尿素的合成工艺
粗液氨和净化后的CO2气体经压缩后进入尿素合成塔，合成反应液中未反应的氨和CO2经一次减压分解，除氨后的尾气送至氨加工车间生成铵盐。未反应的物料不返回合成系统，故称为非循环法。如果未反应的物料在减压下分解，冷凝后部分返回合成系统，则称为部分循环法。这种方法成本高，技术落后，早就被淘汰了。
Ⅱ.全溶液循环法
尿素合成反应后，未转化的反应物氨和CO2通过多级减压和加热分解从尿素溶液中分离出来，然后全部返回合成系统，提高原料氨和CO2的利用率。这种方法称为全流通法。根据未反应的氨和CO2回收方法的不同，可分为溶液全循环法、气体分离法(选择性吸附)、浆液循环法和热气循环法。
①气体分离法(即选择性吸收法)。该方法以尿素-硝酸水溶液为吸收剂，选择性吸收分解气体中的氨。吸收液再生后，氨被回收，经压缩冷凝后返回合成塔。或者通过减压加热分解的氨、CO2和水蒸汽的混合物被MEA溶液吸收，剩余的氨被冷凝并返回合成塔。
②水溶液全循环法。尿素合成后，未反应的氨和CO2被分解分离，用水吸收到氨基甲酸铵溶液中，然后循环到合成系统，称为水溶液全循环法。自20世纪60年代以来，迅速推广，在尿素生产中占据很大优势，目前仍在不断改进。典型的例子有荷兰Stamikaben的水溶液全循环法，美国Kemi分公司的水溶液全循环法，日本三井东东的改进C法和D法。
水溶液全循环三个过程的工艺条件见表6-13。
表1
水溶液全循环的工艺条件
方法
压力//MPa
温度/℃
NH3/CO2
H2O/二氧化碳
汇率
斯塔米卡本方法
蒙特·爱迪生方法
三井东压的修正c法
19.62~21.58
19.62
22.56~24.53
185~188
195~200
190~200
4.0
3.5
4.0
0.60
0.55
0.37
62%
63%
72%
三。气体汽提
水溶液全循环法不消耗昂贵的溶剂，节省投资，得到了广泛应用，为尿素工业的发展做出了积极贡献。但水溶液全循环法存在很多问题，如能量利用不充分，反应热被大量循环液体冷却，利用不充分；一级甲铵泵腐蚀严重，制造、操作和维护都很麻烦。为了回收痕量CO2和氨，该过程变得过于复杂。汽提是在水溶液全循环改造的基础上发展起来的一种新方法。
所谓汽提法，就是用CO2、氨气、变换气或其他惰性气体等汽提剂，在一定压力下加热，促进未转化为尿素的氨基甲酸铵分解和液氨气化。汽提分解的效率受压力、温度、液气比和停留时间的影响。温度过高会加速氨的水解和缩二脲的增加，而压力过低会降低分解产物的冷凝吸收率。剥离时间越短越好。可以防止水解和缩合反应。所以汽提是基于两段合成的原理，即液氨和气体CO2在高压冷凝器中反应生成甲铵，而甲铵的脱水反应在尿素合成塔中进行。实际上，为了维持尿素合成塔的反应温度，一部分甲铵留在合成塔内，而不是全部在高压冷凝器内完成。汽提塔中的反应如下
这是一个吸热和体积增加的可逆反应。只要有足够的热量，并能降低反应产物中任何组分的分压，甲铵的分解反应总能向右进行。气体汽提是基于这一原理。当通入CO2气体时，CO2的分压为1，而氨的分压趋于0，导致反应持续进行。类似地，氨提取具有相同的结果。
气提工艺是目前尿素合成生产中的一项重要技术改进。与水溶液全循环法相比，具有流程简化、能耗低、生产成本降低、单系列规模大、运行平衡安全、运行周期长等优点。气体汽提主要包括斯塔米卡本CO2汽提、SNAM氨汽提、IDR(等压双汽提)法和ACES法。
图6-12是荷兰Stamikaben的CO2汽提工艺示意图。这种方法在1964中研究成功，并在70年代初得到广泛应用。现已成为工厂数量最多的生产工艺，单系列可达1756 ~ 2100 t/d .
尿素合成的原料气CO2加压后(其压力与合成塔相同)，首先进入CO2汽提塔，大部分未转化为尿素的氨基甲酸铵被分解，随CO2逸出。汽提分解所需热量由2.45MPa蒸汽提供，CO2汽提塔出口流入高压甲铵冷凝器。流入该冷凝器的物料有加压的原料液氨和高压洗涤后的氨基甲酸铵溶液，该液体通过高压液氨喷射器在高压氨基甲酸铵冷凝器中冷凝，CO2被吸收用于氨基甲酸铵反应。吸收过程和反应过程中释放的热量产生0.294MPa的低压蒸汽，大部分生产氨基甲酸铵的反应在高压冷凝器中进行，部分生产氨基甲酸铵的反应在尿素合成塔中进行。为了维持尿素合成塔中甲胺脱水所需的热量，可以通过控制高压冷凝器的冷凝量来控制尿素合成塔的操作温度。从尿素合成塔底部流出的反应混合物进入CO2汽提塔，从CO2汽提塔底部流出的反应混合物减压至0.2533MPa后进入低压分解器，在此进一步加热分解并逸出残留的甲胺和氨。闪蒸后，塔底尿素溶液被送至两级真空蒸发。浓缩至99.7%(质量分数)的熔融尿素，最后送入造粒塔制成颗粒状产品。从分解塔顶出来的混合气体在低压下被冷凝吸收，产生的氨基甲酸铵溶液被泵入高压洗涤器。尿素合成塔顶部的混合气体也进入高压洗涤器回收。