尿素生产原理、工艺流程及工艺指标

尿素是一种重要的氮肥产品，广泛应用于农业生产中。

设计年产10万吨尿素的工艺需要满足以下几个关键要求：高效率、低成本、环保节能。

本文将详细介绍一个适合年产10万吨尿素的工艺设计方案。

1.原材料准备尿素的原料主要有天然气和氨气。

因此，在工艺设计中，需要准备充足的天然气和氨气供应，并保证其质量和稳定性。

同时，还需要准备一定数量的水和卫生粉（用于尿素结晶过程中）。

2.反应器设计反应器是尿素工艺设计中最核心的部分。

一般采用尿素合成反应器和碳酸铵气化反应器。

合成反应器中，将氨气和二氧化碳按一定比例介入反应器，反应生成尿素。

碳酸铵气化反应器中，用水将碳酸铵气化为二氧化碳和氨气。

在反应器设计中，需要考虑反应温度、反应压力、反应速率等因素，并采用适当的催化剂。

3.分离和结晶反应后的混合物需要进行分离和结晶。

常用的方法是采用蒸发、冷凝、聚集等技术，将尿素溶液中的水蒸发掉，使尿素结晶。

结晶过程中，需要注意控制结晶条件，使得尿素结晶度高，减少杂质。

4.干燥和包装结晶后的尿素需要进行干燥，以去除结晶过程中残留的水分。

干燥过程中，可以采用常规的烘箱或气流干燥器等设备。

干燥后的尿素可以根据需要进行分装，通常采用50公斤或500公斤的包装。

在进行工艺设计时，还需考虑以下几个因素：1.优化反应条件反应条件的优化可以提高反应速率和反应转化率，从而提高尿素的产量和质量。

常见的优化方法包括改变反应温度和压力、增加催化剂用量等。

2.持续监测和控制在工艺运行过程中，需要持续监测反应温度、压力、氨气和二氧化碳的用量等指标。

通过及时调整反应条件，保证工艺的稳定运行。

3.节能减排尿素工艺设计中需要考虑节能减排的问题。

可以采用余热回收技术，利用反应过程中产生的余热进行发电或供暖。

同时，还要考虑废水和废气的处理，以达到环境保护的要求。

4.安全措施工艺设计时需要充分考虑安全因素。

包括防火、防爆等设施的建立，并制定相应的应急预案，以应对可能发生的安全事故。

合成氨及尿素生产工艺指标合成氨的生产工艺指标主要包括合成气的制备、催化剂的选择、反应温度和压力等。

合成气的制备一般采用煤炭、天然气或石油等作为原料，在高温下通过气化反应产生合成气，主要成分是一氧化碳和氢。

催化剂的选择是合成氨工艺中的关键之一、目前常用的催化剂是铁-铝催化剂和铁-钴催化剂。

铁-铝催化剂能够在较低温度下进行催化反应，但容易产生副反应，影响氨的产量。

而铁-钴催化剂在高温下具有较高的反应活性，可提高氨的产量，但需高温和高压下工作。

反应温度和压力对合成氨的生产也有重要影响。

一般而言，催化剂的活性随温度的升高而增加，但温度过高又容易导致副反应的发生。

在选择反应温度时，需要综合考虑活性和产量之间的平衡。

同时，反应压力的增加有利于提高氨的产量，但过高的压力也会增加设备和能耗的成本，因此需要进行适当的折中。

尿素的生产工艺指标主要包括尿素制备工艺、尿素纯化和尿素颗粒化工艺。

尿素的制备工艺一般采用碳酸氨和二氧化碳反应生成尿素。

这个反应是一个放热反应，需要在适当的温度和压力下进行。

同时，反应过程中需要控制反应速度和避免副反应的发生，以提高尿素的产率和纯度。

尿素的纯化主要包括溶剂脱色、蒸汽蒸发和结晶等过程。

溶剂脱色可以去除尿素中的杂质，提高产品的纯度。

蒸汽蒸发可以提高尿素的浓度，减少能耗。

结晶过程可以使尿素分离出来，得到纯净的尿素颗粒。

尿素颗粒化过程是将尿素溶液进行喷雾、干燥和冷却，形成固体颗粒。

这个过程可以提高尿素的储存、运输和使用方便性。

