以合成气为原料-联尿法生产尿素工艺

1以合成气为原料,联尿法生产尿素工艺系部：轻化工程系专业班级：高中中专化工二班姓名：张环指导教师：龙燕时间：2008年11月20日新疆轻工职业技术学院2目录摘要----------------------------------------------------------------3关键词--------------------------------------------------------------3前言----------------------------------------------------------------31尿素的含义--------------------------------------------------------42合成氨原料气的制取------------------------------------------------42.1固体原料主要有煤和焦炭------------------------------------------42.2合成氨的催化机理------------------------------------------------53中压联尿法--------------------------------------------------------53.1联尿生产流程----------------------------------------------------73.2装置优点--------------------------------------------------------83.3新技术实施------------------------------------------------------84尿素生产----------------------------------------------------------94.1二氧化碳气提法--------------------------------------------------94.2氨气提法--------------------------------------------------------95职业危害---------------------------------------------------------106预防措施---------------------------------------------------------106.1火灾预防措施---------------------------------------------------106.2健康防护-------------------------------------------------------11小结---------------------------------------------------------------12参考文献-----------------------------------------------------------13致谢---------------------------------------------------------------143摘要:尿素在工业上的用途亦很广泛，可用于制造脲醛树脂、聚胺酯等高聚物的原料，(用作塑料、喷漆、粘合剂)。还可作多种用途的添加剂(用作油墨材料、黏结油等)，尿素还可用于医药、林业、制革、动物饲料、石油产品精制等方面。关键词：尿素氨合成氨前言第一座以氨和二氧化碳为原料生产尿素的工业装置是德国法本(I·G·Farben)公司于1922年建成投产的，采用热混合气压缩循环。1932年美国杜邦公司(Dupont)用直接合成法制取尿素氨水，并在1935年开始生产固体尿素，未反应物以氨基甲酸铵水溶液形式返回合成塔，是现今水溶液全循环法的雏形。中国的尿素工业发展始于1958年，先由南京永利宁厂建成日产10吨尿素的半循环生产法装置，其后又在上海吴泾化工厂建成年产1．5万吨的半循环法装置。1975年中国第一套二氧化碳汽提法装置亦在上海吴泾化工厂建成投产。20世纪70年代以来，我国兴建年产30万吨合成氨、52～60万吨尿素联合生产装置的大型化肥生产厂。至今已建成30余套大化肥生产装置，成为我国主要生产尿素的基地。这些尿素生产厂都以石油化工成品或半成品为原料，因而大都隶属于石油化工行业。41尿素的含义尿素H2NCONH2学名碳酰二胺，以氨和二氧化碳合成的一种主要的氮肥。因人及哺乳动物的尿液中含有这种物质而得名，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降低溶解度，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的酸根，而且分解出来的二氧化碳也可为植物所吸收。工业上还用作制造脲醛树脂、三聚氰胺－甲醛树脂、聚氨酯的原料，在医药、炸药、制革、浮选剂、颜料和石油产品精制（脱蜡）等方面也有广泛的用途。2合成氨原料气的制取要生产合成氨，首先要制造含有氮、氢混合气的原料气。用于制造原料气的原料可分为固体原料、液体原料和气体原料三种。2.1固体原料主要有煤和焦炭。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。半水煤气的有效成分是N2和H2，还含有CO、CO2和H2S等杂质。半水煤气经净化后，可做合成氨的原料气。液体原料主要有原油、轻油、重油等。它们可用分子式CmHn表示。用水蒸气和氧气的混合气体来气化重油，可得到H2和CO。利用重油气化法制取合成氨原料气，是近代合成氨工业中的一个重要发展。常用的气体原料有天然气、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。我国四川省有以天然气为原料的大型合成氨厂。用天然气制合成氨原料气的方法很多，概括起来可分为四大类，即热解法、水蒸气转化法、部分氧化法和综合法。