為 K K- - TEN- -M 62M 的合金鋼。傳 熱管材質(zhì)為耐腐蝕的超低碳鎳鉻鉬不銹鋼（型號(hào)為 316L ）。

　為防止上、下封頭內(nèi)表面和上、下花板表面被腐蝕，上面有 防腐的堆焊層。

　2 .汽液分離器 汽液分離器是高壓甲銨冷凝器的重要部件，安裝在花板 的上面。為裝卸方便，該分布器分成三小塊。折裝時(shí)分布板 部件可從人孔進(jìn)出。其主要部件是一個(gè)多孔板，板上有 2000 多個(gè)直徑為 5 5 毫米的小孔。還有 8 78 根內(nèi)徑為 0 50 毫米、高 250 毫米的短管焊在多孔板上，短管均勻分布。

　生產(chǎn)時(shí)，分布板上須保持一定高度的液位，使液體能均 勻地通過(guò)小孔進(jìn)入上花板的管束；二氧化碳與氨則通過(guò)氣體 分布短管同時(shí)均勻進(jìn)入管束內(nèi)，達(dá)到汽液均勻分布的目的。

　3 3.儀表監(jiān)控設(shè)備 為使操作人員了解高壓甲銨冷凝器內(nèi)二氧化碳與氨冷 凝情況，在液體出口去尿素合成塔管道上裝有溫度記錄表。

　由該溫度咼低可判斷經(jīng)咼壓系統(tǒng) N/C比是否在正常范圍內(nèi)， 在最高共沸點(diǎn)右邊冷凝，溫度升高；表示 C N/ C 下降。此外， 殼則溫度的控制是由調(diào)節(jié)殼側(cè)蒸汽壓力來(lái)達(dá)到的。壓力愈 高，溫度愈高。蒸汽壓力用安裝在出口管道上的壓力自動(dòng)調(diào) 節(jié)器來(lái)調(diào)節(jié)的。

　高壓調(diào)溫水進(jìn)口 高壓調(diào)溫水出口 I I I 高壓洗循環(huán)管 去高壓噴射泵 》 高壓洗滌器的作用是洗滌合成氣中的二氧化碳與氨，然 后將洗滌后的濃甲銨液經(jīng)高壓噴射泵返 回到高壓甲銨冷凝 器、合成塔。對(duì)高壓洗滌器的基本要求是：

�。�1 1）有限度地吸收合成氣中的二氧化碳與氨，使吸收 后的氣體不形成爆炸性氣體。

�。�2 2）當(dāng)萬(wàn)一發(fā)生爆炸時(shí)，不損 壞高壓筒體。（3 3）充分利用反應(yīng)熱。

　高壓洗滌器是一個(gè)直立浸沒式換熱設(shè)備，從結(jié)構(gòu)上看可 分為三部分，即上部是防爆空間，中部是鼓泡段，下部是浸 沒冷凝段。

　1 1.殼體與冷卻管 高壓洗滌器的上部、中部、下部的汽液混合部分為高壓 設(shè)備，耐高壓外筒體材質(zhì)為 W BH36W 合金鋼，內(nèi)筒體 內(nèi)襯為 L 316L 不銹鋼。下部的冷卻管材質(zhì)也為 316L。

　2 .儀表監(jiān)控設(shè)備

　/

　 為了控制冷凝吸收反應(yīng)，在高壓洗滌器濃甲銨液的出口

　管上安裝有溫度記錄儀，在高壓調(diào)溫水的進(jìn)、出口管上也裝 有溫度記錄儀。從溫差的變化可了解高壓洗滌器內(nèi)的反應(yīng)情 況。

　二、二氧化碳?jí)嚎s機(jī) 二氧化碳?jí)嚎s機(jī)：沈陽(yáng)汽體壓縮機(jī)廠制造，四列對(duì)稱平 衡型，型號(hào)為：

　4M40 —

　186/146- - BX 兩臺(tái)，無(wú)備車 流量：

　9100 m m/ h h 進(jìn)氣壓力：

　Map (A A) 出氣壓力：

　Map (A A)電機(jī)功率：

　2200KW

　 壓縮機(jī)型號(hào)的含義：

　 4 M 40

　— 186/ 146 / \ \ \

　BX 氣缸列數(shù) 機(jī)型代號(hào) 活塞推力噸 輸氣量 輸出壓力

　該機(jī)屬于對(duì)程平衡型結(jié)構(gòu)。

　中部為機(jī)身， 內(nèi)置曲軸一根， 它靠四個(gè)主軸瓦支撐。曲軸一端于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子相連，另 一端與盤車機(jī)構(gòu)相配合。機(jī)身下部為油池。四個(gè)氣缸分成四 列擺布在曲軸兩側(cè)，使主軸受力較均衡。主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)通過(guò)曲 柄連桿機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)運(yùn)動(dòng)。十字頭在中體的滑 道內(nèi)來(lái)回移動(dòng)，它一端與連桿相連，另一端與活塞桿相連。

