尿素聯(lián)產(chǎn)三聚氰胺的利弊分析

1、尿素聯(lián)產(chǎn)三聚氟胺的利弊分析第37卷第4期化肥工業(yè)2010年8月尿素聯(lián)產(chǎn)三聚富胺的利弊分析（四川錦華化工有限責(zé)任公司合江646207）摘要簡要介紹520kt/a氨氣提工藝尿素聯(lián)產(chǎn)30kt/a三聚富胺裝置的關(guān)聯(lián)情況.從技術(shù)與經(jīng)濟兩個方面計算和分析了聯(lián)產(chǎn)三聚富胺后對原有尿素裝置的影響，并與新增50kt/a小尿素裝置對比，說明尿素聯(lián)產(chǎn)三聚富胺的技術(shù)經(jīng)濟可行性.關(guān)鍵詞三聚富胺尿素聯(lián)產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟分析AnalysisofAdvantagesandDisadvantagesofIntegratedProductionofUreaandMelamineXuJiafu(SichuanJinhuaChemicalIn

2、dustryCo.,Ltd.Hejiang646207)AbstractRelatedconditionsarepresentedbrieflyofa520kt/aammoniastrippingureaunitintegratedwitha30kt/amelamineunit.Calculationandanalysisaremadefromthepointoftechnologyandeconomicstoevaluatetheeffectofintegrationwithmelamineontheoriginalureaunit,andaeom-pafisonismadewiththen

3、ewl尸addedsmall50kt/aureaunit,toexplainthetechnoeconomicfeasibil-ityofintegrationproductionofureaandmelamine.Keywordsmelamineureaintegratedproductiontechno-economicanalysis四川天華股份有限公司520kt/a尿素裝置是我國引進的第1批氨氣提裝置之一，自1995年10月13日投產(chǎn)以來，截止到2006年底,共生產(chǎn)尿素6231kt，平均生產(chǎn)負(fù)荷達到設(shè)計能力的118%為了充分利用四JiI天華股份有限公司的現(xiàn)有資源,2005年10月成立四

4、JiI錦華化工有限責(zé)任公司，弓I進意大利歐技(AlliedEurotechnica)公司技術(shù)，興建30kt/a三聚富胺(以下簡稱三胺)裝置.2007年4月，三胺裝置一次試車成功，并生產(chǎn)出合格的三胺產(chǎn)品.生產(chǎn)三胺的主要原料是熔融尿素，副產(chǎn)的甲鏤液可返回尿素裝置予以回收.但甲鏤液的加入提高了尿素合成塔中水的比例，對尿素合成塔的反應(yīng)條件會產(chǎn)生較大的負(fù)面影響，且當(dāng)時在國內(nèi)尚無三胺裝置與氨氣提尿素裝置聯(lián)產(chǎn)成功的先例，因此也有意見認(rèn)為30kt/a三胺裝置串聯(lián)1套50kt/a小型尿素裝置，既能完全處理三胺副產(chǎn)的甲鏤液，也本文作者的聯(lián)系方式:wsacn163,con能避免對現(xiàn)有大型尿素裝置工況的影響.經(jīng)過詳細

5、論證，四JiI錦華化工有限責(zé)任公司決定從現(xiàn)有尿素裝置輸送質(zhì)量分?jǐn)?shù)為82%的尿液作為三胺原料，副產(chǎn)的甲鏤液則返回尿素裝置予以回收.從尿素裝置和三胺裝置2年來的運行狀況看，尿素聯(lián)產(chǎn)三胺在技術(shù)和經(jīng)濟上都是可行的.1三胺裝置簡介以尿素為原料工業(yè)合成三胺的反應(yīng)在熔融狀態(tài)下進行，為吸熱反應(yīng).歐技公司三胺合成工藝采用高壓法，反應(yīng)溫度為380oC,壓力為10MPa（表壓）,工藝流程如圖1所示.來自尿素裝置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為82%的尿素溶液經(jīng)計量后存入尿液貯梢，然后用泵送入濃縮系統(tǒng)進行兩級濃縮（第1級濃縮至質(zhì)量分?jǐn)?shù)95.0%,第2級濃縮至質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.8%）,再經(jīng)增壓送人三胺反應(yīng)器底部.為了控制反應(yīng)器的壓力并防止第37