总结起来，合成氨及尿素的生产工艺指标包括合成气制备、催化剂选择、反应温度和压力等对合成氨的生产影响，以及尿素制备、纯化和颗粒化工艺对尿素的生产影响。

这些指标的选择需要综合考虑经济性、能耗和产品质量等因素，以实现高效、可持续的生产。

CO2转入气相?
L1点的CO2反气提
L2的CO2气提
L1的NH3气提 L2的NH3热气提
相图性质：A、C、E分别为NH3，CO2和Ur· 2O。 nH l1l1′线为液相线，表现出顶脊线的特性。 与液相线各点平衡的气相几乎不含H2O，所以气相线几乎 与AC边重合，在图中未示出。
“反气提”：合成塔出口溶液组成应为液相线上的一点，设为
于NH3本身在尿液中的溶解度远大于CO2在尿液中的溶解度之故。
氨气提：为了提高氨气提的效率，现代的氨气提工艺采用 了气提与加热并举的方法。图中线l2l2′表示更高温度的液 相线。这样，液相组成所含NH3和CO2量较少，达到了气提的
目的。还可看出，由于提高温度的结果，即使不通入NH3，
合成塔出口溶液点Ll本身己经处于两相区而有气相出现， 不必再另外引入NH3气提剂。所以NH3气提也叫热气提，在气 提塔不引入NH3。
设计要求
中低压循环系统的总要求是：将未转化的NH3和CO2完全回收， 并尽量减少回收物料中的水含量，且避免尿素的分解和有害 的副反应的发中压级：1.8-2MPa左右 低压级：0.3-0.4MPa左右。
几乎所有的尿素生产工艺流程的循环 工序都有压力为1.8-2MPa的中压级 （CO2气提法除外）。
CO2汽提法采用原料气CO2作为汽提气， NH3汽
提法则是是属于自汽提，即只需将汽提塔中的合
成液加热，NH3从液相转入气相就作为汽提气了，
将未反应的NH3和CO2气体出来。
CO2汽提法的工艺流程
来 自 低 压吸 收 的甲 铵 液与原料氨的混合液 低压蒸汽
高压甲铵冷凝 器
冷凝液
合 成 塔
塔 汽 提
2.2 合成液未反应物的分离和回收

尿素生产原理、工艺流程及工艺指标1.生产原理尿素是通过液氨与气体二氧化碳的合成来完成的，在合成塔D201中，氨与二氧化碳反应生成氨基甲酸铵，氨基甲酸铵脱水生成尿素与水，这个过程分两步进行。

第一步：2NH3＋CO2 NH2COONH4＋Q第二步：NH4COONH2 CO（NH2）2＋H2O－Q第一步是放热的快速反应，第二步是微吸热反应，反应速度较慢，它是合成尿素过程中的控制反应。

1、2工艺流程：尿素装置工艺主要包括：CO2压缩与脱氢、液氨升压、合成与气提、循环、蒸发、解吸与水解以及大颗粒造粒等工序。

1、2、1 二氧化碳压缩与脱氢从合成氨装置来的CO2气体，经过CO2液滴分离器与来自空压站的工艺空气混合（空气量为二氧化碳体积4%），进入二氧化碳压缩机。

二氧化碳出压缩机三段进脱硫、脱氢反应器，脱氢反应器内装铂系催化剂，操作温度：入口≥150℃，出口≤200℃。

脱氢的目的是防止高压洗涤器可燃气体积聚发生爆炸。

在脱氢反应器中H2被氧化为H2O，脱氢后二氧化碳含氢及其它可燃气体小于50ppm，经脱硫、脱氢后，进入压缩机四段、五段压缩，最终压缩到14.7MPa（绝）进入汽提塔。

二氧化碳压缩机设有中间冷凝器与分离器，二氧化碳压缩机压缩气体设有三个回路，以适应尿素生产负荷的变化，多余的二氧化碳由放空管放空。

1、2、2 液氨升压液氨来自合成氨装置氨库，压力为2.3 MPa(绝),温度为20℃,进入液氨过滤器,经过滤后进入高压氨泵的入口,液氨流量在一定的范围内可以自调,并设有副线以备开停车及倒泵用.主管上装有流量计.液氨经高压氨泵加压到18.34 MPa(绝)，高压液氨泵是电动往复式柱塞泵，并带变频调速器，可在20—110%的范围内变化，在总控室有流量记录，从这个记录来判断进入系统的氨量，以维持正常生产时的原料N/C（摩尔比）为2.05:1。

