一(yi)、裝置簡(jian)介
尿素是氮肥(fei)(fei)系列中(zhong)最(zui)高效的(de)(de)(de)一(yi)種肥(fei)(fei)料(liao)。尿素同時也是一(yi)種重要的(de)(de)(de)化(hua)工(gong)原(yuan)料(liao)，可被(bei)用來制造塑料(liao)、涂(tu)料(liao)，也是醫藥、制革等生(sheng)產(chan)中(zhong)的(de)(de)(de)重要原(yuan)料(liao)。尿素是以(yi)液氨(an)和二(er)氧化(hua)碳(tan)為(wei)原(yuan)料(liao)、在一(yi)定的(de)(de)(de)壓力(li)和溫(wen)度條件下(xia)化(hua)合而(er)成的(de)(de)(de)。實際過程(cheng)是分兩步完成的(de)(de)(de)，第(di)一(yi)步是液氨(an)與二(er)氧化(hua)碳(tan)化(hua)合生(sheng)產(chan)液體氨(an)基甲酸銨(an)，第(di)二(er)步是對氨(an)基甲酸銨(an)進行(xing)脫水而(er)轉化(hua)成尿素。由于(yu)反應是可逆的(de)(de)(de)，因此原(yuan)料(liao)的(de)(de)(de)轉換(huan)總是不完全的(de)(de)(de)。圍繞著原(yuan)料(liao)轉化(hua)率及回收循環(huan)的(de)(de)(de)方法，派(pai)生(sheng)出許多(duo)生(sheng)產(chan)工(gong)藝。國內(nei)應用最(zui)多(duo)的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)工(gong)藝是荷蘭STAMICORBAN的(de)(de)(de)二(er)氧化(hua)碳(tan)汽(qi)提工(gong)藝技(ji)術(shu)。
二、典型尿素裝置的工藝及特(te)點
二(er)氧化碳汽提法生(sheng)產(chan)工(gong)藝大(da)致可以(yi)分為以(yi)下幾(ji)個(ge)環(huan)(huan)節(jie)，即原料(liao)加壓、合(he)成與汽提、循環(huan)(huan)、尿液蒸發與造(zao)粒(li)、吸(xi)收與解吸(xi)，其工(gong)藝流程(cheng)示意(yi)圖(tu)如圖(tu)2.35所示。
1. 原料加壓
原料加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)的(de)目(mu)的(de)是(shi)把原料（液氨(an)和(he)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)）加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)到反應需要的(de)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力條件(jian)。由外界(jie)過(guo)來的(de)液氨(an)，經(jing)液氨(an)泵(beng)加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)，再經(jing)加(jia)(jia)(jia)熱器(qi)加(jia)(jia)(jia)熱后(hou)進入(ru)高壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)噴射(she)泵(beng)。在噴射(she)泵(beng)內(nei)，與抽吸過(guo)來的(de)氨(an)基甲(jia)酸銨混合，然后(hou)送(song)至高壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)氨(an)基甲(jia)酸銨冷凝器(qi)頂部(bu)。液氨(an)泵(beng)一般(ban)采用(yong)往復泵(beng)。由外界(jie)送(song)來的(de)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)，加(jia)(jia)(jia)入(ru)一定量的(de)空氣，由二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)縮機加(jia)(jia)(jia)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)送(song)入(ru)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)汽提塔底部(bu)。加(jia)(jia)(jia)入(ru)空氣的(de)目(mu)的(de)是(shi)為(wei)后(hou)續的(de)介質中提供一定量的(de)氧(yang)氣，用(yong)于防止或減緩金(jin)屬的(de)腐蝕。二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)縮機一般(ban)采用(yong)兩段離心(xin)式壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)縮機。
2. 合成(cheng)與(yu)汽提(ti)
合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)過程就是尿(niao)(niao)素(su)(su)原(yuan)液(ye)生成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)過程，而(er)(er)汽(qi)提(ti)則(ze)是把合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)反(fan)應中(zhong)剩(sheng)(sheng)余(yu)(yu)的(de)(de)(de)(de)原(yuan)料(liao)(liao)分離出(chu)(chu)來(lai)(lai)并(bing)(bing)循(xun)環利(li)用(yong)(yong)。