一、裝置(zhi)簡介
尿(niao)素(su)(su)是氮肥系列中最高(gao)效的(de)一(yi)種肥料(liao)。尿(niao)素(su)(su)同時也(ye)是一(yi)種重要的(de)化(hua)(hua)(hua)工(gong)(gong)原(yuan)料(liao)，可被(bei)用來制造塑料(liao)、涂料(liao)，也(ye)是醫藥、制革等生(sheng)產(chan)中的(de)重要原(yuan)料(liao)。尿(niao)素(su)(su)是以液氨(an)和二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)為原(yuan)料(liao)、在(zai)一(yi)定的(de)壓(ya)力和溫度條件下化(hua)(hua)(hua)合而成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)。實際(ji)過(guo)程是分兩步完成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)，第一(yi)步是液氨(an)與二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)合生(sheng)產(chan)液體氨(an)基甲酸銨，第二(er)(er)步是對氨(an)基甲酸銨進行脫水而轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)成(cheng)(cheng)(cheng)尿(niao)素(su)(su)。由(you)于反應(ying)是可逆(ni)的(de)，因此原(yuan)料(liao)的(de)轉(zhuan)換總是不完全的(de)。圍繞著原(yuan)料(liao)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)率及回收循環的(de)方法，派生(sheng)出(chu)許多(duo)生(sheng)產(chan)工(gong)(gong)藝。國內應(ying)用最多(duo)的(de)生(sheng)產(chan)工(gong)(gong)藝是荷蘭(lan)STAMICORBAN的(de)二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳(tan)汽(qi)提工(gong)(gong)藝技(ji)術。
二(er)、典型尿素裝(zhuang)置的工藝及特點
二氧化碳汽(qi)提法生產(chan)工(gong)藝(yi)(yi)大(da)致可以分為(wei)以下幾個環節(jie)，即原料(liao)加壓、合成與(yu)汽(qi)提、循環、尿液蒸(zheng)發與(yu)造粒、吸收與(yu)解吸，其工(gong)藝(yi)(yi)流程(cheng)示意圖如圖2.35所示。
1. 原(yuan)料加(jia)壓
原料加(jia)壓(ya)(ya)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是把(ba)原料（液(ye)(ye)氨(an)和二(er)氧(yang)化(hua)碳）加(jia)壓(ya)(ya)到反應需要(yao)的(de)(de)(de)壓(ya)(ya)力條(tiao)件。由(you)外界過(guo)來的(de)(de)(de)液(ye)(ye)氨(an)，經液(ye)(ye)氨(an)泵加(jia)壓(ya)(ya)，再經加(jia)熱(re)器(qi)加(jia)熱(re)后進入高(gao)(gao)壓(ya)(ya)噴射泵。在噴射泵內，與(yu)抽吸過(guo)來的(de)(de)(de)氨(an)基甲酸銨混合(he)，然后送(song)(song)至(zhi)高(gao)(gao)壓(ya)(ya)氨(an)基甲酸銨冷凝器(qi)頂(ding)部(bu)。液(ye)(ye)氨(an)泵一般采用往復泵。由(you)外界送(song)(song)來的(de)(de)(de)二(er)氧(yang)化(hua)碳，加(jia)入一定量的(de)(de)(de)空(kong)氣(qi)(qi)，由(you)二(er)氧(yang)化(hua)碳壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)(ji)加(jia)壓(ya)(ya)送(song)(song)入二(er)氧(yang)化(hua)碳汽提塔底部(bu)。加(jia)入空(kong)氣(qi)(qi)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)是為(wei)后續的(de)(de)(de)介質中(zhong)提供一定量的(de)(de)(de)氧(yang)氣(qi)(qi)，用于防止(zhi)或(huo)減緩(huan)金(jin)屬的(de)(de)(de)腐蝕(shi)。二(er)氧(yang)化(hua)碳壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)(ji)一般采用兩段離(li)心式(shi)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)(ji)。
2. 合(he)成與汽(qi)提
