尿素,英文名稱為Urea,化學(xué)名稱為脲或碳酰胺。結(jié)構(gòu)式為CO(NH2或NH2CONH2,分子式為CH4ON2,相對分子質(zhì)量為60.056。純尿素含氮46.65%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),是含氮量最高的氮肥。
尿素生產(chǎn)工藝流程基本由6個工藝單元,即原料供應(yīng)、尿素的高壓合成、含尿素溶液的分離過程、未反應(yīng)氨和二氧化碳的回收、尿素溶液的濃縮、造粒與產(chǎn)品輸送和工藝?yán)淠禾幚恚浠具^程如圖5-116所示。原料CO2和NH3被加壓送到高壓合成圈,反應(yīng)生成尿素,二氧化碳轉(zhuǎn)化率在50%~75%,此過程被稱為合成工序;分離過程與未反應(yīng)物回收單元承擔(dān)著把未轉(zhuǎn)化為尿素的氨和二氧化碳從溶液中分離出來,并回收返回合成工序,因此這兩個單元被統(tǒng)稱為循環(huán)工序;最后在真空蒸發(fā)和造粒設(shè)備中把70%~75%的尿素溶液經(jīng)濃縮加工為固體產(chǎn)品,稱為最終加工工序。
盡管尿素生產(chǎn)的基本過程相似,但在具體的流程、工藝條件、設(shè)備結(jié)構(gòu)等方面,不同工藝存在一定的差異。迄今世界各地的尿素工廠,絕大多數(shù)都是由幾家工程設(shè)計公司所開發(fā)設(shè)計的,已形成幾種典型的工藝流程,典型的有荷蘭斯太米卡邦(Stamicarbon)公司的水溶液全循環(huán)CO2氣提法、意大利斯納姆(Snamprogetti)公司的氨汽提法和蒙特愛迪生集團公司的等壓雙循環(huán)工藝(IDR)、日本三井東亞-東洋工程公司的全循環(huán)改良C法和改良D法及ACES法、美國尿素技術(shù)公司UTI的熱循環(huán)法尿素工藝(HR)等。但不論是哪種工藝流程,生產(chǎn)過程中主要原料NH3和CO2的消耗基本上是相同的,其流程的先進與否主要表現(xiàn)在公用工程,即水、電、汽的消耗上。尿素生產(chǎn)流程的改進過程,實質(zhì)就是公用工程消耗降低的過程。
目前國內(nèi)建有尿素裝置200多套,規(guī)模分為大型(48萬噸/年以上)、中型(11萬噸/年以上)、小型(4萬噸/年以上)。中、小型尿素裝置均采用國內(nèi)的水溶液全循環(huán)技術(shù),大型裝置多采用國外引進工藝技術(shù)。在國內(nèi)的大型尿素裝置工藝技術(shù)中,多數(shù)采用CO2汽提工藝和氨汽提工藝。
目前設(shè)計的采用CO2汽提工藝和氨汽提工藝的尿素裝置,其尿素氨耗基本接近于理論水平,公用工程消耗更低,相對于傳統(tǒng)的設(shè)計,其投資更低。下面僅介紹 Snamprogetti 氨汽提法尿素工藝。
意大利斯納姆公司創(chuàng)立于1956年,在20世紀(jì)60年代初開始尿素生產(chǎn)的研究。1966年第一個建成以氨作為汽提氣的日產(chǎn)70t的尿素裝置。早期第一代氨汽提法尿素裝置,設(shè)備采用框架式立體布置,氨直接加入汽提塔底部。在20世紀(jì)70年代中期,改進了設(shè)計,設(shè)備改為平面布置,而且也不向汽提塔直接加入氨氣,這就是所謂的自汽提工藝或稱為第二代氨汽提工藝,是目前采用的方法。斯納姆氨汽提法尿素工藝由以下幾個主要工序組成。
①. CO2氣體的壓縮。
②. 液氨的加壓。
③. 高壓合成與氨汽提回收。
④. 中壓分解與循環(huán)回收。
⑤. 低壓分解與循環(huán)回收。
⑥. 中、低壓分解與循環(huán)回收。
⑦. 真空蒸發(fā)與造粒。
⑧. 解吸與水解系統(tǒng)。
氨汽提法尿素生產(chǎn)工藝流程、如圖5-117所示。