尿素課程設(shè)計(jì)---尿素的合成工藝

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目 尿素的合成工藝 </p><p>　　學(xué) 院 化學(xué)化工學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 化學(xué)工程與工藝 </p><p>　　班 級

2、 </p><p>　　學(xué) 生 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 化學(xué)工程系課程指導(dǎo)小組 </p><p>　　二〇一一年十二月二十五日</p><p

3、>　　學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院 專業(yè) 化學(xué)工程與工藝 </p><p>　　學(xué)生 學(xué)號 </p><p>　　設(shè)計(jì)題目 尿素的合成工藝 </p><p><b>　　一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容</

4、b></p><p>　　介紹了用于尿素合成的水溶液全循環(huán)法、二氧化碳汽提法、氨汽提法的工藝及其流程特點(diǎn)、適用范圍，并從幾方面對其進(jìn)行了比較和分析。</p><p><b>　　二、課程設(shè)計(jì)的要求</b></p><p>　　1.查閱國內(nèi)外的相關(guān)文獻(xiàn)不得少于5篇，完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)。</p><p>　　2.獨(dú)立完成

5、給定的設(shè)計(jì)任務(wù)后編寫出符合要求的課程設(shè)計(jì)說明書，要求工藝設(shè)計(jì)合理，將研究、開發(fā)的技術(shù)及過程開發(fā)的成果與過程建設(shè)、經(jīng)濟(jì)核算銜接起來；繪制出必要的設(shè)計(jì)圖紙。</p><p>　　3. 綜合應(yīng)用化學(xué)工程和相關(guān)學(xué)科的理論知識與技能，分析和解決實(shí)際問題。</p><p>　　4. 完成課程設(shè)計(jì)的撰寫。</p><p>　　三、文獻(xiàn)查詢方向及范圍</p><

6、p>　　1．利用學(xué)校的清華同方數(shù)據(jù)庫、萬方學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫、ScienceDirect、ACS(美國化學(xué)學(xué)會)數(shù)據(jù)庫查詢尿素合成工藝等中英文文獻(xiàn)與碩博論文。</p><p><b>　　2．主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)2010；文章編號1005-6033（2010）11-0215-03.</p><p

7、>　　[2] 汪冬兵，國內(nèi)尿素高壓設(shè)備的主要問題及原因分析[J].大氮肥.2003年01期.</p><p>　　[3] 馮桂曉，尿素合成塔和一吸塔技改小結(jié)[J]. 小氮肥, 2007年01期.</p><p>　　[4] 張鳳英，氨汽提尿素工藝的初步剖析[J]. 化肥工業(yè), 1992年06期.</p><p>　　[5] YANG Shuijing,YU X

8、ieqing,SUN Jutang,Catalytic synthesus of cyclohexanone 1,2-propanediol ketal with H4SiO40/Pan[J].RARE METALS,2004,23(4):300～305.</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 前言- 1 -</p>

9、<p>　　1.1 尿素-發(fā)現(xiàn)- 1 -</p><p>　　1.2 尿素-簡介- 1 -</p><p>　　1.3 尿素-物化性質(zhì)- 1 -</p><p>　　1.4尿素-生產(chǎn)- 2 -</p><p>　　1.5 尿素-用途- 2 -</p><p>　　2.三種尿素合成工藝的特點(diǎn)- 3

10、 -</p><p>　　2.1尿素的基本性質(zhì)- 3 -</p><p>　　2.2尿素合成的基本原理- 3 -</p><p>　　2.3 水溶液全循環(huán)法- 3 -</p><p>　　2.4二氧化碳汽提法- 4 -</p><p>　　2.5氨汽提法- 5 -</p><p>　　

11、3.幾種尿素合成工藝的比較- 6 -</p><p>　　3.1轉(zhuǎn)化率和氨碳比- 6 -</p><p>　　3.2工藝布置- 6 -</p><p>　　3.3能耗- 6 -</p><p>　　3.4加氧量- 6 -</p><p>　　3.5設(shè)備及材料的腐蝕- 6 -</p><p

12、>　　3.6燃爆可能性- 7 -</p><p>　　3.7操作彈性- 7 -</p><p>　　4.關(guān)于改進(jìn)后的尿素合成方法- 7 -</p><p>　　4.1東洋工程公司工藝- 7 -</p><p>　　4.1.1合成- 7 -</p><p>　　4.1.2凈化- 8 -</p>

13、;<p>　　4.1.3濃縮，造粒- 8 -</p><p>　　4.1.4回收- 8 -</p><p>　　4.1.5工藝?yán)淠旱奶幚? 8 -</p><p>　　4.2卡薩利尿素工藝- 9 -</p><p>　　4.3尿素合成工藝流程圖- 10 -</p><p><b>　

