尿素生产工艺 图文详解

尿素生产工艺图文详解
1性质：尿素：学名为碳酰二胺，分子式为CO（NH2）2，相对分子量为60.06。

因最早由人类及哺乳动物的尿液中发现，故称为尿素。

纯净的尿素为无色、无味、无臭的针状或棱柱状的晶体，含氮量46.6%，工业尿素因含有杂质而呈白色或浅黄色。

尿素的熔点在常压下为132.6℃，超过熔点则分解。

尿素较易吸湿，其吸湿性次于硝酸铵而大于硫酸铵，故包装、贮存要注意防潮。

尿素易容于水和液氨，其溶解度随温度升高而增大，尿素还能容于一些有机溶剂，如甲醇、苯等。

2用途：尿素的用途非常的广泛，它不仅可以用作肥料，而且还可以用作工业原料以及哺乳动物的饲料。

2.1尿素是目前使用的固体氮肥含氮量最高的化肥；
2.2在有机合成工业中，尿素可用来制取高聚物合成材料，尿素甲醛树脂可用于生产塑料漆料和胶合剂等；在医药工业中，尿素可作为生产利尿剂、镇静剂、止痛剂等的原料。

此外，在石油、纺织、纤维素、造纸、炸药、制革、染料和选矿等生产中也要尿素；
2.3尿素可用作牛、羊等动物的辅助饲料，哺乳动物胃中的微生物将尿素的胺态氮转变为蛋白质，使肉、奶增产。

但作为饲料的尿素规格和用法有特殊的要求，不能乱用。

3原料来源：生产尿素的原料主要是液氨和二氧化碳气体，液氨是合成氨厂的主要产品，二氧化碳气体是合成氨原料气净化的的副产品。

合成尿素用的液氨要求纯度高于99.5%，油含量小于10PPm，水和惰性气体小于0.5%并不含催化剂粉、铁锈等固体杂质。

要求二氧化碳的纯度大于98.5%，硫化物含量低于15mg/Nm3。

4生产方法：水溶液全循环法.
5生产原理：
5.1化学及热、动力学原理：液氨和二氧化碳直接合成尿素的总反应式为: 2NH3(l)+CO2=CO(NH2)2+H2O这是一个放热体积减小的反应,其反应机理目前有很多的解释,但一般认为,反应在液相中是分两步进行的.首先液氨和二氧化碳反应生成甲铵,故称其为甲铵生成反应:2NH3(l)+CO2(g)=NH4COONH2(l)该反应是一个体积缩小的强放热反应.在一定的条件下,此反应速率很快,容易达到平衡.且此反应二氧化碳的转化率很高.然后是液态甲铵脱水生成尿素,称为甲铵脱水反应:NH4COONH2(l) =CO(NH2)2(l)+H2O该反应是微吸热反应,平衡转化率不是很高,一般为50%-70%.此步反应的速率很慢是尿素合成中的控制反应.
5.2工艺条件选择：根据前述尿素合成的基本原理可知,影响尿素合成的主要因素有温度、原料的配方压力、反映时间等.
5.2.1温度尿素合成的控制反应是甲铵脱水,它是一个微吸热反应,故提高温度、甲铵脱水速度加快.温度每升10℃,反应速度约增加一倍,因此,从反应速率角度考虑,高温是有利的.
目前应选择略高于最高平衡转化率时的温度,故尿素合成塔上部大致为185～200℃;在合成塔的下部,气液两相间的平衡对温度起者决定性的作用.操作温度要低于物系平衡的温度.
5.2.2氨碳比工业生产上,通过综合考虑,一般水溶液全循环法氨碳比应选择在4左右,若利用合成塔副产蒸汽,则氨碳比取3.5以下. 5.2.3水碳比水溶液全循环法中,水碳比一般控制在0.6～0.7;（1）操作压力一般情况下,生产的操作压力要高于合成塔顶物料和
该温度下的平衡压力1～3Mpa.对于水溶液全循环法,当温度为190℃和NH3/CO2等于4时,相应的平衡压力是18Mpa左右,故其操作压力是一般为20Mpa左右.
反应时间对于反应温度为180～190℃的装置,一般反应时间是40～60min,其转化率可达平衡转化率的90～95%.对于反应温度为200℃个装置,反应时间一般为30min左右,其转化率也接近于平衡转化率.
6工艺流程：由于目前普遍采用水溶液全循环法生产尿素下面就简述水溶液循环法生产尿素的流程.
图3-19是目前在我国得到广泛应用的中压、低压两段分解水溶液全循环法直接造粒尿素工艺流程图。

