兖矿新疆煤化工有限公司尿素装置技术讲座
尿素装置主要由原料NH3和CO2的压缩、
高压合成、低压分解和循环吸收、解吸与 水解、蒸发与造粒等部分组成。以合成氨 车间输送来的NH3和净化输送来的CO2为原 料,反应生成成品尿素，设计日产尿素1750 吨，年生产能力为52万吨。
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根据设备材质的耐用温度不超过190℃，确定操作 温度为180-185℃。再根据尿素生成过程的平衡压力图， 考虑到原料中5%（V）的空气及惰气，最终确定反应 压力为13.6～14.2MPa。另外，根据反应方程式，降 低系统中的水含量对尿素的生成有利，但水含量也不 能太低，以免循环系统的甲铵液太浓，产生结晶。因
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在气提塔，用饱和蒸汽进行加热气提。合成液与塔 底进入的二氧化碳气体逆流接触，未转化为尿素的甲铵 分解生成氨和二氧化碳，与原料二氧化碳混合成为气提 气，进入高压甲铵冷凝器。气提液进入低压循环系统。 合成气进入高压洗涤器后，用来自低压循环系统的 甲铵液洗涤吸收，吸收液进入高压喷射器，气体送至低 压吸收塔继续回收氨和二氧化碳。
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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；
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1. 装置工艺流程简述（生产方法及工艺路 线）； 1.1.1 装置简介 兖矿新疆煤化工有限公司尿素装置是上个世纪 七十年代从荷兰STAMICARBON公司引进的CO2 气提法尿素生产工艺技术，该技术现在已经被国内 设计院全部消化吸收。
此，要合理控制高压系统中的水含量。
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1.1.2 工艺流程说明
（1）原料液氨和二氧化碳加压输送系统
原料液氨经高压液氨泵加压后，与高压洗涤
器来的浓甲铵液一同经高压喷射器送进高压甲铵
冷凝器。原料二氧化碳气体经掺入防腐用空气后，
进入液滴分离器分液（有冷凝液排放），之后经
压缩进入气提塔底部。
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（2）合成和高压循环系统
新鲜液氨和浓甲铵液、含有氨和二氧化碳的气提
气一同送至高压甲铵冷凝器，大部分氨和二氧化碳在
其中反应生成甲铵溶液。
甲铵溶液与未反应的氨和二氧化碳自高压甲铵冷
凝器出来进入尿素合成塔，继续进行甲铵生成反应，
同时甲铵脱水转化为尿素。合成液进入进入气提塔上 部，合成气进入高压洗涤器。
冷凝后的温度为166.6℃。
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（2）尿素的生成反应
尿素的生成反应是一个必须在液相中进行的、吸
热的可逆反应。根据化学反应的平衡原理，在反应进 行的过程中必须持续地供给热量，而且该反应进行地 非常缓慢，不容易达到平衡。在实际的工业生产中， 尿素生成反应的反应热是由高压甲铵冷凝器中未反应 的那一部分NH3和CO2继续在合成塔内反应放出的反 应热，因此不再需要从外界供热。
须及时地移走反应生成的热，并且提高反应压力对加快
反应速度有利。在实际工业生产中，根据高压甲铵泵的
出口压力确定反应压力为14～16MPa，反应热是由高压
甲铵冷凝器壳侧的热水及时移走生成副产品低压蒸汽。
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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，
一段蒸发分离器 二段蒸发分离器 一段蒸发器 二段蒸发器
造粒喷头 造粒塔 造粒塔电梯
刮料机 熔融尿素泵 尿素去包装
一段蒸发冷凝器
最终冷凝器 一段蒸发喷射器 二段蒸发第二喷射器
二段蒸发冷凝器II二段蒸发第来自喷射器二段蒸发冷凝器I
（即尿素），分子式为CO(NH2)2,反应式为：
NH4COONH2(液) ≒CO(NH2)2+H2O(液) -15.5千焦/摩尔 （1-2)
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式（1-1）也称为甲铵的生成反应，是强放热、体积缩 小的可逆反应。在一定的工艺条件下，如能及时地移走反应 热，甲铵的生成反应可以在瞬间达到平衡。
（3）低压分解系统
汽提液经液位调节阀减压至0.25MPa。由于减压，使
汽提液中部分CO2与NH3分离出来，气液混合物进入精馏塔内 上部的填料层。经填料层后，由出口管进到循环加热器，加 热到130～135℃。得到的气液混合物由循环加热器出口管又
返回到精馏塔下部液位槽。
LS6806-200
二段蒸发喷射器
二氧化碳汽提尿素合成流程
13.5-14.2MPA 高 洗 器 低 压 吸 收 塔 精 馏 塔 0.35MPA 去排气筒 低 甲 冷 液 位 槽
低 甲 冷
合 成 塔
高 甲 冷
汽 提 塔
去蒸发系统 循 环 加 热 器 0.30-0.35MPA
CO2 NH3
14.5MPA 130℃
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1.1.1工艺原理 1、尿素生产的反应原理 尿素生产的化学反应主要分两步，第一步是液态NH3和CO2 反应生成氨基甲酸铵（即甲铵），分子式为NH4COONH2，反应 式为： 2NH3(液)+ CO2 (气) ≒ NH4COONH2(液)+119.2千焦/摩尔 (1-1) 第二步是甲铵在液相条件下发生脱水反应生成碳酰二胺
式（1-2）也称为尿素的生成反应，必须在液相下才能
进行，是一个吸热的可逆反应。该反应进行得很缓慢，需要
很长时间才能达到平衡。因此，在实际生产中，并不是所有
的甲铵都能转化为尿素，而是只有一部分，转化率大约为5559%。
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2、反应条件的确定
（1）甲铵的生成反应 甲铵的生成反应是一个体积缩小的强放热反应。根 据化学反应的平衡原理，为使反应尽快地达到平衡，必