14、　結(jié)論- 11 -</b></p><p>　　參考文獻(xiàn)- 12 -</p><p><b>　　1 前言</b></p><p><b>　　1.1 尿素-發(fā)現(xiàn)</b></p><p>　　1773年，伊萊爾·羅埃爾（Hilaire Rouelle）發(fā)現(xiàn)尿素。1828年，

15、弗里德里希·維勒首次使用無機(jī)物質(zhì)氰酸鉀與硫酸銨人工合成了尿素。本來他打算合成氰酸銨，卻得到了尿素。從此，活力論的錯誤證明了，有機(jī)化學(xué)實(shí)際上開辟了?；盍φ撜J(rèn)為無機(jī)物與有機(jī)物有根本性差異，無機(jī)物所以無法變成有機(jī)物。哺乳動物、兩棲動物和一些魚的尿中含有尿素；鳥和爬行動物排放的是尿酸，因?yàn)槠涞x過程使用的水量比較少。</p><p><b>　　1.2 尿素-簡介</b></p&g

16、t;<p>　　別名：碳酰二胺、碳酰胺、脲 </p><p>　　分子式：CO(NH2)2，因?yàn)樵谌四蛑泻羞@種物質(zhì)，所以取名尿素。尿素含氮(N)46％，是固體氮肥中含氮量最高的。 </p><p>　　尿素在人的蛋白質(zhì)分解最終產(chǎn)物中占有相當(dāng)大的比例。尿素外觀為白色晶體或粉末。是動物蛋白質(zhì)代謝后的產(chǎn)物，通常用作植物的氮肥。尿素是哺乳類動物排出體內(nèi)含氮代謝物的形式。。尿素也是很

17、重要的肥料。</p><p>　　1.3 尿素-物化性質(zhì) </p><p>　　分子式：CO(NH2)2，分子量60.06 ，無色或白色針狀或棒狀結(jié)晶體，工業(yè)或農(nóng)業(yè)品為白色略帶微紅色固體顆粒無臭無味。密度1．335g/cm3。熔點(diǎn)132．7℃。溶于水、醇，不溶于乙醚、氯仿。呈微堿性?？膳c酸作用生成鹽。有水解作用。在高溫下可進(jìn)行縮合反應(yīng)，生成縮二脲、縮三脲和三聚氰酸。加熱至160℃分解，產(chǎn)生

18、氨氣同時(shí)變?yōu)榍杷?。尿素在酸、堿、酶作用下（酸、堿需加熱）能水解生成氨和二氧化碳。對熱不穩(wěn)定，加熱至150~160℃將脫氨成縮二脲。若迅速加熱將脫氨而三聚成六元環(huán)化合物三聚氰酸。</p><p>　　尿素易溶于水，在20℃時(shí)100毫升水中可溶解105克，水溶液呈中性反應(yīng)。尿素產(chǎn)品有兩種。結(jié)晶尿素呈白色針狀或棱柱狀晶形，吸濕性強(qiáng)。粒狀尿素為粒徑1～2毫米的半透明粒子，外觀光潔，吸濕性有明顯改善。 </p>

19、<p>　　尿素是生理中性肥料，在土壤中不殘留任何有害物質(zhì)，長期施用沒有不良影響。但在造粒中溫度過高會產(chǎn)生少量縮二脲，又稱雙縮脲，對作物有抑制作用。尿素在轉(zhuǎn)化前是分子態(tài)的，不能被土壤吸附，應(yīng)防止隨水流失；轉(zhuǎn)化后形成的氨也易揮發(fā)，所以尿素也要深施覆土。</p><p>　　尿素是人工合成的第一個有機(jī)物，廣泛存在于自然界中，如新鮮人糞中含尿素0.4％。尿素產(chǎn)量約占我國目前氮肥總產(chǎn)量的40％，是僅次于碳銨

20、的主要氮肥品種之一。尿素作為氮肥始于20世紀(jì)初。20世紀(jì)50年代以后，由于尿素含氮量高(45％～46％)，用途廣泛和工業(yè)流程的不斷改進(jìn)，世界各國發(fā)展很快。我國從20世紀(jì)60年代開始建立中型尿素廠。1986～1992年，我國尿素產(chǎn)量均在900萬噸以上。目前占氮肥總產(chǎn)量的40％。 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，化學(xué)反應(yīng)如下： </p><p>　　2NH3+CO2→NH2COONH4→C

21、O(NH2)2+N2O</p><p><b>　　1.4尿素-生產(chǎn)</b></p><p>　　商業(yè)尿素是通過氨與二氧化碳的反應(yīng)生產(chǎn)的，成品尿素可以為藥片狀、顆粒狀、片狀、晶體或者溶液。90%以上的生產(chǎn)的尿素被用作肥料。 </p><p>　　商用尿素的原料是氨與二氧化碳。后者在以焦炭或烴（如天然氣和石油）為原料生產(chǎn)氨的過程中，會大量產(chǎn)生。尿

