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生产尿素的工艺条件及主要设备

时间:2018-09-28 11:08 作者:车用尿素设备 链接: /news/hyxx/1067.html


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 - 20 -  5.1.2氨碳比  氨碳比是指反应物料中NH3/CO2的摩尔比,常用符号a表示。“氨过量率”是指原料中氨量超过化学反应式的理论量的摩尔百分数。两者是有联系的,如当原料a=2时氨过量率为0%,而a=4时,则氨过量率为100%。  实验表明,NH3过量能提高尿素的转化率,因为过量的NH3促使CO2转化,同时能与脱出的H2O结合成氨水。使水排除于反应之外,这就等于移去都分产物,也促使平衡向生成尿素的方向移动。再者,过剩氨还会抑制甲铵的水解和尿素的缩合等有害副反应,也有利于提高转化率。所以,过量氨增多;平衡转化率增大,故工业上都采用氨过量操作,即氨碳比必须大于2。  一般水溶液全循环法氨碳比选择在3.5~4.5左右,CO2气提法尿素生产流程中因设有高压甲铵冷凝器移走热量和副产蒸汽,不存在超温问题,而从相平衡及合成系统压力考虑,其氨碳比选择在2.8~2.9。 5.1.3水碳比  水碳比是指合成塔进料中H2O/CO2的摩尔比,常用符号b来表示。水的来源有两方面:一是尿素合成反应的产物,二是现有各种水溶液全循环法中,一定量的水会随同未反应的NH3和CO2返回合成塔中。从平衡移动原理可知:水量增加,不利于尿素的形成.它将导致尿素平衡转化率下降。  表5-2 水碳比的影响  H2O:CO2 0.3 0.5 0.7 0.9
1.1 尿素平衡 转化率  69.0  68.6  67.4  65.8
64.0  水溶液全循环法中,水碳比一般控制在0.7~1.2;CO2气提法中,气提分解气在高压下冷凝,返回合成塔系统的水量较少,因此水碳比一般在0.3~0.4之间。 5.1.4操作压力  尿素合成总反应是一个体积减少的反应,因而提高压力对尿素合成有利,尿素转化率随压力增加而增大。但合成压力也不能过高,因压力与尿素转化率的关系并非直线关系,在足够的压力下,尿素转化率逐步趋于一个定值,压力再升高,转化率增加很少,但同时压缩的动力消耗增大,生产成本提高,高压下甲铵对设备的腐蚀也加剧。
 - 21 -  对于水溶液全循环法,当温度为190℃和NH3:CO2等于4时,相应的平衡压力为18~20MPa左右。对于CO2气提法操作压力为13~14MPa。 5.1.5反应时间  在一定条件下,甲铵生成反应速率极快,而且反应比较完全,但甲铵脱水反应速率很慢,而且反应很不完全。所以尿素合成反应时间主要是指甲铵脱水生成尿素反应时间。甲铵脱水速率随温度升高和氨碳比加大而加快。为了使甲铵脱水反应进行得比较完全,就必须使物料在合成塔内有足够的停留时间。但是,反应时间过长,设备容积要相应增大,或生产能力下降,同时,甲铵的不稳定性增加,尿素缩合反应加剧.且甲铵对设备的腐蚀也加剧,操作控制比较困难。  对于水溶液全循环法.反应时间一般为50~60 min:其CO2转化率可达62%~64%。对于二氧化碳气提法,反应时间一般为 40~50 min左右,其转化率约为53%。  5.2生产尿素的主要设备  5.2.1脱硫塔  该塔为圆柱形立式设备,其作用是在加压的条件下(2.0MPa),脱出二氧化碳中的硫化氢。含硫化氢的二氧化碳气体,自上而下通过多层氢氧化铁脱硫剂,发生脱硫反应,从塔的底部流出。为了提高脱硫效率,一般采用多塔并联和串联的组合方式。由于脱硫反应是在常压和加压的条件下进行,故该设备外壳为16MN材质制作。其结构示意图如图5-3。 5.2.2合成塔  合成塔是尿素合成的关键设备之一,液氨与二氧化碳在塔内反应,最后生成尿素。尿素合成塔在较高的压力下操作,因而应符合高压容器要求,工业生高压筒体一般采用较大的高径比。  尿素的合成是在较高温度下操作,外壳需要保温,保持热量不扩散。尿素的合成反应需要一段时间,所以塔内需要有足够的空间,反应中不需要外加催化剂和换热装置,所以合成塔为空筒形式,有的内装有塔板,以防物料的返混。  尿素合成反应液具有强烈的腐蚀作用,塔内壁采用耐腐蚀材料衬里,现在一般用超低碳奥氏体不锈钢、高铬锰不锈钢或钛作为衬里或内套。外壳为整体锻造
  - 22 -  或多层钢板卷焊制成的高压圆筒,顶盖于筒体的密封结构,也可以采用强制式的,目前都采用强制式的。

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