热解法是在没有触媒的情况下，用高温使天然气中的甲烷受热分解而制得氢气的方法：5CH42H2+C水蒸气转化法是在700℃～900℃的温度下，使水蒸气和甲烷通过镍触媒而起反应：CH4+H2O=CO+3H2部分氧化法是在950℃左右和镍触媒的作用下，使甲烷进行不完全氧化：2CH4+O2=2CO+4H2综合法是在制取乙炔的同时，副产合成氨原料气。将天然气和氧气同时通入转化炉中，高温下使部分甲烷进行燃烧，放出的热使剩余的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+3H22.2合成氨的催化机理热力学计算表明，低温、高压对合成氨反应是有利的，但无催化剂时，反应的活化能很高，反应几乎不发生。当采用铁催化剂时，由于改变了反应历程，降低了反应的活化能，使反应以显著的速率进行。目前认为，合成氨反应的一种可能机理，首先是氮分子在铁催化剂表面上进行化学吸附，使氮原子间的化学键减弱。接着是化学吸附的氢原子不断地跟表面上的氮分子作用，在催化剂表面上逐步生成—NH、—NH2和NH2，最后氨分子在表面上脱吸而生成气态的氨。上述反应途径可简单地表示为：xFe+N2→FexNFexN+［H］吸→FexNHFexNH+［H］吸→FexNH2FexNH2＋［H］吸FexNH3Fe+NH2在无催化剂时，氨的合成反应的活化能很高，大约335kJ/mol。加入铁催化剂后，反应以生成氮化物和氮氢化物两个阶段进行。第一阶段的反应活化能为126kJ/mol～167kJ/mol，第二阶段的反应活化能为13kJ/mol。由于反应途径的改变（生成不稳定的中间化合物），降低了反应的活化能，因而反应速率加快了。3中压联尿法中压联尿一是采用：4．905兆帕(50千克力／厘米2)的交换气气提尿素溶液中未反应物的方法，气提法基本原则就是在气提塔中把尿素合成塔排出的合成反应液,在中等压费轴凝高温度(16013)下，将液体以降膜方式与气提气(即6变换气)逆流相遇，以大量的惰性气体来降低气相中NH2与COz的分压．促使液相中甲铵分解(如下式)，使化学反应同时供给分解时所需热量，以浓缩尿液，回收未反应物，完成气提全过程。NH4COONH2=NH3-CO2-Q2中压系统一使用未反应物的压力提高到4.905兆帕(50千克力／厘米2)，这样就改变了水溶液全循环法分解只能在较低的压力下进行，并简化了液体循环系统。同时，由于循环系统压力较高，高浓度的甲铵液在铵泵缸体．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的问题有所改善。同时还可省掉低压甲铵系、液氨升压泵等设备。其工艺条件都优于术溶液全循环语。其流程见示意图。3.1联尿生产流程流程概述7（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%的甲烷转化为含氢54.6%，氮23.4%，一氧化碳18.36%，进八高压机一二段加压至0.785兆帕(8千克力／厘米2)，送入中低温变换系统，将气体中的～氧化碳变换为18%的二氧化玻进入压缩机三，四段压缩至4.905兆帕(50千克力／厘米2)送入尿素系统。（2）．由高压机工段来的变换气，与合成塔出口减压为4.905兆帕的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收塔底部(即甲铵反应器）。吸收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收二氧化碳气生成甲铵液。（3）．气提塔底部的尿液经气提后含尿57%，水37￥和少量的氯和二氧化碳．经减压至常压后去闪蒸蒸发系统浓缩造粒。（4）．吸收塔底部的浓甲铵液经甲铵泵加压至21.68兆帕(220千克力／厘米2)，配人防腐空气后加热到一180℃进入尿素合成塔底部。同时，液氨由1.66兆帕的缓冲罐中抽出,经液氨泵加压到21.68兆帕加热到一18D℃进合成塔底部。在188℃，压力21.68兆帕条件下,经过一定时间反应，使甲铵脱水生成含尿素26%的合成液，经减压后引入气提塔。（5）．出二氧化碳吸收塔的气体气相中合氨、氢、氮等的混台气进入氨冷器，将大都份气氨冷凝为液氨后循环使用.冷凝后的气体含氧氢、氮、一氧化碳的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31.39兆帕的氢氨气送入氨合成系统，完成联合生产尿素合成氨的目的。上述流程表明。“联尿”即是在生产合成氨原料气过程中脱除CO2气而设置了尿素系统，实现了两个装置合为一体，减少了合成氨系统的脱碳，尿素系统的CO2压缩，达到了优化流程的目的。以现有碳化系统改产尿素的另一优势是：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，这样不仅维持了合成氨生产，还保护了环境节约能源消耗。3.2装置优点（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8对NH3和CO2的提出率一般分别达到95%和82%，从而取消了低压分解回收段减轻了低压循环工段的负荷。该塔负荷在5O%的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的波动在三段塔内得到了抑制。（2）．联尿流程不存在爆炸的危硷性，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。目前，水溶液全循环的中型尿素正努力攻入CO2，脱氢工艺防止爆炸，即使今后解决了这些技术难题，相应也要增加投资及操作费用。（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的氨回收工艺，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收。其优点是换热面积大，移走反应热快，能加速吸收速度。但鼓泡液层低，容易使尾气超标。通过实践证明．该技本已在联尿系统中获得成功。3.3新技术实施(1)系统中采用列管鼓泡吸收塔，用于生产获得成功。该塔操作弹性大吸收效果好，在化工设备中尚不多见。