22、素因此直接從這些原料中就產(chǎn)生了。尿素生產(chǎn)是一個平衡的化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)物不完全成為反應(yīng)結(jié)果。生產(chǎn)過程、設(shè)定的反應(yīng)條件、如何處理未轉(zhuǎn)化的反應(yīng)物，皆可能不同。未反應(yīng)的反應(yīng)物可用以生產(chǎn)其它產(chǎn)品，（如硝酸銨或硫酸銨），也可回收再投入反應(yīng)。</p><p>　　工業(yè)生產(chǎn)尿素的生產(chǎn)原料：天然氣、煤炭、石油是生產(chǎn)化肥的三大原料，通常被稱為氣頭、煤頭、油頭三類，近年來，由于石油和煤炭價(jià)格的升幅遠(yuǎn)大于天然氣，故按成本優(yōu)勢排列為氣頭、

23、煤頭、油頭。</p><p>　　尿素生產(chǎn)有兩個主要反應(yīng)。前者放熱，后者吸熱。但整個過程仍是放熱的。 </p><p>　　2NH3+CO2→NH2COONH4</p><p>　　NH2COONH4 → CO(NH2)2+ H2O </p><p><b>　　1.5 尿素-用途</b></p><

24、p>　?、倌蛩厥枪腆w氮肥中含氮量最高的肥料，理化性質(zhì)較穩(wěn)定，施后對土壤性質(zhì)沒有影響，可施用于任何土壤和作物，可做根外施肥使用。同時(shí)尿素也是樹脂、塑料、炸藥、醫(yī)藥、食品等工業(yè)的重要原料。</p><p>　　③尿素不僅是一種常用的速效氮肥，除作追肥以外，還有其它多種用途。 </p><p>　　2三種尿素合成工藝的特點(diǎn)</p><p>　　2.1尿素的基本性質(zhì)&

25、lt;/p><p>　　尿素的化學(xué)命名為碳酸銨，分子式是CO(NH2)2.尿素是無色，無嗅，無味的針狀或棱柱狀結(jié)晶，工業(yè)產(chǎn)品為白色，含氮量為46.6%，分子量為60.04。</p><p><b>　　熔點(diǎn)：132.7℃</b></p><p>　　重度：20℃-40℃,1,335g/cm3（固體），1.4g/cm3（粒狀）。</p>

26、<p>　　比重變化量：每1℃ 0.000208</p><p>　　假比重：0.52-0.64 g/cm3,0.7-0.75 g/cm3（粒狀）</p><p>　　溶解度：易溶于水和液氨中，稍溶于甲醇、苯中，不溶于三氯甲烷、醚類中。</p><p>　　溫度在30℃以上，尿素在液氨中溶解度較水中的溶解度大。</p><p>

27、　　2.2尿素合成的基本原理</p><p>　　用氨和CO2合成尿素的反應(yīng)，通常認(rèn)為是按以下兩個步驟，在合成塔內(nèi)連續(xù)進(jìn)行：</p><p>　　第一步：氨與CO2作用生成氨基甲酸銨</p><p>　　2NH3+CO2=NH4COONH2+Q1</p><p>　　第二步：氨基甲酸銨脫水生成尿素</p><p>　　

28、NH4COONH2=CO(NH2)2+H2O-Q2</p><p>　　這兩個反應(yīng)都是可逆反應(yīng)，反應(yīng)（1）是放熱反應(yīng)，在常溫下實(shí)際上可以進(jìn)行到底，在100Kg/m3、150℃時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行的很快、很完全，為瞬時(shí)反應(yīng)，而反應(yīng)（2）是吸熱反應(yīng)，進(jìn)行的比較緩慢，且不完全，這就使其成為合成尿素的控制反應(yīng)。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)證明，尿素不能在氣相中直接形成，固體的氨基甲酸銨加熱時(shí)尿素的生成速度比

29、較慢，而在液相中反應(yīng)才較快。所以，尿素的生產(chǎn)過程要求在液相中進(jìn)行，即氨基甲酸銨必須呈液態(tài)存在。溫度要高于熔點(diǎn)145-155℃，因此，決定了尿素的合成要在高溫下進(jìn)行。</p><p>　　氨基甲酸銨是個不穩(wěn)定化合物，加熱時(shí)很容易分解，在常溫下60就可以完全分解，制取尿素時(shí)為了使氨基甲酸銨呈液態(tài)，采用了較高溫度，所以必需采用高壓。由上可知，合成尿素的反應(yīng)的基本特點(diǎn)是高溫、高壓下的液相反應(yīng)，并且是可逆放熱反應(yīng)。<

