煤制尿素工藝技術(shù)方案

1、煤制尿素工藝技術(shù)目前，世界上最具有競(jìng)爭(zhēng)性的尿素合成工藝是荷蘭Stamicarbon公 司的CO2汽提工藝、意大利Snamprogetti公司的NH3汽提工藝和日本東洋 公司的ACES工藝。它們?cè)谑澜缟辖◤S數(shù)量為：CO2汽提工藝115套，氨汽 提工藝80套，ACES工藝9套。1980以后建廠的工藝以氨汽提工藝居多。 近年來，CO2汽提工藝有很大的發(fā)展，Stamicarbon與Sandvik公司合作， 推出了 一種耐腐蝕性能更優(yōu)異的專門雙相鋼材料一一Safurex (Stamicarbon A4-18005型BE.06)，該材料可以在無氧情況下，能耐高 溫甲銨液的腐蝕，在中國(guó)寧夏用新的CO2汽提工

2、藝成功的改造了 NH3汽提 工藝，使裝置增產(chǎn)50%。國(guó)外尿素技術(shù)工藝概況1、CO2汽提工藝該工藝由荷蘭Stamicarbon公司于1964年開始中間試驗(yàn)，1967年建 成第一套工業(yè)裝置。該工藝在70年代初期發(fā)展迅速，目前己在世界范圍 內(nèi)承建200多套尿素裝置，總能力大約為50Mt/a，占世界尿素總能力的 45%,設(shè)計(jì)能力范圍在703250t/d。我國(guó)也己有18套大型裝置在運(yùn)行， 最大的單系列是中海油富島化學(xué)有限公司的2700t/d。該工藝包括原料壓縮、尿素合成及未反應(yīng)物的高壓分解和回收、未 反應(yīng)物的低壓分解和回收、尿液濃縮與造粒、工藝?yán)淠禾幚淼裙ば颉?該工藝用CO2作汽提劑，在與合成等壓條件

3、下將合成塔出料在汽提塔內(nèi)加 熱汽提，使未轉(zhuǎn)化的大部分甲銨分解成CO2和NH3蒸出，分解及汽化所需 的熱量由2.45MPa蒸汽供給。汽提塔出汽在高壓冷凝器內(nèi)生成甲銨冷凝 液，冷凝反應(yīng)所放出的熱量副產(chǎn)低壓蒸汽，供低壓分解、尿液蒸發(fā)使用， 汽提塔出液減壓后進(jìn)入精餾塔，將殘余甲銨和氨進(jìn)一步加熱分解并蒸出， 然后經(jīng)真空閃蒸，兩段真空蒸發(fā)濃縮至99.7%的尿液送造粒塔造粒，或者 直接用一段蒸發(fā)的96%尿液去生產(chǎn)大顆粒尿素。2、NH3汽提工藝NH3汽提工藝由意大利Snamprogetti公司于1967年試驗(yàn)成功并獲得 專利。1970年第一套工業(yè)裝置建成。最近5年來，世界新增尿素能力70% 采用Snampro

4、getti技術(shù)。80年代，我國(guó)也引進(jìn)了大中型氨汽提法尿素生 產(chǎn)裝置。該工藝基本與二氧化碳汽提法一樣。只是提高了合成塔的 NH3/CO2摩爾比，使進(jìn)入汽提塔的合成液中游離氨量增大，以達(dá)到自汽提 效果。該工藝包括原料壓縮、尿素合成及未反應(yīng)物的高壓分解和回收、過 剩氨經(jīng)冷凝成液氨返回系統(tǒng)、尿液濃縮與造粒、工藝?yán)淠禾幚淼裙ば颉?該工藝在與合成等壓條件下將合成塔出料在汽提塔內(nèi)加熱自汽提，使未 轉(zhuǎn)化的大部分甲銨分解成CO2和NH3蒸出，分解及汽化所需的熱量由 2.45MPa蒸汽供給。汽提塔出汽在高壓冷凝器內(nèi)生成甲銨冷凝液，冷凝反 應(yīng)所放出的熱量副產(chǎn)低壓蒸汽，供低壓分解、尿液蒸發(fā)使用，汽提塔出 液減壓后進(jìn)

