【正文】 ， 尿素裝置 過 于單系列大型化，裝置能力達(dá)到 1000t/a? 1500t/a。C ，轉(zhuǎn)化率 72%)和美國的 UTI 熱循環(huán)法?，F(xiàn)有的生產(chǎn)能力已經(jīng) 快要達(dá)到 ， 我國今后十年內(nèi)生產(chǎn)尿素都將過剩。密度 。尿素較易吸濕 ， 貯存要注意防潮?？膳c酸作用生成鹽。C 分解，產(chǎn)生氨氣同時(shí)變?yōu)榍杷帷?加 熱不穩(wěn)定，加熱至 150160176。 在氨水等堿性催化劑作用下能 與 甲醛反應(yīng)，縮聚成脲醛樹脂。C 時(shí)，臨界吸濕點(diǎn)降至 %,故尿素要避免在盛夏潮濕氣候下敞開存放。我國規(guī)定肥料用尿素縮二脲含量應(yīng)小于 %。尿素是 目 前使用的氮量最高的化肥。 4 尿素的生產(chǎn)方法簡介 生產(chǎn)尿素的方法有很多種， 20 世紀(jì) 60 年代以來，全循環(huán)法在工業(yè)上獲得普遍釆用，最常 用 的是水溶液全循環(huán)法生產(chǎn)尿素和二氧化碳?xì)馓岱ㄉa(chǎn)尿素。按未反應(yīng)物的循環(huán)利用程度，尿素生產(chǎn)方法可分為不循環(huán)法、半循環(huán)法和全循環(huán)法三種。 水溶液全循環(huán)法 20 世紀(jì) 60 年代以來 ， 全循環(huán)法在工業(yè)上獲得普遍釆用。其生產(chǎn)過程如圖 所示 ： 圖 水溶液全循環(huán)法生產(chǎn) 尿 素工藝 流程圖 Figure fullcirculation with water solution production urea process 兩種方法的比較 二 氧 化 碳 凈化 壓 縮 尿 素 合 成 塔 氨與二氧化碳的回收 液 氨 預(yù) 熱 過 濾 未反應(yīng)物分離 蒸發(fā)造粒 尿素成品 5 水溶液全循環(huán)尿素 工 藝的優(yōu)缺點(diǎn) [4] 水溶液全循環(huán)法是將未反應(yīng)的氨和二氧化碳，經(jīng)減壓加熱分解分離后，用水吸收生成甲銨或碳酸銨水溶液再循環(huán)返 回 合成系統(tǒng)。由于該工藝高壓設(shè)備較少，髙壓系統(tǒng)停車保壓時(shí)間可以達(dá)到 24h,所以生產(chǎn)裝置的中小檢修 一般可以在尿素合成塔允許的停車保壓時(shí)間內(nèi)完成 ， 減少了高壓系統(tǒng)排放的次數(shù)，降低了尿素的消耗。由于氨 和 碳摩爾比控制得較高，一般穩(wěn)定在 左右，并且未反應(yīng)生成尿素的氨和二氧化碳?xì)怏w全部要經(jīng)過低壓、中壓循環(huán)吸收系統(tǒng)回收后再返回 到尿素合成塔，液氨泵和一段甲銨泵的輸送量比較多，所以該工藝中液氨泵和一段甲銨泵的臺數(shù)較多，動力消耗較多。水溶液全循環(huán)尿素工藝的另一個缺點(diǎn)就是， 目 前國內(nèi)在運(yùn)行的生產(chǎn)裝置大多為年產(chǎn) (1020) l04t/a(經(jīng)過改造后的生產(chǎn)能力 )，也有個別廠家經(jīng)過雙尿素合成塔改造后達(dá)到了年產(chǎn) 30 萬 噸，最近山東化工規(guī)劃設(shè)計(jì)院也設(shè)計(jì)了年產(chǎn) 3040 萬 噸尿素的水溶液 全循環(huán)法生產(chǎn)尿素的裝置，但從單套裝置的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力來說，相對 CO2 氣提法生產(chǎn)尿素 工 藝的裝置還相差較遠(yuǎn)。它 是尿素 6 生產(chǎn)發(fā)展的一種方向。該工藝能夠回收較髙品位的甲按反應(yīng)熱，除本系統(tǒng)加熱使用外還可剩余少部分低壓蒸汽供外系統(tǒng)使用。 缺點(diǎn)： CO2 氣提法生產(chǎn)尿素 工 藝裝置的靜止高壓設(shè)備較多，有尿素合成塔、高壓二氧化碳?xì)馓崴?、高壓甲銨冷凝器、高壓洗滌 器四大主要設(shè)備，它們是 ： CO2 氣提法尿素工藝生產(chǎn)裝置的核心，其它均為低壓設(shè)備，所以該尿素工藝生產(chǎn)裝置的技術(shù)改造比較困 難，改造增產(chǎn)潛力較小。