30、/p><p>　　2.3 水溶液全循環(huán)法</p><p>　　該法主要應(yīng)用在五、六十年代建的中、小氮肥企業(yè)，由于水溶液全循環(huán)法能耗、物耗高，放空損失大，規(guī)模小，已屬淘汰的工藝，因此新建裝置都不使用該生產(chǎn)工藝。</p><p>　　水溶液全循環(huán)法是我國目前大多數(shù)中小型尿素裝置（4萬t/a～20 萬 t/a）生產(chǎn)所采用的方法，它的特點(diǎn)是合成塔內(nèi)轉(zhuǎn)化率高，未反應(yīng)物采用三段減壓

31、分解，動力消耗較大，尾氣壓力、溫度均較低，爆炸危險(xiǎn)性小，其生產(chǎn)工藝比較成熟，操作可靠方便，機(jī)泵和非標(biāo)設(shè)備均為國產(chǎn)化[2]。</p><p>　　2.4二氧化碳汽提法</p><p>　　該法由荷蘭Stamicarbon公司研發(fā)，在二十世紀(jì)七十年代中國共引進(jìn)十三套，如云天化、赤天化、瀘天化等。該法以二氧化碳?xì)怏w為汽提氣，在合成圈等壓（14.0MPa）的壓力下，對甲銨進(jìn)行分解、汽提，避免過多的

32、甲銨進(jìn)入低壓段，再分解后吸收，重新輸送返回合成圈，增加能耗。由于等壓汽提的存在，減少進(jìn)入低壓段的甲銨量，因此無中壓系統(tǒng)，低壓段的設(shè)備也較少。同時(shí)，由于框架的存在，使得工藝介質(zhì)以位差流動，減少了動力消耗。進(jìn)入二十一世紀(jì)，利用脫[wiki]氫[/wiki]等技術(shù)對老的裝置進(jìn)行節(jié)能增產(chǎn)改造。如云天化、大慶石化化肥廠及烏石化化肥廠等，使這些老廠又煥發(fā)了活力。同時(shí)，Stamicarbon公司利用脫氫裝置和池式反應(yīng)器技術(shù)，提出了2000+的超優(yōu)技術(shù)

33、，并結(jié)合與三特維克共同開發(fā)擁有自己專利的新材質(zhì)——Safurex，進(jìn)一步降低氧含量，增加設(shè)備的耐腐蝕性，使得工藝消耗、能耗更低，產(chǎn)量規(guī)模也越來越大。國內(nèi)海南富島二期裝置采用池式冷凝器技術(shù)已穩(wěn)定運(yùn)行幾年，最近重慶建峰、新疆、內(nèi)蒙鄂爾多斯等新建項(xiàng)目與Stamicarbon簽定使用二氧化碳汽提工藝[3]。 </p><p>　　從20世紀(jì)70年代開始，我國引進(jìn)十幾套二氧化碳汽提法尿素生產(chǎn)裝置，大多為大型

34、裝置，特點(diǎn)是設(shè)備少，工藝流程短，合成壓力低，動力消耗低；但是操作條件相對苛刻，腐蝕比較嚴(yán)重，尾氣存在燃爆危險(xiǎn)，操作彈性小改進(jìn)型的CO2汽提法，原料氣新增加了脫硫和脫氫裝置，杜絕了工藝過程中燃爆的危險(xiǎn)性，在高壓洗滌器后設(shè)低壓吸收塔吸收不凝氣中的氨，減少了尿素裝置的消耗，減輕了腐蝕，降低了爆炸危險(xiǎn)，但一次性投資較大。</p><p>　　二氧化碳汽提法工藝流程由以下工序組成：高壓圈主要包括尿素合成塔、高壓洗滌器、高壓

35、噴射器、汽提塔和甲銨冷凝器，后工序僅設(shè)置了低壓分解吸收系統(tǒng)，并且設(shè)置了處理工藝?yán)淠旱墓ば?，尿液?jīng)過真空蒸發(fā)后送入造粒工序，其特點(diǎn)是在最佳氨碳比的條件下，使合成壓力降到最低。與此同時(shí)，在合成壓力下，采用進(jìn)行CO2汽提和冷凝，產(chǎn)生的冷凝液用來副產(chǎn)蒸汽為低壓分解和一段蒸發(fā)做加熱用，并作為蒸汽噴射器的動力蒸汽以及為系統(tǒng)保溫。CO2汽提法工藝與氨汽提工藝相比，CO2汽提壓力較低，CO2汽提效率高，因此該工藝流程只需低壓分解而不需中壓分解也能滿足

36、尿素裝置生產(chǎn)的要求。汽提法工藝技術(shù)改進(jìn)后，采用高壓下原料氣體的脫氫技術(shù)，杜絕了工藝過程的燃爆危險(xiǎn)性，在高壓洗滌器后設(shè)吸收塔吸收高壓工序未凝氣，減少了尿素裝置的消耗，采用該工藝技術(shù)的尿素裝置，工藝流程短，設(shè)備少，生產(chǎn)穩(wěn)定，消耗低。近年來，在我國新建的尿素裝置和大型尿素裝置的改造中，大都采用了新型的汽提法新工藝。</p><p><b>　　2.5氨汽提法</b></p><