合(he)(he)(he)成(cheng)的(de)(de)(de)過(guo)(guo)程就是尿素(su)原(yuan)液(ye)(ye)生成(cheng)的(de)(de)(de)過(guo)(guo)程，而(er)汽提(ti)(ti)則是把(ba)合(he)(he)(he)成(cheng)反(fan)應中(zhong)剩余的(de)(de)(de)原(yuan)料(liao)分離出(chu)(chu)來(lai)(lai)并(bing)(bing)循(xun)環利用。在(zai)汽提(ti)(ti)塔(ta)(ta)內(nei)，原(yuan)料(liao)氣(qi)(qi)(qi)二氧(yang)(yang)化碳(tan)與(yu)合(he)(he)(he)成(cheng)塔(ta)(ta)流出(chu)(chu)物(wu)（尿素(su)原(yuan)液(ye)(ye)混(hun)合(he)(he)(he)物(wu)）經過(guo)(guo)傳(chuan)質、傳(chuan)熱，帶走(zou)反(fan)應中(zhong)剩余的(de)(de)(de)原(yuan)料(liao)，并(bing)(bing)從(cong)(cong)塔(ta)(ta)頂出(chu)(chu)來(lai)(lai)。汽提(ti)(ti)塔(ta)(ta)塔(ta)(ta)頂出(chu)(chu)來(lai)(lai)的(de)(de)(de)二氧(yang)(yang)化碳(tan)混(hun)合(he)(he)(he)氣(qi)(qi)(qi)與(yu)來(lai)(lai)自高(gao)壓(ya)(ya)(ya)噴射泵(beng)的(de)(de)(de)液(ye)(ye)氨(an)、氨(an)基(ji)甲(jia)(jia)酸(suan)銨(an)液(ye)(ye)混(hun)合(he)(he)(he)進入(ru)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)氨(an)基(ji)甲(jia)(jia)酸(suan)銨(an)冷凝(ning)器，并(bing)(bing)在(zai)冷凝(ning)器中(zhong)發生反(fan)應生成(cheng)氨(an)基(ji)甲(jia)(jia)酸(suan)銨(an)。冷凝(ning)器底部(bu)出(chu)(chu)來(lai)(lai)的(de)(de)(de)物(wu)料(liao)。來(lai)(lai)自高(gao)壓(ya)(ya)(ya)冷凝(ning)器的(de)(de)(de)物(wu)料(liao)在(zai)合(he)(he)(he)成(cheng)塔(ta)(ta)內(nei)自下而(er)上，進一步反(fan)應生成(cheng)甲(jia)(jia)胺，甲(jia)(jia)胺轉(zhuan)化為(wei)尿素(su)，并(bing)(bing)以混(hun)合(he)(he)(he)液(ye)(ye)物(wu)料(liao)的(de)(de)(de)形式從(cong)(cong)合(he)(he)(he)成(cheng)塔(ta)(ta)底部(bu)流出(chu)(chu)。混(hun)合(he)(he)(he)液(ye)(ye)物(wu)料(liao)含(han)(han)尿素(su)、氨(an)基(ji)甲(jia)(jia)酸(suan)銨(an)、氨(an)、二氧(yang)(yang)化碳(tan)、水等(deng)(deng)。然(ran)后送(song)入(ru)汽提(ti)(ti)塔(ta)(ta)脫除大部(bu)分多余的(de)(de)(de)二氧(yang)(yang)化碳(tan)和氨(an)。經汽提(ti)(ti)后的(de)(de)(de)混(hun)合(he)(he)(he)液(ye)(ye)（尿液(ye)(ye)）減壓(ya)(ya)(ya)進入(ru)循(xun)環系統。合(he)(he)(he)成(cheng)塔(ta)(ta)頂部(bu)出(chu)(chu)來(lai)(lai)的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)含(han)(han)有(you)氨(an)氣(qi)(qi)(qi)、二氧(yang)(yang)化碳(tan)、氫氣(qi)(qi)(qi)、氮氣(qi)(qi)(qi)、氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)(qi)、水蒸(zheng)氣(qi)(qi)(qi)等(deng)(deng)。被送(song)入(ru)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)洗(xi)滌器對其中(zhong)的(de)(de)(de)氨(an)氣(qi)(qi)(qi)和二氧(yang)(yang)化碳(tan)進行回(hui)收(shou)，即(ji)利用氨(an)基(ji)甲(jia)(jia)酸(suan)銨(an)液(ye)(ye)將氨(an)氣(qi)(qi)(qi)、二氧(yang)(yang)化碳(tan)吸(xi)收(shou)。洗(xi)滌器排出(chu)(chu)的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)經減壓(ya)(ya)(ya)后送(song)至(zhi)低壓(ya)(ya)(ya)吸(xi)收(shou)塔(ta)(ta)做進一步吸(xi)附回(hui)收(shou)。
3. 循(xun)環(huan)
