尿素生产工艺比较

田小兰

陕西陕化煤化工集团有限公司 （陕西 华州714100）

摘要：本文首先对尿素生产工艺进行简要概述，然后提出了尿素生产工艺的条件，最后对尿素生产工艺进行比较，以期为相关行业人员提供一些参考。

关键词：尿素；生产；工艺

引言

在现代化社会的发展中，尿素生产工艺在生产尿素的过程是非常重要的，这些工艺已在实际生产中得到了一定推广，在一定程度上优化、发展了生产工艺及其它工艺。因此，技术人员需要明确尿素生产工艺原理，合理应用尿素生产工艺，注重环保设施的优化，为尿素工艺改造提供支持。

1尿素生产工艺概述

1.1尿素

从化学的角度分析，尿素是由碳、氮、氧、氢四种元素组成的有机化合物。从生物的角度分析，尿素是蛋白质的代谢产物。尿素因为其特殊性，被广泛地应用于生产与生活当中。尿素在生活中可以做植物的肥料，中国是一个人口大国，需要消耗大量的粮食。尿素能让粮食的产量增长，以此满足大量人口的需要，这使尿素在生产生活中占有重要位置，尿素在生产资料中可以做煤化工生产原料。尿素的合成一般分为两个步骤，第一步是液态氨和二氧化碳生成尿素甲氨，第二步是尿素甲胺脱水形成尿素和水[1]。

1.2尿素反应过程

尿素分解二氧化碳和合成氨之后，吸收到硝酸氨溶液当中转化为水循环。水溶液循环法非常的节约化学原料，在尿素合成工艺当中，水溶液循环法虽然被应用在尿素的生产工艺当中，但是这个方法却存在许多不足，其中最大的问题就是原料的利用率较低。氨解法是一种不同于水循环法的全新的尿素生产工艺，氨解法较之于水循环法更加节能，能量的利用率也较高，氨回收的更彻底，降低了氨、氮排放量，进一步的降低尿素合成法对环境的污染。尿素的反应原理如下：

2NH3+CO2=NH4COONH2+Q

NH4COONH2=CO(NH2)2+H2O-Q

2尿素生产工艺的条件

2.1硬件需求

尿素生产工艺中，对硬件的需求应当以经济合理为原则。随着计算机技术的发展，尿素生产工艺中，对控制系统的需求越来越多。为了使控制系统的准确性更高，相关人员在系统配置和参数选择时应该尽量降低图片使用量，这样可以减少操作人员的数量，减少公司人力物力的支出，提高尿素的产率。

2.2软件需求

生产工艺中对软件的需求取决于工艺工程师的需求，所以安装各种连锁系统时应该与工艺工程师及具体的操作人员进行多方面沟通，然后对连锁装置进行全面严格的调试，或者可以在确保安全的情况下，尽量减少连锁装置的设置。连锁装置越多的情况下，操作失误的可能性也越大，控制电路的选择应尽可能的准确，温度、压力等的配置也应该结合实际的生产条件进行设置，以免造成不必要的误差，在尿素生产中出现经济上的损失[2]。

2.3系统运行问题

系统运行之后可能会出现一些问题，如系统检测到的合成塔与汽提塔的实际塔壁厚度与系统信号检测到的塔壁厚度不一致。出现这种情况后，尿素工艺工程师可以与原材料水平仪厂商进行协商，找出问题的原因，再协商解决问题。另一方面就是合成塔与汽提塔的高压喷油阀调节精度不符合尿素工艺的要求，遇到这种问题后可以将自力式调节阀换成智能定位器。

3尿素生产工艺比较

3.1水溶液全循环法

水溶液全循环法的优点。液氨预热器、尿素合成塔以及泵式高压设备是水溶液全循环尿素的主要设备，除此以外，该工艺还需要中压、低压以及真空设备。所以，对于此工艺的技术改造较为容易且所耗时较短，无需大量的成本投入，具有明显的发展潜力和前景。

由于尿素水溶液中氨含量较高，二氧化碳气体中氧气的含量较低，而该工艺的二氧化碳转化率可达66%左右，而且，通过部分企业对设备的不断改进，其二氧化碳转化率可达68%以上。另外，该工艺中对高压设备的运行要求也较低，当高压系统停机的36小时之内，依旧可以保持整个系统的正常运行，所以，对于中小尿素生产企业，通过此工艺可以有效的避免尿素合成塔停止或者维护时带来的不利影响，以及由于高压系统停止或放电频率造成的环境污染。对于我国尿素生产企业而言，水溶液全循环法生产尿素的厂家较多。所以，经过多方努力下，从设计、制造以及节能技术等的应用有效的提升了水溶液全循环尿素生产效率，并逐渐发展为我国最为熟悉的尿素工艺，促进了我国尿素的大量生产制造。

