尿素的工业发展过程
简述尿素合成反应原理(一)
简述尿素合成反应原理(一)简述尿素合成反应引言尿素是一种重要的有机化合物，广泛应用于化工、农业等领域。
它的合成方法有多种，其中最著名的一种是Wöhler合成法。
本文将从原理、反应条件、反应机制等方面介绍尿素合成反应。
原理尿素的合成反应原理主要基于氨和二氧化碳的反应。
一般采用氨与二氧化碳在高温高压条件下催化反应，生成尿素。
该反应的化学方程式可表示为：2NH3 + CO2 -> NH2CONH2 + H2O反应条件尿素合成反应需要一定的反应条件才能高效进行。
以下是该反应的基本条件：•温度：通常在°C下进行。
•压力：通常在 atmospheres 压力下进行。
•催化剂：一般采用铜或铁催化剂。
反应机制尿素合成反应的机制较为复杂，涉及多步反应。
以下是该反应的基本步骤：1.吸附：氨和CO2分别在催化剂表面吸附。
2.氨分解：吸附的氨分解为氮和氢。
3.氨合成：吸附的氮与氢再次结合生成氨。
4.CO2分解：吸附的二氧化碳分解为一氧化碳和氧。
5.氨与一氧化碳反应：氨与一氧化碳发生反应生成尿素。
反应优化尿素合成反应的优化主要在于改善反应速率和选择性。
以下是一些常见的优化方法：•催化剂选择：不同的催化剂对反应速率和选择性有不同的影响，通过选择适合的催化剂可以提高反应效率。
•温度和压力控制：合适的温度和压力条件可以促进反应进行。
•反应物浓度：控制反应物的精确浓度可以提高反应的选择性。
应用尿素的广泛应用使得尿素合成反应成为一项重要的工业化学反应。
它不仅用于肥料生产，还应用于医药、染料、塑料等领域。
结论尿素合成反应是一种重要的有机化学反应。
在理解其原理、反应条件和反应机制的基础上，进行反应优化可以提高合成效率和产品选择性。
随着对尿素应用领域的不断拓展，该合成反应的研究和发展也将得到进一步的推动。
参考资料：•Vogel’s Textbook of Practical Organic Chemistry, 5th edition, A.I. Vogel, et al.•Organic Chemistry, T.W. Graham Solomons, et al.实验条件为了实现尿素的高效合成，需要控制一定的实验条件。
尿素的原理
尿素的原理
尿素，化学式为CO(NH2)2，是一种无色、无臭、结晶性固体，是一种重要的有机化合物。
它在生物体中起着重要的作用，也在化工生产中有着广泛的应用。
那么，尿素的原理是什么呢？
首先，我们来看一下尿素的合成原理。
尿素最常见的合成方法是通过氨和二氧化碳的反应得到。
氨和二氧化碳在高温高压下反应，生成尿素和水。
这个过程被称为尿素合成反应，是工业上生产尿素的主要方法之一。
其次，尿素的原理还涉及到其在生物体内的代谢过程。
尿素是人体内的一种废物，它是由肝脏中的氨基酸代谢产生的。
氨基酸在体内代谢产生氨，而氨在肝脏中与二氧化碳结合生成尿素，然后通过尿液的形式排出体外。
这个过程被称为尿素循环，是人体内氮的代谢过程中的重要环节。
另外，尿素还有着良好的溶解性，这也是其原理之一。
尿素在水中有很高的溶解度，因此可以很容易地被人体代谢和排泄。
这也使得尿素在化肥生产和农业领域有着广泛的应用，因为它可以很容易地被植物吸收利用。
此外，尿素还可以通过水解反应产生氨气和二氧化碳。
这个过程在一些工业生产中有着重要的应用，比如在制备氨气和二氧化碳的过程中。
总的来说，尿素的原理涉及到其合成、生物体内的代谢过程、溶解性以及水解反应等方面。
它在工业生产、生物体内代谢以及农业领域都有着重要的应用，是一种非常重要的有机化合物。
通过深入了解尿素的原理，我们可以更好地理解其在各个领域中的应用，从而更好地利用和发展它的性能和功能。
二氧化碳气提法生产尿素工艺流程
