• 1. 水溶液全循环法工艺流程 • (1)Stamicarbon 水溶液全循环法 • 水溶液全循环法是将未反应的氨和CO2用水吸 水溶液全循环法是将未反应的氨和CO 收生成甲铵或碳酸铵水溶液返回合成系统的生 产方法。 产方法。 • 是将未反应的CO2加热减压蒸出后用水吸收生 是将未反应的CO 成甲铵或碳酸铵水溶液循环返回合成系统的生 成尿素的方法，主要用于年产20万吨以下的中 成尿素的方法，主要用于年产20万吨以下的中 小型尿素装置。 小型尿素装置。 • 典型工艺流程如图2.9. 典型工艺流程如图2.9.

　　• (1)气提原理 (1)气提原理 • 气提法是水溶液全循环法的发展，在简化流程、 气提法是水溶液全循环法的发展，在简化流程、 热能回收、延长运转周期和减少生产成本等方 热能回收、 面比全循环法优越。 面比全循环法优越。合成反应液加热分解所需 温度太高，降低压力降低了分解温度， 温度太高，降低压力降低了分解温度，但又使 循环动力增加。 循环动力增加。 • 气提法是在高压下操作的带有化学反应的解吸 过程。 过程。气提中甲铵分解 • NH4COONH2 (l)= 2NH3(g) CO2(g) • 只要供给热量、降低NH3或CO2的分压都可使 只要供给热量、降低NH 反应向右进行。 反应向右进行。

　　• b. 高压冷凝器冷凝温度高，热能利用好；返回 高压冷凝器冷凝温度高，热能利用好； 合成塔水量少，有利于转化； 合成塔水量少，有利于转化；高压液可自流至 合成塔，节省动力. 合成塔，节省动力. • c. 合成塔操作压力较低，节省动力。 合成塔操作压力较低，节省动力。 • 不足是氨碳比较低影响转化率，高架设备维修 不足是氨碳比较低影响转化率， 不便。 不便。

　　尿素的运输方式包括汽车、火车和船 舶等，根据运输距离和数量选择合适 的运输方式。

　　采用新型催化剂，提高尿素合成的反应速度和转化率；优化反应温度和压力，降 低能耗；改进工艺流程，减少副反应和废弃物排放，降低环境污染。

　　随着技术的进步，尿素合 成塔和高压循环系统的改 进，尿素生产进入大规模 工业化阶段。

　　尿素生产工艺持续优化， 提高能效、降低能耗、减 少排放成为主要发展方向 。

　　随着科技的不断进步，未来将会有更多新型的尿素生产技术被研发出来，以提高生产效率 和降低生产成本。

　　随着环保意识的不断提高，未来尿素生产的环保标准将会进一步提高，以减少对环境的污 染和破坏。

　　尿素生产工艺及技术特点3.1 概述当代尿素生产，不论是采用哪种流程，基本由六个工艺单元，即原料供应、尿素的高压合成、含尿素溶液的分离过程、未反应氨和二氧化碳的回收、尿素溶液的浓缩、造粒与产品输送和工艺冷凝液处理，其基本过程如图3-1所示。

　　原料CO2和NH3被加压送到高压合成圈，反应生成尿素，二氧化碳转化率在50%~75%范围，此过程被称为合成工序；分离过程与未反应物回收单元承担着把未转化为尿素的氨和二氧化碳从溶液中分离出来，并回收返回合成工序，因此这两个单元被统称为循环工序；最后在线%的尿素溶液经浓缩加工为固体产品，称为最终加工工序。

