一、裝置簡介
尿素(su)是氮(dan)肥系列中最(zui)高效的(de)(de)一(yi)種肥料。尿素(su)同時(shi)也(ye)是一(yi)種重要的(de)(de)化(hua)(hua)工原料，可被用(yong)來制(zhi)造塑料、涂料，也(ye)是醫藥(yao)、制(zhi)革等生(sheng)(sheng)產(chan)中的(de)(de)重要原料。尿素(su)是以液氨和二氧化(hua)(hua)碳(tan)為原料、在一(yi)定的(de)(de)壓(ya)力和溫(wen)度條件下化(hua)(hua)合而成的(de)(de)。實際過程是分(fen)兩步(bu)(bu)完(wan)(wan)成的(de)(de)，第一(yi)步(bu)(bu)是液氨與二氧化(hua)(hua)碳(tan)化(hua)(hua)合生(sheng)(sheng)產(chan)液體氨基甲(jia)酸(suan)銨(an)，第二步(bu)(bu)是對氨基甲(jia)酸(suan)銨(an)進行脫水而轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)成尿素(su)。由(you)于反應是可逆的(de)(de)，因此原料的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)換總(zong)是不(bu)完(wan)(wan)全(quan)的(de)(de)。圍繞著原料轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)率(lv)及回收循環的(de)(de)方法(fa)，派生(sheng)(sheng)出(chu)許多生(sheng)(sheng)產(chan)工藝(yi)(yi)。國內應用(yong)最(zui)多的(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)工藝(yi)(yi)是荷蘭STAMICORBAN的(de)(de)二氧化(hua)(hua)碳(tan)汽提(ti)工藝(yi)(yi)技術(shu)。
二、典型尿素裝置的工藝及特點
二氧化碳汽提(ti)法生產工藝大致(zhi)可以分為(wei)以下幾個環節(jie)，即原(yuan)料加壓、合成與(yu)汽提(ti)、循環、尿(niao)液蒸發與(yu)造粒、吸(xi)收(shou)與(yu)解吸(xi)，其工藝流程示意圖如(ru)圖2.35所示。
1. 原(yuan)料(liao)加壓
原料(liao)加(jia)(jia)(jia)壓(ya)的(de)(de)(de)目(mu)(mu)的(de)(de)(de)是(shi)把原料(liao)（液氨(an)(an)和二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)(tan)）加(jia)(jia)(jia)壓(ya)到反應(ying)需(xu)要的(de)(de)(de)壓(ya)力條件(jian)。由外(wai)界(jie)過來(lai)的(de)(de)(de)液氨(an)(an)，經(jing)液氨(an)(an)泵(beng)(beng)(beng)加(jia)(jia)(jia)壓(ya)，再經(jing)加(jia)(jia)(jia)熱器加(jia)(jia)(jia)熱后進入(ru)高(gao)(gao)壓(ya)噴射泵(beng)(beng)(beng)。在噴射泵(beng)(beng)(beng)內，與(yu)抽(chou)吸過來(lai)的(de)(de)(de)氨(an)(an)基甲酸(suan)銨混(hun)合，然后送(song)(song)至(zhi)高(gao)(gao)壓(ya)氨(an)(an)基甲酸(suan)銨冷(leng)凝器頂部。液氨(an)(an)泵(beng)(beng)(beng)一(yi)般(ban)采用(yong)往(wang)復泵(beng)(beng)(beng)。由外(wai)界(jie)送(song)(song)來(lai)的(de)(de)(de)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)(tan)，加(jia)(jia)(jia)入(ru)一(yi)定量的(de)(de)(de)空氣(qi)(qi)，由二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)(tan)壓(ya)縮機(ji)加(jia)(jia)(jia)壓(ya)送(song)(song)入(ru)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)(tan)汽提塔(ta)底部。加(jia)(jia)(jia)入(ru)空氣(qi)(qi)的(de)(de)(de)目(mu)(mu)的(de)(de)(de)是(shi)為后續的(de)(de)(de)介質(zhi)中提供一(yi)定量的(de)(de)(de)氧(yang)氣(qi)(qi)，用(yong)于防止或減緩(huan)金屬(shu)的(de)(de)(de)腐蝕。二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)(tan)壓(ya)縮機(ji)一(yi)般(ban)采用(yong)兩(liang)段離心(xin)式壓(ya)縮機(ji)。
2. 合成與汽提
