一、裝置簡介(jie)
尿(niao)素(su)是(shi)(shi)氮肥(fei)系列中最高效(xiao)的(de)(de)(de)(de)一種肥(fei)料(liao)(liao)。尿(niao)素(su)同時也(ye)是(shi)(shi)一種重要(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)化工原料(liao)(liao)，可被用來(lai)制造塑(su)料(liao)(liao)、涂料(liao)(liao)，也(ye)是(shi)(shi)醫(yi)藥、制革等(deng)生產(chan)中的(de)(de)(de)(de)重要(yao)(yao)原料(liao)(liao)。尿(niao)素(su)是(shi)(shi)以液(ye)(ye)氨(an)和二氧(yang)(yang)化碳(tan)為原料(liao)(liao)、在一定的(de)(de)(de)(de)壓力和溫度(du)條件下化合而(er)成的(de)(de)(de)(de)。實際過程是(shi)(shi)分(fen)兩步完(wan)成的(de)(de)(de)(de)，第一步是(shi)(shi)液(ye)(ye)氨(an)與二氧(yang)(yang)化碳(tan)化合生產(chan)液(ye)(ye)體氨(an)基(ji)甲(jia)酸(suan)銨(an)(an)，第二步是(shi)(shi)對氨(an)基(ji)甲(jia)酸(suan)銨(an)(an)進行脫水而(er)轉(zhuan)化成尿(niao)素(su)。由(you)于反應(ying)是(shi)(shi)可逆的(de)(de)(de)(de)，因(yin)此原料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)換總(zong)是(shi)(shi)不完(wan)全(quan)的(de)(de)(de)(de)。圍繞著原料(liao)(liao)轉(zhuan)化率及回收循環的(de)(de)(de)(de)方法，派生出許(xu)多生產(chan)工藝。國內應(ying)用最多的(de)(de)(de)(de)生產(chan)工藝是(shi)(shi)荷蘭(lan)STAMICORBAN的(de)(de)(de)(de)二氧(yang)(yang)化碳(tan)汽提(ti)工藝技術。
二、典型尿素裝置(zhi)的工藝及特點(dian)
二氧化碳汽提(ti)法生產工藝(yi)大致可(ke)以分(fen)為(wei)以下幾(ji)個環(huan)節，即原料加(jia)壓、合成與汽提(ti)、循(xun)環(huan)、尿液蒸發(fa)與造粒、吸收(shou)與解吸，其工藝(yi)流程示(shi)意圖如(ru)圖2.35所示(shi)。
1. 原料(liao)加(jia)壓
原料加壓(ya)的(de)目(mu)的(de)是把原料（液氨和二氧(yang)化(hua)(hua)碳）加壓(ya)到反應需要(yao)的(de)壓(ya)力(li)條件。由外界過來(lai)的(de)液氨，經液氨泵(beng)加壓(ya)，再經加熱器加熱后進入(ru)高壓(ya)噴(pen)射泵(beng)。在噴(pen)射泵(beng)內，與抽吸過來(lai)的(de)氨基(ji)甲酸銨混合，然后送(song)至高壓(ya)氨基(ji)甲酸銨冷凝器頂部。液氨泵(beng)一般采(cai)(cai)用往復泵(beng)。由外界送(song)來(lai)的(de)二氧(yang)化(hua)(hua)碳，加入(ru)一定(ding)量(liang)的(de)空(kong)(kong)氣(qi)，由二氧(yang)化(hua)(hua)碳壓(ya)縮(suo)機加壓(ya)送(song)入(ru)二氧(yang)化(hua)(hua)碳汽(qi)提塔底部。加入(ru)空(kong)(kong)氣(qi)的(de)目(mu)的(de)是為后續的(de)介質(zhi)中提供一定(ding)量(liang)的(de)氧(yang)氣(qi)，用于防止或減緩金屬(shu)的(de)腐蝕(shi)。二氧(yang)化(hua)(hua)碳壓(ya)縮(suo)機一般采(cai)(cai)用兩段離心式壓(ya)縮(suo)機。
2. 合成(cheng)與汽提
