本發明屬于尿素合成技術領域，具體涉及一種尿素合成裝置及其合成方法。
背景技術：
能源危機和環境惡化是當前人類社會所面臨的兩個重大問題，開發可持續利用的清潔能源是解決上述問題的有效途徑。尿素是目前我國施用量最大的一種化學氮肥；其主要以合成氨和CO2為原料合成，合成氨工業發展歷經百年發展已非常成熟，目前已工業化的合成氨工藝主要以煤、天然氣、渣油為原料，以上三種資源全部為不可再生資源，且生產工程中產生大量的廢棄物，屬高污染型工業，且具有化石能源消耗量大、工藝繁瑣需要煤氣凈化裝置進行凈化、且電力能源消耗大的缺陷。
技術實現要素：
本發明的目的在于克服現有技術中的不足而提供一種結構設計合理、工藝簡單、可操作性強、節約化石能源和電力能源和對環境友好的一種尿素合成裝置及其合成方法。
本發明的目的是這樣實現的：包括空氣輸送管道和水輸送管道，空氣輸送管道與深冷分離空氣裝置的進口相連，深冷分離空氣裝置的氮氣出口與通過第一三通與氮氫氣壓縮裝置的進口相連，深冷分離空氣裝置的氧氣出口通過第二三通與鍋爐裝置氧氣進口相連；水輸送管道與光分解水反應裝置的進口相連，光分解水反應裝置的氧氣出口與第二三通的第三端相連，光分解水反應裝置的氫氣出口與第一三通的第三端相連；鍋爐裝置包括鍋爐裝置氧氣進口、鍋爐裝置燃料進口、鍋爐裝置脫鹽水進口、鍋爐裝置冷凝液進口、鍋爐裝置煙氣出口和鍋爐裝置蒸汽出口；所述鍋爐裝置燃料進口與燃料輸送管道相連，鍋爐裝置脫鹽水進口與脫鹽水管道相連，鍋爐裝置煙氣出口依次通過鍋爐煙氣除塵及脫硫裝置、二氧化碳提純裝置和二氧化碳壓縮機裝置與尿素合成裝置的二氧化碳進口相連；鍋爐裝置蒸汽出口分別與第一汽輪機裝置的蒸汽進口和第二汽輪機裝置的蒸汽進口相連，第一汽輪機裝置的冷凝液出口和第二汽輪機裝置的冷凝液出口分別與鍋爐裝置冷凝液進口相連，第一汽輪機裝置的動力輸出端與深冷分離空氣裝置內部的空壓機的動力輸入端相連；第二汽輪機裝置的動力輸出端與氮氫氣壓縮裝置的動力輸入端相連；氮氫氣壓縮裝置的出口通過氨合成裝置與尿素合成裝置的液氨進口相連；所述尿素合成裝置的出口與成品尿素儲倉相連。
優選地，所述的鍋爐裝置為純氧燃燒鍋爐。
優選地，所述的氨合成裝置與尿素合成裝置之間設有液氨泵。
一種尿素合成裝置的合成方法，包括如下步驟：
步驟一：空氣輸送管道中的空氣經過深冷分離空氣裝置進行分離，分離后的氮氣通過深冷分離空氣裝置的氮氣出口進入第一三通內，分離后的氧氣通過氧氣出口進入第二三通內；氮氣的摩爾濃度不小于99.9％，氮氣的壓力為1.0～8.0MPa；氧氣的摩爾濃度不小于99.9％，氧氣的壓力為0.1～1.0MPa；
步驟二：水輸送管道中的水通過光分解水反應裝置中的催化劑催化分解生成氫氣和氧氣，催化劑催化分解生成的氫氣進入第一三通內，催化劑催化分解生成的氧氣進入第二三通內；氫氣純度不小于99.9％，氫氣的壓力為0.1MPa～1.0MPa；氧氣純度不小于99.9％，氧氣的壓力為0.1MPa～1.0MPa；
步驟三：所述步驟一中進入第二三通內的氧氣與所述步驟二中進入第二三通內的氧氣混合后通過鍋爐裝置氧氣進口進入鍋爐內與通過鍋爐裝置燃料進口進入的燃料燃燒生成鍋爐煙氣，其燃燒產生的熱量使鍋爐裝置脫鹽水進口中進入的脫鹽水和鍋爐裝置冷凝液進口進入的冷凝液產生高壓蒸汽；所述的鍋爐煙氣中的二氧化碳摩爾濃度不小于90％；所述高壓蒸汽的壓力為7～15MPa；
