氨水与尿素选择性研究文档格式.docx

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气体中大部分无机硫和部分有机硫被碱液吸收，湿法脱硫后的焦化干气由压缩机道往一段转化炉对流段，加热至340～350℃后，进入干法脱硫槽。

干法脱硫剂通常采用氧化锰、氧化锌或钴-铜催化剂。

经干法脱硫后,焦化干气中的总硫量要求低于3ppm．这里需要进行痕量硫的测定。

2.转化

经脱硫合格的焦化干气返回对流五段与来自废热锅炉的蒸汽混合，加热至500．610％后，进入一段转化炉（简称一段炉），控制共水碳比为3.5～4.0。

在催化剂作用下原料气转化为氢气、一氧化碳和二氧化碳。

反应所需的大量热能由转化炉两侧均匀分布的无焰燃烧喷嘴供给，反应温度控制在760～780℃；

出口气中残余甲烷含量要求小于10％。

一段沪出口气与空气压缩机送来的空气相混合，进人二段转化炉（简称二段炉）内燃烧，温度达到900～950℃，在催化剂作用下，甲烷转化成一氧化碳和二氧化碳；

二段炉出口气中残余甲烷应小于0．3％,同时获取合成气所需的氮气，并控制氢、氮比在2.8~3.1之间。

在整个转化过程要进行原料气的总碳分析和一、二段炉出口气残余甲烷的分析。

3.变换

从二段炉出来的气体，进入消化废热锅炉。

利用热能获得蒸汽，同时使气体温度降至350～380℃，再进入中温变换炉（简称中变炉）。

在中变催化剂作用下，一氧化碳与水蒸气反应生成氢和二氧化碳。

一氧化碳含量要求降低到3.5%左右，个变炉出口气体温度达到400℃左右。

经过小变炉回收热量产生蒸汽，同时使气体温度降到180~200℃，然后进入低温变换炉（简称低变炉）。

在低变偿化剂作用下，一氧化碳进一步发生变换反应，使一氧化碳减到0.3%以下，出口气温度达到200~220℃。

此时气体尚含有大量湿热和潜热。

这部分热量经锅炉给水加热器和制冷再沸2R恢热，使温度降至40℃左右，送往脱碳系统。

在变换过程中主要控制一氧化碳的含量,检查变换效率。

4.脱碳

由变换工序来的低变气进脱碳系统的吸收塔，经本非尔溶液或环丁洲-乙醇胺溶液吸收二氧化碳。

出塔气中二氧化碳含量要求小于0.1%。

为了防止气体中央带脱碳液，让共进入洗涤塔，用软水洗去液沫后再进入甲烷化换热器。

脱碳塔出来的富他经换热器后．减压送至二氧化碳再生培，用蒸汽加热再沸器，在温度128℃下脱去二氧化碳。

为了提高脱碳效率和净化反，主要进行脱碳液酌组分分析和服碳塔出u净化气中二氧化碳的分析。

由再生塔顶出来的二氧化族，经空冷器和永冷器，气体温度降至40℃。

再经二氧化碳分离器除去冷凝水，送到尿素车间作原料。

再生后的脱碳掖（贫液），先进溶液空冷器。

冷却至65℃左右，由溶液循环泵加压。

再经溶液水冷器冷却至40℃后。

送人二氧化碳吸收塔循环使用。

5.甲烷化

由吸收塔出来的净化气，先经甲烷化换热器换热，气体温度升高到320℃左右，再进入学烷化加热器，使气体温度提到350℃；

然后进入甲烷化炉，在催化剂的作用下一氧化碳、二氧化碳与氢气反应,生成甲烷。

甲烷化后出口气中一氧化碳和二氧化碳的总置应小于10ppm。

这里需要采用连续自动痕员分析仪，进行测量和控翻。

6.氨的合成

经压缩后的氢气与循环气混合后进人氨冷凝器上部与氨蒸发器出来的冷气换热。

部分氨被冷凝。

气体进入氨蒸发器后，被外层的液氨冷却至-2℃左右，返回到冷凝塔的下部。

经液氨分离器冷交换后的气体中含氨量最终降刭3％以下。

再进入合成塔，经主换热器换热后。

