一、裝置簡介
尿素是(shi)(shi)氮肥(fei)系(xi)列中(zhong)最高效的一(yi)種(zhong)肥(fei)料(liao)(liao)。尿素同時也(ye)是(shi)(shi)一(yi)種(zhong)重要的化(hua)(hua)工(gong)(gong)原(yuan)料(liao)(liao)，可被用來制造塑料(liao)(liao)、涂料(liao)(liao)，也(ye)是(shi)(shi)醫藥(yao)、制革等生(sheng)產中(zhong)的重要原(yuan)料(liao)(liao)。尿素是(shi)(shi)以(yi)液(ye)氨和(he)二氧化(hua)(hua)碳為原(yuan)料(liao)(liao)、在一(yi)定的壓力和(he)溫度(du)條(tiao)件下化(hua)(hua)合而成的。實際過程(cheng)是(shi)(shi)分兩步(bu)完(wan)成的，第一(yi)步(bu)是(shi)(shi)液(ye)氨與二氧化(hua)(hua)碳化(hua)(hua)合生(sheng)產液(ye)體氨基甲(jia)酸銨，第二步(bu)是(shi)(shi)對氨基甲(jia)酸銨進(jin)行脫水而轉化(hua)(hua)成尿素。由于反應是(shi)(shi)可逆的，因此原(yuan)料(liao)(liao)的轉換總是(shi)(shi)不完(wan)全(quan)的。圍繞著原(yuan)料(liao)(liao)轉化(hua)(hua)率及(ji)回收循(xun)環的方(fang)法，派生(sheng)出許多(duo)生(sheng)產工(gong)(gong)藝(yi)(yi)。國內應用最多(duo)的生(sheng)產工(gong)(gong)藝(yi)(yi)是(shi)(shi)荷蘭STAMICORBAN的二氧化(hua)(hua)碳汽提工(gong)(gong)藝(yi)(yi)技(ji)術。
二、典型尿素(su)裝置的(de)工藝及特(te)點
二氧化碳汽(qi)提法(fa)生產工(gong)藝大(da)致(zhi)可以分(fen)為以下幾個環節，即原料加壓、合成與汽(qi)提、循(xun)環、尿液蒸(zheng)發與造粒、吸(xi)收與解吸(xi)，其(qi)工(gong)藝流程(cheng)示意圖(tu)如圖(tu)2.35所示。
1. 原料(liao)加壓
原(yuan)料加(jia)壓(ya)的(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)把(ba)原(yuan)料（液(ye)氨(an)(an)和二氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)）加(jia)壓(ya)到(dao)反(fan)應需要的(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)力條件。由(you)(you)外界過(guo)來的(de)(de)(de)(de)(de)液(ye)氨(an)(an)，經(jing)(jing)液(ye)氨(an)(an)泵(beng)加(jia)壓(ya)，再經(jing)(jing)加(jia)熱器加(jia)熱后進入(ru)高壓(ya)噴射(she)泵(beng)。在噴射(she)泵(beng)內，與抽吸過(guo)來的(de)(de)(de)(de)(de)氨(an)(an)基(ji)甲(jia)酸銨混合，然后送至(zhi)高壓(ya)氨(an)(an)基(ji)甲(jia)酸銨冷凝器頂部(bu)。液(ye)氨(an)(an)泵(beng)一(yi)般采(cai)用(yong)往(wang)復泵(beng)。由(you)(you)外界送來的(de)(de)(de)(de)(de)二氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)，加(jia)入(ru)一(yi)定(ding)量的(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)氣(qi)，由(you)(you)二氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)壓(ya)縮(suo)(suo)機加(jia)壓(ya)送入(ru)二氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)汽提塔(ta)底部(bu)。加(jia)入(ru)空(kong)氣(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)為(wei)后續的(de)(de)(de)(de)(de)介質中(zhong)提供一(yi)定(ding)量的(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)氣(qi)，用(yong)于防止或減(jian)緩金(jin)屬的(de)(de)(de)(de)(de)腐蝕。二氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)壓(ya)縮(suo)(suo)機一(yi)般采(cai)用(yong)兩段離(li)心式壓(ya)縮(suo)(suo)機。
2. 合成(cheng)與汽提