5、入中、低壓分解系統(tǒng)，將殘余甲銨和氨進(jìn)一步加熱分解并蒸 出，然后經(jīng)真空閃蒸，兩段真空蒸發(fā)濃縮至99.7%的尿液送造粒塔造粒， 或者直接用一段蒸發(fā)的96%尿液去生產(chǎn)大顆粒尿素。中壓分解氣體去冷凝 吸收，將過剩氨分離出來返回合成系統(tǒng)。3、ACES工藝ACES工藝是日本東洋工程公司（TEC）開發(fā)的節(jié)能節(jié)資型尿素生產(chǎn) 新工藝。它是將CO2汽提工藝的高汽提效率與全循環(huán)工藝的高單程轉(zhuǎn)化率 有機(jī)結(jié)合起來的一種新工藝。合成塔內(nèi)氨/碳比高達(dá)4.0，可基本上忽略 腐蝕問題，在190C與17.1 MPa的操作條件下，合成轉(zhuǎn)化率達(dá)到68%, 大大減少了汽提塔用于分解和分離未反應(yīng)物所需的中壓蒸汽量，使其成為當(dāng)今工業(yè)化尿素

6、工藝中能耗最低的工藝。其設(shè)備選材也有獨(dú)到之處，主要高、中壓設(shè)備都采用TEC參與開發(fā) 的雙相不銹鋼（DP - 3 ）,能很好的解決設(shè)備的腐蝕問題。其缺點(diǎn)是高壓 圈內(nèi)設(shè)備臺(tái)數(shù)較多，操作、控制比較復(fù)雜，高壓圈內(nèi)物料循環(huán)靠設(shè)備的 位差來實(shí)現(xiàn)，工藝框架較高，增加了一次性土建費(fèi)用，設(shè)備的操作、維 修也不方便。90年代我國(guó)先后引進(jìn)了 2套ACES裝置。該工藝包括原料壓縮、尿素合成及未反應(yīng)物的高壓分解和回收、未 反應(yīng)物的中、低壓分解和回收、尿液濃縮與造粒、工藝?yán)淠禾幚淼裙?序。該工藝用CO2作汽提劑，在與合成等壓條件下將合成塔出料在汽提塔 內(nèi)加熱汽提，使未轉(zhuǎn)化的大部分甲銨分解成CO2和NH3蒸出，分解及汽化

7、 所需的熱量由2.45MPa蒸汽供給。汽提塔出汽在高壓冷凝器內(nèi)生成甲銨 冷凝液，冷凝反應(yīng)所放出的熱量一部分副產(chǎn)低壓蒸汽，供低壓分解、尿 液蒸發(fā)使用，一部分用于加熱汽提后的尿液，汽提塔出液減壓后進(jìn)入中、 低壓分解系統(tǒng)，將殘余甲銨和氨進(jìn)一步加熱分解并蒸出，然后經(jīng)真空閃 蒸，兩段真空蒸發(fā)濃縮至99.7%的尿液送造粒塔造粒，或者直接用一段蒸 發(fā)的96%尿液去生產(chǎn)大顆粒尿素。該工藝無過剩氨回收系統(tǒng)。除上述三種尿素工藝外，世界上典型的尿素工藝還有意大利蒙特愛 迪生公司的等壓雙汽提工藝（簡(jiǎn)稱IDR法）、美國(guó)UTI的熱循環(huán)工藝以及 瑞士卡薩利（Casale ）公司的HEC尿素技術(shù)。它們都比較適合現(xiàn)有尿素 裝置

