年产400万吨尿素项目初步设计说明书.docx

年产400万吨尿素项目初步设计说明书.docx

《年产400万吨尿素项目初步设计说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《年产400万吨尿素项目初步设计说明书.docx（48页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

年产400万吨尿素项目初步设计说明书

第一章总论

1.1项目概况

本项目年产400万吨尿素以液氨和二氧化碳为原料，采用斯塔米卡邦（Stamicarbon）合成工艺路线，生产纯度为98.5%（质量分数）的尿素。

1.2设计依据

（1）《化工工艺设计手册（第四版）》

（2）化工设计相关国家标准；

（3）国家经济、建筑、环保等相关政策；

（4）本项目可行性报告。

1.3设计原则

（1）设计要做到切合实际，技术先进，经济合理，安全适用；

（2）所选择的设备和材料必须可靠，且尽可能国产化，并注意解决好超限设备的制造和运输问题；

（3）充分依托现有社会公共设施，以降低投资，加快项目建设进度，采取切实可行的措施节约用水；

（4）贯彻主体工程与环境保护、劳动安全和工业卫生、消防同时设计、同时建设、同时投产；

（5）消防、卫生及安全设施的设置必须贯彻国家关于环境保护、劳动安全的法规和要求，符合石油化工行业的相关标准；

（6）所选择的产品方案和技术方案应是优化的方案，以最大程度减少投资，提高项目经济效益和抗风险能力。

科学论证项目的技术可靠性、项目的经济性，实事求是地做出研究结论。

1.4尿素的物理化学性质及用途

1.4.1尿素的物理性质

尿素的化学名称为碳酰二胺，分子式为CO（NH2）2，分子量为60.06，含氮量为46.65%。

纯尿素为无色、无味、无臭的针状或棱柱状结晶体。

工业尿素因含有杂质而呈白色或浅黄色，工业或农业品为白色略带微红色固体颗粒。

密度1.335g/cm3。

熔点132.7℃。

超过熔点则分解。

尿素较易吸湿，贮存要注意防潮。

尿素易溶于水和液氨，其溶解度随温度升高而增大。

1.4.2尿素的化学性质

尿素呈微碱性，可与酸作用生成盐。

但尿素不能使一般指示剂变色。

在酸性或中性溶液中尿素有水解作用，但在60℃以下，尿素不发生水解作用。

随着温度的升高，水解速度加快，水解程度也增大。

尿素在高温下可进行缩合反应，生成缩二脲、缩三脲和三聚氰酸。

在氨水等碱性催化剂作用下能与甲醛反应，缩聚成脲醛树脂[1]。

1.4.3尿素的用途

尿素的主要用途：

作化肥用、作饲料用、其它工业用。

1.4.3.1作化肥用

尿素是一种高浓度氮肥，属中性速效肥料，也可用来生产多种复合肥料。

在土壤中不残留任何有害物质，长期施用没有不良影响，但在造粒中温度过高会产生少量缩二脲，又称双缩脲，对作物有抑制作用。

我国规定肥料用尿素缩二脲含量应小于0.5%。

缩二脲含量超过1%时，不能做种肥，苗肥和叶面肥，其他施用期的尿素含量也不宜过多或过于集中。

尿素是有机态氮肥，经过土壤中的脲酶作用，水解成碳酸铵或碳酸氢铵后，才能被作物吸收利用。

因此，尿素要在作物的需肥期前4~8天施用。

尿素是目前使用的含氮量最高的化肥。

尿素属中性速效肥料，长期施用不会使土壤发生板结。

其分解释放出的CO2也可被作物吸收，促进植物的光合作用。

在土壤中，尿素能增进磷、钾、镁和钙的有效性，且施入土壤后无残存废物。

1.4.3.2作饲料用

尿素中氮虽不是蛋白质形态的，但和碳水化合物一起经过胃液长时间作用，可以造成蛋白质形态氮，故可以作为反雏动物的饲料。

1.4.3.3其它工业用