高压液氨送到高压喷射器，作为喷射物料，将高压洗涤器来的甲铵带入高压冷凝器，高压液氨泵前后管线均设有安全阀，以保证装置设备安全。

根据不同要求，可以采用三种方法生产固体尿素。
①结晶法 将尿液蒸浓到约85％，再通过冷却、结晶、分离、干燥而得到产品。在结晶过程中,通入约95℃的热空气，使结晶与干燥同时进行的方法称为无母液结晶法。也有采用真空结晶法，借以充分利用系统的反应热（如三井东压法）。结晶法的特点是成品中缩二脲含量＜0.3％，但成品易吸湿、结块，一般作工业尿素用。
③颗粒成型法造粒 塔式喷淋造粒法产品强度较低，粒径较小，抗碎、抗磨强度较差，不能满足掺混肥料及机械施肥的需要。60年代起，发展了颗粒成型法造粒新技术，即把96％以上的尿，逐层凝结在晶种粒子表面而形成颗粒尿素。产品粒度为2～4mm(根据需要可达7～11mm),不但强度高,且不易吸湿结块,可以散装贮存，此法造粒装置可分盘式造粒、转鼓造粒和流动床造粒等。 产品规格 一般规定如表中所列指标
生产尿素的原料是氨和二氧化碳，后者是合成氨厂的副产品。尿素合成反应分两步进行：①氨与二氧化碳作用生成氨基甲酸铵(简称甲铵)；②甲铵脱水生成尿素，其反应式为：
2NH3+CO2NH2CO2NH4+159.47kJ (1)
NH2CO2NH4NH2CONH2+H2O-28.49kJ (2)
式(1)是强放热反应，在常压下反应速度很慢,加压下则很快。式(2)是温和的吸热反应。
生产工艺 氨和二氧化碳在合成塔内，一次反应只有55％～72％转化为尿素(以CO2计),从合成塔出来的物料是含有氨和甲铵的尿素溶液（简称尿液）。在进行尿液后加工之前，必须将氨和甲铵分离出去。甲铵分解成氨和二氧化碳是尿素合成反应中式(1)的逆反应,是强吸热反应，用加热、减压和气提等手段能促进这个反应的进行。围绕着如何回收处理从合成塔里出来的反应混合物料，曾发展了尿素的多种生产工艺。①不循环工艺和部分循环工艺:不循环工艺是指从合成塔出来的物料,经减压至常压并用蒸汽加热,将氨和二氧化碳分离出来,尿液送去后加工系统，氨用于生产其他的铵盐。部分循环工艺是把从甲铵分解器内分解出来的部分氨和二氧化碳，以甲铵水溶液的形式循环回合成塔。不循环和部分循环工艺较简单，投资较省、操作费用也较低，缺点是要附设庞大的铵盐加工系统,经济上不合理,新的尿素厂则采用全循环工艺。②全循环工艺：是把未转化成尿素的氨和二氧化碳，经分离后全部循环返回尿素合成系统。这类工艺因分解、循环的方法不同而有不同，但主要是水溶液循环法和气提法

由于生产尿素癿原料主要是液氨和二氧化碳 气体,液氨是合成氨厂癿主要产品,二氧化碳气体是 合成氨原料气净化癿副产品，故尿素总不合成氨 厂联合生产。
第二节、生产尿素原料的性质
生产尿素所用癿主要原料是NH3和CO2。 一、氨（NH3）癿性质： 常温常压下为无色癿具有特殊刺激性癿气体，在 低温高压下易于液化。 分子式： NH3 分子量：17.03 常压下沸点：-33.35℃ 常压下凝固点：-77.7℃ 临界温度：132.4℃（405.55K） 临界压力：111.5atm
• 气体分离全循环法： 将未反应癿氨和二氧化碳癿气体混合物，用一种 选择性吸收剂将其中癿一种组份吸收，再解吸之， 分别压缩返回合成系统中去。氨癿选择性吸收剂 为硝酸尿素水溶液，磷酸铵水溶液戒重铬酸铵水 溶液等;而二氧化碳癿选择性吸收剂为醇基胺和多 甘油脂等。这种斱法流程复杂，动力消耗较大。
• 水溶液全循环法： 将未反应癿氨不二氧化碳用一定数量癿水吸收成 为水溶液返回合成系统中去。根据添加水量癿多 少，水溶液全循环法又可分为两类:添加癿水量不 二氧化碳癿分子比近于1癿碳酸铵溶液全循环法， 添加水量较少癿甲铵溶液全循环法。后者优于前 者，故已取代了前者。
二、反应平衡 由氨和二氧化碳合成尿素癿过程，在工业上是在 高温和高压下迚行癿。为了研究影响这一过程平 衡癿因素（温度、压力、配料比），先要根据相 率确定自由度，即影响平衡条件癿独立变量数目， 然后再逐一研究。 相率癿一般形式是： 自由度=独立组分数-相数+2……………(1)
⑵
作饲料用 尿素和碳水化合物一起经胃液长时间作用， 可形成蛋白质形态癿氮，因此可作为牛、羊等反 刍动物癿辅助饲料。
⑶
在工业上癿用途 尿素有不直链有机化合物形成晶体络合物戒 加合物癿性质，因此在工业上也有广泛癿用途， 可用于生产脲醛树脂、塑料、油漆、胶合剂，尿 素癿缩合物三聚氰胺是一种较好癿涂料，试剂级 尿素还用于制备某些药物，此外尿素还用于制作 石油精制剂、纤维软化剂、炸药稳定剂等。

