[发明专利]一种二次加热-降膜逆流换热的尿素中压分解工艺

说明书

技术领域

本发明公开了一种尿素生产中的中压分解工艺，属于尿素生产技术领域。

背景技术

工业生产尿素的反应分两步进行，第一步由氨和二氧化碳反应生成中间产物氨基甲酸铵 (简称甲铵)，其反应式为：

2NH₃(液)+CO₂(气)＝NH₄COONH₂(液)+Q₁

第二步由甲铵脱水生成尿素，其反应式为：

NH₄COONH₂(液)＝CO(NH₂)₂(液)+H₂O(液)-Q₂

第一步反应是一个可逆的强放热反应，生成氨基甲酸铵的反应速度比较快，容易达到化 学平衡，且达到化学平衡后二氧化碳转化为氨基甲酸铵的程度很高。第二步反应是一个可逆 的微吸热反应，需要在液相中进行，反应速度慢，需要较长时间才能达到化学平衡，并且合 成塔内存在逆向返混，即使达到化学平衡也不能使全部氨基甲酸铵都脱水转化为尿素。

出尿素合成塔的反应产物是一含有尿素、氨基甲酸铵、水和游离氨组成的溶液，未转化 的二氧化碳以氨基甲酸铵的形式存在，未转化的氨以氨基甲酸铵或游离氨的形式存在。该反 应产物经降压后进入分解加热系统，使氨基甲酸铵受热分解成气氨和二氧化碳气体，气液分 离后，气氨和二氧化碳气体从尿素溶液中分离出来，较纯的尿素溶液经进一步加工后得到符 合商品规格的粒状产品。

现有水溶液全循环生产尿素的工艺流程中设置了由一段分解加热系统和二段分解加热系 统组成的两段加热分解系统，使氨基甲酸铵溶液分解成气氨和二氧化碳以便进行回收。一段 分解加热系统又叫中压分解加热系统，一般由精馏塔和加热器组成，根据加热器的形式不同 ，中压分解加热可以分为再沸器型中压分解加热工艺和降膜式中压加热分解工艺。

1、再沸器型中压分解加热工艺

再沸器中压分解加热系统由独立的分解加热器和分解塔组成，分解加热器为列管式再沸 器，分解塔的上部为精馏段。来自尿素合成塔的含有尿素、氨基甲酸铵、水和游离氨组成的 反应混合物，在中压分解塔的精馏段与从中压分解塔下部来的含有NH₃、CO₂、H₂O的混合气体 接触，在约135℃的温度下进行精馏，出精馏段的溶液进入列管式再沸器，溶液在此被加热 至158℃～160℃后进入中压分解塔下部分离。

由于分解后产生的气体和液体在换热管内同向流动，加热器底部加入的防腐空气能与溶 液充分接触和溶解，因此，换热管的材料能使用普通的A1S1316L型材，可节约设备成本。但 气体和液体在换热管内同向流动，气体中的NH₃和CO₂对氨基甲酸铵的分解和游离氨的蒸出会 产生抑制作用，使得该工艺的氨基甲酸铵分解率不高，约为87％，总氨蒸出率约为89％，出分 解系统溶液中NH₃和CO₂含量之和约为11％。

2、降膜式中压加热分解工艺

降膜式中压加热分解系统的中压分解加热塔由上部的精馏段和下部的降膜式加热器组成 。来自尿素合成塔的含有尿素、氨基甲酸铵、水和游离氨组成的反应混合物，在中压分解塔 的精馏段精馏后进入降膜式加热器段，由降膜式加热器上端的液体分布器将尿素溶液成膜状 分布于换热管内壁，膜状尿素溶液从上往下流动时，被壳程的蒸汽加热，尿素溶液中氨基甲 酸铵分解成NH₃和CO₂。分解出的气体在管内从下往上流动时，由于气体的汽提作用促使氨基 甲酸铵分解和游离氨的蒸出，因此，在同等条件下，该工艺的氨基甲酸铵分解率和总氨蒸出 率高于再沸器型中压分解加热工艺，出分解器溶液中NH₃和CO₂含量之和约为9％。