以合成氨为原料联尿法制尿素基本工艺.docx

以合成氨为原料联尿法制尿素基本工艺.docx

《以合成氨为原料联尿法制尿素基本工艺.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《以合成氨为原料联尿法制尿素基本工艺.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

以合成氨为原料联尿法制尿素基本工艺

以合成气为原料联尿法

生产尿素工艺

专业：

应用化工

班级：

普08应用化工（3）班

姓名：

王磊

指引教师：

谢俊彪

指引时间：

3月20日

新疆轻工职业技术学院

摘要：

1828年，法国F.维勒在实验室里用氨和氰酸制得尿素，成为第一种人工合成有机化合物，在化学发展史上具备重要意义。

1868年，俄国人Α.И.巴扎罗夫提出用氨基甲酸铵脱水法生成尿素。

1922年，在德国实现了用氨和二氧化碳合成尿素工业化生产。

尿素应用在肥料方面发展较慢。

其因素较多：

①初期生产技术不完善，生产费用较高；尿素合成塔存在着严重设备腐蚀问题，影响生产正常进行，直至1953年荷兰斯塔米卡我司提出在CO2原料气中加少量氧气，才基本上得到解决。

②人们对它肥效曾发生过怀疑。

近20近年，由于尿素生产技术不断发展，尿素合成已逐渐成为最经济氨加工生产氮肥办法之一。

只要施肥办法对的，尿素肥效与其她氮肥相似，在水田作物中，它比硝态氮肥效果好。

在亚洲，尿素生产发展不久。

1980年，亚洲国家氮肥生产能力中尿素约占85％。

核心词：

尿素氨合成氨

前言

国内尿素产量为4336.7万t，消费量为4000万t。

国内尿素生产技术是在小装置能力基本上形成，最大生产能力只能达到20万t/a，因其投资低、基建快、潜力大等优势，得以在近年迅速蓬勃地发展起来。

重要工艺技术有SHS技术、高压圈尿素优化组合技术和"节能增产新工艺"技术。

SHS技术，该技术由上海海懋工程公司和上海化工研究院进行开发设计，已在山东鲁西、江苏新沂、河南偃师、陕西城固等地实行。

该工艺核心是：

提高尿素合成塔η（CO2）；充分挖掘既有装置潜力；合理运用甲铵生成热等3项技术。

改造后，吨尿素重要单耗预期值为：

液氨595kg、CO2760kg、蒸汽l200kg、冷却水130t。

高压圈尿素优化组合技术，该技术由中华人民共和国五环化学工程公司开发设计并组织实行，技术核心重要是在高压圈增长第二尿素合成塔；气提塔及高压甲铵冷凝器；采用CO2气提技术。

该技术当前正在河南辉县化肥厂试点运营，由于种种因素始终未能开车。

该技术实行后预测吨尿素单耗为：

液氨585kg、CO2700kg、蒸汽1000kg、冷却水100t。

节能增产新工艺，该技术由北京晨华设计所和山东邹城氮肥厂联合开发，特点为：

采用2个合成塔，采用不同压力下四段分解，对甲铵冷凝器和气提塔均采用独特设计，副产0.8MPa蒸汽。

该工艺吨尿素单耗为：

液氨590kg、CO2760kg、蒸汽900kg、冷却水130t。

由于该工艺刚刚实行，还需进一步完善和摸索。

1.尿素简介

尿素H2NCONH2学名碳酰二胺，以氨和二氧化碳合成一种重要氮肥。

因人及哺乳动物尿液中具有这种物质而得名，白色针状或柱状结晶，熔点132.7℃，常压下温度超过熔点即分解。

肥料用尿素制成颗粒，易溶于水、乙醇和苯。

将尿素制成亚异丁基二脲可减少溶解度，变成缓释肥料也作为饲料添加剂。

尿素含氮量居固体氮肥之首，达46％以上为中性速效肥料，施于土壤中不残留使土壤恶化酸根，并且分解出来二氧化碳也可为植物所吸取。

工业上还用作制造脲醛树脂、三聚氰胺－甲醛树脂、聚氨酯原料，在医药、炸药、制革、浮选剂、颜料和石油产品精制（脱蜡）等方面也有广泛用途。

尿素生产原料：

对原料液氨规定，起质量分数为：

氨>99.5%，水〈0.5%，油〈10毫克/公斤。

对原料二氧化碳规定是：

CO2含量〉98.5，H2S<15毫克/立方米。

2.中压联尿法

中压联尿一是采用：

4．905兆帕（50公斤力／平方厘米）互换气气提尿素溶液中未反映物办法，气提法基本原则就是在气提塔中把尿素合成塔排出合成反映液,在中档压费轴凝高温度（<160"13）下，将液体以降膜方式与气提气（即变换气）逆流相遇，以大量惰性气体来减少气相中NH2与CO2分压．促使液相中甲铵分解（如下式），使化学反映同步供应分解时所需热量，以浓缩尿液，回收未反映物，完毕气提全过程。