目前，据不完全统计，全世界尿素作工业原料在总产量中占很大比重。

主要有脲醛树脂、塑料、油漆、和胶黏剂，尿素的缩合物三聚氰胺是一种较好的涂料。

尿素还可以用作巴比妥、洁齿剂和利尿剂等药物的原料。

此外，尿素可以用作石油精制剂、纤维软化剂、炸药稳定剂等。

第二章产品方案及产品规模

2.1产品方案

本项目的产品方案以国家的行业政策和行业的发展规划为依据进行确定，并充分考虑国内国际的市场前景和市场容量。

产品的数量、规格和国家标准如下：

（1）尿素的数量、规格和国家标准

本项目的产品为尿素，年产量400万吨，含量98.5%，属于优等品。

质量标准：

尿素执行中华人民共和国国家标准《尿素》（GB2440——2001）如表1.1所示。

表2.1中华人民共和国国家标准《尿素》（GB2440——2001）

指标名称

农业用

优等品

一等品

合格品

总氮（N）含量（以干基计）%≤

46.4

46.2

46.0

缩二脲含量%≤

0.9

1.0

1.5

水（H2O）分≤

0.4

0.5

1.0

2.2产品规模

表2.2产品规模

产品名称

数量

纯度

尿素

400万吨/年

≥98.5%

2.3主要原料规格及消耗

本项目主要原料为某公司的液氨和二氧化碳气体，其年消耗量如下表所示：

表2.3主要物料消耗量

名称

数量

纯度

液氨

226.4万吨/年

≥99.5%

CO2

306.0万吨/年

≥98.5%

第三章工艺方案选择

3.1概述

本项目为年产400万吨尿素生产项目，建厂地址在某股份有限公司。

本项目选择CO2汽提工艺装置，采用荷兰Stamicarbon公司发明的Stamicarbon二氧化碳汽提技术。

此法现已成为世界上建厂最多、生产能力最大的生产方法。

常见的尿素生产工艺有传统水溶液全循环法、荷兰斯塔米卡邦CO2汽提法、意大利斯纳姆普罗盖蒂氨汽提法、日本改良C法和ACES法等。

随着工农业的高度发展，世界各国对尿素的需求量会逐步增大，由此带来的能源利用与环境保护问题也相应增加。

目前，我国能源工业面临着经济增长、环境保护和社会发展的巨大压力，因此，尿素合成工艺节能新技术的开发及利用也越发引起人们的关注。

3.2工艺原料资源可行性

该项目采用的主要原料是氨和二氧化碳。

解放前中国只有两家规模不大的合成氨厂，解放后合成氨工业有了迅速发展。

1949年全国氮肥产量仅0.6万吨，而1982年达到1021.9万吨，成为世界上产量最高的国家之一。

近几年来，中国引进了一批年产30万吨氮肥的大型化肥厂设备。

中国自行设计和建造的上海吴泾化工厂也是年产30万吨氮肥的大型化肥厂。

这些化肥厂以天然气、石油、炼油气等为原料，生产中能量损耗低、产量高，技术和设备都很先进。

我国合成氨生产主要集中在山东、山西、河南、湖北、##、江苏等地，其中以山东省产量最大，2010年产量为663万吨，占全国总产量的13.4%左右。

##省2014年合成氨产量为550万吨，某有限股份公司年产合成氨130万吨，二氧化碳来源于合成氨工艺装置，原料供应充足，工艺路线可行。

3.3尿素生产方法简介

工业上尿素的生产方法主要有三个：

水溶液全循环法、二氧化碳汽提法和氨汽提法。

当今尿素生产工艺技术已趋于成熟，无论采用何种生产工艺，生产过程中主要原料消耗大体上是一致的，其先进与否主要体现在公用工程即水、电、汽的消耗，NH3和C02的回收利用、环保排放以及设备结构、设备布置等方面。

3.3.1传统水溶液全循环法工艺

水溶液全循环工艺虽然是上世纪60年代的技术，国外早已淘汰，但由于我国对尿素工艺的研究和开发，均以此工艺为主，因此在工艺设计、设备制造、操作技术和生产管理方面积累了丰富的经验。

