1、尿 素 合 成 工 藝學習目標：1.學習尿素的物理性質，掌握其基本常識。2.掌握尿素的化學性質。3.了解尿素的用途。4.尿素生產方法介紹。第一章 概 述 第一節 尿素的性質 一、尿素的物理性質 尿素，學名碳酰二胺，分子式為CO(NH2)2，相對分子質量為60.06，含氮量為46.65%，結構式為： 尿素是碳、氫、氧、氮元素組成的有機化合物，因尿素這種物質首先發現于人及哺乳動物的尿液中，故稱之為尿素。純凈的尿素是無色、無味的白色針狀或棱柱狀結晶體，工業上尿素產品因含有雜質，一般是白色或淺黃色結晶。常壓下純尿素的熔點為132.7尿素水溶液的密度和粘度隨濃度升高，溫度降低而增大，尿素水溶液的沸點隨濃

2、度降低、壓力降低而降低。二、尿素的化學性質尿素的化學性質主要包括縮合反應、水解反應、加成反應等。1、尿素的縮合反應 在真空條件下，將固體尿素加熱到120130時，尿素并不分解，但要由固體直接升華成為氣體。 在常壓下，加熱干燥固體尿素到高于它的熔點溫度（132.7 ）時，兩分子尿素縮合生成難溶于水的縮二脲，并放出氣氨，反應方程式如下：2CO(NH2)2=NH2CONHCONH2+NH3尿素在加熱到170，易發生分子間縮合脫氨生成縮三脲以及三聚氰酸等化合物。 這些縮合物對植物和動物都是有害的。 部分甲銨進一步水解，生成碳酸銨：NH4COONH2+H2O = (NH4)2CO3 碳酸銨分解為碳酸氫銨

3、和氨：(NH4)2CO3= NH4HCO3+NH3 碳酸氫銨最后完全分解為氨、二氧化碳和水： NH4HCO3 =NH3 + CO2+ H2O 當加熱尿素水溶液溫度高于130時，尿素會直接水解為氨和二氧化碳： CO(NH2)2+H20 =2NH3 +CO2 尿素水解的速度與受熱溫度及加熱時間有關。但有氨存在時，尿素的水解速度可以大大降低，在尿素生產中發生水解，會減小尿素生產量、增加動力消耗、加大生產成本等，故實際生產中應盡可能防止尿素水解。3、尿素的加成反應 尿素在強酸性溶液中呈現弱堿性，堿性極弱，不能使指示劑變色。因此尿素能與酸作用生成鹽類，比如尿素與硝酸作用生成尿素的硝酸鹽，尿素與磷酸作用生

4、成尿素的磷酸鹽,尿素與過氧化氫反應生成過氧化尿素或稱過氧化碳酰二胺。 尿素還能與一些金屬鹽類作用生成絡合物，如尿素與磷酸鈣鹽作用，生成磷酸尿素和磷酸二鈣鹽的絡合物。CO(NH2)2+Ca(H2PO4)2H20=CO(NH2)2H3PO4+CaHPO4+H20尿素與NH4Cl作用生成NH4ClCO(NH2)2，與NH4N03作用生成NH4N03CO(NH2)2等絡合物，利用這一性質可制作高效復合肥料。另外，尿素幾乎還能與所有的直鏈有機化合物，如烴、醇、醛等作用。尿素不僅可以發生取代反應，而且還有加成反應，這些性質大大地增加了尿素的用途。二、尿素的用途及產品標準尿素在施用過程中，不會在土壤中留下任

5、何有害物質，尿素分子中的氮元素被作物吸收時，分解釋放出的二氧化碳還會促使作物進行光合作用，所以，長期施用尿素不會使土壤板結或變質。尿素與甲醛或烏洛托平(CH2)6N4反應可制得緩效的尿醛肥料，可以使肥效期大大增長，尿素與其他化學肥料混合而制得高效復混肥料，對作物增產效果更為顯著。但尿素中縮二脲具 有對植物有毒害作用，能傷害種子并抑制種子發芽。被植物吸收后，使葉尖發黃，葉子枯萎，生長速度緩慢，影響農作物產量。縮二脲在土壤中能轉變成硝酸態氮被植物吸收，不會在土壤中積聚。因此只要一次施肥中縮二脲含量不超過允許量，就能避免對植物的損害，肥料尿素中縮二脲的最高允許含量，隨植物種類和施肥方法而有較大差別。

