尿素生产论文Word格式.docx

1、目录错谋!未定义书签。一、 概述 错误!1.1尿素一发现 错误!1.2尿索-简介 错误!1.3尿素-物化性质。错误!1.4尿素一生产 错谋!1。5尿素一用途 错误!6尿素正确贮存方法 错误!二、 尿素的生产工艺。2。1尿素的基本性质。2. 2尿素合成的基本原理错谋!2. 3尿索合成工艺条件的选择错误!2.4未反应成尿素物质的分离和回收 错误!5尿素的加工 错误!2. 6工艺流程介绍 错误!2. 7尿素合成工艺流程图：11。三、 氨合成 错误!3.1合成氨槪述。3。2合成氨的工艺流程（煤为原料）。3合成氨工艺（天然气为原料） 错误!3.4污染防治措施 错误!四、 结论。五、 致谢。参考文献。.概

2、述1.1尿素一发现177 3年，伊莱尔罗埃尔（Hilaire Rouel le）发现尿素.1 828年,弗里德里希维 勒首次使用无机物质鼠酸钾与硫酸铁人工合成了尿素。本来他打算合成氣酸铁，却得到了 尿素。从此，活力论的错误证明了，有机化学实际上开辟了。活力论认为无机物与有机物 有根本性差异，无机物所以无法变成有机物。哺乳动物、两栖动物和一些鱼的尿中含有尿 素；鸟和爬行动物排放的是尿酸，因为其氮代谢过程使用的水量比较少.1 o 2尿素-简介别名：碳酰二胺、碳酰胺、腺分子式:CO （NH2） 2,因为在人尿中含有这种物质，所以取名尿素。尿素含氮（N） 4 6%,是固体氮肥中含氮量最高的。尿素在人的

3、蛋白质分解最终产物中占有相当大的比例。尿素外观为白色晶体或粉末。 是动物蛋白质代谢后的产物，通常用作植物的氮肥.尿素是哺乳类动物排出体内含氮代谢 物的形式。尿素也是很重要的肥料。1.3尿素一物化性质分子式：C0（NH2） 2,分子量60. 06 ,无色或白色针状或棒状结晶体，工业或农业品为白色略带微红色固体颗粒无臭无味。密度1. 335g/ c m3.熔点1 32。7C。溶于水、醇， 不溶于乙醛、氯仿。呈微碱性。可与酸作用生成盐。有水解作用。在高温下可进行缩合反 应，生成缩二腺、缩三脉和三聚氣酸。加热至160C分解，产生氨气同时变为氣酸。尿素在 酸、碱、酶作用下（酸、碱需加热）能水解生成氨和二

4、氧化碳.对热不稳定，加热至150 1 6 0C将脱氨成缩二腺。若迅速加热将脱氨而三聚成六元环化合物三聚鼠酸。尿素易溶于水，在20C时100毫升水中可溶解1 05克，水溶液呈中性反应。尿素产品 有两种。结晶尿素呈白色针状或棱柱状晶形，吸湿性强.粒状尿素为粒径12毫米的半透 明粒子，外观光洁，吸湿性有明显改善。尿素是生理中性肥料，在土壤中不残留任何有害物质，长期施用没有不良影响。但在造 粒中温度过高会产生少量缩二腺，又称双缩脉，对作物有抑制作用。尿素在转化前是分子 态的，不能被土壤吸附，应防止随水流失；转化后形成的氨也易挥发，所以尿素也要深施覆 土。尿素是人工合成的第一个有机物，广泛存在于自然界中

5、，如新鲜人粪中含尿素0.4%. 尿素产量约占我国目前氮肥总产量的40%,是仅次于碳铁的主要氮肥品种之一。尿素作为 氮肥始于20世纪初。20世纪50年代以后，由于尿素含氮量高（45%46%）,用途广 泛和工业流程的不斷改进，世界各国发展很快。我国从20世纪60年代开始建立中型尿素 厂。1986=992年，我国尿素产量均在90 0万吨以上。目前占氮肥总产量的4 O%。 工 业上用液氨和二氧化碳为原料，在高温高压条件下直接合成尿素，化学反应如下：2NH3+CO2TNH2C OONHjTCO （NHJ2+N2O14尿素-生产商业尿素是通过氨与二氧化碳的反应生产的，成品尿素可以为药片状、颗粒状、片状、