在(zai)(zai)汽(qi)提(ti)塔(ta)(ta)(ta)(ta)內，原(yuan)料(liao)(liao)氣(qi)(qi)二(er)(er)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)與合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)(ta)(ta)(ta)流(liu)出(chu)(chu)物（尿(niao)(niao)素(su)(su)原(yuan)液(ye)混(hun)(hun)合(he)(he)物）經過傳(chuan)(chuan)質、傳(chuan)(chuan)熱，帶走反(fan)應中(zhong)剩(sheng)(sheng)余(yu)(yu)的(de)(de)(de)(de)原(yuan)料(liao)(liao)，并(bing)(bing)從塔(ta)(ta)(ta)(ta)頂出(chu)(chu)來(lai)(lai)。汽(qi)提(ti)塔(ta)(ta)(ta)(ta)塔(ta)(ta)(ta)(ta)頂出(chu)(chu)來(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)二(er)(er)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)混(hun)(hun)合(he)(he)氣(qi)(qi)與來(lai)(lai)自高壓(ya)(ya)(ya)噴射泵的(de)(de)(de)(de)液(ye)氨(an)(an)(an)(an)、氨(an)(an)(an)(an)基(ji)甲(jia)(jia)(jia)(jia)酸(suan)銨(an)(an)(an)液(ye)混(hun)(hun)合(he)(he)進(jin)(jin)(jin)入高壓(ya)(ya)(ya)氨(an)(an)(an)(an)基(ji)甲(jia)(jia)(jia)(jia)酸(suan)銨(an)(an)(an)冷(leng)凝器(qi)，并(bing)(bing)在(zai)(zai)冷(leng)凝器(qi)中(zhong)發生反(fan)應生成(cheng)(cheng)(cheng)氨(an)(an)(an)(an)基(ji)甲(jia)(jia)(jia)(jia)酸(suan)銨(an)(an)(an)。冷(leng)凝器(qi)底(di)部出(chu)(chu)來(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)物料(liao)(liao)。來(lai)(lai)自高壓(ya)(ya)(ya)冷(leng)凝器(qi)的(de)(de)(de)(de)物料(liao)(liao)在(zai)(zai)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)(ta)(ta)(ta)內自下而(er)(er)上，進(jin)(jin)(jin)一步反(fan)應生成(cheng)(cheng)(cheng)甲(jia)(jia)(jia)(jia)胺(an)，甲(jia)(jia)(jia)(jia)胺(an)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)為尿(niao)(niao)素(su)(su)，并(bing)(bing)以混(hun)(hun)合(he)(he)液(ye)物料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)形(xing)式從合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)(ta)(ta)(ta)底(di)部流(liu)出(chu)(chu)。混(hun)(hun)合(he)(he)液(ye)物料(liao)(liao)含(han)尿(niao)(niao)素(su)(su)、氨(an)(an)(an)(an)基(ji)甲(jia)(jia)(jia)(jia)酸(suan)銨(an)(an)(an)、氨(an)(an)(an)(an)、二(er)(er)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)、水等。然后送入汽(qi)提(ti)塔(ta)(ta)(ta)(ta)脫除大部分多(duo)余(yu)(yu)的(de)(de)(de)(de)二(er)(er)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)和氨(an)(an)(an)(an)。經汽(qi)提(ti)后的(de)(de)(de)(de)混(hun)(hun)合(he)(he)液(ye)（尿(niao)(niao)液(ye)）減(jian)壓(ya)(ya)(ya)進(jin)(jin)(jin)入循(xun)環系統。合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)(ta)(ta)(ta)頂部出(chu)(chu)來(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)體含(han)有(you)氨(an)(an)(an)(an)氣(qi)(qi)、二(er)(er)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)、氫氣(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)、氧氣(qi)(qi)、水蒸氣(qi)(qi)等。被(bei)送入高壓(ya)(ya)(ya)洗滌(di)器(qi)對其中(zhong)的(de)(de)(de)(de)氨(an)(an)(an)(an)氣(qi)(qi)和二(er)(er)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)進(jin)(jin)(jin)行回收(shou)，即利(li)用(yong)(yong)氨(an)(an)(an)(an)基(ji)甲(jia)(jia)(jia)(jia)酸(suan)銨(an)(an)(an)液(ye)將氨(an)(an)(an)(an)氣(qi)(qi)、二(er)(er)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)碳(tan)吸(xi)收(shou)。洗滌(di)器(qi)排出(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)體經減(jian)壓(ya)(ya)(ya)后送至低壓(ya)(ya)(ya)吸(xi)收(shou)塔(ta)(ta)(ta)(ta)做(zuo)進(jin)(jin)(jin)一步吸(xi)附回收(shou)。