步驟四：所述步驟三中壓力為7～15MPa的高壓蒸汽分別進入第一汽輪機裝置和第二汽輪機裝置內產生機械能，第一汽輪機裝置產生的機械能驅動深冷分離空氣裝置內部的空壓機運動，第二汽輪機裝置產生的機械能驅動氮氫氣壓縮裝置運動；壓力為7～15MPa的高壓蒸汽進入第一汽輪機裝置和第二汽輪機裝置的體積比為1∶10～10∶1；
步驟五：所述步驟四中分別進入第一汽輪機裝置和第二汽輪機裝置內的高壓蒸汽經過第一汽輪機裝置和第二汽輪機裝置成為蒸汽冷凝液，所述蒸汽冷凝液分別第一汽輪機裝置的冷凝液出口和第二汽輪機裝置的冷凝液出口分別進入鍋爐裝置內循環使用；所述蒸汽冷凝液的溫度為溫度20～95℃；
步驟六：使步驟三中所述二氧化碳摩爾濃度不小于90％的鍋爐煙氣中通過鍋爐煙氣除塵及脫硫裝置進行除塵和脫硫；所述的除塵方式為：布袋除塵、電除塵或超重力除塵之一；脫硫工藝為：氨法脫硫或石灰石法脫硫之一；經過鍋爐煙氣除塵及脫硫裝置后的鍋爐煙氣中含塵量不大于30mg/Nm3，二氧化硫含量不大于5mg/Nm3，二氧化碳的摩爾濃度不小于95％，一氧化碳和氮氣的總體積分數不大于5％；
步驟七：使步驟六中所述的經過鍋爐煙氣除塵及脫硫裝置后的鍋爐煙氣進入二氧化碳提純裝置中進行提純，提純后的二氧化碳摩爾濃度不小于98％；所述二氧化碳提純裝置中的提純方式為深冷分離或變壓吸附之一；
步驟八：使步驟七中所述的摩爾濃度不小于98％的二氧化碳經過二氧化碳壓縮機裝置進行壓縮，壓縮后的二氧化碳壓力為：12～20MPa；
步驟九：使步驟一中所述的進入第一三通內的氮氣和步驟二中所述進入第一三通的氫氣在第一三通內混合后進入氮氫氣壓縮裝置中進行壓縮；所述氮氣和氫氣的體積比為：1∶3，所述通過氮氫氣壓縮裝置后的混合氣體的壓力為：11～25MPa；
步驟十：使步驟九中所述的壓力為：11～25MPa的混合氣體通過氨合成裝置生成液氨，液氨通過液氨泵加壓至12～20MPa后進入尿素合成裝置內；所述的液氨質量濃度不小于99.9％；
步驟十一：使所述的步驟八中的壓力為：12～20MPa的二氧化碳進入尿素合成裝置中與步驟十中所述的合成尿素，合成后的尿素進入成品尿素儲倉中即可。
本發明通過設置深冷分離空氣裝置能夠對空氣進行分離，分離出用于制備尿素的氮氣和用于鍋爐裝置燃燒的氧氣，通過設置光分解水反應裝置能夠對水進行催化劑催化分解，分解出用于制備尿素的氫氣和用于鍋爐裝置燃燒的氧氣；鍋爐裝置燃燒后的高壓蒸汽為深冷分離空氣裝置內部的空壓機和氮氫氣壓縮裝置提供動力；具有結構設計合理、工藝簡單、可操作性強、節約化石能源和電力能源和對環境友好的優點。本發明中H2來源易得、清潔無污染、無需煤氣凈化裝置、能夠使工藝流程大大縮短，CO2來自于鍋爐煙氣，屬廢氣利用，同時還解決了鍋爐煙氣碳排放的問題。
附圖說明
圖1為本發明的結構示意圖。
具體實施方式
為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖說明本發明的具體實施方式，在各圖中相同的標號表示相同的部件。為使圖面簡潔，各圖中只示意性地表示出了與發明相關的部分，它們并不代表其作為產品的實際結構。