6、晶体或者溶液。90%以上的生产的尿素被用作肥料.商用尿素的原料是氨与二氧化碳者在以焦炭或炷（如天然气和石油）为原料生产氨 的过程中，会大量产生。尿素因此直接从这些原料中就产生了。尿素生产是一个平衡的化 学反应，其反应物不完全成为反应结果。生产过程、设定的反应条件、如何处理未转化的 反应物，皆可能不同。未反应的反应物可用以生产其它产品，（如硝酸铁或硫酸铁），也可 回收再投入反应。工业生产尿素的生产原料：天然气、煤炭、石油是生产化肥的三大原料，通常被称为 气头、煤头、油头三类，近年来，由于石油和煤炭价格的升幅远大于天然气，故按成本优婷 排列为气头、煤头、油头。尿素生产有两个主要反应.前者放热，后者

7、吸热.但整个过程仍是放热的。2NH3+CO2TNH2COONH4NH2COONH4T CO （NH2） 2+ h2o1.5尿素一用途尿素是固体氮肥中含氮量最高的肥料，理化性质较稳定，施后对土壤性质没有影响， 可施用于任何土壤和作物，可做根外施肥使用。同时尿素也是树脂.塑料、炸药.医药、 食品等工业的重要原料。尿素不仅是一种常用的速效氮肥，除作追肥以外，还有其它多种用途。1o 6尿素正确贮存方法（D尿素如果贮存不当，容易吸湿结块，影响尿素的原有质量，给农民带来一定的 经济损失，这就要求广大农户要正确贮存尿素。在使用前一定要保持尿素包装较完好无损， 运输过程中要轻拿轻放，防雨淋，贮存在干燥、通风良

8、好、温度在20度以下的地方。（2）如果是大董贮存，下面要用木方垫是20公分左右，上部与房顶要留有50公分以上的空隙，以 利于通风散;显，垛与垛之间要留出过道。以利于检查和通风。已经开袋的尿素如没用完，一定要及时封 好袋口，以利下年使用。二.尿素的生产工艺21尿素的基本性质尿素的化学命名为碳酸铁,尿素是无色，无嗅，无味的针状或棱柱状结晶，工业产品为白色, 含氮量为46。6%,分子量为60。04o熔点：132.79 重度：209-409,1。4（粒状）。比重变化量：每0. 000208 假比重：0. 5 2 0 . 64*溶解度：易溶于水和液氨中，稍溶于甲醇、苯中，不溶于三氯甲烷、醛类中。温度在3

9、0C以上，尿素在液氨中溶解度较水中的溶解度大。22尿素合成的基本原理用氨合成尿素的反应，通常认为是按以下两个步骤，在合成塔内连续进行：第一步：氨作用生成氨基甲酸饺2NH. + CO2 = NHaCOONH 2 + Q第二步：氨基甲酸铁脱水生成尿素NHCOONH 2 = co（nh2）2+h2o-q2这两个反应都是可逆反应，反应（1）是放热反应，在常温下实际上可以进行到底，1 509时，反应进行的很快、很完全，为瞬时反应，而反应（2）是吸热反应，进行的比较缓慢, 且不完全，这就使其成为合成尿素的控制反应。实验证明，尿素不能在气相中直接形成，固体的氨基甲酸铁加热时尿素的生成速度比 较慢，而在液相中

10、反应才较快.所以，尿素的生产过程要求在液相中进行，即氨基甲酸笹必 须呈液态存在。温度要高于熔点145- 1 55C,因此，决定了尿素的合成要在高温下进行。氨基甲酸铁是个不稳定化合物，加热时很容易分解，在常温下60C就可以完全分解, 制取尿素时为了使氨基甲酸铁呈液态，采用了较高温度，所以必需采用高压。由上可知， 合成尿素的反应的恳本特点是高温、高压下的液相反应，并且是可逆放热反应。2.3尿素合成工艺条件的选择（1）过剩氨过剩氨是比较氨与二氧化碳的比化学反应量所多的氨，常以百分率表示，或氨比二氧 化碳表示.过剩氨可以使反应的平衡趙向生成尿素的一方，使产率提高。过剩氨也可以合成 速度加快，提高尿素产

