渭化认识实习报告Word下载.docx
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11℃),再由氨产品泵
P1902—1.2
送往尿素装置;
当氨装置负荷较低,而尿素装置负荷高,该泵所送氨不能满足
尿素生产时,可由合成氨装置液氨贮罐
T5101
经氨供给泵
P5101
补充供应,P5101
泵所送
液氨是经氨加热器
E5101
复热至
2
0℃左右后送往尿素装置的。
2、二氧化碳
合成氨装置煤气化工段制得的含有
H2,CO,CO2
等的混合气体,在
变换工段将
变换为
CO2
和
H2,其反应式为
CO+H2O
==
CO2+H2+Q
所得变换气经酸性气体脱除工段用低温甲醇洗涤吸收,饱和甲醇液送入
解吸塔
(C1602)减压膨胀,从
解吸塔(C1602)出来的
再经
号甲醇冷却器(E3)和进料气冷
却器(El)复热至
25℃送往尿素装置。
的压力由该送出总管旁路放空管上的调节伐
PV16004
控制在
0.15MpaA±
0.01Mpa。
(到达尿素装置
压缩机界区入口应具有的压
力)。
原料的性质
1、氨
氨的分子式为
NH3,分子量为
17.
03,在常温常压下为无色的具有特殊刺激性的气
体,在临界温度以下,一定压力以上时,气氨可以液化为液氨,其主要物理性质如下:
临界温度
(℃)132.4℃
临界压力
(Pa)112.9×
105
临界比容
(米
3/千克)4.26
密度:
气体在标准状态下760
毫克/升,液体密度随温度变化而变化
如:
35℃时为
0.5875
克/厘米
3
沸
点
(℃)-3.35
凝固点
(℃)-77.7
蒸发热
(在-33.35℃时)1208×
l03J/Kg
比
热:
一般液氨比热随温度不同而不同,可按有关公式计算之。
高温高压下气氮比
热,随温度不同而不同,一般也可按相应有关公式计算。
关于氨的其它物理性质,比如饱和氨的压力和温度的关系,不同状态下的重度,不同
状态下的(气态或液态)焓等等,可以从氨的
P—I
关系图(压力——焓关系图)查得之。
二氧化碳是无色气体,在一定条件下可以液化,在强烈冷却时可以变为固体,称为干
冰。
其分子式为
CO2,分子量为
44,主要物理性质如下:
(Pa)73.8×
临界温度(℃)31
临界密度(克/厘米
3)0.468
气体(标准状态下)1.977
克/升
液体(千克/升)0.
9248
沸点(℃)-56.2
熔点(℃)-78.48
二氧化碳的其它物理性质,比如在不同压力条件下焓,比容,熵的变化等等,可以从
二氧化碳的
T—S
图(温—熵图)中查得。
尿素的性质
尿素,化学名碳酰二胺,分子式
CO(NH2)2,属有机化合物,在人类及哺乳动物的
尿液中含有这种物质,故俗称尿素。
尿素(纯态)为无色、无味、无嗅易溶于水和液氨的针状或棱柱结晶体,常压下纯尿
素的熔点为
132.7℃,在
20℃下的比重为
1.335,20℃下的比热为
1.334J/g·
℃,
尿素是一种微碱性物质,与酸作用能生成盐。
CO(NH2)2+HNO3CO(NH2)
2·
HNO3
尿素在一定温度下发生水解,温度升高水解速度加快,在
80℃下,一小时内可水解
0.5%,110℃时,一小时内可增加到
3%,其水解反应式为:
CO(NH2)2+H2O
==NH4COONH2
