渭化实习报告讲义.docx
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渭化实习报告讲义
目录
一、企业简介
二、主要产品工艺概述
三、工艺原理
四、流程详述
五、操作条件与工艺指标
六、主要设备一览表
七、绘图
1.带控制点的尿素生产工艺流程图
2.主要设备结构图
八、实习认识体会
九、参考文献
简介
陕西渭河煤化工集团有限责任公司(简称“渭化集团”)是我省“八五”时期建设的大型化工企业,是我国现代煤化工发展和新一代煤气化技术应用的先行企业。
企业创建于1988年7月,时称陕西省渭河化肥厂;1999年12月,渭河化肥厂“债转股”框架协议签订,转股金额20.52亿元;2000年7月,在陕西省渭河化肥厂基础上进行改制,成立陕西渭河煤化工集团有限责任公司,同时组建陕西渭河煤化工企业集团;2005年10月,国务院批复渭化“债转股”调整方案;2006年3月,按照“债转股”调整方案要求,渭化集团作为股东之一,与信达、华融、长城资产管理公司以及国家开发投资公司等共同组建“债转股”新公司—“陕西渭河重化工有限责任公司”;新公司总股本6.5亿元,其中渭化集团占12.96%。
2006年6月,按照省委省政府的战略部署,渭化集团与陕西煤业集团公司等多家企业实现整合,组建陕西煤业化工集团公司,渭化集团成为其所属企业之一。
产品与服务:
按照“沿链递进、滚动发展”的思路,渭化集团积极在现代煤化工产业上做细做深做强。
一期大化肥项目始建于1992年3月,1996年5月建成投产;二期“双甲”项目于2003年7月开工建设,2006年5月建成投产;同时,先后续建了两套年产5万吨二甲醚装置,分别于2007年6月、2008年5月建成投产。
目前,正在建设年产7.5万吨醋酐、3.5万吨醋酸的三期项目。
渭化集团以世界先进的洁净煤气化技术为龙头,以烟煤为原料,组合运用国内外先进成熟的专利技术、生产工艺和装备,主体生产装置中的化肥生产装置年产能力为30万吨合成氨、52万吨尿素,醇醚生产装置年产能力为20万吨甲醇、11万吨二甲醚。
两套装置的前段系统和公用装置等密切关联,可灵活调整产品和产量,市场竞争适应能力较强。
目前,企业产品已形成了优质氮肥、清洁能源、高纯气体、煤化工助剂等四大类10多个品种。
目前,渭化集团及所属企业总资产38亿元,控股或相对控股14家子公司,在册员工1700多人。
年销售规模12亿元以上。
资格认证:
渭化集团先后通过了国际质量管理体系认证、环境管理体系认证和职业健康安全管理体系认证。
2008年又通过了“AAAA标准化良好行为企业”和省安全标准化二级企业认证审核。
公司主导产品“渭河牌”尿素是“国家免检”产品和“中国名牌产品”。
同时,企业是陕西省文明单位标兵、陕西省绿色企业、全国环保“百佳工程”、全国文明单位、全国石油和化学工业先进集体、全国企业文化建设先进单位。
二.主要产品(尿素)生产工艺概述
尿素合成工艺采用日本东洋工程公司的ACES(AdvancedProcessforCostandEnergySaving,意为先进的节能节资工艺),简言之,ACES是CO2汽提和全循环相结合的尿素生产工艺,从能耗上说,ACES工艺与改良型CO2汽提法、NH3汽提法以及等压双循环法(IDR)等先进工艺水平相当,也是先进尿素生产工艺。
ACES装置,以液氨和气态的二氧化碳为原料,设计日产1760T/D粒状尿素。
1.ACES尿素生产装置的主要特点
ⅰ.采用高的NH3/CO2摩尔比和较高的合成回路操作压力和操作温度,实现了合成回路高的CO2转化率和较高的CO2汽提率的统一。
ⅱ.合成回路设置两台甲铵冷凝器,1号甲铵冷凝器用来付产0.49Mpa(g)低压蒸汽,2号甲铵冷凝器甲铵生成热用来直接用来加热汽提塔出口尿液,最终使能量利用的效率相对提高。
ⅲ.同CO2汽提法装置相比较,ACES装置设置了高压分解吸收系统,以减少NH3和CO2的大量损失。
