一、裝置簡介
尿(niao)素(su)是(shi)氮(dan)肥系列中最(zui)高效的(de)(de)一種(zhong)肥料(liao)(liao)。尿(niao)素(su)同時也(ye)是(shi)一種(zhong)重要的(de)(de)化(hua)工原料(liao)(liao)，可被用來制(zhi)造(zao)塑(su)料(liao)(liao)、涂料(liao)(liao)，也(ye)是(shi)醫藥、制(zhi)革等生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)中的(de)(de)重要原料(liao)(liao)。尿(niao)素(su)是(shi)以液(ye)氨和二(er)氧化(hua)碳為原料(liao)(liao)、在(zai)一定的(de)(de)壓力和溫度(du)條件下化(hua)合而成的(de)(de)。實際過程是(shi)分兩步(bu)完(wan)成的(de)(de)，第一步(bu)是(shi)液(ye)氨與(yu)二(er)氧化(hua)碳化(hua)合生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)液(ye)體氨基甲酸(suan)銨，第二(er)步(bu)是(shi)對氨基甲酸(suan)銨進行脫(tuo)水而轉(zhuan)化(hua)成尿(niao)素(su)。由于反應(ying)是(shi)可逆的(de)(de)，因此原料(liao)(liao)的(de)(de)轉(zhuan)換總是(shi)不完(wan)全的(de)(de)。圍(wei)繞著原料(liao)(liao)轉(zhuan)化(hua)率及回(hui)收循(xun)環的(de)(de)方法，派生(sheng)(sheng)出許多(duo)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)工藝(yi)(yi)。國內(nei)應(ying)用最(zui)多(duo)的(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)工藝(yi)(yi)是(shi)荷蘭(lan)STAMICORBAN的(de)(de)二(er)氧化(hua)碳汽(qi)提工藝(yi)(yi)技術。
二、典(dian)型尿素裝置的工藝及特點
二氧(yang)化碳汽提(ti)法(fa)生(sheng)產工(gong)藝大致可以分為以下幾個(ge)環(huan)節，即(ji)原料加壓、合成與(yu)汽提(ti)、循環(huan)、尿液蒸發與(yu)造粒、吸(xi)收(shou)與(yu)解吸(xi)，其工(gong)藝流(liu)程示意圖(tu)如圖(tu)2.35所示。
1. 原料加壓
原(yuan)(yuan)料加(jia)(jia)壓(ya)(ya)的(de)(de)目的(de)(de)是把原(yuan)(yuan)料（液(ye)(ye)氨(an)(an)和二氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)）加(jia)(jia)壓(ya)(ya)到反應(ying)需要(yao)的(de)(de)壓(ya)(ya)力條件(jian)。由外(wai)界過來(lai)(lai)的(de)(de)液(ye)(ye)氨(an)(an)，經液(ye)(ye)氨(an)(an)泵(beng)(beng)加(jia)(jia)壓(ya)(ya)，再(zai)經加(jia)(jia)熱器加(jia)(jia)熱后進入高壓(ya)(ya)噴射(she)泵(beng)(beng)。在噴射(she)泵(beng)(beng)內，與抽吸過來(lai)(lai)的(de)(de)氨(an)(an)基甲酸(suan)銨(an)混合，然后送(song)(song)至高壓(ya)(ya)氨(an)(an)基甲酸(suan)銨(an)冷凝器頂(ding)部(bu)。液(ye)(ye)氨(an)(an)泵(beng)(beng)一(yi)般(ban)采(cai)用(yong)(yong)往復泵(beng)(beng)。由外(wai)界送(song)(song)來(lai)(lai)的(de)(de)二氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)，加(jia)(jia)入一(yi)定量的(de)(de)空(kong)(kong)氣(qi)，由二氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)壓(ya)(ya)縮機(ji)加(jia)(jia)壓(ya)(ya)送(song)(song)入二氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)汽提塔(ta)底部(bu)。加(jia)(jia)入空(kong)(kong)氣(qi)的(de)(de)目的(de)(de)是為后續的(de)(de)介質中提供一(yi)定量的(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)氣(qi)，用(yong)(yong)于防止(zhi)或減(jian)緩(huan)金(jin)屬的(de)(de)腐蝕(shi)。二氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)壓(ya)(ya)縮機(ji)一(yi)般(ban)采(cai)用(yong)(yong)兩段離心(xin)式壓(ya)(ya)縮機(ji)。