11、率，过剩氨的存在，可与系统中的水结合，从而降低了水的浓度， 抑制了副反应的发生。nh4coonh2 + h2o （nh4 ）2 co2）2CO - NH4HCO3 + nh2NHqHCO - NH4 + co, + h2o过剩氨的存在，带走了一部分氨基甲酸铁的生成热，不仅有利于反应平衡趋向生成尿 素的方向，提高尿素产率，而且有利于维持塔内反应的自热平衡，简化了合成塔的结构，过 剩氨的存在，抑制了氢酸和氢酸氨的生成，降低了对合成塔的腐蚀但过剩氨的存在也带来 一些不利影响：过剩氨的增加过大，二氧化碳转化率增加率也逐渐增加，并且提高了合成塔内反应系 的平衡压力；过剩氨的增加，会破坏反应物的自然平衡，

12、为维持合成塔内顶定温度，就必须 提高浓氨预热温度；过剩氨的增加，会是反应混合物的比重下降，所需反应釜的容积加大， 处理未生成尿素的反应物的设备也更大，动力消耗增加。因此，在尿素水溶液全循环法中氨与二氧化碳比一般在3o 54. 1o（2）水份水是尿素合成过程中的产物，水存在可以降低氨基甲酸铁的熔点，有利于尿素的合成， 氨基甲酸饺可以溶解在水中，故可以消除氨基甲酸铁的堵寒现象.但是从化学反应平衡考虑，过量水的存在阻止合成反应向着生成尿素的方向移动，促 进氨基甲酸铁水解等付反应的进行。造成C02转化率的下降，甚至引起合成与分解的操作 条件恶性循环，水的存在也使合成塔腐蚀加剧因此在水溶液全循环中，正常

13、生产时避免 向合成塔内送水，在过剩氨回收和液相循环中，也应力求减少水分进入合成塔，在工业生 产中进行合成塔物料。（3）温度和压力温度越高尿素达最大产率的时间越短，即反应速度越快，合成塔的生产强度也就提高, 但温度越高，尿素产率的提高逐渐减慢，同时反应温度的提高也必须使合成系统的平衡压 力提高，腐蚀速度增加，为保证尿素在液相中生成和一定的反应速度，对设备制造和防腐 问题，合成塔的操作温度控制在1 8 5-190C为宜.合成塔的操作压力，必须大于操作条件下的平衡压力，否则会使氨基甲酸铁离解，溶 液中氨气化，转化率下降，但操作压力过高，会使动力消耗增加，设备制造强度加大。因 此合成塔的操作压力高于其

14、操作条件下平衡压力10-30气压较好。2 o 4尿素的加工尿素水溶液在加热过程中其热稳定性较差，在溶液加热达到一定温度以上就可能发生 尿素水解反应和缩二腺的生成反应，其反应如下：2 N H2C0NH2=N H 2CONHCONH2 + N H3NH2CONH2+2H2O二（NHJ 2C03=2NH3+ CO2+H2O两个副反应由于受温度、加热时间、溶液面上气氨分压等因素的影响。因此，尿液蒸 发过程的操作压力越低，相应饱和尿液浓度就越高，如果达到相同浓度，蒸发压力高，相应 所需温度也高。为减少副产物的生成，避免出现结晶困难的问题，通常采用两段蒸发流程：一段蒸发 的目的是在较低的压力下首先蒸发掉大

