【文章內(nèi)容簡介】 0kg 左右 ,NH 3/ CO2的摩爾比和 H2O/CO2的摩爾比控制在一定的范圍內(nèi)。合成后的氣液混合物進入一段分解，進行氣液分離，將分離氣相后的尿液送入二段分解，進一步見混合物中的氣相除去。凈化后的尿液依次進入閃蒸槽、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，經(jīng)在空氣中沉降冷卻固化成粒狀尿素，并通過尿素塔底機用運輸皮帶送往儲存包裝車間。 9 圖 3 水溶液全 循環(huán)法生產(chǎn)尿素工藝流程簡圖 從一段分解、二段分解出來的氣相含有未反應的氨和二氧化碳，分別進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入惰洗器稀釋后，與二段吸收的殘余氣體混合進入尾氣吸收塔，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。 （二）原料的準備 合 成尿素的主要原料是液氨和氣體二氧化碳，二者分別是合成氨廠的主副產(chǎn)品，所以合成氨和尿素生產(chǎn)裝置設在一起，聯(lián)合生產(chǎn)。 1. 氨的性質(zhì) 氨的 分子式為 NH3，分子量為 ，在常溫常壓下是無色的具有特殊刺激性的氣體，在低溫高壓下可以液化，當溫度低于 ℃ 以下時，氨可以成為具有臭味的無色結晶，其主要物理性質(zhì)如下： 臨界溫度 ∕℃ 臨界壓力（絕壓） ∕MPa 臨界比容 ∕(m3∕㎏ ) 密度（氣體在標準狀態(tài)下） ∕（㎎ ∕L） 760 尿素生產(chǎn)對液氨質(zhì)量的要求其質(zhì) 量分數(shù)為：氨＞ ％，水＜ ％，油＜ 10 mg/kg。 2．二氧化碳 二氧化碳 是無色氣體，在一定條件下可以液化，在強烈冷卻時可以變?yōu)楣腆w，成為干冰，其分子式為 CO2，分子量為 44，其臨界壓力為 ，臨界溫度為 31℃ ，臨界密度為 ∕cm3，標準狀態(tài)下氣體密度為 ∕L,液體的密度為 ∕cm3，沸點為 ℃ ，熔點為 ℃ . 尿素生產(chǎn) 對原料二氧化碳氣的要求為 ： CO2含量＞ %（體積分數(shù)） H2S 含量＜ 15mg/m3。 10 （三）原料的凈化與輸送 （ 1）二氧 化碳脫硫與壓縮原理 原料二氧化碳是合成氨裝置生產(chǎn)的副產(chǎn)物，其中含有極少量的硫化物（主要是硫化氫）。為了減少硫化氫對尿素設備及管道的腐蝕，首先必須對其進行脫硫。方法有干法和濕法，干法較常用，可以達到很高的凈化度，但只有當空氣中的硫化氫含量較低時才能應用（ 1g／ m3），所以必須與濕法串聯(lián)，干法放在其后。其流程圖如圖 4。 圖 4 二氧化碳脫硫原理圖 有合成氨系統(tǒng)送來的二氧化碳氣體，進入壓縮機之前，在總管內(nèi)與氧氣混合。加氧是為了防止合成、循環(huán)系統(tǒng)的設備腐蝕。氧氣需要量約為二氧化碳總 量的 ％（體積），二氧化碳通過一個帶有水封的液滴分離器，用來除去二氧化碳氣體中的水滴以保護二氧化碳壓縮機。在液滴分離器之前設有放空閥，當系統(tǒng)停車或生產(chǎn)能力驟減時，由此放出一部分二氧化碳 。 2．液氨的凈化與輸送 從合成氨裝置內(nèi)送來的 表壓下的液氨，通過氨過濾器除去雜質(zhì)進入系統(tǒng)。 過濾后的液氨送入液氨緩沖槽的原料室中。液氨緩沖槽設有控制閥可自動控調(diào)節(jié)，并在控制盤上設有液氨緩沖槽的高低液位報警器。由中壓循環(huán)系統(tǒng)來的液氨進入氨循環(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入原料 11 室， 與新鮮原料混合。原料液氨與溢流氨匯合后從氨緩沖槽原料室進入高壓氨泵。