尿素合成

尿素合成工艺流程

2.1尿素合成原理

尿素合成的原料是氨和二氧化碳，后者是合成氨厂的副产品。尿素合成反应分两步进行：①氨与二氧化碳作用生成氨基甲酸铵(简称甲铵)；②甲铵脱水生成尿素，其反应式为：

2NH3+CO2→NH2COONH4+159.47kJ①

NH2COONH4→CO(NH2)2+H2O-28.49kJ②

总反应为：2NH3+CO2→CO(NH2)2+H2O-103.7kJ。

式①该步反应是一个可逆，强放热体积缩小的反应，在一定条件下，此反应率很快，容易达到平衡，且此反应二氧化碳的平衡转化率很高。式②是可逆慢速微吸热的可逆反应,平衡转化率一般为50%~70%，也是是尿素合成中的控制速率的反应,该步需要在液相中进行。氨与二氧化碳的摩尔比为2.0，温度为170~190℃时，压力高到足以使反应物得以保持液态时，甲铵转化成尿素的转化率(以CO2计)为50%；其反应速率随温度的提高而增大。温度不变，转化率随压力的升高而增大，转化率达到某一值后，压力升高，转化率并不会有明显变化，此时，几乎全部反应混合物都以液态形式存在于合成系统中。

氨和二氧化碳的摩尔比提高，二氧化碳转化率增加，氨的转化率降低。实际生产工艺过程中一般要求氨与二氧化碳的摩尔比≥3，这是由于氨的回收较二氧化碳容易，因此都需要使氨过量。反应物料中水的存在将降低转化率，在工业设计过程中需要把循环物料中水分量降低到最小限度。反应物料停留时间的增加可使转化率提高，但是这种做法并不经济。典型的尿素合成工艺操作条件为温度

180~200℃、压力13.8~24.6MPa、反应物料停留时间25~40min，氨与二氧化碳摩尔比2.8~4.5。

2.2水溶液全循环法工艺流程

水溶液全循环法生产工艺流程详见图

2去回收系统

CO 2

氨基甲酸铵液液氨 水溶液全循环法合成尿素示意流程图

1-预反应器；2-尿素合成塔；3-预分离器；4-中压循环加热器；5-中压循环分离器；6-精馏塔；7-低压循环加热器；8-低压循环分离器；9-闪蒸槽；10-尿素贮槽；11-尿素溶液泵；12-一段蒸发加热器；13-一段蒸发分离器；14-二段蒸发加热器；15-二段蒸发分离器；16-熔融尿素泵； 17-造粒塔

水溶液全循环法生产工艺流程说明如下:

(1)二氧化碳的压缩与净化:纯度为96.2％的原料二氧化碳经一二段压缩到0.981～1.128MPa(绝经脱硫净化工序后，经五段压缩至21.61Mpa ，气体温度约为125℃，送往尿素合成塔。

(2)氨的输送及尿素的合成:经液氨过滤器后的原料液氨,与循环液氨共同进入液氨缓冲器,被加压至20.69(绝),送往液氨预热器,由蒸汽冷凝液加热至约70℃,进入预反应器.

经压缩后的原料二氧化碳气体﹑液氨和循环回来的一段甲铵液在预反应器中混合后其组成为32/NH CO ～4.1(摩尔比),22/H O CO ～0.65(摩尔比), ,在19.712MPa(绝),188℃的条件下送往尿素合成塔的底部合成。合成反应经过足够

的停留时间,约有64%的的CO

转化为尿素.合成塔中的反应熔融物自塔顶排出,

2

由出口压力调节阀控制合成塔的压力.

(3)循环回收。经出口压力调节阀减压至 1.765MPa(绝) 的尿素合成塔反应熔融物,被送往一段分解塔的顶部,分离出闪蒸气体后,溶液自流至中部蒸馏段,与一段分解加热器来的热气体逆流接触,进行换热蒸馏,使液相中的部分甲铵与过剩氨分解﹑气化进入气相,同时气相中的部分水蒸气冷凝尿素溶液自下而上经蒸馏段进入一段分解加热器,约有88%的甲铵在此分解,约155～160℃的气液混合物上升分解塔底部分离为两相,自塔底排出的液相,经减压后送往二段分解塔,气相由塔底进入经蒸馏段自塔顶排出,在一段蒸发段内进行热能回收.

为防止设备管道被腐蚀，往一段分解加热器液相进口管补入空气。

从一段分解塔从出来气与二段甲铵液进入一段蒸发器的热能回收段后混合,部分冷凝,气液混合物进入一段吸收冷凝器,用水进一步冷凝后,进入一段吸收塔进行吸收,一段甲铵液底排出由,经一段甲铵泵加压后送至尿素合成预反应器,由塔顶排出的气体进入氨冷凝器,冷凝后的氨送往液氨缓冲槽,一部分未冷凝的气体进入惰气洗涤器,被来自二循二冷凝器的氨水吸收, 浓氨水送至吸收塔的顶部.尾气经减压后送至尾气吸收塔,

尿素溶液经一段分解塔排出,被减压至0.25～0.392MPa(绝),送至二段分解塔的顶部, 与二段分解加热器来的热气体逆流接触,并由蒸汽加热到135～140℃,过剩氨与尿素溶液中残存的甲铵被基本气化进入气相,气液混合物得到分离，减压后的溶液进入闪蒸槽,气体由顶部排出,分解出的气体与来自解吸塔的气体混合后进入二循一冷凝器,混合后的气体被蒸发冷凝液吸收,生成的二段甲铵液送往一段蒸发的热能回收段.由二循一冷凝器排出的气体在二循二冷凝器底部继续被蒸发冷凝液吸收,生成的氨水由氨水泵送往惰气洗涤器,剩余的气体送入尾气吸收塔.

惰性气体洗涤塔出来的尾气与二循二冷出来的气体混合进入尾气吸收塔后被蒸发冷凝液吸收,溶液送至碳氨储槽,残余放空.

(4)尿素溶液加工:由二段分解塔排出的尿素溶液经减压至0.044MPa(绝)后进入闪蒸槽,气液得到分离,约74%的尿液送往一段蒸发器,在约0.033MPa(绝)下,尿素溶液经蒸汽加热段和热能回收段被加热到130℃，溶液进入二段蒸发器, 操

作压力为0.033MPa(绝),温度140℃下浓缩得到熔融尿素,送至造粒塔进行旋转喷洒造粒.一段蒸发气体与闪蒸气体均送往一段蒸发冷凝器,未凝气体放空.

二段蒸发气体进入二段蒸发冷凝器,未凝气进入中间冷凝器,未凝气放空.

(5)工艺冷凝液分配与解吸:碳氨液槽分为一段蒸发冷凝液室﹑二段蒸发冷凝液室和碳氨液室.

二段蒸发冷凝液由蒸发冷凝液泵送往二循一冷凝器和二循二冷凝器,不足部分引入一段蒸发冷凝液.

贮存于一段蒸发冷凝液室的一段蒸发冷凝液与中间冷凝液,,由尾气吸收泵送入尾气吸收塔顶作为吸收液,碳氨液由尾气吸收塔底部得到被送至碳氨液室.系统各处的排放液也进入碳氨液室.

由解吸泵送至解吸换热器的碳铵液与来自解吸塔底部的解吸废液换热后自上进入解吸塔内,经蒸馏后,气体由塔顶排出,进入解吸冷凝器,得到部分冷凝,冷凝后的液体作为回流液返回解吸塔顶部,经换热器回收热量的解吸废液被送往污水处理装置，得到的气相进入二循一冷凝器进行冷凝,