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目前，全球具有竞争力的尿素生产技术主要有：荷兰斯塔米卡邦公司的CO2气提工艺，意大利斯纳姆公司的NH3气提工艺，日本东洋公司的ACES工艺， 意大利蒙特爱迪生公司的等压双气提工艺（简称IDR法）和美国UTI公司的MEC热循环工艺。 一、CO2气提工艺 1.主要技术特点： ①流程简单：由于合成工段气提效率很高，减小了下游工序的复杂程度，是目前惟一工业化、只有单一低压回收工序的尿素生产工艺，操作方便、投资小、可靠性强、运转率高、维修费用低； ②高压圈工艺优化组合：操作压力为l3.6MPa、氨/碳比为1∶2.95、合成温度180～183℃ 、冷凝温度为167℃、气提温度190℃、气提效率为80%以上，这些参数都比较温和，采用25-22-2 CrNiMo材料即可达到材质耐腐蚀性的要求，设备制造和维修费用低； ③电耗低：因为操作压力低，因而高压氨泵、高压甲铵泵的功耗也低。由于气提效率高且没有中压回收工段，没有单独的液氨需循环回收，甲铵液的循环量也少，因而进一步降低了循环氨、甲铵所必须的功耗； ④采用池式冷凝器：池式冷凝器作为初级反应器使合成塔的体积减少了约50%、尿素框架的高度为76m左右； ⑤安全系数高：在脱氢转化器中，通过钝化燃烧除去原料CO2中的H2、CO等可燃性气体，使高压和低压放空气均处于爆炸范围之外，工艺装置安全性高； ⑥污染小：工艺冷凝液经水解解析后，不仅降低了氨损失，也消除了对环境的污染。 2.技术进展 2000+TM超优工艺: 斯塔米卡邦公司为降低投资成本，进行技术改进，最有代表性的是尿素2000+TM超优工艺，其主要优点： ①采用了新型高效的塔盘，新塔盘上设有气体分布系统的液体上升管，以使塔盘上气相和液相混合均匀，可消除常规塔盘上存在沟流和返混的现象； ②卧式池式冷凝器取代原立式池式冷凝器，并且具有浸没U型管束； ③进一步降低了尿素主框架的高度：通过采用新型高效塔盘、卧式池式冷凝器、减少合成塔的容积和降低塔的高度、增设借液氨为动力的高压氨喷射器等方法，主框架的高度由原76m降到38.5m； ④增设CO2脱H2装置，使CO2气中H2体积分数由0.5%降到0.005%以下。大颗粒尿素流化床工艺: 挪威海德鲁公司大颗粒尿素流化床造粒技术主要特点： ①采用浓度为95%～96%的尿素液作原料，尿素液只需一段蒸发浓缩，简化了尿素系统流程； ②由于省去了二段蒸发系统，节省了二段蒸发加热和抽真空所消耗的蒸汽，减少了工艺冷凝液，相应也降低了水解负荷，同时也降低了冷却水用量； ③造粒机采用空气雾化和流化相结合的造粒技术，效率高，生产能力大，成品质量好、强度高； ④操作简单，开车时间短，投料后1h内即可出产品；操作弹性大，负荷变化范围为30%～110%； ⑤与其他机械造粒装置相比，返料比低，从而强化了设备能力并降低了造粒过程中的能耗； ⑥采用添加剂使流化床生成的粉尘少，且含尘尾气采用湿式洗涤，吸收效率高，放空尾气中尿素粉尘含量达到环保要求； ⑦装置可靠性高，造粒机、粉尘洗涤器等因无磨损部件，寿命可达25年以上。 二、NH3气提工艺 1.主要技术特点: ①合成塔进料NH3/CO2摩尔比为3.3～3.6，CO2转化率较高，减少了高压回路以后的循环回收负荷； ②由于合成系统NH3/CO2摩尔比较高和设备选材恰当，大大减轻了设备的腐蚀问题，无需专门钝化高压系统没备，另外，即使事故停车，可以封塔几天而无需排放，封塔3天再开车后尿素产品仍为白色； ③中、低压分解加压器均为降膜式，操作过程积液量少，即使停车排放，NH3和CO2的损失量也少； ④由于采用了甲铵喷射泵，所有高压设备均可布置在地面上，无需高层框架，可节约投资，大大加快建设进度； ⑤由于有中压分解段，增加了操作的灵活性和弹性，可通过改变气提效率和高压甲铵冷凝器的副产蒸汽量来调节整个装置的蒸汽平衡，使之在最佳的条件下操作； ⑥工艺冷凝液经水解解析处理后，不但彻底消除了污染，减少了氨和尿素的损失，而且处理后的冷凝液还可作为锅炉给水； ⑦造粒改用转鼓造粒技术，克服了原来喷淋造粒尿素硬度小、粒柱小、易结块且从塔顶排放的氨和尿素粉污染环境的缺点。 