第三节 合成尿素工艺流程
尿素生产流程有多种，最早实现工业化的方法是不循环法 和部分循环法，后来被水溶液全循环法代替，又出现各种 气提法流程。虽然方法、其实现的工艺流程和工艺条件不 同，但生产原理是相同的。主要介绍尿素生产的工艺流程、 主要设备和操作条件。
一、不循环法和部分循环法
尿素生产工业化早期实现的是不循环和部分循环流程，两 种方法在生产尿素时必定伴有大量副产物生成，此种流 程已不再采用。
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(二)溶液全循环改良C法
1．工艺流程（见296-297页图）
日本三井东压/东洋工程全循环改良C法，是传统水溶液全 循环法的改进，生产低缩二脲含量尿素产品，也生产常规 尿素产品。
2．主要设备（尿素合成塔）
尿素合成塔操作条件：压力23-25MPa、温度190-200℃， 氨碳比4，水碳比0.37，转化率约72%，外壳应用保温材料 改良C法的尿素合成塔采用高径比为18的空塔，用钛作衬 里，耐高温腐蚀。
❖ 2．Ｐ：Ｐ降低使甲铵分解，对过量氨蒸出及吸收有利，气 ❖ 提效率提高，但为节省能耗，常选用Ｐ气提=Ｐ合成。 ❖ 3．液气比：即进入气提塔尿素液与ＣＯ２的重量比。它由
合成反应本身的加料组成确定，不可任意改变。生产中为保 证每根管子内的正常流量，防止管子造成严重腐蚀，一 般 气提塔内液气比控制在4左右。 ❖ 4．停留时间：生产上以接近1min为宜。
二、水溶液全循环法
❖(一)传统水溶液全循环法
❖(二)溶液全循环改良C法
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(一)传统水溶液全循环法
1．工艺流程（见294页图）
2．主要设备（尿素合成塔）
合成塔工艺操作条件:压力20-22MPa、温度190-200℃，氨碳 比4-4.5，水碳比0.6-0.7，转化率约62-64%，应符合高压 容器要求，外壳应用保温材料 大中型尿素工厂采用衬里式合成塔 合成塔外筒为多层卷焊受压容器，内部衬有一层耐腐蚀的 不锈钢板，隔离尿素甲铵腐蚀介质，外壳保温，防止热量 外散。 优点：容积利用率高，耐腐蚀材料用量少，操作方便。 最早采用空塔，不设置内件，塔高径比较大。后采用高径 比小的塔，常设置混合器或筛板等内件，减少返混的影响。
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3、水溶液全循环法特点
优点：（1）循环动力消耗较小；
缺点：（2）不耗费贵重溶剂、投资省。
①能量利用率低； 合成系统总反应是放热的，但因加入大量过剩氨 以调节反应温度，反应热没有加以利用；另外， 一段、二段甲铵冷凝器均需用水冷却，不但冷凝 热得不到利用，反而需要消耗大量的冷却水。 ② 一段甲铵泵腐蚀严重，制造、操作、维修都较 麻烦； ③ 流程过于复杂。
3）高压冷凝器：直立管壳式换热器
4）高压洗涤器：上部有防爆空间；中部有鼓泡吸收泵；
下部有浸没式冷凝泵
上面四台设备构成了系统的高压圈
尿素合成塔操作条件：压力14MPa、温度180-185℃，氨
碳比2.8-2.9，水碳比0.4-0.5，转化率57-58%。
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Байду номын сангаас
3、CO2气提法的特点
目前工业上用此法较多，与其它方法比较， 优点： 1、气提效率高，使未反应物大部分直接返回，少量残余物
气提法生产尿素：把合成塔排出的合成反应液，在合成压 力和较高温度下，在“气提塔”内与气提气（CO2、NH3等） 逆流接触，将NH3和CO2从尿液中气提出来，然后将气体导 入“高压甲铵冷凝器” ，与新鲜氨合并冷凝为甲铵液，放
出 热量用于副产蒸汽。因甲铵冷凝压力与合成压力基本相等，
故甲铵靠重力即可返回合成塔。
在一次低压分解循环可回收。因等压操作，省去1.82.0MPa中压分解、中压吸收，流程短、设备少、易操作。 2、操作压力、温度、氨碳比低，降低了合成塔的要求。节 省压缩机和泵的动力。 3 、蒸汽用量，冷却水用量少。P合=P气，高压甲铵冷凝器余 热温度高，放热多，用于产生蒸汽，有利于能量的利用。 4 、输送设备少，无甲铵泵等。 缺点：①高压、低氨碳比下设备腐蚀严重，需特别处理。
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3．改良C法的特点
优点：（1）采用较高的合成压力和温度，并取较 高的氨碳比和较低的水碳比，转化率高，降低了 分解循环吸收负荷。（2）采用结晶重熔方法，可 制得缩二脲低于0.35%的产品。 缺点：热回收利用不高，总能耗优于传统水溶液 全循环法，但不及各种气提法流程。
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三、气提法
气提法也是水溶液全循环流程，但采用了气提技术 。因水 溶液全循环法具有能耗大、成本高、甲铵泵腐蚀严重、流程 复杂等缺点。气提法是针对此法缺点而产生的。
一．工艺条件选择
二．高压冷凝原理
三．ＣＯ２气提法 四．氨气提法
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(一) 工艺条件选择
ＣＯ２ 气提法生产中，在一定温度、压力下，气提只能提出 75%ＣＯ２和85％ＮＨ３，故需设置低压循环进一步分解和 回收。
❖ 1．Ｔ：因气提需热，故升高温度有利，又温度太高，会使 设备腐蚀加剧，副反应增加，故应在180左右生产。
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(三)ＣＯ２气提法
1．工艺流程（见298页图）
荷兰Stamicarbon公司于1967年创建ＣＯ２气提技术。
2．主要设备
1）尿素合成塔：总高33m,内径2.8m，塔内安放8块等距筛 板，将反应器分成9个串联的小室，安放筛板的目的是防 止返混，增大气液接触混合作用。
2）ＣＯ２气提塔：直立降膜式裂管换热器，此塔是全过程 中腐蚀最苛刻的设备，加热管采用耐腐蚀性优的低碳不 锈钢，以抗高温、强腐蚀。
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(二)高压冷凝原理
气提出的ＮＨ３、ＣＯ２气体需冷凝成甲铵再进 入合成塔。
NH3(g)+CO2(g)≒NH4COONH2(l)+Q
此反应速度快，且为强放热反应，故工业上用 高压甲铵冷凝器进行ＮＨ３、ＣＯ２气体的冷凝 和甲铵的生成反应，放出热量用于产生蒸汽。 回收蒸汽可降低能耗。实际上高压甲铵冷凝器 是一付产蒸汽的锅炉。
②因氨碳比低，使尿素中缩二脲略高于其他法。
③CO2转化率较低，增大了循环量。
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（四）氨气提法
1．工艺流程（见301页图）
意大利Snamprogetti公司在20世纪60年代开发了氨气提 法尿素工艺。由于氨和二氧化碳的性质不同，在合成液中 溶解度很大，经过气提的液相仍含有大量氨，气提效果不 佳。此公司在70年代中期做了改进不再通氨气，而是利用 提高温度来增强气提效果，称为自气提或热气提。 Snamprogetti氨气提工艺仅次于Stamicarbon二氧化碳气 提，也是世界上最主要的生产技术。