　　图3-1 尿素生产基本流程尽管尿素生产的基本过程相似，但在具体的流程、工艺条件、设备结构等方面，不同工艺存在一定的差异。

　　迄今世界各地的尿素工厂，绝大多数都是由几家工程设计公司所开发设计的，已形成几种典型的工艺流程，典型的有荷兰斯太米卡邦（Stamicarbon）公司的水溶液全循环CO2气提法、意大利斯那姆（Snamprogetti）公司的氨气提法和蒙特爱迪生集团公司的等压双循环工艺（IDR）、日本三井东亚—东洋工程公司的全循环改良“C”法和改良“D”法及ACES 法、美国尿素技术公司UTI的热循环法尿素工艺（HR）等。

　　但不论是哪种工艺流程，生产过程中主要原料NH3和CO2的消耗基本上是相同的，其流程的先进与否主要表现在公用工程即水、电、汽的消耗上。

　　目前国内建有尿素装置200多套，规模分为大型(48万吨/年以上)、中型(11万吨/年以上)、小型 (4万吨/年以上)。

　　中、小型尿素装置均采用国内的水溶液全循环技术，大型装置多采用国外引进工艺技术。

　　目前设计的采用CO 2气提工艺和氨气提工艺的尿素装置，其尿素氨耗基本接近于理论水平，公用工程消耗更低，相对于传统的设计，其投资更低。

　　• 尿素生产工艺流程图包括以下几个主要步骤：原 料气制备、合成、分离、提纯、造粒和包装。

　　1. 原料气制备：将天然气或煤炭裂解产生合成气，经过净化处理后用于后续合成反 应。

　　尿素合成塔通常由反应米乐 登录入口室、冷却器、分离器、循环泵和输 送泵等组成。反应室是核心部分，用于完成尿素的合成反 应。冷却器用于降低反应温度，分离器则用于分离反应产 物。循环泵用于将未反应的氨和二氧化碳循环至反应室， 输送泵则将合成的尿素输送到下游工序。

　　尿素分子式中含有一个氨基和 一个羰基，因此它是一种二元 碱，能与酸反应生成盐。

　　尿素合成塔的工作原理是高压、高温条件下，将氨和二氧 化碳反应生成尿素。首先，将氨和二氧化碳的混合气体送 入反应室，在高温高压下进行反应。反应生成的尿素和未 反应的氨、二氧化碳以及水蒸气经过冷却器降温后进入分 离器。在分离器中，水和尿素分离，水通过循环泵返回反 应室继续参与反应，而尿素则通过输送泵送至下游工序。

　　摘要由于具有生产工艺简单，生产操作易于掌握；生产设备容易制造，投资较省；施用后见效快，增产显著等特点，尿素在各种肥料新品种不断涌现的情况下产销量仍持高不下。

　　本设计介绍了尿素的性质、用途、生产方法和发展状况，详细描述了水溶液全循环法生产尿素的工艺流程，重点介绍了尿素的工业生产的过程，并对单位质量参加反应的原料进行物料衡算和热量衡算，以期获得低耗能、低污染、高产出的尿素生产工艺。

　　关键词：尿素，全循环，发展，工艺流程一、概述（一）尿素的物理化学性质和用途1．尿素的物理性质分子式：CO(NH2)2，分子量60.06，因最早由人类及哺乳动物的尿液中发现，故称尿素。

　　纯净的尿素为无色、无味针状或棱柱状晶体，含氮量为46.6%，工业尿素因含有杂质而呈白色或浅黄色，工业或农业品为白色略带微红色固体颗粒无臭无味。

　　与水合肼生成氨基脲2NH3+CO2→NH2COONH4→CO(NH2)2+H2O粒状尿素为粒径1~2毫米的半透明粒子，外观光洁，吸湿性有明显改善。

　　20℃时临界吸湿点为相对湿度80％，但30℃时，临界吸湿点降至72.5%，故尿素要避免在盛夏潮湿气候下敞开存放。

　　化肥厂生产过程及工艺流程煤制合成氨、尿素C+0.5O2→COC+O2→CO2CO+H2O→CO2+H2H2+N2→NH3CO2+2NH3→CO(NH2)21全厂流程简介煤空气供热站蒸汽渣蒸气N2N2空分硫回收S煤备煤煤气化变换低温甲醇洗液氮洗合成压缩CO2氨尿素合成尿素煤制合成氨、尿素流程简图2过程工艺描述（1）水煤浆气化制合成气装置由水煤浆制备工序来的水煤浆送入煤浆槽储存待用。