水溶液全循环法的缺点。水溶液全循环与二氧化碳汽提尿素工艺相比，其工艺流程较长，因此导致操作和调节方面较为繁琐。即因为高氨碳比的控制，导致没有发生反应生成尿素的二氧化碳和氨都是在中压和低压时进行分解和吸收，然后在经过循环系统进行回收利用。另外，液氨泵也具有循环液量大，耗能较高的特点，除此以外，高压系统因为压力过高，所以导致液氨泵的负荷也较大，从而造成对其的维修成本较高。此工艺的另一个缺点就是该装置设计的生产能力较小，就目前而言，显然其已经无法满足农业发展需求。基于此，部分企业已经开始进行扩建，促使年生产力得到提升，例如，山东化工规划设计院所设计的尿素装置，年产量在50万吨左右并已经投入使用。

3.2 CO2汽提尿素

CO2汽提尿素的优点。CO2汽提尿素工艺的主要优势为：（1）在最佳的操作情况下即氨碳摩尔比2.89情况下，可以使合成压力降到最低；（2）在合成压力下，二氧化碳和大多数氨在高压系统中反应，并在尿素汽提搭中分离、循环、尿素、氨反应生成，在低压部分二氧化碳进行分解、恢复，并降低系统中高压的压力，所以，所需氨泵输送量较小，负荷小，且运行周期长，无需大量的成本投入；（3）因为此工艺都是在本系统中完成，所以具有一定的加热和保温作用，另外，生产过程中多余的蒸汽还可以应用在其他系统之中；（4）经过对该工艺的改造，采用了原料二氧化碳的脱氢技术，可以在源头上杜绝工艺过程中发生爆炸的危险；（5）在高压洗涤器后舍友4bar吸收塔来吸收不凝气中的氨，所以可以有效的降低了尿素装置的消耗；除此以外，二氧化碳汽提尿素装置的另一个优点是它可以设计根据实际情况来确定不同的生产能力。通过对此工艺装置的技术创新，将尿素装置高度降低大约30米后，甚至低于了水溶液全循环尿素装置的高度，从而起到了节约投资和降低功耗，使操作更方便，系统运行更稳定[3]。

CO2汽提尿素的缺点。CO2汽提尿素工艺的装置较为复杂，其主要设备就包括二氧化碳汽提塔、高压洗涤器、尿素合成塔以及高压氨冷凝器等设备，而且这些设备也是此工艺必备设备。因此，对于尿素装置进行创新改进是有一定困难的。该工艺装置在实际运行过程中有以下缺点：第一，排气爆炸的问题。本工艺的高压洗涤器虽然经过改造升级后具有一定的防爆结构，但是其安全性仍在某些方面存在一定的缺陷。因此，一旦防爆结构操作发生失误，势必会导致爆炸，从而影响生产，甚至引发安全事故的发生。第二，此工艺对氨碳比的要求较为严格。由于所需氨碳比的范围较小，因此当偏差较大时需要耗费大量时间进行调节；第三，高压洗涤器温度调节过程中，对水温的控制较为严格。如果温度过高会造成排气清洗不达标，反之，会导致三聚氰胺结晶，造成洗涤器的堵塞，从而引发安全事故；第四，因为高压系统较为庞大，且高压静态设备之间没有阀门对其进行控制，所以，当高压系统停机时需要排放全部废气，且耗费时间较长，并对环境会产生不利影响；第五，一般情况下，此工艺设备的维修几乎需要10天以上，因此需要耗费大量的维修时间且维修费用较高。

4结语

总而言之，尿素生产工艺在很大程度上体现的是科技的创新，但在给我们带来便利的同时，也要注意资源的保护和禁止浪费现象的发生，因此对于尿素废水的处理要不断的提升技术工艺。因此，做好尿素企业要进一步探索尿素生产工艺的新途径，积极采用高效低成本的方式进行尿素废水的处理，推进尿素生产化工企业取得良性循环，真正地实现企业的可持续健康发展。

参考文献：

[1]张庆喜.论不同尿素生产工艺的优越性[J].氮肥技术,2017,38(04):1-4.

[2]王富德.尿素生产废水处理工艺技术研究[J].化工管理，2018（19）：133-134.

[3]苏磊.尿素生产工艺比较[J].文存阅刊，2020（47）：160.