尿素合成反應(yīng)分兩 步進(jìn)行： ① 氨與二氧化碳作用生成氨基甲酸銨 (簡稱甲銨 )； ② 甲銨脫水生成尿素，其反應(yīng)式為： 2NH3+CO2—NH2COONH4 + （ 21） NH2COONH4—CO(NH2)2+H2O （ 22） 式 (21)是快速、強(qiáng)放熱反應(yīng)，且平衡轉(zhuǎn)化率髙。當(dāng)溫度不變時(shí)，轉(zhuǎn)化率隨壓力的升高而增大，轉(zhuǎn)化率達(dá)到一定值后繼續(xù)提高壓力，不再有 明 顯增大，此時(shí)， 幾 乎全部反應(yīng)混合物都以液態(tài)存在。增加反應(yīng)物料的停 留時(shí)間能提高轉(zhuǎn)化率，但并不經(jīng)濟(jì)。 這是一個可逆、放熱、體積縮小的反應(yīng)，反應(yīng)在液相中是分兩步進(jìn)行的。然后是液態(tài)甲銨脫水生成尿素，稱為甲銨脫水反應(yīng)：NH2COONH4→ CO(NH2) 2+ H2O。 9 第 3 章 水溶液全循環(huán)法的生產(chǎn)工藝流程 尿素的合成 液氨和二氧化碳直接合成尿素 總反應(yīng)為： 2 NH3+CO2—CO(NH2)2+H2O （ 31） 實(shí) 際上反應(yīng)是分兩步進(jìn)行的 ， 首先是氨與二氧化碳反應(yīng)生成氨甲酸銨： 2 NH3+ CO2—NH2COONH4 + （ 32） 該步反 應(yīng)是一個可逆的體積縮小的強(qiáng)放熱反應(yīng) ,在一定條件下，此反應(yīng)速率很快 , 客易達(dá)到平衡，且此反應(yīng)二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率很高 。 尿素的工藝流程圖 水溶液全循環(huán)法合成尿素工藝流程 ： 水溶液全循環(huán)法合成尿素工藝流程圖如圖 31，經(jīng)過加壓預(yù)熱的原料液氨與經(jīng)壓縮后的原料二氧化碳?xì)饧把h(huán)回收來的氨基甲酸銨液一并進(jìn)入預(yù)反應(yīng)器。氣、液在低壓循環(huán)分離器內(nèi)分離。 10 去 回收系統(tǒng) 去 冷凝真空系統(tǒng) 6 3 17 8 13 15 5 9 9 7 2 12 14 14 4 10 16 1 16 液氨 水 11 尿素成品 CO2 圖 水溶液全循環(huán)法合成尿素示意流程圖 Figure fullcirculation with water solution for urea synthesis flow chart 1預(yù)反應(yīng)器； 2尿素合成塔； 3預(yù)分離器； 4中 壓循環(huán)加熱器； 5中 壓循環(huán)分離器； 6精餾塔 。從合成氨車間氨庫來的液氨進(jìn)入氨儲罐，經(jīng)過氨升壓泵加 壓進(jìn)入高壓液氨泵，加壓至 20MPa 左右，經(jīng)過預(yù)熱后進(jìn)入甲銨噴射器作為推動液，將來自甲銨分離器的銨 11 溶液增壓后混合一起進(jìn)入尿素合成塔。 凈化后的尿液依次進(jìn)入閃蒸槽、一段蒸發(fā)、二段 蒸發(fā)濃縮，最后得到尿素熔融物，用刮料 泵輸送到尿素造粒塔噴灑器， 圖 水溶液全循環(huán)法生產(chǎn)尿素 工 藝流程簡圖 Figure fullcirculation with water solution urea production process flow diagram 在空氣中沉降冷卻同化成粒狀尿素，并通過尿素塔底機(jī)用運(yùn)輸皮帶送往儲存包裝車從一段分解、二段分解出來的氣相含有未反應(yīng)的氨和二氧化碳，分別進(jìn)入一段吸收和二段吸收，氨和二氧化碳被后面閃蒸、一段蒸發(fā)、二段蒸發(fā)工段冷凝下來的 冷凝水吸收混合形成水溶液，用泵送入尿素合成塔；一段吸收后剩余的氣體進(jìn)入惰洗器稀釋后，與二段吸收的殘余氣體混合進(jìn)入尾氣吸收塔，與一段蒸發(fā)、二段蒸發(fā)工段氣相冷凝除去水后殘余的氣體混合后放空。C 臨界壓力（絕壓） /MPa 臨界比容 /(nrg) 密度（氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 ） / (mg/L) 760 尿素生產(chǎn)對液氨質(zhì)量的要求其 質(zhì)量數(shù) 氨 %，水 %，油 10mg/kg。C. 尿素生產(chǎn)對原料二氧化碳?xì)獾囊鬄椋?CO2 含量 % (體積分?jǐn)?shù)） H2S 含量 15mg/m3。其流程圖如圖 33。在液滴分離器之前設(shè)有放空閥， 當(dāng) 系統(tǒng)停車或生產(chǎn)能力驟減時(shí) , 由此放出一部分二氧化碳。