尿素是一种广泛应用的氮肥,其原料来源和生产工艺如下:
一、原料来源
-
煤炭
中国等煤炭资源丰富的国家通过煤气化技术将煤炭转化为氢气,用于合成氨,是煤头尿素的主要原料。煤头尿素占中国尿素总产能的70%以上。
-
天然气
国际上多数国家以天然气(主要成分为甲烷)为原料生产气头尿素,因其供应充足且工艺环保。天然气通过甲烷重整或直接用于合成氨,再转化为尿素。
-
焦炉气
部分国家将焦炉气(煤炼焦过程中产生的副产品)作为氢气来源,用于尿素生产。
二、生产工艺
尿素通过以下步骤合成:
-
合成氨
氨气($NH_3$)与氢气($H_2$)在高温(400-500°C)、高压(15-25 MPa)及铁基催化剂作用下反应生成氨基甲酸铵($NH_2COONH_4$): $$N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3$$
氨气可通过天然气重整或煤制氢获得。
-
脱水生成尿素
氨基甲酸铵在高温(180-200°C)下进一步反应,脱去水分生成尿素($CO(NH_2)_2$)和氨气: $$NH_2COONH_4 \rightarrow CO(NH_2)_2 + H_2O$$
该反应需控制温度与压力,并使用氧化铝或硅酸铝作为催化剂。
三、补充说明
-
产业链结构 :尿素产业链涵盖上游原材料供应(煤炭/天然气/焦炉气)、中游生产(氨气合成与尿素制造)及下游农业/工业消费。
-
环保与趋势 :气头尿素因原料清洁、能耗较低,逐渐成为国际主流生产方式。
尿素的主要原料为煤炭、天然气和焦炉气,通过氨气和二氧化碳的化学合成工艺转化为高效氮肥。