ⅳ.尿液加工采用真空予浓缩——蒸发缩合法工艺。
ⅴ.合成回路甲铵液的循环采用高位重力自然循环而减少了动力消耗。
2.工艺系统
本装置是以来自氨装置的液氨和气态二氧化碳为原料,设计日产1760MT/D粒状尿素。
其工艺流程可分为以下六个工序来叙述:
ⅰ,合成工序
本工序是尿素生产的核心。
来自氨装置的液氨、气态二氧化碳和装置内回收的甲胺溶液在这里反应合成尿素。
ⅱ,净化工序
从合成合成回路来的尿液,在这一工序经减压和加热,把其中的甲胺分解,并和过量的氨一起分解和分离出来。
尿液被净化至尿素69WT%,含氮0.4WT%,然后,送往浓缩工序。
分离出的气体在相应的回收系统加以冷凝和吸收。
ⅲ.浓缩工序
尿液在净化工序分离掉未转化的氨和二氧化碳后,送往浓缩工序,进一步减压和加热,将其浓缩为99.8WT%(含少量缩二尿)送至造粒塔造粒。
ⅳ,造粒工序
从浓缩工序来的尿液在这里造粒。
成为成品。
ⅴ,回收工序
净化工序分离出来的氨和二氧化碳,在本工序用工艺冷凝器加以吸收,以甲胺液的形式返回合成工序重新利用。
ⅵ,工艺冷凝液处理工序
在浓缩工序将尿液浓缩至99.8%时,蒸发出来的所有水蒸气,连同夹带的尿素雾滴,气氨和二氧化碳,在真空发生系统的表面冷凝器,冷凝成为工艺冷凝液。
另外该工艺流程的辅助系统主要有蒸汽系统,蒸汽冷凝系统,热水系统和循环冷却水系统。
三,工艺原理
尿素的合成反应分两步完成。
1,第一步是氨和二氧化碳生成氨基甲酸铵(简称甲胺)
NH(l)+CO2(g)NH2COONH4(l)+Q1
(1)
这是一个可逆的强放热反应,速度较快,容易达到化学反应平衡。
若即使移走热量,这一反应能自发进行,并能进行到底。
2,第二部是液态甲胺脱水生成尿素
NH2COONH4(l)CO(NH2)2(l)+H2O(l)-O2
(2)
这是一个可逆的微吸热反应,速度较慢,须长时间才能达到化学平衡,即使达到化学平衡也不能使全部甲铵脱水生成尿素,因此这个反应是合成尿素的控制反应,而且此反应必须在液相中才能进行尿素生成。
该反应温度在160—190℃,压力110-250大气压条件下转化率为50-70%左右,到达反应平衡约需1小时。
尿素合成的总反应式为:
2NH3(l)+CO2CO(NH2)2(l)+H2O(l)+Q(3)
此反应是放热缩体的可逆反应,由于总反应热Q=Q1-Q2较大,故反应不仅能进行自热平衡而且还有部分热量可供外用。
3.尿素合成反应的化学平衡
在一定条件下,尿素合成反应(3)达到化学平衡时,衡常数可表示为:
K(4)
式中K为平衡常数,[CO(NH2)2]、[H2O]、[NH3]、[CO2]分别为平衡时溶液中尿素、H2O、CO2、NH3的摩尔浓度。
尿素合成反应进行时的程度可用CO2转化率表示。
式中:
Xco2——CO2的转化率
1.365——尿素分子量(60)与二氧化碳分子量(44)之比。
实际生产中,CO2转化率是依据合成塔出口反应液成份分析结果计算的。
在一定条件下,反应达到平衡时的CO2转化率称为平衡转化率,平衡转化率也就是在该条件下反应所能达到的极限程度。
工艺条件不同,平衡转化率不同,ACES工艺中,在NH3/CO2为4.0,H2O/CO2为0.64,压力17.1MpaG条件下,CO2单程转化率即实际转化率为68%。
通过平衡常数K,用三种关系式可求平衡转化率x:
K(6)
K(7)
K(8)
其中(6)式用来计算NH3/CO2为2时的转化率,(7)式用于计算在过剩氨量和回收甲铵液的各种温度下反应的平衡转化率,(8)式用于实际生产过程计算。
式中a——液相中NH3/CO2摩尔比;
b——液相中H2O/CO2摩尔比;
c——溶液中游离CO2的摩尔数;
x——平衡转化率。
除此之外,尿素生产中CO2平衡转化率还可用经验公式、半经验公式以及算图计算。
下面举出的两个公式互有一些差异,但尚可满足工业计算的要求,式中,a和b的定义同前,t是温度(℃)。