合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)(guo)程(cheng)就是尿(niao)素(su)原(yuan)液(ye)(ye)生(sheng)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)(guo)程(cheng)，而汽(qi)(qi)提(ti)(ti)(ti)則是把合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)反(fan)應中剩余的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)料分離出(chu)(chu)來(lai)并(bing)循環(huan)利用。在(zai)汽(qi)(qi)提(ti)(ti)(ti)塔內(nei)，原(yuan)料氣(qi)(qi)(qi)(qi)二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)與(yu)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔流出(chu)(chu)物(wu)（尿(niao)素(su)原(yuan)液(ye)(ye)混合(he)(he)(he)物(wu)）經過(guo)(guo)傳質(zhi)、傳熱(re)，帶(dai)走反(fan)應中剩余的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)料，并(bing)從(cong)(cong)塔頂出(chu)(chu)來(lai)。汽(qi)(qi)提(ti)(ti)(ti)塔塔頂出(chu)(chu)來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)混合(he)(he)(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)與(yu)來(lai)自(zi)高壓噴(pen)射(she)泵的(de)(de)(de)(de)(de)(de)液(ye)(ye)氨(an)(an)、氨(an)(an)基(ji)甲(jia)(jia)(jia)酸(suan)(suan)銨(an)(an)液(ye)(ye)混合(he)(he)(he)進(jin)入高壓氨(an)(an)基(ji)甲(jia)(jia)(jia)酸(suan)(suan)銨(an)(an)冷凝(ning)器，并(bing)在(zai)冷凝(ning)器中發生(sheng)反(fan)應生(sheng)成(cheng)(cheng)氨(an)(an)基(ji)甲(jia)(jia)(jia)酸(suan)(suan)銨(an)(an)。冷凝(ning)器底部出(chu)(chu)來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)料。來(lai)自(zi)高壓冷凝(ning)器的(de)(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)料在(zai)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔內(nei)自(zi)下而上，進(jin)一步反(fan)應生(sheng)成(cheng)(cheng)甲(jia)(jia)(jia)胺，甲(jia)(jia)(jia)胺轉(zhuan)化(hua)(hua)為尿(niao)素(su)，并(bing)以(yi)混合(he)(he)(he)液(ye)(ye)物(wu)料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形式從(cong)(cong)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔底部流出(chu)(chu)。混合(he)(he)(he)液(ye)(ye)物(wu)料含尿(niao)素(su)、氨(an)(an)基(ji)甲(jia)(jia)(jia)酸(suan)(suan)銨(an)(an)、氨(an)(an)、二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)、水等(deng)。然后送入汽(qi)(qi)提(ti)(ti)(ti)塔脫(tuo)除(chu)大部分多余的(de)(de)(de)(de)(de)(de)二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)和(he)氨(an)(an)。經汽(qi)(qi)提(ti)(ti)(ti)后的(de)(de)(de)(de)(de)(de)混合(he)(he)(he)液(ye)(ye)（尿(niao)液(ye)(ye)）減壓進(jin)入循環(huan)系統。合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)塔頂部出(chu)(chu)來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體含有(you)氨(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)、二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)、氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)、氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)、水蒸(zheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)等(deng)。被送入高壓洗(xi)滌器對其中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氨(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)和(he)二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)進(jin)行(xing)回收(shou)，即利用氨(an)(an)基(ji)甲(jia)(jia)(jia)酸(suan)(suan)銨(an)(an)液(ye)(ye)將氨(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)、二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)碳(tan)吸(xi)收(shou)。洗(xi)滌器排出(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體經減壓后送至低壓吸(xi)收(shou)塔做進(jin)一步吸(xi)附回收(shou)。
3. 循(xun)環(huan)