再经催化剂筐内冷却管换热。

使温度升至400～450℃后，从中心管进入催化剂后。

氨的合成在高温、高压、催化剂作用下进行，反应式如下：

3H2+N2→2NH3+Q。

反应后的气体含氨量在18.5%左右，温度为480~530℃，由塔底进入的冷气进行换热。

使气体温度降至375℃左右，再进人中置锅炉回收反应热量。

气体温度下降到235℃左右返回合成塔下部，气体经主换热器内冷却至110~130℃。

气体出合成塔后，进人U型管水冷器，冷却至35℃左右，部分氨冷凝成液体，经氨分离器分离出液氨后，气体重新返回系统循环。

在此需要分析循环气，保证甲烷含量不大于15％，合成塔入口氨含量不大于3％。

由冷疑塔氮分离器出来的液氨减压后，送往液氨缓冲槽液氨经计量表计量后送住氨库．气相部分送往氨吸收。

（三）合成氨水反应机制

合成氨工艺路线：

以无烟煤为原料生成合成氨常见过程是:

造气→半水煤气脱硫→压缩机1，2工段→变换→变换气脱硫→压缩机3段→脱硫→压缩机4，5工段→铜洗→压缩机6段→氨合成→产品NH3

A、生产半水煤气：

7C+3.76N2+5H2O=7CO+5H2+3.76N2-341.8kJ

CO的变换：

CO+H2O=CO2+H2+43kJ（转化率约为90%）

B、原料气净化：

清除变换后生产的CO2（约含30%），残余CO（约含2-3%），以及微量的O2、H2S等清除这些杂质气体的方法有三种：

用H2O或K2CO3或甲醇或氯仿吸收CO2、CO、H2S;

转换法：

CO+3H2=CH4+H2O;

液氮洗涤法

一般工业上所用原料气净化方法为

或者

和

合用、或

合用。

C、氨的合成

工艺条件：

在20MPa的高压和500℃的高温和催化剂作用下，N2+3H2→2NH3-92.4kJ/mol,经过压缩冷凝后，将余料在送回反应器进行反应。

原料气体N、H比为3，循环气体N、H比为2.8。

催化机理：

加入铁催化剂后，反应以生成氮化物和氮氢化物两个阶段进行。

第一阶段的反应活化能为126kJ/mol～167kJ/mol，第二阶段的反应活化能为13kJ/mol。

xFe+N2→FexN；

FexN+〔H〕吸→FexNH；

FexNH+〔H〕吸→FexNH2；

FexNH2＋〔H〕吸→FexNH3+NH3

D、消耗定额:

（以4×

104吨/年计算）

无烟煤（入炉）:

1,300kg

电:

1,000KWH（碳化流程）,1,300KWH（脱碳流程）

二.尿素生产工艺

尿素是通过液氨和气体二氧化碳的合成来完成的，在合成塔中，氨和二氧化碳反应生成氨基甲酸铵，氨基甲酸铵脱水生成尿素和水，这个过程分两步进行。

第一步：

2NH3＋CO2 

→NH2COONH4＋Q

第二步：

NH4COONH2 

→ 

CO（NH2）2＋H2O－Q

第一步是放热的快速反应，第二步是微吸热反应，反应速度较慢，它是合成尿素过程中的控制反应。

尿素装置工艺主要包括：

1.二氧化碳压缩和脱氢

从合成氨装置来的CO2气体，经过CO2液滴分离器与来自空压站的工艺空气混合（空气量为二氧化碳体积4%），进入二氧化碳压缩机。

二氧化碳出压缩机三段进脱硫、脱氢反应器，脱氢反应器内装铂系[wiki]催化剂[/wiki]，操作温度：

入口≥150℃，出口≤200℃。

脱氢的目的是防止高压洗涤器可燃气体积聚发生爆炸。

在脱氢反应器中H2被氧化为H2O，脱氢后二氧化碳含氢及其它可燃气体小于50ppm，经脱硫、脱氢后，进入压缩机四段、五段压缩，最终压缩到14.7MPa（绝）进入汽提塔。