此工艺在中国从1966年到2008年经历了42年的生产和技改，已创出汽耗为1100kg的水平。

进一步回收热能，使汽耗降到900kg的工艺也将出现。

因此中国式的改良型水溶液全循环法尿素新工艺即将诞生，她大大不同于60年代传统的预分离工艺。

水溶液全循环法是将未反应的氨和CO2加热减压蒸出后用于吸收生成甲铵或碳酸铵水溶液循环返回合成系统的生成尿素方法，该法主要用于中小型尿素装置。

此流程的未转化物需两段分解，三段吸收，流程较长且分解压力不高，分解气的冷凝热除小部分被利用外，需用冷却水移走，能耗较高。

此外，循环甲铵液量大时可能结晶堵塞管道，操作维修麻烦。

此流程已逐渐失去优势。

3.3.2二氧化碳汽提工艺

在合成压力下，用CO2气对甲铵液进行汽提,分解的氨和C02在合成压力下冷凝，其冷凝热用来副产蒸汽供二段分解和一段蒸发作加热蒸汽用，并作为蒸汽喷射器的动力蒸汽以及提供系统保温用。

由于采用CO2汽提，该工艺与氨汽提尿素工艺相比，汽提压力较低，汽提效率较高，因而无需中压分解也能满足尿素装置生产的要求。

CO2汽提尿素工艺高压圈包括尿素合成塔、汽提塔、甲铵冷凝器、高压洗涤器和高压喷射器；高压液氨作为甲铵喷射器的驱动流体，将甲铵液增压返回合成塔。

CO2气经CO2压缩机增压进入汽提塔。

汽提塔出口液相送入低压分解系统，汽提塔出口的汽提气和甲铵喷射器来的甲铵液一起进入甲铵冷凝器,甲铵冷凝器由气、液2根管道分别将气体、液体送入尿素合成塔,合成塔中的尿液自流到汽提塔。

合成塔气相出口送入高压洗涤器，高压洗涤器出口的气体含少量的氨和CO2送入低压吸收塔，用工艺冷凝液及蒸汽冷凝液吸收，吸收后的尾气排入大气中。

后工序仪设置了低压分解吸收系统；真空蒸发系统包括了2段真空蒸发和冷凝系统，并设置了工艺冷凝液处理工序，真空蒸发后的尿液送入最终造粒工序。

改进型CO2汽提法工艺流程由以下工序组成：

高压圈主要包括尿素合成塔、高压洗涤器、高压喷射器、汽提塔和甲铵冷凝器，后工序仅设置了低压分解吸收系统。

并且设置了处理工艺冷凝液的工序，尿液经过真空蒸发后送入造粒工序。

其特点是在最佳氨碳比的条件下，使合成压力降到最低。

与此同时，在合成压力下，采用CO2进行汽提和冷凝，产生的冷凝液用来副产蒸汽为低压分解和一段蒸发做加热用，并作为蒸汽喷射器的动力蒸汽以及为系统保温。

3.3.3氨汽提工艺

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。

3.4工艺方法比较和确定

水溶液全循环法是我国目前大多数中小型尿素装置生产采用的方法。

水溶液全循环工艺虽然是上世纪60年代的技术，国外早已淘汰，但由于我国对尿素工艺的研究和开发，均以此工艺为主，因此在工艺设计、设备制造、操作技术和生产管理方面积累了丰富的经验。

优点：

合成塔内转化率高，尾气压力、温度比较低，爆炸危险性小，工艺比较成熟，操作简单方便，机泵和非标设备均为国产化。

缺点：

未反应物采用三段减压分解，动力消耗比较大，设备腐蚀严重，原料和能源浪费严重，对环境污染较大。

　　二氧化碳气提法是国内新建大中型装置多采用的工艺流程。

特点：

气体效率高，使未反应物大部分直接返回，少量残余物只需一次加热分解、二次吸收即可实现回收再利用，能源得到合理利用。

流程短，设备少，易操作，操作压力、温度较低，降低合成塔要求，降低了爆炸的危险性，节省压缩机和泵的动力，蒸汽和冷却水用量少。

缺点：

对设备的腐蚀性较大，操作上要求比较高，一次性投入较大。

氨气提法设备没有实现国产化，装置均为国外进口。

特点：

氨的自揭作用，甲铵分解率增高，因此减小了中低压分解回收的负荷，动力消耗随之减少，总能耗降低，运转效率高，操作弹性大，它检修方便，爆炸危险