一、裝置簡(jian)介
尿(niao)素是(shi)(shi)氮肥系列中最高效的(de)(de)一(yi)(yi)種(zhong)肥料。尿(niao)素同時也(ye)是(shi)(shi)一(yi)(yi)種(zhong)重(zhong)要(yao)的(de)(de)化(hua)工(gong)原料，可(ke)被用(yong)來制(zhi)造(zao)塑料、涂(tu)料，也(ye)是(shi)(shi)醫藥、制(zhi)革等生產中的(de)(de)重(zhong)要(yao)原料。尿(niao)素是(shi)(shi)以液(ye)(ye)氨(an)(an)和(he)(he)二(er)氧化(hua)碳為(wei)原料、在一(yi)(yi)定的(de)(de)壓力和(he)(he)溫(wen)度條件下化(hua)合(he)而成的(de)(de)。實(shi)際過(guo)程是(shi)(shi)分兩步(bu)完(wan)成的(de)(de)，第(di)一(yi)(yi)步(bu)是(shi)(shi)液(ye)(ye)氨(an)(an)與二(er)氧化(hua)碳化(hua)合(he)生產液(ye)(ye)體(ti)氨(an)(an)基甲(jia)(jia)酸(suan)銨(an)(an)，第(di)二(er)步(bu)是(shi)(shi)對氨(an)(an)基甲(jia)(jia)酸(suan)銨(an)(an)進行脫水而轉(zhuan)化(hua)成尿(niao)素。由(you)于(yu)反應(ying)是(shi)(shi)可(ke)逆的(de)(de)，因(yin)此原料的(de)(de)轉(zhuan)換總(zong)是(shi)(shi)不完(wan)全的(de)(de)。圍繞著(zhu)原料轉(zhuan)化(hua)率及回收循環(huan)的(de)(de)方法，派生出(chu)許多生產工(gong)藝。國內(nei)應(ying)用(yong)最多的(de)(de)生產工(gong)藝是(shi)(shi)荷蘭STAMICORBAN的(de)(de)二(er)氧化(hua)碳汽提(ti)工(gong)藝技(ji)術。
二、典型尿素(su)裝置的(de)工藝及特點
二(er)氧(yang)化碳汽提法生產(chan)工(gong)藝(yi)大致可以分為以下(xia)幾個環節，即原料加壓、合成與(yu)汽提、循環、尿液蒸發與(yu)造粒、吸收與(yu)解吸，其工(gong)藝(yi)流程示意圖如圖2.35所示。
1. 原料加(jia)壓
原料(liao)加壓(ya)的(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)把原料(liao)（液(ye)氨(an)(an)和二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)）加壓(ya)到反應需要的(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)力(li)條件(jian)。由(you)外(wai)(wai)界過(guo)來的(de)(de)(de)(de)(de)液(ye)氨(an)(an)，經(jing)液(ye)氨(an)(an)泵加壓(ya)，再經(jing)加熱(re)器加熱(re)后(hou)進入高壓(ya)噴(pen)射泵。在噴(pen)射泵內，與抽(chou)吸(xi)過(guo)來的(de)(de)(de)(de)(de)氨(an)(an)基甲(jia)酸銨混合，然后(hou)送至高壓(ya)氨(an)(an)基甲(jia)酸銨冷凝(ning)器頂部。液(ye)氨(an)(an)泵一(yi)般采用(yong)往復(fu)泵。由(you)外(wai)(wai)界送來的(de)(de)(de)(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)，加入一(yi)定量的(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)氣，由(you)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)壓(ya)縮機(ji)加壓(ya)送入二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)汽提塔底部。加入空(kong)氣的(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)為后(hou)續的(de)(de)(de)(de)(de)介質中提供一(yi)定量的(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)氣，用(yong)于防止或(huo)減緩金屬(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)腐蝕。二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)壓(ya)縮機(ji)一(yi)般采用(yong)兩段(duan)離心式(shi)壓(ya)縮機(ji)。
2. 合成與(yu)汽(qi)提(ti)