6、當縮二脲含量不超過2.5時，各類植物均可使用。2、用于飼料尿素可用作反芻動物(如牛、羊等)的輔助飼料,使肉、奶增產。故僅限于用作反芻動物的飼料生產，按蛋白質的價值比較，lkg尿素的含氮量，等于2.62.8kg蛋白質的含氮量，約等于5kg豆餅或2225kg大麥的含氮量，作為飼料的尿素規格和用法有特殊要求，不能亂用。 3、用作其它工業原料 尿素在工業上用途很廣，在有機合成工業中，尿素主要用作合成高分子聚合物的原料，如用于生產合成脲醛樹脂、有機玻璃等。在醫藥工業中，純尿素可用作利尿劑，生產制藥原料氨基甲酸乙酯，以及用于生產安眠藥、鎮靜劑、麻醉劑、甜味劑等的原料。在石油工業中，尿素用來制造化學絡合物，

7、在合成纖維中，尿素是合成纖維尤綸的原料，尿素還可用于紡織品的人工防皺和麻紗處理的軟化劑。在國防工業中，尿素用作炸藥的穩定劑。在選礦中用作起泡劑，在制革、顏料、涂料、油漆、染料、攝影顯影劑及日用化工產品生產中，也都要使用尿素。尿素在工業上使用時，除某些特殊產品外，一般對縮二脲的含量沒有特殊要求。粒狀尿素的吸濕性和結塊性均比其他氮肥小，并具有良好的穩定性，為便于運輸、貯存和施用，故各生產廠都生產大顆粒尿素。尿素產品的質量標準，中國化學工業部于1991年10月頒布的尿素等級質量標準GB 24409l。對工業級和農業級質量標準，對飼料級尿素中縮二脲，游離氨和鐵含量等都有特別的要求。 采用的方法是氨和二

8、氧化碳直接合成尿素。該法分為兩步，其反應式為：2NH3 + CO2 NH4CONH2+Q NH4CONH2 CO(NH2)2 + H2O-Q 總反應式為：2NH3 +CO2 CO(NH2)2 + H2O + Q 這是一個可逆放熱反應，因受化學平衡限制，轉化率一般為50%70%，生產尿素常分為以下四個步驟： NH3與CO2原料氣的供應及凈化； NH3與CO2合成尿素； 未反應物的分離與回收； 尿素溶液的加工。 按未反應物分離與回收的方法不同，分為：不循環法、半循環法、全循環法、氣提法。 （1）水溶液全循環法，利用水（或稀溶液）吸收未反應的氨和二氧化碳，以形成甲銨或碳酸銨溶液，再循環進入合成塔合成

9、尿素。該法動力消耗低、生產流程較簡單，投資較低等優點。使用廣泛。 該法由于循環過程因水量不同，又分為：碳酸鹽水溶液循環法和甲銨溶液循環法。 水溶液全循環法生產過程示意圖 （2）氣提法 該法是利用氣體介質在與合成等溫等壓條件下分解甲銨并將分解物返回系統使用的的方法。該法也屬于水溶液全循環法。 根據氣體介質的不同分為：二氧化碳氣提法、氨氣提法、變換氣氣提法(又稱聯尿法)等。 氣提法回收完全，能耗低，低壓氨、二氧化碳處理量小，技術經濟指標較高。 我國尿素生產情況： 1975年中國第一套二氧化碳汽提法裝置在上海建成投產。20世紀70年代以來，我國興建數十套年產30萬噸合成氨、5260萬噸尿素聯合生產裝

10、置的大型化肥生產廠。氣提法生產尿素已成為當今尿素生產的主要方法。四、 尿素生產對原料的要求 合成尿素的主要原料是液氨和二氧化碳，它們分別為合成氨廠的主副產品，所以尿素生產和合成氨生產在一起進行。 （1）液氨 一般氨含量不低于99.5(質量)，水和惰性物質含量0.5，油含量15mg/kg，不含固體雜質（如催化劑粉末等）。 （2）二氧化碳含量大于98.5(干基體積分數)，惰性氣體量小于1.5(體積分數)，硫化物小于15mg/m3(以總硫計)。 二氧化碳氣體中的惰性氣體含量越低越好，惰性氣體多，二氧化碳轉化率低。惰性氣體中的氫含量，要控制在1.2%（體積分數）以下。氫含量高，在系統中某些部位易形成NH3-H2-O2,爆炸氣的危險性增加。為安全起見，有些氣提法尿素生產流程中，裝有脫氫裝置，使 二氧化碳