NH4COONH2=NH3-CO2-Q2

中压系统一使用未反映物压力提高到4.905兆帕（50公斤力／平方厘米），这样就变化了水溶液全循环法分解只能在较低压力下进行，并简化了液体循环系统。

同步，由于循环系统压力较高，高浓度甲铵液在铵泵缸体．内背压增大、压差减小，使甲铵泵缸头应力腐蚀、疲劳开裂等较难解决问题有所改进。

同步还可省掉低压甲铵系、液氨升压泵等设备。

其工艺条件都优于水溶液全循环法。

其流程见示意图。

2.1联尿生产流程

流程概述

（1）．来厂天然气经锰矿脱硫后，进入常压间歇转化系统。

将天然气中95．6%甲烷转化为含氢54.6%，氮23.4%，一氧化碳18.36%，进入高压机一二段加压至0.785兆帕（8公斤力／平方厘米），送入中低温变换系统，将气体中二氧化碳变换为18%二氧化玻进入压缩机三，四段压缩至4.905兆帕（50公斤力／平方厘米）送入尿素系统。

（2）．由高压机工段来变换气，与合成塔出口减压为4.905兆帕尿素以降膜方式逆流相遇，变换气作为惰性气带出大量甲胺分解气，混合为气提气．气中含氨、二氧化碳及氢、氮气等由塔顶引出进人二氧化酸吸取塔底部（即甲铵反映器）。

吸取塔内存有液氨和高浓度氨水与气提气在塔底和列管内鼓泡吸取二氧化碳气生成甲铵液。

（附录1）

（3）．气提塔底部尿液经气提后含尿57%，水37%和少量氯和二氧化碳．经减压至常压后去闪蒸蒸发系统浓缩造粒。

（4）．吸取塔底部浓甲铵液经甲铵泵加压至21.68兆帕（220公斤力／平方厘米），配人防腐空气后加热到180℃进入尿素合成塔底部。

同步，液氨由1.66兆帕缓冲罐中抽出,经液氨泵加压到21.68兆帕加热到180℃进合成塔底部。

在188℃，压力21.68兆帕条件下,通过一定期间反映，使甲铵脱水生成含尿素26%合成液，经减压后引入气提塔。

（5）．出二氧化碳吸取塔气体气相中含氨、氢、氮等混合气进入氨冷器，将大都份气氨冷凝为液氨后循环使用.冷凝后气体含氧氢、氮、一氧化碳混台气进入卧式氨回收塔、氨清洗塔，气体从清冼塔顶部引出，进入合成氨系统甲烷化炉，将含0．6%第一氧化碳转化为甲烷气后进人压缩机五、六段，加压到31.39兆帕氢氨气送入氨合成系统，完毕联合生产尿素合成氨目。

