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氨和尿素的生产

氮对植物生长的作用很早就已了解。空气中氮占78％，但是，除豆科植物外，空气中的氮不能被固定、吸收。1898年，利用炭化钙吸收氮制氨获得成功，1905年建成工厂。1909年又实现了在催化剂存在下，氮和氢直接合成氨，并于1912年建成日产30吨的装置，此后，直接合成氨的方法发展迅速，而利用碳化钙的方法因成本高在30年代被淘汰。几十年来，合成氨在技术上发生了很大变化.

　合成氨工业的发展
　　氮对植物生长的作用很早就已了解。空气中氮占78％，但是，除豆科植物外，空气中的氮不能被固定、吸收。1898年，利用炭化钙吸收氮制氨获得成功，1905年建成工厂。1909年又实现了在催化剂存在下，氮和氢直接合成氨，并于1912年建成日产30吨的装置，此后，直接合成氨的方法发展迅速，而利用碳化钙的方法因成本高在30年代被淘汰。几十年来，合成氨在技术上发生了很大变化.
　　一.是生产原料由煤转向气态的天然气和液态的石油产品（合称烃类原料），大型厂绝大多数采用烃类原料，以煤为原料仅在中国和德国有应用
　　二.是装置大型化，60年代日产500吨氨，近20年来，新建装置大部分为日产1000～1500吨。由于高压设备、离心式压缩机及生产控制系统的成功使用，生产装置的规模得以大型化，从而使合成氨的原材料和能量消耗下降。1993年，世界合成氨的产量为8930万吨，1995年我国为2765万吨。

原料气的制取
　　由于氨中氮和氢的原子数以1：3 的比例组成，因此，制备的原料气需氮和氢比例适当，无反应有害杂质。

1.造气
　　煤和烃类原料的基本组成均为碳和氢。在高温下，它们和水起化学反应后生成的产物以氢、一氧化碳为主，另有少量二氧化碳、甲烷以及原料中带入的硫生成的各类硫化物。反应过程要不断补充热量，也可采用通人空气或氧，*部分原料的燃烧热来供热。这一过程称为造气。以天然气、汽油为原料的合成氨厂造气时，以镍为催化剂，反应器为耐热合金钢管。制成气的组成为：氢58.2％，一氧化碳8.5％，二氧化碳11.5％，氮21.3％，其余为甲烷、氩和硫化物。
　　1）一氧化碳的变换
　　一氧化碳和水反应可以生成二氧化碳合氢。采用这个反应一是为了增加氢气；二是为了除去化学活性差，不易除去的一氧化碳（二氧化碳比较容易脱除，现在又可用于生产尿素）。根据对一氧化碳转化要求，以及原料中硫含量的多少，可以选用不同的催化剂及相应的反应温度。
　　2）脱二氧化碳（脱碳）
　　二氧化碳的脱除办法很多。大型合成氨厂采用碳酸钾将二氧化碳吸收，供生产尿素用。
　　3）甲烷化
　　少量一氧化碳的脱除经一氧化碳变换工序后，仍有少量一氧化碳残存在原料气中，可采用低温的甲醇洗去，也可通过与原料气中的氢反应生成对合成氨无害处的甲烷，达到除去一氧化碳的目的。这一操作被称为甲烷化。生成的甲烷需在反应原料循环时加以排放，以防止甲烷的积累。

尿素生产的发展
　　尿素在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。

尿素的生产
　　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。受化学反应规律限制，在工厂实际操作条件下（180～200C，13～25兆帕），只有55％～70％的二氧化碳转化，因此需要回收未反应的原料，并尽量让甲氨转化成尿素。经过几十年的发展，目前有多种工艺技术生产尿素，我国的大型尿素装置年产量为48～52万吨，采用二氧化碳气提法较多。实际操作是：尿素合成塔反应压力约14兆帕，反应温度为180～185C.，气提塔与合成塔一致。这两个塔均采用不锈钢制作以防止腐蚀。工艺流程示意图见图8－2。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赫闪蒸罐，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。