化工生产技术课件

❖ 二氧化碳原料气（含CO298％以上）在进气总管内先与氧混合。加入氧气 是为了防止腐蚀合成系统的设备，加入量约为二氧化碳进气总量的0.5% 体积）。
❖ 混有氧的二氧化碳进入气液分离器6，将气体中的水滴除去，然后进入 二氧化碳压缩机7，将气体加压至20MPa，此时温度为125℃ ，再进入第 一反应器8与液氨和循环来的甲铵溶液进行反应，约有90%左右的二氧化 碳生成甲铵，反应放出的热量使溶液温度升到170～175℃，进人合成塔 9，未反应的二氧化碳在塔内继续反应生成甲铵，同时甲铵脱水生成尿 素。
硼、铜、锰、钼、铁等化合物
一、 尿素的性质和用途
尿素，学名为碳酰二胺。分子式为CO(NH2)2，相对分子 量约为60。因最早由人类及哺乳动物的尿液中发现， 故称尿素。 纯净的尿素为无色、无味针状或棱柱状晶体，含氮量 为46.6%，工业尿素因含有杂质而呈白色或浅黄色。
尿素的用途非常广泛，它不仅可以用作肥料，而且 还可以用作工业原料以及动物的饲料。
❖ 水溶液全循环法中，水碳比一般控制在0.7-1.2。
❖ 4.操作压力
❖ 尿素合成总反应是一个体积减少的反应，因而提高压力对尿 素合成有利，尿素转化率随压力增加而增大。
❖ 但合成压力也不能过高，因压力与尿素转化率的关系并非直 线关系，在足够的压力下，尿素转化率逐步趋于一个定值， 压力再升高，转化率增加很少，但同时压缩的动力消耗增大 ，生产成本提高，高压下甲铵对设备的腐蚀也加剧。
尿素是目前使用的含氮量最高的化肥。尿素属中性 速效肥料，长期施用不会使土壤发生板结。其分解 释放出的CO2也可被作物吸收，促进植物的光合作用 。
❖ 在土壤中，尿素能增进磷、钾、镁和钙的有效性， 且施入土壤后无残存废物。
二、尿素生产的原料
❖ 对原料液氨的要求，其质量分数为：氨＞99.5％ ，水＜0.5％，油＜10 mg/kg。
❖ 由下图可以看出，尿素反应时间在40 min之内，停留时间对 转化率有明显的影响，反应时间太短，转化率明显下降。但 物料停留时间超过1h，转化率凡乎不再变化。
❖ 因此，一般反应时间为40-60min。
四、水溶液全循环法尿素合成工艺流程
❖ 液氨经液氨升压泵将压力提高至2.5 MPa，通过液氨过滤器除去杂质， 送入液氮缓冲槽中与循环系统来的液氨混合，混合后压力约1.7 MPa进 入高压氨泵，将液氨加压至20MPa。高压液氨经预热器加热到45～55℃ ，然后进入第一反应器8。
二、平衡转化率
❖ 工业生产中通常是以尿素的转化率作为衡量尿素合成反应进 程的量度。
❖ 由于实际生产中都是采用过量的氨与二氧化碳反应，因此通 常是以二氧化碳为基准来定义尿素的转化率，即：
二、 尿素的生产方法
❖ 水溶液全循环法是我国大中型企业生产尿素的主要方法。 ❖ 水溶液全循环法尿素生产主要包括四个基本过程：①氨和二氧化碳
❖ 物料在塔内停留一小时左右,二氧化碳转化率达62-64%。含有尿素、过 量氨，末转化的甲铵、水及少量游离二氧化碳的尿素溶液从塔顶出来， 温度约为190℃左右，经自动减压阀降压，再进入循环工序。
项目六 化学肥料
第一节 化学肥料概述
表5-1 化学肥料的品种
氮肥 磷肥 钾肥 复混肥料
微量元素肥料
尿素、硝酸铵、硫酸铵、氯化铵、碳酸氢铵、 石灰氮、液氨、氨水及各种含氮溶液等
过磷酸钙、重过磷酸钙、富过磷酸钙、磷酸氢 钙、钙镁磷肥、脱氟磷肥、钢渣磷肥等
氯化钾、硫酸钾、窑灰钾肥等
磷酸铵、硝酸磷、硫磷酸铵、磷酸二氢钾、硝 酸钾、尿素磷铵以及各种氮磷、磷钾和氮磷 钾等
❖ 水溶液全循环法操作压力一般为20MPa。
❖ 5.反应时间
❖ 在反应条件下，甲铵生成反应速率极快，而且反应比较完全 ，但甲铵脱水反应速率很慢，反应很不完全。所以尿素合成 反应时间主要是指甲铵脱水生成尿素反应时间。
❖ 为了使甲铵脱水反应进行得比较完全，就必须使物料在合成 塔内有足够的停留时间。但是反应时间过长，生产能力下降 ，同时甲铵的不稳定性增加，尿素缩合反应加剧，且甲铵对 设备的腐蚀也加剧。
化，同时能与脱出的H20结合成氨水，使水排除于反应之 外，这就等于移去部分产物，因此平衡向生成尿素的方 向移动。
❖ 从反应速度来看，提高氨碳比防止甲铵分解和尿素的水 解，抑制了副反应的进行，从而加快了甲铵的脱水速度 。缩短了反应时间。
❖ 水溶液全循环பைடு நூலகம்氨碳比一般选择在3.5～4.5之间
❖ 3.水碳比
原料的供应及净化；②氨和二氧化碳合成尿素；③未反应物的分离 与回收；④尿素溶液的加工。 ❖ 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再循环 返回合成系统。
三、尿素合成的工艺条件
❖ 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
，提高温度甲铵脱水速度加快。温度每升高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。 ❖ 由生产实践表明，平衡转化率开始时随温度升高而增大 ，若继续升温平衡转化率逐渐下降。 ❖ 综合进行考虑，目前工业上通常选择185—200℃作为尿 素合成塔反应温度。
❖ 水碳比是指合成塔进料中H2O/CO2的摩尔比，常用符号 b来表示。
❖ 水的来源有两方面：一是尿素合成反应的产物，二是 水溶液全循环法中，一定量的水会随同未反应的NH3 和CO2返回合成塔中。
❖ 从平衡移动原理可知：水量增加，不利于尿素的形成 ．它将导致尿素平衡转化率下降。工业生产中，总是 力求控制水碳比降低到最低限度。
转化率％
H2O/CO2=0.3
75
H2O/CO2=0.4
70
H2O/CO2=0.5
65
170
180 190 200
温度/ t
图 6.2.1 转化率与温度的关系
(NH3/CO2=4)
❖ 2.氨碳比
❖ 氨碳比是指反应物料中NH3／CO2的摩尔比，用a表示。 ❖ NH3过量能提高尿素的转化率，因为过剩的NH3促使CO2转
❖ 对原料二氧化碳气的要求为：CO2含量＞98.5％（ 体积分数）H2S含量＜15mg/m3。
第二节 尿素的生产
一、 尿素合成的基本原理
液氨和二氧化碳直接合成尿素的总反应为：
是一个可逆、放热、体积缩小的反应，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
第二步为甲铵脱水生成尿素，称为甲铵脱水反应