NH4COONH2+H2O
==(NH4)2CO3
(NH4)2CO3
==2NH3+CO2+H2O
尿素的用途
尿素理论含氮量为
46.65%,作为肥料,尿素的含氮量是硝酸铵的
1.3
倍,硫酸铵的
2.2
倍,碳酸氢铵的
2.6
倍,且具有较好的物理化学性质:
不挥发,吸湿性亦低(尿素的吸
湿性低于硝酸铵而略高于硫酸铵),为中性速效肥料,不含酸根,长久施用,不会使土质板
结,施入土壤中后,所分解的各种组合(N
的化合物及
CO2)都能为作物所吸收。
此外,
尿素还可以与一些氮肥,磷肥,钾肥等混合制成混合(复合)肥料,为作物提供多种营养
元素,具有广泛的发展前途。
尿素在工业上亦有着广泛的用途,可以用来制成尿素——甲醛树脂,用于生产塑料、
油漆和胶合剂等。
尿素还可作为牛、羊等反刍动物的辅助饲料,试剂级尿素还用于某些药
物的制备。
四、ACES
工艺及其特点
由氨和二氧化碳合成尿素的工业制法是1992年德国法本公司的奥堡工厂首先获得成功
的,总反应为:
2NH3+CO2=CO(NH2)2+H2O+Q
目前尿素的生产仍以这个反应为基础,这是一个可逆的放热反应,受化学平衡的限
制,NH3和CO2通过合成塔,一次反应只能部分转化为尿素(CO2转化率一般为50%—72%),
随着从合成反应液中回收的处理未转化物的方法不同,出现了各种不同的工艺流程。
五、
六十年代尿素生产以水溶液全循环法为主,近三十年,由于世界各国对节能的重视以及技
术的发展,大型CO2汽提法和NH3汽提法工业装置越来越多,渭河化肥厂引进的是日本东洋
工程公司的ACES尿素装置,该装置是日产1760吨尿素装置,是采用日本东洋工程公司
(TEC)和三井东压公司(MTC)共同开发的,先进的,低成本,低能耗的ACES尿素工艺,
ACES是CO2汽提和全循环相结合的尿素生产工艺。
该工艺采用CO2汽提技术,同时还保留了
TEC/MTC水溶液全循环工艺的优点。
其工艺特点有以下几点:
低能耗
与传统的CO2汽提工艺相比,ACES工艺尿素的合成石在较高的NH3/CO2比和较高
的反应温度下进行的,从而获得高的CO2单程转化率,大大降低了汽提塔的蒸汽消耗。
而且
汽提塔采用独特的设计,即在传统的降膜式加热器上部增加三块筛板。
在此,合成液中的
过量NH3被从降膜式加热器上升的CO2富集气体绝热汽提出来,从而改善了进入列管段溶液
的NH3/CO2比,达到了有效的CO2汽提,减小了净化工段的负荷。
在热量回收方面体现在一下几点:
一、甲铵冷凝器冷凝反应热的回收
甲铵冷凝器设计两台并联使用,来自汽提塔的气体与循环回收液进行反应,在第一甲铵
冷凝器中,冷凝热用来副产0.5MPa(G)~0.65MPa(G)的低压蒸汽,供后序工段使用;
在第二甲
铵冷凝器中,冷凝热用来加热汽提塔出口尿液,尿液温度可达155℃~158℃,热利用率高,因
此中压分解器所需的换热面积很小,
只用中压蒸汽饱和器的蒸汽冷凝液加热即可。
二、中压吸收器冷凝热的回收
在中压吸收器中,来自中压分解器的工艺气被冷凝吸收,大部分冷凝热(约54%)被来自真
空予浓缩器的循环尿液移走,将尿液浓度由70%(质量分数)
浓缩到85%(质量分数),这是
TEC/MTC尿素工艺传统的节能方法由于汽提塔出液中NH3
含量较低,中压分解气可在中压吸收
系统全部冷凝,
无需设置过剩氨冷凝器,