6、卷第4期化肥工業(yè)2010年8月圖130ka三聚富胺工藝流程示意圖熔融尿素結(jié)晶堵塞管道，液氨經(jīng)氣化和熔鹽加熱后,以超臨界狀態(tài)噴入三胺反應(yīng)器底部，并通過調(diào)節(jié)噴入的氨流量來控制三胺反應(yīng)器的壓力在810MPa反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有加熱管，管內(nèi)是經(jīng)過加熱的熔鹽，以此提供反應(yīng)熱并將反應(yīng)器的溫度控制在380C.反應(yīng)后的熔融物料進入淬冷塔（操作壓力2.5MPa）,并從塔頂噴灑而下，吸收了NH和CO:的稀溶液從不同高度噴射進入淬冷塔.在減壓淬冷過程中，反應(yīng)產(chǎn)物中的大部分NH和CONH3高壓系統(tǒng)H中壓系統(tǒng)卜-_一被分離為氣體，回收之后成為甲鏤溶液.反應(yīng)物料在分解氣體和水溶液的冷卻下，溫度下降至162C,從塔底送往CO氣提塔

7、進一步分離其中的NH3和CO2.在CO氣提塔內(nèi)，溶液中的NH,和CO進一步分解進入氣相，并在吸收塔內(nèi)被水吸收后進入淬冷塔.氣提后含有三胺的水溶液被送往三胺精制系統(tǒng)，經(jīng)結(jié)晶，離心分離和干燥等工序，最終得到三胺合格產(chǎn)品.該裝置工藝較先進，生產(chǎn)畦能穩(wěn)定.通過經(jīng)濟評價2J按三胺售價10500t，尿素1510t計淇投資利潤率為11.45%投資利稅率為16.84%,投資回收期（含2年建設(shè)期）為7.72年，表明具有較好的投資回收能力和投資效益2尿素裝置與三胺裝置的關(guān)聯(lián)尿素聯(lián)產(chǎn)三胺的關(guān)聯(lián)物流如圖2所示._J82%IL廣-_J73.25t/l114.8tm3.75t/hF安產(chǎn)品非放圖2尿素聯(lián)產(chǎn)三胺的關(guān)聯(lián)物流示意

8、在尿素裝置和三胺裝置之間，除公用工程之外，主要關(guān)聯(lián)3個物流，如表1所示引.表1尿素聯(lián)產(chǎn)三胺的關(guān)聯(lián)物流3三胺裝置對尿素裝置的影響如前所述，三胺裝置對尿素裝置的影響主要是返回的甲鏤液和冷凝液提高了尿素合成塔內(nèi)的水碳比，使尿素合成轉(zhuǎn)化率降低，進而惡化尿素裝置全系統(tǒng)的操作工況，增加尿素裝置全系統(tǒng)的單位能耗和物耗.這種影響可表現(xiàn)在直接影響以及遞延影響兩個方面：直接影響就是返回的物料對尿素合成塔水碳比以及尿素轉(zhuǎn)化率的直接影響；遞延影響是因尿素轉(zhuǎn)化率下降后，造成循環(huán)物料增加，返回合成塔的水量進一步提高，使尿素合成條件進一步惡化的影響.3.1返回甲鏤液對尿素合成的直接影響在原始設(shè)計中，尿素合成塔出口尿素溶液流

9、量為218315kg/h或8339.1kmol/h,溫度為188C,壓力為15.2MPa組分設(shè)計和流量數(shù)據(jù)見表2.表2尿素合成塔出口尿素溶液組分設(shè)計和流量數(shù)據(jù)35第37卷第4期化肥工業(yè)2010年8月根據(jù)表2數(shù)據(jù)可得:合成塔液相氨碳比為3.5,水碳比為0.5641尿素合成車化率為65.0%.從三胺裝置返回的甲鏤溶液攜帶H0的量為3102.6kg/h(172.4kmol/h),攜帶CO2的量為5117.8kg/h(116.3kmol/h)將使合成塔中的水碳比b增加為：6=0.61746612122801163.+.+.'水碳比變化對尿素合成轉(zhuǎn)化率的影響，可采用庫切里亞維算式4進行估算：:3

