尿素生产工艺 图文详解
化工工艺学 - 尿素
2018/11/13
（四）尿素合成工艺条件选择
1、温度
2、氨碳比
3、水碳比
4、压力 5、惰气含量、填充度 6、反应时间、生产强度
11
《化工工艺学》 第七章 尿素 2018/11/13
1﹒温度
由左图可知: 当Ｔ↑，X平↑ .在 １９０－２００℃时， 又Ｔ每升１０℃,Ｖ反 增加一倍.
A. B. C.
29
不锈钢衬里合成塔图 衬里式合成塔图
一段吸收塔图
《化工工艺学》 第七章 尿素 2018/11/13
1）ＣＯ２气提-循环-回收系统 流程示意（图）
经合成塔合成ＣＯ２约有62%转化为尿素，合成液 经节流阀减压至1.7-1.8MPa，进预分离器。预分离器上部 气体经换热，95%ＣＯ２和全部水蒸气及部分ＮＨ３吸收成 甲胺液 进一段吸收塔，用液氨吸收剩下的5%ＣＯ２成甲胺 液，全部甲胺液由一吸收塔底部经加压泵回合成塔。
4．回收利用：1）分离出来作为化工产品. 2）将高浓度缩二脲母液送回合成塔，抑制其生成.
26
《化工工艺学》 第七章 尿素
2018/11/13
六．气提法分解甲胺原理
ＣＯ２气提法
定义：是在保持气体分解压力与合成压力相同 的条件下， 在供给热量的同时，向尿液中通入大量ＣＯ２气，以降低气 相中氨的分压，促使甲胺分解。
8
《化工工艺学》 第七章 尿素
2018/11/13
（二）化学平衡
反应达到平衡时共有五个平衡存在：
NH3(g) ≒ NH3 (l) CO (g) ≒ CO2 (l) H2O(g) ≒ H2O(l) 2NH3 (l) +CO2 ≒ NH4COONH2 (l) NH4COONH2 (l) ≒ CO(NH2 ) 2 (l) +H2O (l)
《各种尿素工艺概述》课件
尿素运输方式
尿素的运输方式包括汽车、火车和船 舶等，根据运输距离和数量选择合适 的运输方式。
04
尿素生产工艺的优化与改 进
尿素合成工艺的优化与改进
总结词
提高尿素合成效率，降低能耗和减少环境污染
详细描述
采用新型催化剂，提高尿素合成的反应速度和转化率；优化反应温度和压力，降 低能耗；改进工艺流程，减少副反应和废弃物排放，降低环境污染。
国际尿素生产工艺的实际应用案例
欧洲化肥研究所（IFDC）
01
在尼日利亚采用水溶液全循环法尿素工艺，实现了尿素生产的
本土化，提高了当地农业生产水平。
美国孟山都公司
02
在巴西采用高压合成塔水溶液全循环法尿素工艺，产品品质优
良，满足了当地农业需求。
印度巴塞尔公司
03
在印度采用管式反应器尿素工艺，实现了尿素生产的高效、环
1950年代
随着技术的进步，尿素合 成塔和高压循环系统的改 进，尿素生产进入大规模 工业化阶段。
1980年代至今
尿素生产工艺持续优化， 提高能效、降低能耗、减 少排放成为主要发展方向 。
尿素生产工艺的种类
高压合成工艺
在高压条件下进行尿素合 成反应，工艺流程简单， 但能耗较高。
低压合成工艺
在较低压力下进行合成反 应，能耗较低，但工艺流 程较为复杂。
尿素生产工艺的未来展望
新型尿素生产技术的研发
随着科技的不断进步，未来将会有更多新型的尿素生产技术被研发出来，以提高生产效率 和降低生产成本。
环保标准的进一步提高
随着环保意识的不断提高，未来尿素生产的环保标准将会进一步提高，以减少对环境的污 染和破坏。
智能化、自动化技术的广泛应用
尿素装置工艺流程介绍(PPT 48张)
1、原料NH3和CO2的压缩
空 气
蒸 汽
化肥厂尿素车间
1、原料NH3和CO2的压缩
原料二氧化碳由合成车间送来，经二氧化碳压缩机组 压缩后送入加热器E106A、E106B加热，经脱氢反应器 R101脱氢、冷却器E107冷却后分为两路：一路由电磁阀 XV-2102控制进入汽提塔201-C底部；另一路由调节阀 FIC-3201控制进入中压CO2气提塔C502底部。脱氢后的 CO2中氢、氧含量由AIC1202指示。 CO2加热器E106A壳侧采用高压甲铵洗涤器203C来的 高压密闭水进行加热，由HIC1202控制加热器E106A出口 CO2温度，出口进入一段蒸发加热器E411A壳侧；CO2加 热器E106B采用2.4Mpa抽汽，由TIC1202控制CO2加热器 E106B出口进入脱氢反应器R101的CO2温度，加热后蒸汽 进入闪蒸槽904F；CO2冷却器E107壳侧采用中压甲铵冷 凝器E503来的中压密闭水进行冷却，由HIC1201控制冷 却后的CO2温度。