利(li)用(yong)(yong)降壓(ya)分(fen)(fen)(fen)(fen)解(jie)的(de)(de)(de)(de)原理使(shi)殘(can)留(liu)氨(an)(an)基甲(jia)酸(suan)銨(an)分(fen)(fen)(fen)(fen)解(jie)成二氧(yang)化碳(tan)和氨(an)(an)，洗滌后循環(huan)(huan)利(li)用(yong)(yong)。來(lai)自高壓(ya)汽(qi)提塔(ta)的(de)(de)(de)(de)混合液(ye)(ye)（尿(niao)(niao)液(ye)(ye)）被(bei)(bei)送入(ru)精(jing)餾(liu)塔(ta)，使(shi)部(bu)分(fen)(fen)(fen)(fen)氨(an)(an)基甲(jia)酸(suan)銨(an)得(de)以分(fen)(fen)(fen)(fen)解(jie)，然后進(jin)(jin)塔(ta)底氣(qi)(qi)(qi)(qi)液(ye)(ye)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)器進(jin)(jin)行氣(qi)(qi)(qi)(qi)液(ye)(ye)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)。分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)液(ye)(ye)體(ti)（尿(niao)(niao)液(ye)(ye)）經減壓(ya)后進(jin)(jin)入(ru)閃蒸槽。進(jin)(jin)一步閃蒸出(chu)(chu)殘(can)留(liu)的(de)(de)(de)(de)氨(an)(an)、二氧(yang)化碳(tan)和水蒸氣(qi)(qi)(qi)(qi)，最后得(de)到濃度約為73％的(de)(de)(de)(de)尿(niao)(niao)液(ye)(ye)。之后，尿(niao)(niao)液(ye)(ye)進(jin)(jin)入(ru)尿(niao)(niao)液(ye)(ye)儲槽。從精(jing)餾(liu)塔(ta)頂(ding)部(bu)出(chu)(chu)來(lai)的(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)被(bei)(bei)送入(ru)低壓(ya)氨(an)(an)基甲(jia)酸(suan)銨(an)冷凝(ning)器，冷凝(ning)下來(lai)的(de)(de)(de)(de)氨(an)(an)基甲(jia)酸(suan)銨(an)經氣(qi)(qi)(qi)(qi)液(ye)(ye)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)后循環(huan)(huan)使(shi)用(yong)(yong)。而分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)器出(chu)(chu)來(lai)的(de)(de)(de)(de)混合氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)（含氨(an)(an)、二氧(yang)化碳(tan)、氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)等(deng)）進(jin)(jin)入(ru)低壓(ya)洗滌器，除不凝(ning)氣(qi)(qi)(qi)(qi)外(wai)，其(qi)他氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)被(bei)(bei)吸收(shou)并循環(huan)(huan)使(shi)用(yong)(yong)。
4. 尿液(ye)蒸(zheng)發與造粒
通(tong)過加熱蒸發掉凝液中的(de)大部(bu)分水，最后獲(huo)得商業用(yong)(yong)固體(ti)尿(niao)素顆粒(li)。凝液儲槽中的(de)尿(niao)液用(yong)(yong)泵送到兩段真空蒸發器，利用(yong)(yong)蒸汽對其進行蒸發，得到濃度為99.7％的(de)濃縮(suo)尿(niao)液或尿(niao)素熔體(ti)。尿(niao)素熔體(ti)被送到尿(niao)素造粒(li)塔(ta)頂部(bu)噴頭(tou)進行造粒(li)，從塔(ta)底出來的(de)尿(niao)素顆粒(li)進行包裝儲存。
5. 吸收與解吸
利用氨(an)(an)水(shui)對(dui)高壓或(huo)低(di)壓洗(xi)滌器(qi)(qi)出來(lai)的(de)氣(qi)體（含(han)氨(an)(an)、二(er)氧化(hua)(hua)碳、氧氣(qi)、氮氣(qi)、氫(qing)氣(qi)等）進行(xing)有用成(cheng)分（氨(an)(an)和二(er)氧化(hua)(hua)碳）的(de)吸(xi)收，并重復(fu)利用。吸(xi)收是在吸(xi)收塔(ta)內(nei)進行(xing)的(de)。解(jie)吸(xi)是對(dui)上游(you)的(de)各(ge)冷凝(ning)(ning)器(qi)(qi)過來(lai)的(de)液體（含(han)少量(liang)的(de)尿素、氨(an)(an)、二(er)氧化(hua)(hua)碳等）通過氨(an)(an)水(shui)吸(xi)收然(ran)后再利用蒸(zheng)汽加熱進行(xing)解(jie)吸(xi)的(de)方法對(dui)有用成(cheng)分（尿素、氨(an)(an)和二(er)氧化(hua)(hua)碳）進行(xing)回(hui)(hui)收。回(hui)(hui)收溶(rong)液被送回(hui)(hui)低(di)壓氨(an)(an)基甲酸銨冷凝(ning)(ning)器(qi)(qi)重復(fu)利用。
三(san)、介質特(te)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)的配管設計(ji)
主要是對塔、罐、泵、壓(ya)縮機等設(she)備的配管設(she)計。