37、p>　　氨汽提法工藝是上世紀(jì)七十年代末、八十年代初由意大利Snam公司研發(fā)的一種以氨為汽提介質(zhì)的生產(chǎn)工藝。在八十年代和九十年代，在國內(nèi)建有許多生產(chǎn)裝置，如中原濮陽、九江石化化肥廠、內(nèi)蒙和海南富島一期等。氨汽提法工藝也屬較成熟的一種生產(chǎn)工藝，在世界范圍內(nèi)所建裝置也僅次于Stamicarbon的二氧化碳汽提法裝置。氨汽提法與二氧化碳汽提法一樣采用在合成圈等壓汽提技術(shù)來降低下工段的負(fù)荷，降低能耗。但由于氨的過量，無法在低壓段全部回收，因

38、此氨汽提法工藝增加有中壓段，使得氨汽提法工藝裝置流程加長。同時(shí)由于氨汽提法工藝的合成系統(tǒng)操作壓力高，汽提塔操作溫度高，因此腐蝕較嚴(yán)重，針對這種情況，Snam現(xiàn)在把汽提塔換熱管材質(zhì)改為雙金屬管，采用25-22-2襯鋯或鈦材襯鋯，鋯管厚0.7～1mm，但投資相對增加。 </p><p>　　氨汽提法在我國還沒有實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，目前國內(nèi)裝置均為國外進(jìn)口。 它的特點(diǎn)是氨的自提作用，甲銨分解率增高，因此減少了中、 低壓分解回收

39、的負(fù)荷，動力消耗隨之減少，高溫高壓下分離的甲銨，其冷凝時(shí)的熱量得到有效的利用，總能耗降低，而且運(yùn)轉(zhuǎn)率高，操作彈性大，安裝檢修方便，爆炸危險(xiǎn)性小，工藝?yán)淠嚎梢赃M(jìn)行二次利用，沒有污染。</p><p>　　氨汽提法工藝工序組成：高壓圈包括尿素合成塔、甲銨噴射器、甲銨冷凝器、甲銨分離器和汽提塔；中壓分解吸收系統(tǒng)設(shè)置了中壓分解分離器和中壓分解加熱器，而中壓吸收系統(tǒng)則設(shè)置中壓吸收塔尾氣吸收器中壓吸收塔外冷器和氨冷器；低壓

40、分解吸收系統(tǒng)包含段冷凝器和分解器；真空蒸發(fā)系統(tǒng)包括了冷凝和段真空，并設(shè)置了處理工藝?yán)淠汗ば?，?jīng)過真空蒸發(fā)后的尿液送入造粒工序，此工藝在高壓回路中，用甲銨噴射器循環(huán)甲銨液，高壓回路改為水平布置。與二氧化碳汽提法尿素工藝相比，氨汽提尿素工藝蒸汽消耗較低，但電耗略高，總能耗兩者較接近。氨汽提尿素工藝尿素合成塔中采用了高的氨碳比和較高的合成壓力及溫度。另外，采用鈦材或雙金屬管作為汽提塔的管材料，所需防腐空氣量少，高壓系統(tǒng)無爆炸危險(xiǎn)，在熱能回收

41、上，用了一些措施回收熱量，比如用中壓分解氣冷凝熱預(yù)熱原料氨，用解吸塔底部出口廢液預(yù)熱高壓碳銨液，用汽提塔的蒸汽冷凝液作為中壓分解的熱源等等。對于該技術(shù)的工藝，我國建廠較多，積累了較豐富的設(shè)計(jì)、設(shè)備制造和生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　3幾種尿素合成工藝的比較</p><p>　　3.1轉(zhuǎn)化率和氨碳比 </p><p>　　在尿素合成塔中，CO2汽提工藝

42、的合成轉(zhuǎn)化率比氨汽提工藝低，但正是因?yàn)榘逼峁に嚨陌碧急容^高，使其操作壓力和溫度都比CO2汽提工藝高，所以，氨汽提塔必須使用特殊材質(zhì)，同時(shí)，因?yàn)榘逼峁に嚢碧急容^高，該工藝需增加中壓分解和工段，使工藝流程復(fù)雜 設(shè)備臺數(shù)多，給操作管理帶來許多不便，易造成事故和停車 水溶熱全循環(huán)尿素法裝置，合成轉(zhuǎn)化率較高，尿素裝置的后工序負(fù)荷較大，但是并沒有在高壓圈內(nèi)設(shè)置回收熱能措施，所以，水溶液全循環(huán)尿素工藝消耗高。</p><p&g

43、t;　　3.2工藝布置 </p><p>　　CO2汽提工藝因?yàn)楦邏喝Φ牡葔翰僮鳎锪蠟橹亓α鲃?，其高壓框架高達(dá)，但是占地面積較??；而氨汽提工藝和水溶液全循環(huán)工藝則只需平面布置，優(yōu)點(diǎn)是操作和檢修方便，缺點(diǎn)是占地面積較大。</p><p><b>　　3.3能耗</b></p><p>　　系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，CO2汽提工藝和氨汽提工藝