　　浓度约为63％的水煤浆通过煤浆给料泵加压输送到气化炉顶部工艺烧嘴，并与空分装置来的纯氧分别进入气化炉在6.5MPa(G)，约1400℃工艺条件下，水煤浆与纯氧进行部分氧化反应，生成粗合成气。

　　在激冷室中，粗合成气经冷却、洗涤，将粗合成气中的大部分碳黑洗去，并和粗渣分开。

　　出激冷室的粗合成气直接进入文丘里洗涤器和碳洗塔进一步洗涤，除去粗合成气中残留的碳黑，然后将水蒸汽／干气比约1.3～1.5的合成气送至变换工序。

　　溶渣被激冷室底部通过破渣机进入锁斗，定期排入渣池，渣池设有捞渣机将粗渣捞出，装车运往园区免烧砖项目。

　　碳洗塔的液位通过控制进入塔内的灰水量来维持，碳洗塔内的黑水分两股排出，一股黑水去高压闪蒸器；另一股由灰水循环泵送至气化炉也进入高压闪蒸器，黑水经减压，闪蒸出黑水中溶解的气体并通过变换冷凝液加热器回收闪蒸汽的热量，通过高压闪蒸分离器，闪蒸出的气体至变换或火炬，水送入脱氧水槽。

　　（2）净化装置a.变换变换工序主要反应式为：COS+H2O——CO2+H2S+QCO+H2O——CO2+H2+Q由气化送来粗煤气经煤气水分离器分离掉少量的冷凝液及灰尘后，经中温换热器温度升高至250℃，进第一中温变换炉。

　　第一中温变换炉分上、下两段，炉内装有两段三层耐硫变换触媒，层间配有煤气激冷管线调温，出第一中温变换炉变换气CO含量为24％(干)，温度为420℃左右。

　　尿素生产工艺图文详解1性质：尿素：学名为碳酰二胺，分子式为CO（NH2）2，相对分子量为60.06。

　　纯净的尿素为无色、无味、无臭的针状或棱柱状的晶体，含氮量46.6%，工业尿素因含有杂质而呈白色或浅黄色。

　　尿素易容于水和液氨，其溶解度随温度升高而增大，尿素还能容于一些有机溶剂，如甲醇、苯等。

　　2用途：尿素的用途非常的广泛，它不仅可以用作肥料，而且还可以用作工业原料以及哺乳动物的饲料。

　　2.1尿素是目前使用的固体氮肥含氮量最高的化肥；2.2在有机合成工业中，尿素可用来制取高聚物合成材料，尿素甲醛树脂可用于生产塑料漆料和胶合剂等；在医药工业中，尿素可作为生产利尿剂、镇静剂、止痛剂等的原料。

　　此外，在石油、纺织、纤维素、造纸、炸药、制革、染料和选矿等生产中也要尿素；2.3尿素可用作牛、羊等动物的辅助饲料，哺乳动物胃中的微生物将尿素的胺态氮转变为蛋白质，使肉、奶增产。