尿素装置工艺流程介绍
化肥厂尿素车间
目
一、装置简介
录
二、生产方法及反应机理
三、工艺技术路线及流程
化肥厂尿素车间
一、装置简介
尿素装置是二十世纪七十年代从荷兰斯塔米卡帮 公司引进的CO2气提法尿素生产工艺，于1976年建成投 产。其以合成氨车间来的液NH3和CO2为原料,原设计日 产尿素1620吨。2005年，通过引进荷兰Stamicarbon 公司的并联中压技术对装置进行50%扩能改造，改造
303-F
HIC7201 702C
R-101
LIC2101 LIC3201 FIC3201 LIC3202
C-322
LIC3302 E-322 LIC3301
尿素生产工艺及技术特点
尿素生产工艺及技术特点3.1 概述当代尿素生产，不论是采用哪种流程，基本由六个工艺单元，即原料供应、尿素的高压合成、含尿素溶液的分离过程、未反应氨和二氧化碳的回收、尿素溶液的浓缩、造粒与产品输送和工艺冷凝液处理，其基本过程如图3-1所示。
原料CO2和NH3被加压送到高压合成圈，反应生成尿素，二氧化碳转化率在50%~75%范围，此过程被称为合成工序；分离过程与未反应物回收单元承担着把未转化为尿素的氨和二氧化碳从溶液中分离出来，并回收返回合成工序，因此这两个单元被统称为循环工序；最后在真空蒸发和造粒设备中把70%~75%的尿素溶液经浓缩加工为固体产品，称为最终加工工序。
图3-1 尿素生产基本流程尽管尿素生产的基本过程相似，但在具体的流程、工艺条件、设备结构等方面，不同工艺存在一定的差异。
迄今世界各地的尿素工厂，绝大多数都是由几家工程设计公司所开发设计的，已形成几种典型的工艺流程，典型的有荷兰斯太米卡邦（Stamicarbon）公司的水溶液全循环CO2气提法、意大利斯那姆（Snamprogetti）公司的氨气提法和蒙特爱迪生集团公司的等压双循环工艺（IDR）、日本三井东亚—东洋工程公司的全循环改良“C”法和改良“D”法及ACES 法、美国尿素技术公司UTI的热循环法尿素工艺（HR）等。
但不论是哪种工艺流程，生产过程中主要原料NH3和CO2的消耗基本上是相同的，其流程的先进与否主要表现在公用工程即水、电、汽的消耗上。
尿素生产流程的改进过程，实质就是公用工程消耗降低的过程。
目前国内建有尿素装置200多套，规模分为大型(48万吨/年以上)、中型(11万吨/年以上)、小型 (4万吨/年以上)。
中、小型尿素装置均采用国内的水溶液全循环技术，大型装置多采用国外引进工艺技术。
在国内的大型尿素装置工艺技术中，多数采用CO 2气提工艺和氨气提工艺。
目前设计的采用CO 2气提工艺和氨气提工艺的尿素装置，其尿素氨耗基本接近于理论水平，公用工程消耗更低，相对于传统的设计，其投资更低。
尿素工艺流程课件
煤炭合成法是利用煤炭高温裂 解产生合成气，然后通过氨合
成反应生成尿素。
两种方法的主要区别在于原料 和工艺条件的不同。
尿素生产工艺流程图解
• 尿素生产工艺流程图包括以下几个主要步骤：原 料气制备、合成、分离、提纯、造粒和包装。
尿素生产工艺流程图解
具体流程如下
1. 原料气制备：将天然气或煤炭裂解产生合成气，经过净化处理后用于后续合成反 应。
高温水制备与运输
高温水制备需使用专门设备，运输需使用专门管道或水桶。
尿素合成塔及反
03
机理
尿素合成塔的构造与工作原理
要点一
尿素合成塔的构造
要点二
尿素合成塔的工作原理
尿素合成塔通常由反应室、冷却器、分离器、循环泵和输 送泵等组成。反应室是核心部分，用于完成尿素的合成反 应。冷却器用于降低反应温度，分离器则用于分离反应产 物。循环泵用于将未反应的氨和二氧化碳循环至反应室， 输送泵则将合成的尿素输送到下游工序。
品质量的影响。
03
发展趋势
尿素生产过程的智能化与自动化水平的提升将成为未来发展的趋势，将
有助于提高尿素的产量和品质，降低生产成本，提高企业的经济效益和
市场竞争力。
THANKS.
