一、裝置簡介
尿(niao)素(su)是(shi)(shi)(shi)(shi)氮肥系(xi)列中最(zui)高效的(de)(de)一(yi)種肥料。尿(niao)素(su)同時也是(shi)(shi)(shi)(shi)一(yi)種重要(yao)的(de)(de)化(hua)(hua)工(gong)原(yuan)(yuan)料，可被用(yong)來(lai)制(zhi)造(zao)塑料、涂料，也是(shi)(shi)(shi)(shi)醫(yi)藥、制(zhi)革(ge)等生(sheng)產(chan)中的(de)(de)重要(yao)原(yuan)(yuan)料。尿(niao)素(su)是(shi)(shi)(shi)(shi)以液(ye)氨和二氧化(hua)(hua)碳為(wei)原(yuan)(yuan)料、在一(yi)定的(de)(de)壓力和溫度條件下化(hua)(hua)合(he)而成(cheng)的(de)(de)。實際(ji)過程(cheng)是(shi)(shi)(shi)(shi)分兩步(bu)完成(cheng)的(de)(de)，第一(yi)步(bu)是(shi)(shi)(shi)(shi)液(ye)氨與二氧化(hua)(hua)碳化(hua)(hua)合(he)生(sheng)產(chan)液(ye)體氨基甲酸銨(an)，第二步(bu)是(shi)(shi)(shi)(shi)對氨基甲酸銨(an)進行脫水而轉化(hua)(hua)成(cheng)尿(niao)素(su)。由于反應是(shi)(shi)(shi)(shi)可逆的(de)(de)，因(yin)此原(yuan)(yuan)料的(de)(de)轉換總(zong)是(shi)(shi)(shi)(shi)不完全的(de)(de)。圍繞著原(yuan)(yuan)料轉化(hua)(hua)率及回收循環的(de)(de)方法，派生(sheng)出許(xu)多生(sheng)產(chan)工(gong)藝。國內應用(yong)最(zui)多的(de)(de)生(sheng)產(chan)工(gong)藝是(shi)(shi)(shi)(shi)荷蘭STAMICORBAN的(de)(de)二氧化(hua)(hua)碳汽提工(gong)藝技(ji)術(shu)。
二、典型尿素裝置的工藝(yi)及(ji)特點
二氧(yang)化碳(tan)汽提(ti)(ti)法生產工藝(yi)大致可以(yi)分為以(yi)下幾個(ge)環節，即原料(liao)加壓、合成與汽提(ti)(ti)、循環、尿液蒸發與造粒、吸(xi)收(shou)與解吸(xi)，其(qi)工藝(yi)流程示意圖如圖2.35所示。
1. 原料加壓
原料加(jia)(jia)壓(ya)(ya)的(de)(de)目的(de)(de)是(shi)把(ba)原料（液氨(an)(an)和二(er)氧(yang)化碳）加(jia)(jia)壓(ya)(ya)到反應需要的(de)(de)壓(ya)(ya)力條(tiao)件。由(you)外(wai)界過(guo)來的(de)(de)液氨(an)(an)，經(jing)(jing)液氨(an)(an)泵(beng)加(jia)(jia)壓(ya)(ya)，再經(jing)(jing)加(jia)(jia)熱器加(jia)(jia)熱后進入高壓(ya)(ya)噴射(she)泵(beng)。在噴射(she)泵(beng)內(nei)，與抽吸過(guo)來的(de)(de)氨(an)(an)基甲酸銨混合，然后送至高壓(ya)(ya)氨(an)(an)基甲酸銨冷凝器頂部(bu)。液氨(an)(an)泵(beng)一般采用(yong)往復泵(beng)。由(you)外(wai)界送來的(de)(de)二(er)氧(yang)化碳，加(jia)(jia)入一定(ding)量(liang)的(de)(de)空氣，由(you)二(er)氧(yang)化碳壓(ya)(ya)縮機(ji)加(jia)(jia)壓(ya)(ya)送入二(er)氧(yang)化碳汽提塔底(di)部(bu)。加(jia)(jia)入空氣的(de)(de)目的(de)(de)是(shi)為后續(xu)的(de)(de)介質中提供一定(ding)量(liang)的(de)(de)氧(yang)氣，用(yong)于(yu)防止或(huo)減緩金(jin)屬的(de)(de)腐蝕。二(er)氧(yang)化碳壓(ya)(ya)縮機(ji)一般采用(yong)兩段離心式(shi)壓(ya)(ya)縮機(ji)。
2. 合(he)成與(yu)汽提
合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)過程(cheng)就是尿(niao)素原(yuan)(yuan)(yuan)液(ye)(ye)生成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)過程(cheng)，而汽(qi)(qi)(qi)提(ti)則是把合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)反應中(zhong)剩(sheng)(sheng)余的(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)料分離(li)出來(lai)(lai)并循環利(li)用。