高壓液氨進入合成塔之前，先經(jīng)過預熱器預熱到 45~55℃ ，高壓液氨經(jīng)預熱后送入高壓混合器，然后進入尿素合成塔。 （二）低壓分解與吸收 中壓分解后的尿素溶液中未轉化的氨基甲酸銨需要再一次減壓后進入低壓系統(tǒng)在進行分解，實驗測得數(shù)據(jù)表明，在 表壓以下及 120℃ 以上時，分解后的液相組成僅與溫度、壓力有關，而原始溶液總成無關。 （三）尿素溶液的蒸發(fā)與造粒 尿素合成反應液經(jīng)二次減壓加熱和閃蒸，將未反應物分離之后，得到溫度為95℃ 、濃度為 73%~75%的尿素溶液，貯存于尿液貯槽。次尿液必須進一步濃縮，將含水量降到 %，然后造粒，才便于貯存和運輸。尿素濃縮可以采用蒸發(fā)法，也可以采用結晶法。從蒸發(fā)法得到熔融狀尿素直接可以造粒，而結晶法得到固體結晶尿素，仍須加熱再熔融后進行造粒。這是由于結晶尿素易于吸潮結塊。蒸發(fā)法制的粒狀尿素含縮二脲在 %左右，而結晶法制的粒狀尿素中縮二脲的含量可以降到%。前者設備較少，即投資較少，后者投資稍有增加。具體采用哪種方法依情 況而定。熔融尿素 (140℃ )→ 尿素粒子 (140℃ )→ 尿素粒子 (60℃ )。 四、生產(chǎn)尿素的工藝條件 保證產(chǎn)品質(zhì)量并取得較好的技術經(jīng)濟效益，在生產(chǎn)過程中需嚴格控制各項藝條件，生產(chǎn)尿素的主要工藝條件如下。 （一）溫度的影響 尿素合成的控制反應是甲銨脫水，它是一個微吸熱反應，故提高溫度甲銨脫水速度加快。溫度每升高 10℃ ，反應速度約增加一倍，因此，從反應速率角度考慮，高溫是有利的。由實驗和熱力學計算表明，平衡轉化率開始時隨溫度升高而增大。若繼續(xù)升溫平衡轉化率逐漸下降。 表 1 反應溫度與二氧化碳轉化率的關系 反應溫度 /℃ 170 180 190 轉化率∕％ 60 60 12 備注：氨碳比 NH3:CO2=4, 水碳比 H2O:CO2= 這是因為高溫時甲銨在液相中分解成氨和二氧化碳所造成。綜合進行考慮：尿素合成塔內(nèi)部操作溫度大致為 185～ 200℃ 出現(xiàn)最大值，即最高平衡轉化率。溫度繼續(xù)升高，平衡轉化率下 降。 圖 5 溫度與轉化率的關系 （二）氨碳比（摩爾比）或過量氨的影響 氨碳比是指反應物料中 NH3/CO2 的摩爾比，常用符號 a 表示。 “氨過量率 ”是指原料中氨量超過化學反應式的理論量的摩爾百分數(shù)。兩者是有聯(lián)系的 ，如當原料 a=2時氨過量率為 0%，而 a=4 時，則氨過量率為 100%。 實驗表明， NH3過量能提高尿素的轉化率，因為過量的 NH3促使 CO2轉化，同時能與脫出的 H2O 結合成氨水，使水排除于反應之外，這就等于移去都分產(chǎn)物，也促使平衡向生成尿素的方向移動。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，也有利于提高轉化率。所以，過量氨增多，平衡轉化率增大，故工業(yè)上都采用氨過量操作，即氨碳比必須大于 2。 一般水溶液全循環(huán)法氨碳比選擇在 ~ 左右， CO2氣提法尿素生產(chǎn)流程中因設有高壓甲銨冷凝器移走熱量和 副產(chǎn)蒸汽，不存在超溫問題，而從相平衡及合成系統(tǒng)壓力考慮，其氨碳比選擇在 ~。 13 （三）水碳比 水碳比是指合成塔進料中 H2O/CO2的摩爾比，常用符號 b 來表示。水的來源有兩方面：一是尿素合成反應的產(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的 NH3和 CO2返回合成塔中。從平衡移動原理可知：水量增加，不利于尿素的形成．它將導致尿素平衡轉化率下降。 表 2 水碳比與