一、裝置簡介(jie)
尿(niao)素是(shi)(shi)氮肥系列中(zhong)最高效的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)種(zhong)肥料(liao)(liao)(liao)。尿(niao)素同時也(ye)是(shi)(shi)一(yi)(yi)種(zhong)重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)工原料(liao)(liao)(liao)，可被用來制造(zao)塑料(liao)(liao)(liao)、涂料(liao)(liao)(liao)，也(ye)是(shi)(shi)醫藥、制革等生(sheng)(sheng)產(chan)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)要原料(liao)(liao)(liao)。尿(niao)素是(shi)(shi)以液(ye)氨(an)(an)和二氧(yang)化(hua)碳為原料(liao)(liao)(liao)、在(zai)一(yi)(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)壓力和溫度條件下化(hua)合而成的(de)(de)(de)(de)(de)。實(shi)際過程是(shi)(shi)分兩(liang)步完(wan)(wan)成的(de)(de)(de)(de)(de)，第一(yi)(yi)步是(shi)(shi)液(ye)氨(an)(an)與二氧(yang)化(hua)碳化(hua)合生(sheng)(sheng)產(chan)液(ye)體氨(an)(an)基甲酸銨，第二步是(shi)(shi)對氨(an)(an)基甲酸銨進行脫水而轉(zhuan)化(hua)成尿(niao)素。由于(yu)反(fan)應(ying)是(shi)(shi)可逆的(de)(de)(de)(de)(de)，因(yin)此原料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)換總是(shi)(shi)不完(wan)(wan)全的(de)(de)(de)(de)(de)。圍繞著原料(liao)(liao)(liao)轉(zhuan)化(hua)率(lv)及回收循(xun)環的(de)(de)(de)(de)(de)方法，派生(sheng)(sheng)出(chu)許多生(sheng)(sheng)產(chan)工藝。國內(nei)應(ying)用最多的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)工藝是(shi)(shi)荷蘭STAMICORBAN的(de)(de)(de)(de)(de)二氧(yang)化(hua)碳汽提(ti)工藝技(ji)術(shu)。
二(er)、典型(xing)尿素裝(zhuang)置的工藝及特點
二氧化碳汽提法生產工(gong)藝(yi)大致可(ke)以分為以下幾個環(huan)節，即原料加壓、合成與(yu)(yu)汽提、循環(huan)、尿(niao)液蒸發與(yu)(yu)造粒、吸收與(yu)(yu)解吸，其工(gong)藝(yi)流程示意圖如圖2.35所示。
1. 原(yuan)料加壓(ya)
原(yuan)料加(jia)壓(ya)的目(mu)的是把(ba)原(yuan)料（液(ye)(ye)氨和(he)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)）加(jia)壓(ya)到反應需要的壓(ya)力條(tiao)件。由(you)外(wai)界過(guo)來的液(ye)(ye)氨，經(jing)液(ye)(ye)氨泵(beng)(beng)加(jia)壓(ya)，再經(jing)加(jia)熱器加(jia)熱后(hou)進入(ru)高壓(ya)噴射泵(beng)(beng)。在噴射泵(beng)(beng)內，與抽吸過(guo)來的氨基甲酸(suan)(suan)銨(an)混合，然(ran)后(hou)送至高壓(ya)氨基甲酸(suan)(suan)銨(an)冷(leng)凝器頂部(bu)。液(ye)(ye)氨泵(beng)(beng)一(yi)般采用往復泵(beng)(beng)。由(you)外(wai)界送來的二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)，加(jia)入(ru)一(yi)定量的空(kong)氣，由(you)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)壓(ya)縮(suo)(suo)機(ji)加(jia)壓(ya)送入(ru)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)汽提塔底部(bu)。加(jia)入(ru)空(kong)氣的目(mu)的是為后(hou)續的介(jie)質中提供(gong)一(yi)定量的氧(yang)(yang)(yang)氣，用于(yu)防(fang)止或減緩金屬的腐蝕。二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)壓(ya)縮(suo)(suo)機(ji)一(yi)般采用兩段離心(xin)式(shi)壓(ya)縮(suo)(suo)機(ji)。
2. 合成與汽(qi)提