44、的冷卻水消耗、蒸汽消耗和氨耗相差不大；但是對于電耗，因?yàn)镃O2汽提工藝的循環(huán)量比較小，合成操作壓力較低，電耗比氨汽提工藝低。以上3種工藝由于高壓圈轉(zhuǎn)化率高，它們的甲銨冷凝器副產(chǎn)蒸汽可以用在尿素裝置的蒸發(fā)和低壓分解工序，所以，CO2汽提工藝的蒸汽消耗要比水溶液全循環(huán)尿素裝置低得多。</p><p><b>　　3.4加氧量 </b></p><p>　　改進(jìn)型CO2汽提

45、工藝加入系統(tǒng)的氧的體積分?jǐn)?shù)到 0.6%就能保證尿素裝置的正常運(yùn)行；雖然氨汽提工藝的加氧的體積分?jǐn)?shù)只有0.35%-0.45%但是從實(shí)踐看，CO2氨汽提塔腐蝕嚴(yán)重，塔底必須增加一臺空壓機(jī)來補(bǔ)充加氧量小帶來的不足，而水溶液全循環(huán)尿素工藝中的加氧的體積分?jǐn)?shù)是0.5%。</p><p>　　3.5設(shè)備及材料的腐蝕 </p><p>　　CO2汽提工藝中高壓圈設(shè)備和水解塔最易產(chǎn)生腐蝕，而氨汽提工藝除了

46、高壓圈設(shè)備和水解塔外，易發(fā)生腐蝕的還有中壓分解系統(tǒng)的設(shè)備。CO2汽提工藝的尿塔使用壽命一般在19年～25年，CO2汽提塔的使用壽命在17年～21年，而氨汽提工藝的汽提塔使用壽命在15年左右。水溶液全循環(huán)工藝除尿素合成塔外，中壓分解系統(tǒng)的設(shè)備也易發(fā)生腐蝕。</p><p><b>　　3.6燃爆可能性 </b></p><p>　　改進(jìn)型CO2 汽提工藝由于設(shè)置了CO2

47、 脫氫工序，尿素裝置的尾氣中不再含有氫，這樣就消除了尿素裝置產(chǎn)生爆炸的可能性；而水溶液全循環(huán)工藝與氨汽提工藝中 低壓尾氣的組分類似，有可能發(fā)生爆炸。</p><p><b>　　3.7操作彈性 </b></p><p>　　CO2汽提工藝的操作彈性負(fù)荷可在60％上運(yùn)行，在該生產(chǎn)負(fù)荷下，開停車時(shí)間短，穩(wěn)定工藝裝置的時(shí)間短，氨汽提工藝和水溶液全循環(huán)尿素工藝的操作彈性可在

48、40％負(fù)荷上運(yùn)行，這使得尿素裝置的開車平穩(wěn)，但需要較長的時(shí)間，工藝操作回路多，在氣溫高的生產(chǎn)工況下，中壓系統(tǒng)操作不穩(wěn)定，易引起停車。</p><p>　　4關(guān)于改進(jìn)后的尿素合成方法</p><p>　　4.1東洋工程公司工藝</p><p>　　該法是將水溶液循環(huán)法與二氧化碳?xì)馓峒夹g(shù)相結(jié)合。其特點(diǎn)是較高氨／二氧化碳比，轉(zhuǎn)化率較高；氣提塔上部設(shè)置塔板，下部為液膜換熱器

49、，氣提效率高；高壓甲銨冷凝器的熱量用于回收副產(chǎn)蒸汽，熱利用率較高。其工藝流程說明如下。</p><p><b>　　4.1.1合成</b></p><p>　　由界外送來液氨經(jīng)高壓氨泵加壓后經(jīng)氨預(yù)熱器送入尿素合成塔。由界外送來二氧化碳經(jīng)二氧化碳壓縮機(jī)壓縮至18.2兆帕，送入氣提塔，在二氧化碳壓縮機(jī)的中段加入防腐用的空氣。</p><p>　　來

50、自回收工段的循環(huán)甲銨溶液由高壓甲銨泵送到2號甲銨冷凝器和高壓洗滌器。</p><p>　　合成塔操作壓力18.04兆帕，操作溫度190℃，氨與二氧化碳分子比為4，二氧化碳轉(zhuǎn)化率為％，合成反應(yīng)生成物從中心管溢流從塔底排入氣提塔。在氣提塔上部，來自合成塔的合成尿素溶液與來自下部的二氧化碳?xì)怏w接觸，進(jìn)行有效的二氧化碳?xì)馓帷Ｔ跉馓崴虏?，合成尿素溶液中所含的氨基甲酸銨和過量的氨通過二氧化碳?xì)馓岷驮诮的な綋Q熱器中的蒸汽進(jìn)行

