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1、水溶液全循环法制尿素中压系统工艺设计与优化Full Cycle of the Aqueous Solution Method for Manufacturing Urea in the Pressure System Process Design and Optimization目录摘要Abstract第1章 概述31.1 尿素的物理化学性质和用途31.2 尿素的生产方法简介41.3 两种方法的比较4第2章 水溶液全循环法生产尿素的原理72.1 反应原理72.2 反应机理7第3章 水溶液全循环法的生产工艺流程93.1 尿素的合成93.2 尿素的工艺流程图93.3 合成尿素工艺流程103.5 原
2、料的净化与输送123.6 尿素溶液的蒸发与造粒13第4章 生产尿素的工艺条件154.1 温度的影响154.2 氨碳比（摩尔比）或过量氨的影响164.3 水碳比164.4 操作压力174.5 反应时间174.6 惰性气体的影响17第5章 生产尿素的主要设备195. 1 脱硫塔195. 2 二氧化碳压缩机195. 3 合成塔195. 4中压分解加热器195.5 中压分解分离器195.6 中压吸收器205.7 氨冷凝器205.8 氨吸收塔20第6章 物料衡算和热量衡算216.1 物料衡算216.2 热量衡算29结 论33致 谢34参考文献351水溶液全循环法制尿素中压系统工艺设计与优化摘要：尿素工业
3、化生产以来的百余年间，一直是肥料工业生产的主要品种。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居高不下。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，重点介绍了尿素的中压系统工业生产的过程，操作压力的控制在1.61.8 MPa左右；操作温度的控制 9095；水碳比的控制在4.0；氨水、回流氨的控制进料中氨水浓度维持在90%95%左右。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 中压系统
4、 全循环 工艺流程Full cycle of the aqueous solution method for manufacturing urea in the pressure system process design and optimizationAbstract：over a hundred years since the industrial production of urea has been the main varieties of the industrial production of fertilizer. It has the following character
5、istics: the production process is simple and production operations are easy to be mastered and production equipment is easy to be manufactured; Cheaper investment; applied soon after to see the effect; increase significantly and so on. Urea production and sales are still high in the case of emerging
6、 of new varieties of all kinds of fertilizer. This design introduces urea the nature, purposes, methods of production and development, A detailed description of the process flow of the aqueous solution of the whole cycle of production of urea, Highlights the process of industrial production of urea
7、in the pressure system. The operating pressure should be controlled in the 1.6 MPa to 1.8 MPa; operating temperature should be controlled at 90 to 95 C; The ratio of water and carbon ratio should be controlled at 4.0; Ammonia, returning control of the ammonia, the ammonia concentration in the feed s
8、hould be maintained at 90% to 95%. And the unit mass to participate in the reactant material balance calculations and heat balance calculations in order to obtain a low energy consumption, low pollution, high-yield urea production process.Keywords: urea medium voltage systems full cycle process引 言尿素