利(li)用(yong)降(jiang)壓(ya)分(fen)解(jie)的(de)(de)(de)原理使(shi)殘留氨基(ji)(ji)(ji)甲(jia)(jia)酸銨分(fen)解(jie)成二(er)氧化碳和(he)(he)氨，洗滌后循(xun)環(huan)(huan)利(li)用(yong)。來自高壓(ya)汽(qi)提塔(ta)的(de)(de)(de)混合液(ye)(ye)（尿(niao)液(ye)(ye)）被(bei)送入精餾(liu)塔(ta)，使(shi)部分(fen)氨基(ji)(ji)(ji)甲(jia)(jia)酸銨得(de)以(yi)分(fen)解(jie)，然后進(jin)塔(ta)底氣(qi)液(ye)(ye)分(fen)離(li)(li)(li)器(qi)進(jin)行氣(qi)液(ye)(ye)分(fen)離(li)(li)(li)。分(fen)離(li)(li)(li)出的(de)(de)(de)液(ye)(ye)體（尿(niao)液(ye)(ye)）經減壓(ya)后進(jin)入閃(shan)蒸槽。進(jin)一(yi)步閃(shan)蒸出殘留的(de)(de)(de)氨、二(er)氧化碳和(he)(he)水蒸氣(qi)，最后得(de)到濃度約為(wei)73％的(de)(de)(de)尿(niao)液(ye)(ye)。之(zhi)后，尿(niao)液(ye)(ye)進(jin)入尿(niao)液(ye)(ye)儲(chu)槽。從精餾(liu)塔(ta)頂部出來的(de)(de)(de)氣(qi)體被(bei)送入低壓(ya)氨基(ji)(ji)(ji)甲(jia)(jia)酸銨冷凝(ning)器(qi)，冷凝(ning)下(xia)來的(de)(de)(de)氨基(ji)(ji)(ji)甲(jia)(jia)酸銨經氣(qi)液(ye)(ye)分(fen)離(li)(li)(li)后循(xun)環(huan)(huan)使(shi)用(yong)。而分(fen)離(li)(li)(li)器(qi)出來的(de)(de)(de)混合氣(qi)體（含氨、二(er)氧化碳、氧氣(qi)等）進(jin)入低壓(ya)洗滌器(qi)，除(chu)不凝(ning)氣(qi)外，其他氣(qi)體被(bei)吸收并循(xun)環(huan)(huan)使(shi)用(yong)。
4. 尿液(ye)蒸發與造粒
通(tong)過(guo)加(jia)熱蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)掉凝液(ye)中的(de)(de)大部分水，最后獲得商業用固(gu)體尿(niao)素(su)(su)顆粒。凝液(ye)儲槽中的(de)(de)尿(niao)液(ye)用泵送(song)到兩(liang)段真(zhen)空(kong)蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)器，利用蒸(zheng)汽(qi)對其(qi)進行蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)，得到濃度為99.7％的(de)(de)濃縮尿(niao)液(ye)或尿(niao)素(su)(su)熔(rong)體。尿(niao)素(su)(su)熔(rong)體被送(song)到尿(niao)素(su)(su)造粒塔頂部噴頭(tou)進行造粒，從塔底出(chu)來的(de)(de)尿(niao)素(su)(su)顆粒進行包裝儲存(cun)。
5. 吸收與解(jie)吸
利(li)用(yong)氨(an)水(shui)對高壓(ya)或(huo)低壓(ya)洗滌器出(chu)來的氣(qi)體(ti)（含氨(an)、二(er)氧化(hua)(hua)碳、氧氣(qi)、氮氣(qi)、氫氣(qi)等）進(jin)行有(you)用(yong)成分（氨(an)和(he)二(er)氧化(hua)(hua)碳）的吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)，并重復利(li)用(yong)。吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)是在吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)塔內進(jin)行的。解吸(xi)(xi)(xi)是對上游的各(ge)冷凝(ning)器過來的液體(ti)（含少量(liang)的尿(niao)素(su)、氨(an)、二(er)氧化(hua)(hua)碳等）通過氨(an)水(shui)吸(xi)(xi)(xi)收(shou)(shou)(shou)然后再利(li)用(yong)蒸汽加(jia)熱進(jin)行解吸(xi)(xi)(xi)的方法(fa)對有(you)用(yong)成分（尿(niao)素(su)、氨(an)和(he)二(er)氧化(hua)(hua)碳）進(jin)行回(hui)(hui)收(shou)(shou)(shou)。回(hui)(hui)收(shou)(shou)(shou)溶液被送回(hui)(hui)低壓(ya)氨(an)基甲酸(suan)銨(an)冷凝(ning)器重復利(li)用(yong)。
三、介質特點(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腐蝕(shi)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(she)計
主要(yao)是對(dui)塔、罐、泵、壓縮(suo)機等(deng)設(she)備的配管(guan)設(she)計。