合(he)(he)成(cheng)(cheng)的(de)(de)過(guo)程(cheng)(cheng)就是尿素原(yuan)(yuan)液(ye)(ye)(ye)生(sheng)成(cheng)(cheng)的(de)(de)過(guo)程(cheng)(cheng)，而(er)(er)汽(qi)提則是把合(he)(he)成(cheng)(cheng)反(fan)應(ying)中(zhong)剩余(yu)的(de)(de)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)分離出來(lai)并(bing)(bing)循環(huan)利用(yong)。在汽(qi)提塔(ta)內(nei)，原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)氣(qi)(qi)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)(tan)與(yu)合(he)(he)成(cheng)(cheng)塔(ta)流(liu)出物（尿素原(yuan)(yuan)液(ye)(ye)(ye)混(hun)(hun)合(he)(he)物）經過(guo)傳質(zhi)、傳熱，帶走反(fan)應(ying)中(zhong)剩余(yu)的(de)(de)原(yuan)(yuan)料(liao)(liao)(liao)，并(bing)(bing)從(cong)塔(ta)頂(ding)(ding)出來(lai)。汽(qi)提塔(ta)塔(ta)頂(ding)(ding)出來(lai)的(de)(de)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)(tan)混(hun)(hun)合(he)(he)氣(qi)(qi)與(yu)來(lai)自高(gao)壓(ya)(ya)噴射泵(beng)的(de)(de)液(ye)(ye)(ye)氨(an)、氨(an)基(ji)(ji)(ji)甲酸(suan)(suan)(suan)銨(an)液(ye)(ye)(ye)混(hun)(hun)合(he)(he)進入高(gao)壓(ya)(ya)氨(an)基(ji)(ji)(ji)甲酸(suan)(suan)(suan)銨(an)冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)器(qi)(qi)，并(bing)(bing)在冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)器(qi)(qi)中(zhong)發生(sheng)反(fan)應(ying)生(sheng)成(cheng)(cheng)氨(an)基(ji)(ji)(ji)甲酸(suan)(suan)(suan)銨(an)。冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)器(qi)(qi)底部(bu)出來(lai)的(de)(de)物料(liao)(liao)(liao)。來(lai)自高(gao)壓(ya)(ya)冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)器(qi)(qi)的(de)(de)物料(liao)(liao)(liao)在合(he)(he)成(cheng)(cheng)塔(ta)內(nei)自下而(er)(er)上，進一步反(fan)應(ying)生(sheng)成(cheng)(cheng)甲胺(an)，甲胺(an)轉(zhuan)化(hua)為(wei)尿素，并(bing)(bing)以混(hun)(hun)合(he)(he)液(ye)(ye)(ye)物料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)形(xing)式從(cong)合(he)(he)成(cheng)(cheng)塔(ta)底部(bu)流(liu)出。混(hun)(hun)合(he)(he)液(ye)(ye)(ye)物料(liao)(liao)(liao)含尿素、氨(an)基(ji)(ji)(ji)甲酸(suan)(suan)(suan)銨(an)、氨(an)、二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)(tan)、水等(deng)。然后(hou)送(song)(song)入汽(qi)提塔(ta)脫除大部(bu)分多(duo)余(yu)的(de)(de)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)(tan)和氨(an)。經汽(qi)提后(hou)的(de)(de)混(hun)(hun)合(he)(he)液(ye)(ye)(ye)（尿液(ye)(ye)(ye)）減(jian)壓(ya)(ya)進入循環(huan)系統。合(he)(he)成(cheng)(cheng)塔(ta)頂(ding)(ding)部(bu)出來(lai)的(de)(de)氣(qi)(qi)體(ti)含有(you)氨(an)氣(qi)(qi)、二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)(tan)、氫氣(qi)(qi)、氮(dan)氣(qi)(qi)、氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)、水蒸氣(qi)(qi)等(deng)。被送(song)(song)入高(gao)壓(ya)(ya)洗(xi)滌器(qi)(qi)對其中(zhong)的(de)(de)氨(an)氣(qi)(qi)和二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)(tan)進行回(hui)收(shou)(shou)，即利用(yong)氨(an)基(ji)(ji)(ji)甲酸(suan)(suan)(suan)銨(an)液(ye)(ye)(ye)將氨(an)氣(qi)(qi)、二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)(tan)(tan)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)。洗(xi)滌器(qi)(qi)排出的(de)(de)氣(qi)(qi)體(ti)經減(jian)壓(ya)(ya)后(hou)送(song)(song)至(zhi)低壓(ya)(ya)吸(xi)(xi)收(shou)(shou)塔(ta)做進一步吸(xi)(xi)附(fu)回(hui)收(shou)(shou)。