合(he)(he)(he)成(cheng)的(de)(de)過(guo)程就是尿素(su)(su)原(yuan)液(ye)生成(cheng)的(de)(de)過(guo)程，而汽提(ti)則是把合(he)(he)(he)成(cheng)反應中(zhong)剩(sheng)余的(de)(de)原(yuan)料(liao)分離出(chu)來(lai)并(bing)(bing)循環(huan)利用。在汽提(ti)塔(ta)內，原(yuan)料(liao)氣(qi)(qi)二氧(yang)化(hua)碳(tan)(tan)與合(he)(he)(he)成(cheng)塔(ta)流(liu)出(chu)物(wu)(wu)(wu)（尿素(su)(su)原(yuan)液(ye)混(hun)(hun)(hun)(hun)合(he)(he)(he)物(wu)(wu)(wu)）經過(guo)傳質、傳熱，帶走反應中(zhong)剩(sheng)余的(de)(de)原(yuan)料(liao)，并(bing)(bing)從塔(ta)頂(ding)出(chu)來(lai)。汽提(ti)塔(ta)塔(ta)頂(ding)出(chu)來(lai)的(de)(de)二氧(yang)化(hua)碳(tan)(tan)混(hun)(hun)(hun)(hun)合(he)(he)(he)氣(qi)(qi)與來(lai)自(zi)高(gao)壓(ya)噴(pen)射泵的(de)(de)液(ye)氨(an)、氨(an)基(ji)甲(jia)(jia)酸(suan)(suan)(suan)銨(an)液(ye)混(hun)(hun)(hun)(hun)合(he)(he)(he)進(jin)(jin)(jin)入(ru)高(gao)壓(ya)氨(an)基(ji)甲(jia)(jia)酸(suan)(suan)(suan)銨(an)冷(leng)(leng)凝(ning)器，并(bing)(bing)在冷(leng)(leng)凝(ning)器中(zhong)發生反應生成(cheng)氨(an)基(ji)甲(jia)(jia)酸(suan)(suan)(suan)銨(an)。冷(leng)(leng)凝(ning)器底部出(chu)來(lai)的(de)(de)物(wu)(wu)(wu)料(liao)。來(lai)自(zi)高(gao)壓(ya)冷(leng)(leng)凝(ning)器的(de)(de)物(wu)(wu)(wu)料(liao)在合(he)(he)(he)成(cheng)塔(ta)內自(zi)下而上，進(jin)(jin)(jin)一步反應生成(cheng)甲(jia)(jia)胺，甲(jia)(jia)胺轉化(hua)為尿素(su)(su)，并(bing)(bing)以混(hun)(hun)(hun)(hun)合(he)(he)(he)液(ye)物(wu)(wu)(wu)料(liao)的(de)(de)形式(shi)從合(he)(he)(he)成(cheng)塔(ta)底部流(liu)出(chu)。混(hun)(hun)(hun)(hun)合(he)(he)(he)液(ye)物(wu)(wu)(wu)料(liao)含尿素(su)(su)、氨(an)基(ji)甲(jia)(jia)酸(suan)(suan)(suan)銨(an)、氨(an)、二氧(yang)化(hua)碳(tan)(tan)、水(shui)等(deng)。然(ran)后送(song)入(ru)汽提(ti)塔(ta)脫除大部分多余的(de)(de)二氧(yang)化(hua)碳(tan)(tan)和氨(an)。經汽提(ti)后的(de)(de)混(hun)(hun)(hun)(hun)合(he)(he)(he)液(ye)（尿液(ye)）減壓(ya)進(jin)(jin)(jin)入(ru)循環(huan)系(xi)統。合(he)(he)(he)成(cheng)塔(ta)頂(ding)部出(chu)來(lai)的(de)(de)氣(qi)(qi)體含有氨(an)氣(qi)(qi)、二氧(yang)化(hua)碳(tan)(tan)、氫氣(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)、氧(yang)氣(qi)(qi)、水(shui)蒸氣(qi)(qi)等(deng)。被送(song)入(ru)高(gao)壓(ya)洗(xi)滌器對其中(zhong)的(de)(de)氨(an)氣(qi)(qi)和二氧(yang)化(hua)碳(tan)(tan)進(jin)(jin)(jin)行回收，即利用氨(an)基(ji)甲(jia)(jia)酸(suan)(suan)(suan)銨(an)液(ye)將氨(an)氣(qi)(qi)、二氧(yang)化(hua)碳(tan)(tan)吸(xi)收。洗(xi)滌器排出(chu)的(de)(de)氣(qi)(qi)體經減壓(ya)后送(song)至低壓(ya)吸(xi)收塔(ta)做進(jin)(jin)(jin)一步吸(xi)附回收。
3. 循環(huan)