尿素分子式中含有一个氨基和 一个羰基，因此它是一种二元 碱，能与酸反应生成盐。
尿素是一种中性肥料，适用于 各种土壤和作物，广泛应用于 农业生产。
尿素的生产方法与技术
01
02
03
04
尿素的生产方法主要有两种： 天然气合成法和煤炭合成法。
天然气合成法是利用天然气高 温裂解产生合成气，然后通过
氨合成反应生成尿素。
尿素合成塔的工作原理是高压、高温条件下，将氨和二氧 化碳反应生成尿素。首先，将氨和二氧化碳的混合气体送 入反应室，在高温高压下进行反应。反应生成的尿素和未 反应的氨、二氧化碳以及水蒸气经过冷却器降温后进入分 离器。在分离器中，水和尿素分离，水通过循环泵返回反 应室继续参与反应，而尿素则通过输送泵送至下游工序。
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。
尿素生产方法原理--尿素的合成PPT
NH3一C02一H 20 —NH 2CONH2四元相图结构
在NH3一C02一H 20三元系中加人高沸点 组分NH2CONH2或NH2CONH2和H20混合物后，即成为
NH3一C02一H 20 —NH 2CONH2四元系。在尿素合成 反应过程中系指三元系发生合成反应而成的过渡
态相图和稳态相图(平衡态)。
35
实际合成相图是由二元相图演变而来 超临界NH3-CO2二元共沸相图的形状结
以及气液相平衡变化规律，是尿素合成实际相图 NH3一CO2一H 2O三元系以及NH3一CO2一H 2O — NH2CONH2四元系相图的基础。
36
2、NH3一C02一H 20 三元相图结构
在NH3一C02二元系中加入高沸点难挥 发组分H20后，即成为NH3一C02一H 20三元系，是 尚未生成尿素的介稳态相图。随着H20的进入，二 元物系的沸点会进一步升高，因而原来的二元相 图形状会发生如下变化：沸腾环上移；相图的液 相范围会进一步扩大；二元共沸点温度升高，共 沸点组成的NH3／CO2略微升高。通常将NH3一C02一 H 20三元系表示为NH3一C02(H2O／CO 2为定值)似 二元系。
16尿素合成过程中相平衡关系对于合成和回收未转化物的工艺条件的确定是十分重要的相图的分类按组分数划分单组分系统二组分系统三组分系统按性质组成划分蒸气压组成图沸点组成图熔点组成图温度按组分间相互溶解情况划分完全互溶系统部分互溶系统完全不互溶系统相律用图解的方法表示出来即用相平衡状态图研究由一种或数种物质所构成的相平衡系统的性质如沸点熔点蒸汽压溶解度等与条件如温度压力及组成等的函数关系这种关系的图叫相图phasediagram
相图的分类
单组分系统 按组分数划分 二组分系统
三组分系统
尿素工艺流程 PPT课件
尿素生产流程有多种，最早实现工业化的方法是不循环法 和部分循环法，后来被水溶液全循环法代替，又出现各种 气提法流程。虽然方法、其实现的工艺流程和工艺条件不 同，但生产原理是相同的。主要介绍尿素生产的工艺流程、 主要设备和操作条件。
一、不循环法和部分循环法
尿素生产工业化早期实现的是不循环和部分循环流程，两 种方法在生产尿素时必定伴有大量副产物生成，此种流 程已不再采用。
5
(二)溶液全循环改良C法
1．工艺流程（见296-297页图）
日本三井东压/东洋工程全循环改良C法，是传统水溶液全 循环法的改进，生产低缩二脲含量尿素产品，也生产常规 尿素产品。
2．主要设备（尿素合成塔）