这样将有更多的热量用来蒸发尿液。
三、蒸汽热能的有效利用和冷凝液热能的有效回收
界区输入的中压蒸汽(透平抽汽,
2.20MPa(G)
328℃)大部分供汽提塔使用,一小部分供
水解器使用。
中压蒸汽冷凝液作为中压分解器的热源,
不需外加蒸汽,低压蒸汽冷凝液作为
蒸发系统尿液加热器和液氨予热器的热源,使蒸汽冷凝液显热得到有效回收。
四、解吸气热量的回收
来自工艺冷凝液汽提塔顶部的高温气体进入低压分解器上部精馏段,通过4层塔板与下
降的尿液接触,提高了进入列管的尿液温度,降低了出塔的气体温度,
既回收了热量,又减少
了进入系统的水量。
独特的汽提塔设计汽提塔由上部三块塔板和下部的降膜式加热器组成,塔板的设计
是ACES工艺的主要特点,其作用是将高NH3、CO2
比的合成液通过三层塔板与列管段上升的高
温CO2
富集气进行气液接触,将合成液中过量的NH3
蒸出,使NH3
与CO2
之比降至约3∶1,改善了
汽提管的进液组成,以达到有效的汽提。
未反应物分解所需热量,通过壳程侧1.96MPa(G)蒸
汽供给,出液NH3、CO2
含量分别降到13%和11%以下。
汽提塔汽提管上安装了专门设计的旋流
器,使液体能均匀分布到每根管子内,即使在较低负荷下也能形成稳定的降液膜,操作范围
大,允许在40%的负荷下运行。
由于高的合成转化率和有效的CO2
汽提,
使汽提塔输入蒸汽量
较少。
有效的低压CO2汽提在低压分解器的下部设有填料段,来自CO2压缩机一段出口的原
料CO2作为汽提剂从塔底部进入,与下降的尿液逆流接触,既降低了尿液中的氨含量,减少了
蒸汽消耗,又改善了低压吸收系统的组分,降低了平衡压,减少了氨耗。
低腐蚀
由于合成回路采用高的NH3/CO2比,在富NH3条件下,介质的腐蚀性减小。
而
且CO2汽提塔、甲铵冷凝器、高压分解器采用双相不锈钢,抗腐蚀性能好,需要的防腐空气
量减少。
操作弹性大
与CO2汽提法相比,ACES工艺保留了高压分解和高压回收系统。
即使高压
回路操作出现波动,汽提塔出液组份发生变化,也能在高压分解和回收系统中加以消除,
从而保证低压系统的稳定;
两台甲铵冷凝器可根据热量要求通过改变两者之间的气体和溶
液量,使装置具有操作弹性;
在汽提塔加热器上专门设计的旋流器,能使溶液在管内分布
更均匀,
容易在管内形成向下流动的膜。
即使在低负荷下也能运行,而不会造成干管。
无爆炸危险
ACES工艺NH3/CO2分子比为4.0在17.5MPa,190℃条件下操作,
可以在CO2
气体中加入较少的空气进行防腐。
即CO2气体中O2含量为0.5%(体)时,在洗涤塔出口气体
中O2含量仅为2.2%(体),不会形成爆炸性气体,
所以较安全。
污染低
ACES工艺造粒塔采用机械排风式,在塔顶安装排风机,进通风机前设有洗涤
器,
用20%尿素溶液将气体中的尿素粉尘洗涤下来,然后排入大气。
这样大大降低了排到大
气中的尿素粉尘,不仅回收了尿素,而且还减少了污染。
ACES设有解吸和水解系统,
经处理
后的工艺冷凝,
尿素和氨可降至3ppm(重)以下,这部分水可作锅炉给水而加以回收,从而降
低了成本,同时没有废水污染。
维修量小
采用性能良好的离心式高压氨泵和甲铵泵,该泵由日本荏原泵厂与TEC共同
开发,不断改进,泵的结构合理,
运行平稳,
维修量小。
该尿素工艺包括合成,净化,浓缩,造粒,回收和工艺冷凝液处理六个阶段,ACES工
