现代工业化学

《现代工业化学》 课程考核论文

题目：尿素增产扩能装置中合成塔的改造 班级：化学11-1BS 学号：14111700409 姓名：喻 杰

摘要：尿素是一种重要的化学肥料，化学分子式为CO(NH2)2，化学名称是碳酰二胺；纯尿素的含氮量为46.65%，远远高于硝铵等氮肥；随着农业的发展以及人口的增长对农作物增产的依赖，对尿素的需求也在不断地增长，使得尿素生产装置的新建、改建和扩建成为必然。而尿素合成塔是尿素装置的关键设备，合成塔转化率的大小直接影响到尿素工艺的能耗水平，尿素合成塔塔盘的设计和制造直接决定了尿素合成塔的合成转化率。可以通过将尿素合成塔的塔盘由原来平筛板结构改为波形高效节能塔板后，以提高合成塔内CO2转化率。 关键词：尿素、增产扩能、合成塔装置改造

Abstract：Urea, formula CO(NH2)2, named carbonyl diamide alternatively, Nitrogen percentage composition of pure urea is 46.65%，which is far higher than those of the ammonium nitrate,it is an important chemical fertilizer. With the development of agriculture and the growth of population dependence on crop production, the demand for urea is in constant growth, make the urea production plant construction, rebuilding and expansion of become inevitable. The urea synthetic tower is the key of the urea plant equipment, directly affects the size of the urea synthetic tower conversion process of energy consumption level, urea synthesis tower tray directly decided to design and manufacture of the synthesis of urea synthesis tower conversion rate. Can through the urea synthetic tower tray by the original flat sieve plate structure to waveform, high efficiency and energy saving after the plate in order to improve the synthetic tower CO2 conversion.

Keywords: urea, increase production capacity, synthetic tower plant modification

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目 录

1 摘要………………………………………………………………………………1 2 前言………………………………………………………………………………3 3 尿素生产工艺技术………………………………………………………………3

3.1 氨气提法工艺技术…………………………………………………………3 3.2 装置工艺的主要特点………………………………………………………4 3.3 氨气提法工艺的特点………………………………………………………4

4 国内外对尿素合成塔装置改造技术概况………………………………………4

4.1 几种不同的尿素合成塔塔盘的结构现状和发展状况……………………5

4.1.1 水溶液全循环法尿素生产工艺的合成塔塔盘……………………5 4.1.2 二氧化碳气提法尿素生产工艺的合成塔塔盘……………………5 4.1.3 氨气提法尿素生产工艺的合成塔塔板……………………………6 4.2 中国五环化学工程对尿素合成塔塔板结构的改进………………………6

5 合成塔目前存在的问题及其改进………………………………………………7 6 结束语……………………………………………………………………………9 7 参考文献………………………………………………………………………10

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前言

尿素是一种重要的化学肥料，化学分子式为CO(NH2)2，化学名称是碳酰二胺；纯尿素的含氮量为46.65%，远远高于硝铵等氮肥；尿素与其他肥料组合，如钾肥，可成为复合肥料[1]。尿素甲醛树脂用于生产塑料、漆料等作工业原料，在化工中作炼油的脱腊剂，在军工中作炸药的稳定剂，在医药中也有广泛的用途。随着农业的发展以及人口的增长对农作物增产的依赖，对尿素的需求也在不断地增长，使得尿素生产装置的新建、改建和扩建成为必然。

现代尿素的生产方法，主要是以氨和二氧化碳为原料进行合成的。随着防腐 材料的研发使用和设备改进完善，尿素的生产规模不断扩大，也形成了各种生产 工艺方法，本文对尿素的各种生产方法做了简要介绍，对尿素的氨气提法生产工艺做了较为详细的介绍。

尿素合成塔是尿素装置的关键设备，合成塔转化率的大小直接影响到尿素工艺的能耗水平，尿素合成塔塔盘的设计和制造直接决定了尿素合成塔的合成转化率。而且设计不合理会致使整个负荷后移、打破了装置水平衡、水解系统处于高负荷运行、导致水解系统工艺冷凝液氨含量超标等问题。因而本文重点介绍了国内外对尿素生产工艺中合成塔的改造情况，以便对尿素装置增产扩能改造中合成塔的选用提供思路。

1、尿素生产工艺技术

目前，国外大型尿素装置生产工艺主要有如下几种流程[2]：荷兰斯塔米卡邦Stamicarbon CO2气提法流程、意大利斯那姆Snamprogetti氨气提法流程、意大利蒙蒂迪生等压双气提IDR流程、日本TEC—MTC的ACES流程、美国UTI热循环法流程、瑞士卡萨里（Ammoina Casale）公司流程。其中，二氧化碳气提法工艺和氨气提法工艺为目前世界上建厂最多，且最有竞争力的生产技术[3]。国内大型尿素装置是二十世纪七十年代才开始从国外引进的，其尿素生产工艺主要采用荷兰斯塔米卡邦CO2气提法、意大利斯那姆氨气提法。

1.1 氨气提法工艺技术

1966 年，意大利Snamprogetti公司开发了氨气提法尿素生产工艺，该工艺由以下工序组成[4]：

高压圈包括尿素合成塔，气提塔，甲铵冷凝器，甲铵分离器和甲铵喷射器；

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中压分解吸收系统的设置与我国传统的水溶液全循环尿素工艺相近，中压分解系统设置了中压分解加热器和中压分解分离器，而中压吸收系统则设置中压吸收塔和中压冷凝器、氨冷器及中压惰性气洗涤塔等；

低压分解吸收系统包含分解器及两段冷凝器；真空蒸发系统包括了预浓缩在内的三段真空蒸发和冷凝，并设置了工艺冷凝液处理工序，真空蒸发后的尿液送入最终造粒工序。

1.2 装置工艺的主要特点［6］

1) 高压合成系统在反应压力 15.2MPa（g）、较高的反应温度 186～189℃和NH3/CO2（mol）3.2～3.6，H2O/CO2（mol）0.5～0.7 下进行,合成转化率设计为62.5%以上。

2) 合成反应物在略低于合成压力下进行加热气提分解和气提气的冷凝，气提塔采用钛金属管，气提塔温度高达 200℃以上。

3) 高压甲铵冷凝器为卧式，利用甲铵冷凝热副产 0.4Mpa 低压蒸汽供后续工序利用，热回收利用较好。

4) 高压合成气提冷凝并利用高压喷射器加压输送甲铵液，以使高压圈主要设备为平面布置。

5) 设置中、低压分解和循环回收系统以使装置操作弹性增加。

6) 气提塔使用钛材，可以提高气提温度和增加装置的操作弹性，一般在 30～50%低负荷下也可以稳定运行[5]。

7) 由于氨/碳（摩尔比）控制较高，合成气提和中、低压分解系统中含有大量的过剩氨，对减轻设备和管道系统的腐蚀有利，相对而言所需的防腐钝化空气量较少。

1.3 氨气提法工艺的特点［6］

通过热气提法方式，使更多的未转化物直接返回。高压圈内高压冷凝器副产蒸汽，有利于能量的利用。合成系统采用高氨碳比，有助于减少设备腐蚀，减少防腐空气的用量。但此法效率不如二氧化碳气提法，且其流程长，需设中压分解循环，配套设备较多。

2、国内外对尿素合成塔装置改造技术概况

尿素合成塔是尿素装置的关键设备，合成塔转化率的大小直接影响到尿素工

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/d1cf.html