尿素合成塔操作条件：压力23-25MPa、温度190-200℃， 氨碳比4，水碳比0.37，转化率约72%，外壳应用保温材料 改良C法的尿素合成塔采用高径比为18的空塔，用钛作衬 里，耐高温腐蚀。
❖ 2．Ｐ：Ｐ降低使甲铵分解，对过量氨蒸出及吸收有利，气 ❖ 提效率提高，但为节省能耗，常选用Ｐ气提=Ｐ合成。 ❖ 3．液气比：即进入气提塔尿素液与ＣＯ２的重量比。它由
合成反应本身的加料组成确定，不可任意改变。生产中为保 证每根管子内的正常流量，防止管子造成严重腐蚀，一 般 气提塔内液气比控制在4左右。 ❖ 4．停留时间：生产上以接近1min为宜。
二、水溶液全循环法
❖(一)传统水溶液全循环法
❖(二)溶液全循环改良C法
1
(一)传统水溶液全循环法
1．工艺流程（见294页图）
2．主要设备（尿素合成塔）
合成塔工艺操作条件:压力20-22MPa、温度190-200℃，氨碳 比4-4.5，水碳比0.6-0.7，转化率约62-64%，应符合高压 容器要求，外壳应用保温材料 大中型尿素工厂采用衬里式合成塔 合成塔外筒为多层卷焊受压容器，内部衬有一层耐腐蚀的 不锈钢板，隔离尿素甲铵腐蚀介质，外壳保温，防止热量 外散。 优点：容积利用率高，耐腐蚀材料用量少，操作方便。 最早采用空塔，不设置内件，塔高径比较大。后采用高径 比小的塔，常设置混合器或筛板等内件，减少返混的影响。
尿素工艺流程
一、原料的压缩和净化1、二氧化碳（CO2）的压缩和净化二氧化碳来自脱碳，其浓度为65.7%（V），含氧量0. 5 %（V），硫化物＜15mg/M3，CO2通过一分离器后进入CO2压缩机一段，由二段出口去脱硫槽，降低CO2气中的含量至10 mg/M3以下，回到压缩机三段出入，再经三、四、五段压缩达到20.7Mpa，送到尿素合成塔。
2、液体的净化和输送原料液氨从合成车间氨冷冻岗位氨贮槽送来，温度≤30℃，压力≥2.05Mpa，先进入液氨过滤器，除去固体杂质和油类，再进入液氨缓冲槽，进入尿素系统的氨由调节阀开度的大小来控制流量。
二、尿素的合成CO2压缩机出口气体压力约为Mpa，温度约125℃，进入两尿素合成塔，进入尿塔的CO2量决定整个系统的生产负荷大小。
从一吸塔来的氨基甲酸溶液约85—90℃，经一甲泵加压至20.69Mpa，送入尿素合成塔。
从液氨缓冲槽来液氨进入氨泵入口加压至20.7Mpa，经氨预热器加热至45℃左右，送入尿塔。
入尿塔的氨量根据塔顶部温度决定，其顶部温度控制在188—190℃；尿素合成塔的压力由塔出口的调节阀自行控制，一般维持在19.6Mpa。
三、循环回收1、一段分解合成塔出来的合成液中含有尿素、氨基甲酸铵（甲胺）、过剩氨和水。
通过压力调节阀减压至1.7Mpa，进入一段分解塔及一分加热器，由1.10Mpa 的蒸汽加热至155—160℃，使甲胺的分解率达到88%以上，总氨蒸出率达90%，在分离段进行气液分离后通过一减压调节阀后送至二段加热分离器（二分塔）。
2、二段分解出一段分解塔的流体经减压至0.4Mpa后，进入二分塔，在上部闪蒸，经填料精馏段，二段加热器加热至135—140后进行气液分离，气相进入二段吸收，液相经一减压调节阀进入蒸发系统的闪蒸槽。
3、一段循环系统从一分塔气相出来的气体约120℃，是NH3、CO2 、H2O的混合物，经热能利用段换热降温至100℃，进入一吸冷却器，由循环脱盐水冷却，然后进入一吸塔下部，利用塔顶部加入的液氨和氨水进行吸收，控制出一吸塔气相温度≤50℃，CO2含量≤100PPM。
尿素生产简图(彩色工艺流程图)
1
同一段差不多
3.
