尿素的合成工藝

1、目錄：目錄：一尿素的概述二尿素的性質(zhì)三尿素的用途四尿素的工業(yè)合成一：尿素的概述一：尿素的概述 尿素，英文尿素，英文Urea，分子結(jié)構(gòu)式，分子結(jié)構(gòu)式CO(NH2)2，化學(xué)，化學(xué)名稱為碳酸二胺，又稱脲。分子量為名稱為碳酸二胺，又稱脲。分子量為60.057；含氮量；含氮量46.67%，工業(yè)尿素含水分、縮二脲等雜志，含氮量在，工業(yè)尿素含水分、縮二脲等雜志，含氮量在46%以上，是最主要的化學(xué)肥料以上，是最主要的化學(xué)肥料(氮肥氮肥)。 尿素的農(nóng)業(yè)需求量很大，我國(guó)約尿素的農(nóng)業(yè)需求量很大，我國(guó)約2000萬(wàn)噸萬(wàn)噸/年；年；工業(yè)裝置規(guī)模大，一般為工業(yè)裝置規(guī)模大，一般為50萬(wàn)噸萬(wàn)噸/年；生產(chǎn)工藝和設(shè)備年；生產(chǎn)工藝和

2、設(shè)備已經(jīng)非常成熟。已經(jīng)非常成熟。二：尿素的主要性質(zhì)常溫常壓下，尿素為固體結(jié)晶，工業(yè)尿素為白常溫常壓下，尿素為固體結(jié)晶，工業(yè)尿素為白色、無(wú)臭的固體顆粒色、無(wú)臭的固體顆粒。純純尿素的熔點(diǎn)為尿素的熔點(diǎn)為132.7，常壓下溫度超過(guò)熔點(diǎn)，常壓下溫度超過(guò)熔點(diǎn)即分解即分解；尿素易溶于水和液氨。尿素有吸濕性，易潮解。尿素易溶于水和液氨。尿素有吸濕性，易潮解。尿素在強(qiáng)酸溶液中呈弱堿性，能與酸作用生成尿素在強(qiáng)酸溶液中呈弱堿性，能與酸作用生成鹽。尿素與鹽類作用可生成絡(luò)合物。鹽。尿素與鹽類作用可生成絡(luò)合物。在常溫時(shí)，尿素在水中緩慢地進(jìn)行水解，先轉(zhuǎn)在常溫時(shí)，尿素在水中緩慢地進(jìn)行水解，先轉(zhuǎn)化為甲銨（氨基甲酸銨），然后形成

3、碳酸銨，化為甲銨（氨基甲酸銨），然后形成碳酸銨，最后分解成氨和最后分解成氨和CO2三：尿素的用途 尿素在水中會(huì)水解生成尿素在水中會(huì)水解生成NH3NH3和和CO2CO2，常溫下，常溫下很慢。故可以作為肥料使用，釋放出的很慢。故可以作為肥料使用，釋放出的NH3NH3和和CO2CO2都可為植物吸收；因水解速度緩慢，故為都可為植物吸收；因水解速度緩慢，故為長(zhǎng)效肥料。長(zhǎng)效肥料。在所有固態(tài)氮肥中尿素的含氮量最高，在土壤中不殘留任何有害物質(zhì)，長(zhǎng)期使用不會(huì)影響土質(zhì)。尿素還可作為化工原料，也可用于醫(yī)藥、纖維素、石油脫蠟等的生產(chǎn)中四：尿素的工業(yè)合成1尿素合成的方法2尿素的合成原理3尿素合成主要工藝條件4尿素生產(chǎn)工

4、藝及流程 1、制造尿素的方法有50余種，但實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的只有氫氨化鈣（石灰氮）法，氨與CO2直接合成法兩種。 2、氨與CO2直接合成尿素因原料獲得方便，產(chǎn)品濃度高，現(xiàn)在廣泛采用此法生產(chǎn)尿素。 3、我國(guó)尿素生產(chǎn)主要采用水溶液全循環(huán)法:水溶液全循環(huán)法是將未反應(yīng)的氨和CO2用水吸收生成甲胺或碳酸銨水溶液循環(huán)返回系統(tǒng)。1尿素合成的方法2尿素的合成原理 目前，工業(yè)合成尿素的方法都是在目前，工業(yè)合成尿素的方法都是在液相中液相中由由NH3和和CO2反應(yīng)反應(yīng)合成的，屬于有氣相存在的液相合成的，屬于有氣相存在的液相反應(yīng)，如下圖所示。反應(yīng)被認(rèn)為分兩步進(jìn)行：反應(yīng)，如下圖所示。反應(yīng)被認(rèn)為分兩步進(jìn)行：14223.93.8

