尿素合成的原理及工艺探讨.doc

1、1尿素合成的原理及工艺探讨摘 要：本文主要是从尿素合成的基本原理出发，对氨合成尿素的反应进行分析，探讨了尿素合成的工艺条件选择，包括过剩氨、水分以及温度和压力，然后对尿素的加工过程进行分析，探讨其加工的相关工艺。 关键词：尿素 氨 合成 一、尿素合成的基本原理 用氨合成尿素的反应，通常认为是按以下两个步骤，在合成塔内连续进行：第一步：氨作用生成氨基甲酸铵 2NH3+CO2=NH4COONH2+Q1。第二步：氨基甲酸铵脱水生成尿素 NH4COONH2=CO（NH2）2+H2O-Q2 这两个反应都是可逆反应。第一个反应是放热反应，在常温下实际上可以进行到底，150时，反应进行的很快、很完全，为瞬时

2、反应，而第二个反应是吸热反应，进行的比较缓慢，且不完全，这就使其成为合成尿素的控制反应。尿素的生产过程要求在液相中进行。即氨基甲酸铵必须呈液态存在。温度要高于熔点 145155，因此，决定了尿素的合成要在高温下进行。 二、尿素合成工艺条件的选择 1.过剩氨 过剩氨是比较氨与二氧化碳的比化学反应量所多的氨。常以百分率表示，或氨比二氧化碳表示。过剩氨可以使反应的平衡趋向生成尿素的2一方，使产率提高。过剩氨也可以合成速度加快，提高尿素产率，过剩氨的存在，可与系统中的水结合，从而降低了水的浓度。抑制了副反应的发生 过剩氨的增加过大。二氧化碳转化率增加率也逐渐增加。并且提高了合成塔内反应系的平衡压力：过

3、剩氨的增加。会破坏反应物的自然平衡。为维持合成塔内顶定温度，就必须提高浓氨预热温度；过剩氨的增加。会是反应混合物的比重下降。所需反应釜的容积加大，处理未生成尿素的反应物的设备也更大。动力消耗增加。因此，在尿素水溶液全循环法中氨与二氧化碳比一般在 3.54.1。 2. 水份 从化学反应平衡考虑。过量水的存在阻止合成反应向着生成尿素的方向移动。促进氨基甲酸铵水解等付反应的进行。造成 CO2 转化率的下降。甚至引起合成与分解的操作条件恶性循环。水的存在也使合成塔腐蚀加剧。因此在水溶液全循环中。正常生产时避免向合成塔内送水。在过剩氨回收和液相循环中，也应力求减少水分进入合成塔，在工业生产中进行合成塔物

4、料 3. 温度和压力 温度越高尿素达最大产率的时间越短。即反应速度越快。合成塔的生产强度也就提高，但温度越高。尿素产率的提高逐渐减慢。同时反应温度的提高也必须使合成系统的平衡压力提高。腐蚀速度增加。为保证尿素在液相中生成和一定的反应速度。对设备制造和防腐问题。合成塔的操作温度控制在 185190C 为宜合成塔的操作压力。必须大于操作3条件下的平衡压力。否则会使氨基甲酸铵离解，溶液中氨气化，转化率下降，但操作压力过高，会使动力消耗增加，设备制造强度加大。因此合成塔的操作压力高于其操作条件下平衡压力 1030 气压较好。 三、尿素的加工 尿素水溶液在加热过程中其热稳定性较差。在溶液加热达到一定温度

5、以上就可能发生尿素水解反应和缩二脲的生成反应。其反应如下： 两个副反应由于受温度、加热时间、溶液面上气氨分压等因素的影响。因此，尿液蒸发过程的操作压力越低，相应饱和尿液浓度就越高。如果达到相同浓度，蒸发压力高，相应所需温度也高。为减少副产物的生成。避免出现结晶困难的问题。通常采用两段蒸发流程：一段蒸发的目的是在较低的压力下首先蒸发掉大量的水。然后在更低的压力下进行二段蒸发。已达到最后的浓度。两端蒸发的分界线是根据传热温差和冷却水温度而定的 四、工艺流程介绍 其生产工艺流程特点是采用了二段分解、三段吸收、二段蒸发、自然通风的造粒流程，设计中未考虑解析系统，碳化氨水送碳氨母液槽。本流程分为压缩、合

6、成、分解系统、循环系统、蒸发造粒四个生产过程，整个生产为单系统生产。其具体流程为：由合成车间送来的液氨经预热进入高压氨泵，为了避免高压氨泵的气塞。液氨的温度比上述压力下的沸点最少低 10。通过高压氨泵将压力提高到 16.0MPa。出高压氨泵的液氨送入高压喷射器。将高压洗涤器出来的甲铵液增压。一并送入高压甲铵冷凝器的顶部。 4由合成车间送来的 CO2 经冷却后进入二氧化碳压缩机，经四段压缩后送入汽提塔底部。将溶液中的 NH3 和 CO2 赶出，汽提塔顶部出气要送入高压甲铵冷凝器的顶部。所以汽提塔的压力应比高压甲铵冷凝器略高一些。汽提塔所用的饱和蒸汽压力为 2.0MPa。 在高压甲铵冷凝器中。将液

7、氨和气体 CO2 大部分冷凝成为甲铵液体。高压甲铵冷凝器 E20204 是立式管壳式热交换器，从底部各自的管子离开高压甲铵冷凝器。进入合成塔的底部。合成塔是一个长的立式高压反应器，反应混合物自下而上通过。在温度为 180186和 13.514.5MPa压力下。将甲铵转化为尿素。转化率为 61%左右。再从内部的溢流管离开。塔内的液面必须保持比溢流管口稍稍高一些。并用合成塔出口处的控制阀控制。反应混合物中的气体从塔的顶部离开进入高压洗涤器。在高压洗涤器中，对合成塔顶部出气中的 NH4 和 CO2 加以回收，高压洗涤器出气由于其中含有少量 H2 和 O2，当操作不正常时（浓度波动）有可能形成爆炸性混

8、合物。为了避免爆炸，要求 NH2 和 CO2 在此不完全吸收。而将出气经减压阀送 0.6MPa 吸收塔进一步吸收。最后惰气经由塔顶放空。因为高压甲铵冷凝器中的压力要比高压洗涤器约高 0.3MPa。因此，甲铵液必须在高压喷射器中用 16.0MPa 的液 NH4，喷射才能返回到反应系统中去。离开汽提塔的尿液经控制阀减压到 0.150.25MPa。喷洒在精馏塔的填料床上。由于减压的结果，尿液中的甲铵分解，所需的热由溶液本身供给，从而使溶液的温度下降到 105l10。离开精馏塔底部的尿液经过控制阀流入闪蒸槽；精馏塔底出来的溶液减压后流人闪蒸槽。闪蒸槽5中保持低度真空，约 0.045MPa。在溶液减压时。少量的 NH4 同较大量的蒸汽从溶液中逸出。使溶液的温度从 130左右降到 9095。得到的尿素溶液的浓度约为 73%。流入尿液贮槽。从尿液储存槽进入蒸发槽将尿液中的水分蒸发掉。之后从尿素熔融体经过大气由尿素熔融泵送人造粒塔顶的喷头。当喷头以合适的速度旋转时。尿素熔体被洒成大小合适的小液滴分布在造粒塔的整个截面上。当它们下降时因冷却而固化。 参考文献 1苗方 多肽尿素生产技术与发展前景J 化肥工业 2013.6 2许昆岭 董仲美 尿素装置脱硫和脱氢系统运行总结J 化肥工业 2013. 6