尿素工艺

晋城煤业集团技工学校一体化教材尿素工艺中国矿业大学出版社国家一级出版社全国百佳图书出版单位尿素工艺尿素的基本知识模块一模块二尿素生产工艺主流程模块三尿素生产工艺附属流程模块四开停车模块一：尿素的基本知识晋城煤业集团技工学校一体化教材尿素的基本知识尿素，分子式为CO(NH2)2或写成H2NCONH2，学名为碳酰二胺，是由于人及哺乳动物的尿液中含有这种物质而得名。在尿素工业生产中，常用符号＂Ur＂来表示尿素。尿素在农业、工业、医药、纤维素、炸药、制革、选矿、颜料、石油脱蜡等行业获得广泛的应用。尿素尿素分子模型尿素的基本知识尿素的性质尿素生产的原理和步骤尿素生产设备简介主控系统介绍尿素生产工艺流程综述12345尿素的基本知识----尿素的性质一、尿素的物理性质注意：尿素在空气中易吸湿，吸湿性次于硝酸铵而大于硫酸铵，故包装、储运要注意防潮。分子式CO(NH2)2相对分子质量60.06含氮量46.65%外观无色、无味、无臭的针状或棱柱状结晶密度熔融尿素1.22g/cm3(132.7℃)晶状尿素1.335g/cm3粒状尿素1.4g/cm3熔点132.7℃比热容（25℃）1.34kJ/(kg·℃)结晶热242.21kJ/kg尿素的基本知识----尿素的性质二、尿素的化学性质1、尿素的缩合反应H2N-CO-NH2NH4[O—C≡N]（1）真空中（2）常压下2CO(NH2)2=NH2CONHCONH2+NH3↑（3）当温度超过170℃时3CO(NH2)2=NH2CONHCONHCONH2+2NH3↑3CO(NH2)2=C3N3(OH)3+3NH3↑2、尿素的水解作用3、尿素的加成反应（1）尿素在强酸溶液中呈现弱碱性第一步:CO(NH2)2+H20=NH2COONH4第二步:NH2COONH4+H20=(NH4)2C03第三步:(NH4)2C03=2NH3十CO2+H2O（2）在强碱性溶液中，尿素又呈现弱酸性尿素工艺----尿素生产的原理和步骤一、尿素生产的工业发展1773年，化学家鲁埃勒（Rouelle）首次制得尿素结晶。1828年，德国化学家F.维勒（F.wohior）在实验室里首次用氨和氰酸合成尿素。1870年，俄国人Α.И.巴扎罗夫用氨基甲酸铵脱水法生成尿素。1922年，德国法本公司建成世界上第一套用CO2和氨直接合成尿素的工业装置。1932年，荷兰斯太米卡邦公司解决尿素合成塔的设备腐蚀问题。尿素合成塔尿素工艺----尿素生产的原理和步骤二、尿素生产的原理和步骤2NH3+CO2=CO(NH2)2+H2O+Q（1）氨与二氧化碳原料的供应及净化；（2）氨与二氧碳合成尿素；（3）未反应物的分离与回收；（4）尿素溶液的加工。1、原理氨和二氧化碳直接合成尿素法的总反应为：2、步骤尿素生产工艺图合成分离浓缩造粒回收废液排出尿素H2OH2OCO2NH3CO2、NH3、H2O尿素工艺----尿素生产的原理和步骤三、尿素的生产方法尿素的生产方法不循环法半循环法全循环法热气全循环法气体分离(选择性吸收)全循环法水溶液全循环法气提全循环法按由分解、循环返回的方法分工艺老化，生产效率低已被淘汰尿素工艺----尿素生产相关生产设备简介一、尿素的生产过程1、氨与二氧化碳原料的供应及净化尿素生产过程首先要将原料气进行净化，需要净化设备。2、氨与二氧碳合成尿素第一步液氨与气体二氧化碳作用生成氨基甲酸铵（快速、强烈放热）第二步甲铵脱水生成尿素（液相中速率大于固相）上面两个步骤分别放在高压甲铵冷凝器及尿素合成塔两个设备中进行。2NH3(l)+CO2(g)=NH4COONH2(l)+Q（Q=119.20kJ）NH4COONH2(1)=CO(NH2)2(l)+H2O(1)+Q（Q=-15.49kJ）尿素工艺----尿素生产相关生产设备简介4、尿素溶液的加工3、未反应物的分离与回收一、尿素的生产过程以二氧化碳气提法为例：合成塔出来的料液中的CO2与氨分三次在三个设备中（汽提塔、精馏塔、闪蒸槽）从尿液中分离出来，然后再将分解后的CO2与氨加以回收。