10、4.3a一1.77029.3b+3.7ab+0.913t一0.748at5.4X10t+0.0234P112.1式中:尿素合成轉(zhuǎn)化率,%;0氨碳比；6水碳比；f溫度,oC;p壓力,MPa.當(dāng)t=188oC,P=15.2MPa,n=3.5,6=0.5641時,=63.84%;當(dāng)其它條件不變，b=0.6174時，63.00%這說明水碳比增加0.0533尿素合成轉(zhuǎn)化率下降0.84%.3.2返回冷凝液對尿素合成的影晌從三胺裝置返回的吸收液中，攜帶CO量133.1kg/h(3.025kmol/h),攜帶尿素量78.1kg/h(1.301kmol/h);尿素水解以后，總的CO量190.3kg/h(4.32

11、6kmol/h).因這部分物料最終仍以循環(huán)碳鏤溶液的方式返回合成系統(tǒng)，根據(jù)原始設(shè)計數(shù)據(jù)，循環(huán)碳鏤溶液的H:O/CO(質(zhì)量比)為1.95,則返回190.3kg/h(4.326kmol/h)的CO必然攜帶371.1kg/h(20.6kmol/h)的H20.這部分H0將使合成塔中的水碳比繼續(xù)增加為：6=0.6263661212280116+.+.3+4.3.當(dāng)t=188oC,P=15.2MPa,口:3,5,6=0.6263時,:62.85%,尿素轉(zhuǎn)化率再次下降0.15%.3.3三胺裝置對尿素裝置的綜合影響從三胺裝置返回尿素裝置的甲鏤液和冷凝液直接使尿素合成塔的水碳比增加0.0622尿素轉(zhuǎn)化率的計算值

12、降低1%；根據(jù)筆者開發(fā)的尿素流程模擬軟件，遞延影響約為直接影響的50%.由此估算，三胺裝置將使尿素合成塔的水碳比增加0.0933，尿素轉(zhuǎn)化率的計算值下降1.5%.36影響尿素裝置合成轉(zhuǎn)化率的因素較多，除合成塔水碳比外，還有合成塔溫度，氨碳比，生產(chǎn)負(fù)荷等，進而還有氣提塔氣提效率，高壓甲鏤冷凝器溫度，合成塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)等因素，而且諸因素之間又相互影響，因此上述估算只能近似了解三胺裝置返回物料對尿素裝置的影響.最有說服力的數(shù)據(jù)是尿素裝置的操作記錄和考核數(shù)據(jù)，尿素裝置聯(lián)產(chǎn)三胺前，后主要工況指標(biāo)數(shù)據(jù)對比見表33J.表3尿素裝置聯(lián)產(chǎn)三胺前，后主要工況指標(biāo)數(shù)據(jù)比較注：1）尿素裝置運行負(fù)荷為113.0%;2）尿素

13、裝置運行負(fù)荷為116.4%.從表3中可以看出：聯(lián)產(chǎn)三胺后，合成塔水碳比增加0.093，與理論估算值比較一致；CO:轉(zhuǎn)化率下降2.5%,大于理論估算的1.5%,這其中有因物料增加而使停留時間縮短的原因；噸尿素原料氨耗增加2kg,蒸汽消耗增加86kg.可見,520kt/a尿素裝置與30kt/a三胺裝置聯(lián)產(chǎn)，以氨1000t，蒸汽150fr_/t計，噸尿素成本將增加14.9元.4尿素聯(lián)產(chǎn)三胺的經(jīng)濟評價僅僅從520kt/a尿素裝置與30kt/a三胺裝置聯(lián)產(chǎn)前，后的能耗與物耗進行比較，聯(lián)產(chǎn)后原有尿素裝置增加消耗約14.9;Tr_/t,且兩套裝置的多方位連接，影響了原有尿素裝置的操作穩(wěn)定性，這是聯(lián)產(chǎn)的不利之

14、處.但是,30kt/a三胺裝置只能在聯(lián)產(chǎn)尿素和新增小尿素裝置之間選擇，新增尿素和聯(lián)產(chǎn)尿素的經(jīng)濟比較如下.從三胺裝置返回尿素裝置的甲鏤液和冷凝液淇中CO總量為5308.1kg/h按噸尿素消耗CO,750kg計，從三胺裝置返回的CO:可以生產(chǎn)尿素56053t/a即聯(lián)產(chǎn)30kt/a三胺可使520kt/a尿素裝置增產(chǎn)56kt/a.第37卷第4期化肥工業(yè)2010年8月根據(jù)我國小尿素裝置的物耗，能耗數(shù)據(jù)，小尿素裝置的消耗普遍比大型尿素裝置高，如:大型尿素裝置噸尿素氨耗一般在570580kg,小尿素裝置一般在600610kg;大型尿素裝置噸尿素蒸汽消耗一般在8001100kg，小尿素裝置一般在1300-15