去常压吸收塔
氨水来自氨水槽
6.氨水解吸
解吸废水
去界区
中压蒸汽来自外管250℃2.4Mpa
流程说明
1、液氨加压
来自界区的液氨在取样分析后由高压泵加压到14Mpa送往高压喷射器
2、反应阶段
液氨作为喷射动力，将来自高压洗涤器的甲铵液一起带入高压甲铵冷凝器，在其中生成甲铵CO2+2NH3 ⇌NH4•COONH2反应放热，回收一部分热量让反应平衡向正反应偏移;反应后的气体跟液体直接通往合成塔底部，在合成塔（14Mpa 183℃）中生成尿素NH4•COONH2 ⇌CO (NH2)2+H2O 反应吸热,而气体CO2+2NH3 ⇌NH4•COONH2反应放热，所以合成塔中自热平衡，且合成塔中设有多层塔板，防止返混；反应生成的尿素-甲铵液体从合成塔底部取样分析后去汽提塔顶部，与下层来的高压CO2逆流接触，在高温以及CO2气体带动下，甲铵液被进一步分解，尿素及甲铵液从汽提塔底部取样分析后去往精馏塔，在精馏塔中循环加热，促进甲铵液进一步分解，出来的尿素溶液浓度大约为68%，取样分析后进入闪蒸罐（常压），闪蒸出CO2/NH3/H20,尿素溶液流进尿素贮罐。
3、尿素造粒
尿素贮罐的尿素溶液取样后打到一段蒸发加热器（0.03Mpa 13 0℃）尿素溶液中的气体水分充分分解、蒸发，出一段加热器的尿素溶液浓度大约为95%，然后流进二段蒸发加热器（0.003MPa 140℃）
. 继续加热浓缩,出来的尿素为熔融状态（99.7%），取样后送到造粒系统直接做成颗粒状，包装存储。
4、其他说明
过程中产生的气体回收利用，或者去排气筒，用过程中产生的溶液吸收后返回氨水槽，不能吸收的气体排大气。
.;。
尿素装置工艺流程介绍(PPT 48张)
703C 402C 401C
C-803
C-804
401J/JS S-411
S-412 E-714
E-802 C-802
E-713 FIC7102 E-412 E-411
P-804 E-803 P-801 P-802
E-801
701-F
P-411 P-705 P-703 V-704 P-707
二、生产方法及反应机理
尿素装置工艺流程介绍
化肥厂尿素车间
目
一、装置简介
录
二、生产方法及反应机理
三、工艺技术路线及流程
化肥厂尿素车间
一、装置简介
尿素装置是二十世纪七十年代从荷兰斯塔米卡帮 公司引进的CO2气提法尿素生产工艺，于1976年建成投 产。其以合成氨车间来的液NH3和CO2为原料,原设计日 产尿素1620吨。2005年，通过引进荷兰Stamicarbon 公司的并联中压技术对装置进行50%扩能改造，改造
化肥厂尿素车间
2、高压系统
高压甲铵冷凝器（202-C）是立式管壳式热交换器。离 开氨加热器（102-C）的液氨被送到高压喷射器（201-L） ，并作为喷射器的动力，抽吸高压洗涤器（203-C）来的浓 甲铵液，混合后与来自高压甲铵泵（P501或301J/JS）的部 分甲铵液一道，进入高压甲铵冷凝器（202-C）顶部。来自 汽提塔（201-C）顶部的气体也由高压甲铵冷凝器（202-C ）顶部进入。气、液混合后沿高压甲铵冷凝器（202-C）的 列管内壁往下流，冷凝生成甲铵,且放出冷凝热和生成热。 在高压甲铵冷凝器（202-C）中，液NH3与CO2不允许全部冷 凝生成甲铵，大约只有78%左右的气、液被冷凝，剩余部分 仍然以气体存在，以便在合成塔（201-D）中继续反应为下 一步尿素合成反应提供热量。
尿素生产技术课件(PPT 88页)
吸收工段：从一段分解、二段分解出来的 气相含有未反应的氨和二氧化碳，分别进 入一段吸收和二段吸收，氨和二氧化碳被 后面闪蒸、一段蒸发、二段蒸发工段冷凝 下来的冷凝水吸收混合形成水溶液，用泵 送入尿素合成塔；
一段吸收后剩余的气体进入惰洗器稀释后， 与二段吸收的残余气体混合进入尾气吸收 塔，与一段蒸发、二段蒸发工段气相冷凝 除去水后残余的气体混合后放空。
10
主要设备--一段吸收塔10
在一段吸收塔中，若液氨中混有少量的CO2，则会 生成氨基甲酸铵结晶而堵塞设备和管道，因此一 段吸收塔要保证CO2被完全吸收。
在原料返回时，氨以纯氨和甲铵液形式，CO2以甲 铵液形式返回，甲铵液肯定会带一定量的水，水 是反应不希望的。所以应减少CO2返回量---尽量 提高CO2的转化率。
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改良C法（日本）