　活塞桿推動(dòng)活塞在氣缸內(nèi)壓縮氣體。為了保證運(yùn)動(dòng)部件的潤(rùn) 滑，設(shè)置了齒輪油泵、油冷卻器潤(rùn)滑系統(tǒng)，氣缸及填料的潤(rùn) 滑，還設(shè)有高壓注油系統(tǒng)。

　它的特點(diǎn)是氣缸水平布置，分別在曲軸兩側(cè)，在兩主軸 承之間，相對(duì)兩列氣缸的曲軸錯(cuò)角為 0 180 度。電機(jī)的轉(zhuǎn)子聯(lián) 接與主軸的一端。

　優(yōu)點(diǎn)， 1 .慣性力可以完全平衡，因此機(jī)器的轉(zhuǎn)數(shù)可以 大大提高，使機(jī)器、電機(jī)和基礎(chǔ)的尺寸、 重量都能減小。2 2.相 對(duì)兩列的活塞力方向相反，互相抵消，從而改善了主軸頸的 受力情況，減少了主軸頸與主軸承

　之間的磨損。

　3 .安裝簡(jiǎn) 單。

　第二節(jié)本裝置各設(shè)備及基本參數(shù)介紹 （一）壓縮系統(tǒng) 序號(hào) 位號(hào) 設(shè)備名稱及規(guī)格（P MPa）/（T C ）

　材質(zhì) 1 : C63701 中壓 CO2 冷卻器巾 800 X 10 H=6533 304 20R :

　 P 設(shè) ：

　T 設(shè) ：70/120 P 操 ：

　T 操 ：48/90

　換熱管巾 19 X 2, 797 根，L=5000 換熱面積：232m 304 2 : C63702 高壓 CO2 加熱器巾 450 X 10 H=6879 20MnMolV :

　 U 型換熱管巾 19 X 2, 92 根，L=5660 換熱面積：60.9 m 16MnR 20G

　 P 設(shè) ：T 設(shè) ：310/300 P 操 ：T 操 ：280/200

　3 : C63703 高壓 CO2 冷卻器巾 700 X 10 H=6017 20MnMolV :

　 2 U 型換熱管巾 19 X 2, 264 根，L=4500 換熱面積：136.7m 16MnR 20G

　 P 設(shè) ：/ T 設(shè) ：/300 P 操 ：/ T 操 ：55/250

　4 : D63701 脫氫反應(yīng)器巾 1000 X 75 H=3926 V=2.42 m 3

　16MnR 「

　 觸煤?jiǎn)J度：1460, V=1.1 m 20MnM olV

　 P 設(shè) ：16 T 設(shè) ：270 P 操 ：

　T 操 ：240

　5 E63701 脫硫塔巾 2600 X 20 H=13510 V=61.3m 3

　16MnR

　 脫硫劑氧化鐵：35m W=2625（Kg （分兩層裝）

　20

　 P 設(shè) ：T 設(shè) ：150 P 操 ：T 操 ：40

　6 1 E63702 脫硫水解塔巾 2800 X 22 H=14362 V=76.4m 3

　16MnR :

　 水解催化劑：45.5 m 3

　W=45500 Kg（分兩層裝）

　20

　 P 設(shè) ：T 設(shè) ：150 P 操 ：T 操 ：90

　7 : F63701 氣液分離器巾 1300 X 10, H=4160 , V=3.96m 3

　304 「

　 P 設(shè) ：T 設(shè) ：70 P 操 ：T 操 ：40

　力卩 150mm 絲網(wǎng)除沫器

　8 F63703 CO2 液滴分離器巾 1300 X 10 H=3620 V=3.96 m 3

　16MnR 20

　 P 設(shè) ：FV T 設(shè) ：70 P 操 ：

　T 操 ：40

　9

　脫硫后過(guò)濾器巾 X , H= V= m 3

　16MnR 201 10 J63701 CO2 壓縮機(jī)：4M40-186/146-BX

　排氣量：9100Nm h 行程：360mm 轉(zhuǎn)速：333r/min

　主機(jī)尺寸：8000 X 7500 X 3200 主機(jī)重：50230Kg

　電機(jī)尺寸：3950 X 3040 X 2760

　輔機(jī)重：15367Kg 附件重：1957Kg

　P 入：MPa 排氣壓力：

　排氣溫度：

　w 151 C 吸入溫度：

　w 40 C

　耗循環(huán)水量：280T/h ...

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