尿素合成 PPT
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工业尿素合成 Industrial Urea Synthesis
八班第三组成员：
黎敏 廖容
雷霞 李豹 李孟琴 赖诚 李伦洪 李万光
水溶液全循环法及NH3汽提原则流程图
wenku.baidu.com
中压吸收
低压吸收
工艺冷凝液
分离出的 NH3、CO2 和少量的水
少量的 NH3、CO2 和大量的水
甲氨、
甲氨、
甲氨、
甲 尿氨液和、尿
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。即将NH3与CO2在尿素合成系 统中循环使用。气提法是全循环法的发展。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。
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。
出现最大转化率的温度范围大约是190—200℃。
氨碳化（NH3/CO2）或氨过量率（分子比）
以二氧化碳为基准，超过化学计量比的氨量 称为量氨。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 高氧化碳的转化率。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
3、气体的压缩
原料气的净化和氨的合成都必须在加压和高
温中进行。必须使用原料气压缩机、循环压缩机 和氨压缩机等进行压缩。压缩机的类型很多，但 在合成氨生产过程中一般常用的都是往复式压缩 机。 4、氨合成
氨合成丛压力来分有高压法、中压法、低压 法三种，我国目前煤焦制氨的34家合成氨厂均采 用中压法，其合成压力除大化肥厂为26MPa外， 其他均为31.4MPa。
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。
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。
合成塔的直径一般为Φ800—Φ100mm，但大 多数为Φ1000mm。
尿素生产工艺流程
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） 尿素熔融业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。
合成氨工艺流程
工艺流程大概可以分为：
原料气的制备 原料气的净化 气体压缩 氨的合成
1、 原料气的制备 目前我国煤焦制氨采用的气化技术主要有固定
床间歇气化、水煤浆加压气化两种。
2、原料气的净化
在制得的原料气中，除有用成分氢和氨外，还 有不同数量的H 2S、有机硫化物、CO 2、CO等，为 此必须将原料气进行净化。
尿素的合成反应机理
巴扎罗夫发现的甲铵脱水转化为尿素的反应 是当代尿素工业的基础。工业生产上，尿素合成 反应是以甲铵为中心的两步串联反应而构成。
反应式(11)为快速强放热可逆反应。对于分子数减 少的甲铵生成反应来说，移走反应热可使反应在 一定温度下达化学平衡。在合成条件下，其平衡 转化率为~ 98％。
反应式(12)是一个速度较为缓慢的弱吸热可逆反应， 只有在液相中才有明显的反应速度，其平衡转化 率为55％ ~ 80％。
影响尿素合成反应平衡的因素
温度
尿素的反应是在液相甲铵脱水中进行，反应 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。
解释：
尿素合成总的平衡常数K和甲铵脱水生成尿素 的平衡常K。当温度在一定范围时，甲铵脱水生成 尿素的反应为控制过程，故吸热反应随着温度的 升高K增大，即K也增大。
当温度超过这一范围时，甲铵离解反应逐渐 变为控制过程，随温度的升高K增大，甲铵浓度下 降，从而降低了尿素转化率。
同时根据根据上海化工研究院的实验表明，
并不是无限制地增加氨碳比均能提高平衡转化率， 数据表明，当NH3/CO2＜5.63时，随着氨碳比的增 中平衡转化率有增值，但是NH3/CO2＞5.63时，随 着氨碳比的增中平衡转化率降低。
H2O/CO2（分子比）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。
尿液、
尿液
尿
高
液 H2O
H2O
中
H2O
低
蒸液
造
压
压
压
发
粒
合
分
分
系
系
成
解
解
统
统
尿液的浓度： 尿液的浓度： 尿 液 的 浓 度
50%左右
60%左右
70%左右
尿液的浓度 96%以上
CO2 NH3
成品包装
在化学肥料中，以氮肥需要量最大，应用最
广：尿素是氮肥中的一个重要品种，按国家规定， 肥料尿素的规格如下，氮含量不小于46％，缩二 脲含量不大于0.9％，含水量不大于0.3％，粒度在 φ1～2.5毫米之间要占90％以上。
过量氨的优点：
1、 增加反应物的浓度，必然增加尿素的转化率。 2、 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。
3、 过量氨可以控制合成塔自然和维持最合适的反 应温度。
4、 系统内过量氨还可抑制其他副反应，并能降低 腐蚀作用。