艺的特点主要体现在由合成塔、汽提塔、甲铵冷凝器组成的合成系统。
如图给出了ACES流
程示意图。
合成塔的操作条件是:
190℃,NH3/CO2=4.0。
成塔内装有9块折流板,
藉以提高CO2转
化率。
液氨由高压液氨泵送出,经预热后送至合成塔底部。
CO2气体被压缩至合成压力后送
入汽提塔底部,
部分CO2气体在压缩机段间抽出送入低压分解塔,
进行CO2低压汽提。
离开合成塔的反应生成物(尿素、甲铵、过剩氨及水的棍合物),进入汽提塔的顶
部。
汽提塔上部设有塔板,
反应生成物中的过剩氨在此被上升的气流从液体中汽提出来。
反应生成物中未分解的甲铵在汽提塔下部的降膜式换热器中进行汽提和加热分解。
汽提塔顶部的混合气体进入两个并联的甲铵冷凝器,分别由高压洗涤塔及中压吸收塔来
的吸收液冷却吸收甲铵生成热及氨冷凝所产生的热量,在第一个甲铵冷凝器中产生0.5MPa的
低压蒸汽,
在第二个甲铵冷凝器中用来加热来自汽提塔经减压至1.8MPa的尿素溶液。
离开
甲铵冷凝器的气体和液体靠重力循环回合成塔。
由合成塔塔顶排放出的惰性气体至高压洗涤塔回收其中的NH3和CO2后进入中压分解
塔,
以利用其中的氧进行防腐。
离开汽提塔底部的尿液大约含12%NH3(重)分别在1.8MPa和0.2MPa压力下的中压分
解塔进一步分解,
出低压分解塔的尿液浓度为67%(重)。
从尿液中分离出的NH3和CO2分
别在中压吸收塔和低压吸收塔回收并返回合成系统。
在中压吸收塔中形成的甲铵生成热和
氨冷凝热直接供蒸发尿液中的水分,
从而节省了额外的能量输入。
低压分解塔来的尿液进入真空浓缩器,在130mmHg绝压下,利用中压吸收塔产生的热量
将尿液浓缩至87%(重),然后在蒸发器中进一步浓缩至99.7%后送至造粒塔造粒。
符号
公称直径
连接尺寸标准
连接面形式
用途
1
500
/
入孔
11
4
液
NH3
入口
12
10
气体进口
13
8
甲铵液入口
18
200KF.N
凹凸面
气体出口
19
尿液出口
A
42
B
RC1/2
螺纹
温度计口
合成塔管口一览表:
浓缩尿液所蒸发出的水蒸汽在表面冷凝器中冷凝成工艺冷凝液,一部分用作循环回收工
段的吸收剂,一部分经解吸和水解处理系统处理后,
使其中尿素和氨的含量均小于3ppm,然后
用作锅炉给水。
工艺冷凝液解吸塔出来的气体用作加热剂进入低压分解塔,
其中NH3和CO2返回工艺过
程中。
造粒塔顶排出的含有尿素粉尘的气体,用含20%(重)尿素的溶液进行洗涤回收,使排放
气体中尿素粉尘降至30mg/Nm³
因此不会污染环境。
五、ACES工艺的主要设备
一、尿素合成塔
尿素合成塔是化肥厂关键设备之一,是供二氧化碳、液氨在高温高压下反应合成尿素
的主体设备。
合成塔的作用及结构:
尿素合成塔的作用是是进入塔内的高压液
及来自高压甲铵冷凝器的甲铵液和未冷
凝的
NH3、CO2、H2O
的混合物在塔内反应生成甲铵、进而脱水生成尿素。
尿素合成塔为一直立圆筒形筛板塔,总高度
35043mm,直筒部分高度
2900mm,由
层
δ=12mm
钢板(SA-724MGrA)卷焊而成,内衬
8mm
316L—U.G
不锈钢衬里。
衬里与承
压壳体之间有
盲层(SA-724MGrA)。
上、下半球形封头(19Mn6)半径
R1400mm,
且有
堆焊层。