二氧化碳压缩机设有中间冷凝器和分离器，二氧化碳压缩机压缩气体设有三个回路，以适应尿素生产负荷的变化，多余的二氧化碳由放空管放空。

2.液氨升压

液氨来自合成氨装置氨库，压力为2.3MPa（绝）,温度为20℃,进入液氨过滤器,经过滤后进入高压氨泵的入口,液氨流量在一定的范围内可以自调,并设有副线以备开停车及倒泵用.主管上装有流量计.液氨经高压氨泵加压到18.34MPa（绝），高压液氨泵是电动往复式柱塞泵，并带变频调速器，可在20—110%的范围内变化，在总控室有流量记录，从这个记录来判断进入系统的氨量，以维持正常生产时的原料N/C（摩尔比）为2.05:

1。

高压液氨送到高压喷射器，作为喷射物料，将高压洗涤器来的甲铵带入高压冷凝器，高压液氨泵前后管线均设有安全阀，以保证装置设备安全。

3.合成和汽提

生产原理：

合成塔、气提塔、高压甲铵冷凝器和高压洗涤器四个设备组成高压圈，这是本工艺的核心部分，这四个设备的操作条件是统一考虑的，以期达到尿素的最大产率和最大限度的热量回收。

从高压冷凝器底部导出的液体甲铵和少量的未冷凝的氨和二氧化碳，分别用两条管线送入合成塔底，液相加气相物料N/C（摩尔比）为2.9—3.2，温度为165--172℃。

合成塔内设有11块塔板，形成类似几个串联的反应器，塔板的作用是防止物料在塔内返混。

物料从塔底至塔顶，设计停留时间1小时，二氧化碳转化率可达58%，相当于平衡转化率90%以上。

尿素合成反应液从塔内上升到正常液位，温度上升到180--185℃，经过溢流管从塔下出口排出，经过合成塔出液阀汽提塔上部，再经塔内液体分配器均匀地分配到每根气提管中，沿管壁成液膜下降，分配器液位高低，起着自动调节各管内流量的作用，尿液在气提管均匀分配并在内壁形成液膜下降，内壁液膜是非常重要的，否则气提管将遭到腐蚀，由塔下部导入的二氧化碳气体，在管内与合成反应液逆流相遇，气提管外以蒸汽加热，合成反应液中过剩氨及未转化的甲铵将被气提气蒸出和分解，从塔顶排出，尿液及少量未分解的甲铵从塔底排出，气提塔出液温度控制在165-174℃之间。

塔底液位控制在40-80%左右，以防止二氧化碳气体随着液体流至低压分解工段造成低压设备超压。

　　从气提塔顶排出185-189℃的气体，与新鲜氨及高压洗涤器来的甲铵液在14.22MPa（绝）下混合一起进入高压冷凝器顶部。

高压冷凝器是一个管壳式换热器，物料走管内，管间走水用以副产蒸汽，根据副产蒸汽压力高低，可以调节氨和二氧化碳的冷凝程度。

但要保留一部分气体在合成塔内冷凝以便补偿在合成塔内甲铵转化为尿素所需热量，而达到自热平衡。

所以把控制副产蒸汽压力作为控制合成塔温度、压力的条件之一。

生成的甲铵，已冷凝的和未冷凝的氨和二氧化碳被导入到合成塔的底部，在这里，发生了甲铵转化为尿素、氨和二氧化碳反应生成氨基甲酸铵两个最主要的反应，转化和加热合成塔中的溶液所需的热量由附加的氨和二氧化碳的冷凝热来提供。

从合成塔顶排出的气体，温度约为180-185℃，进入高压洗涤器，在这里将气体中的氨和二氧化碳用加压后的低压吸收段的甲铵液冷凝吸收，然后经高压冷凝器再返回合成塔，不冷凝的惰性气体和一定数量的氨气，自高压洗涤器排出高压系统，进入低压吸收塔吸收后，直接放空。