如圖1所示，本發明包括空氣輸送管道15和水輸送管道16，空氣輸送管道15與深冷分離空氣裝置2的進口相連，深冷分離空氣裝置2的氮氣出口與通過第一三通26與氮氫氣壓縮裝置10的進口相連，深冷分離空氣裝置2的氧氣出口通過第二三通13與鍋爐裝置氧氣進口17相連；水輸送管道16與光分解水反應裝置1的進口相連，光分解水反應裝置1的氧氣出口與第二三通13的第三端相連，光分解水反應裝置1的氫氣出口與第一三通26的第三端相連；鍋爐裝置5包括鍋爐裝置氧氣進口17、鍋爐裝置燃料進口18、鍋爐裝置脫鹽水進口19、鍋爐裝置冷凝液進口20、鍋爐裝置煙氣出口21和鍋爐裝置蒸汽出口22；所述鍋爐裝置燃料進口18與燃料輸送管道23相連，鍋爐裝置脫鹽水進口19與脫鹽水管道24相連，鍋爐裝置煙氣出口21依次通過鍋爐煙氣除塵及脫硫裝置6、二氧化碳提純裝置7和二氧化碳壓縮機裝置8與尿素合成裝置12的二氧化碳進口相連；鍋爐裝置蒸汽出口22分別與第一汽輪機裝置4的蒸汽進口和第二汽輪機裝置9的蒸汽進口相連，第一汽輪機裝置4的冷凝液出口和第二汽輪機裝置9的冷凝液出口分別與鍋爐裝置冷凝液進口20相連，第一汽輪機裝置4的動力輸出端與深冷分離空氣裝置2內部的空壓機3的動力輸入端相連；第二汽輪機裝置9的動力輸出端與氮氫氣壓縮裝置10的動力輸入端相連；氮氫氣壓縮裝置10的出口通過氨合成裝置11與尿素合成裝置12的液氨進口相連；所述尿素合成裝置12的出口與成品尿素儲倉25相連。所述的鍋爐裝置5為純氧燃燒鍋爐。所述的氨合成裝置11與尿素合成裝置12之間設有液氨泵14。
一種尿素合成裝置的合成方法，包括如下步驟：
步驟一：空氣輸送管道15中的空氣經過深冷分離空氣裝置2進行分離，分離后的氮氣通過深冷分離空氣裝置2的氮氣出口進入第一三通26內，分離后的氧氣通過氧氣出口進入第二三通13內；氮氣的摩爾濃度不小于99.9％，氮氣的壓力為1.0～8.0MPa；氧氣的摩爾濃度不小于99.9％，氧氣的壓力為0.1～1.0MPa；
步驟二：水輸送管道16中的水通過光分解水反應裝置1中的催化劑催化分解生成氫氣和氧氣，催化劑催化分解生成的氫氣進入第一三通26內，催化劑催化分解生成的氧氣進入第二三通13內；氫氣純度不小于99.9％，氫氣的壓力為0.1MPa～1.0MPa；氧氣純度不小于99.9％，氧氣的壓力為0.1MPa～1.0MPa；
步驟三：所述步驟一中進入第二三通13內的氧氣與所述步驟二中進入第二三通13內的氧氣混合后通過鍋爐裝置氧氣進口17進入鍋爐內與通過鍋爐裝置燃料進口18進入的燃料燃燒生成鍋爐煙氣，其燃燒產生的熱量使鍋爐裝置脫鹽水進口19中進入的脫鹽水和鍋爐裝置冷凝液進口20進入的冷凝液產生高壓蒸汽；所述的鍋爐煙氣中的二氧化碳摩爾濃度不小于90％；所述高壓蒸汽的壓力為7～15MPa；
步驟四：所述步驟三中壓力為7～15MPa的高壓蒸汽分別進入第一汽輪機裝置4和第二汽輪機裝置9內產生機械能，第一汽輪機裝置4產生的機械能驅動深冷分離空氣裝置2內部的空壓機3運動，第二汽輪機裝置9產生的機械能驅動氮氫氣壓縮裝置10運動；壓力為7～15MPa的高壓蒸汽進入第一汽輪機裝置4和第二汽輪機裝置9的體積比為1∶10～10∶1；
步驟五：所述步驟四中分別進入第一汽輪機裝置4和第二汽輪機裝置9內的高壓蒸汽經過第一汽輪機裝置4和第二汽輪機裝置9成為蒸汽冷凝液，所述蒸汽冷凝液分別第一汽輪機裝置4的冷凝液出口和第二汽輪機裝置9的冷凝液出口分別進入鍋爐裝置5內循環使用；所述蒸汽冷凝液的溫度為溫度20～95℃；