8、的技術(shù)改造。（二）國(guó)內(nèi)尿素工藝技術(shù)概況我國(guó)尿素工業(yè)的發(fā)展始于1957年，在上?；ぱ芯吭海ㄒ韵潞?jiǎn)稱上 海院）氮肥室進(jìn)行尿素生產(chǎn)的理論研究和試驗(yàn)工作。1958年在南京永利 寧廠籌建我國(guó)第一套半循環(huán)工藝的中試裝置（年產(chǎn)3000t）,每生產(chǎn)1t尿 素排放的尾汽氨量為650 kg左右，1965年2月在中試裝置上完成了高效 半循環(huán)的試驗(yàn)，但每生產(chǎn)1t尿素尚有尾汽氨量約176 kg。同年12月上 海院在日產(chǎn)2t的實(shí)驗(yàn)裝置上完成了水溶液全循環(huán)的工藝研究和試驗(yàn)工 作，為我國(guó)自行設(shè)計(jì)水溶液全循環(huán)工藝尿素裝置提供了詳細(xì)充實(shí)的技術(shù) 數(shù)據(jù)。1967年上海院在試驗(yàn)裝置上采用變換汽汽提制取尿素工藝取得成 功，開創(chuàng)了我國(guó)中

9、壓聯(lián)尿的新工藝，并由國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院完成工程設(shè)計(jì)及施 工圖。1974年和1975年分別在延安東風(fēng)化肥廠、天津永紅化肥廠、江蘇六 合化肥廠建成年產(chǎn)1萬t的中壓聯(lián)尿裝置并投入化工試車。1960年我國(guó)引進(jìn)前蘇聯(lián)的年產(chǎn)1萬t的不循環(huán)法尿素裝置在太原化 肥廠投入生產(chǎn)。1962年南京永利寧廠半循環(huán)裝置通過國(guó)家鑒定，由國(guó)內(nèi) 設(shè)計(jì)的2套年產(chǎn)4萬t的半循環(huán)裝置先后在上海吳徑化工廠和浙江巨州 化工廠相繼投產(chǎn)。1966年我國(guó)引進(jìn)荷蘭Stamicarbon公司的2套8萬t/a水溶液全循 環(huán)工藝裝置在滬州天然汽化工廠投產(chǎn)。利用上海院水溶液全循環(huán)工藝技 術(shù)數(shù)據(jù)并借鑒進(jìn)口裝置自行設(shè)計(jì)、設(shè)備自制的年產(chǎn)11萬t尿素裝置于 1966年

10、11月在石家莊化肥廠投入生產(chǎn)，標(biāo)志著我國(guó)尿素工業(yè)發(fā)展進(jìn)入一 個(gè)新的階段。70年代初至80年代初，我國(guó)建成8-11萬t/a的中型尿素裝置35 套。同時(shí)我國(guó)又引進(jìn)了荷蘭Stamicarbon公司70年代先進(jìn)工藝CO2汽提 法大型尿素裝置13套和日本三井東壓公司的東洋高壓全循環(huán)改良C法2 套，每套年生產(chǎn)能力為50 - 52萬噸。80年代初化四院與荷蘭凱洛格-大陸公司聯(lián)合設(shè)計(jì)日產(chǎn)1740t的CO2 汽提法尿素裝置，設(shè)備大部分由國(guó)內(nèi)自行制造，第一套裝置于1984年9 月在浙江鎮(zhèn)海石化總廠投產(chǎn)成功，第二套裝置于1986年在新疆烏魯木齊 石油化工廠投產(chǎn)，第三套裝置于1988年7月在寧夏化工廠投產(chǎn)，表明我 國(guó)