化肥厂尿素装置生产原 理及工艺流程
2021年7月13日星期二
尿素装置技术讲座
目录： 1、装置工艺流程简述（生产方法及工艺路 线）； 2、装置物料平衡图； 3、装置关键控制点及控制方法； 4、装置目前存在的问题及解决办法； 5、装置进行过的技术改造及改造后装置的情 况；
兖矿新疆煤化工有限公司尿素装置技术讲座
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在该反应压力下，参考NH3-CO2二元气液 平衡图，并综合考虑副产蒸汽量最大及满足合成 塔的工艺要求（即保证有一部分NH3和CO2在合 成塔内继续冷凝放热供生成尿素反应所需热量）， 确定反应温度为140-150℃，投料NH3/CO2为 2.89。在这种条件下，实际上约有78-80%的NH3 和CO2被冷凝成液体，冷凝后的温度为166.6℃。
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3、装置关键控制点及控制方法； 3.1 脱氢系统操作指南 3.1.1 脱氢系统操作原则 对脱氢反应器入口和出口之间的温差予以监 控，因为它是催化剂活性的强有力的反映。 对送合成系统的CO2中氧的含量及脱氢后氢 的含量用分析仪加以监控，因为这是保证高压设备 不发生腐蚀的前提。
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2.2.1.2 CO2(气体) 来源：合成氨装置 压力： 0.11MPa(绝) 温度：40℃ 组成：CO2 ：≥98.5%(V·干基) H2：≤1%(V·干基) 惰性气 ：≤0.5%(V·干基) 总硫 ： ≤0.5ppm(wt) 流量：39658Nm3/h（设计）
LS6806-200
二段蒸发喷射器
一段蒸发分离器
一段蒸发器
二段蒸发器
二段蒸发分离器
熔融尿素泵
造粒喷头 造粒塔
造粒塔电梯

尿素合成氨生产原理一、生产原理尿素分子式(NH2)2C0，是由液氨和二氧化碳，在尿素合成塔反应生成铵基甲酸铵(甲铵)，其中一部分脱水生成尿素，其反应式为：2NH3十C02＝NH2COON4NH2C00NH4＝ NH2CONH2十H20根据此反应机理，采用不同的压力、温度、氨碳比，形成各种生产工艺。

二、二氧化碳汽提工艺二氧化碳汽提工艺特点是合成压力低，氨碳比低，反应率高而不设中压回收系统，流程短。

缺点是由于氨碳比低，反应物料为酸性介质腐蚀性较强，为防腐蚀在二氧化碳气中添加氧较多达到0．55％～0．7％，如操作不当在合成塔顶排气中会产生过量氧与氢的爆炸性气体，故在高压洗涤器设有防爆板。

在改进型二氧化碳汽提工艺中，为防止合成塔排气形成爆炸性气体，而采取了将二氧化碳气中氢脱除的方法即二氧化碳压缩机出口气体先经过气体加热器将气体加热，进入脱氢反应器(装有把催化剂)，然后再将气体冷却，这样增加了三个高压设备，增加了投资。

在70年代一些二氧化碳气提尿素老厂进行技术改造，采用加双氧水技术进行防腐蚀，减少了向二氧化碳气中加氧气量，使其达不到氧氢混合爆炸范围，该项技术己得到推广应用。

现将典型的二氧化碳汽提尿素的生产流程介绍如下：1．原料液氨和气体二氧化碳的压缩由界外供给的液氨，用高压氨泵将压力提高到16．0兆帕，经氨加热器进一步加热到70℃，送入高压喷射器，将高压洗涤器出来的甲铵液增压，一并送人高压冷凝器的顶部。

由界外送来二氧化碳气体，经二氧化碳压缩机压缩至13．79兆帕进入其汽提塔底部。

2．合成和汽提在高压甲铵冷凝器上部送人新鲜的液氨，含有氨和二氧化碳的气提气以及循环返回系统的甲铵液也在14兆帕下送入，出口温度为168～170℃，氨／二氧化碳为2．8～2．9。

换热器用压力0．4兆帕温度143℃的沸水冷却，物料中的气体被冷凝，并反应生成甲铵，放出冷凝热和生成热，产生0．4兆帕的蒸汽，用于后续工序。

在高压冷凝器中，使氨与二氧化碳全部生成甲铵，大约有78％的氨和70％二氧化碳冷凝成液体，生成的甲铵液与末冷凝的气体从底部各自的管离开高压甲铵冷凝器，进入合成塔底部。

