二氧化碳气提法年产7万吨尿素化工厂设计报告

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1、3二氧化碳气提法年产7万吨尿素化工厂设计二氧化碳气提法年产7万吨尿素化工厂设计摘要：尿素于其他氮肥相比，具有肥效高，不易吸潮结块，不易爆炸，便于储存，运输等优点，它是以合成氨取得的液氨和在制氨过程中得到的二氧化碳为原料，在高温高压下合成的产物。我国尿素生产主要采用水溶液全循环法，这里采用二氧化碳气提法。关键词：尿素二氧化碳气提法闪蒸低压循环蒸发与造粒一．课题的意义以及国内外发展状况：尿素是高养分和高效固体氮肥，属中型速效肥料，长期使用不会使土壤发生板结，在土壤中，尿素能增进磷、钾、镁和钙的有效性，且施

2、入土壤后不存在残存废物，不易爆炸，便于储存，运输等优点。尿素也是重要的化工原料，具有广阔的发展前途。本课题是从工程角度对即将毕业的本科生进行一次全面的综合训练过程。尿素是人工合成的第一个有机物，广泛存在于自然界中，如新鲜人粪中含尿素0.4％1922年实现以氨和二氧化碳为原料的工业生产，此后发展缓慢，主要是尿素合成塔腐蚀严重，生产技术不完善生产费用高，对尿素的使用效果有些怀疑。在这些问题陆续解决后才获得较大发展，现在尿素已成为最经济的生产氨肥的方法。尿素产量约占我国目前氮肥总产量的40％，是仅次于碳铵的

3、主要氮肥品种之一。我国从20世纪60年代开始建立中型尿素厂。1986～1992年，我国尿素产量均在900万吨以上。目前占氮肥总产量的40％。尿素分子式是CO(NH2)2，因为在人尿中含有这种物质，所以取名尿素。尿素含氮(N)46％，是固体氮肥中含氮量最高的。目前由于受惠于国家继续支持农业生产发展的政策，农民种粮的积极性不断高涨，购买尿素的需要也不断高涨，使尿素价格（出厂价）从2003年底起，由1100元/吨上升到1650元/吨。据农业部的统计，1980年至今，农业中化肥的消费量一直在增长，且已保持了二

4、十五年，递增率为7.3%。1980年，尿素的总消费量为1176万吨，到了2004年，尿素的总消费量上升为2689万吨。而2004年尿素的总产量才为1925.3万吨。据农业部预测，今后化肥需求还会继续增长。到2010年，尿素的需求将增长339万吨。而且据权威部门预计，到2030年，我国人口将达到16亿，人均粮食按400公斤计算，粮食的产量就应为6.4亿吨。要达此目标，化肥尤其是尿素的需求是巨大的，也就使我们必须依靠提高尿素的产量来达到此目标，因此可以预测尿素有良好的市场前景。因此，尿素的生产不仅良好的市

5、场前景，也有良好的社会意义。二．本课题的研究内容、手段及预期成果：(1)生产方法，工艺及流程:尿素的生产方法是用氨和二氧化碳反应。氨和二氧化碳都在合成氨厂生产，所以尿素3二氧化碳气提法年产7万吨尿素化工厂设计装置与合成氨装置建在一起。氨和二氧化碳反应时先生成中间产物氨基甲酸氨（简称甲氨），甲氨脱水即得尿素。化学反应如下。生产尿素的原料是氨和二氧化碳，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(l)+CO2(g)≒NH4COON

6、H2(g)+159.47kJ　(1)　　　　NH4COONH2(l)≒CO(NH2)2(g)+H2O(g)-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。当温度为170～190℃，氨与二氧化碳的摩尔比为2.0，压力高到足以使反应物得以保持液态时，甲铵转化成尿素的转化率(以CO2计)为50％；其反应速率随温度的提高而增大。当温度不变时，转化率随压力的升高而增大，转化率达到一定值后，继续提高压力，不再有明显增大，此时，几乎全部反应混合物都以液态

7、存在。提高氨与二氧化碳的摩尔比，可增大二氧化碳的转化率，降低氨的转化率。在实际生产过程中，由于氨的回收比二氧化碳容易，因此都采用氨过量，一般氨与二氧化碳的摩尔比≥3。反应物料中，水的存在将降低转化率，在工业设计中要把循环物料中的水量降低到最小限度。少量氧（空气）的存在能阻缓材料的腐蚀。增加反应物料的停留时间能提高转化率，但并不经济，工艺设计中最佳条件的选择是在经济合理的情况下，追求单位时间的最大产量。典型的工艺操作条件是温度180～200℃、压力13.8～24.6MPa、氨与二氧化碳摩尔比2.8～4.

8、5反应物料停留时间25～40min。工艺流程示意图见下图2。自合成塔下部流出的溶液进入二氧化碳气提塔，蒸出未反应氨和二氧化碳，经高压甲铵冷凝后与新鲜原料氨混合后返回合成塔形成循环。气提塔出料经降压后进入低压精馏塔和闪蒸罐，继续分出氨和二氧化碳，此后进入蒸发器脱水，得到含量在99.5％以上的尿素，最后在造粒塔造粒，产品以0.8~2.5毫米的颗粒包装出厂。液氨二氧化碳尿素合成低压循环碳酸氨循环未反应的氨蒸发99.7%的尿素造粒塔造粒尿素成品废水废液的处理净化