在(zai)汽(qi)(qi)(qi)提(ti)塔(ta)(ta)內(nei)，原(yuan)(yuan)(yuan)料氣(qi)(qi)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳與合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)(ta)流出物(wu)(wu)(wu)（尿(niao)素原(yuan)(yuan)(yuan)液(ye)(ye)混(hun)(hun)(hun)合(he)(he)(he)物(wu)(wu)(wu)）經(jing)(jing)過傳(chuan)(chuan)質、傳(chuan)(chuan)熱，帶走反應中(zhong)剩(sheng)(sheng)余的(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)(yuan)料，并從塔(ta)(ta)頂(ding)出來(lai)(lai)。汽(qi)(qi)(qi)提(ti)塔(ta)(ta)塔(ta)(ta)頂(ding)出來(lai)(lai)的(de)(de)(de)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳混(hun)(hun)(hun)合(he)(he)(he)氣(qi)(qi)與來(lai)(lai)自高壓(ya)(ya)(ya)噴射泵的(de)(de)(de)液(ye)(ye)氨(an)(an)(an)(an)(an)(an)(an)(an)、氨(an)(an)(an)(an)(an)(an)(an)(an)基(ji)甲(jia)酸銨液(ye)(ye)混(hun)(hun)(hun)合(he)(he)(he)進(jin)入高壓(ya)(ya)(ya)氨(an)(an)(an)(an)(an)(an)(an)(an)基(ji)甲(jia)酸銨冷(leng)凝(ning)(ning)器(qi)，并在(zai)冷(leng)凝(ning)(ning)器(qi)中(zhong)發生反應生成(cheng)(cheng)(cheng)氨(an)(an)(an)(an)(an)(an)(an)(an)基(ji)甲(jia)酸銨。冷(leng)凝(ning)(ning)器(qi)底部出來(lai)(lai)的(de)(de)(de)物(wu)(wu)(wu)料。來(lai)(lai)自高壓(ya)(ya)(ya)冷(leng)凝(ning)(ning)器(qi)的(de)(de)(de)物(wu)(wu)(wu)料在(zai)合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)(ta)內(nei)自下(xia)而上，進(jin)一步(bu)反應生成(cheng)(cheng)(cheng)甲(jia)胺(an)，甲(jia)胺(an)轉化(hua)(hua)(hua)為尿(niao)素，并以混(hun)(hun)(hun)合(he)(he)(he)液(ye)(ye)物(wu)(wu)(wu)料的(de)(de)(de)形式從合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)(ta)底部流出。混(hun)(hun)(hun)合(he)(he)(he)液(ye)(ye)物(wu)(wu)(wu)料含尿(niao)素、氨(an)(an)(an)(an)(an)(an)(an)(an)基(ji)甲(jia)酸銨、氨(an)(an)(an)(an)(an)(an)(an)(an)、二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳、水(shui)等。然后(hou)送(song)入汽(qi)(qi)(qi)提(ti)塔(ta)(ta)脫除大部分多余的(de)(de)(de)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳和(he)氨(an)(an)(an)(an)(an)(an)(an)(an)。經(jing)(jing)汽(qi)(qi)(qi)提(ti)后(hou)的(de)(de)(de)混(hun)(hun)(hun)合(he)(he)(he)液(ye)(ye)（尿(niao)液(ye)(ye)）減壓(ya)(ya)(ya)進(jin)入循環系統。合(he)(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)(ta)頂(ding)部出來(lai)(lai)的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)體含有氨(an)(an)(an)(an)(an)(an)(an)(an)氣(qi)(qi)、二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳、氫氣(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)、氧(yang)(yang)(yang)氣(qi)(qi)、水(shui)蒸氣(qi)(qi)等。被(bei)送(song)入高壓(ya)(ya)(ya)洗滌器(qi)對其中(zhong)的(de)(de)(de)氨(an)(an)(an)(an)(an)(an)(an)(an)氣(qi)(qi)和(he)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳進(jin)行(xing)回收，即利(li)用氨(an)(an)(an)(an)(an)(an)(an)(an)基(ji)甲(jia)酸銨液(ye)(ye)將氨(an)(an)(an)(an)(an)(an)(an)(an)氣(qi)(qi)、二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)碳吸收。洗滌器(qi)排出的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)體經(jing)(jing)減壓(ya)(ya)(ya)后(hou)送(song)至低壓(ya)(ya)(ya)吸收塔(ta)(ta)做進(jin)一步(bu)吸附回收。