11、己具有自行設(shè)計(jì)、制造大型尿素裝置的能力，并趕上國(guó)外先進(jìn)技術(shù)水 平。80年代末第一套52萬噸/年NH3汽提引進(jìn)裝置在河南中原大化建成投 產(chǎn)，90年代初引進(jìn)的5套年產(chǎn)13萬t氨汽提工藝的中型尿素裝置先后在 河北宣化、北京化工實(shí)驗(yàn)廠、河南洛陽、山西原平、陜西寶雞建成投產(chǎn)。90年代中期又引進(jìn)意大利Snamprogetti公司的十幾套大中型氨汽提 工藝裝置和一套日本TEC公司ACES法大型尿素裝置，四川瀘天化引進(jìn)意 大利IDR雙汽提工藝改造原2套水溶液全循環(huán)工藝裝置。1986年我國(guó)尿素工業(yè)發(fā)展又掀起了一個(gè)新的階段，即眾多小氮肥廠 改產(chǎn)尿素的技術(shù)改造，使小氮肥廠的技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)革新發(fā)生了質(zhì)的變 化。相繼有

12、100多家小氮肥廠利用水溶液全循環(huán)法進(jìn)行碳銨改尿素。水溶液全循環(huán)工藝雖屬60年代技術(shù)水平，但由于我國(guó)尿素工藝研究 和工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展過程中均以該工藝為主，因此積累了工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備制 造、操作技術(shù)和生產(chǎn)管理的豐富經(jīng)驗(yàn)，為小氮肥廠改產(chǎn)尿素提供了豐富 技術(shù)，使小尿素裝置投產(chǎn)以后即能穩(wěn)定運(yùn)行。小尿素裝置發(fā)展迅速，是適合我國(guó)國(guó)情的，充分發(fā)揮了原小氮肥廠 的優(yōu)勢(shì)。我國(guó)現(xiàn)有小尿素裝置159套，其中水溶液全循環(huán)工藝151套。目前， 部分小尿素裝置的生產(chǎn)能力己達(dá)6-10萬t/a,正向13-20萬t/a中型 裝置發(fā)展。中型裝置目前有48套，其中水溶液全循環(huán)工藝39套，氨汽提工藝5 套，CO2汽提工藝2套，IDR工藝2

13、套。中型裝置尿素產(chǎn)量占全國(guó)尿素產(chǎn) 量的17%。隨著大、小型尿素裝置的興建，中型裝置的產(chǎn)量比例相對(duì)減少。大型裝置己建29套，其中氨汽提工藝8套，CO2汽提工藝18套，改良“C法2套，ACES工藝1套，其生產(chǎn)能力占我國(guó)尿素總產(chǎn)量的40%。以水溶液全循環(huán)工藝為主的中、小型裝置有192套，占全國(guó)尿素裝 置總產(chǎn)量的81.7%，其生產(chǎn)的尿素量占全國(guó)尿素總產(chǎn)量的57%。此外，CO2 汽提工藝占27%,氨汽提工藝占13.5%，其它工藝占2.5%。（三）工藝技術(shù)方案比較從國(guó)內(nèi)外尿素技術(shù)進(jìn)展來看，適合大型尿素裝置建設(shè)的技術(shù)只有荷 蘭Stamicarbon公司的CO2汽提工藝、意大利Snamprogetti公司的N

14、H3 汽提工藝和日本東洋公司的ACES工藝。它們也是在世界上建廠數(shù)最多的 工藝，代表當(dāng)今尿素技術(shù)的發(fā)展方向。下面就上述三種工藝技術(shù)作一比 較。表1-16三種工藝的主要工藝指標(biāo)的比較（來源于日產(chǎn)900噸尿素的報(bào)價(jià)）項(xiàng)目CO2汽提工藝NH3汽提工藝ACES工藝合成壓力MPa13-1415-1617-18合成溫度C180-185185-190185-190轉(zhuǎn)化率%576568噸尿素氨耗kg0.5660.5680.568噸尿素CO2耗kg0.7400.7350.750噸尿素中壓蒸汽（2.5MPa飽和）t0.9960.890.72噸尿素循環(huán)水消耗（溫差10C） m390.089.075噸尿素電耗kWh1

