浅谈 Snamprogetti 氨气提法的尿素生产工艺
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摘要：意大利斯纳姆普罗盖蒂(snamprogetti)公司创立于1956年，在60年代初开始尿素生产的研究。1966年第一个建成以氨做为气提气的日产70吨的尿素装置。本文简单谈谈其生产工艺。
早期第一代氨气提法尿素装置，设备采用框架式立体布置，氨直接加入气提塔底部。在70年代中期，改进了设计，设备改为平面布置。而且也不向气提塔直接加入氨气，这就是所谓的自气提工艺或称为第二代氨气提工艺，是目前采用的方法。
一、工艺流程
斯纳姆氨气提法尿素工艺由以下几个主要工序组成：
1）CO2气体的压缩；2）液氨的加压；3）高压合成与氨气提回收；4）中压分解与循环回收；5）低压分解与循环回收；6）中、低压分解与循环回收；7）真空蒸发与造粒；8）解吸与水解系统；各工序之间的关系可用图1-1表示。
1.原料的压缩
由尿素界区外合成氨装置送来的压力约为0.05MPa的CO2气体，加入少量工艺空气（防腐空气）后进入汽轮机驱动的离心式CO2压缩机，加压至15.9 MPa送入尿素合成塔。送来的液氨，经计量后进入液氨储槽，用液氨升压泵（电机驱动的单级离心泵）将液氨分两路送出：一路送入高压氨泵；另一路送至中压吸收塔。泵为高速离心泵，将液氨加压至2.1 MPa，送往高压液氨预热器，用低压蒸汽冷凝液预热后送入甲铵喷射泵，作为驱动流体，将来自甲铵分离器的甲铵液升压至合成塔压力，氨与甲铵液的混合物进入尿素合成塔，与进塔的CO2进行反应。
2.尿素的合成和高压回收
由合成氨厂送来的约0.105MPa(A)，40℃的二氧化碳，加入少量空气后进入离心式二氧化碳压缩机。加压到16MPa(A)送入尿素合成塔。液氨经过计量后进入液氨贮槽。用液氨升压泵将液氨从液氨贮槽分两路送出：一路到高压液氨泵入口；另一路到中压吸收塔。液氨升压泵为单级离心式，由电机驱动，其压差为0.6MPa。高压液氨泵为高速离心泵。将液氨加压到22MPa(A)。送往高压液氨预热器，用低压蒸汽冷凝液预热。预热后的液氨做为甲铵喷射泵的驱动流体，利用其过量压头，将甲铵分离器压力稍低的甲铵液，升压到尿素合成塔压力。氨与甲铵的混合液进入尿素合成塔与进塔的二氧化碳进行反应。
合成条件为：温度=188℃，压力=15．6MPa(A)，NH3/CO2=3.6(摩尔比)， H2O/CO2=0.6～0.7(摩尔比)。
合成塔内设有塔板，以防止物料返混，保证停留时间均匀，提高转化率和生产强度。
3.尿素的浓缩与造粒
由低压分解器底部来的溶液，减压到0.035MPa(A)进入降膜式真空浓缩器，在此进一步提高送往蒸发部分的尿液浓度。此设备分为两部分：顶部分离器，释放出的闪蒸汽在溶液进入管束之前，在此被分离并送往真空系统冷凝。下部列管式真空浓缩器。溶液进入真空浓缩器，最后残留的甲铵在此被分解。底部尿液浓度由70％上升到85％。所需热量由来自中压分解分离器顶部的气体与中压碳铵液泵送来的碳铵液在此汇合进行吸收冷凝的冷凝热供给，以节省蒸汽。底部尿液通过尿素溶液泵送往真空部分。
4.解吸和水解系统
斯纳姆公司也采用高温水解流程，与Stamicarbon的流程相同，但该公司的水解塔为卧式塔，操作压力和温度比Stamicarbon的高，分别为3.43MPa、230℃，因此水解塔的体积也小些。
来自真空系统的含有氨和二氧化碳的水，收集在工艺冷凝液槽中。收集在碳铵液闭路排放槽的碳铵液，用碳铵液回收泵送往工艺冷凝液槽中。在工艺冷凝贮槽中的工艺冷凝液，用工艺冷凝液泵经解吸塔废水换热器预热后，送往解吸塔。此塔的操作压力为0.45MPa(A)。解吸塔分为两个部分，下塔由35块塔板组成，上塔由20块塔板组成。上下塔之间安装有一块升气管塔盘。工艺冷凝液经解吸塔废水换热器被塔底流出的净化水预热后，从第45块塔板进料。含有水、尿素和少量氨和二氧化碳的工艺冷凝液，在上塔初步气提后，用水解器给料泵，经水解器预热器，被水解器出来的溶液预热后，送到水解器。在水解器用2.3MPa(A)以上的蒸汽，使尿素全部水解成氨和二氧化碳。由水解器出来的气体减压后进入解吸塔上部，与解吸塔出气汇合，进入解吸塔顶冷凝器冷凝。冷凝液到回流槽，用解吸塔回流泵一路送解吸塔顶作回流液，另一路去高压甲铵预热器与低压分离器分离出的气体混合，在此冷凝以预热高压甲铵液。水解后的液体，经水解器预热器换热后，进入解吸塔下塔顶部。下塔利用通入低压饱和蒸汽的再沸器，进一步解吸出氨和二氧化碳。由解吸塔下塔底部出来的净化废水，与进解吸塔的工艺冷凝液换热后，送出尿素界区可做锅炉给水。
二、工艺特点
斯那姆氨气提尿素工艺，是一种以氨为气提剂的全循环气提法。利用出合成塔溶液中所含过量氨，在操作压力与合成塔相同的，并用蒸汽加热的降膜换热器(气提塔)中，把二氧化碳气提出来。气提出来的二氧化碳和氨，在操作压力与合成塔相同的甲铵冷凝器中重新合成为氨基甲酸铵，而后再送回合成塔转化成尿素。
在氨气提法工艺中，二氧化碳进料量的85％左右在高压合成回路中循环。只有余下大约15％的二氧化碳以甲铵液的形式用泵加压返回合成塔。由于甲铵冷凝器的操作温度很高，足以利用气相冷凝放出的热量来发生蒸汽，以供流程中的许多部位使用，节省外来蒸汽耗量。此外，返回尿素合成塔的甲铵液温度，比传统流程中从低压系统来的物料温度高得多，减少了为把低温物流加热到合成塔操作温度所需要的供热量。
气提塔和整个尿素高压系统，存在有大量过量氨,使腐蚀问题减到最轻程度，钝化用氧气量可减到最小,使惰性气体浓度降低，从而提高了转化率。还避免了因存在过量氧而会形成爆炸件混合气的问题。
高压回路过量氨高，气提塔又采用钛材，气提塔的操作温度可以超过200℃，从而使高压回路中的分解率高。同时高压回路可以连续几天封塔保压。加上分解工段广泛采用降膜换热器，因而尿素溶液在装置内的存量减到最小，且不必排放。减少了排放液所带来的氨损失和对环境的污染。
参考文献：
[1]汪家铭. 双塔高效组合尿素合成新工艺[J]. 石油和化工节能, 2007, (02) .
[2]沈华民. 尿素合成的化工计算――焓模型篇[J]. 中氮肥, 2009, (01).