二氧化碳气提法生产尿素工艺流程１.1二氧化碳气体的压缩从上道工序送来的CO２气体将所含液滴分离后进入CO2压缩机。
在压缩机各进出口设有若干温度、压力监测点,以便于监视压缩机的运行状况,压缩机的负荷是通过改变压缩机转速来控制的,经压缩后的气体(压力约为14.3ＭPa,温度为110℃左右）送去脱氢系统。
1．2氨气的加压合成氨装置送来的液氨经流量计量后引入高压氨泵,液氨在泵内加压至16.0MPａ（Ａ)左右。
液氨的流量根据系统的负荷,通过控制氨泵的转速来调节。
加压后的液氨经高压喷射器与来自高压洗涤器中的甲铵液，一起由顶部进入高压甲铵冷凝器。
1.3液氨的加压高压合成与CO２气提回收合成塔、气提塔、高压冷凝器和高压洗涤器这四个设备组成高压圈,这是二氧化碳气提法的核心部分，这四个设备的操作条件是统一考虑的,以达到尿素的最大产率和热量的最大回收。
从高压冷凝器底部导出的液体甲铵和少量的未冷凝的氨和二氧化碳,分别用两条管线送入合成塔底，合成塔内设有筛板,形成类似几个串联的反应器，塔板的作用是防止物料在塔内返混。
尿素合成反应液从塔内上升到正常液位，经过溢流管从塔下出口排出,经过液位控制阀进入气提塔上部,再经塔内液体分配器均匀地分配到每根气提管中。
液体沿管壁成液膜下降,分配器液位高低起着自动调节各管内流量的作用。
由塔下部导入的二氧化碳气体，在管内与合成反应液逆流相遇。
管间以蒸汽加热，合成反应液中过剩氨及未转化的甲铵将被蒸出和分解，从塔顶排出，尿液及少量未分解的甲铵从塔底排出。
从气提塔顶排出的高温气体,与新鲜氨及高压洗涤器来的甲铵液在约高压下一起进入高压甲铵冷凝器顶部。
高压甲铵冷凝器是一个管壳式换热器,物料走管内，管间走水用以副产低压蒸汽。
为了使进入高压甲铵冷凝器上部的气相和液相得到更好的混合,增加其接触时间,在高压甲铵冷凝器上部设有一个液体分布器。
在分布器上维持一定的液位,就可以保证气-液的良好分布。
合成塔顶排出的气体进入高压洗涤器，在这里将气体中的氨和二氧化碳用加压后的低压吸收段的甲铵液冷凝吸收，然后经高压甲铵冷凝器再返回合成塔。
常见的几种尿素生产工艺介绍.
常见的几种尿素生产工艺介绍第一节斯塔米卡邦二氧化碳汽提法尿素工艺斯塔米卡公司((Stamicarbon.B.V是荷兰国营矿业公司(DSM的子公司,在40年代后期开始研究尿素生产工艺。
早期尿素生产由于存在着合成塔等设备的晋严重腐蚀问题,影响生产的正常进行和生产技术的推广。
直至1953年,斯塔米卡邦提出在二氧碳原料气中加少量氧气的办法,解决了尿素设备的腐蚀问题,为后来尿素生产的大规模发展开辟了道路。
由该公司设计的第一个工业规模尿素厂于1956年投产。
在60年代初,斯塔米卡邦与国营矿业公司研究中心一起,开发了新的尿素工艺,即二氧碳化碳汽提法。
从工作1964年建设投产日产20吨尿素的实验厂开始,到1967年二氧化碳汽提法尿素工厂正式投产。
随后在很多国家建设二氧化碳汽提法尿素工厂。
工艺流程二氧化碳汽提法尿素生产工艺主要包括:二氧化碳压缩和脱氢、液氨升压、合成和汽提、循环、蒸发造粒、产品贮存和包装、解吸和水解等工序。
(一二氧化碳压缩和脱氢从合成氨厂来的二氧化碳气体,经过CO2分离罐101——F与工艺空气压缩机101-J供给的一定量的空气混合,空气量为二氧化碳体积的4%,进入二氧化碳压缩机102-J。
在二氧化碳压缩机二段进口对二氧化碳气中的氧含量自动栓测。
二氧化碳最终压缩到14。
1MPa(A进入脱氢反应器101-D,内装铂系催化剂,操作温度:入口≥150℃,出口<300℃。
脱氢的目的是防止高压洗涤器排出气发生爆炸。
在脱氢反应器中H2被选择氧化为H2O。
脱氢后二氧化碳含氢及其它可燃气体小于50*10-6。
二氧化碳压缩机102-J是单例蒸汽透平驱动的双缸四段离心式压缩机,带有中间冷凝器和分离器。