15、02.0115.0134.0從上表可以看出，三種工藝的噸尿素消耗指標(biāo)基本相同。三種尿素的工藝特點(diǎn)如下：1、CO2汽提工藝（1）流程簡(jiǎn)單。由于合成工段汽提效率很高，減小了下游工序的復(fù) 雜程度。Stamicarbon的CO2汽提工藝是目前唯一工業(yè)化的只有單一低壓 回收工序的尿素生產(chǎn)工藝。因?yàn)榱鞒毯?jiǎn)單，所以帶來許多好處，如操作 方便，投資省，可靠性強(qiáng)，運(yùn)轉(zhuǎn)率高，維修費(fèi)用低等。（2）高壓圈工藝在優(yōu)化理論指導(dǎo)下運(yùn)行。合成壓力采用最低平衡壓 力、氨/碳比采用最低共沸組成時(shí)的氨/碳比(2.95)、操作壓力為13.6 MPa、 溫度為180 - 183C、冷凝溫度為167C、汽提溫度約190C、汽提效率為 8

16、0%以上，這些參數(shù)都比較溫和，因而采用316L或25-22-2CrNiMo材料 即可達(dá)到材質(zhì)耐強(qiáng)腐蝕性的要求，設(shè)備制造和維修都比較方便。電耗低。因?yàn)镃O2汽提工藝操作壓力比其他汽提工藝都低，因 而高壓氨泵、高壓甲銨泵的功耗也低。另外，由于汽提效率高且沒有中 壓回收工段，沒有單獨(dú)的液氨需要循環(huán)回收，甲銨液的循環(huán)量也少，因 而進(jìn)一步降低了循環(huán)氨、甲銨所必須的功耗。采用池式冷凝器。采用池式高壓甲銨冷凝器是Stamicarbon對(duì) 其尿素工藝的最新改進(jìn)。池式冷凝器作為初級(jí)反應(yīng)器使合成塔的體積減 少了約50%，使尿素框架的高度降低了約20 m。采用脫氫技術(shù)。在脫氫轉(zhuǎn)化器中，通過催化燃燒除去原料CO2 中

17、的H2、co等可燃性氣體，使高壓和低壓放空汽均處于爆炸范圍之外， 工藝裝置安全性高。工藝?yán)淠核?。工藝?yán)淠航?jīng)水解解吸后，其尿素和氨的含 量均小于5ppm，不僅降低了氨損失，也消除了對(duì)環(huán)境的污染。CO2汽提工藝具有流程簡(jiǎn)單，設(shè)備總臺(tái)數(shù)少，軟、硬件費(fèi)用也相對(duì)較 低的優(yōu)點(diǎn)，90年代后期，Stamicarbon對(duì)其尿素技術(shù)作了較大的改進(jìn)和 推廣，主要是增加了原料汽脫氫裝置，提高了裝置的安全性能；合成塔 結(jié)構(gòu)改進(jìn)、采用高效塔板提高了轉(zhuǎn)化率，降低了合成塔高度及體積；將 原立式降膜式甲銨冷凝器改為池式冷凝器，并將其用作初級(jí)反應(yīng)器，減 少了合成塔的體積，降低了工藝框架的高度。在此基礎(chǔ)上，斯塔米卡邦 在19

18、96年5月召開的年會(huì)上推出了尿素2000+TM超優(yōu)工藝，大大地提高 了 CO2汽提工藝的競(jìng)爭(zhēng)能力。新型尿素2000+TM工藝包括若干重大改進(jìn)，從而使新建尿素工廠的 投資成本顯著降低。其中主要的改進(jìn)包括:優(yōu)異的合成塔塔板設(shè)計(jì)、池式 冷凝器以及Safurex專門雙相不銹鋼。2000+TM工藝的主要特點(diǎn)有：a、高壓合成段的設(shè)備數(shù)由4臺(tái)減少至3臺(tái)；b、總體高度由52 m降低至26 m;c、因設(shè)備集成，昂貴的高壓連接管線及噴嘴大大減少，相應(yīng)地減 少了泄漏和堵塞的幾率；d、在立式合成塔頂部，由于大量氣體滯留，在合成塔的液面上存在 著逆效應(yīng)，但這種現(xiàn)象在該水平裝置中則完全避免，從而為合成部分簡(jiǎn) 便的全自動(dòng)控