2. 合成與汽(qi)提
合(he)成(cheng)(cheng)的(de)(de)過(guo)程就是(shi)尿(niao)素(su)原(yuan)液(ye)(ye)生成(cheng)(cheng)的(de)(de)過(guo)程，而(er)汽提(ti)則是(shi)把合(he)成(cheng)(cheng)反(fan)應中剩余的(de)(de)原(yuan)料分(fen)離出(chu)來(lai)(lai)并循環(huan)利(li)用。在(zai)(zai)汽提(ti)塔(ta)(ta)內，原(yuan)料氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)二(er)氧化(hua)碳(tan)(tan)(tan)與(yu)合(he)成(cheng)(cheng)塔(ta)(ta)流出(chu)物(wu)(wu)（尿(niao)素(su)原(yuan)液(ye)(ye)混合(he)物(wu)(wu)）經過(guo)傳質(zhi)、傳熱，帶(dai)走反(fan)應中剩余的(de)(de)原(yuan)料，并從塔(ta)(ta)頂(ding)出(chu)來(lai)(lai)。汽提(ti)塔(ta)(ta)塔(ta)(ta)頂(ding)出(chu)來(lai)(lai)的(de)(de)二(er)氧化(hua)碳(tan)(tan)(tan)混合(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)與(yu)來(lai)(lai)自(zi)(zi)高(gao)壓(ya)噴射(she)泵的(de)(de)液(ye)(ye)氨(an)(an)、氨(an)(an)基(ji)甲(jia)(jia)酸(suan)銨(an)(an)液(ye)(ye)混合(he)進(jin)入高(gao)壓(ya)氨(an)(an)基(ji)甲(jia)(jia)酸(suan)銨(an)(an)冷(leng)凝(ning)器(qi)，并在(zai)(zai)冷(leng)凝(ning)器(qi)中發生反(fan)應生成(cheng)(cheng)氨(an)(an)基(ji)甲(jia)(jia)酸(suan)銨(an)(an)。冷(leng)凝(ning)器(qi)底部(bu)出(chu)來(lai)(lai)的(de)(de)物(wu)(wu)料。來(lai)(lai)自(zi)(zi)高(gao)壓(ya)冷(leng)凝(ning)器(qi)的(de)(de)物(wu)(wu)料在(zai)(zai)合(he)成(cheng)(cheng)塔(ta)(ta)內自(zi)(zi)下而(er)上，進(jin)一步反(fan)應生成(cheng)(cheng)甲(jia)(jia)胺，甲(jia)(jia)胺轉化(hua)為尿(niao)素(su)，并以(yi)混合(he)液(ye)(ye)物(wu)(wu)料的(de)(de)形式從合(he)成(cheng)(cheng)塔(ta)(ta)底部(bu)流出(chu)。混合(he)液(ye)(ye)物(wu)(wu)料含尿(niao)素(su)、氨(an)(an)基(ji)甲(jia)(jia)酸(suan)銨(an)(an)、氨(an)(an)、二(er)氧化(hua)碳(tan)(tan)(tan)、水(shui)等(deng)。然后(hou)送入汽提(ti)塔(ta)(ta)脫除(chu)大部(bu)分(fen)多余的(de)(de)二(er)氧化(hua)碳(tan)(tan)(tan)和(he)氨(an)(an)。經汽提(ti)后(hou)的(de)(de)混合(he)液(ye)(ye)（尿(niao)液(ye)(ye)）減(jian)壓(ya)進(jin)入循環(huan)系統。合(he)成(cheng)(cheng)塔(ta)(ta)頂(ding)部(bu)出(chu)來(lai)(lai)的(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)含有氨(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、二(er)氧化(hua)碳(tan)(tan)(tan)、氫氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、氧氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、水(shui)蒸氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)等(deng)。被送入高(gao)壓(ya)洗(xi)滌器(qi)對其中的(de)(de)氨(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和(he)二(er)氧化(hua)碳(tan)(tan)(tan)進(jin)行回收(shou)，即(ji)利(li)用氨(an)(an)基(ji)甲(jia)(jia)酸(suan)銨(an)(an)液(ye)(ye)將氨(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、二(er)氧化(hua)碳(tan)(tan)(tan)吸(xi)收(shou)。洗(xi)滌器(qi)排出(chu)的(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)經減(jian)壓(ya)后(hou)送至低壓(ya)吸(xi)收(shou)塔(ta)(ta)做進(jin)一步吸(xi)附回收(shou)。