步驟六：使步驟三中所述二氧化碳摩爾濃度不小于90％的鍋爐煙氣中通過鍋爐煙氣除塵及脫硫裝置6進行除塵和脫硫；所述的除塵方式為：布袋除塵、電除塵或超重力除塵之一；脫硫工藝為：氨法脫硫或石灰石法脫硫之一；經過鍋爐煙氣除塵及脫硫裝置6后的鍋爐煙氣中含塵量不大于30mg/Nm3，二氧化硫含量不大于5mg/Nm3，二氧化碳的摩爾濃度不小于95％，一氧化碳和氮氣的總體積分數不大于5％；
步驟七：使步驟六中所述的經過鍋爐煙氣除塵及脫硫裝置6后的鍋爐煙氣進入二氧化碳提純裝置7中進行提純，提純后的二氧化碳摩爾濃度不小于98％；所述二氧化碳提純裝置7中的提純方式為深冷分離或變壓吸附之一；
步驟八：使步驟七中所述的摩爾濃度不小于98％的二氧化碳經過二氧化碳壓縮機裝置8進行壓縮，壓縮后的二氧化碳壓力為：12～20MPa；
步驟九：使步驟一中所述的進入第一三通26內的氮氣和步驟二中所述進入第一三通26的氫氣在第一三通26內混合后進入氮氫氣壓縮裝置10中進行壓縮；所述氮氣和氫氣的體積比為：1∶3，所述通過氮氫氣壓縮裝置10后的混合氣體的壓力為：11～25MPa；
步驟十：使步驟九中所述的壓力為：11～25MPa的混合氣體通過氨合成裝置11生成液氨，液氨通過液氨泵14加壓至12～20MPa后進入尿素合成裝置12內；所述的液氨質量濃度不小于99.9％；
步驟十一：使所述的步驟八中的壓力為：12～20MPa的二氧化碳進入尿素合成裝置12中與步驟十中所述的合成尿素，合成后的尿素進入成品尿素儲倉25中即可。
本發明中采用深冷分離空氣裝置2對空氣進行深冷分離制取氮氣和氧氣，空氣深冷分離的基本原理是，利用液化空氣中各組分沸點的不同而將各組分分離開來。原料空氣經空壓機組過濾和壓縮，然后通過水冷和分子篩系統清楚二氧化碳，再經過換熱、膨脹、等溫節流冷卻并液化，最終在精餾塔中實現氧氮組分的分離并排除雜質。出精餾塔的氮氣純度為99.9％以上，壓力為1.0-8.0MPa，氧氣純度為99.9％以上，壓力為0.1-1.0MPa。本發明采用光分解水反應裝置1以水為原料，在催化劑催化下生成摩爾濃度≥99.9％的氫氣。光分解水制氫主要包括3個過程：光子吸收、光生電荷遷移和表面氧化還原反應。本發明中所述的鍋爐裝置5為純氧燃燒鍋爐，所述純氧燃燒鍋爐具有下列優勢：①鍋爐煙氣中不含氮氧化物，僅含少量粉塵和SO2，無需脫硝裝置，只需除塵和脫硫。相比傳統循環流化床鍋爐，生產工藝較為清潔，廢棄物排放少。②鍋爐煙氣中CO2濃度較高，提純CO2的能耗相對較低，既為尿素提供高純度CO2，又響應了國家關于減少碳排放的要求。③鍋爐裝置產生的高壓蒸汽直接用于驅動壓縮機裝置，相比傳統以電驅動壓縮機工藝，省去能量的二次轉化，能量利用效率高。本發明中所述尿素合成裝置12采用的工藝可以是水溶液全循環工藝，也可以是CO2氣提工藝。
為了更加詳細的解釋本發明，現結合實施例對本發明做進一步闡述。具體實施例如下：
實施例一
一種尿素合成裝置的合成方法，包括如下步驟：
步驟一：空氣輸送管道15中的空氣經過深冷分離空氣裝置2進行分離，分離后的氮氣通過深冷分離空氣裝置2的氮氣出口進入第一三通26內，分離后的氧氣通過氧氣出口進入第二三通13內；氮氣的摩爾濃度不小于99.9％，氮氣的壓力為1.0MPa；氧氣的摩爾濃度不小于99.9％，氧氣的壓力為0.1MPa；