改良C法，是传统水溶液全循环法的改进，生产低缩二 脲含量尿素产品，也生产常规尿素产品。
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改良C法--操作条件
合成塔： 温度：190-200℃，压力：23-25MPa，氨碳比：4，水碳比： 0.37，转化率：72%。 合成塔为高径比18的空塔，用钛衬里，耐高温腐蚀。
分解塔：
合成塔原料： 原料CO2有60%进入合成塔，其余40%进入中压系统。 原料液氨在泵出口处加入少量的钝化空气，经预热后70%自 塔顶进入盘管，其余30%从合成塔低引入，以保持全塔的热 平衡。
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热循环法（HR）（美国）
尿素流程：塔出料减压至2.6MPa进入液体分布器6， 进行闪蒸，再减压至2.3MPa进入第一分解器7，第一 加热器8和第一分离器9。压力减压至0.2MPa，进入 第二分解器和第二分离器11；然后送去浓缩，造粒。
目前：衬里的高压容器。外筒为多层卷焊受压容器，内部 衬有一层耐腐蚀的不锈钢板，隔离尿素甲铵腐蚀介质，外 壳保温，防止热量外散。 优点：容积利用率高，耐腐蚀材料用量少，操作方便
尿素工艺说明分析
3.3 工艺流程说明尿素生产工艺主要包括：二氧化碳压缩和脱氢、液氨升压、高压合成与汽提回收、低压分解回收与真空预浓缩、蒸发与造粒、工艺冷凝液处理等工序。
（1）二氧化碳压缩和脱氢从合成氨装置来的二氧化碳气体压力0.15MPaA、温度40℃，经过CO2液滴分离罐（S3101）与工厂空气管网来的一定量的空气混合，一起进入二氧化碳压缩机（K3102）。
压缩机二段出来的温度约165℃的二氧化碳进入脱氢反应器，在脱氢反应器（R3101）中H2与O2反应转化为H2O。
脱氢后二氧化碳含氢及其它可燃气体小于50ppm，脱氢的目的是防止高压洗涤器（E3203）排出气发生爆炸。
脱氢后二氧化碳的温度约215℃（视二氧化碳气体中氢含量而定），再经冷却、分离后进入二氧化碳压缩机三段（在二氧化碳压缩机三段入口对二氧化碳气中的含氧量自动检测）。
二氧化碳最终压缩到l5.0 MPaA，送去汽提塔（E3201）。
二氧化碳压缩机由蒸汽透平驱动。
蒸汽透平的转速，由速度控制器控制并自动调节，以适应尿素的生产负荷。
（2）液氨升压来自合成氨装置的液氨压力2.5MPaA、温度34℃，经氨过滤器（F3101）滤去杂质后进入高压氨泵（P3101A/B）的入口。
高压氨泵（P3101A/B）的入口设有液氨缓冲罐（V3102）。
液氨经高压氨泵（P3101A/B）加压到18MPaA后经液氨预热器（E3204）温度升到大约90℃，送到高压喷射器（J3201）作为为甲铵喷射器的驱动流体，利用其过量压头，将高压洗涤器（E3203）来的甲铵液带入甲铵冷凝器（E3202）。
（3）高压合成与汽提回收从甲铵冷凝器（E3202）底部出来的液体甲铵和少量的未冷凝的氨和二氧化碳，分别用两条管线送入尿素合成塔（R3201）底部。
液相加气相物料总NH3／CO2(摩尔比)为3.1。
温度为l67℃～l72℃。
尿素合成塔（R3201）内设有12 块筛板，形成类似几个串联的反_ÈÌî__‚i_ÈÌ应器，塔板的作用是防止物料在塔内返混，保证停留时间均匀，提高转化率。
尿素生产工艺流程
分离过程
合成后的气液混合物进入一段分解，进行气液分离，将分 离气相后的尿液送入二段分解，进一步见混合物中的气相 除去。净化后的尿液依次进入闪蒸器、一段蒸发、二段蒸 发浓缩，最后得到尿素熔融物，用泵输送到尿素造粒塔喷 洒器，经在空气中沉降冷却固化成粒状尿素，并通过尿素 塔底刮料机用运输皮带送往储存包装车间。 从一段分解、二段分解出来的气相含有未反应的氨和二氧 化碳，分别进入一段吸收和二段吸收，氨和二氧化碳被后 面闪蒸、一段蒸发、二段蒸发工段冷凝下来的冷凝水吸收 混合形成水溶液，用泵送入尿素合成塔；一段吸收后剩余 的气体进入惰洗器稀释后，与二段吸收的残余气体混合进 入尾气吸收塔，与一段蒸发、二段蒸发工段气相冷凝除去 水后残余的气体混合后放空。
尿素的生产办法和过程
尿素的合成分两步进行,主要化学反应 为:NH3(液)+CO2(气)==NH4COONH3.液氨与二氧化碳的净化与提压输送 2.液氨与二氧化碳合成尿素 3.尿素熔融物与未反应物的分离与回收 4.尿素溶液的蒸发,造粒.