现将流程叙述如下：二氧化碳经压缩机1加压至20MPa左右，温度约为125℃，进入尿素合成塔5底部。

经高压泵3加压，与经液氨预热器4预热到温度约90℃的液氨，配成氨碳比为4左右进入合成塔底部。

从一段吸收塔10来的甲铵溶液，由一段甲铵泵11加压后亦同样送入合成塔底部。

上述三股物料在合成塔内充分混合并反应生成甲铵。

二氧化碳约有62%左右转化为尿素。

含有尿素、未转化的甲铵、过剩氨和水的混合溶液，通过减压阀减压至1.72～1.82MPa，进入顶分离器6，在此进行气液分离。

由顶分离器出来的溶液，因膨胀气化，温度有所下降，进入一段分解塔7进行加热分解。

把一段分解塔分出的气体也引入预分离器后，将气体一并引入一段蒸发加热器19下
部．在蒸发加热器中，部分气体冷凝，因而放出热量使尿液蒸发。

自蒸发器下部出来的气体，导入一段吸收塔底部鼓泡吸收。

在此约有95%气态CO2和全部水蒸气被吸收生成甲铵溶液。

未被吸收的气体在塔内上升，与由液氨缓冲槽2来的回流液氨逆流接触，未吸收的CO2完全从气相中除去，而纯的气态氨离开吸收塔进入氨冷凝器12，借冷却水将氨冷凝，被冷凝的液氨流入氨缓冲槽。

在氨冷器中未冷凝的惰性气体进入洗涤器13，气体中的氢用二段蒸发冷凝液来吸收。

氨水在洗涤器中增浓，然后流入吸收塔顶。

来自二段吸收塔14的甲铵液经二段甲铵泵15送入一段吸收塔下部。

浓的甲铵液由一段吸收塔底部出来经一段甲铵泵进入合成塔底部。

由一段分解塔出来的溶液减压至0.3～O.4MPa，进入二段分解塔8进行加热分解。

分离出来的液体送入闪蒸槽18，气体则进入二段吸收塔底部，由加入塔顶的二段蒸发冷凝液来吸收。

由二段吸收塔顶出来的气体与惰性气体洗涤器出来的气体混合进入尾气吸收塔16，由蒸发冷凝液进行循环回收。

回收后，气体由尾气吸收塔顶放空，溶液在浓度达到一定程度时，进入解吸塔17进行解吸，解吸后的气体引入二段吸收塔底部。

由二段分解塔底出来的溶液，减压后进入闪蒸槽中，在41kPa真空下气化，除去部分水和溶解的氨等，使尿液不含溶解的氨和二氧化碳并得到浓缩。

经闪蒸后的尿液由尿液泵26送入蒸发系统。

一段蒸发器将尿液蒸浓到96%，并经分离器20进行气液分离。

从分离器出来的蒸汽与闪蒸槽的蒸汽一并进入一段蒸发表面冷凝器27内冷凝。

一段蒸发在58kPa真空下操作。

尿液自一段蒸发分离器进入二段蒸发加热器21，尿液在其中蒸浓至99.7%(重量)，温度约140℃。

气液混合物自蒸发器进入蒸发分离器22，分离出来的99.7%的浓缩尿素溶液，经熔融尿素泵23送至造粒塔顶旋转式造粒喷头24喷洒造粒。

粒状尿素再经皮带运输、包装即成为产品。

生产方法优缺点：优点：全循环法是将未转化成尿素氨和二氧化碳经多段蒸馏和分离后,全部返回合成系统循环利用,原料氨利用率达到97%以上.
水溶液循环法是将未反应的氨和二氧化碳用水吸收生成甲铵或碳酸铵水溶液在循环返回合成系统.在简化流程、热能回收、延长运转周期和减少生产费用等方面也都优于其他溶液全循环法。

缺点：水溶液全循环尿素生产工艺装置的工艺流程较长，在操作方面不如二氧化碳气提法工艺操作简单、方便。