15、量的水，然后在更低的压力下进行二段蒸发，已达 到最后的浓度，两端蒸发的分界线是根据传热温差和冷却水温度而定的.2. 5工艺流程介绍其生产工艺流程特点是采用了二段分解、三段吸收、二段蒸发、自然通风的造粒流程， 设计中未考虑解析系统，碳化氨水送碳氨母液槽本流程分为压缩、合成、分解系统、循环 系统、蒸发造粒四个生产过程，整个生产为单系统生产.其具体流程为：由合成车间送来的液氨经预热进入高压氨泵P06 401,为了避免高压氨泵P064 01的 气寒，液氨的温度比上述压力下的沸点最少低10C,通过高压氨泵将压力提高到1 6o0MPa . 出高压氨泵P064 0 1的液氨送入高压喷射器J202O 3,将高

16、压洗涤器E20205出来的甲铁 液增压，一并送入高压甲铁冷凝器E20 2 0 4的顶部。由合成车间送来的C02经冷却后进入二氧化碳压缩机，经四段压缩后送入汽提塔C2020 2底部。将溶液中的NM和C02赶出，汽提塔顶部出气要送入高压甲铁冷凝器E202044的 顶部，所以汽提塔C2O202的压力应比高压甲铁冷凝器E202O4略高一些。汽提塔所用的 饱和蒸汽压力为2。OMPa 0在高压甲铁冷凝器E 2 0204中，将液氨和气体CO?大部分冷凝成为甲铁液体。高压 甲铁冷凝器E2O204是立式管壳式热交换器，从底部各自的管子离开高压甲铁冷凝器E20 2 04,进入合成塔E20201的底部。合成塔E20

17、 2 0 1是一个长的立式高压反应器，反应 混合物自下而上通过。在温度为1801 869和13. 514。5MPa压力下，将甲铁转化 为尿素，转化率为61%左右，再从內部的溢流管离开.塔内的液而必须保持比溢流管口稍 稍高一些，并用合成塔E202O1出口处的控制阀控制.反应混合物中的气体从塔的顶部离 开进入高压洗涤器E2 O205o在高压洗涤器E20205中，对合成塔顶部出气中的NHs和C 0 2加以回收，高压洗涤器出气由于其中含有少量H2和02,当操作不正常时（浓度波动） 有可能形成爆炸性混合物，为了避免爆炸，要求NHj和C02在此不完全吸收，而将出气经减 压阀送0. 6MPa吸收塔C202O

18、8进一步吸收NH）和C 02,最后惰气经PC3715由塔顶放空。 因为高压甲铁冷凝器E202O 4中的压力要比高压洗涤器E202O5约高0。3MP a ,因此， 甲馁液必须在高压喷射器中用16o OMPa的液NH3喷射才能返回到反应系统中去.离开汽提塔C 2 0202的尿液经控制阀减压到0. 150. 25MPa,喷洒在精镭塔C202 06的填料床上，由于减压的结果，尿液中的甲铁分解，所需的热由溶液本身供给，从而使溶 液的温度下降到105110ro离开精馅塔C20206底部的尿液经过控制阀流入闪蒸槽S20 207;精憎塔C202O6底出来的溶液减压E流入闪蒸槽S20207,闪蒸槽中保持低度真空

19、， 约0。045MPao在溶液减压吋，少量的NHs同较大量的蒸汽从溶液中逸出，使溶液的温度 从130C左右降到9095C,得到的尿素溶液的浓度约为73%.流入尿液贮槽T20209。 从尿液储存槽T202O9进入蒸发槽将尿液中的水分蒸发掉，之后从尿素熔融体经过大气 由尿素熔融泵送入造粒塔C20 2 1 2顶的喷头。当喷头以合适的速度旋转时，尿素熔体被 洒成大小合适的小液滴分布在造粒塔的整个截而上，当它们下降时因冷却而固化。2.6尿素合成工艺流程图:2o 7尿素合成的工艺比较:71国外尿素主要生产技术进展概述目前，全球具有竞争力的尿素生产技术主要有：荷兰斯塔米卡邦公司的C02气提工艺， 意大利斯纳