3. 循環(huan)
利用(yong)降壓分解的(de)原理(li)使(shi)殘(can)留氨(an)(an)(an)(an)基(ji)甲酸(suan)(suan)銨(an)分解成二(er)氧(yang)化碳和(he)氨(an)(an)(an)(an)，洗滌(di)后(hou)循(xun)(xun)環利用(yong)。來(lai)自高壓汽提(ti)塔的(de)混合(he)液(ye)（尿液(ye)）被送入(ru)精餾(liu)塔，使(shi)部分氨(an)(an)(an)(an)基(ji)甲酸(suan)(suan)銨(an)得(de)以分解，然后(hou)進(jin)塔底氣(qi)液(ye)分離(li)器(qi)進(jin)行氣(qi)液(ye)分離(li)。分離(li)出的(de)液(ye)體（尿液(ye)）經減壓后(hou)進(jin)入(ru)閃(shan)蒸(zheng)槽。進(jin)一步(bu)閃(shan)蒸(zheng)出殘(can)留的(de)氨(an)(an)(an)(an)、二(er)氧(yang)化碳和(he)水蒸(zheng)氣(qi)，最后(hou)得(de)到濃(nong)度約(yue)為73％的(de)尿液(ye)。之后(hou)，尿液(ye)進(jin)入(ru)尿液(ye)儲槽。從精餾(liu)塔頂部出來(lai)的(de)氣(qi)體被送入(ru)低壓氨(an)(an)(an)(an)基(ji)甲酸(suan)(suan)銨(an)冷凝(ning)器(qi)，冷凝(ning)下(xia)來(lai)的(de)氨(an)(an)(an)(an)基(ji)甲酸(suan)(suan)銨(an)經氣(qi)液(ye)分離(li)后(hou)循(xun)(xun)環使(shi)用(yong)。而分離(li)器(qi)出來(lai)的(de)混合(he)氣(qi)體（含氨(an)(an)(an)(an)、二(er)氧(yang)化碳、氧(yang)氣(qi)等）進(jin)入(ru)低壓洗滌(di)器(qi)，除不(bu)凝(ning)氣(qi)外，其他(ta)氣(qi)體被吸收并循(xun)(xun)環使(shi)用(yong)。
4. 尿液蒸發與(yu)造粒(li)
通過加(jia)熱蒸(zheng)發(fa)掉凝液(ye)中的(de)大(da)部分水，最后(hou)獲得商業(ye)用固體尿(niao)(niao)素(su)顆粒(li)。凝液(ye)儲槽中的(de)尿(niao)(niao)液(ye)用泵送到兩段真空蒸(zheng)發(fa)器，利用蒸(zheng)汽對其進(jin)行(xing)蒸(zheng)發(fa)，得到濃度為99.7％的(de)濃縮尿(niao)(niao)液(ye)或尿(niao)(niao)素(su)熔體。尿(niao)(niao)素(su)熔體被(bei)送到尿(niao)(niao)素(su)造粒(li)塔(ta)頂部噴頭(tou)進(jin)行(xing)造粒(li)，從(cong)塔(ta)底出來(lai)的(de)尿(niao)(niao)素(su)顆粒(li)進(jin)行(xing)包裝儲存(cun)。
5. 吸收(shou)與解吸
利(li)(li)用(yong)氨(an)(an)(an)水對(dui)高壓或低壓洗滌器出(chu)來的(de)氣體（含(han)氨(an)(an)(an)、二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化碳(tan)(tan)、氧(yang)(yang)氣、氮氣、氫氣等）進(jin)(jin)行有用(yong)成(cheng)分（氨(an)(an)(an)和(he)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化碳(tan)(tan)）的(de)吸(xi)收(shou)，并(bing)重(zhong)復利(li)(li)用(yong)。吸(xi)收(shou)是在吸(xi)收(shou)塔(ta)內進(jin)(jin)行的(de)。解吸(xi)是對(dui)上游的(de)各冷(leng)凝器過(guo)(guo)來的(de)液體（含(han)少量的(de)尿素、氨(an)(an)(an)、二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化碳(tan)(tan)等）通過(guo)(guo)氨(an)(an)(an)水吸(xi)收(shou)然后(hou)再利(li)(li)用(yong)蒸汽加熱進(jin)(jin)行解吸(xi)的(de)方法對(dui)有用(yong)成(cheng)分（尿素、氨(an)(an)(an)和(he)二(er)(er)(er)氧(yang)(yang)化碳(tan)(tan)）進(jin)(jin)行回收(shou)。回收(shou)溶液被送回低壓氨(an)(an)(an)基甲酸(suan)銨冷(leng)凝器重(zhong)復利(li)(li)用(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(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、尿素裝置的配管設計
主要是對塔、罐(guan)、泵、壓縮(suo)機(ji)等設備的配管設計(ji)。