尿素合成工艺条件选择
合成的工艺条件与后 续的回收循环息息相 关。它也决定着整个 尿素生产过程的技术 路线。
因
此， 应
第一步，必须弄清楚在尿塔内
先
对 尿
的合成反应是怎样进行的？
素
合 第二步，分析各工艺条件对反
成
工
艺 应转化率究竟是如何影响的？
条
件
系 第三步，确定出最优的反应条
统
分 析
件。
尿素合成工艺条件选择
第一步，NH3(g)+ CO2(g) = NH4COONH2 (l) 第二步， NH4COONH2(l) = NH2CONH2(l)+H2O(l)
反应（1）:快速强放热可逆反应。其平衡转化率约为98%。 反应（2）:速度较为缓慢的弱吸热可逆反应，只有在液相中才 有明显的反应速度。其平衡转化率为55%～80%。
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四、尿素合成塔结构的研讨
1、中小型厂的合成塔为空筒，不设置内件，高径 比20，溶液呈平推流。
2、大型厂装有多孔塔板 设置塔板的目的：
防止物料反混 加强两相的接触
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工业尿塔处于气液两相流的原因：
• 不论何种尿素流程，从化学平衡角度来考察，尽 管CO2生成甲铵的转化率高达97%～98%，但不 能使CO2全部转化为甲铵，合成液中的确含有少 量游离态的CO2，至少还有2%～3%的CO2呈游 离态存在，并最终进入气相。
以下依次介绍各压力等级下的分解回收过程。先研讨高压 气提过程，再研讨压力更低的分解循环。
2、高压气提分离和高压圈循环
气提又称解吸，是一种分离液相混合物的操作，用一种气 体通过待分离的液体混合物，把易挥发的组分携带出来。
有利因素： 同样的温度和氨碳比条件下，加大水碳比可降低平衡压 力，即可在较低的压力下操作； 当压力一定时，水的存在提高了液相物系的沸点，也提 高了液相物系的冷凝温度，有利于热能的回收。

合成尿素工艺流程
《合成尿素工艺流程》
合成尿素是一种重要的化工产品，广泛应用于农业肥料、医药和化工等领域。

其生产过程主要分为合成氨和合成尿素两个步骤。

以下是合成尿素的工艺流程：
1. 合成氨
合成氨是生产尿素的关键步骤。

首先，通过蒸汽重整法或燃煤法生产氢气，然后将氢气与氮气在高压、高温条件下进行催化反应，生成氨气。

合成氨的反应方程式如下：
N2 + 3H2 → 2NH3
2. 氨的制备
合成氨后，将其氨化，生成脲。

硫酸与氨反应，从而生成硫酸铵（NH4HSO4），之后再与钠氢化合再生成氨。

3. 尿素的合成
脲经蒸馏脱水，生成尿素。

此过程中，需控制温度、压力及流量以保证反应物的充分转化。

整个合成尿素的工艺流程需要严格控制各项参数，确保反应物能够充分转化并得到纯度较高的尿素。

此外，还需要考虑能源消耗、原料损耗以及对环境的影响等因素。

在工艺流程的实施中，需要注意设备的维护、生产过程中废水和废气的处理，以及安全生产等问题。

通过严格的操作和控制，
合成尿素的工艺流程将能够高效、安全地实施，从而得到优质的尿素产品。

尿素1.生产原理尿素分子式（NH2）2CO，是由液氨和二氧化碳，在尿素合成塔反应生成氨基甲酸铵，其中一部分脱水生成尿素，反应为：2NH3+CO→NH2COON4NH2COONH4→NH2CONH2+H2O2.工艺流程本装置的设计，系采用等热循环合成塔：全循环改良C法，中、低压分解、回收；蒸发造粒为水溶液全循环等多种工艺流程相结合，生产工艺分为合成、分解、回收、蒸发造粒四个工段。

一、合成工段合成工段是将液氨、二氧化碳、回收的甲铵液加压按一定组成送入合成塔，在高温高压条件下，合成为尿素。

来自合成氨装置脱碳系统的二氧化碳，进入尿素装置，先经CO2液滴分离器分离后，再经二氧化碳压缩机将二氧化碳压缩后送入尿素合成塔，来自合成氨装置的原料液氨，进入尿素界区后，经流量累积器和液氨过滤器、液位调节阀，进入液氨缓冲槽与回流氨混合，液氨经高压氨泵加压，经氨预热器加热分别进入氨合成塔顶部和底部。

中压吸收塔回收的甲铵经甲铵升压泵，与出预浓缩器气液混合物混合送到甲铵冷凝器，经甲铵分离器分离的甲铵液由高压甲铵泵送入合成塔。

二、分解工段尿素合成塔内的反应物经减压后进入中压分解系统。

在分解系统尿素溶液中未完全反应生成尿素的过剩氨、甲铵及部分水经过多段减压，加热等方法而得到分离，氨和二氧化碳在回收工段得到回收，尿素溶液得到提浓。

尿素合成塔出来的尿素甲铵经减压后进入中压分解塔上部，液液相与加热器进来的液体进行质热交换，使部分氨汽化，甲铵分解。

然后去一段分解加热器加热，出来的尿液进入中压分解塔降膜式加热器加热，使尿液浓度提高。

中压分解塔上部设有四块筛板，上升的高温气体和下降的低温液体，在此逆流接触，进行质热交换，既回收了热量，又降低了气体中水的含量，有利于系统水平衡。

中压分解塔下部设有列管式降膜换热器，为防止中压分解系统设备的腐蚀，分别在一段分解加热器底部进口管和中压分解塔降膜式加热器的底部加入防腐空气。

中压分解塔气体自下而上地通过蒸馏段自塔顶部排往预蒸发器热能回收段与来自低压吸收器的稀甲铵液混合，在此与预蒸发器的尿液进行热质交换，出预蒸发器热能回收段的气液混合物与甲铵液混合进入甲铵冷凝器。

