【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 和復(fù)合肥料，氨作為工業(yè)原料和氨化飼料，用量約占世界產(chǎn)量的 12%。 硝酸 、各種含氮的無(wú)機(jī)鹽及有機(jī)中間體、磺胺藥、聚氨酯、聚酰胺纖維和 丁腈 橡膠 等都需直接以氨為原料。液氨常用作制冷劑。 工藝簡(jiǎn)介 ： 合成氨的基本原理： 3H2+N2 2NH3 合成氨的原料包括氮?dú)?、氫氣，氮?dú)鈴目諝庵蝎@取，氫氣來(lái)源較廣。川化合成氨工藝的氫氣來(lái)源是天然氣 。合成氨中經(jīng)歷了由天然氣（ CH4）轉(zhuǎn)換為合成氣（ H2+CO+CO2）、將 CO 轉(zhuǎn)化為 CO脫 CO2， N2+H2合成氨氣，然后氨氣冷凝為液氨，其中包括原料天然氣的壓縮和脫硫、粗合成氣的制備、合成氣的凈化、 經(jīng)合成器的壓縮和氨的合成等四道工序。 空氣 蒸汽 工藝?yán)淠? CO2 去小尿和 氣體廠 NH3 產(chǎn)品 氨水送氨水站 洗滌氣送氣體廠 Fe3O4,Al2O3,K2O 合成氨概述及工藝簡(jiǎn)介 天然氣 脫硫 原料 氣壓縮機(jī) 高溫變換 一段轉(zhuǎn)化 二轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)化 低溫變換 脫碳 甲烷化 合成 冷凍 合成 氣壓縮機(jī) 氨 氣壓縮機(jī) 空氣壓縮機(jī) 馳放氣洗滌塔 工藝?yán)淠浩崴? 水處理 工藝流程 ： 13 產(chǎn)生低壓蒸汽 氣包 100MPa 31℃ CO CO2 100~200℃ 脫硫 尿素車間 甲烷、蒸氣參與反應(yīng) 空氣 天然氣 合成氨壓縮機(jī) 天然氣壓縮機(jī) 分離罐 原料 加熱器 加氫器 再生塔 脫硫槽 氨冷器 CO2吸收塔 甲烷化預(yù)熱器 一段 轉(zhuǎn)化爐 二段 轉(zhuǎn)化爐 第一廢熱鍋爐 空氣壓縮機(jī) 第二廢熱鍋爐 粗氣分離器 廢鍋預(yù)熱器 再 沸 器 低變廢鍋 低變爐 高變廢鍋 高溫變化爐 回流 罐 分離罐 過(guò)濾器 中壓氣提塔 換熱器 高 變爐 水冷塔 合成氨壓縮機(jī) 低變廢鍋 CO2再生 塔 一段 閃蒸罐 凈化 分離器 中間儲(chǔ)槽 冰機(jī) 分離罐 氨冷器 氨 分離 器 合成塔 冰機(jī)儲(chǔ)槽 第二 段 閃蒸罐 馳放 洗滌塔 洗滌塔 氨蒸餾塔 氨球 分離 器 排放槽 氨冷 凝 器 第 三 廢熱鍋爐 合成氨流程方框圖 14 川化股份有限公司化肥廠現(xiàn)有 2 套尿素生產(chǎn)裝置，其中一尿素裝 置采用傳統(tǒng)氺溶液全循環(huán)法工藝，主要包括合成、兩段分解、三段吸收、兩段蒸發(fā)和自然通風(fēng)造粒等工序，生產(chǎn)能力為 160kt/a；二尿裝置原采用日本東洋工程公司水溶液全循環(huán)改良 C 法工藝， 2021 年采用該公司的 ACES21 工藝進(jìn)行增產(chǎn)、節(jié)能技術(shù)改造，改造后設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為 720kt/諸多缺點(diǎn)，目前大多廠家采用汽提法生產(chǎn)尿素。汽提法是水溶液全循環(huán)法的一項(xiàng)重要改進(jìn)類型。其實(shí)質(zhì)是在與合成反應(yīng)相等壓力的條件下，利用一種氣體通過(guò)反應(yīng)物系（同時(shí)伴有加熱），使未反應(yīng)的氨和二氧化碳通過(guò)汽提法合成。 尿素是由碳、氮、氧和氫組成的有機(jī)化合物，又稱脲（與尿同音）。其化學(xué)公式為 CON2H (NH2)2CO 或 CN2H4O，分子質(zhì)量 60，國(guó)際非專利藥品名稱為 Carbamide。外觀是白色晶體或粉末。它是動(dòng)物蛋白質(zhì)代謝后的產(chǎn)物，通常用作植物的氮肥。尿素在肝合成，是哺乳類動(dòng)物排出的體內(nèi)含氮代謝物。這代謝過(guò)程稱為尿素循環(huán)。尿素是第一種以人工合成無(wú)機(jī)物質(zhì)而得到的有機(jī)化合物。 基本用途 ： 醫(yī)學(xué)應(yīng)用：皮膚科以含有尿素的某些藥劑來(lái)提高皮膚的濕度。