达到一定浓度后的尿液还需经过蒸发浓缩、造粒等过程才能得到成品尿素。尿素工艺----尿素生产相关生产设备简介二、主要生产设备1、高压系统2、低压系统3、蒸发造粒系统4、解吸水解系统汽提塔、合成塔、高压甲铵冷凝器、高压洗涤器等精馏塔、低压甲铵冷凝器、常压吸收塔等闪蒸槽、一段蒸发器、二段蒸发器、造粒塔（造粒机）等水解塔、解吸塔等高压甲铵冷凝器尿素工艺----主控系统介绍一、DCS控制系统DCS系统（DIstirbutedControlSystem，分散控制系统）是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统，它是计算机技术、系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术相结合的产物，可提供窗口友好的人机界面和强大的通讯功能。是完成过程控制、过程管理的现代化设备。二、系统的主要技术概述DCS系统带I/O部件的控制器人机接口通讯网络操作站工程师站历史站尿素工艺----主控系统介绍尿素DCS系统尿素工艺----主控系统介绍DCS系统的优越性：⑨整个系统的利用率极高，故障率低，实现整个生产过程的完整监控。①DCS硬件系统在恶劣的工业现场具有高度的可靠性、维修方便、工艺先进。②DCS系统的设计采用合适的冗余配置和诊断至模件级的自诊断功能，具有高度的可靠性，系统内任一组件发生故障，均不会影响整个系统的工作。③DCS系统的参数、报警、自诊断及其他管理功能高度集中在CRT（显示器）上显示和在打印机上打印。④通过CRT控制系统在功能和物理上真正分散。⑤把大型控制系统用高速实时冗余网络分成若干相对独立的分系统。⑥网络结构可靠性、开放性及先进性。⑦采用标准的控制组态软件可以实现任何监测、控制要求。⑧具备可扩展性和可裁剪性，保证经济性。尿素工艺----主控系统介绍三、主控岗位介绍四、主控岗位技术操作规程1、岗位职责2、安全责任1、巡回检查2、设备维护保养①必须按规定持证上岗，穿戴好劳动保护用品，严格遵守劳动纪律。②严格执行各项工艺指标，控制好合成塔内氨碳比、水碳比、严格控制CO2中氧含量在0.6～0.8%，防止超温，超压等现象发生。③及时与现场各岗位联系，有问题及时处理，消除事故隐患。④熟知消防器材、防毒面具使用方法，按规定熟练使用本岗位的安全设施。①进入主控室穿拖鞋，不得在主控室内吸烟、用餐、不得将水漏入地板下的电缆沟，以防短路。②配合仪表工管好、用好、维护好微机系统；维护好空调，以确保微机安全运行。③保护好现场设备，坚决禁止超标运行。尿素工艺----尿素生产工艺流程综述尿素生产工艺主流程及部分附属流程图尿素工艺----尿素生产工艺流程综述CO2气提—循环—回收系统工艺流程图尿素工艺----尿素生产工艺流程综述二、尿素生产工艺流程图说明（1）CO2压缩净化和氨的升压（2）高压合成、气提和洗涤（3）低压分解吸收（4）蒸发造粒（5）解吸水解（6）蒸汽及蒸汽冷凝液系统（7）尿素循环冷却水系统尿素蒸发造粒系统工艺流程图CO2汽提法工艺流程图尿素工艺----尿素生产工艺流程综述三、尿素生产一般安全要求（1）进入车间严禁吸烟及携带火柴，火种和各种引火引爆物。（2）严格遵守岗位操作法和安全技术规程，在工作中要思想集中，保持冷静和清醒，不明白和没干过的工作学会后再去做。（3）工作前保持充分的睡眠和良好的休息，班前不饮酒，工作中严格遵守劳动纪律，禁止闲谈打闹，禁止做与工作无关的事，不打嗑睡。（4）进入生产车间应将工作服和防护用品穿戴整齐，按规定正确使用和爱护防护用具。模块二：尿素生产工艺主流程晋城煤业集团技工学校一体化教材尿素生产工艺主流程尿素的生产过程常分为下列4个阶段:①氨与二氧化碳原料的供应及净化;②氨与二氧化碳合成尿素;③未反应物的分离与回收;④尿素溶液的加工。根据尿素的生产过程及其生产条件,其主要工艺流程可分为①合成尿素的高压系统流程②分解回收的低压系统流程③进行尿液加工的蒸发造粒系统流程④以及为了回收蒸汽冷凝液中的氨、二氧化碳和尿素等的解吸水解系统流程。