虽然CO2的转化率提高了，但是反应原料总量 也增加了。同时增加了精馏、吸收的后继工序的 负荷。
八班第三组成员：
黎敏 廖容
雷霞 李豹 李孟琴 赖诚 李伦洪 李万光
水溶液全循环法及NH3汽提原则流程图
wenku.baidu.com
中压吸收
低压吸收
工艺冷凝液
分离出的 NH3、CO2 和少量的水
少量的 NH3、CO2 和大量的水
甲氨、
甲氨、
甲氨、
甲 尿氨液和、尿
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。即将NH3与CO2在尿素合成系 统中循环使用。气提法是全循环法的发展。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。
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。
出现最大转化率的温度范围大约是190—200℃。
氨碳化（NH3/CO2）或氨过量率（分子比）
以二氧化碳为基准，超过化学计量比的氨量 称为量氨。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 高氧化碳的转化率。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
3、气体的压缩
原料气的净化和氨的合成都必须在加压和高
温中进行。必须使用原料气压缩机、循环压缩机 和氨压缩机等进行压缩。压缩机的类型很多，但 在合成氨生产过程中一般常用的都是往复式压缩 机。 4、氨合成
氨合成丛压力来分有高压法、中压法、低压 法三种，我国目前煤焦制氨的34家合成氨厂均采 用中压法，其合成压力除大化肥厂为26MPa外， 其他均为31.4MPa。
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。
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。
合成塔的直径一般为Φ800—Φ100mm，但大 多数为Φ1000mm。
尿素生产工艺流程
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） 尿素熔融业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。
合成氨工艺流程
工艺流程大概可以分为：
原料气的制备 原料气的净化 气体压缩 氨的合成
1、 原料气的制备 目前我国煤焦制氨采用的气化技术主要有固定
床间歇气化、水煤浆加压气化两种。
2、原料气的净化
在制得的原料气中，除有用成分氢和氨外，还 有不同数量的H 2S、有机硫化物、CO 2、CO等，为 此必须将原料气进行净化。
尿素的合成反应机理
巴扎罗夫发现的甲铵脱水转化为尿素的反应 是当代尿素工业的基础。工业生产上，尿素合成 反应是以甲铵为中心的两步串联反应而构成。
反应式(11)为快速强放热可逆反应。对于分子数减 少的甲铵生成反应来说，移走反应热可使反应在 一定温度下达化学平衡。在合成条件下，其平衡 转化率为~ 98％。
反应式(12)是一个速度较为缓慢的弱吸热可逆反应， 只有在液相中才有明显的反应速度，其平衡转化 率为55％ ~ 80％。
影响尿素合成反应平衡的因素
温度
尿素的反应是在液相甲铵脱水中进行，反应 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。
解释：
尿素合成总的平衡常数K和甲铵脱水生成尿素 的平衡常K。当温度在一定范围时，甲铵脱水生成 尿素的反应为控制过程，故吸热反应随着温度的 升高K增大，即K也增大。
当温度超过这一范围时，甲铵离解反应逐渐 变为控制过程，随温度的升高K增大，甲铵浓度下 降，从而降低了尿素转化率。
同时根据根据上海化工研究院的实验表明，
并不是无限制地增加氨碳比均能提高平衡转化率， 数据表明，当NH3/CO2＜5.63时，随着氨碳比的增 中平衡转化率有增值，但是NH3/CO2＞5.63时，随 着氨碳比的增中平衡转化率降低。
H2O/CO2（分子比）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。
尿液、
尿液
尿
高
液 H2O
H2O
中
H2O
低
蒸液
造
压
压
压
发
粒
合
分
分
系
系
成
解
解
统
统
尿液的浓度： 尿液的浓度： 尿 液 的 浓 度
50%左右
60%左右
70%左右
尿液的浓度 96%以上
CO2 NH3
成品包装
在化学肥料中，以氮肥需要量最大，应用最
广：尿素是氮肥中的一个重要品种，按国家规定， 肥料尿素的规格如下，氮含量不小于46％，缩二 脲含量不大于0.9％，含水量不大于0.3％，粒度在 φ1～2.5毫米之间要占90％以上。
过量氨的优点：
1、 增加反应物的浓度，必然增加尿素的转化率。 2、 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。
3、 过量氨可以控制合成塔自然和维持最合适的反 应温度。
4、 系统内过量氨还可抑制其他副反应，并能降低 腐蚀作用。
虽然CO2的转化率提高了，但是反应原料总量 也增加了。同时增加了精馏、吸收的后继工序的 负荷。