非手術(shù)摘除的指甲使用的封閉敷料中，含有 40%的尿素。測(cè) 試幽門螺桿菌存在的碳 14呼氣試驗(yàn)，使用了含有碳 14或碳 13標(biāo)記的尿素。因?yàn)橛拈T螺桿菌的尿素酶使用尿素來(lái)制造氨，以提高其周邊胃里的 pH值。同樣原理也可測(cè)試生活在動(dòng)物胃中的類似細(xì)菌。 農(nóng)業(yè)應(yīng)用：尿素是一種高濃度氮肥，屬中性速效肥料，也可用于生產(chǎn)多種復(fù)合肥料。在土壤中不殘留任何有害物質(zhì)，長(zhǎng)期施用沒(méi)有不良影響。畜牧業(yè)可用作反芻動(dòng)物的飼料。 但在造粒中溫度過(guò)高會(huì)產(chǎn)生少量縮二脲，又稱雙縮脲，對(duì)作物有抑制作用。我國(guó)規(guī)定肥料用尿素縮二脲含量應(yīng)小于 %?？s二脲含量超過(guò)1%時(shí)，不能做種肥，苗肥和葉面肥，其他施用期的尿素 含量也不宜過(guò)多或過(guò)于集中。尿素是有機(jī)態(tài)氮肥，經(jīng)過(guò)土壤中的脲酶作用，水解成 碳酸銨 或 碳酸氫銨 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。 飼料添加劑 ： 人類糧食資源與蛋白質(zhì)的短缺，也造成飼料工業(yè)一大難題。業(yè)者積極尋找蛋白質(zhì)的新來(lái)源，并擴(kuò)及蛋白質(zhì)以外的氮來(lái)源，例如含氮量高的尿素。 實(shí) 驗(yàn)室應(yīng)用 ： 尿素能非常有效的使蛋白質(zhì)變性，尤其能非常有效地破壞非共價(jià)鍵結(jié)合的蛋白質(zhì)。這特點(diǎn)可以提高某些蛋白質(zhì)的可溶性，其濃度可達(dá) 10摩爾 /體積。尿素也可用來(lái)制造硝酸尿素。 在化妝品中的應(yīng)用 ： 尿素是一種很好用的保濕成分，它就存在于肌膚的角質(zhì)層當(dāng)中，屬于肌膚天然保濕因子 NMF 的主要成分。對(duì)肌膚來(lái)說(shuō)，尿素具有保濕以及柔軟角質(zhì)的功效，所以也能夠防止角質(zhì)層阻塞毛細(xì)孔，藉此改善粉刺的問(wèn)題。用于面膜、護(hù)膚水、膏霜、護(hù)手霜等產(chǎn)品中保濕成份的添加。添加比例為 35%。 工業(yè)應(yīng)用 ： 對(duì)鋼鐵、不銹鋼化學(xué)拋光有增光作用 ，在金屬酸洗中用作緩蝕劑，也用于鈀活化液的配制。 尿素合成概述及工藝簡(jiǎn)介 15 尿素生產(chǎn)過(guò)程主要有四道工序 1 原料氨氣和二氧化碳的壓縮：原料液氨由合成氨車間供給，進(jìn)入尿素車間后，經(jīng)過(guò)氨預(yù)熱器后進(jìn)入高壓氨泵，為了避免液氨氣化需要控制液氨的溫度比經(jīng)過(guò)氨泵提壓后的沸點(diǎn)低于 10*C。原料 CO2 氣，也有合成氨車間送來(lái)，經(jīng)過(guò) CO2壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入合成塔和氣提塔底部。 2 合成與氣提：本工序有高壓甲胺冷凝器、尿素合成塔、汽提塔等設(shè)備。 趕出液體中85%的 NH3 和75%的 CO2 將液體 NH3 和氣體 CO2 大部分冷凝成為甲銨液體 、 143℃ 甲胺轉(zhuǎn)化為尿素 二氧化碳 進(jìn) 180~185℃ 出 165~175℃ ~ 180~183℃ CO2 原料液氨 尿素車間 合成塔 CO2 壓縮機(jī) 氨預(yù)熱器 高壓氨泵 尿素合成塔 汽提塔 高壓甲胺冷凝器 16 3 中低壓分解和回收工序：采用兩段將壓分解吸收對(duì)尿素溶液中的未反應(yīng)物進(jìn)行分解和回收。降壓分解塔為精餾塔，通過(guò)降低壓力，使用溶液本身的熱能使一部分甲胺分解，同時(shí)溶液的溫度下降。經(jīng)過(guò)中壓和低壓分解塔，充分實(shí)現(xiàn)甲胺的分解和回收。 4 尿液的蒸發(fā)和造粒： ACES21 工藝尿素裝置設(shè) 置有真空濃縮器，對(duì)尿素進(jìn)行預(yù)濃縮，采用強(qiáng)制通風(fēng)的方式利用固定噴頭對(duì)尿素溶液噴灑造粒。