尿素生产设备是一个复杂的系统，主要基于氨和二氧化碳在高压下反应生成尿素。现代大规模尿素生产几乎都采用高压合成工艺，核心流程包括合成、分解回收、浓缩和造粒。以下是用中文介绍的关键设备及其功能：

核心化学反应

1. 2NH₃ + CO₂ ⇌ NH₂COONH₄ (放热反应，生成氨基甲酸铵 - 简称甲铵)
2. NH₂COONH₄ ⇌ CO(NH₂)₂ + H₂O (吸热反应，脱水生成尿素)

主要工艺步骤及对应设备

1. 原料净化与压缩：

   • 氨净化/缓冲设备： 储存液氨，并去除杂质。
   • 二氧化碳压缩机： 将来自合成氨厂的CO₂气体压缩到合成所需的高压（通常在14-25 MPa范围）。这是系统的“心脏”之一，功耗巨大。常用离心式压缩机。
   • 二氧化碳脱氢反应器： 去除CO₂中的氢气（H₂），防止在高压系统内形成爆炸性混合物。通常装有催化剂。

2. 高压合成：

   • 高压甲铵冷凝器： 让液氨和压缩后的CO₂在此预反应生成甲铵液，并释放大量的反应热。该热量通常用于副产蒸汽。这是高压回路的关键节能设备。结构形式多样（如池式冷凝器、降膜式冷凝器等）。
   • 尿素合成塔/反应器： 甲铵液在此脱水生成尿素。反应在高温高压下进行，通常需要一定的停留时间以达到较高的二氧化碳转化率（理想状态约60-70%）。内部结构（如塔板、筛板）用于促进混合和延长停留时间。需要承受高温高压和强腐蚀性介质，材料要求极高（如特殊不锈钢、双相钢、锆材或钛材内衬）。
   • 高压洗涤器： 处理合成塔出口气体（主要含未反应的NH₃、CO₂、惰性气体）。用甲铵液或稀氨水吸收其中的NH₃和CO₂，形成浓甲铵液返回合成塔，惰性气体排出系统。核心是高效的气液分离部件。

3. 中/低压分解与回收：

   • 高压分解分离器（汽提塔）： 这是汽提法工艺的核心设备。合成反应液首先进入此塔，在较高压力（但仍低于合成压力）下，通过逆流蒸汽（或CO₂气体）加热汽提，将大部分未反应的NH₃和CO₂从尿素溶液中分离出来。汽提气（含NH₃和CO₂）返回高压甲铵冷凝器回收。常用降膜式汽提塔（加热管材质要求耐腐蚀）。
   • 中压分解塔/分离器 & 低压分解塔/分离器： 在汽提法或传统水溶液全循环法中，反应液需逐级减压（中压、低压）并加热，进一步分解残存的甲铵和游离NH₃、CO₂。每个分解阶段都配备加热器（通常用蒸汽加热）和分离器（分离气体和尿液）。
   • 中/低压甲铵冷凝器 & 甲铵泵： 将中、低压分解回收的NH₃和CO₂气体冷凝成甲铵液，然后用高压甲铵泵打回高压系统进行循环利用。甲铵泵是关键的高压流体输送设备。

4. 尿液浓缩：

   • 真空蒸发系统： 经过分解回收后得到的稀尿素溶液（约70-75% wt），需要进一步浓缩至99.7% wt左右（用于造粒）或更高浓度（如用于生产尿素硝铵溶液UAN）。一般采用多效蒸发（如一效、二效蒸发器），在真空条件下进行以降低沸点，节省蒸汽。核心设备包括降膜蒸发器、分离器、蒸汽喷射泵或真空泵、冷凝器等。

5. 尿素造粒或结晶：

   • 造粒工艺：
     • 造粒塔： 熔融尿素从塔顶喷头喷洒下落，与塔底上升的冷空气逆流接触，凝固成小颗粒。设备包括熔融尿素泵、造粒喷头、高大的造粒塔体（混凝土结构）、粉尘洗涤回收系统、塔底流化床冷却器或皮带输送机等。造粒塔是地标性建筑。
     • 流化床造粒机： 熔融尿素喷洒到流化床层中已有的尿素晶种上，层层包裹长大成粒。设备更紧凑，但能耗和投资较高。
   • 结晶工艺（较少用）：
     • 结晶器： 将浓缩后的尿素溶液在特定条件下冷却结晶（常用真空结晶），得到尿素晶体。
     • 离心机： 分离尿素晶体和母液。
     • 干燥机、冷却器： 干燥和冷却尿素晶体。
     • 注意：现代大型装置绝大多数采用造粒法生产粒状尿素。

6. 辅助及公用工程系统：

   • 工艺冷凝液处理系统： 处理生产过程中产生的含少量尿素和氨的工艺废水（如蒸发冷凝液），通常通过水解塔（高温高压下将尿素和氨分解成CO₂和NH₃）和解吸塔（汽提回收NH₃）进行处理，达到环保排放标准并回收有效成分。处理后的水可循环利用。
   • 冷却水系统： 为各种换热器和冷凝器提供冷却水。
   • 锅炉给水及蒸汽系统： 提供工艺所需蒸汽（加热、汽提、驱动透平）并回收冷凝水。
   • 仪表空气、工厂空气系统： 提供自动控制所需的洁净压缩空气。
   • 惰性气体系统： 用于设备吹扫、保护等。
   • 安全泄放系统： 包括安全阀、爆破片、火炬系统等，确保高压系统安全。
   • 粉尘回收系统： 在造粒、包装等环节收集处理尿素粉尘。

主要工艺技术提供商及其核心设备特点

• 斯塔米卡邦 CO₂汽提法： 核心是池式反应器（液体覆盖合成塔底部换热管束，既是反应器又是冷凝器，结构紧凑）和降膜式CO₂汽提塔。高效节能。
• 斯那姆氨汽提法： 核心是等温反应器（内部有多层换热盘管，移走反应热副产蒸汽）和降膜式氨汽提塔（用过量氨作汽提剂）。
• 东工大改良C法/ACES法： 核心是多级高效合成塔（追求高转化率）和特定的回收流程。
• UTI热循环法： 其显著特点是高压圈只有一个设备（UTI Reactor），通过特殊设计将冷凝、反应、汽提集成在一个塔内。

总结关键设备清单

1. 压缩机： CO₂压缩机
2. 高压核心设备：
   • 高压甲铵冷凝器
   • 尿素合成塔/反应器
   • 高压洗涤器
   • 高压汽提塔（汽提法核心）
   • 高压甲铵泵
3. 中/低压回收设备：
   • 中/低压分解塔/加热器/分离器
   • 中/低压甲铵冷凝器
4. 浓缩设备： 多效蒸发器（降膜式为主）及附属设备
5. 造粒设备：
   • 造粒塔 + 喷头 + 粉尘回收（主流）
   • 或 流化床造粒机
6. 环保设备： 工艺冷凝液处理系统（水解塔、解吸塔）
7. 关键泵： 高压甲铵泵、液氨泵、熔融尿素泵

这些设备共同构成了一个高度集成、能量回收利用效率高、安全环保要求极其严格的尿素生产装置。材料的选择（耐高温高压、耐甲铵液腐蚀）和设备的设计对于装置的长期稳定运行至关重要。