CO2汽提法尿素工藝降低蒸汽消耗的根本途徑探索

CO2汽提法尿素工藝減少蒸汽消耗的根本途徑探索摘要：本文通過介紹國內(nèi)外二氧化碳?xì)馓岱ìF(xiàn)狀、傳統(tǒng)的二氧化碳?xì)馓岱üに嚒⒂绊懚趸細(xì)馓岱üに囌羝牡囊蛩匾约皽p少蒸汽消耗的途徑對本課題進(jìn)行研究。關(guān)鍵詞：二氧化碳汽提法，尿素工藝，蒸汽消耗，根本途徑，相關(guān)探索隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的工農(nóng)業(yè)水平不斷提高，這對我國的尿素產(chǎn)出量提出了很高的要求。作為尿素生產(chǎn)大國，我國的尿素廠數(shù)量為世界之最，產(chǎn)量和產(chǎn)能都居于世界榜首。但是，如今我國能源產(chǎn)業(yè)面對外界的各種壓力，這就要求尿素合成產(chǎn)業(yè)的節(jié)能增產(chǎn)的技術(shù)需要的到有效的提升。但在長達(dá)幾十年的工業(yè)生產(chǎn)中，尿素生產(chǎn)工藝的蒸汽消耗量始終不能大幅減少。1國內(nèi)外二氧化碳?xì)馓岱ìF(xiàn)狀就目前來看，世界上最普遍的制尿素工藝就是氣提法，而氣提法根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同又可以分作氨氣提法與二氧化碳?xì)馓岱?。在中國，二氧化碳?xì)馓岱üに噾{借著操作條件溫和以及流程短的優(yōu)勢深受我國用戶喜愛，所以二氧化碳?xì)馓岱üに囋谖覈紦?jù)了最大的市場份額。二氧化碳?xì)馓岱üに囋从?969年的工業(yè)化裝置投產(chǎn)，經(jīng)過近年來不斷的改善優(yōu)化，最先進(jìn)的池式反應(yīng)器讓尿素高壓框架高度大幅下降，但是這對于蒸汽的消耗量的減少沒有多少幫助。2傳統(tǒng)的二氧化碳?xì)馓岱üに噦鹘y(tǒng)的二氧化碳?xì)馓岱üに囃ㄟ^高低壓的合成與分解以及回收、真空濃縮、造粒、解析水解這幾個重要工序構(gòu)成。其主要特點(diǎn)為工作人員在進(jìn)行操作時，操作溫度以及壓力都比較低，整個二氧化碳?xì)馓岱üに嚵鞒梯^短，在高壓轉(zhuǎn)向低壓的過程中，操作輕松，耗能低，雖然優(yōu)勢眾多，但是有一致命的缺點(diǎn)就是轉(zhuǎn)化率太低。我國從1970年開始引入荷蘭斯塔米卡邦公司的二氧化碳?xì)馓岱üに?，后來又陸續(xù)引進(jìn)荷蘭斯塔米卡邦公司的改進(jìn)型二氧化碳?xì)馓岱üに?。等?000年我國將最先進(jìn)的Urea2000+工藝引進(jìn)國內(nèi)。從1970年到最近我國引進(jìn)了如下具有代表性的尿素裝置的蒸汽消耗對比以及高壓圈操作參數(shù)。（1）1973年，我國引入的遼河裝置參數(shù)：防腐加氧量為千分之八，溫度183度，壓力13.3萬帕，低氨/碳比2.85，低水/碳比0.388，二氧化碳轉(zhuǎn)化率57.15%，每噸消耗蒸汽1007千克。（2）1994年，我國引入的黑化裝置參數(shù)：防腐加氧量為千分之六，溫度183度，壓力14.2萬帕，低氨/碳比3.01，低水/碳比0.427，二氧化碳轉(zhuǎn)化率59.05%，每噸消耗蒸汽1005千克。（3）2008年，我國引入的金新裝置參數(shù)：防腐加氧量為千分之三，溫度184.8度，壓力14.2萬帕，低氨/碳比3.11，低水/碳比0.512，二氧化碳轉(zhuǎn)化率58.50%，每噸消耗蒸汽975千克。（4）2011年，我國引入的博大裝置參數(shù)：防腐加氧量為千分之一，溫度186.4度，壓力14.2萬帕，低氨/碳比3.11，低水/碳比0.512，二氧化碳轉(zhuǎn)化率59.87%，每噸消耗蒸汽930千克。附：蒸汽消耗折算成2.5萬帕飽和蒸汽以此看來荷蘭斯塔米卡邦公司對二氧化碳?xì)馓岱üに嚨母邏喝Σ僮鳁l件進(jìn)行了優(yōu)化，上升了操作壓力以及溫度，將防腐加氧量作出了大幅的減少。但是荷蘭斯塔米卡邦公司在四十多年的二氧化碳?xì)馓岱üに嚨陌l(fā)展上，在減少蒸汽消耗上取得進(jìn)步有限。2影響二氧化碳?xì)馓岱üに囌羝牡囊蛩囟趸細(xì)馓岱üに嚨牡湫驼羝到y(tǒng)由水解塔、高壓冷凝器、汽提塔、蒸汽飽和器、LS蒸汽用戶、蒸汽冷凝液以及S蒸汽用戶構(gòu)成。當(dāng)2.5萬帕的蒸汽分別進(jìn)入水解塔、汽提塔以及蒸汽飽和器中，汽提塔再分出進(jìn)入高壓冷凝器與蒸汽飽和器，再由0.44萬帕蒸汽進(jìn)入LS蒸汽用戶部分LS送出，而0.9萬帕蒸汽進(jìn)入S蒸汽用戶，它們共同轉(zhuǎn)化為蒸汽冷凝液SC送出。