5、6)()()(2 molkJlCOONHNHlCOlNH122242.45.28)()()( molkJlOHlCONHNHlCOONHNH 上述兩個(gè)反應(yīng)中，第一個(gè)反應(yīng)為上述兩個(gè)反應(yīng)中，第一個(gè)反應(yīng)為快速快速放熱反應(yīng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)程度很大，生成溶解態(tài)，反應(yīng)程度很大，生成溶解態(tài)的氨基甲酸銨的氨基甲酸銨(Ammonium Carbamate，簡(jiǎn)寫，簡(jiǎn)寫AC，甲銨，甲銨)；第二個(gè)脫水生成尿；第二個(gè)脫水生成尿素素(Urea，簡(jiǎn)寫，簡(jiǎn)寫Ur)的反應(yīng)為的反應(yīng)為慢速吸熱反慢速吸熱反應(yīng)應(yīng)，且為顯著可逆反應(yīng)。，且為顯著可逆反應(yīng)。3尿素合成主要工藝條件 溫度、壓力、原料純度和配比等，既是影響尿素合成平衡轉(zhuǎn)化率的因素

6、，也是保證尿素合成塔正常運(yùn)行的工藝參數(shù)，并直接影響后續(xù)的循環(huán)回收。（1）溫度 是吸熱較弱，速度較慢。隨著溫度上升，甲銨脫水反應(yīng)平衡常數(shù)增大；甲銨脫水反應(yīng)速度 也加快。因此，提高溫度對(duì)尿素的反應(yīng)有利。但是必須指出，溫度不能隨意的升高，在測(cè)定溫度與轉(zhuǎn)化率關(guān)系中表明，在某一溫度下轉(zhuǎn)化率有極大值。當(dāng)超過(guò)此溫度后平衡轉(zhuǎn)化率反而下降。（2）壓力 在尿素的合成過(guò)程中，甲銨處于在高溫情況下容易分解為氨，二氧化碳，因而使尿素的轉(zhuǎn)化率下降，所以尿素在合成過(guò)程中操作壓力一般應(yīng)大于其它的平衡壓力。平衡壓力值是不固定的，它隨著物料組分不同，NH3/CO2、H2O/CO2及溫度不同，平衡壓力也不同。（3）氨碳比 用過(guò)量氨

7、的過(guò)量率及氨碳比（NH3/CO2）兩種形式表示。根據(jù)平衡移動(dòng)原理可知，增加反應(yīng)物NH3的濃度，反應(yīng)有利于向生成物方向進(jìn)行，必然能夠提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率。過(guò)量氨的優(yōu)點(diǎn)： 過(guò)量氨的優(yōu)點(diǎn)：a、 增加反應(yīng)物的濃度，必然增加尿素的轉(zhuǎn)化率。b、 可以與反應(yīng)生成的水作用，降低水的活度，使平衡向生成尿素和方向進(jìn)行。c、 過(guò)量氨可以控制合成塔自然和維持最合適的反應(yīng)溫度d、 系統(tǒng)內(nèi)過(guò)量氨還可抑制其他副反應(yīng)，并能降低腐蝕作用。 （4）水碳比 水碳比就是原料中水和二氧化碳的分子比。從平衡移動(dòng)原理可知，增加水即增加了生成物的濃度，將使尿素平衡轉(zhuǎn)化率下降。但是在已有的各種全循環(huán)法中，都有一定量的水隨同回收的未反應(yīng)物氨和二

8、氧化碳返回反應(yīng)器去，據(jù)有關(guān)資料介紹，每當(dāng)物料中H2O/CO2增加0.1，合成轉(zhuǎn)化率則降低1%左右。但是在不同溫度下，H2O/CO2對(duì)平衡轉(zhuǎn)化率的影響并不一樣，在200以下的影響較200以上的影響為小。（5）原料純度 原料中氨的純度一般都較高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于（或等于）99.5%。CO2是合成氨裝置中脫除CO2工序的再生氣體，其純度對(duì)氨合成轉(zhuǎn)化率影響較大。CO2以外的H2、N2、CH4、Ar、CO等氣體并不參與反應(yīng)，其存在將增加CO2壓縮機(jī)的負(fù)荷，并且不能溶于反應(yīng)液中，從氣相排出合成塔的同時(shí)會(huì)帶走NH3和CO2，降低轉(zhuǎn)化率，故一般要求CO2純度應(yīng)大于98.5%，另外，少量空氣或CO2的存在能減緩材料

