尿素

尿素二组：卢燕敏、王晶、孙静、杜超杰1、尿素生产的基本原理是什么？2、尿素生产的工艺条件如何选择？3、简述气提法生产尿素的工艺流程？4、什么是复合肥料与复混肥料？尿素生产的基本原理是什么由氨和二氧化碳合成尿素的总反应式为：2NH3(l)+CO2(g)→CO(NH2)2(l)+H2O(l）这是一个可逆的放热反应，因受化学平衡的限制，NH3和CO2反应只能部分转化为尿素。在工业生产条件下，氨和二氧化碳合成尿素的反应，一般认为是在液相中分为两步进行的。第一步为液氨和二氧化碳反应生成液体氨基甲酸铵，称为甲胺生成反应：2NH3(l)+CO2(g)→NH2COONH4(l)ΔrHΘm=−119.2KJ/mol这是一个快速、强烈放任的可逆反应。如果具有足够的冷却条件，不断被取走反应热，并保持反应过程的温度较低，足以使甲胺冷凝为液相，则此反应容易达到化学平衡，并且平衡条件下甲胺的生成率很高。压力对甲胺的生成速率有很大影响，加压有利于提高反应速率。第二步为甲胺脱水生成尿素，称为甲胺脱水反应：NH2COONH4(l)→CO(NH2)2+H2O(l)ΔrHΘm=15.5KJ/mol这是一个为吸热的可逆反应，反应速率缓慢，需在液相中进行，是尿素合成中的控制反应，这个反应也只能达到一定的化学平衡，一般平衡转化率为50%-70%，其接近于平衡时的反应速率取决于反应的温度和压力。尿素生产的工艺条件如何选择1.反应温度的选择液相甲胺脱水反应是一个微吸热、反应速率较慢的控制反应，故提高温度，甲胺脱水速率加快，平衡转化率提高。反应温度与二氧化碳转化率的关系如图：2.操作压力的选择尿素合成总反应是一个体积缩小的反应，因此提高压力对甲胺的生成和甲胺的脱水均有利，二氧化碳转化率随压力增加而增加。3.比及其影响“氨碳比a”是指反应物料中NH3/CO2的摩尔比，“氨过量率”是指反应物料中的氨量超过化学反应式理论计量的摩尔分数。当原料中氨碳比a=2时，则氨过量率为0%，当a=4.0时，则氨过量率为100%。工业生产中常以两个重要指标来选择适宜的氨碳比，一是蒸汽耗量最少，二十合成塔生成能力最大。综合研究得出，水溶液全循环法氨碳比一般选择在3.5-4.5之间，全循环二氧化碳气提法按相平衡来决定氨碳比，一般为2.8-2.9之间。4.水碳比及其影响“水碳比b”是指合成塔进料中H2O/CO2的摩尔比。水碳比增加，平衡常数K值降低，对尿素的合成反应不利。5.反应时间在一定条件下，甲生成反应速率极快，而且反应比较完全，胺所以尿素合成反应时间主要是指甲胺脱水生成尿素的反应时间。甲胺脱水速率随温度升高和氨碳比加大而加快，并且在开始时反应速率较快，随着转化率的增加而减慢，为了使甲胺脱水反应进行得比较完全，就必须使物料在合成塔内有足够的停留时间。但是反应时间过长，设备的容积要相应增大，或生产能力下降，这是不经济的。同时在高温下，反应时间过长，甲胺对设备的腐蚀加剧，操作控制困难。简述气提法生产尿素的工艺流程从氨厂来经过精制的CO2气体与工艺空气压缩机供给的空气（占CO2气体总体积的4%）混合，经气液分离器7进入CO2离心压缩机8压缩至14.0Mpa左右后送到合成工段气提塔9中。来自合成氨系统的液氨，经液氨升压泵1升压到2.45Mpa后经氨预热器2升温到40℃，氨含量大于99.5%。将液氨用高压氨泵3加压到约18Mpa后再经氨加热器4升温到约70℃，进入高压喷射泵5作为喷射物料，将高压洗涤器13的甲铵带入高压甲铵冷凝器10。从高压甲铵冷凝器10底部导出的液体甲铵和少量未冷凝的氨和二氧化碳（约占CO2总量的13%）分别用两条管线送入合成塔11底部，使NH3/CO2（摩尔比）为2.8-3.0，H2O/CO2（摩尔比）为0.34，温度为160-170℃。尿素合成反应液从塔底上升到正常液位，此时温度上升到183-185℃，塔顶操作压力在19.8Mpa以上，反应液经溢流管从塔下出口排出，再经液位控制阀进入气提塔99上部，经气提塔内部液体分配器均匀地分配到各根管中，沿管壁成膜状下降。来自CO2压缩机8的CO2气体由气提塔9底部导入塔内且在管内与合成反应液逆流相遇进行加热气提，管间以2.6Mpa蒸汽提供热量，气提效率可达80%-83%。合成反应液中的过剩氨及未转化的甲铵从气提塔9底部排出，液体中含有15%NH3和25%CO2，并含有约0.4%的缩二脉。