从圆筒底部
2760mm
起,每隔
2730mm
装有一块筛板塔盘(316L—U.G),共装
块,
其
中
1、
2、
块
塔
盘
型
式
相
同
,
有
16
板
连
接
而
成
上
开
3252
个
间
距
为
35mm,直径为φ8mm
的小孔。
4、5、6
块塔盘型式相同,由
块塔板连接而成,塔板上
开有
2376
个间距为
40mm,直径为φ8mm
7、8、9
块塔盘采用相同的型式,亦由
块塔板连接而成,塔板上开有
1528
48mm,直径为φ8mm
塔盘的作
用是防止物料返混并提高转化率和生成强度。
物料从塔底部的
11、12、13
号管口进入,逐次通过
1﹟、2﹟……9﹟塔盘反应后,尿
液浓度提高,沿
19
号管子上端喇叭口流下,从
号管口流出。
塔盘的开口率很小,实际上相当于把反应器分成
个串联的小室。
由于物料混合得黑
激烈,小室中各处浓度近似相同,而上一个小室中的尿素生成物又比下一小室中的尿素生
成物浓度高。
在合成塔两筒节衬对接焊缝处,对称设有检漏孔。
用以检测衬里用材及焊缝
是否泄漏。
若衬里用材及焊缝因腐蚀或其他缺陷儿泄漏,甲铵液即从检漏孔中渗出,可以
及时发现并检修。
合成塔设置有
45
RC1/4n
检漏孔。
容器类型
三
名称
塔内
工作压力
MPa
17.1
设计压力
18.00
工作温度
℃
190/180
设计温度
220
物料名称
二氧化碳、氨、尿素、甲铵
腐蚀裕度
焊缝系数
筒体/封头
0.98/1
主要受压元件材料
SA—724MGrA—19Mn6
设计基本风压
KPa
0.36
地震烈度
保温层厚度
mm
100
防腐层
316—UG
压力试验
试验介质
H2O
试验压力
MPa(G)
23.4(G)
渗透性试验
氨
试验压力
0.05MPa(G)
吊装质量
337125
Kg
最大质量(充满水)
528851Kg
46
200K
PAD
液面计口
47
b1~45
RC1/4
检漏孔
43A~E
44A~B
A1~2
V1-4
80
排气孔
设计参数:
二、汽提塔
汽提塔的作用和结构:
汽提塔的作用是将合成塔出来的物料中的甲铵分解为氨气和二氧化碳气体,并从尿液
中分离出来,设备运行时,来自合成塔的物料从管板上方,经液体分布器小孔的管壁呈液
膜状下流,压缩机送来的二氧化碳经底部分配器至每根管中与液膜逆流接触,使液体表面
的氨气分解,甲铵逐渐分解并吸热。
汽提过程是在汽提塔内进行的,而汽提塔的结构对汽提效率有极大影响。
汽提塔采用
降膜式的传质分离设备,如图所示的汽提塔。
实际上是一个立式的列管式的换热器,管外
走加热蒸汽,管内进行汽提分解过程。
合成液顺着管壁形成的液膜,由于重力的作用自上
而下流动,汽提气以一定的速率逆流而上,两相在管壁的液膜中进行传质过程。
汽提过程
所需的热量通过管壁传给物料,这样使汽提管基本上可保持等温情况下进行汽提分解过
程。
汽提塔由精馏段和汽提段两部分组成。
由于汽提塔的列管是在高温、高压。
缺氧。
强
腐蚀性介质中运行的。
因而对材料的要求很严格,管子材料为
SA789M-DP-12.精馏段由三
块筛板塔盘组成;
汽提塔段由
3060
根
O.D31.8×
MIN2.9×
6000L
汽提管及液体分布盘、旋
流器组成。
管子固定在上、下管板上,为了使液体均匀地分布至每根管中,在上管箱中装