3. 循環
利用(yong)降壓(ya)(ya)分(fen)(fen)解(jie)(jie)的原理使殘(can)留氨基甲酸(suan)銨(an)分(fen)(fen)解(jie)(jie)成(cheng)二氧(yang)(yang)化(hua)碳和氨，洗滌后循(xun)(xun)環(huan)利用(yong)。來(lai)自高壓(ya)(ya)汽提塔(ta)的混合液（尿(niao)液）被(bei)送入(ru)(ru)精餾(liu)塔(ta)，使部(bu)分(fen)(fen)氨基甲酸(suan)銨(an)得以(yi)分(fen)(fen)解(jie)(jie)，然后進(jin)塔(ta)底氣(qi)液分(fen)(fen)離(li)(li)(li)器(qi)進(jin)行氣(qi)液分(fen)(fen)離(li)(li)(li)。分(fen)(fen)離(li)(li)(li)出(chu)的液體(ti)（尿(niao)液）經減壓(ya)(ya)后進(jin)入(ru)(ru)閃蒸槽。進(jin)一步閃蒸出(chu)殘(can)留的氨、二氧(yang)(yang)化(hua)碳和水蒸氣(qi)，最(zui)后得到濃度約為(wei)73％的尿(niao)液。之后，尿(niao)液進(jin)入(ru)(ru)尿(niao)液儲槽。從精餾(liu)塔(ta)頂部(bu)出(chu)來(lai)的氣(qi)體(ti)被(bei)送入(ru)(ru)低(di)壓(ya)(ya)氨基甲酸(suan)銨(an)冷凝器(qi)，冷凝下(xia)來(lai)的氨基甲酸(suan)銨(an)經氣(qi)液分(fen)(fen)離(li)(li)(li)后循(xun)(xun)環(huan)使用(yong)。而(er)分(fen)(fen)離(li)(li)(li)器(qi)出(chu)來(lai)的混合氣(qi)體(ti)（含氨、二氧(yang)(yang)化(hua)碳、氧(yang)(yang)氣(qi)等）進(jin)入(ru)(ru)低(di)壓(ya)(ya)洗滌器(qi)，除(chu)不凝氣(qi)外(wai)，其(qi)他氣(qi)體(ti)被(bei)吸收并循(xun)(xun)環(huan)使用(yong)。
4. 尿(niao)液蒸發(fa)與造粒
通過加熱(re)蒸(zheng)發掉凝(ning)液(ye)中的(de)大部(bu)分水(shui)，最后獲得(de)商(shang)業用固(gu)體尿素(su)顆(ke)粒(li)(li)。凝(ning)液(ye)儲槽中的(de)尿液(ye)用泵送到兩段真空蒸(zheng)發器，利用蒸(zheng)汽對其進行(xing)蒸(zheng)發，得(de)到濃度為99.7％的(de)濃縮尿液(ye)或尿素(su)熔(rong)體。尿素(su)熔(rong)體被送到尿素(su)造粒(li)(li)塔頂部(bu)噴頭進行(xing)造粒(li)(li)，從(cong)塔底出來(lai)的(de)尿素(su)顆(ke)粒(li)(li)進行(xing)包裝(zhuang)儲存(cun)。
5. 吸收與解吸
利(li)用(yong)(yong)氨(an)水對高壓(ya)或低(di)壓(ya)洗滌器出來的(de)(de)氣(qi)體（含氨(an)、二(er)氧化碳(tan)、氧氣(qi)、氮氣(qi)、氫氣(qi)等(deng)）進行(xing)(xing)有用(yong)(yong)成(cheng)分(fen)（氨(an)和(he)二(er)氧化碳(tan)）的(de)(de)吸收(shou)，并重復(fu)(fu)利(li)用(yong)(yong)。吸收(shou)是(shi)在吸收(shou)塔內進行(xing)(xing)的(de)(de)。解(jie)吸是(shi)對上游的(de)(de)各冷凝(ning)器過來的(de)(de)液體（含少量的(de)(de)尿(niao)素、氨(an)、二(er)氧化碳(tan)等(deng)）通(tong)過氨(an)水吸收(shou)然后再利(li)用(yong)(yong)蒸汽加熱進行(xing)(xing)解(jie)吸的(de)(de)方法(fa)對有用(yong)(yong)成(cheng)分(fen)（尿(niao)素、氨(an)和(he)二(er)氧化碳(tan)）進行(xing)(xing)回收(shou)。回收(shou)溶液被(bei)送回低(di)壓(ya)氨(an)基甲(jia)酸銨冷凝(ning)器重復(fu)(fu)利(li)用(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(bu)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、尿素裝置的配管(guan)設計(ji)
主要是(shi)對塔、罐、泵、壓縮機等(deng)設備的配管設計。
