尿素的合成工艺概述

三：尿素的用途
尿素在水中会水解生成NH3和CO2，常温下 很慢。故可以作为肥料使用，释放出的NH3和 CO2都可为植物吸收；因水解速度缓慢，故为 长效肥料。在所有固态氮肥中尿素的含氮量最 高，在土壤中不残留任何有害物质，长期使用 不会影响土质。尿素还可作为化工原料，也可 用于医药、纤维素、石油脱蜡等的生产中
（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。
第三步差异较大，在合成尿素工艺流程分类时， 是按第三步来分，大致分为不循环法、部分循环法、 半循环法和全循环法（水溶液全循环法和甲铵溶液 全循环法），即将NH3与CO2在尿素合成系统中循 环使用。气提法（CO2气提法、氨气提法、变换气 气提法等）是全循环法的发展。在简化流程、热能 回收，延长运转周期和减少费用等方面较水溶液全 循环法优越。
2尿素的合成原理
目前，工业合成尿素的方法都是在液相中由 NH3和CO2反应合成的，属于有气相存在的液相 反应，如下图所示。反应被认为分两步进行：
2 NH3 (l ) CO2 (l ) NH2COONH4 (l ) 86.93kJ.mol1
NH2COONH4 (l ) NH2CONH2 (l ) H 2O(l ) 28.45kJ.mol1
（5）原料纯度
原料中氨的纯度一般都较高，质量分数大 于（或等于）99.5%。CO2是合成氨装置中脱除 CO2工序的再生气体，其纯度对氨合成转化率 影响较大。CO2以外的H2、N2、CH4、Ar、CO等 气体并不参与反应，其存在将增加CO2压缩机 的负荷，并且不能溶于反应液中，从气相排出 合成塔的同时会带走NH3和CO2，降低转化率， 故一般要求CO2纯度应大于98.5%，另外，少量 空气或CO2的存在能减缓材料的腐蚀。
4 尿素生产工艺及流程
工业上由NH3与CO2直接合成尿素分下列四个步 骤进行：（1） NH3与CO2的原料供应及净化 （2） NH3与CO2合成尿素 （3） 尿素熔融液与未反应生成尿素物质 的分离和回收。 （4） 尿素溶液的加工
一般来说，上述四个步骤中，第一步和第 二步除工艺条件稍有差别外，在设备构造和 操作原则上几乎差不多。
（4）水碳比
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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。
上述两个反应中，第一个反应为快速 放热反应，反应程度很大，生成溶解态 的氨基甲酸铵(Ammonium Carbamate ，简写AC，甲铵)；第二个脱水生成尿 素(Urea，简写Ur)的反应为慢速吸热反 应，且为显著可逆反应。
3尿素合成主要工艺条件
温度、压力、原料纯度和配比等，既是影响尿素 合成平衡转化率的因素，也是保证尿素合成塔正常运 行的工艺参数，并直接影响后续的循环回收。
四：尿素的工业合成
1尿素合成的方法 2尿素的合成原理 3尿素合成主要工艺条件 4尿素生产工艺及流程
1尿素合成的方法 1、制造尿素的方法有50余种，但实现工业 化的只有氢氨化钙（石灰氮）法，氨与CO2 直接合成法两种。 2、氨与CO2直接合成尿素因原料获得方便 ，产品浓度高，现在广泛采用此法生产尿素 。 3、我国尿素生产主要采用水溶液全循环法: 水溶液全循环法是将未反应的氨和CO2用水 吸收生成甲胺或碳酸铵水溶液循环返回系统 。
目录：
一尿素的概述 二尿素的性质 三尿素的用途 四尿素的工业合成
一：尿素的概述
尿素，英文Urea，分子结构式CO(NH2)2，化学 名称为碳酸二胺，又称脲。分子量为60.057；含氮量 46.67%，工业尿素含水分、缩二脲等杂志，含氮量在 46%以上，是最主要的化学肥料(氮肥)。 尿素的农业需求量很大，我国约2000万吨/年； 工业装置规模大，一般为50万吨/年；生产工艺和设备 已经非常成熟。
（1）温度 是吸热较弱，速度较慢。随
着温度上升，甲铵脱水反应平衡常数增 大；甲铵脱水反应速度 也加快。因此， 提高温度对尿素的反应有利。但是必须 指出，温度不能随意的升高，在测定温 度与转化率关系中表明，在某一温度下 转化率有极大值。当超过此温度后平衡 转化率反而下降。
（2）压力
在尿素的合成过程中，甲 铵处于在高温情况下容易分解为氨，二 氧化碳，因而使尿素的转化率下降，所 以尿素在合成过程中操作压力一般应大 于其它的平衡压力。平衡压力值是不固 定的，它随着物料组分不同，NH3/CO2、 H2O/CO2及温度不同，平衡压力也不同。
二：尿素的主要性质
◆常温常压下，尿素为固体结晶，工业尿素为白 色、无臭的固体颗粒。 ◆纯尿素的熔点为132.7℃，常压下温度超过熔点 即分解； ◆尿素易溶于水和液氨。尿素有吸湿性，易潮解。 尿素在强酸溶液中呈弱碱性，能与酸作用生成 盐。尿素与盐类作用可生成络合物。 ◆在常温时，尿素在水中缓慢地进行水解，先转 化为甲铵（氨基甲酸铵），然后形成碳酸铵， 最后分解成氨和CO2
第四步尿素溶液加工，实际上是尿素溶液浓缩 结晶造粒生产尿素颗粒成品或液态尿素的过程。 造粒塔排放的粉尘和NH3会对大气环境造成污染， 但对水环境不会有很大的影响。
尿素合成塔结构和流程
尿素合成塔是氨和 二氧化碳反应生成尿素 的场所，是整个尿素装 置的核心设备。尿素合 成塔的结构是圆柱形的 塔体，内设若干块阻止 物料返混的塔板。可以 看成是由若干个串联的 、混合的小室组成。虽 每个小室接近理想混合 型，但就整个塔来说， 其流动状况却接近理想 置换型。