步驟二：水輸送管道16中的水通過光分解水反應裝置1中的催化劑催化分解生成氫氣和氧氣，催化劑催化分解生成的氫氣進入第一三通26內，催化劑催化分解生成的氧氣進入第二三通13內；氫氣純度不小于99.9％，氫氣的壓力為0.1MPa；氧氣純度不小于99.9％，氧氣的壓力為0.1MPa；
步驟三：所述步驟一中進入第二三通13內的氧氣與所述步驟二中進入第二三通13內的氧氣混合后通過鍋爐裝置氧氣進口17進入鍋爐內與通過鍋爐裝置燃料進口18進入的燃料燃燒生成鍋爐煙氣，其燃燒產生的熱量使鍋爐裝置脫鹽水進口19中進入的脫鹽水和鍋爐裝置冷凝液進口20進入的冷凝液產生高壓蒸汽；所述的鍋爐煙氣中的二氧化碳摩爾濃度不小于90％；所述高壓蒸汽的壓力為7MPa；
步驟四：所述步驟三中壓力為7MPa的高壓蒸汽分別進入第一汽輪機裝置4和第二汽輪機裝置9內產生機械能，第一汽輪機裝置4產生的機械能驅動深冷分離空氣裝置2內部的空壓機3運動，第二汽輪機裝置9產生的機械能驅動氮氫氣壓縮裝置10運動；壓力為7MPa的高壓蒸汽進入第一汽輪機裝置4和第二汽輪機裝置9的體積比為1∶10；
步驟五：所述步驟四中分別進入第一汽輪機裝置4和第二汽輪機裝置9內的高壓蒸汽經過第一汽輪機裝置4和第二汽輪機裝置9成為蒸汽冷凝液，所述蒸汽冷凝液分別第一汽輪機裝置4的冷凝液出口和第二汽輪機裝置9的冷凝液出口分別進入鍋爐裝置5內循環使用；所述蒸汽冷凝液的溫度為溫度20℃；
步驟六：使步驟三中所述二氧化碳摩爾濃度不小于90％的鍋爐煙氣中通過鍋爐煙氣除塵及脫硫裝置6進行除塵和脫硫；所述的除塵方式為：布袋除塵；脫硫工藝為：氨法脫硫；經過鍋爐煙氣除塵及脫硫裝置6后的鍋爐煙氣中含塵量不大于30mg/Nm3，二氧化硫含量不大于5mg/Nm3，二氧化碳的摩爾濃度不小于95％，一氧化碳和氮氣的總體積分數不大于5％；
步驟七：使步驟六中所述的經過鍋爐煙氣除塵及脫硫裝置6后的鍋爐煙氣進入二氧化碳提純裝置7中進行提純，提純后的二氧化碳摩爾濃度不小于98％；所述二氧化碳提純裝置7中的提純方式為深冷分離；
步驟八：使步驟七中所述的摩爾濃度不小于98％的二氧化碳經過二氧化碳壓縮機裝置8進行壓縮，壓縮后的二氧化碳壓力為：12MPa；
步驟九：使步驟一中所述的進入第一三通26內的氮氣和步驟二中所述進入第一三通26的氫氣在第一三通26內混合后進入氮氫氣壓縮裝置10中進行壓縮；所述氮氣和氫氣的體積比為：1∶3，所述通過氮氫氣壓縮裝置10后的混合氣體的壓力為：11MPa；
步驟十：使步驟九中所述的壓力為：11MPa的混合氣體通過氨合成裝置11生成液氨，液氨通過液氨泵14加壓至12MPa后進入尿素合成裝置12內；所述的液氨質量濃度不小于99.9％；
步驟十一：使所述的步驟八中的壓力為：12MPa的二氧化碳進入尿素合成裝置12中與步驟十中所述的合成尿素，合成后的尿素進入成品尿素儲倉25中即可。
實施例二
一種尿素合成裝置的合成方法，包括如下步驟：
步驟一：空氣輸送管道15中的空氣經過深冷分離空氣裝置2進行分離，分離后的氮氣通過深冷分離空氣裝置2的氮氣出口進入第一三通26內，分離后的氧氣通過氧氣出口進入第二三通13內；氮氣的摩爾濃度不小于99.9％，氮氣的壓力為8.0MPa；氧氣的摩爾濃度不小于99.9％，氧氣的壓力為1.0MPa；