蒸汽透平机转速,由速度控制器控制并自动调节转速,以适应尿素的生产负荷。
多余的二氧化碳由放空管放空,进入二氧化碳压缩机的气量,应超过压缩机的喘振点。
为使进口气量小于喘振气量时也不发生故态障,设有自动防喘振系统。
(二液氨升压液氨来自合成氨厂,经液氨升压泵加压到2。
26、尿素生产方法、
解释：
尿素合成总的平衡常数K和甲铵脱水生成尿 素的平衡常K。当温度在一定范围时，甲铵脱水生 成尿素的反应为控制过程，故吸热反应随着温度 的升高K增大，即K也增大。
当温度超过这一范围时，甲铵离解反应逐渐 变为控制过程，随温度的升高K增大，甲铵浓度下 降，从而降低了尿素转化率。
3、H2O/CO2（分子比） 水碳比的增加对合成尿素反应起着不利的
作用，因为，水不利于甲铵脱水生成尿素而有利 于尿素的水解。但合成塔加入物料的水碳比不仅 是根据合成塔本身工艺条件的需要而随意选择的， 这还需要取决于回收甲铵溶液所带入的水量。带 入水量的多少又取决于合成塔的转化率，也决定 于循环系统是否以最佳条件将未反应物吸收下来。 因此，水碳比在可能的条件下尽量加以严格控制 以利于尿素的合成反应。
在合成温度tR 、压力P条件下，A点为纯 NH3系统点，B点为纯CO2系统点，两点及沸腾环 之间的物料均属超临界流体态。C点位于相图液 相区，故而C混合物呈现液相性质；D点位于气相 区，呈现气相性质。E点处于沸腾环内的气液混合 区，E混合物并不是单相的，分别由气相V1和液相 L1表示。
加热和冷却
超临界NH3-C02二元共沸物系的相变 规律与常规的挥发性物系是相同的。在相 同的合成压力下，加热或者冷却单相物系 或气液混合物，同样会发生相状态的变化， 这可用图12局部放大图(图13)予以说明。
随着H20和NH2CONH2的生成，三元物系 的沸点进一步升高，原三元相图形状会发生如下 变化：沸腾环扩大上移；液相范围更为扩大；共 沸温度升高，其组成向NH3 ／C02高的方向飘移。 通常将NH3一C02一H20 —NH2CONH2四元系表 示为NH3 - C02(H20 ／ NH2CONH2为定值， H20／C02 为定值)似二元系。
尿素工艺流程 PPT课件
尿素生产流程有多种，最早实现工业化的方法是不循环法 和部分循环法，后来被水溶液全循环法代替，又出现各种 气提法流程。虽然方法、其实现的工艺流程和工艺条件不 同，但生产原理是相同的。主要介绍尿素生产的工艺流程、 主要设备和操作条件。
一、不循环法和部分循环法
尿素生产工业化早期实现的是不循环和部分循环流程，两 种方法在生产尿素时必定伴有大量副产物生成，此种流 程已不再采用。
5
(二)溶液全循环改良C法
1．工艺流程（见296-297页图）
日本三井东压/东洋工程全循环改良C法，是传统水溶液全 循环法的改进，生产低缩二脲含量尿素产品，也生产常规 尿素产品。
2．主要设备（尿素合成塔）
尿素合成塔操作条件：压力23-25MPa、温度190-200℃， 氨碳比4，水碳比0.37，转化率约72%，外壳应用保温材料 改良C法的尿素合成塔采用高径比为18的空塔，用钛作衬 里，耐高温腐蚀。
❖ 2．Ｐ：Ｐ降低使甲铵分解，对过量氨蒸出及吸收有利，气 ❖ 提效率提高，但为节省能耗，常选用Ｐ气提=Ｐ合成。 ❖ 3．液气比：即进入气提塔尿素液与ＣＯ２的重量比。它由
合成反应本身的加料组成确定，不可任意改变。生产中为保 证每根管子内的正常流量，防止管子造成严重腐蚀，一 般 气提塔内液气比控制在4左右。 ❖ 4．停留时间：生产上以接近1min为宜。
二、水溶液全循环法
❖(一)传统水溶液全循环法
❖(二)溶液全循环改良C法
1
(一)传统水溶液全循环法
1．工艺流程（见294页图）
2．主要设备（尿素合成塔）