由中壓循環(huán)系統(tǒng) 來的液氨進(jìn)入氨循環(huán)槽的 回 流室，一部分作為中壓塔的回流氨，多余的氨流過的溢流隔板進(jìn)入原料室，與新鮮原料混合。 尿素溶液的蒸發(fā)與造粒 尿素合成反應(yīng)液經(jīng)二次減壓加熱和閃蒸，將未反應(yīng)物分離之后，得到溫度為 95176。從蒸發(fā)法得到熔融狀尿素直接可以造粒，而結(jié)晶法得到內(nèi)體結(jié)晶尿素，仍須加熱再熔融后進(jìn)旋流板吸收塔 再熱器 煙囪 脫硫劑制備 沉淀循環(huán)再生池 補(bǔ)充燒堿或純堿 14 行造粒。具體釆用哪種方法依情況而定。C)。C ， 反應(yīng)速度約增加一倍，因此，從反應(yīng)速率角度考慮，高溫是有利的。C 170 180 190 轉(zhuǎn)化率 /% 60 60 備注：氨碳比 NH3: CO2=4，水碳比 H2O: CO2= 這是 因 為高溫時(shí)甲銨在液相中分解成氨和二氧化碳所造成。 16 轉(zhuǎn)化率 % H2O/ CO2 = 75 H2O/ CO2 = 70 H2O/ CO2 = 65 170 180 190 200 溫度 /T 圖 溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系 Figure temperature and conversion of the relationship 氨碳比（摩爾比） 或過量氨的影響 氨碳比是指反應(yīng)物料中 NH3/CO2 的摩爾比，常用符號 a 表示 。再者，過剩氨還會抑制甲銨的水解和尿素的縮合等有害副反應(yīng)，也有利于提高轉(zhuǎn)化率。水的來源有兩方面： 17 一是尿素合成反應(yīng)的產(chǎn)物，二是現(xiàn)有各種水溶液全循環(huán)法中，一定量的水會隨同未反應(yīng)的出 NH3 和 CO2 返回合成塔中。對于水溶液全循環(huán)法，當(dāng)溫度為 190176。甲銨脫水速率隨溫度升髙和氨碳比加大而加快。對于二氧化碳?xì)馓岱?，反?yīng)時(shí)間一般為 40? 50 min 左右，其轉(zhuǎn)化率約為 53%。工業(yè)生產(chǎn)中，原料 CO2 氣濃度要求 98% (體積），愈純愈好。由于脫硫反應(yīng)是在常壓和加壓的條件下進(jìn)行，故該設(shè)備外殼為 16Mn材質(zhì)制作。為了防止活塞于汽缸咬合，提高汽缸使用壽命，四、五段缸鑲有鑄鐵缸套，其中間有一空隙引入壓縮機(jī)三段進(jìn)門氣體，稱為平衡段，用以平衡活塞力 . 5. 3 合成塔 合成塔是尿素合成的關(guān)鍵設(shè)備之一液氨與二氧化碳在塔內(nèi)反應(yīng)，最后生成尿素。 尿素合成反應(yīng)液具有強(qiáng)烈的腐蝕作 用 ， 塔內(nèi)壁釆陽耐腐蝕材料襯里，現(xiàn)在一般用超低碳奧氏體不銹鋼、高鉻錳不銹鋼或鈦?zhàn)鳛橐r里或內(nèi)袞。 中壓分解分離器 中壓分解分離器為立式旋風(fēng)分離裝置，氣體從切線方向有接管進(jìn)入器內(nèi)，產(chǎn)生離心力， 20 液滴依靠重力而下沉。中壓吸收塔一般為立式設(shè)備，分上下兩段，下部為鼓泡段，其中有氣體分布器和加熱與冷卻管束。該設(shè)備為臥式列管式熱交換器，用碳鋼制成。 21 第 6 章 物料衡算和熱量衡算 物料衡算 計(jì)算基準(zhǔn)：以一噸尿素為基準(zhǔn)。C 。(P0－ PH2O)=(－ )= ③ 損失 CO2 量： CO2： ； O2： ； N2： ； H2O： ④ 壓縮后 CO2 氣體量： CO2： mco2 總 － m co2 損 =785－ == O2： mo2 總 － mo2 損 =－ == N2： mN2 總 － mN2 損 =－ == 含水量： mH2O 總 － mH2O 損 =－ == 尿素合成塔 NH3/CO2=； H2O/CO2=；壓力： P=；溫度： t=188176。C 排除物料： CO2： % 24 NH3： % 氣相中含水： 26% 生成縮二脲： 6kg 消耗尿素： 60% = 放出 NH3： 6 17/103= 設(shè)二段分解排出氣體： CO2─ x kg NH3─ y kg H2O─ z kg – x/– x– y– z= （ 61） +– y/– xy– z= （ 62） z/18(x/44+y/17)=26/74 （ 63） 有 （ 61）（ 62）（ 63） ，可