3. 循環
利用(yong)(yong)降壓(ya)(ya)分(fen)(fen)(fen)解(jie)的(de)原理使(shi)(shi)殘留(liu)氨(an)(an)基(ji)甲(jia)酸(suan)銨(an)分(fen)(fen)(fen)解(jie)成二氧(yang)化碳和氨(an)(an)，洗滌后(hou)(hou)循環(huan)利用(yong)(yong)。來自(zi)高壓(ya)(ya)汽提(ti)塔(ta)(ta)的(de)混(hun)合(he)液(ye)（尿(niao)液(ye)）被(bei)送入(ru)精餾塔(ta)(ta)，使(shi)(shi)部分(fen)(fen)(fen)氨(an)(an)基(ji)甲(jia)酸(suan)銨(an)得以分(fen)(fen)(fen)解(jie)，然后(hou)(hou)進(jin)(jin)塔(ta)(ta)底氣(qi)液(ye)分(fen)(fen)(fen)離(li)(li)器進(jin)(jin)行氣(qi)液(ye)分(fen)(fen)(fen)離(li)(li)。分(fen)(fen)(fen)離(li)(li)出的(de)液(ye)體（尿(niao)液(ye)）經(jing)減壓(ya)(ya)后(hou)(hou)進(jin)(jin)入(ru)閃蒸(zheng)槽(cao)。進(jin)(jin)一步閃蒸(zheng)出殘留(liu)的(de)氨(an)(an)、二氧(yang)化碳和水蒸(zheng)氣(qi)，最后(hou)(hou)得到濃(nong)度約為(wei)73％的(de)尿(niao)液(ye)。之后(hou)(hou)，尿(niao)液(ye)進(jin)(jin)入(ru)尿(niao)液(ye)儲槽(cao)。從精餾塔(ta)(ta)頂部出來的(de)氣(qi)體被(bei)送入(ru)低壓(ya)(ya)氨(an)(an)基(ji)甲(jia)酸(suan)銨(an)冷(leng)凝器，冷(leng)凝下來的(de)氨(an)(an)基(ji)甲(jia)酸(suan)銨(an)經(jing)氣(qi)液(ye)分(fen)(fen)(fen)離(li)(li)后(hou)(hou)循環(huan)使(shi)(shi)用(yong)(yong)。而分(fen)(fen)(fen)離(li)(li)器出來的(de)混(hun)合(he)氣(qi)體（含氨(an)(an)、二氧(yang)化碳、氧(yang)氣(qi)等）進(jin)(jin)入(ru)低壓(ya)(ya)洗滌器，除不凝氣(qi)外，其他氣(qi)體被(bei)吸收并循環(huan)使(shi)(shi)用(yong)(yong)。
4. 尿液(ye)蒸(zheng)發(fa)與造粒
通過(guo)加熱蒸發掉凝液中(zhong)的大部分水，最后獲得(de)商(shang)業用固體尿素(su)(su)(su)顆粒。凝液儲槽中(zhong)的尿液用泵送(song)到(dao)兩(liang)段真空(kong)蒸發器，利用蒸汽對其進行(xing)蒸發，得(de)到(dao)濃(nong)度為99.7％的濃(nong)縮尿液或尿素(su)(su)(su)熔體。尿素(su)(su)(su)熔體被送(song)到(dao)尿素(su)(su)(su)造(zao)粒塔頂部噴頭進行(xing)造(zao)粒，從塔底出來的尿素(su)(su)(su)顆粒進行(xing)包(bao)裝儲存。
5. 吸(xi)收與解吸(xi)
利用(yong)(yong)(yong)氨(an)水對高壓或(huo)低(di)壓洗滌器出來的(de)(de)(de)(de)氣(qi)體（含氨(an)、二(er)(er)氧(yang)化(hua)碳、氧(yang)氣(qi)、氮氣(qi)、氫氣(qi)等）進(jin)(jin)行(xing)有用(yong)(yong)(yong)成(cheng)分（氨(an)和二(er)(er)氧(yang)化(hua)碳）的(de)(de)(de)(de)吸(xi)收(shou)(shou)，并(bing)重(zhong)復利用(yong)(yong)(yong)。吸(xi)收(shou)(shou)是在吸(xi)收(shou)(shou)塔(ta)內進(jin)(jin)行(xing)的(de)(de)(de)(de)。解吸(xi)是對上游的(de)(de)(de)(de)各冷凝器過來的(de)(de)(de)(de)液體（含少(shao)量(liang)的(de)(de)(de)(de)尿(niao)(niao)素、氨(an)、二(er)(er)氧(yang)化(hua)碳等）通(tong)過氨(an)水吸(xi)收(shou)(shou)然后再利用(yong)(yong)(yong)蒸汽加熱(re)進(jin)(jin)行(xing)解吸(xi)的(de)(de)(de)(de)方法對有用(yong)(yong)(yong)成(cheng)分（尿(niao)(niao)素、氨(an)和二(er)(er)氧(yang)化(hua)碳）進(jin)(jin)行(xing)回(hui)收(shou)(shou)。回(hui)收(shou)(shou)溶液被送回(hui)低(di)壓氨(an)基甲酸銨(an)冷凝器重(zhong)復利用(yong)(yong)(yong)。
三、介質特點
尿素裝置中包含的有特殊性質的介質有尿素、甲胺、氨、二氧化碳等。尿素別名叫碳酸二胺、碳酰胺、脲，常態下為無色或白色針狀或棒狀結晶體，無臭無味。熔點為132.7℃。干尿素對金屬無腐蝕，但吸水后水解成氨基甲酸銨，而當氨基甲酸銨進一步分解成二氧化碳和氨時，將對金屬產生強烈的腐蝕，該腐蝕會隨溫度的升高而加劇，尤其是在更高的溫度下轉化為氰酸銨和氰酸時，對不銹(xiu)鋼金屬也會產生較強的腐蝕。氨基甲酸銨對大多數金屬具有強烈的腐蝕，表現為還原性電化學腐蝕，而且還具有強烈的縫(feng)隙(xi)腐蝕特性。溫度越高，腐蝕性越強。當溫度高于160℃時，要維持介質中一定的氧含量，可促使不銹鋼鈍化膜的形成，從而減緩金屬的腐蝕。
四、尿素裝置(zhi)的配管(guan)設(she)計
主要是(shi)對塔、罐、泵、壓縮機等設備的配管設計。