利用(yong)降壓(ya)分(fen)(fen)(fen)(fen)解(jie)的(de)(de)原理使(shi)殘留(liu)(liu)氨(an)基甲(jia)酸(suan)(suan)銨分(fen)(fen)(fen)(fen)解(jie)成二(er)(er)氧化碳(tan)和氨(an)，洗滌(di)后(hou)循環利用(yong)。來自高壓(ya)汽提塔(ta)的(de)(de)混合液(ye)（尿(niao)液(ye)）被(bei)送入(ru)精餾塔(ta)，使(shi)部分(fen)(fen)(fen)(fen)氨(an)基甲(jia)酸(suan)(suan)銨得以分(fen)(fen)(fen)(fen)解(jie)，然后(hou)進(jin)(jin)(jin)塔(ta)底氣(qi)(qi)(qi)液(ye)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)器(qi)(qi)進(jin)(jin)(jin)行(xing)氣(qi)(qi)(qi)液(ye)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)。分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)出(chu)的(de)(de)液(ye)體（尿(niao)液(ye)）經(jing)減壓(ya)后(hou)進(jin)(jin)(jin)入(ru)閃蒸槽(cao)。進(jin)(jin)(jin)一步閃蒸出(chu)殘留(liu)(liu)的(de)(de)氨(an)、二(er)(er)氧化碳(tan)和水蒸氣(qi)(qi)(qi)，最(zui)后(hou)得到濃度約為73％的(de)(de)尿(niao)液(ye)。之后(hou)，尿(niao)液(ye)進(jin)(jin)(jin)入(ru)尿(niao)液(ye)儲槽(cao)。從(cong)精餾塔(ta)頂部出(chu)來的(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)體被(bei)送入(ru)低壓(ya)氨(an)基甲(jia)酸(suan)(suan)銨冷凝器(qi)(qi)，冷凝下來的(de)(de)氨(an)基甲(jia)酸(suan)(suan)銨經(jing)氣(qi)(qi)(qi)液(ye)分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)后(hou)循環使(shi)用(yong)。而分(fen)(fen)(fen)(fen)離(li)器(qi)(qi)出(chu)來的(de)(de)混合氣(qi)(qi)(qi)體（含氨(an)、二(er)(er)氧化碳(tan)、氧氣(qi)(qi)(qi)等）進(jin)(jin)(jin)入(ru)低壓(ya)洗滌(di)器(qi)(qi)，除不凝氣(qi)(qi)(qi)外(wai)，其他(ta)氣(qi)(qi)(qi)體被(bei)吸收并(bing)循環使(shi)用(yong)。
4. 尿液蒸(zheng)發與(yu)造(zao)粒
通過加熱蒸發掉凝液(ye)中的大部(bu)分水，最后(hou)獲得(de)商業(ye)用(yong)固體尿(niao)素顆粒。凝液(ye)儲(chu)槽(cao)中的尿(niao)液(ye)用(yong)泵送(song)到(dao)兩段真空蒸發器(qi)，利用(yong)蒸汽對(dui)其進行蒸發，得(de)到(dao)濃度(du)為99.7％的濃縮尿(niao)液(ye)或尿(niao)素熔(rong)體。尿(niao)素熔(rong)體被(bei)送(song)到(dao)尿(niao)素造粒塔頂部(bu)噴頭進行造粒，從塔底出來的尿(niao)素顆粒進行包裝儲(chu)存。
5. 吸(xi)收與解吸(xi)
利(li)用氨(an)(an)(an)水(shui)對高壓或低壓洗(xi)滌器出(chu)來的(de)氣體（含氨(an)(an)(an)、二氧化(hua)碳(tan)、氧氣、氮氣、氫(qing)氣等(deng)）進(jin)行(xing)有用成(cheng)分（氨(an)(an)(an)和二氧化(hua)碳(tan)）的(de)吸收(shou)(shou)，并(bing)重(zhong)復(fu)利(li)用。吸收(shou)(shou)是在(zai)吸收(shou)(shou)塔內進(jin)行(xing)的(de)。解(jie)吸是對上游的(de)各冷凝器過(guo)來的(de)液(ye)體（含少量的(de)尿素、氨(an)(an)(an)、二氧化(hua)碳(tan)等(deng)）通(tong)過(guo)氨(an)(an)(an)水(shui)吸收(shou)(shou)然后(hou)再(zai)利(li)用蒸汽(qi)加熱進(jin)行(xing)解(jie)吸的(de)方(fang)法對有用成(cheng)分（尿素、氨(an)(an)(an)和二氧化(hua)碳(tan)）進(jin)行(xing)回收(shou)(shou)。回收(shou)(shou)溶液(ye)被(bei)送(song)回低壓氨(an)(an)(an)基甲酸銨(an)冷凝器重(zhong)復(fu)利(li)用。
三、介質特點(dian)
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(bu)銹鋼(gang)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(su)裝置的配管設計
主要是對(dui)塔、罐、泵、壓(ya)縮(suo)機等設(she)備的(de)配(pei)管設(she)計(ji)。