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②最高平衡转化率 研究证明： 研究证明：当温度升
高到某一数值时， 高到某一数值时，平衡 转化率出现最大极限值 以后，若继续升高温度， 以后，若继续升高温度， 其平衡转化率反而下降。 其平衡转化率反而下降。 出现这种最高平衡转化 率的现象是与压力无关 的，即使保持足够高的 压力， 压力，使反应物系成为 单一的液相时， 单一的液相时，其情况 也是如此。 也是如此。
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存在最高平衡转化率的原因可从尿素合成反应的甲铵生成和甲铵脱水两 个阶段的放热与吸热得到解释。 个阶段的放热与吸热得到解释。 NH3(液)+CO2(气) ≒NH4COONH2 (液) ≒CO(NH2)2 (液)+H2O (液) 液 气 液 液 液 当温度升高时，一方面是因液相中甲铵脱水转化为尿素的数量增加； 当温度升高时，一方面是因液相中甲铵脱水转化为尿素的数量增加； 另一方面是因液相中的甲铵越来越多地分解为游离氨和 CO2，即向甲铵生成反应地逆反应方向移动，致使液相 即向甲铵生成反应地逆反应方向移动， 中甲铵不断减少。 中甲铵不断减少。 这两个趋向相反地过程就导致在某一温度下出现了最高平衡转化率。 这两个趋向相反地过程就导致在某一温度下出现了最高平衡转化率。 工业生产实现最佳化操作意义重大） （工业生产实现最佳化操作意义重大）
工业装置实现两步反应有两种方法： 工业装置实现两步反应有两种方法： 一种是在合成塔中进行，相继完成两个 一种是在合成塔中进行， 是在合成塔中进行 反应，如水溶液全循环法； 反应，如水溶液全循环法； 另一种是将这两个反应分别在 是将这两个反应分别在高压甲铵 另一种是将这两个反应分别在高压甲铵 冷凝器和尿素合成塔中进行 中进行， 冷凝器和尿素合成塔中进行，如CO2气 提法等。 提法等。
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尿素合成氨生产原理一、生产原理尿素分子式(NH2)2C0，是由液氨和二氧化碳，在尿素合成塔反应生成铵基甲酸铵(甲铵)，其中一部分脱水生成尿素，其反应式为：2NH3十C02＝NH2COON4NH2C00NH4 ＝ NH2CONH2十H20根据此反应机理，采用不同的压力、温度、氨碳比，形成各种生产工艺。

二、二氧化碳汽提工艺二氧化碳汽提工艺特点是合成压力低，氨碳比低，反应率高而不设中压回收系统，流程短。

缺点是由于氨碳比低，反应物料为酸性介质腐蚀性较强，为防腐蚀在二氧化碳气中添加氧较多达到0．55％～0．7％，如操作不当在合成塔顶排气中会产生过量氧与氢的爆炸性气体，故在高压洗涤器设有防爆板。

在改进型二氧化碳汽提工艺中，为防止合成塔排气形成爆炸性气体，而采取了将二氧化碳气中氢脱除的方法即二氧化碳压缩机出口气体先经过气体加热器将气体加热，进入脱氢反应器(装有把催化剂)，然后再将气体冷却，这样增加了三个高压设备，增加了投资。

在70年代一些二氧化碳气提尿素老厂进行技术改造，采用加双氧水技术进行防腐蚀，减少了向二氧化碳气中加氧气量，使其达不到氧氢混合爆炸范围，该项技术己得到推广应用。

现将典型的二氧化碳汽提尿素的生产流程介绍如下：1．原料液氨和气体二氧化碳的压缩由界外供给的液氨，用高压氨泵将压力提高到16．0兆帕，经氨加热器进一步加热到70℃，送入高压喷射器，将高压洗涤器出来的甲铵液增压，一并送人高压冷凝器的顶部。

由界外送来二氧化碳气体，经二氧化碳压缩机压缩至13．79兆帕进入其汽提塔底部。

2．合成和汽提在高压甲铵冷凝器上部送人新鲜的液氨，含有氨和二氧化碳的气提气以及循环返回系统的甲铵液也在14兆帕下送入，出口温度为168～170℃，氨／二氧化碳为2．8～2．9。