气提塔温度控制在155-170℃之间，塔底保持150mm左右的液位，以防止CO2气体随液体流入低压分解工段。从气提塔9顶部排出的温度为180-185℃的CO2及氨气、来自高压喷射泵5的新鲜液氨和来自高压惰性气体洗涤器13的甲铵液，两者在14.00Mpa压力下，一并送入高压甲铵冷凝器10顶部，此时总物料中NH3/CO2(摩尔比)为2.8-3.0。三股物流进入高压甲铵冷凝器10后，将来自气提塔9的气体进行冷凝兵生成甲铵溶液。冷凝吸收反应所放出的热量可副产低压蒸汽，供低压分解、尿液蒸发等使用。因此高压甲铵冷凝器10设有四个蒸汽气包12.高压甲铵冷凝器10内保留了一些为冷凝的NH3和CO2气体，以便在合成塔内再冷凝时利用其放出的热量为甲铵脱水生产尿素吸热反应供热以维持塔内的自然平衡。从合成塔11顶部排出的含有NH3和CO2的气体进入高压惰性气体洗涤器13，NH3和CO2被来自低压吸收段并经加压后的甲胺液所冷凝吸收。然后吸收液经高压喷射泵5和高压甲胺冷凝器10返回合成塔11。而未冷凝的惰性气体和一定数量的氨从高压系统排出再经高压吸收塔39后冷凝放空。经高压氨泵3加压到约18MPa的氨液，进入高压喷射泵5作为喷射物料，将来自高压气体洗涤器13的甲胺在升压至0.3~0.4MPa后，二者一并进入高压甲胺冷凝器10的顶部。高压喷射泵5设在合成塔11底部的标高位置，从合成塔底部引出一股合成反应液与来自高压惰性气体洗涤器13的甲胺液混合，然后一并进入喷射泵。从汽提塔底部出来的尿素甲胺溶液，减压到0.25~0.35MPa，溶液得到闪蒸分解，并使溶液温度从170℃降到107℃，开始进入循环工段。气体混合物喷入精馏塔-分离器15顶部，然后尿素甲胺液流入低循环加热器16，温度升至135℃，甲胺进一步得到分解，并进入精馏塔15下部的分离器，在此气液分离后，溶液经液位控制阀流入闪蒸槽26，气体上升到精馏塔。蒸馏后导出的气体与来自解吸塔44的气体混合后送至浸没式甲胺冷凝器19底部，混合气体和来自液位槽和低压吸收器20的液体从其下部一并进入，一起并流上升进行吸收。气体混合物从浸没式低压甲胺冷凝器19上部溢流进入液位槽及低压吸收器20进行气液分离。一部分液体流入低压吸收器的漏斗，与液位槽上的从吸收塔39出来的液体混合，靠动力作用从底部流入浸没式低压甲胺冷凝器19内，因其流速较快，故气液混合效果较好。另一部分液体从液位槽及低压吸收器20底部导出，经高压甲胺泵25加压到14MPa以上，送入合成系统高压惰性气体洗涤器13顶部作为吸收洗涤液。由液位槽引出的气体经液位槽及低压吸收器20的填料段，被来自吸收塔39的溶液和吸收循环冷却器23的循环甲胺液喷淋吸收，未能冷凝吸收的惰性气体经压力控制后防空。自精馏塔-分离器15底部出来的尿素溶液，减压到45kPa后送到闪蒸槽26，温度从135℃下降到91.6℃，有相当一部分水和氨闪蒸出来，闪蒸气进入闪蒸冷凝器34中冷凝下来，离开闪蒸槽的尿素浓度约73%（质量分数）流入尿液贮槽27。℃蒸发分两段进行尿液贮槽27内的73%的尿液用尿液泵28打入一段升膜长管蒸发器29中，管间用0.4Mpa的蒸汽加热，管内尿液温度从98℃上升到130℃，从一段蒸发器29流出的气液混合物经分离器分离，气相经一段蒸发冷凝器35冷凝，达到95%浓度的尿液离开一段分离器后进入二段升膜蒸发加热器30，管间以0.9Mpa蒸汽加热，气液混合物在二段分离器中得到f分离。最后尿液质量浓度达到99.7%，含水分0.3%。合格的熔融尿素经过用以保持真空的长管进入熔融尿素泵31，送到造粒塔顶的造粒喷头32，熔融尿素由于离心力的作用从旋转喷头的小孔中甩出，尿素粒子在塔内自上而下降落过程中，被逆流的冷空气冷凝固化为小颗粒，落到塔底的尿素粒子，由刮料机刮入溜槽，落到皮带运输机上，经自动称量后，送到散装仓库或进行包装。闪蒸冷凝液和各段蒸发冷凝液含有一定量的NH3和少量的CO2，分别用泵送到吸收塔39或解吸塔44顶部进行解吸回收，排入下水道的液体氨含量应控制在0.0005（质量分数）以下。什么是复合肥料与复混肥料复混肥料（Compoundfertilizer）氮、磷、钾三种养分中，至少有两种养分标明量的由化学方法和（或）掺混方法制成的肥料。复合肥料（complexfertilizer）氮、磷、钾三种养分中，至少有两种养分标明量的由化学方法制成的肥料，是复混肥料的一种。参考文献：刘振河：化工生产技术[M]高等教育出版社