步驟二：水輸送管道16中的水通過光分解水反應裝置1中的催化劑催化分解生成氫氣和氧氣，催化劑催化分解生成的氫氣進入第一三通26內，催化劑催化分解生成的氧氣進入第二三通13內；氫氣純度不小于99.9％，氫氣的壓力為1.0MPa；氧氣純度不小于99.9％，氧氣的壓力為1.0MPa；
步驟三：所述步驟一中進入第二三通13內的氧氣與所述步驟二中進入第二三通13內的氧氣混合后通過鍋爐裝置氧氣進口17進入鍋爐內與通過鍋爐裝置燃料進口18進入的燃料燃燒生成鍋爐煙氣，其燃燒產生的熱量使鍋爐裝置脫鹽水進口19中進入的脫鹽水和鍋爐裝置冷凝液進口20進入的冷凝液產生高壓蒸汽；所述的鍋爐煙氣中的二氧化碳摩爾濃度不小于90％；所述高壓蒸汽的壓力為15MPa；
步驟四：所述步驟三中壓力為15MPa的高壓蒸汽分別進入第一汽輪機裝置4和第二汽輪機裝置9內產生機械能，第一汽輪機裝置4產生的機械能驅動深冷分離空氣裝置2內部的空壓機3運動，第二汽輪機裝置9產生的機械能驅動氮氫氣壓縮裝置10運動；壓力為15MPa的高壓蒸汽進入第一汽輪機裝置4和第二汽輪機裝置9的體積比為10∶1；
步驟五：所述步驟四中分別進入第一汽輪機裝置4和第二汽輪機裝置9內的高壓蒸汽經過第一汽輪機裝置4和第二汽輪機裝置9成為蒸汽冷凝液，所述蒸汽冷凝液分別第一汽輪機裝置4的冷凝液出口和第二汽輪機裝置9的冷凝液出口分別進入鍋爐裝置5內循環使用；所述蒸汽冷凝液的溫度為溫度95℃；
步驟六：使步驟三中所述二氧化碳摩爾濃度不小于90％的鍋爐煙氣中通過鍋爐煙氣除塵及脫硫裝置6進行除塵和脫硫；所述的除塵方式為：超重力除塵；脫硫工藝為：石灰石法脫硫；經過鍋爐煙氣除塵及脫硫裝置6后的鍋爐煙氣中含塵量不大于30mg/Nm3，二氧化硫含量不大于5mg/Nm3，二氧化碳的摩爾濃度不小于95％，一氧化碳和氮氣的總體積分數不大于5％；
步驟七：使步驟六中所述的經過鍋爐煙氣除塵及脫硫裝置6后的鍋爐煙氣進入二氧化碳提純裝置7中進行提純，提純后的二氧化碳摩爾濃度不小于98％；所述二氧化碳提純裝置7中的提純方式為變壓吸附；
步驟八：使步驟七中所述的摩爾濃度不小于98％的二氧化碳經過二氧化碳壓縮機裝置8進行壓縮，壓縮后的二氧化碳壓力為：20MPa；
步驟九：使步驟一中所述的進入第一三通26內的氮氣和步驟二中所述進入第一三通26的氫氣在第一三通26內混合后進入氮氫氣壓縮裝置10中進行壓縮；所述氮氣和氫氣的體積比為：1∶3，所述通過氮氫氣壓縮裝置10后的混合氣體的壓力為：25MPa；
步驟十：使步驟九中所述的壓力為：25MPa的混合氣體通過氨合成裝置11生成液氨，液氨通過液氨泵14加壓至20MPa后進入尿素合成裝置12內；所述的液氨質量濃度不小于99.9％；
步驟十一：使所述的步驟八中的壓力為：20MPa的二氧化碳進入尿素合成裝置12中與步驟十中所述的合成尿素，合成后的尿素進入成品尿素儲倉25中即可。
實施例三
一種尿素合成裝置的合成方法，包括如下步驟：
步驟一：空氣輸送管道15中的空氣經過深冷分離空氣裝置2進行分離，分離后的氮氣通過深冷分離空氣裝置2的氮氣出口進入第一三通26內，分離后的氧氣通過氧氣出口進入第二三通13內；氮氣的摩爾濃度不小于99.9％，氮氣的壓力為4.5MPa；氧氣的摩爾濃度不小于99.9％，氧氣的壓力為0.55MPa；
步驟二：水輸送管道16中的水通過光分解水反應裝置1中的催化劑催化分解生成氫氣和氧氣，催化劑催化分解生成的氫氣進入第一三通26內，催化劑催化分解生成的氧氣進入第二三通13內；氫氣純度不小于99.9％，氫氣的壓力為0.55MPa；氧氣純度不小于99.9％，氧氣的壓力為0.55MPa；