合成塔工艺操作条件:压力20-22MPa、温度190-200℃，氨碳 比4-4.5，水碳比0.6-0.7，转化率约62-64%，应符合高压 容器要求，外壳应用保温材料 大中型尿素工厂采用衬里式合成塔 合成塔外筒为多层卷焊受压容器，内部衬有一层耐腐蚀的 不锈钢板，隔离尿素甲铵腐蚀介质，外壳保温，防止热量 外散。 优点：容积利用率高，耐腐蚀材料用量少，操作方便。 最早采用空塔，不设置内件，塔高径比较大。后采用高径 比小的塔，常设置混合器或筛板等内件，减少返混的影响。
尿素工业制备
尿素工业制备
尿素是一种60%氮含量的有机化合物，广泛用于农业作为一
种高效的氮肥。
尿素的工业制备通常采用哈贝法或者碳酸铵法。
哈贝法：
1. 进料：进入反应室的原料包括天然气、空气和水。
2. 合成氨制备：天然气与空气在催化剂的存在下反应生成氨气。
3. 氨气吸收：氨气在水中溶解，形成氨水。
4. 尿素合成：氨水与二氧化碳在高温高压条件下反应生成尿素。
5. 结晶分离：反应产物中的尿素通过结晶分离和过滤得到纯净的尿素晶体。
6. 干燥：尿素晶体经过干燥处理得到成品尿素。
碳酸铵法：
1. 进料：进入反应室的原料包括氨气和二氧化碳。
2. 氨气吸收：氨气在水中溶解，形成氨水。
3. 碳酸铵合成：氨水与二氧化碳反应生成碳酸铵。
4. 结晶分离：反应产物中的碳酸铵通过结晶分离和过滤得到纯净的碳酸铵晶体。
5. 脱碳：碳酸铵晶体经过加热脱碳处理得到尿素。
6. 干燥：尿素经过干燥处理得到成品尿素。
以上是尿素工业制备的一般流程，实际操作中可能会有一些变化和细节处理。
尿素的合成工艺
（3）氨碳比
用过量氨的过量率及氨碳比（NH3/CO2） 两种形式表示。根据平衡移动原理可知，增加反应物 NH3的浓度，反应有利于向生成物方向进行，必然能够 提高二氧化碳的转化率。过量氨的优点： 过量氨的优点： a、 增加反应物的浓度，必然增加尿素的转化率。 b、 可以与反应生成的水作用，降低水的活度，使平衡向 生成尿素和方向进行。 c、 过量氨可以控制合成塔自然和维持最合适的反应温度 d、 系统内过量氨还可抑制其他副反应，并能降低腐蚀作 用。
*
高压甲铵 冷凝器
NH3
18MPa 70℃
g
尿素合成 塔
g
放 空
g
g l
l
精 馏 塔
气提塔
CO2 14.4MPa
低 压 甲 铵 冷 凝 塔
g e
高 压 洗 涤 器
吸 收 塔
去蒸发造粒系统
（3）氨气提法工艺流程
液NH3
氨 器 冷 氨冷 器 2 l 氨 冷 器 1 中 压 吸 收 塔 低 压 吸 收 塔 真 空 冷 凝 器
（4）水碳比
水碳比就是原料中水和二氧化 碳的分子比。从平衡移动原理可知，增加水即增 加了生成物的浓度，将使尿素平衡转化率下降。 但是在已有的各种全循环法中，都有一定量的水 随同回收的未反应物氨和二氧化碳返回反应器去， 据有关资料介绍，每当物料中H2O/CO2增加0.1， 合成转化率则降低1%左右。但是在不同温度下， H2O/CO2对平衡转化率的影响并不一样，在 200℃以下的影响较200℃以上的影响为小。
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尿素的工业发展过程
化学工程 2008级工程硕士
摘要对尿素工业发展历史进行介绍，简述了尿素工业化过程、体系结构与发展趋势
1、尿素简介
尿素，H2NCONH2学名碳酰二胺化学名称为脲，或者碳酰胺，以氨和二氧化碳合成的一种主要的氮肥。
因人及哺乳动物的尿液中含有这种物质而得名，白色针状或柱状结晶，熔点132.7℃，常压下温度超过熔点即分解。
现在是一
种常见而普通的化工产品，但是它的发现特别是人工合成、工业化一系列过程
却非常有意义，即体现近代工业发展的情况，更是对人类哲学、宗教理念的一
次冲击。
当然现在尿素不仅作为肥料给我们带来的是农作物的高产，同时也广
泛应用与工业作为高聚合材料、多种添加剂、医药、试剂等方面。