　　3原料来源：生产尿素的原料主要是液氨和二氧化碳气体，液氨是合成氨厂的主要产品，二氧化碳气体是合成氨原料气净化的的副产品。

　　合成尿素用的液氨要求纯度高于99.5%，油含量小于10PPm，水和惰性气体小于0.5%并不含催化剂粉、铁锈等固体杂质。

　　4生产方法：水溶液全循环法.5生产原理：5.1化学及热、动力学原理：液氨和二氧化碳直接合成尿素的总反应式为: 2NH3(l)+CO2=CO(NH2)2+H2O这是一个放热体积减小的反应,其反应机理目前有很多的解释,但一般认为,反应在液相中是分两步进行的.首先液氨和二氧化碳反应生成甲铵,故称其为甲铵生成反应:2NH3(l)+CO2(g)=NH4COONH2(l)该反应是一个体积缩小的强放热反应.在一定的条件下,此反应速率很快,容易达到平衡.且此反应二氧化碳的转化率很高.然后是液态甲铵脱水生成尿素,称为甲铵脱水反应:NH4COONH2(l) =CO(NH2)2(l)+H2O该反应是微吸热反应,平衡转化率不是很高,一般为50%-70%.此步反应的速率很慢是尿素合成中的控制反应.5.2工艺条件选择：根据前述尿素合成的基本原理可知,影响尿素合成的主要因素有温度、原料的配方压力、反映时间等.5.2.1温度尿素合成的控制反应是甲铵脱水,它是一个微吸热反应,故提高温度、甲铵脱水速度加快.温度每升10℃,反应速度约增加一倍,因此,从反应速率角度考虑,高温是有利的.目前应选择略高于最高平衡转化率时的温度,故尿素合成塔上部大致为185～200℃;在合成塔的下部,气液两相间的平衡对温度起者决定性的作用.操作温度要低于物系平衡的温度.5.2.2氨碳比工业生产上,通过综合考虑,一般水溶液全循环法氨碳比应选择在4左右,若利用合成塔副产蒸汽,则氨碳比取3.5以下. 5.2.3水碳比水溶液全循环法中,水碳比一般控制在0.6～0.7;（1）操作压力一般情况下,生产的操作压力要高于合成塔顶物料和该温度下的平衡压力1～3Mpa.对于水溶液全循环法,当温度为190℃和NH3/CO2等于4时,相应的平衡压力是18Mpa左右,故其操作压力是一般为20Mpa左右.反应时间对于反应温度为180～190℃的装置,一般反应时间是40～60min,其转化率可达平衡转化率的90～95%.对于反应温度为200℃个装置,反应时间一般为30min左右,其转化率也接近于平衡转化率.6工艺流程：由于目前普遍采用水溶液全循环法生产尿素下面就简述水溶液循环法生产尿素的流程.图3-19是目前在我国得到广泛应用的中压、低压两段分解水溶液全循环法直接造粒尿素工艺流程图。

　　NH3一C02一H 20 —NH 2CONH2四元系。在尿素合成 反应过程中系指三元系发生合成反应而成的过渡

　　实际合成相图是由二元相图演变而来 超临界NH3-CO2二元共沸相图的形状结

　　以及气液相平衡变化规律，是尿素合成实际相图 NH3一CO2一H 2O三元系以及NH3一CO2一H 2O — NH2CONH2四元系相图的基础。

　　在NH3一C02二元系中加入高沸点难挥 发组分H20后，即成为NH3一C02一H 20三元系，是 尚未生成尿素的介稳态相图。随着H20的进入，二 元物系的沸点会进一步升高，因而原来的二元相 图形状会发生如下变化：沸腾环上移；相图的液 相范围会进一步扩大；二元共沸点温度升高，共 沸点组成的NH3／CO2略微升高。通常将NH3一C02一 H 20三元系表示为NH3一C02(H2O／CO 2为定值)似 二元系。

　　16尿素合成过程中相平衡关系对于合成和回收未转化物的工艺条件的确定是十分重要的相图的分类按组分数划分单组分系统二组分系统三组分系统按性质组成划分蒸气压组成图沸点组成图熔点组成图温度按组分间相互溶解情况划分完全互溶系统部分互溶系统完全不互溶系统相律用图解的方法表示出来即用相平衡状态图研究由一种或数种物质所构成的相平衡系统的性质如沸点熔点蒸汽压溶解度等与条件如温度压力及组成等的函数关系这种关系的图叫相图phasediagram

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