19、制鋪平了道路。該逆效應(yīng)在高框架布置中很嚴(yán)重，在中度 框架布置中仍有一定程度的存在。迄今為止，除非采用先進(jìn)控制，合成 段壓力以及合成塔的液位都是手動(dòng)控制的；e、由于反應(yīng)器水平布置（如果需要），克服了開車時(shí)由分批進(jìn)料向 連續(xù)生產(chǎn)轉(zhuǎn)換的困難。該工廠用水啟動(dòng)后，逐漸穩(wěn)定過渡到使用正常原 料全面運(yùn)行；f、池式冷凝使合成部分對(duì)氨碳比（叫/叫）波動(dòng)的敏感程度大大降 低；g、在產(chǎn)生同樣量低壓蒸汽的情況下，冷卻面積減少了 50%；h、由于框架降低，并且檢查水平池式反應(yīng)器較檢查立式合成塔更加 便捷，因而反應(yīng)裝置的安全性能提高；i、投資節(jié)省10%左右。j、大顆粒造粒技術(shù)自從斯塔米卡邦汽提尿素工藝開發(fā)之始，一直就以減

20、少設(shè)備數(shù)目、 降低框架高度為2個(gè)主要目標(biāo)，以便在合成部分既充分利用重力作驅(qū)動(dòng) 力，又同時(shí)減少投資成本。經(jīng)過30年的改進(jìn)，所需設(shè)備總數(shù)減少了 50%， 工廠高度降低了 50%，工廠的操作難度至少降低了 50%。原料的消耗值幾 乎等于氨和二氧化碳的化學(xué)計(jì)算值，己無進(jìn)一步減少的余地。公用工程 的消耗也降至相當(dāng)?shù)偷乃?，若要進(jìn)一步降低蒸汽消耗，需要開發(fā)新的 熱交換方法，從而使工藝更復(fù)雜，投資更昂貴。該工藝的廢物及廢汽的 排放量極低，接近于零，再?zèng)]有重大改進(jìn)的余地。2、NH3汽提工藝（1）合成塔進(jìn)料NH3/CO2摩爾比較高，CO2轉(zhuǎn)化率較高，從而可減少 高壓回路以后的循環(huán)回收負(fù)荷；（2）由于合成系統(tǒng)NH

21、3/CO2摩爾比較高（3.3-3.6）和設(shè)備選材恰當(dāng) （如汽提塔采用襯錯(cuò)材料），大大減輕了設(shè)備的腐蝕問題，操作條件要求不苛刻，開車無需專門鈍化高壓系統(tǒng)設(shè)備。另外，即使事故停車，可以 封塔幾天而無需排放（國(guó)內(nèi)企業(yè)反映，封塔時(shí)間不宜太長(zhǎng)）。一般封塔3 天再開車后尿素產(chǎn)品仍為白色，這樣將減少NH3及CO2的損失，并可快速 開車，大大提高了裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)率；（3）中、低壓分解加壓器均為降膜式，操作過程積液量少，即使停 車排放，NH3和CO2的損失量也少；（4）由于采用了甲銨噴射泵，所有高壓設(shè)備均可布置在地面上，無 需高層框架，可節(jié)約投資，大大加快建設(shè)進(jìn)度，施工安裝操作維修均安 全方便；（5）由于有中壓分解段，增加了操作的靈活性和彈性，還可以通過 改變汽提效率和高壓甲銨冷凝器的副產(chǎn)蒸汽量來調(diào)節(jié)整個(gè)裝置的蒸汽平 衡，使之在最佳的條件下