步驟三：所述步驟一中進入第二三通13內的氧氣與所述步驟二中進入第二三通13內的氧氣混合后通過鍋爐裝置氧氣進口17進入鍋爐內與通過鍋爐裝置燃料進口18進入的燃料燃燒生成鍋爐煙氣，其燃燒產生的熱量使鍋爐裝置脫鹽水進口19中進入的脫鹽水和鍋爐裝置冷凝液進口20進入的冷凝液產生高壓蒸汽；所述的鍋爐煙氣中的二氧化碳摩爾濃度不小于90％；所述高壓蒸汽的壓力為11MPa；
步驟四：所述步驟三中壓力為11MPa的高壓蒸汽分別進入第一汽輪機裝置4和第二汽輪機裝置9內產生機械能，第一汽輪機裝置4產生的機械能驅動深冷分離空氣裝置2內部的空壓機3運動，第二汽輪機裝置9產生的機械能驅動氮氫氣壓縮裝置10運動；壓力為11MPa的高壓蒸汽進入第一汽輪機裝置4和第二汽輪機裝置9的體積比為5∶5；
步驟五：所述步驟四中分別進入第一汽輪機裝置4和第二汽輪機裝置9內的高壓蒸汽經過第一汽輪機裝置4和第二汽輪機裝置9成為蒸汽冷凝液，所述蒸汽冷凝液分別第一汽輪機裝置4的冷凝液出口和第二汽輪機裝置9的冷凝液出口分別進入鍋爐裝置5內循環使用；所述蒸汽冷凝液的溫度為溫度57.5℃；
步驟六：使步驟三中所述二氧化碳摩爾濃度不小于90％的鍋爐煙氣中通過鍋爐煙氣除塵及脫硫裝置6進行除塵和脫硫；所述的除塵方式為：電除塵；脫硫工藝為：石灰石法脫硫；經過鍋爐煙氣除塵及脫硫裝置6后的鍋爐煙氣中含塵量不大于30mg/Nm3，二氧化硫含量不大于5mg/Nm3，二氧化碳的摩爾濃度不小于95％，一氧化碳和氮氣的總體積分數不大于5％；
步驟七：使步驟六中所述的經過鍋爐煙氣除塵及脫硫裝置6后的鍋爐煙氣進入二氧化碳提純裝置7中進行提純，提純后的二氧化碳摩爾濃度不小于98％；所述二氧化碳提純裝置7中的提純方式為深冷分離；
步驟八：使步驟七中所述的摩爾濃度不小于98％的二氧化碳經過二氧化碳壓縮機裝置8進行壓縮，壓縮后的二氧化碳壓力為：16MPa；
步驟九：使步驟一中所述的進入第一三通26內的氮氣和步驟二中所述進入第一三通26的氫氣在第一三通26內混合后進入氮氫氣壓縮裝置10中進行壓縮；所述氮氣和氫氣的體積比為：1∶3，所述通過氮氫氣壓縮裝置10后的混合氣體的壓力為：18MPa；
步驟十：使步驟九中所述的壓力為：18MPa的混合氣體通過氨合成裝置11生成液氨，液氨通過液氨泵14加壓至16MPa后進入尿素合成裝置12內；所述的液氨質量濃度不小于99.9％；
步驟十一：使所述的步驟八中的壓力為：16MPa的二氧化碳進入尿素合成裝置12中與步驟十中所述的合成尿素，合成后的尿素進入成品尿素儲倉25中即可。
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“設置”、“安裝”等等應做廣義理解，例如，可以是固定連接，一體地連接，也可以是可拆卸連接；也可以是兩個元件內部的連通；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。上文的詳細說明僅僅是針對本發明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發明的保護范圍，凡未脫離本發明技藝精神所作的等效實施方式、變更和改造均應包含在本發明的保護范圍之內。