日本大涿英二等的经验公式:
Xco2平衡%=[0.2616a-0.01945+0.0382ab-0.1160b-0.0273a
(t/100)-0.1030b(t/100)+1.640(t/100)-0.1394-1.869](9)
我国上海化工研究院提出的经验公式
Xco2%=14.87a-1.322+20.70ab-1.83b+167.6b-1.217bt+5.908t-0.01375-591.1(10)
该公式使用范围t=175~190℃,b=0.2~1.0,a=2.5~4.5
4.影响合成反应的因素及工艺条件的选择
由甲铵及尿素的性质和甲铵脱水生成尿素的化学平衡及反应速度可知,影响尿素合成的主要因素有:
原料组成、温度、压力以及停留时间,下面分别讨论:
ⅰ.原料组成的影响
a.氨碳比(NH3/CO2)
提高NH3/CO2,还可维持合成塔的自热平衡(液氨气化带走大量热),从而有利于控制合成塔操作温度。
另外,提高NH3/CO2还能防止缩二脲及氰酸等杂质生成,保证产品质量,同时,减轻甲铵对设备的腐蚀作用。
但是,NH3/CO2过高,NH3的转化率减低,增加回收设备负荷,同时,压缩NH3的动力消耗也相应增加,回收过剩的公用工程消耗也相应增加。
化工生产中,常以蒸汽消耗量最小和合成塔生产能力最大,这两个指标选取适宜的NH3/CO2。
ACES工艺中,NH3/CO2选为4.0。
b.水碳比(H2O/CO2)
ACES工艺中,H2O/CO2设计值为0.64。
ⅱ.温度的影响
甲铵脱水生成尿素是一个吸热过程,速度较慢,提高温度,甲铵脱水生成尿素的反应速度及平衡转化率增大,有利于尿素的生成。
但是,温度太高,转化率反而下降。
因此,操作温度一般控制在188~190℃。
ⅲ.压力的影响
从反应角度考虑,提高压力对合成尿素有利。
但是,压力也不能过高,这是因为,在较高压力下,尿素合成转化率趋于一个定值,压力再升高,合成转化率变化不大,而压缩原料的压力消耗增加,尿素成本提高。
另外,操作压力越高,甲铵对设备的腐蚀越严重,影响汽提效率。
因此,操作压力必须高于所选定的操作温度和进塔物料配比下系统的平衡压力。
以保证甲铵不离解。
过量液氨不气化。
ACES工艺中操作温度为190℃,NH3/CO2为4.0,H2O/CO2为0.64时,所采用的操作压力为17.1MpaG。
ⅳ.停留时间
停留时间的选择,既要保证较高的转化率,又要保证较高的生产能力。
在ACES工艺中设计停留时间为36分钟。
四,流程详述
尿素合成以液氨和气态的二氧化碳为原料,设计日产1760T/D粒状尿素。
其工艺流程可分为以下六个工序叙述。
ⅰ,合成工序:
本工序是尿素生产的核心。
来自氨装置的液氨、气态二氧化碳和装置内回收的甲铵液,在这里进行反应合成尿素。
这部分包括:
二氧化碳压缩机(GB101)机组、氨给料泵(GA101A、B)、甲铵给料泵(GA102A、B)、氨预热器(EA103)、合成塔(DC101)、汽提塔(DA101)、1#甲铵冷凝器(EA101)、2#甲铵冷凝器(EA102)和洗涤器(DA102)等设备。
来自合成氨装置,最低压力为2.65MPa,温度10-40̊C的新鲜液氨,经氨给料泵(GA101A、B)升压到17.7MPa后,进入氨预热器(EA103),用蒸汽冷凝液预热到约51.1,然后进入合成塔(DC101)底部。
氨给料泵(GA101A、B)是高速高压多级离心泵。
去合成塔的液氨流量,由流量调节阀(GA101A、B)控制,其流量为41496kg/h。
来自氨装置压力为0.15MPa,温度20~30的新鲜二氧化碳气体进入尿素装置。
先经二氧化碳压缩机一段入口分离器(FA111),分理处其中的液滴后进入一段,出一段后,经过段间冷却、分离后进入2段,一次进入3段(均经冷却,分离),最后进入4
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