甲铵吸收冷凝的热量被管间的调温冷却水带走，调温水从110℃升到125℃，并由高压洗涤器循环水冷却器调节到110--120℃，经高压洗涤器循环水泵循环使用。

从合成塔至高压洗涤器的管道，除设有安全阀外，还装有分析取样阀，通过对气相的分析，测得气相中氨、二氧化碳和惰性气体含量，从而可以判断合成塔的操作是否正常。

4.循环

来自气提塔底部的尿素—甲铵溶液，经过气提塔的液位控制阀LPv—2202，减压到0.25—0.35MPa（绝）,溶液中41.5%的二氧化碳和69%的氨得到闪蒸，并使溶液温度从175℃降到107℃，气液混和物喷到精馏塔顶，精馏塔上部为填料塔，起着气体精馏作用，，下部为分离器，经过填料段下落的尿素—甲铵液流入循环加热器。

循环加热器用高压冷凝器副产的0.4MPa（绝）蒸汽加热。

温度升高到135--138℃，甲铵进一步分解，而后进入精馏塔下部的分离器分离。

液体经液位控制阀LIC2301流入闪蒸槽，气体上升到精馏塔填料段，精馏后的气体导出精馏塔与部分回流液、解吸液和液氨混合送到浸没式低压甲铵冷凝器。

在此，两相并流上升进行吸收，吸收时产生的热量，被冷凝器中冷却水带走，冷却水温从55℃升到65℃。

此冷却水经低压甲铵冷凝器循环水泵送低压甲铵冷凝器循环冷却器冷却后循环使用。

气液混合物从浸没式低压甲铵冷凝器上部溢流到低压甲铵冷凝器液位槽，液体从液位槽底导出，经高压甲铵泵升压到16.0MPa（绝），送入高压洗涤器顶部，高压甲铵泵是往复泵，采用变频调节甲铵流量。

液位槽分离出的气体，经低甲冷液位槽气相阀TPV2302阀进入常压吸收塔，经填料段，被来自低压吸收塔和常压吸收塔循环泵经循环冷却器冷却后的氨水喷淋吸收，未能被吸收的惰性气体，经吸收塔放空筒放空。

5.蒸发

出精馏塔底部的尿素溶液，经液位槽液位控制阀LIC2301减压后送到闪蒸槽，压力为0.056MPa（绝），温度从135℃降到91℃，有相当一部分NH3、CO2和水闪蒸出来，闪蒸气与一段蒸发分离器气相一并进到一段蒸发冷凝器，冷凝液相进入氨水槽，不凝气体经一段蒸发喷射器抽出放至大气。

离开闪蒸槽的尿液，温度约为90--95℃，浓度约为72%进入尿液槽，通过尿液泵经流量控制阀FPV2401进入一段蒸发器加热段，用加蒸汽阀PPV2401控制低压蒸汽对其进行加热，使尿素进一步浓缩，气相进入一段蒸发冷凝器，液相约95%的尿液，通过熔融尿素泵送到大颗粒造粒系统。

6.解吸和水解

入氨水槽的蒸发闪蒸冷凝液，含有一定量的NH3，少量CO2和少量尿素，这部分氨水分别用两台泵打出循环利用，由低压吸收塔循环泵打出的氨水分成三路，一路进入低压吸收塔作吸收剂，一路作一段蒸发器气相管线的冲洗用水，一路进入一段蒸发器作冲洗用水。

由解吸塔给料泵打出的氨水也分成三路：

一路去精馏塔气相，一路与解吸塔气相混合冲洗回流冷凝器，一路经解吸塔换热器，加热到117℃送到第一解吸塔上部，解吸出氨和二氧化碳，解吸塔的操作压力为0.27--0.3MPa（绝），出第一解吸塔的液体，经水解给料泵加压到2.0MPa（绝）经水解塔换热器换热后，进入水解塔的上部，水解塔的下部通入2.4MPa（绝）的蒸汽，使液体中所含的少量尿素水解成氨和二氧化碳。

气相进入第一解吸塔上部，液相经水解塔换热器换热后温度为137℃，进入第二解吸塔上部，操作压力为0.3MPa（绝），塔下部通入0.4MPa（绝）的蒸汽进行解吸，塔底温度为145℃，从液相中解吸出来的氨和二氧化碳及水蒸汽，直接导入第一解吸塔的下部，与第一解吸塔的液体进行质热交换，出第一解吸塔的气体，含水小于40%。