其造粒裝置設(shè)置有多個(gè)固定噴頭，有備用噴頭以便有噴頭生產(chǎn)不正常或者異常時(shí)可以替換而不影響正常生產(chǎn)。 熔融泵 二段蒸發(fā)給料泵 料漿泵 真空濃縮器循環(huán)泵 去造 粒塔 去工藝 冷凝液處理系統(tǒng) 去回收系統(tǒng) 來(lái)自回收系統(tǒng) 尿素溶液 來(lái)自凈化系統(tǒng) 低壓分解塔 去工藝?yán)淠禾幚硐到y(tǒng) 來(lái)自甲銨液處理系統(tǒng) 去甲銨泵 去濃縮系統(tǒng) 來(lái)自一段蒸發(fā)器 來(lái)自甲銨泵 來(lái)自工藝?yán)淠禾幚硐到y(tǒng) 放空 尿素溶液 去一段蒸發(fā)器 中壓分解塔 真空濃縮器 結(jié) 晶 器 一段蒸發(fā)分離器 二段蒸發(fā)分離器 17 生產(chǎn)原理 ： 工業(yè)上用液氨和二氧化碳為原料，在高溫高壓條件下直接合成尿素 。 NH2COONH4(l)→ (NH2)2CO(l)+H2O Q=15kJ/mol 第一步是強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，在常溫常壓下即可發(fā)生反應(yīng)，且進(jìn)行得很快。第二步反應(yīng)，即甲胺的脫水反應(yīng)在固相中進(jìn)行得很慢，須在液態(tài)中才會(huì)有明顯的反應(yīng)。 生產(chǎn)流程： 鼓風(fēng)機(jī) （ 強(qiáng)制固化） 包裝、造粒 % 水分蒸發(fā)過(guò)程 18kPa、 74℃ 冷卻蒸氣，形成 負(fù)壓抽走水分 蒸發(fā)變氣相 137℃ 尿液 % 125~130℃ 尿液 95% 預(yù)濃縮 尿液 72% 16~20MPa H2O 130℃ 尿素 64% % 甲胺 % 其余為水 減 壓 至 工藝?yán)淠? 尿素 42% CO211%~13% NH312% 使甲胺分解 123℃ 155℃ 液相 150℃ 將液相中 NH CO2 從液相中提取出來(lái) 回收反應(yīng)熱，富產(chǎn)低壓蒸汽，供生產(chǎn)使用 CO2 NH3 183℃ 甲胺強(qiáng)放熱 NH CO2 尿素、甲胺 甲 氨冷 凝 器 合成塔 汽提塔 高壓回收 低壓回收 工藝 冷 凝液 泵 壓力水解塔 高壓分解器 濃縮塔 低壓分解器 濃縮段 濃縮二段 表冷系統(tǒng) 尿素合成流程框圖 尿素 NH3 CO2 2NH3(g)+CO2(g)→ NH2COONH4(l) Q=118kJ/mol 合成 中壓循環(huán) 氨甲銨分離 廢水處理 低壓循環(huán) 蒸發(fā) 造粒 18 硝酸是一種強(qiáng)氧化性、腐蝕性的強(qiáng)酸。硝酸易溶于水，常溫下其溶液無(wú)色透明。其不同濃度水溶液性質(zhì)有別，市售 濃硝酸 為恒沸溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 %（約16mol/L）；質(zhì)量分?jǐn)?shù)足夠大（市售濃度最高為 98%以上）的，稱為 發(fā)煙硝酸 。硝酸易見(jiàn)光分解，應(yīng)在棕色瓶中于陰暗處避光保存，嚴(yán)禁與 還原劑 接觸。硝酸在工業(yè)上主要以 氨氧化 法生產(chǎn)，用以制造化肥、炸藥、硝酸鹽等；在有機(jī)化學(xué)中，濃硝酸與 濃硫酸 的混合液是重要的硝化試劑。 合成方法： （一） 稀硝酸工業(yè)上制取稀硝酸的方法有常壓法、綜合法、中壓法和 GP 雙加壓法。常壓法是氨一空氣混合氣在常 壓下氧化成 氮氧化物 ，氮氧化物在常壓下經(jīng)多級(jí)填料吸收塔進(jìn)行水吸收，以制得稀硝酸。其尾氣經(jīng)堿吸收后排放。綜合法足凈化后的氨 空氣混合氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)升壓，預(yù)熱后通過(guò)紙板過(guò)濾器進(jìn)入氧化爐，氧化成一氧化氮。氣體進(jìn)人冷卻洗滌器，進(jìn)入氧化塔進(jìn)行一氧化氮氧化，隨即進(jìn)入酸吸收塔，由塔頂加入水進(jìn)行吸收生成稀硝酸。由塔底部流出的硝酸進(jìn)入漂白塔，制得稀硝酸成品。