2.技术进展： 目前该工艺技术的最新进展为：增加吸收塔来回收低压系统放空的氨，可降低尿素装置氨耗，预计每年可回收氨300～500t；气提塔换热管由衬锆双金属不锈钢材质代替钛材，这种材料可有效地防止冲刷腐蚀；BD放空管线及放空烟筒由不锈钢材质代替碳钢材料；柱式高压氨泵以脱盐水来代替密封油，每年节油20kL；采用转鼓造粒技术，可增强成品的硬度，使颗粒增大，不易结块。 三、ACES工艺 1.主要技术特点： ①合成塔的操作条件优化、气提塔内结构特殊设计以及分解、分离所需的热量不需外部供应，能耗降低； ②该法NH3/CO2摩尔比高达4.0，相应转化率也高达68%； ③在腐蚀性强的部位采用双相不锈钢，减小腐蚀，装置可以连续运转； ④采用获得专利的特殊气提塔，具有高效的CO2气提设施。 2.技术进展 ACES21工艺： 为了降低投资费用，东洋工程公司对其现有的ACES尿素生产工艺进行了改进： ①高压容器呈平面分布，安装简便； ②整个工艺将氨基甲酸盐生成、热回收、尿素合成等过程全部整合到竖式埋入式氨基甲酸盐冷凝器中，高压容器的数量和热传递面积减少； ③降低反应器和气提塔的体积和质量，二者装配简化； ④在合成压力较低的条件下对不同的氨基甲酸盐冷凝器反应摩尔比和反应器反应摩尔比进行优化，降低了高压容器和转动设备的构造设计压力并降低了能源消耗。 大颗粒尿素喷射流化床造粒工艺技术： 日本东洋工程公司的大颗粒尿素喷射流化床造粒技术特点主要包括： ①工艺流程及设备比较简单：该工艺造粒机分流化成粒和冷却两部分，造粒喷嘴采用一般压力式喷嘴，结构简单、单台能力大，粉尘洗涤塔与造粒机顶部相连接，简化流程和减少设备； ②造粒时间短、造粒效率高：该工艺流化床内返料晶种依次在串联的小室内被喷射尿液液滴包裹而长大，且流化床层较薄，有利于粒子的形成； ③造粒机流化床床层高度较低：在50%～100%负荷范围内床层高仅400mm，流化床阻力小，流化空气的风机压头低，耗电省； ④生产操作灵活方便：可调节返料比，其生产控制方案可靠，负荷变化时，调节喷嘴简单； ⑤采用95%左右的尿液作原料：可简化尿液加工工序，节省尿液浓缩的能耗； ⑥粉尘回收系统采取集中收尘和高效的湿式洗涤吸收，放空尾气中尿素粉尘含量小； ⑦设置添加剂MMU自备系统：MMU溶液由甲醛和尿液制备，过程简单，灵活方便，不需外购UF85，可克服甲醛尿液混合不均匀而影响产品质量的弊端。 四、IDR工艺 ①合成系统压力温度较高，NH3/CO2摩尔比也较高，CO2的转化率高达70%以上； ②气提塔为2台，第1气提塔以氨为气提剂，部分未转化为尿素的甲铵被分解，并以气相形式返回合成塔，第2气提塔以CO2为气提剂，使大部分过剩氨蒸出； ③高压甲铵冷凝器为卧式，具有列管与管段间不存在应力裂蚀腐蚀的优点，高压甲铵冷凝器为2台，副产蒸汽压力较高，可提高各加压设备的传热温差，从而减少各加热设备的传热面积，节省投资； ④为达到设备的防腐，在管线上加入少量液体钝化剂，较好地解决了设备的防腐问题。 五、MEC热循环工艺 ①用特殊设计的“等温合成塔”，该塔装有一个贯穿合成塔且内部开口的原料盘管； ②从全系统的热平衡出发，将占总量40%的CO2直接加到中压吸收系统，然后与尿素溶液间接换热，使该溶液中所含的氨基甲酸铵分解，并将尿素溶液浓缩到88%； ③冷凝液的处理采用单一的水解气提塔，水解气提塔操作力为0.9MPa，最低操作温度l80℃； ④尿素产品中缩二脲含量低，提高了尿素质量； ⑤造粒塔直径变小、高度降低，空气从塔底吹入，从塔顶中心抽出，尿素造粒喷头安装在空气抽初和塔壁之间，这种“错流设计”使造粒塔内的冷却效率提高2倍以上 ⑥设备造价低，由于CO2转化率高，相应的合成塔设备和循环系统设备投资降低。 中国的尿素生产企业现在使用的有4种尿素工艺有以下四种： 1.