一、裝置簡(jiǎn)介

  尿素是氮肥系列中最高效的一種肥料。尿素同時(shí)也是一種重要的化工原料，可被用來(lái)制造塑料、涂料，也是醫(yī)藥、制革等生產(chǎn)中的重要原料。尿素是以液氨和二氧化碳為原料、在一定的壓力和溫度條件下化合而成的。實(shí)際過(guò)程是分兩步完成的，第一步是液氨與二氧化碳化合生產(chǎn)液體氨基甲酸銨，第二步是對(duì)氨基甲酸銨進(jìn)行脫水而轉(zhuǎn)化成尿素。由于反應(yīng)是可逆的，因此原料的轉(zhuǎn)換總是不完全的。圍繞著原料轉(zhuǎn)化率及回收循環(huán)的方法，派生出許多生產(chǎn)工藝。國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的生產(chǎn)工藝是荷蘭STAMICORBAN的二氧化碳汽提工藝技術(shù)。

二、典型尿素裝置的工藝及特點(diǎn)

  二氧化碳汽提法生產(chǎn)工藝大致可以分為以下幾個(gè)環(huán)節(jié)，即原料加壓、合成與汽提、循環(huán)、尿液蒸發(fā)與造粒、吸收與解吸，其工藝流程示意圖如圖2.35所示。

 1. 原料加壓 

   原料加壓的目的是把原料（液氨和二氧化碳）加壓到反應(yīng)需要的壓力條件。由外界過(guò)來(lái)的液氨，經(jīng)液氨泵加壓，再經(jīng)加熱器加熱后進(jìn)入高壓噴射泵。在噴射泵內(nèi)，與抽吸過(guò)來(lái)的氨基甲酸銨混合，然后送至高壓氨基甲酸銨冷凝器頂部。液氨泵一般采用往復(fù)泵。由外界送來(lái)的二氧化碳，加入一定量的空氣，由二氧化碳?jí)嚎s機(jī)加壓送入二氧化碳汽提塔底部。加入空氣的目的是為后續(xù)的介質(zhì)中提供一定量的氧氣，用于防止或減緩金屬的腐蝕。二氧化碳?jí)嚎s機(jī)一般采用兩段離心式壓縮機(jī)。

 2. 合成與汽提 

   合成的過(guò)程就是尿素原液生成的過(guò)程，而汽提則是把合成反應(yīng)中剩余的原料分離出來(lái)并循環(huán)利用。在汽提塔內(nèi)，原料氣二氧化碳與合成塔流出物（尿素原液混合物）經(jīng)過(guò)傳質(zhì)、傳熱，帶走反應(yīng)中剩余的原料，并從塔頂出來(lái)。汽提塔塔頂出來(lái)的二氧化碳混合氣與來(lái)自高壓噴射泵的液氨、氨基甲酸銨液混合進(jìn)入高壓氨基甲酸銨冷凝器，并在冷凝器中發(fā)生反應(yīng)生成氨基甲酸銨。冷凝器底部出來(lái)的物料。來(lái)自高壓冷凝器的物料在合成塔內(nèi)自下而上，進(jìn)一步反應(yīng)生成甲胺，甲胺轉(zhuǎn)化為尿素，并以混合液物料的形式從合成塔底部流出。混合液物料含尿素、氨基甲酸銨、氨、二氧化碳、水等。然后送入汽提塔脫除大部分多余的二氧化碳和氨。經(jīng)汽提后的混合液（尿液）減壓進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。合成塔頂部出來(lái)的氣體含有氨氣、二氧化碳、氫氣、氮?dú)狻⒀鯕狻⑺魵獾取１凰腿敫邏合礈炱鲗?duì)其中的氨氣和二氧化碳進(jìn)行回收，即利用氨基甲酸銨液將氨氣、二氧化碳吸收。洗滌器排出的氣體經(jīng)減壓后送至低壓吸收塔做進(jìn)一步吸附回收。

 3. 循環(huán) 

   利用降壓分解的原理使殘留氨基甲酸銨分解成二氧化碳和氨，洗滌后循環(huán)利用。來(lái)自高壓汽提塔的混合液（尿液）被送入精餾塔，使部分氨基甲酸銨得以分解，然后進(jìn)塔底氣液分離器進(jìn)行氣液分離。分離出的液體（尿液）經(jīng)減壓后進(jìn)入閃蒸槽。進(jìn)一步閃蒸出殘留的氨、二氧化碳和水蒸氣，最后得到濃度約為73％的尿液。之后，尿液進(jìn)入尿液儲(chǔ)槽。從精餾塔頂部出來(lái)的氣體被送入低壓氨基甲酸銨冷凝器，冷凝下來(lái)的氨基甲酸銨經(jīng)氣液分離后循環(huán)使用。而分離器出來(lái)的混合氣體（含氨、二氧化碳、氧氣等）進(jìn)入低壓洗滌器，除不凝氣外，其他氣體被吸收并循環(huán)使用。

 4. 尿液蒸發(fā)與造粒 

   通過(guò)加熱蒸發(fā)掉凝液中的大部分水，最后獲得商業(yè)用固體尿素顆粒。凝液儲(chǔ)槽中的尿液用泵送到兩段真空蒸發(fā)器，利用蒸汽對(duì)其進(jìn)行蒸發(fā)，得到濃度為99.7％的濃縮尿液或尿素熔體。尿素熔體被送到尿素造粒塔頂部噴頭進(jìn)行造粒，從塔底出來(lái)的尿素顆粒進(jìn)行包裝儲(chǔ)存。

 5. 吸收與解吸 

   利用氨水對(duì)高壓或低壓洗滌器出來(lái)的氣體（含氨、二氧化碳、氧氣、氮?dú)狻錃獾龋┻M(jìn)行有用成分（氨和二氧化碳）的吸收，并重復(fù)利用。吸收是在吸收塔內(nèi)進(jìn)行的。解吸是對(duì)上游的各冷凝器過(guò)來(lái)的液體（含少量的尿素、氨、二氧化碳等）通過(guò)氨水吸收然后再利用蒸汽加熱進(jìn)行解吸的方法對(duì)有用成分（尿素、氨和二氧化碳）進(jìn)行回收。回收溶液被送回低壓氨基甲酸銨冷凝器重復(fù)利用。

三、介質(zhì)特點(diǎn)

  尿素裝置中包含的有特殊性質(zhì)的介質(zhì)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(tài)下為無(wú)色或白色針狀或棒狀結(jié)晶體，無(wú)臭無(wú)味。熔點(diǎn)為132.7℃。干尿素對(duì)金屬無(wú)腐蝕，但吸水后水解成氨基甲酸銨，而當(dāng)氨基甲酸銨進(jìn)一步分解成二氧化碳和氨時(shí)，將對(duì)金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈的腐蝕，該腐蝕會(huì)隨溫度的升高而加劇，尤其是在更高的溫度下轉(zhuǎn)化為氰酸銨和氰酸時(shí)，對(duì)不銹鋼金屬也會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的腐蝕。氨基甲酸銨對(duì)大多數(shù)金屬具有強(qiáng)烈的腐蝕，表現(xiàn)為還原性電化學(xué)腐蝕，而且還具有強(qiáng)烈的縫隙腐蝕特性。溫度越高，腐蝕性越強(qiáng)。當(dāng)溫度高于160℃時(shí)，要維持介質(zhì)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(shè)計(jì)

  主要是對(duì)塔、罐、泵、壓縮機(jī)等設(shè)備的配管設(shè)計(jì)。