15、00kg尿素聯(lián)產(chǎn)三胺與新增尿素裝置的比較數(shù)據(jù)見表4.表4尿素聯(lián)產(chǎn)三胺與新增尿素裝置的數(shù)據(jù)比較注:聯(lián)產(chǎn)裝置的氨單耗是將尿素裝置因聯(lián)產(chǎn)而增加的氨耗全部計,算在增加的56kt/a尿素產(chǎn)量上，蒸汽單耗的計算也是如此.以氨1000Yv_/t,蒸汽150Yv./t計，聯(lián)產(chǎn)前噸尿素消耗氨和蒸汽的成本為691.6元，聯(lián)產(chǎn)三胺之后增產(chǎn)的56kt/a尿素的消耗成本為844.8元；新增尿素裝置的消耗成本為815.0元;聯(lián)產(chǎn)尿素與新增小尿素裝置相比，增加消耗成本29.8元.因此，相對新增1套50kt/a尿素裝置，聯(lián)產(chǎn)裝置噸尿素消耗成本增加29.8元,按年生產(chǎn)尿素56kt計，年增加消耗成本166.9萬元.但新增尿（上接

16、第33頁）DAP裝置用稀磷酸熱洗時,2臺尾氣引風(fēng)機的風(fēng)門應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)或調(diào)至最小開度.這樣清洗液既不會被抽走而造成浪費，又可保證文丘里吸收塔及其塔梢維持負(fù)壓，確保良好的操作環(huán)境.MAP裝置二次蒸汽管道的材質(zhì)為304L,不耐磷酸腐蝕.用稀磷酸熱洗時，只要控制好蒸發(fā)器的液位，使二次蒸汽管道不與磷酸接觸，就可避免腐蝕問題，用酸熱洗的方案就能正常實施.3效果評價(1)磷復(fù)肥裝置污水綜合利用工程總投資100多萬元，每年可回收NH3一N和P2O5約480t,價值130萬元;節(jié)約用水約300kt，價值20萬元.兩者合計150萬元,1年內(nèi)即可收回投資,DAP,MAP和磷酸裝置實現(xiàn)工業(yè)污水零排放，既杜絕了環(huán)境污

17、染，又節(jié)約了資源.(2)實踐證明,DAP和MAP裝置含NHN和P0的污水用于磨礦生產(chǎn)，不但對磷礦研磨和磷素裝置的投資需上億元，考慮到設(shè)備折舊和人員費用，聯(lián)產(chǎn)尿素仍具顯著優(yōu)勢.5結(jié)語520kt/a尿素聯(lián)產(chǎn)30kt/a三胺裝置經(jīng)近2年的運行，兩套裝置運行穩(wěn)定，表明聯(lián)產(chǎn)成功.尿素聯(lián)產(chǎn)三胺后，確實使原有尿素裝置的合成反應(yīng)條件有所改變：水碳比增加O.93,CO:轉(zhuǎn)化率降低1.5%,增加了尿素的原料單耗和能量單耗,尿素成本增加14.9t.但相對新增1套50kt/a尿素裝置而言，考慮新增設(shè)備和人員的費用與成本時，聯(lián)產(chǎn)裝置的效益仍優(yōu)于新增裝置.參考文獻lltJll省化工設(shè)計院.川化股份有FM公司年產(chǎn)3萬噸三聚富胺項目一一申請報告R.2005.23四川錦華有限責(zé)任公司.年產(chǎn)3萬噸三聚富胺項目一一竣工驗收報告R.2007.3四川天華股份有限公司.尿素裝置考核報告R.2008.4袁一.化肥工業(yè)叢書：尿素M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1997.5池樹增，林海濤.水溶液全循環(huán)尿素裝置節(jié)能增產(chǎn)改造J.中氮肥,2003,（1）:1-4.（收到修改稿日期2010-0126）酸生產(chǎn)毫無影響，而且有利于改善礦漿的流動性，使礦漿含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)由32%降至30%以內(nèi)，為穩(wěn)定萃取梢水平衡起到積極的作用.而且有利于改善萃取梢二水物石膏結(jié)晶和過濾吸于效果，尤其是污水中的NH起到了結(jié)晶改良劑的作用，為增產(chǎn)，降耗奠定了基礎(chǔ).目前