日本东洋改良C法。 全国主要有川化一套在使用。 2.水溶液循环法。 现在很多老厂还在使用，属于淘汰的尿素工艺。 3.意大利snamprogetti氨汽提尿素工艺。 1986年第一次引入中国，在河南濮阳中原大化用，后面陆续建了一系列的3052项目， 比如海南富岛、建峰、金陵石化、九江等中石化、中石油下属企业使用。 主要还是该公司在石油管道方面与上面两家公司合作密切，后面又有一些小氮肥比如河南安阳等。近十年就只有两套，合肥四方（400吨/天）、中石油塔里木项目。 4.荷兰stamicarbon的CO2汽提法工艺。 在中国从最早的工艺，以及后来的改进型、新一代改进型工艺等都有使用，中国的尿素很多都使用该工艺。从13套大化肥到后来泛滥了的1830，以及最近上的大化肥装置，基本都采用该工艺。而晋开化工集团采用的就是改进型二氧化碳气提法 二氧化碳气提法简介 1965年，荷兰斯太米卡邦(Stamicarbon)公司开发了二氧化碳汽提法尿素工艺，在20世纪70年代末，该工艺发展为改进型二氧化碳汽提法工艺， 在20世纪90年代，荷兰斯太米卡邦公司又相继开发了池式冷凝器和池式反应器，即尿素2000+TM的新工艺。 20世纪70年代中期，我国引进了11套大型二氧化碳汽提法尿素装置，随后中国五环化学工程公司在上海吴泾化工厂建成了一套24万吨/年的国产化二氧化碳汽提工艺装置。20世纪80年代，又引进了改进型二氧化碳汽提技术，在国产化基础上，宁夏化工厂、镇海石化总厂和广石化建成了三套尿素装置。中国五环化学工程公司在20世纪80年代末和90年代自行设计的三明化工厂12万吨/年尿素装置，吴泾化工厂16万吨/年，河北河涧化肥厂13万吨/年尿素装置和鲁西集团东阿化肥厂、湖北宜化化工股份有限公司等18万吨/年尿素装置都顺利投产。 所谓气提法就是用气提剂如CO2、氨气、变换气或其他惰性气体，在一定压力下加热，促进未转化成尿素的甲铵的分解和液氨气化。气提分解效率受压力、温度、液气比及停留时间的影响，温度过高会加速氨的水解和缩二脲的增加，压力过低，分解物的冷凝吸收率下降。气提时间愈短愈好，可防止水解和缩合反应。故气提法是采用二段合成原理，即液氨和气体CO2在高压冷凝器内进行反应生成甲铵，而甲铵的脱水反应则在尿素合成塔中进行。实际上，为了维持合成尿素塔的反应温度，部分甲铵的生成留在合成塔中，而不是全部在高压冷凝器中完成。这是一个吸热、体积增大的可逆反应，只要有足够的热量，并能降低反应产物中任一组分的分压，甲铵的分解反应就能一直向右进行，气提法就是利用这一原理，当通入CO2气时，CO2的分压为1，而氨的分压趋于0，致使反应不断进行。同样，用氨气提也有相同的结果。 二氧化碳汽提尿素装置由以下工序组成：高压圈包括尿素合成塔、汽提塔、甲铵冷凝器、高压洗涤器和高压喷射器；后工序仅设置了低压分解吸收系统；真空蒸发系统包括了两段真空蒸发和冷凝系统，并设置了工艺冷凝液处理工序，真空蒸发后的尿液送入最终造粒工序。 它的主要工艺特点为在最佳氨碳比的条件下，使合成压力降到最低。同时，在合成压力下，用二氧化碳气对甲铵液进行汽提，分解的氨和二氧化碳在合成压力下冷凝，其冷凝热用来副产蒸汽供二段分解和一段蒸发作加热蒸汽用，并作为蒸汽喷射器的动力蒸汽以及提供系统保温用。由于采用二氧化碳汽提，该工艺与氨汽提尿素工艺相比，汽提压力较低，汽提效率较高，因而无需中压分解也能满足尿素装置生产的要求。该工艺技术改进后，采用了原料CO2气体的脱氢技术，从根本上杜绝了工艺过程中燃爆的危险性，在高压洗涤器后设4bar吸收塔吸收不凝气中的氨，减少了尿素装置的消耗。工艺流程短，设备少，生产稳定，消耗低。该法在我国建厂较多，积累了丰富的设计、设备制造和生产的经验。近年来，在我国新建的尿素装置和大型尿素装置的改造中，大都采用了新型的二氧化碳汽提法工艺技术。 |
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