3. 循環
利(li)用(yong)降壓(ya)分(fen)(fen)解的(de)原理(li)使(shi)殘留(liu)氨(an)基(ji)甲(jia)酸(suan)銨分(fen)(fen)解成二(er)氧(yang)(yang)化碳(tan)(tan)和氨(an)，洗滌后(hou)循環(huan)(huan)利(li)用(yong)。來自高壓(ya)汽(qi)提(ti)塔(ta)的(de)混(hun)合液(ye)(ye)（尿液(ye)(ye)）被(bei)送(song)入精餾塔(ta)，使(shi)部分(fen)(fen)氨(an)基(ji)甲(jia)酸(suan)銨得以分(fen)(fen)解，然后(hou)進塔(ta)底氣(qi)(qi)(qi)液(ye)(ye)分(fen)(fen)離(li)器(qi)(qi)進行氣(qi)(qi)(qi)液(ye)(ye)分(fen)(fen)離(li)。分(fen)(fen)離(li)出(chu)的(de)液(ye)(ye)體(ti)（尿液(ye)(ye)）經減(jian)壓(ya)后(hou)進入閃蒸(zheng)槽(cao)。進一步閃蒸(zheng)出(chu)殘留(liu)的(de)氨(an)、二(er)氧(yang)(yang)化碳(tan)(tan)和水(shui)蒸(zheng)氣(qi)(qi)(qi)，最后(hou)得到(dao)濃度約為(wei)73％的(de)尿液(ye)(ye)。之(zhi)后(hou)，尿液(ye)(ye)進入尿液(ye)(ye)儲槽(cao)。從精餾塔(ta)頂部出(chu)來的(de)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)被(bei)送(song)入低壓(ya)氨(an)基(ji)甲(jia)酸(suan)銨冷凝器(qi)(qi)，冷凝下來的(de)氨(an)基(ji)甲(jia)酸(suan)銨經氣(qi)(qi)(qi)液(ye)(ye)分(fen)(fen)離(li)后(hou)循環(huan)(huan)使(shi)用(yong)。而(er)分(fen)(fen)離(li)器(qi)(qi)出(chu)來的(de)混(hun)合氣(qi)(qi)(qi)體(ti)（含氨(an)、二(er)氧(yang)(yang)化碳(tan)(tan)、氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)(qi)等）進入低壓(ya)洗滌器(qi)(qi)，除(chu)不凝氣(qi)(qi)(qi)外(wai)，其他氣(qi)(qi)(qi)體(ti)被(bei)吸收并循環(huan)(huan)使(shi)用(yong)。
4. 尿(niao)液蒸發(fa)與造粒
通過(guo)加熱(re)蒸(zheng)發(fa)掉(diao)凝(ning)液(ye)中的大(da)部(bu)(bu)分水(shui)，最后獲得商(shang)業用(yong)固體尿素(su)顆粒。凝(ning)液(ye)儲槽中的尿液(ye)用(yong)泵(beng)送(song)到(dao)兩(liang)段真空蒸(zheng)發(fa)器(qi)，利用(yong)蒸(zheng)汽對其進行(xing)蒸(zheng)發(fa)，得到(dao)濃(nong)度為99.7％的濃(nong)縮尿液(ye)或尿素(su)熔體。尿素(su)熔體被送(song)到(dao)尿素(su)造(zao)粒塔(ta)頂部(bu)(bu)噴頭進行(xing)造(zao)粒，從塔(ta)底出來的尿素(su)顆粒進行(xing)包裝儲存。
5. 吸收與解吸
利(li)用(yong)(yong)氨(an)水(shui)對高(gao)壓或低壓洗滌器出來(lai)的(de)氣(qi)體（含氨(an)、二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)、氧(yang)氣(qi)、氮氣(qi)、氫氣(qi)等(deng)(deng)）進行有(you)用(yong)(yong)成分（氨(an)和二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)）的(de)吸(xi)收，并重復(fu)利(li)用(yong)(yong)。吸(xi)收是(shi)在(zai)吸(xi)收塔內進行的(de)。解(jie)(jie)吸(xi)是(shi)對上(shang)游的(de)各(ge)冷凝(ning)器過來(lai)的(de)液體（含少量的(de)尿素、氨(an)、二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)等(deng)(deng)）通過氨(an)水(shui)吸(xi)收然后再利(li)用(yong)(yong)蒸汽(qi)加熱進行解(jie)(jie)吸(xi)的(de)方(fang)法(fa)對有(you)用(yong)(yong)成分（尿素、氨(an)和二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)）進行回(hui)(hui)收。回(hui)(hui)收溶液被送回(hui)(hui)低壓氨(an)基甲酸銨冷凝(ning)器重復(fu)利(li)用(yong)(yong)。
三(san)、介質(zhi)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(si)、尿素(su)裝置(zhi)的配管設計
主(zhu)要是對(dui)塔、罐(guan)、泵、壓縮機等設(she)(she)備(bei)的配管設(she)(she)計。