20、姆公司的NHj气提工艺，日本东洋公司的ACESX艺，意大利蒙特爱迪生公司 的等压双气提工艺（简称IDR法）和美国UTI公司的MEC热循环工艺。一、C02气提工艺1.主要技术特点：1流程简单：由于合成工段气提效率很高，减小了下游工序的复杂程度，是目前惟一工 业化、只有单一低压回收工序的尿素生产工艺，操作方便、投资小、可靠性强、运转率高、 维修费用低；2高压圈工艺优化组合：操作压力为I3O 6MP a、氨/碳比为1 ： 2。95、合成温 度180183C、冷凝温度为167C、气提温度19OC、气提效率为80%以上，这些参数 都比较温和，采用25-222 CrNiMo材料即可达到材质耐腐蚀性的要求，

21、设备制造和维修 费用低；3电耗低：因为操作压力低，因而高压氨泵、高压甲铁泵的功耗也低。由于气提效率高且没有中压回收工段，没有单独的液氨需循环回收，甲铁液的循环量也少，因而进一步降低了循环氨、甲铁所必须的功耗；4采用池式冷凝器：池式冷凝器作为初级反应器使合成塔的体积减少了约50%.尿素 框架的高度为7 6m左右；5安全系数高：在脱氢转化器中，通过钝化燃烧除去原料C02中的H2、C0等可燃性气 体，使高压和低压放空气均处于爆炸范围之外，工艺装置安全性高；6污染小：工艺冷凝液经水解解析后，不仅降低了氨损失，也消除了对环境的污染。2o技术进展20 O0+TM超优工艺：斯塔米卡邦公司为降低投资成本，进行

22、技术改进，最有代表性的是尿素2000+TM超优 工艺，其主要优点：1采用了新型高效的塔盘，新塔盘上设有气体分布系统的液体上升管，以使塔盘上气 相和液相混合均匀，可消除常规塔盘上存在沟流和返混的现象；2卧式池式冷凝器取代原立式池式冷凝器，并且具有浸没U型管束；3进一步降低了尿素主框架的高度：通过釆用新型高效塔盘、卧式池式冷凝器、减少 合成塔的容积和降低塔的高度、增设借液氨为动力的高压氨喷射器等方法，主框架的高度 由原7 6m降到38. 5m;4增设CO2脱H2装置，使CO2气中H2体积分数由0.5%降到0. 005%以下。大颗粒尿素 流化床工艺：挪威海德鲁公司大颗粒尿素流化床造粒技术主要特点：1

23、采用浓度为95%96%的尿素液作原料，尿素液只需一段蒸发浓缩，简化了尿素系统 流程；2由于省去了二段蒸发系统，节省了二段蒸发加热和抽真空所消耗的蒸汽，减少了工 艺冷凝液，相应也降低了水解负荷，同时也降低了冷却水用量；3造粒机采用空气雾化和流化相结合的造粒技术，效率高，生产能力大，成品质量好、 强度高；4操作简单，开车时间短，投料后1h内即可出产品；操作弹性大，负荷变化范围为30% 1 1 0%;5与其他机械造粒装置相比，返料比低，从而强化了设备能力并降低了造粒过程中的 能耗；6采用添加剂使流化床生成的粉尘少，且含尘尾气采用湿式洗涤，吸收效率高，放空尾 气中尿素粉尘含量达到环保要求:7装置可靠性

24、高，造粒机、粉尘洗涤器等因无磨损部件，寿命可达25年以上.二、 NHj气提工艺1 .主要技术特点：1合成塔进料NH3/C02摩尔比为3。33.6, CO?转化率较高，减少了高压回路以后的 循环回收负荷；2由于合成系统NH3/CO2摩尔比较高和设备选材恰当，大大减轻了设备的腐蚀问题，无 需专门钝化高压系统没备，另外，即使事故停车，可以封塔几天而无需排放，封塔3天再 开车后尿素产品仍为白色；3中、低压分解加压器均为降膜式，操作过程积液量少，即使停车排放,NHs和C02的 损失量也少；4由于采用了甲铁喷射泵，所有高压设备均可布置在地面上，无需高层框架，可节约 投资，大大加快建设进度；5由于有中压分解