合(he)(he)成(cheng)(cheng)的(de)過程(cheng)就是尿素(su)原液(ye)(ye)(ye)生(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)的(de)過程(cheng)，而(er)汽(qi)提(ti)(ti)則(ze)是把(ba)合(he)(he)成(cheng)(cheng)反應中(zhong)(zhong)剩(sheng)余(yu)的(de)原料分離出(chu)來(lai)并(bing)循環利用。在汽(qi)提(ti)(ti)塔(ta)(ta)內，原料氣二(er)(er)氧(yang)化碳(tan)(tan)與(yu)(yu)合(he)(he)成(cheng)(cheng)塔(ta)(ta)流出(chu)物(wu)（尿素(su)原液(ye)(ye)(ye)混(hun)(hun)合(he)(he)物(wu)）經過傳(chuan)質、傳(chuan)熱，帶走反應中(zhong)(zhong)剩(sheng)余(yu)的(de)原料，并(bing)從塔(ta)(ta)頂出(chu)來(lai)。汽(qi)提(ti)(ti)塔(ta)(ta)塔(ta)(ta)頂出(chu)來(lai)的(de)二(er)(er)氧(yang)化碳(tan)(tan)混(hun)(hun)合(he)(he)氣與(yu)(yu)來(lai)自(zi)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)噴(pen)射泵的(de)液(ye)(ye)(ye)氨(an)(an)、氨(an)(an)基(ji)甲(jia)(jia)酸(suan)銨液(ye)(ye)(ye)混(hun)(hun)合(he)(he)進(jin)入(ru)(ru)(ru)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)氨(an)(an)基(ji)甲(jia)(jia)酸(suan)銨冷(leng)(leng)凝器，并(bing)在冷(leng)(leng)凝器中(zhong)(zhong)發生(sheng)(sheng)反應生(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)氨(an)(an)基(ji)甲(jia)(jia)酸(suan)銨。冷(leng)(leng)凝器底(di)部(bu)出(chu)來(lai)的(de)物(wu)料。來(lai)自(zi)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)冷(leng)(leng)凝器的(de)物(wu)料在合(he)(he)成(cheng)(cheng)塔(ta)(ta)內自(zi)下而(er)上(shang)，進(jin)一步(bu)反應生(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)甲(jia)(jia)胺(an)，甲(jia)(jia)胺(an)轉化為尿素(su)，并(bing)以混(hun)(hun)合(he)(he)液(ye)(ye)(ye)物(wu)料的(de)形式(shi)從合(he)(he)成(cheng)(cheng)塔(ta)(ta)底(di)部(bu)流出(chu)。混(hun)(hun)合(he)(he)液(ye)(ye)(ye)物(wu)料含尿素(su)、氨(an)(an)基(ji)甲(jia)(jia)酸(suan)銨、氨(an)(an)、二(er)(er)氧(yang)化碳(tan)(tan)、水等(deng)。然(ran)后送(song)入(ru)(ru)(ru)汽(qi)提(ti)(ti)塔(ta)(ta)脫除大部(bu)分多余(yu)的(de)二(er)(er)氧(yang)化碳(tan)(tan)和氨(an)(an)。經汽(qi)提(ti)(ti)后的(de)混(hun)(hun)合(he)(he)液(ye)(ye)(ye)（尿液(ye)(ye)(ye)）減壓(ya)(ya)(ya)進(jin)入(ru)(ru)(ru)循環系統(tong)。合(he)(he)成(cheng)(cheng)塔(ta)(ta)頂部(bu)出(chu)來(lai)的(de)氣體含有氨(an)(an)氣、二(er)(er)氧(yang)化碳(tan)(tan)、氫(qing)氣、氮(dan)氣、氧(yang)氣、水蒸(zheng)氣等(deng)。被送(song)入(ru)(ru)(ru)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)洗滌(di)器對其(qi)中(zhong)(zhong)的(de)氨(an)(an)氣和二(er)(er)氧(yang)化碳(tan)(tan)進(jin)行回收，即利用氨(an)(an)基(ji)甲(jia)(jia)酸(suan)銨液(ye)(ye)(ye)將氨(an)(an)氣、二(er)(er)氧(yang)化碳(tan)(tan)吸收。洗滌(di)器排出(chu)的(de)氣體經減壓(ya)(ya)(ya)后送(song)至低(di)壓(ya)(ya)(ya)吸收塔(ta)(ta)做進(jin)一步(bu)吸附回收。
3. 循環