有液体分布盘,同时每根汽提管顶部均装有旋流器。
并固定于液体分布盘上,为供给甲铵
分解和氨气蒸出时需要的热量。
在壳侧由
65
号接管通入
1.7~2.1MPa
饱和蒸汽,蒸汽冷凝
液由壳侧下部引出。
为便于调节汽提塔负荷,在底部不同高度上开有
个蒸汽冷凝器出口
75/A、75/B、75/C。
塔顶开有气相出口。
在上管板中部开有惰性气体排放口,以防惰性气
体在壳体内积聚,在下管板中部开有排污导淋接头。
壳体上部开有安全伐接口,其作用
是:
一旦由于列管大量泄漏等原因造成壳侧超压,安全伐即启跳卸压,不至于损坏设备。
从合成塔来的尿液,由
83
号接管进入,经过
块塔盘的精馏,进入液体分布盘,均匀
分布到上管板上并在此保持一定的液位,再经过旋流器,沿切线方向流入管子内壁,在管
壁上形成一层液膜。
由
35
号管口进入的二氧化碳气体,经气体分布器分配至每一根汽提管
内。
上升的气体与管内呈膜状下流的液体逆向接触进行汽提,汽提后的液体由塔底部的
93
号管口流出,气体由升气管出去,在上封头内汇集后,由
91
号接管送出。
影响汽提塔的操作因素:
(1)压力:
提高二氧化碳汽提压力,汽提效率降低。
(2)温度:
尿素溶液中游离的氨的蒸出和甲钱的分解均需要吸收热量,因此提高温度对汽
提有利。
(3)气液比:
二氧化碳汽提塔的液气比由合成塔反应本身所决定,不能任意改变。
(4)停留时间:
流体停留时间按平均流量计为小于一分钟。
(5)液体负荷:
液体负荷过大,液膜增厚,将使汽提效率降低。
因此,每一根汽提管的液
体负荷是有一定操作范围的。
三、甲铵冷凝器
甲铵冷凝器共两台,它们的主要作用都是用来把汽提塔来的
CO2、NH3、H2O
的混合
气体和分别由洗涤器和甲铵泵送来的甲铵液加以混合冷凝。
1#甲铵冷凝器利用其放出的热量副产
0.49MPa(G)的低压蒸汽,2#甲铵冷凝器则利
用冷凝热和混合热加热汽提塔出口的尿液。
其过程是:
对于
1#甲铵冷凝器,甲铵液由上封头的
号管口进入,混合气由
81
号管
口进入,经过分布器后,进入筒体部分。
筒体部分由
2820
O.D19×
MN2×
10300L
的管
子(SA789M.DP—12),以及
20
根定距拉杆(C.S)组成。
在筒体部分,蒸汽冷凝液由
636
号管口进入,与列管内的甲铵液换热后,产生的低压蒸汽由
75
号管口送出。
2#甲铵冷凝器,筒体部分由
7135
列管(SAM.DP—
12),以及
根定距拉杆(SA790M/316L—U.G)组成,为了克服管子和壳体受热不均匀
而产生热应力,在壳体的中间部位设有一个膨胀节。
由于
号甲铵冷凝器壳侧所通介质为蒸汽冷凝液,而
2#甲铵冷凝器壳侧所通介质为尿
液,尿液具有很强的腐蚀性,因而壳体选用了不同的材质,1#甲铵冷凝器中壳体材料为
SA516MGr485,2#甲铵冷凝器壳体材料为
SA240
TYPE316L.S.S—UG、换热烈管采用了相
同的材质。
两台甲铵冷凝器的结构基本相同,1#甲铵冷凝器的结构图如下:
尺寸
法兰
规格
连接面
型式
特殊
DMF
F.N
40
RC2/1
——
参照管详图
T.I
接口
63
20#
ANSi
class
150
R.F
S.O
蒸汽冷凝进口
75
30#
cla
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