51、分解和分離出來。氣提塔的操作壓力為18.04兆帕，溫度為177℃，塔頂氣體送到1號和2號甲銨冷凝器中在甲銨冷凝器中，氣提塔的塔頂氣體被冷凝下來，并被來自回收工段的循環(huán)甲銨溶液吸收，在此冷凝熱和吸收熱用于1號甲銨冷凝器中產(chǎn)生0.59兆帕的蒸汽和在2號甲銨冷凝器中加熱氣提塔出口尿素溶液。甲銨冷凝器底部的氣體和溶液都送到合成塔中。從合成塔頂部出來氣體含有少量氨、二氧化碳，送到高壓洗滌器進(jìn)行回收。在洗滌器中，利用循環(huán)甲銨溶液回收氨和二氧化碳，然

52、后送入l號甲銨冷凝器作吸收劑。從洗滌器頂部出來氣體送人高壓分解器，以進(jìn)一步回收氨和二氧化碳。</p><p><b>　　4.1.2凈化</b></p><p>　　從氣提塔底出來尿素溶液先經(jīng)2號甲銨冷凝器預(yù)熱至155℃，然后送往高壓分解器，由內(nèi)部熱交換器中的蒸汽冷凝液進(jìn)一步加熱，將氨基甲酸銨分解成氣氨和二氧化碳，然后將氣體送到高壓吸收塔中。當(dāng)大部分氨基甲酸銨在高壓分

53、解器中分離出來后，尿素溶液在降壓到0.35兆帕情況下被送入低壓分解器，溶液進(jìn)一步提純到殘余氨和二氧化碳含量分別為0.5％和0.4％?！　〉蛪悍纸馄鞣蛛x出來的氣體送到低壓吸收塔，尿素溶液被送到閃蒸分離器進(jìn)行最后階段提純，通過真空閃蒸將殘余的氨和二氧化碳進(jìn)一步分離出來?！　≡谀蛩厝芤翰鄢隹谔幍哪蛩厝芤褐泻写蠹s70％的尿素和大約0.4％的氨，此尿素溶液被尿液泵送到濃縮工序。</p><p>　　4.1.3濃縮，造

54、粒</p><p>　　尿素溶液首先送到真空濃縮器，濃縮至大約84％尿素。</p><p>　　尿素溶液在0.02兆帕真空下，由低壓蒸汽加熱至132℃，使出真空濃縮器的尿素濃度達(dá)95.5％。經(jīng)過濃縮的尿素溶液被送到最終濃縮器，由低壓蒸汽加熱至138℃，在最終分離器，在0.3兆帕真空下，溶液濃縮至含尿素99.8％，由熔融尿素泵送往造粒塔頂部。通過造粒噴頭向塔內(nèi)噴灑造粒，落在塔底尿素經(jīng)皮帶送往

55、倉庫貯存或進(jìn)行包裝。</p><p><b>　　4.1.4回收</b></p><p>　　來自低壓分解器的塔頂氣體被送到低壓吸收塔。在高壓吸收塔中形成的甲銨溶液，經(jīng)甲銨泵輸送，其中一部分循環(huán)至2號甲銨冷凝器，另一部分經(jīng)過合成工段的洗滌塔循環(huán)至1號甲銨冷凝器。</p><p>　　4.1.5工藝?yán)淠旱奶幚?lt;/p><p&

56、gt;　　來自最終濃縮器表面冷凝器的冷凝液在工藝?yán)淠壑惺占蠼?jīng)吸收泵送入洗滌塔，用于洗滌來自高壓吸收塔的放空氣體。來自第一和第二表面冷凝器的工藝?yán)淠涸诠に嚴(yán)淠嘿A槽貯存，然后經(jīng)工藝?yán)淠罕盟椭凉に嚴(yán)淠簹馓崴?，通過蒸汽氣提從冷凝液中將氨和二氧化碳汽提出來，塔頂氣體送至低壓分解器進(jìn)行回收。來自工藝?yán)淠龤馓崴虚g段的氣提冷凝液用泵送到尿素水解器，在該水解器中尿素全部水解為氨和二氧化碳。來自尿素水解器的工藝?yán)淠涸俅嗡偷焦に嚴(yán)淠簹馓崴?/p>

57、部，其中的氨和二氧化碳?xì)馓岢鰜?。處理后的工藝?yán)淠褐心蛩睾桶焙烤∮?×10—6，送出界區(qū)可用作鍋爐給水。</p><p>　　4.2卡薩利尿素工藝</p><p>　　HEC尿素工藝是卡薩利公司專利技術(shù)，其特點(diǎn)是： </p><p>　　(1)設(shè)有兩個尿素合成塔。第一塔為主合成塔，操作壓力22～24兆帕，溫度195℃，氨／二氧化碳＝3.6，水／二氧化碳

