尿素合成為什么必須高溫高壓下進(jìn)行？

尿素合成工藝條件的優(yōu)化 尿素合成工藝條件的優(yōu)化我們知道影響尿素合成反應(yīng)平衡的主要因素有溫度、氨碳比(NH3/CO2)、水碳比(H2O/CO2)、操作壓力等因素。

所以尿素合成的工藝條件的優(yōu)化也應(yīng)該從這些方面去考慮。一:溫度適當(dāng)提高反應(yīng)溫度有利于增大尿素的轉(zhuǎn)化率,所以溫度應(yīng)選擇在最大轉(zhuǎn)化率的溫度范圍內(nèi),并同時兼顧合成塔襯里的耐腐蝕溫度范圍。當(dāng)合成塔操作溫度采用200℃.要比采用190 ℃時反應(yīng)速率約大1倍。而平衡轉(zhuǎn)化率僅下降1%左右,而且這也與目前常用的尿素合成塔材質(zhì)的耐腐蝕溫度范圍上限相差不大,所以工業(yè)上常選用185~200 ℃為尿素合成的操作溫度。尿素合成的操作溫度只能等于或略低于操作壓力下的物系平衡溫度。二、氨碳比( NH3/CO2 ) 根據(jù)平衡移動原理可知,氨過量使反應(yīng)有利于向生成物方向移動,提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率;同時氨能與反應(yīng)生成的水結(jié)合生成一水合氨,移出了部分產(chǎn)物,也促使平衡向生成尿素的方向移動。過量氨還可以抑制甲***的分解和尿素的縮合等有害的副反應(yīng)。較高的氨碳比雖然能獲得較大的尿素轉(zhuǎn)化率,但是需要提高尿素合成的平衡壓力,增加動力消耗,同時還會增加系統(tǒng)回收氨的負(fù)荷,增加設(shè)備;此外(來源：淘豆網(wǎng)[http://www.taodocs.com/p-14773854.html])還必須尿素合成塔的熱平衡,當(dāng)氨碳比過多時有可能引起自熱平衡的破壞,使反應(yīng)溫度降低,轉(zhuǎn)化率下降。綜合以上分析,只有選擇最大尿素生成速度時的氨碳比最為適宜。對水溶液全循環(huán)法流程氨碳比以4.0左右為宜,二氧化碳?xì)馓岱鞒贪碧急纫?.9左右為宜三:水碳比( H2O/CO2 ) 從平衡移動原理可知,增加水即增加了生成物的濃度,將使尿素平衡轉(zhuǎn)化率下降,在實際中,當(dāng)水碳比增加0.1時合成系統(tǒng)轉(zhuǎn)化率下降1.5%~2%。當(dāng)水碳比過高時,高壓甲***冷凝器和合成塔出液溫度上升,合成系統(tǒng)壓力降低;同時由于轉(zhuǎn)化率的下降,氣提塔需分解的甲***量明顯上升,氣提蒸汽耗量上升,相應(yīng)條件下低壓分解回收系統(tǒng)負(fù)荷將增大。要控制系統(tǒng)的水碳比,只能通過調(diào)整低壓甲***溶液中的含水量來控制,而控制低壓甲***溶液中的含水量又要從低壓循環(huán)吸收系統(tǒng)、水解系統(tǒng)進(jìn)行全面調(diào)整來實現(xiàn),必要時采取將部分低壓分解氣體放空的辦法來減少返回合成塔的水量。實際中:水溶液全循環(huán)法中,水碳比一般為0.6~0.7;二氧化碳?xì)馓岱ㄖ?水碳比一般為0.3~0.4四:操作壓力尿素合(來源：淘豆網(wǎng)[http://www.taodocs.com/p-14773854.html])成的總反應(yīng)是一個體積減少的反應(yīng),提高壓力對尿素合成有利,尿素轉(zhuǎn)化率也隨壓力增高而增大。壓力升高至一定值,尿素轉(zhuǎn)化率趨于一個定值,再提高壓力尿素轉(zhuǎn)化率并不在增大,而設(shè)備投資,操作運行費用都將增加。綜上,尿素的合成的操作壓力,以合成塔頂物料沸點的平衡壓力為基準(zhǔn),選擇的操作壓力要高于平衡壓力約2~3MPa。對水溶液全循環(huán)法來說,操作壓力約為20MPa左右;對于二氧化碳?xì)馓岱▉碚f,操作壓力約為14MPa左右。五:停留時間尿素合成反應(yīng)時間主要是指甲***脫水生成尿素的時間,甲***脫水速率隨溫度升高和氨碳比的增大而加快,為了使甲***脫水反應(yīng)進(jìn)行得比較完全,就必須使物料在合成塔中有足夠的停留時間。但是,反應(yīng)時間過長,設(shè)備體積要增大,生產(chǎn)能力下降,很不經(jīng)濟(jì);另外高溫下停留時間太長,甲***的不穩(wěn)定性增加,尿素的水解、縮合反應(yīng)加劇,操作控制難度增加,同時,隨著反應(yīng)時間的延長,尿素合成的轉(zhuǎn)化率提高很少甚至出現(xiàn)負(fù)增長工業(yè)生產(chǎn)上對于反應(yīng)溫度為180~190℃的裝置,一般確定反應(yīng)時間為40~60min,對于反應(yīng)溫度為200℃或更高的裝置時,反應(yīng)時間為30min左右。另外尿素合成反應(yīng)時間的確定還與合成塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。