尿素生产工艺流程
化工122 张威 2012121429
生产尿素的原料
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,水和惰性物小于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.
尿素生产工艺及技术特点
尿素生产工艺及技术特点3.1 概述当代尿素生产，不论是采用哪种流程，基本由六个工艺单元，即原料供应、尿素的高压合成、含尿素溶液的分离过程、未反应氨和二氧化碳的回收、尿素溶液的浓缩、造粒与产品输送和工艺冷凝液处理，其基本过程如图3-1所示。
原料CO 2和NH 3被加压送到高压合成圈，反应生成尿素，二氧化碳转化率在50%~75%范围，此过程被称为合成工序；分离过程与未反应物回收单元承担着把未转化为尿素的氨和二氧化碳从溶液中分离出来，并回收返回合成工序，因此这两个单元被统称为循环工序；最后在真空蒸发和造粒设备中把70%~75%的尿素溶液经浓缩加工为固体产品，称为最终加工工序。
尽管尿素生产的基本过程相似，但在具体的流程、工艺条件、设备结构等方面，不同工艺存在一定的差异。
迄今世界各地的尿素工厂，绝大多数都是由几家工程设计公司所开发设计的，已形成几种典型的工艺流程，典型的有荷兰斯太米卡邦（Stamicarbon ）公司的水溶液全循环CO 2气提法、意大利斯那姆（Snamprogetti）公司的氨气提法和蒙特爱迪生集团公司的等压双循环工艺（IDR）、日本三井东亚—东洋工程公司的全循环改良“C”法和改良“D”法及ACES 法、美国尿素技术公司UTI 的热循环法尿素工艺（HR）等。
但不论是哪种工艺流程，生产过程中主要原料NH 3和CO 2的消耗基本上是相同的，其流程的先进与否主要表现在公用工程即水、电、汽的消耗上。
尿素生产流程的改进过程，实质就是公用工程消耗降低的过程。
图3-1 尿素生产基本流程目前国内建有尿素装置200多套，规模分为大型(48万吨/年以上)、中型(11万吨/年以上)、小型 (4万吨/年以上)。
中、小型尿素装置均采用国内的水溶液全循环技术，大型装置多采用国外引进工艺技术。
在国内的大型尿素装置工艺技术中，多数采用CO 2气提工艺和氨气提工艺。
目前设计的采用CO 2气提工艺和氨气提工艺的尿素装置，其尿素氨耗基本接近于理论水平，公用工程消耗更低，相对于传统的设计，其投资更低。
尿素的合成工艺
（3）氨碳比
用过量氨的过量率及氨碳比（NH3/CO2） 两种形式表示。根据平衡移动原理可知，增加反应物 NH3的浓度，反应有利于向生成物方向进行，必然能够 提高二氧化碳的转化率。过量氨的优点： 过量氨的优点： a、 增加反应物的浓度，必然增加尿素的转化率。 b、 可以与反应生成的水作用，降低水的活度，使平衡向 生成尿素和方向进行。 c、 过量氨可以控制合成塔自然和维持最合适的反应温度 d、 系统内过量氨还可抑制其他副反应，并能降低腐蚀作 用。
*
高压甲铵 冷凝器
NH3
18MPa 70℃
g
尿素合成 塔
g
放 空
g
g l
l
精 馏 塔
气提塔
CO2 14.4MPa
低 压 甲 铵 冷 凝 塔
g e
高 压 洗 涤 器
吸 收 塔
去蒸发造粒系统
（3）氨气提法工艺流程
液NH3
氨 器 冷 氨冷 器 2 l 氨 冷 器 1 中 压 吸 收 塔 低 压 吸 收 塔 真 空 冷 凝 器
（4）水碳比
水碳比就是原料中水和二氧化 碳的分子比。从平衡移动原理可知，增加水即增 加了生成物的浓度，将使尿素平衡转化率下降。 但是在已有的各种全循环法中，都有一定量的水 随同回收的未反应物氨和二氧化碳返回反应器去， 据有关资料介绍，每当物料中H2O/CO2增加0.1， 合成转化率则降低1%左右。但是在不同温度下， H2O/CO2对平衡转化率的影响并不一样，在 200℃以下的影响较200℃以上的影响为小。
3.2-尿素PPT课件
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提高氨碳比不利面： 增大氨碳比，提高了CO2转化率，但对NH3来说， 转化率下降了，即增加了未反应NH3的循环量。