合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)過(guo)程就是尿(niao)(niao)素原(yuan)液(ye)(ye)生成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)過(guo)程，而(er)汽提則是把合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)反(fan)應(ying)中剩(sheng)余的(de)(de)原(yuan)料(liao)分(fen)離出(chu)來(lai)(lai)并(bing)循(xun)環利用。在(zai)(zai)汽提塔(ta)內，原(yuan)料(liao)氣(qi)(qi)(qi)二(er)(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)碳與合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)流(liu)出(chu)物(wu)（尿(niao)(niao)素原(yuan)液(ye)(ye)混(hun)合(he)(he)物(wu)）經(jing)(jing)過(guo)傳(chuan)質、傳(chuan)熱，帶走反(fan)應(ying)中剩(sheng)余的(de)(de)原(yuan)料(liao)，并(bing)從塔(ta)頂(ding)出(chu)來(lai)(lai)。汽提塔(ta)塔(ta)頂(ding)出(chu)來(lai)(lai)的(de)(de)二(er)(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)碳混(hun)合(he)(he)氣(qi)(qi)(qi)與來(lai)(lai)自高(gao)壓(ya)(ya)噴射泵(beng)的(de)(de)液(ye)(ye)氨(an)(an)(an)(an)、氨(an)(an)(an)(an)基甲(jia)(jia)酸銨(an)液(ye)(ye)混(hun)合(he)(he)進(jin)入(ru)高(gao)壓(ya)(ya)氨(an)(an)(an)(an)基甲(jia)(jia)酸銨(an)冷凝器(qi)(qi)，并(bing)在(zai)(zai)冷凝器(qi)(qi)中發生反(fan)應(ying)生成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)氨(an)(an)(an)(an)基甲(jia)(jia)酸銨(an)。冷凝器(qi)(qi)底部(bu)出(chu)來(lai)(lai)的(de)(de)物(wu)料(liao)。來(lai)(lai)自高(gao)壓(ya)(ya)冷凝器(qi)(qi)的(de)(de)物(wu)料(liao)在(zai)(zai)合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)內自下而(er)上，進(jin)一步反(fan)應(ying)生成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)甲(jia)(jia)胺(an)(an)，甲(jia)(jia)胺(an)(an)轉化(hua)為(wei)尿(niao)(niao)素，并(bing)以混(hun)合(he)(he)液(ye)(ye)物(wu)料(liao)的(de)(de)形式從合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)底部(bu)流(liu)出(chu)。混(hun)合(he)(he)液(ye)(ye)物(wu)料(liao)含(han)尿(niao)(niao)素、氨(an)(an)(an)(an)基甲(jia)(jia)酸銨(an)、氨(an)(an)(an)(an)、二(er)(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)碳、水等。然后(hou)(hou)(hou)送入(ru)汽提塔(ta)脫除大部(bu)分(fen)多余的(de)(de)二(er)(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)碳和(he)氨(an)(an)(an)(an)。經(jing)(jing)汽提后(hou)(hou)(hou)的(de)(de)混(hun)合(he)(he)液(ye)(ye)（尿(niao)(niao)液(ye)(ye)）減壓(ya)(ya)進(jin)入(ru)循(xun)環系統。合(he)(he)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)塔(ta)頂(ding)部(bu)出(chu)來(lai)(lai)的(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)體含(han)有氨(an)(an)(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)、二(er)(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)碳、氫氣(qi)(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)(qi)、氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)(qi)、水蒸氣(qi)(qi)(qi)等。被送入(ru)高(gao)壓(ya)(ya)洗(xi)滌器(qi)(qi)對(dui)其中的(de)(de)氨(an)(an)(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)和(he)二(er)(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)碳進(jin)行回收(shou)，即利用氨(an)(an)(an)(an)基甲(jia)(jia)酸銨(an)液(ye)(ye)將氨(an)(an)(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)、二(er)(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)碳吸(xi)(xi)收(shou)。洗(xi)滌器(qi)(qi)排出(chu)的(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)體經(jing)(jing)減壓(ya)(ya)后(hou)(hou)(hou)送至低壓(ya)(ya)吸(xi)(xi)收(shou)塔(ta)做(zuo)進(jin)一步吸(xi)(xi)附回收(shou)。