上述流程表白。

“联尿”即是在生产合成氨原料气过程中脱除CO2气而设立了尿素系统，实现了两个装置合为一体，减少了合成氨系统脱碳，尿素系统CO2压缩，达到了优化流程目。

以既有碳化系统改产尿素另一优势是：

当尿素系统故障时，只需倒换送气管线．即可进行碳铵生产，不需排空，这样不但维持了合成氨生产，还保护了环境，节约能源消耗。

2.2装置长处

（1）．在气提法尿素生产中采用分段气提工艺，使气提效率明显提商。

该塔对NH4和CO2提出率普通分别达到95%和82%，从而取消了低压分解回收段减轻了低压循环工段负荷。

该塔负荷在5O%条件下也能正常生产，稳定了中压系统操作，使液体物料和气体物料波动在三段塔内得到了抑制。

（2）．联尿流程不存在爆炸危险性，操作安全。

由于没有气体循环工艺，系统中不存在爆炸尾气H2。

当前，水溶液全循环中型尿素正努力攻入CO2，脱氢工艺防止爆炸，虽然此后解决了这些技术难题，相应也要增长投资及操作费用。

（3）．联尿中消化引进技术快，回收工段采用了日本东洋工程公司全循环改良法氨回收工艺，并提高了压力操作获得成功。

该技术为卧式管壳换热器管回鼓泡吸取。

其长处是换热面积大，移走反映热快，能加速吸取速度。

但鼓泡液层低，容易使尾气超标。

通过实践证明．该技术已在联尿系统中获得成功。

2.3新技术实行

（1）系统中采用列管鼓泡吸取塔，用于生产获得成功。

该塔操作弹性大吸取效果好，在化工设备中尚不多见。

（2）在重要塔器内设立了防旋装置，保证了机泵打液不带气。

设计了气体分布器，使入塔气在湍流状志下也能均匀分布。

（3）采用了液体分布器，在2.3小孔阻力分派,改进气提塔液体分派,提高汽提效率。

系统中多是采用旋流板除沫技术。

（4）设计了非均匀开孔塔板。

解决了气体在液相中分布不均匀导致液体沟流、返混和气体走短路等现象。

（5）设计了卧式管道气体分布器，解决了卧式吸取塔液率，使管道回鼓泡吸取工艺获得成功。

“中压联尿”它以全新技术合设备选型贯通于整个工艺流程中，原材料所有立足于国内，耐腐蚀钢采用双相体不锈钢。

流程中输送流体采用位差解决，可减少一某些机泵，节约了电能。

具备工艺流程短。

安全可，操作以便，投资优化等长处。

3.合成氨原料气制取

要生产合成氨，一方面要制造具有氮、氢混合气原料气。

用于制造原料气原料可分为固体原料、液体原料和气体原料三种。

3.1固体原料重要有煤和焦炭。

将煤或焦炭放入半水煤气发生炉里，交替通入空气和水蒸气，就可以得到半水煤气。

半水煤气有效成分是N2和H2，还具有CO、CO2和H2S等杂质。

半水煤气经净化后，可做合成氨原料气。

液体原料重要有原油、轻油、重油等。

它们可用分子式CmHn表达。

用水蒸气和氧气混合气体来气化重油，可得到H2和CO。

运用重油气化法制取合成氨原料气，是近代合成氨工业中一种重要发展。

惯用气体原料有天然气、油田气、炼厂气和焦炉气等四种。

在这些气体原料中，天然气用量最大。

国内四川省有以天然气为原料大型合成氨厂。

用天然气制合成氨原料气办法诸多，概括起来可分为四大类，即热解法、水蒸气转化法、某些氧化法和综合法。

热解法是在没有触媒状况下，用高温使天然气中甲烷受热分解而制得氢气办法：

CH4=2H2+C

水蒸气转化法是在700℃～900℃温度下，使水蒸气和甲烷通过镍触媒而起反映：

CH4+H2O=CO+3H2

某些氧化法是在950℃左右和镍触媒作用下，使甲烷进行不完全氧化：

2CH4+O2=2CO+4H2

综合法是在制取乙炔同步，副产合成氨原料气。

将天然气和氧气同步通入转化炉中，高温下使某些甲烷进行燃烧，放出热使剩余天然气受热后分解而生成乙炔和氢气，分离后可得到氢气。

2CH4=C2H2+3H2

3.2合成氨催化机理

热力学计算表白，低温、高压对合成氨反映是有利，但无催化剂时，反映活化能很高，反映几乎不发生。

当采用铁催化剂时，由于变化了反映历程，减少了反映活化能，使反映以明显速率进行。

当前以为，合成氨反映一种也许机理，一方面是氮分子在铁催化剂表面上进行化学吸附，使氮原子间化学键削弱。

接着是化学吸附氢原子不断地跟表面上氮分子作用，在催化剂表面上逐渐生成—NH、—NH2和NH2，最后氨分子在表面上脱吸而生成气态氨。

上述反映途径可简朴地表达为：

xFe+N2→FexN

FexN+［H］吸→FexNH

FexNH+［H］吸→FexNH2

FexNH2＋［H］吸FexNH3Fe+NH2

在无催化剂时，氨合成反映活化能很高，大概335kJ/mol。

加入铁催化剂后，反映以生成氮化物和氮氢化物两个阶段进行。

第一阶段反映活化能为126kJ/mol～167kJ/mol，第二阶段反映活化能为13kJ/mol。

由于反映途径变化（生成不稳定中间化合物），减少了反映活化能，因而反映速率加快了。

4尿素生产

4.1基本原理

液氨与二氧化碳合成尿素反映可以分为：

2NH4+（l）+CO2=NH4COONH2（l）

NH4COONH2（l）=CO（NH2）2（l）+H2O（l）

二氧化碳→净化→压缩↓↓←氨和二氧化碳回收

合成↑

液氨→加压→预热↑↓→未反映物分解→蒸发→结晶和造粒→尿素

4.2未反映物分离与回收

由于循环法生产尿素存在动力消耗大，一次通过尿素合成率低等诸多缺陷，当前大多厂家采用汽提法生产尿素。

汽提法是水溶液全循环法一项重要改进类型。

其实质是在与合成反映相等压力条件下，运用一种气体通过反映物系（同步伴有加热），使未反映氨和二氧化碳通过气提法合成