9、的腐蝕。4 4 尿素生產(chǎn)工藝及流程 工業(yè)上由NH3與CO2直接合成尿素分下列四個(gè)步驟進(jìn)行：（1） NH3與CO2的原料供應(yīng)及凈化 （2） NH3與CO2合成尿素 （3） 尿素熔融液與未反應(yīng)生成尿素物質(zhì)的分離和回收。 （4） 尿素溶液的加工 一般來(lái)說(shuō)，上述四個(gè)步驟中，第一步和第二步除工藝條件稍有差別外，在設(shè)備構(gòu)造和操作原則上幾乎差不多。 第三步差異較大，在合成尿素工藝流程分類時(shí)，是按第三步來(lái)分，大致分為不循環(huán)法、部分循環(huán)法、半循環(huán)法和全循環(huán)法（水溶液全循環(huán)法和甲銨溶液全循環(huán)法），即將NH3與CO2在尿素合成系統(tǒng)中循環(huán)使用。氣提法（CO2氣提法、氨氣提法、變換氣氣提法等）是全循環(huán)法的發(fā)展。在簡(jiǎn)化流

10、程、熱能回收，延長(zhǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)周期和減少費(fèi)用等方面較水溶液全循環(huán)法優(yōu)越。 第四步尿素溶液加工，實(shí)際上是尿素溶液濃縮結(jié)晶造粒生產(chǎn)尿素顆粒成品或液態(tài)尿素的過(guò)程。造粒塔排放的粉塵和NH3會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成污染，但對(duì)水環(huán)境不會(huì)有很大的影響。尿素合成塔結(jié)構(gòu)和流程 尿素合成塔是氨和尿素合成塔是氨和二氧化碳反應(yīng)生成尿素二氧化碳反應(yīng)生成尿素的場(chǎng)所，是整個(gè)尿素裝的場(chǎng)所，是整個(gè)尿素裝置的核心設(shè)備。尿素合置的核心設(shè)備。尿素合成塔的結(jié)構(gòu)是圓柱形的成塔的結(jié)構(gòu)是圓柱形的塔體，內(nèi)設(shè)若干塊阻止塔體，內(nèi)設(shè)若干塊阻止物料返混的塔板。可以物料返混的塔板?？梢钥闯墒怯扇舾蓚€(gè)串聯(lián)的看成是由若干個(gè)串聯(lián)的、混合的小室組成。雖、混合的小室組成。雖每個(gè)

11、小室接近理想混合每個(gè)小室接近理想混合型，但就整個(gè)塔來(lái)說(shuō)，型，但就整個(gè)塔來(lái)說(shuō)，其流動(dòng)狀況卻接近理想其流動(dòng)狀況卻接近理想置換型。置換型。(1)水溶液全循環(huán)法水溶液全循環(huán)法 水溶液全循環(huán)法是將未反應(yīng)的氨和二氧化碳用水溶液全循環(huán)法是將未反應(yīng)的氨和二氧化碳用水吸收生成甲銨或碳酸銨水溶液返回合成系統(tǒng)的水吸收生成甲銨或碳酸銨水溶液返回合成系統(tǒng)的生產(chǎn)方法。生產(chǎn)方法。 未轉(zhuǎn)化物需未轉(zhuǎn)化物需兩段分解兩段分解，三段吸收三段吸收。流程較長(zhǎng)。流程較長(zhǎng)且分解壓力不高，分解氣的冷凝熱除小部分被利且分解壓力不高，分解氣的冷凝熱除小部分被利用外，其余須用冷卻水移走，能耗較高。此外，用外，其余須用冷卻水移走，能耗較高。此外，循環(huán)

12、甲銨液量大，甲銨泵易腐蝕，且發(fā)生結(jié)晶堵循環(huán)甲銨液量大，甲銨泵易腐蝕，且發(fā)生結(jié)晶堵塞時(shí)，操作維修麻煩。塞時(shí)，操作維修麻煩。造粒塔成品運(yùn)輸損失排水排水排水二氧化碳氧氣排水入溝SSCSSWWWWWWWWWWWWWWS去位號(hào)19來(lái)自位號(hào)SSC來(lái)自位號(hào)13去位號(hào)13SCSSC S 蒸汽SC-蒸汽冷凝液 W-冷凝水SSC傳統(tǒng)水溶液全循環(huán)法生產(chǎn)尿素的工藝流程傳統(tǒng)水溶液全循環(huán)法生產(chǎn)尿素的工藝流程（2）CO2氣提法氣提法工藝流程示意圖工藝流程示意圖*精餾塔精餾塔去蒸發(fā)造粒系統(tǒng)去蒸發(fā)造粒系統(tǒng)吸收塔吸收塔高壓洗滌器高壓洗滌器低壓甲銨冷凝塔低壓甲銨冷凝塔gegggllgNH318MPa70CO214.4MPa放放空空高壓甲銨高壓甲銨冷凝器冷凝