在回流冷凝器中冷凝，冷凝液一部分作为回流液回流到第一解吸塔的顶部，进行质热交换，以减少出塔气相的水含量，另一部分冷凝液，送到低压甲铵冷凝器，未被冷凝的气体进入常压吸收塔，进一步回收氨和二氧化碳后放空，在第二解吸塔解吸后的液体含氨小于50ppm，尿素小于50ppm，经解吸塔换热器换热和废水冷却器冷却后送出尿素界区。

7.大颗粒

　　置于19m处的甲醛贮槽利用静压送甲醛（37%）至熔融泵进口与135℃、浓度96%的尿素溶液混合，经PV211减压到0.15—0.25MPa,进入造粒机喷嘴。

　　来自流化空气风机VV101压力为600mmH2O的流化空气，把晶种由流化床多孔板上吹起，由雾化风机CR101来的温度为135℃、压力为0.045MPa左右的雾化空气，将由尿液喷嘴喷出的尿液雾化，形成约5μm的小液滴，小液滴在流化床温度为105--110℃情况下，凝结到流化状态的晶种上，随着小液滴的不断凝结，尿素颗粒不断增大，增大到要求粒度时，就会掉到多孔板上，由于多孔板开孔为斜向前开，在尿素颗粒流化状态的同时，它还慢慢向前运动，达到要求的尿素颗粒被流化空气吹到造粒机冷却室冷却到70℃，经液位调节阀LV2213出造粒机。

经造粒机出来的尿素颗粒，由振动给料机均匀振动输送到安全筛SV101上，又送到第一流化床冷却器冷却至70℃左右，由斗提机经分料阀将颗粒送往振动筛SV102A、SV102B，在此尿素分成三类：

大颗粒送破碎机，破碎成小颗粒和从振动筛分料器筛下的小颗粒混合，回造粒机作晶种，合格品经换向器送往最终产品冷却器BFC102，在产品冷却器内由循环冷却水将尿素颗粒冷却至45℃以下，经皮带送往包装。

造粒机、第一流化床冷却器、斗提机、振动筛产生的粉尘经除尘风机VV105送入造粒冷却洗涤器，用界外来的脱盐水和洗涤器循环贮槽来的洗涤液进行洗涤。

来自三通阀冲洗、振动筛分料器、破碎机料斗、第一流化床冷却器、造粒机、安全筛、SR101和各种排放的尿液、尿素回收到循环槽SR103，由蒸汽喷射泵EJ101将喷射0.4MPA（绝）的低压蒸汽将回收尿素加以溶解和加热，浓度达到40%时，用尿液回收泵PC103返回到尿液槽，循环槽产生烟气由抽出风机VV109送到洗涤室加以洗涤回收。

洗涤室洗涤尾气经丝网除沫器除液后，经洗涤器抽风机VV102抽到放空筒S-751放空。

8.蒸汽系统

主要由透平机抽出的2.5MPa、285℃的过热蒸汽进入界区后通过高压蒸汽进汽阀PV2904直接进入高压蒸汽饱和器F213，在高压蒸汽饱和器F213中过热蒸汽将变成1.5—2.0MPa、219℃的饱和蒸汽，用于汽提塔E204的加热。

高压蒸汽饱和器的蒸汽冷凝液减压进入中压蒸汽饱和器产生0.8MPa的饱和中压蒸汽，用于夹套伴管蒸汽和高压甲铵冷凝器安全阀保温蒸汽，部分2.2MPa的过热蒸汽对其进行补充。

0.4MPa低压蒸汽一部分产生于高压甲铵冷凝器侧低压汽包，压力低时可由2.5MPa蒸汽和0.8MPa蒸汽补充，压力高时，可由放空阀HPV2901放空，它用于精馏塔循环加热器，蒸汽喷射泵，解吸塔加热及伴管保温和安全阀吹扫蒸汽。