换热器用压力0．4兆帕温度143℃的沸水冷却，物料中的气体被冷凝，并反应生成甲铵，放出冷凝热和生成热，产生0．4兆帕的蒸汽，用于后续工序。

在高压冷凝器中，使氨与二氧化碳全部生成甲铵，大约有78％的氨和70％二氧化碳冷凝成液体，生成的甲铵液与末冷凝的气体从底部各自的管离开高压甲铵冷凝器，进入合成塔底部。

谈尿素生产的原理及工艺流程摘要：在尿素的生产过程中应该尽量避免造成设备的腐蚀，防止发生安全事故，节约成本，实现企业生产长期稳定的进行，促进企业更好地发展。

关键词：尿素；生产；原理；工艺流程1尿素生产的基本原理1.1尿素合成的反应机理。

由氨和二氧化碳合成尿素的总反应式为：2NH3（l）+CO2（g）=CO（NH2）2（l）+H2O（l）（1）式（1）是一个可逆的放热反映，因受化学平衡的限制，NH3 和CO2 合成只能部分转化为尿素。

关于合成尿素的反应机理有多重说法，但一般认为反应是在液相中分两步进行的。

第一步，液氨与二氧化碳反应生成液态氨基甲酸铵，故称为甲胺生成反应：2NH3（l）+CO2（g）=NH4COONH2（l）+119.2kJ·mol-1 （2）式（2）是一个快速、强放热的可逆反应，如果具有足够的冷却条件，不断地将反应热取走，并保持反应进行过程的温度低到足以使甲胺冷凝为液体，这个反应容易达到化学平衡，而且平衡条件下转化为甲胺的程度很高。

压力对甲胺的生成速率有很大影响，加压有利于提高反应速率。

第二步，甲胺脱水反应，生产尿素： NH4COONH2（l）=CO（NH2）2（l）+H2O （l）-15.5kJ·mol-1 （3）式（3）是一个吸热的可逆反应，甲胺在固相中脱水速率极慢，只是在熔融的液相中才有较快的速率。

因此甲胺脱水主要是在液相中进行的，并且是尿素合成中的控制步骤。

脱水反应达到平衡时，甲胺的转化率只有 50%~70%，有相当数量的反应物未能反应生成尿素。

1.2尿素合成反应速率。

尿素合成反应过程是一个复杂的气液两相过程，在液相中进行着化学反应。

体系中既有传质过程，也有化学反应。

传质过程包括：气相中的氨与二氧化碳转入液相和水由液相转入气相。

液相的化学反应包括：氯与二氧化碳化合生成甲铵及甲铵转化为尿素和水。

当反应物系建立平衡时，气液和相间存在着平衡，同时液相内存在着化学平衡。

来自气提塔顶部的气体和中压吸收塔并经高压碳铵泵增压的回收液，送往高压甲铵冷凝器，全部混合物在此冷凝并经喷射泵返回合成塔。
2．中压分解与回收
从气提塔底部出来的含有低残留量二氧化碳的溶液减压至1．765兆帕，进人中压分解分离器顶部，减压释放出的气体和溶液在此进行分离。溶液中残留的甲铵在底部分解器分离。
在合成塔顶部出气中除氨、二氧化碳外，还有氧、氮、氢、惰性气体等，送人高压洗涤器。高压洗涤器下部是直立管壳式浸没冷凝器，器内充满液体，气体鼓泡向上通过，上部为鼓泡段。液体出鼓泡段，一部分从内溢流管返回浸没冷凝段底部，一部分外流出去进入喷射泵的吸入口。出口甲铵液的温度保持在160℃，为了防止冷却过度，管外用热水冷却，热水在一个封闭的加压系统中用循环水泵循环。从高压洗涤器顶部出来还含氨、二氧化碳气的惰性气进入吸收塔，被冷凝液吸收后放空。送入吸收塔的冷凝液是从氨水贮槽分别用解吸塔给料泵及升压泵经过顶部加料冷却器送人吸收塔的上段填料层，用闪蒸槽冷凝液泵将闪蒸槽冷凝液送人下段填料层，在塔底所得的稀甲铵液，部分返回下段填料层循环吸收，部分送人低压洗涤器中吸收从低压甲铵冷凝器出来的氨和二氧化碳。最终甲铵液从低压洗涤器或吸收器液位槽底部进入高压甲铵泵，升压后经高压洗涤器返回甲铵冷凝器。
回流氨送入顶部塔板，除去出塔气体中的微量二氧化碳和水。
回流液氨经氨升压泵从液氨贮槽抽出送往中压吸收塔顶部。中压吸收塔出塔的溶液经高压碳铵液泵再经高压碳铵预热器预热后，返回到合成回收。
含有惰性气体的氨气离开中压吸收塔顶部在氨冷凝器中冷凝，冷凝的液氨和含有氨的惰气进人液氨贮槽，由氨回收塔出来的氨和惰性气体则送往中压氨洗涤吸收塔，与逆流冷凝液进行接触洗涤，将气氨回收。从中压氨洗涤吸收塔底部出来的氨水溶液经离心泵返回到中压吸收塔。