利用降壓分(fen)(fen)解(jie)的(de)(de)(de)原(yuan)理使殘(can)留氨(an)基(ji)(ji)甲(jia)(jia)酸(suan)(suan)銨分(fen)(fen)解(jie)成二氧化(hua)碳和氨(an)，洗(xi)滌后循環利用。來自高壓汽提塔(ta)的(de)(de)(de)混合液(ye)(ye)(ye)（尿液(ye)(ye)(ye)）被送(song)入精餾(liu)塔(ta)，使部(bu)分(fen)(fen)氨(an)基(ji)(ji)甲(jia)(jia)酸(suan)(suan)銨得(de)以分(fen)(fen)解(jie)，然后進(jin)塔(ta)底氣(qi)液(ye)(ye)(ye)分(fen)(fen)離(li)(li)器(qi)(qi)進(jin)行氣(qi)液(ye)(ye)(ye)分(fen)(fen)離(li)(li)。分(fen)(fen)離(li)(li)出(chu)的(de)(de)(de)液(ye)(ye)(ye)體（尿液(ye)(ye)(ye)）經減壓后進(jin)入閃(shan)蒸槽。進(jin)一步閃(shan)蒸出(chu)殘(can)留的(de)(de)(de)氨(an)、二氧化(hua)碳和水蒸氣(qi)，最后得(de)到濃度約為73％的(de)(de)(de)尿液(ye)(ye)(ye)。之后，尿液(ye)(ye)(ye)進(jin)入尿液(ye)(ye)(ye)儲槽。從精餾(liu)塔(ta)頂部(bu)出(chu)來的(de)(de)(de)氣(qi)體被送(song)入低壓氨(an)基(ji)(ji)甲(jia)(jia)酸(suan)(suan)銨冷(leng)凝(ning)器(qi)(qi)，冷(leng)凝(ning)下來的(de)(de)(de)氨(an)基(ji)(ji)甲(jia)(jia)酸(suan)(suan)銨經氣(qi)液(ye)(ye)(ye)分(fen)(fen)離(li)(li)后循環使用。而分(fen)(fen)離(li)(li)器(qi)(qi)出(chu)來的(de)(de)(de)混合氣(qi)體（含(han)氨(an)、二氧化(hua)碳、氧氣(qi)等）進(jin)入低壓洗(xi)滌器(qi)(qi)，除不凝(ning)氣(qi)外，其他氣(qi)體被吸收并循環使用。
4. 尿液蒸發與造粒
通過(guo)加(jia)熱蒸(zheng)發掉凝液(ye)中的(de)大部(bu)分水，最后獲得商(shang)業用(yong)固體(ti)尿(niao)素顆(ke)粒(li)(li)。凝液(ye)儲槽(cao)中的(de)尿(niao)液(ye)用(yong)泵送(song)到(dao)兩(liang)段(duan)真空蒸(zheng)發器，利用(yong)蒸(zheng)汽對其進行蒸(zheng)發，得到(dao)濃度為(wei)99.7％的(de)濃縮尿(niao)液(ye)或尿(niao)素熔(rong)(rong)體(ti)。尿(niao)素熔(rong)(rong)體(ti)被送(song)到(dao)尿(niao)素造粒(li)(li)塔頂部(bu)噴頭進行造粒(li)(li)，從塔底出(chu)來的(de)尿(niao)素顆(ke)粒(li)(li)進行包(bao)裝儲存(cun)。
5. 吸(xi)(xi)收與(yu)解吸(xi)(xi)
利用(yong)氨(an)水對(dui)高(gao)壓或低壓洗滌(di)器(qi)(qi)出來的氣(qi)體（含氨(an)、二氧(yang)化碳、氧(yang)氣(qi)、氮氣(qi)、氫氣(qi)等(deng)(deng)）進(jin)行(xing)有用(yong)成(cheng)分（氨(an)和二氧(yang)化碳）的吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)，并重復(fu)利用(yong)。吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)是在吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)塔內(nei)進(jin)行(xing)的。解(jie)吸(xi)(xi)(xi)是對(dui)上(shang)游的各冷凝器(qi)(qi)過來的液(ye)體（含少量的尿(niao)(niao)素(su)、氨(an)、二氧(yang)化碳等(deng)(deng)）通過氨(an)水吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)然(ran)后再利用(yong)蒸汽加熱進(jin)行(xing)解(jie)吸(xi)(xi)(xi)的方法對(dui)有用(yong)成(cheng)分（尿(niao)(niao)素(su)、氨(an)和二氧(yang)化碳）進(jin)行(xing)回(hui)收(shou)(shou)。回(hui)收(shou)(shou)溶液(ye)被送回(hui)低壓氨(an)基甲酸銨(an)冷凝器(qi)(qi)重復(fu)利用(yong)。
三(san)、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(xi)腐(fu)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(zhi)的(de)配管設(she)計
主要是對塔、罐、泵、壓縮(suo)機等設(she)備的配管設(she)計。