9.冷凝液及冲洗水系统：

系统所有蒸汽冷凝液经过气液分离器，液相进入蒸汽冷凝液槽，气相经蒸汽冷凝器冷凝后也进入冷凝液槽，不凝气放空至大气。

界外来的脱盐水从顶部进入蒸汽冷凝液槽F210，蒸汽冷凝液槽F210的冷凝液经冷凝液泵J210A/B分两路，一路直接打入冲洗水管网，一路经锅炉给水罐补液阀LV2901-2阀进锅炉给水罐F211，由锅炉给水泵通过出液阀LPV2905阀打入低压蒸汽包，低压蒸汽包冷凝液液位高时通过下液阀LV2901-1排入蒸汽冷凝液槽循环利用.

中国地区尿素生产工艺方法有

（1）水溶液全循环法、

（2）二氧化碳汽提法、（3）氨汽提法、（4）改良C法、（5）ACES法、（6）双汽提法等，其中企业采用水溶液全循环法与二氧化碳汽提法占8成以上。

如下表所式：

我国尿素装置工艺分类

工艺方法

套数

生产能力

大型（480-840kt/a）

中小型（40-300kt/a）

Mt/a

能力/Mt

水溶液全循环法

130

25.41

-

二氧化碳汽提法

40

16.11

18

9.94

22

6.17

氨汽提法

28

8.42

10

5.48

2.94

改良C法

2

1.10

ACES法

0.62

1

0.52

0.10

双汽提法

0.20

小计

203

51.56

31

17.04

172

34.52

三.能耗比较

从我国以煤为主的能源结构来看，油制氨将逐步为煤制氨所取代.为此，液氨与尿素生产能耗与生产过程巾污染物的典型排放企业选择中型煤制氨一尿素厂。

在还原剂整个生命周期中，还原剂能耗主要在其生产和运输阶段.

类型

液氨

尿素

生产耗电量（kwh/t）

1248.00

1562.13

生产耗煤量（kwh/t）

1220.00

1260.41

运输耗油量（L）

48.00

84.48

四.生产过程中污染物质

五.环境因素影响

参阅文献【基于生命周期评价的选择性催化还原脱硝技术还原剂的选择研究】应用生命周期评价（LCA）方法,评估SCR还原剂选择对液氨与尿素的生产、运输、存储与供应、脱硝及废液处理5个过程进行了液氨和尿素的环境排放清单分析,其中，存储与供应阶段的排放因还原剂在该阶段的氨排放管路为一个封闭系统，为避免重复计算还原剂存储与供应阶段的排放忽略不计；

还原剂脱硝后的废液处理阶段，由于脱硝后的废液是与其他工业污水一起排放到废水处理厂，不能单独对脱硝后的废液进行处理，因此废液处理的有关数据没办法获得，为保证计算结果准确性，不考虑废液处理阶段的排放。

在液氨和尿素的环境排放清单中，分别列出了生产、运输、脱硝3个主要阶段。

在运输阶段，柴油机的排放对人体和环境影响最大的污染物主要是CO2、CO、NOx及NMVOC。

脱硝阶段的输出物质是燃煤电厂排放的烟气，烟气经过脱硫、脱硝后已达到排放标准，一般会有极少量逃逸的NH3及N20，因此排放清单中，脱硝阶段的输出可视为零。

由下表可看出，液氨向大气中排放最多的是CO2，其次是烟尘、SO2、NOx和CH4等；

液氨向水体中的排放主要是COD、SS及NH3-N等。

尿素各项总输出均比液氨高。

排放物质

液氨环境排放清单

尿素环境排放清单

（单位：

kg）

生产

运输

脱硝

总输出

CO2

1005.07

15.00

1020.07

1678.91

26.40

1.705.31

SO2

9.34

16.44

0.13

16.57

NOx

6.61

0.50

7.11

11.63

0.88

12.51

CO

1.50

2.00

2.66

3.54

NH3

少量

N2O

CH4

5.50

9.67

非甲烷挥发性有机物（NMVOC）

0.57

0.77

1.01

0.35

1.36

烟尘

18.16

31.96

总悬浮物（SS）

8.00

8.25

NH3-N

6.40

15.88

COD

16.00

19.40

19