科技成果——节能型尿素生产技术适用范围石化行业水溶液全循环尿素生产装置改造或新建行业现状目前我国氮肥行业的吨尿素产品单耗为：氨580㎏、蒸汽1250㎏、循环水140m3、电140kWh，合成转化率65%。

应用该技术可实现节能量4万tce/a，减排约11万tCO2/a。

成果简介1、技术原理（1）高压合成工序来自氨库的原料液氨，经液氨泵加压到20-23MPa后送往液氨预热器，被加热到70℃分为两路，一路约为总量80%的NH3、103℃甲铵液和来自CO2压缩机20-23MPa的CO2一起进入合成塔塔顶分布器；另一路约20%的NH3通过尿素合成塔底部进入，在塔内完成等温高压合成反应，反应产物从塔的顶部出来。

工业生产尿素的反应分两步进行，第一步由氨和二氧化碳反应生成中间产物氨基甲酸铵（简称甲铵），其反应式为：2NH3（液）+CO2（气）=NH4COONH2（液）+Q1第二步由甲铵脱水生成尿素，其反应式为：NH4COONH2（液）=CO(NH2)2（液）+H2O（液）-Q2第一步反应是一个可逆的强放热反应，生成氨基甲酸铵的反应速度比较快，容易达到化学平衡，且达到化学平衡后二氧化碳转化为氨基甲酸铵的程度很高。

第二步反应是一个可逆的微吸热反应，需要在液相中进行，反应速度慢，需要较长时间才能达到化学平衡，即使达到化学平衡也不能使全部氨基甲酸铵都脱水转化为尿素。

（2）循环回收工序从合成塔出来的反应混合物先后经过中压分解吸收（压力1.7MPa）和低压分解吸收（压力0.3MPa）后，尿素浓度达到67%左右，温度为140℃，然后送入蒸发系统；尿素尾气通过高效安全的尾气净氨处理后（氨含量小于1%）放空。

（3）蒸发工序从低压循环系统来的尿素溶液送入逆流降膜式预浓缩器，以中压分解气作热源进行预浓缩，将尿液浓度从67%提高到85%；用膨胀蒸汽和蒸汽冷凝液作热源对85%尿液进行两段加热进行再浓缩，使尿液浓度从85%提高到95%，完成对尿素的一段蒸发。

农业用尿素说明书摘要：一、尿素的基本介绍1.尿素的定义2.尿素的化学式3.尿素的性质二、尿素在农业中的应用1.尿素作为肥料的优点2.尿素在农作物生长中的作用3.尿素的使用方法和注意事项三、尿素的生产工艺1.尿素的生产原料2.尿素的生产过程3.尿素的质量标准四、尿素的使用注意事项1.储存尿素的环境要求2.尿素与其它肥料的混合使用3.尿素使用过程中的安全措施五、尿素对环境的影响及环保措施1.尿素对土壤的影响2.尿素对水体的影响3.环保措施正文：一、尿素的基本介绍尿素，化学式为CO(NH2)2，是一种白色晶体，易溶于水，是农业生产中常用的一种氮肥。

二、尿素在农业中的应用1.尿素作为肥料的优点尿素含氮量高，易被作物吸收，肥效快，是农业生产中重要的氮肥来源。

2.尿素在农作物生长中的作用尿素能促进农作物的生长，提高产量，改善品质。

3.尿素的使用方法和注意事项尿素应深施于土壤中，避免直接接触作物叶片，以防烧伤。

同时，应根据土壤肥力和作物需求合理施用。

三、尿素的生产工艺1.尿素的生产原料尿素的生产原料主要是天然气、石油和煤炭等。

2.尿素的生产过程尿素的生产过程包括合成氨、二氧化碳和尿素的合成等步骤。

3.尿素的质量标准尿素的质量标准主要包括氮含量、水分、缩二脲等指标。

四、尿素的使用注意事项1.储存尿素的环境要求尿素应储存在干燥、通风、避光的环境中，避免高温、潮湿和火源。

2.尿素与其它肥料的混合使用尿素可与磷、钾肥等混合使用，以提高肥效。

3.尿素使用过程中的安全措施使用尿素时，应佩戴口罩、手套等防护用品，避免与皮肤直接接触。

五、尿素对环境的影响及环保措施1.尿素对土壤的影响长期过量使用尿素会导致土壤酸化，影响土壤肥力。

2.尿素对水体的影响尿素被水体吸收后，会导致水体富营养化，影响水质。

3.环保措施合理使用尿素，提倡有机肥与化肥相结合的施肥方式，减少尿素使用量，降低对环境的影响。