减小了合成塔的处理能力；循环回收时，增加了 输送设备的负荷，加大了回收工序的负荷和能耗。
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三、水碳比
水溶液全循环法的H2O:CO2=0.7-1.2 CO2气提法的H2O:CO2=0.3-0.35
压力的高低直接影响动力的消耗和有关设备的结构， 所以压力的选择是尿素生产经济性的重要决定因素 之一。
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五、反应时间
尿素合成的反应时间一般为：40min左右。 反应时间就是反应物料在合成塔内的停留时间。
停留时间长，出口转化率高；时间过长，转化率也 并无太大的提高，而且单位时间通过合成塔的物料 相应减少，合成塔的生产强度下降。
1) 热气循环法。未反应的NH3 和CO2在高温下以 热气体混合物的形式直接加压，再返回合成塔循 环使用。该流程工艺简单，但动力消耗大，腐蚀 严重。已不用。
2) 悬浮液循环法。氨基甲酸铵以在矿物油中悬浮 的形式返回合成塔。此法亦弃之不用。
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3) 气体分离循环法。未反应的NH3 和CO2 气体混合 物经选择性吸收剂分离，分别返回系统，吸收液再 生后循环使用。 选择吸收NH3的吸收剂：硝酸尿素水溶液、磷 酸铵水溶液、重铬酸氨水溶液等。 选择吸收CO2 的吸收剂：一乙酸胺水溶液、热 碳酸钾水溶液等。这种方法可行，但流程复杂，能 耗高。
NH3、CO2，不利于反应进行，降低了转化率。(大 体上，“惰性”气体含量每增加1%，转化率约降
低0.6%。)
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尿素生产工艺流程简介
经蒸发、造粒后包装销售。
粗甲醇经精馏得到精甲醇销售。
二氧化碳经净化和压缩后，与氨一起送入尿素合成塔，在适当的温度和压力下，合成尿素，的氮氢混合气压缩到高压，并在高温、有催化剂存在的情况下合成为氨。
脱碳解吸出来的换、二次脱硫、脱碳、精脱硫、甲醇、烃化等工艺将气体净化，除去各种杂质后，将纯净 原料煤利用蒸汽和空气为气化剂，在煤气发生炉内产生半水煤气，经一次脱硫、变生产流程说明一分厂生产流程一分厂生产流程及说明1、造气工段工艺流程说明：采用间歇式固定常压气化法，即在煤气发生炉内，以无烟块煤或焦炭为原料，并保持一定的炭层，在高温下，交替地吹入空气和蒸汽，使煤气化，以制取合格的半水煤气。
经除尘、热量回用降温后送入气柜。
自上一次开始送风至下一次开始送风为止，称为一个工作循环，每个循环分吹风、上吹、下吹、二次上吹和吹净五个部分。
各工段流程2、一脱工段除去焦油等杂质后送往压缩一入。
目前使用的脱硫方法为栲胶脱硫法。
S，然后进入冷却清洗塔上段降温后，经静电除焦2后进入脱硫塔,脱除部分H 油等杂质并降低一定温度后由萝茨风机加压送到冷却清洗塔下段降温、除尘 来自造气的半水煤气，经半水煤气气柜出口冷洗塔除去部分粉尘，煤焦3、变换工段流程说明：半水煤气经除油器除去气体挟带的油等杂质后，一氧化碳与水蒸汽借助于催化剂的作用，在一定的温度下变换成二氧化碳和氢气。
通过变换既除去了一氧化碳，又得到了制合成氨的原料气氢和制尿素所需的原料气二氧化碳,使热量得到有效回收。
本工段采用全低变工艺进行变换。
4.二次脱硫流程说明：变换气经过气液分离器后进入脱硫塔脱除变换气中的H2S后送往压缩三入。
并经溶液再生，提取单质硫。
采用栲胶脱硫法脱硫。
利用二氧化碳气体在碳丙液中溶解度大的特点，除去变换气中的二氧化碳，净化气经精脱硫脱除微量硫后送往压缩四段。
二氧化碳气体经净化、压缩，送至尿素合成塔。
碳丙液对CO2的吸收在低压下符合亨利定律，因此采用加压吸收，减压再生。
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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。