内蒙古合成氨尿素生产知识问答2.doc

简答题 一、CO2汽提工艺的一般知识 （一）尿素生产的基本化学反应及影响因素 1、尿素生产的化学反应主要是两个反应： 2NH3（液）+CO2（气）=NH4COONH2（液） +Q1…（1） NH4COONH2（液）= （NH2）αCO2）它的含意是 αCO2= 温度对转化率的影响。 一般地说，温度升高，转化率上升，但是也有一个极限，那是因为温度升高对设备的腐蚀将加剧，同时由于其他原因，实验测定，平衡转化率对温度也有个极大值如图2所示，对常用的316L尿素及不锈钢来说，一般温度不超过190℃。 NH3/CO2的影响。 从反应（1）可知，过量NH3对甲铵的生成向正方向反应是有利的，同时在反应（2）中NH3可以降低水的活度，可以调节合成塔内的自热平衡，对防止物料对合成塔的腐蚀起到一定的限制作用，NH3/CO2根据工艺技术的不同而变化，水溶液全循环法工艺和氨汽提工艺均选择NH3/CO2（分子比）=4，CO2汽提法工艺选择2.9。 H2O/CO2的影响。 从反应（2）看出，H2O的存在使反应向逆方向进行，对生成不利，而H2O的存在又是不可避免的，这是因为在尿素合成中αCO2不可能达到100%，最高只有74%，未反应物以NH3和CO2水溶液返回合成系统，因此随着工艺的不同，返回水也不一样，根据αCO2和循环工艺的选择，一般的说H2O/CO2是可以计算出来的。 压力的影响。 合成压力不是一个独立的因素，它随着温度（T），组份（NH3/CO2，H2O/CO2）和惰性气体量等因素而变化的，从节省能量的角度来考虑，希望压力越低，越节省CO2气体压缩和液氨输送的能耗，也越能节省高压设备的投资，经济效益自然越好。温度对压力的影响见图3所示，NH3/CO2对压力的影响见图4所示，H2O/CO2对压力的影响如图5（a、b）所示，惰性气体来自CO2中的不纯物如H2、N2等，这些惰性气体直接增加了合成压力，而且降低了αCO2，从有关报告中指出CO2中惰性气体增加1%，αCO2将下降0.3～0.6%，因为合成压力是根据以上诸多因素综合决定的。 综合转化率αCO2估算。 不少研究人员按照上述影响因素，进行了测定，他们求得各种半经验计算公式和算图可供参考的有图6及图7以及公式： αCO2=C1a+ C2a2+ C3ab+ C4b+ C5a()+C6b()+C7+ C8 ()3+C9 其中t的温度。C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9分别为0.2616，0.01945，0.0382，0.1160，0.02732，0.1030，1.64，0.1394，1.869，a为NH3/CO2，b为H2O/CO2。 图6所得值与实际偏低，图7与公式所取得结果与实际相近。 物料在合成塔内停留时间的影响。 以上所述（从①到④）的αCO2均指的是在物料在反应（1）和反应（2）均达到平衡时的转化率，而实际生产过程中，上述反应在合成塔内只停留一个多小时，远未达到平衡，根据研究人员的测定，不同温度下，停留时间与αCO2的关系如图8所示，要想达到平衡转化率，则需要增长停留时间，即加大合成塔容积，从经济上考虑予以全盘研究，以求得最佳停留时间。 （二）CO2汽提法合成尿素工艺的基本概念 CO2汽提法合成尿素比水溶液全循环的优越之处，在于能耗的降低。所以能降低能耗在于采用了以下工艺技术：第一，在较高的合成温度下把合成压力降下来，以减少CO2气体压缩和液氨甲铵输送的动力能耗。第二，采用汽提原理，把尿素合成液中未反应的NH3和CO2在合成压力下大部分分解出来，减少循环系统物料降低合成物料的H2O/CO2，以提高合成αCO2。第三，汽提出的气体，绝大部分冷凝以回收生成热副产蒸汽，部份未冷凝的气体导入合成塔以维持其自热平衡。 1、合成工艺条件的选择。 荷兰斯太米卡邦的研究人员，做了不同压力下的似三元系的气-液平衡图， 和某压力下化学平衡（甲铵脱水生成尿素的平衡）如130×105Pa压力下的平衡见图9。这些似三元系沸点图，是在没有返回水的条件制作的，因此三角坐标的三角分别代表NH3，CO2和Ur+1H2O的重量百分数。图中有该压力的各个温度的等温线和该压力下的气-液平衡的顶脊线，另外把该压力下的化学平衡在同样坐标下也投影到该图上以便分析对比。从图上就可以看到： ①Y点在化学平衡线上且在气-液平衡的顶脊线上，这是反应的终点，从而决定其反应温度为187℃，NH3/CO2为2.89。 ②Y点是在130×105Pa压力下最高温度点，尿素十水的组分也最高，这个温度也是设备材料允许的较高温度。 ③Y点为187℃温度和130×105Pa顶脊线的交点，因此130×105Pa是187℃温度下的最低压力点。 由于有以上优点，Y点就选择为CO2汽提工艺的合成条件，即：选取185℃作为316