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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＋CO2NH2COONH4＋Q

第二步：NH4COONH2CO（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

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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2.3MPa(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18.34MPa(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。

1、2、3合成与汽提

生产原理：合成塔、气提塔、高压甲铵冷凝器与高压洗涤器四个

设备组成高压圈，这是本工艺的核心部分，这四个设备的操作条

件是统一考虑的，以期达到尿素的最大产率与最大限度的热量回

收。

从高压冷凝器底部导出的液体甲铵与少量的未冷凝的氨与二氧

化碳，分别用两条管线送入合成塔底，液相加气相物料N/C（摩

尔比）为2.9—3.2，温度为165--172℃。

合成塔内设有11块塔板，形成类似几个串联的反应器，塔板的

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作用是防止物料在塔内返混。物料从塔底至塔顶，设计停留时间

1小时，二氧化碳转化率可达58%，相当于平衡转化率90%以

上。

尿素合成反应液从塔内上升到正常液位，温度上升到

180--185℃，经过溢流管从塔下出口排出，经过合成塔出液阀

（HPV2201）汽提塔上部，再经塔内液体分配器均匀地分配到

每根气提管中，沿管壁成液膜下降，分配器液位高低，起着自动

调节各管内流量的作用，尿液在气提管均匀分配并在内壁形成液

膜下降，内壁液膜是非常重要的，否则气提管将遭到腐蚀，由塔

下部导入的二氧化碳气体，在管内与合成反应液逆流相遇，气提

管外以蒸汽加热，合成反应液中过剩氨及未转化的甲铵将被气提

气蒸出与分解，从塔顶排出，尿液及少量未分解的甲铵从塔底排

出，气提塔出液温度控制在165--174℃之间。塔底液位控制在

40--80%左右，以防止二氧化碳气体随着液体流至低压分解工段

造成低压设备超压。

从气提塔顶排出185