58、＝0，二氧化碳轉(zhuǎn)化率為75％。第二塔為輔助合成塔亦稱副塔，操作壓力16兆帕，溫度190℃，氨／二氧化碳＝4.5，水／二氧化碳＝1.3，二氧化碳轉(zhuǎn)化率61.0％。兩塔平均轉(zhuǎn)化率達(dá)71％較其他尿素工藝均高。</p><p>　　(2)中壓、低壓回收系統(tǒng)設(shè)備小。 </p><p>　　(3)物料、動力消耗較少。采用該法對全循環(huán)法尿素裝置進(jìn)行技術(shù)改造可降低氨耗、汽耗，經(jīng)濟(jì)效益較好。蒸發(fā)話系統(tǒng)與其他

59、工藝大致相同，茲將高壓部分及回收部分工藝流程介紹如下：</p><p>　　來自界外二氧化碳經(jīng)二氧化碳壓縮機(jī)加壓至25兆帕與高壓液氨泵加壓后的液氨混合后先進(jìn)入甲銨冷凝器，氨和二氧化碳反應(yīng)生成熱用來副產(chǎn)低壓蒸汽，出甲銨冷凝器反應(yīng)混合物進(jìn)入第一合成塔，從塔頂部出來進(jìn)入高壓分解器上部分離器，高壓分解器是用2.45兆帕蒸汽加熱產(chǎn)生氣提作用。從分離器上部出來溶液進(jìn)入第二合成塔，從中壓吸收塔回收甲銨液經(jīng)高壓甲銨泵送入第二合成

60、塔，從第二合成塔出來尿素溶液也送人高壓分解器上部分離器，一塔、二塔的尿素溶液在高壓分解器底部出來進(jìn)入中壓分解器，從中壓分解器出來進(jìn)入低壓分解器，從底壓分解器出來尿素溶液送往蒸發(fā)器，在真空下蒸發(fā)水分，尿素濃度達(dá)四％，然后用熔融尿素泵送往造粒塔造粒。從低壓分離器上部分離器出來氣體送人低壓冷凝器，從低壓冷凝器出來碳銨溶液經(jīng)氣液分離器出來用低壓碳銨泵送人中壓吸收塔底部。　　從第二合成塔頂部出來氣體送人中壓分解器上部分離器，從上部分離器出來氣體

61、先經(jīng)一段蒸發(fā)器下加熱器回收熱量，然后送往中壓吸收塔與塔上部噴淋下來液氨接觸被吸收生成甲銨液／經(jīng)高壓甲銨泵送入第二合成塔。從中壓吸收塔頂部出來氣氨送入氨冷凝器，冷凝成液氨流人液氨貯槽，循環(huán)使用[8]。</p><p>　　4.3尿素合成工藝流程圖</p><p>　　圖2二氧化碳?xì)馓岱蛩厣a(chǎn)流程</p><p>　　1 合成塔 2 噴射泵 3 氣提塔 4 高壓甲胺冷

62、凝器 5洗滌器 6精餾塔</p><p>　　7 閃蒸器 8吸收器 9貯罐 10解析塔 11 蒸發(fā)器 12 造粒塔</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　綜上所述，上面比較的3種工藝方案各有優(yōu)劣，水溶液全循環(huán)法工藝較落后，消耗較高，對新建的尿素裝置來說改進(jìn)型二氧化碳汽提工藝與氨汽提工藝具有一定的優(yōu)勢 從投資方面相

63、比，改進(jìn)型二氧化碳汽提工藝由于設(shè)備臺數(shù)少，比氨汽提工藝節(jié)省投資15％左右，目前的化肥廠多采用改進(jìn)型二氧化碳汽提工藝。</p><p>　　而且從目前來看：未來合成氨、尿素生產(chǎn)技術(shù)的主要發(fā)展趨勢是大型化、低能耗、結(jié)構(gòu)調(diào)整、清潔生產(chǎn)及長周期運(yùn)行。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)20

64、10；文章編號1005-6033（2010）11-0215-03.</p><p>　　[2] 汪冬兵，國內(nèi)尿素高壓設(shè)備的主要問題及原因分析[J].大氮肥.2003年01期.</p><p>　　[3] 馮桂曉，尿素合成塔和一吸塔技改小結(jié)[J]. 小氮肥, 2007年01期.</p><p>　　[4] 張鳳英，氨汽提尿素工藝的初步剖析[J]. 化肥工業(yè), 1992

65、年06期.</p><p>　　[5] YANG Shuijing,YU Xieqing,SUN Jutang,Catalytic synthesus of cyclohexanone 1,2-propanediol ketal with H4SiO40/Pan[J].RARE METALS,2004,23(4):300～305.</p><p>　　[6] 趙樹德，尿素塔為何會發(fā)生化學(xué)爆