尿素生产工艺主流程高压系统低压系统蒸发造粒系统解吸水解系统1234尿素生产工艺主流程----高压系统一、尿素生产原料气的要求1.对液氨的要求2.对二氧化碳的要求尿素生产工艺主流程----高压系统二、尿素合成(一)合成尿素的反应机理合成尿素的总反应式为2NH3(l)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(l)+Q此反应为可逆、放热反应,一般认为反应是在液相中分为两步进行的。第一步,称为甲铵生成反应,即2NH3(l)+CO2(g)NH4COONH2(l)△H=-119.20kJ第二步,甲铵脱水生成尿素,即NH4COONH2(l)CO(NH2)2(l)+H2O(l)△H=15.49kJ尿素生产工艺主流程----高压系统二、尿素合成(二)氨基甲酸铵1.氨基甲酸铵的性质☆简称甲铵☆带有浓氨味的无色晶体☆具有强烈的吸湿性☆易溶于水中☆很不稳定,常压下,在59℃以上会分解成氨和二氧化碳。尿素生产工艺主流程----高压系统二、尿素合成2.氨基甲酸铵的溶解性☆甲铵同其他铵盐一样易溶于水（见下图）尿素生产工艺主流程----高压系统二、尿素合成☆甲铵在液氨中的溶解情况（见下图）尿素生产工艺主流程----高压系统二、尿素合成3.甲铵的离解压力甲铵的离解压力是指在一定温度条件下,固体或液体甲铵表面上的氨和二氧化碳蒸气混合物的平衡压力。实验测得固态甲铵在不同温度下的离解压力值见下表。甲铵的离解压力随温度的升高而显著增加,其关系如右图所示。尿素生产工艺主流程----高压系统二、尿素合成4.氨基甲酸铵的生成（1）生成甲铵的化学平衡2NH3(l)+CO2(g)NH4COONH2(l)+Q尿素生产工艺主流程----高压系统二、尿素合成（2）甲铵的生成速率☆在常温常压下生成甲铵的速率相当缓慢,而且甲铵极不稳定。☆在一定温度和压力下,若能及时移走反应热,甲铵生成反应是能够迅速完成的☆压力和温度对甲铵的生成速率影响很大。若其他条件相同,甲铵的生成速率几乎与压力的平方成正比。尿素生产工艺主流程----高压系统二、尿素合成5.高压甲铵冷凝过程分析☆高压甲铵冷凝器中氨和二氧化碳冷凝量的控制非常重要。☆由于冷凝温度高,得到的副产蒸汽压力也相应增高,因此从甲铵冷凝的角度看,选择右图中N点组成是最合适的。☆在高压甲铵冷凝器中只允许有大部分氨和CO2冷凝反应生成甲铵。☆实际生产中,在高压甲铵冷凝器两旁设置低压汽包,氨和CO2在高压甲铵冷凝器的列管内反应。冷凝反应热传递给壳侧的水产生蒸汽,水在高压甲铵冷凝器壳侧造成自燃循环。☆在高压甲铵冷凝器的操作中,通过调节低压汽包的压力来调节水温,也就是通过调节高压甲铵冷凝器管内外的温度差来控制液体、气体的相对量,使进入尿素合成塔的进料组成适宜,使其温度达到所要求的工艺指标值。尿素生产工艺主流程----高压系统二、尿素合成(三)尿素合成的化学平衡与反应速度1.尿素合成的化学平衡NH3(气)NH3(液)CO2(气)CO2(液)H2O(气)H2O(液)CO(NH2)2(气)CO(NH2)2(液)NH4COONH2(液)CO(NH2)2(液)+H2O(液)NH4COONH2(液)2NH3(液)+CO2(液)尿素生产工艺主流程----高压系统二、尿素合成2.平衡转化率在工业生产中,衡量氨与二氧化碳反应生成尿素的化学反应程度,常用原料CO2转化为尿素的百分比,即CO2平衡转化率来表示,简称转化率,写成XCO2,即弗里扎克法把反应体系看做由NH3,CO2,CO(NH2)2,H2O构成的均匀体系,总反应式为:CO(NH2)2+H2O2NH3+CO2尿素生产工艺主流程----高压系统二、尿素合成以1mol的CO2为基准,设nNH3/nCO2=α,nH2O/nCO2=β,达平衡时二氧化碳转化为尿素的转化率X0,则反应前后体系关系见下表。按照化学平衡的一般规律,对于甲铵的反应,可列出下式:当α=2,β=0时,得:在有过量氨和外加水存在的情况下尿素生产工艺主流程----高压系统二、尿素合成影响二氧化碳转化率的因