9、的合成是第一次用人工方法从无机物制得有机化合物。1773年Roudle在蒸发人的尿液时第一次发现尿素；1824年Paxit通过分析得出尿素的实验式；1828年德国化学家Wohler在实验室以氰酸和氨制的尿素；1932年美国杜邦公司用直接合成法制 取尿素氨水，在1935年开始制造同体尿素，之后又出现了制备尿素的其他方法，包 括光气与氨反应、CO2与氨反应、氰胺化钙水解等，由于种种原因最终都未能实现 工业化；唯一成为尿素工业化基础的是由氨和二氧化塔合成尿素的反应。1932 年，美国DU Pom公司用氨和二氧化碳直接合成尿素并副产氨水；1935年开始生产 固体尿素并将未转化物循环回收，逐步形成全循环
10、法工艺1。20世纪50年代世界各国推出多种溶液全循环工艺流程，类型有：热气循环法；悬浮液循环法；气体分离循环法；水溶液全循环法等。其中，仅水溶液全循环法成功获得了工业应用：未反应的氨和二氧化碳以气态形式与尿素水溶液分离后，用水吸收为水溶液，再用泵送回系统。其工艺包括气液分离、液体吸收、气体冷凝几个步骤。当时工业化应用较成功的技术有美国Chemico法、Du Pont法和瑞士的Incenta 法。另外，法国Pechiney推出未反应物以不同溶剂选择性吸收循环流程。20世纪60年代，尿素工业发展的特点是：其一，尿素装置过于单系列大型化，装置能力达到1000t/a1500t/a。其二，气提法工艺被广
11、泛釆用。气提法是针对水溶液全循环法的缺点而开发的一种工艺，其实质是在与合成反应相等压力条件下，利用一种气体通过反应物系（同时伴有加热）是未反应的氨或二氧化碳被带出。因此，先后出现了二氧化碳气提法（由Stamiearbon开发，使尿素生产的能耗大为降低）；氨气提法（由意大利Snam Progetu开发） ，1966年建成第一个氨气提法尿素工厂；日本Toyo Koatsu全循环改良方法（合成压力高达25MPa,温度为200C，转化率72%)和美国的UTI热循环法。20世纪80年代之后，二氧化碳气提法和氨气提法得到进一步改进、完善；同时世界上著名的尿素公司还开发了其他的先进工艺：意大利的等压双循环工
12、艺（Isobaric Double Recycle,简称IDR)；日本TEC/TMC开发了降低成本和节能新流程ACES (Advancde Process for Cost and Energy Saving)新工艺；瑞士Amonnia Casale 开发了分级处理合成液的气提法分流工艺等。与原有二氧化碳气提法相比，具有以下特点2：一是釆用了新型高效的塔盘；二是开发了卧式池式冷凝器取代原立式高压冷凝器；三是降低了尿素主框架的高度；四是增设了二氧化碳脱氢装置，使二氧化碳气中氢气体积分数由约0.5%降到了500.05以下，确保尿素洗涤系统安全运行。国内情况是我国尿素的年消耗量约在3000万吨，即使
13、预计今后几年有所增长，大概也不会超过3500万吨。现有的生产能力已经快要达到，我国今后十年内生产尿素都将过剩。本设计主要叙述水溶液全循环法中压系统的有关内容。第1章 概述1.1 尿素的物理化学性质和用途1.1.1 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同体颗粒无臭无味。密度1.335g/cm3。熔点132.7C。超过熔点则分解。尿素较易吸湿，贮存要注意防潮。尿素易溶于水和液氨，其溶解度随温度升高而增大。1.1.
14、2 尿素的化学性质3易溶于水、醇，不溶于乙醚、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，生成缩二脲、缩三脲和三聚氰酸。加热至160C分解，产生氨气同时变为氰酸。因为在人的尿液中含有这种物质，所以取名尿素。尿素含氮(N)46%，是固体氮肥中含氮量最高的。尿素在酸、碱、酶作用下（酸、碱需加热）能水解生成氨和二氧化碳。加热不稳定，加热至150-160C将脱氨成缩二脲。若迅速加热将脱氨成三聚成六元环化合物三聚氰酸。（机理：先脱氨生成异氰酸（HN=C=O)，再三聚。 在氨水等碱性催化剂作用下能与甲醛反应，缩聚成脲醛树脂。与水合肼生成氨基脲2NH3+ CO2NH2COONH4
15、CO (NH2)2+H2 O粒状尿素为粒径为2毫米的半透明粒子，外观光洁，吸湿性有明显改善。20C时临界吸湿点为相对湿度80%，但30C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。目前在尿素生产中加入石蜡等疏水物质，其吸湿性大大下降。1.1.3 尿素的用途尿素是一种高浓度氮肥，属中性速效肥料，也可用来生产多种复合肥料。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脲，又称双缩脲，对作物有抑制作用。我国规定肥料用尿素缩二脲含量应小于0.5%。缩二脲含量超过1%时，不能做种肥，苗肥和叶面肥，其他施用期的尿素含量也不宜过多或过于集中。尿素是有机态氮肥，经过土壤中的脲酶作用，水解成碳酸铵或碳酸氢铵后，才能被作物吸收利用。因此，尿素要在作物的需肥期前4-8天施用。尿素是目前使用的氮量最高的化肥。尿素属中性速效肥料，长期施用不会使土壤发生板结。其分解释放出的CO2也可被作物吸收，促进植物的光合作用。在土壤中，尿素能增进磷、钾、 镁和钙的有效性，且施入土壤后无残存废物。1.2 尿素的生产方法简介生产尿素的方法有很多种，20世