3. 循環
利用(yong)降壓(ya)分(fen)解的(de)原(yuan)理使殘留氨(an)(an)(an)(an)基(ji)(ji)甲酸(suan)銨(an)(an)分(fen)解成二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)和氨(an)(an)(an)(an)，洗(xi)滌(di)后循(xun)環(huan)利用(yong)。來自高壓(ya)汽(qi)提塔的(de)混合(he)液(ye)（尿(niao)液(ye)）被(bei)送入(ru)精(jing)餾塔，使部分(fen)氨(an)(an)(an)(an)基(ji)(ji)甲酸(suan)銨(an)(an)得以分(fen)解，然后進(jin)塔底氣(qi)(qi)(qi)液(ye)分(fen)離器(qi)進(jin)行氣(qi)(qi)(qi)液(ye)分(fen)離。分(fen)離出(chu)(chu)的(de)液(ye)體(ti)（尿(niao)液(ye)）經減壓(ya)后進(jin)入(ru)閃蒸(zheng)槽。進(jin)一步(bu)閃蒸(zheng)出(chu)(chu)殘留的(de)氨(an)(an)(an)(an)、二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)和水(shui)蒸(zheng)氣(qi)(qi)(qi)，最后得到濃度約為73％的(de)尿(niao)液(ye)。之后，尿(niao)液(ye)進(jin)入(ru)尿(niao)液(ye)儲槽。從精(jing)餾塔頂部出(chu)(chu)來的(de)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)被(bei)送入(ru)低(di)壓(ya)氨(an)(an)(an)(an)基(ji)(ji)甲酸(suan)銨(an)(an)冷凝器(qi)，冷凝下來的(de)氨(an)(an)(an)(an)基(ji)(ji)甲酸(suan)銨(an)(an)經氣(qi)(qi)(qi)液(ye)分(fen)離后循(xun)環(huan)使用(yong)。而分(fen)離器(qi)出(chu)(chu)來的(de)混合(he)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)（含氨(an)(an)(an)(an)、二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)、氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)等）進(jin)入(ru)低(di)壓(ya)洗(xi)滌(di)器(qi)，除不凝氣(qi)(qi)(qi)外，其他氣(qi)(qi)(qi)體(ti)被(bei)吸收并循(xun)環(huan)使用(yong)。
4. 尿液蒸發與造粒
通過(guo)加熱蒸(zheng)發掉凝液中(zhong)的(de)大部(bu)分水(shui)，最(zui)后獲得商業用(yong)固體(ti)尿(niao)(niao)素顆粒。凝液儲槽中(zhong)的(de)尿(niao)(niao)液用(yong)泵送到(dao)兩段真空蒸(zheng)發器，利用(yong)蒸(zheng)汽對其進(jin)行(xing)蒸(zheng)發，得到(dao)濃度為99.7％的(de)濃縮尿(niao)(niao)液或尿(niao)(niao)素熔體(ti)。尿(niao)(niao)素熔體(ti)被送到(dao)尿(niao)(niao)素造粒塔頂部(bu)噴頭進(jin)行(xing)造粒，從塔底出來的(de)尿(niao)(niao)素顆粒進(jin)行(xing)包(bao)裝儲存。
5. 吸收與解(jie)吸
利用(yong)(yong)(yong)氨水對(dui)高壓或低壓洗(xi)滌器(qi)(qi)出來的(de)氣體（含(han)氨、二氧(yang)化(hua)碳(tan)、氧(yang)氣、氮氣、氫氣等）進行(xing)有用(yong)(yong)(yong)成分(fen)（氨和二氧(yang)化(hua)碳(tan)）的(de)吸收(shou)(shou)，并重復利用(yong)(yong)(yong)。吸收(shou)(shou)是在(zai)吸收(shou)(shou)塔內進行(xing)的(de)。解吸是對(dui)上游的(de)各(ge)冷凝(ning)(ning)器(qi)(qi)過來的(de)液體（含(han)少量的(de)尿素、氨、二氧(yang)化(hua)碳(tan)等）通過氨水吸收(shou)(shou)然后再利用(yong)(yong)(yong)蒸(zheng)汽加(jia)熱(re)進行(xing)解吸的(de)方法(fa)對(dui)有用(yong)(yong)(yong)成分(fen)（尿素、氨和二氧(yang)化(hua)碳(tan)）進行(xing)回收(shou)(shou)。回收(shou)(shou)溶液被(bei)送回低壓氨基甲酸銨(an)冷凝(ning)(ning)器(qi)(qi)重復利用(yong)(yong)(yong)。
三、介質特(te)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)、尿素裝(zhuang)置的配管設計
主要是(shi)對塔、罐(guan)、泵、壓縮機等設備的配管(guan)設計。