25、段，增加了操作的灵活性和弹性，可通过改变气提效率和高压甲铁 冷凝器的副产蒸汽量来调节整个装置的蒸汽平衡，使之在最佳的条件下操作；6工艺冷凝液经水解解析处理后，不但彻底消除了污染，减少了氨和尿素的损失，而 且处理后的冷凝液还可作为锅炉给水；7造粒改用转鼓造粒技术，克服了原来喷淋造粒尿素硬度小、粒柱小、易结块且从塔 顶排放的氨和尿素粉污染环境的缺点.2o技术进展：目前该工艺技术的最新进展为：增加吸收塔来回收低压系统放空的氨，可降低尿素装 置氨耗，预计每年可回收氨3005O0t：气提塔换热管由衬皓双金属不锈钢材质代替钛材， 这种材料可有效地防止冲刷腐蚀；BD放空管线及放空烟筒由不锈钢材质代替碳钢材料

26、；柱 式高压氨泵以脱盐水来代替密封油，每年节油2 0 kL；采用转鼓造粒技术，可增强成品的 硬度，使颗粒增大，不易结块。三、 AC ESX艺1合成塔的操作条件优化、气提塔内结构特殊设计以及分解、分离所需的热量不需外 部供应，能耗降低；2该法NH3/CO2摩尔比高达4. 0,相应转化率也高达68%;3在腐蚀性强的部位采用双相不锈钢，减小腐蚀，装置可以连续运转；4采用获得专利的特殊气提塔，具有高效的C02气提设施。2.技术进展AC ES工艺：为了降低投资费用，东洋工程公司对其现有的ACES尿素生产工艺进行了改进：1高压容器呈平面分布，安装简便；2整个工艺将氨基甲酸盐生成、热回收、尿素合成等过程全部

27、整合到竖式埋入式氨基 甲酸盐冷凝器中，高压容器的数量和热传递而积减少；3降低反应器和气提塔的体积和质量，二者装配简化；4在合成压力较低的条件下对不同的氨基甲酸盐冷凝器反应摩尔比和反应器反应摩 尔比进行优化，降低了高压容器和转动设备的构造设计压力并降低了能源消耗。大颗粒尿素喷射流化床造粒工艺技术：日本东洋工程公司的大颗粒尿素喷射流化床造粒技术特点主要包括：1工艺流程及设备比较简单：该工艺造粒机分流化成粒和冷却两部分，造粒喷嘴釆用 一般压力式喷嘴，结构简单、单台能力大，粉尘洗涤塔与造粒机顶部相连接，简化流程和减 少设备；2造粒时间短、造粒效率高：该工艺流化床內返料晶种依次在串联的小室内被喷射尿 液

28、液滴包裹而长大，且流化床层较萍，有利于粒子的形成；3造粒机流化床床层高度较低：在50%100%负荷范囤内床层高仅400mm,流化床阻 力小，流化空气的风机压头低，耗电省；4生产操作灵活方便：可调节返料比，其生产控制方案可靠，负荷变化时，调节喷嘴 简单；5采用95%左右的尿液作原料：可简化尿液加工工序，节省尿液浓缩的能耗；6粉尘回收系统采取集中收尘和高效的湿式洗涤吸收，放空尾气中尿素粉尘含量小；7设置添加剂MMU自备系统：MMU溶液由甲醛和尿液制备，过程简单，灵活方便，不 需外购UF85,可克服甲醛尿液混合不均匀而影响产品质量的弊端.四、IDRX艺1合成系统压力温度较高，N C02摩尔比也较高，C02的转化率高达7 0%以上；2气提塔为2台，第1气提塔以氨为气提剂，部分未转化为尿素的甲铁被分解，并以 气相形式返回合成塔，第2气提塔以C02为气提剂，使大部分过剩氨蒸出：3高压甲馁冷凝器为卧式，具有列管与管段间不存在应力裂蚀腐蚀的优点，高压甲铁冷凝器为2台，副产蒸汽压力较高，可提高各如压设备的传热温差，从而减少各加热设备的 传热而积，节省投资；4为达到设备的防腐，在管线上加入少量液体钝化剂，较好地解决了设备的防腐问题。MEC热循环工艺1用特殊设计的等温合成塔”，该塔装有一个贯穿合成塔且內部开