2、尿素的发展史
尿素最先在动物的排泄物中发现。
第一次得到尿素结晶是1773年，化学
家鲁埃勒（Rouelle）蒸干人尿而得。
第一次得到纯尿素是1798年富克拉伊（Rourcray）等人从尿素硝酸盐中制的。
人类历史上，第一次用人工的方法从无机物中制的尿素，是在1824年，德国化学家武勒(Friedrich Wohler)使用氰酸与氨反应，产生了白色的尿素，而且证明其与从尿液中提取的尿素一样。
打破了当时生命力论的理论，即有机体
内的含碳化合物是由奇妙的“生命力”造成，无法用人力取得，只能由有机物
产生有机物。
这次实验的成功，成为现代有机化学兴起的标志。
同时在哲学上
也是一场革命。
在这之后，又出现了50多种制备尿素的方法。
但是这些方法或者原料难取、或者有毒、或者难以控制、或者不经济，最终都未工业化。
1868年俄国化学家巴扎罗夫找到工业化的基础反应办法，即将氨基甲酸铵和碳酸铵长期加热
而达到尿素。
现代工业都是以氨与二氧化碳为原料生产尿素。
世界上第一座这样的工厂是德国的法本公司于1922年在Oppau建成投产的，采用热混合气压缩循环。
1932年美国杜邦用直接合成法制取尿素氨水，1935年生产固体尿素，未反应物以氨基甲酸铵水溶液返回合成塔，形成了如今水溶液循环法的雏形。
尿素合成反应平衡限制，有大量未反应的氨存在。
早期工业上是与其它生产装置联合。
50年代左右开始研究回收未反应物再次利用。
于是出现了半循环法工艺、高效半循环法工艺，回收氨、二氧化碳甚至部分甲胺液。
再后来就出现了全循环法，氨、二氧化碳、甲胺液全部回收再次利用。
60年代，随着科技的发展，尿素装置进入了单系列、大型化的时代，从日产几顿发展到日产几千吨，也实现了尿素的广泛应用与普及。
3、尿素工艺的现状
目前国内的尿素装置基本全部实现了大型化的进程。
60、70年代国内自行设计建造的小尿素基本已改造或者淘汰，目前年产30万吨的装置就主要来源于它们改造而来。
从70年代开始，中国就引进了13套年产52万吨的尿素装置，到目前全国已经有上百套大型尿素装置了。
工艺流程上，国内自建的以水溶液全循环法为主，引进装置主要是斯塔米卡邦的二氧化碳汽提法与斯拉姆的氨汽提法。
气提法工艺还有多种类型，如意大利斯纳姆公司的氨气气提工艺、意大利蒙特爱迪生集团公司的氨与二氧化碳双气提工艺、日本东洋工程公司的节能型二氧化碳气提工艺、中国上海化工研究院等开发的变换气气提与合成氨脱除二氧化碳联合生产的工艺等。
他们各有特点，主要是在高压系统压力（13-25Mpa）、氨碳比（2.8-4.5）、合成塔转化率（62-74%）上有所不同，总体效益上说差别不大。
4、尿素的发展展望
进入21世纪后，尿素技术方面发展最快的是斯塔米卡邦。
他们开发应用了池式冷凝器和池式反应器技术，使尿素合成段有了新的突破性技术革新，这种革新简化了设计和结构，进而降低了投资成本。
同时还开发了和流化床大颗粒技术、生产能力达到5000吨/天的巨型装置技术，特别是新Safurex® 材料的应用，解决了尿素设备的腐蚀问题与尾气爆炸问题，可以说是一新时代的来临。
新的尿素生产工艺国内外均在积极开发研究中。
报道的一是高效组合法尿素新工艺，以水溶液全循环为基础，采用两个独立的合成塔，其中一个无甲胺液循环，所以其转化率高达75%-80%。
一是美国UTI公司的碳酸氢铵生产尿
素方案。
这个方案可以省掉合成氨装置的脱碳系统用碳铵代替，省掉尿素装置的二氧化碳压缩机，投资与能耗均很低。
其实尿素工艺的发展与评价，主要看其工艺的经济性、操作安全性、技术先进性，用系统工程的观点与化学工程的分析方法，不断以新工艺、新技术、新材料、新控制手段来解决矛盾，降低消耗，实现整体效益最大化。
参考文献
（1）袁一．《尿素》．北京：化学工业出版社．1997．。