影響汽提塔復(fù)核高低的主要原因是尿素合成塔的二氧化碳轉(zhuǎn)換率以及汽提塔的汽提效率，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越高，所要分解的CH3NH2就越少，這樣汽提塔的運(yùn)行負(fù)荷變小，它的效率也就變高。2.1二氧化碳轉(zhuǎn)化率影響尿素合成塔之中二氧化碳轉(zhuǎn)化率的主要因素有轉(zhuǎn)化時的溫度、，低氨/碳比、低水/碳比、以及原料二氧化碳?xì)怏w的純度等。尿素合成反應(yīng)分兩步嗎，首先將原料氨氣和二氧化碳生產(chǎn)的CH3NH2快速放熱反應(yīng)，第二步是CH3NH2脫水生成尿素的緩慢吸熱反應(yīng)。在一定的溫度范圍之中，只要提高反應(yīng)溫度就能提高生成尿素的反應(yīng)速度以及二氧化碳的轉(zhuǎn)化率。通過上升反應(yīng)壓力、上升動力消耗讓反應(yīng)溫度提高，此時，介質(zhì)的腐蝕程度上升，這就需要更為昂貴的耐腐蝕材料。二氧化碳轉(zhuǎn)化率隨低氨/碳比的上升而上升,在通常工藝條件下,低氨/碳比每上升十分之一,轉(zhuǎn)化率提高千分之五到千分之十。低氨/碳比上升,則合成的平衡圧力上升,動力消耗上升,同時過剩氨的循環(huán)量也上升,減少了合成塔的反應(yīng)空問。低氨/碳比過高,則低圧循環(huán)負(fù)荷上升,帶入高壓圈的水量上升,高壓圈的低水/碳比上升。而低水/碳比上升對合成反應(yīng)是不利的,在一定溫度和低氨/碳比比下,低水/碳比每上升十分之一,則二氧化碳轉(zhuǎn)化率要下降千分之十五到千分之二十。2.2汽提效率根據(jù)公式α=轉(zhuǎn)化為尿素的氨氣量/總的氨氣量X100%，低水/碳比上升，造成二氧化碳轉(zhuǎn)化率下降。因此，汽提塔的汽提效率并不是說越高越好，適當(dāng)?shù)膶ζ溥M(jìn)行減少可以減少2.5萬帕蒸汽的消耗。但是傳統(tǒng)的二氧化碳?xì)馓岱ǔ烁邏喝χ?，只有低壓分解回收系統(tǒng)回收的CH3NH2液體含水量比較高，所以說，通過減少汽提效率來減少2.5萬帕蒸汽的消耗程度極為有限。3減少蒸汽消耗的途徑從上文來看低氨/碳比增加了千分之一，那么低水/碳比也增加了萬分之九，這兩者對二氧化碳轉(zhuǎn)化率的影響基本相互抵消，通過增加低氨/碳比對減少蒸汽消耗基本上沒有了意義。針對傳統(tǒng)的二氧化碳?xì)馓岱ǚ鹉莻€一，想要大幅減少2.5萬帕蒸汽的消耗量必須減少汽提塔的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷。根據(jù)氨氣-二氧化碳-水的三元相圖可以知道，回收壓力越高CH3NH2液體的含水量越低，在0.3萬帕下回收的CH3NH2液體水含量近三成，在1.8萬帕下回收的CH3NH2液體水含量只有兩成半，粗略計(jì)算回收等量的氨氣和二氧化碳，返回高壓圈的水量可以減少近三成，所以可以通過增加一個中壓段的方法減少汽提塔的蒸汽消耗量。傳統(tǒng)的二氧化碳?xì)馓岱?，因?yàn)楦邏豪淠鞲碑a(chǎn)的低壓蒸汽溫度過低，在傳統(tǒng)的二氧化碳?xì)馓峁に囍袩o法作為中壓分解的加熱源，只能通過設(shè)置中壓閃蒸流程。由于沒有中壓加熱源，其負(fù)荷受到限制，氣提塔負(fù)荷無法下降過多，荷蘭斯塔米卡邦公司開發(fā)的帶中亞的Urea2000+工藝就是這種流程，每噸2.5萬帕的飽和蒸汽可以減少850千克左右。另一種是適當(dāng)?shù)闹袎悍纸鉄嵩?，如日本東洋公司的ACES21工藝以及中國五環(huán)工程有限公司的THESES技術(shù)。這兩種技術(shù)也是屬于二氧化碳?xì)馓岱üに嚪懂?，通過獨(dú)特的高壓冷凝設(shè)備構(gòu)，可以副產(chǎn)0.6萬帕以上的飽和蒸汽，作為中壓分解使用。這種工藝有中壓分解加熱源，所以通過中壓系統(tǒng)吸收汽提塔多余負(fù)荷可以節(jié)約更多的2.5萬帕蒸汽，可以將其飽和蒸汽消耗量減少到750千克以下。4結(jié)束語二氧化碳?xì)馓岱üに嚱?jīng)歷了四十余年的發(fā)展，它操作簡單、工藝流程短、操作條件溫和的優(yōu)點(diǎn)被眾多尿素工廠的青睞有佳。伴隨著市場行情的加劇，節(jié)能減排工作越來越被人們重視，減少二氧化碳?xì)馓岱ㄖ械恼羝牧渴瞧浒l(fā)展的必然選擇。參考文獻(xiàn)：[1]周志斌,李國偉,王志朝,等.首套國產(chǎn)化40kt/a二氧化碳汽提法尿素裝置造與探索[J].化肥工業(yè),2012,39(5):24-28.[2]朱天新,邸彩霞,徐凱.改進(jìn)型CO2汽提法尿素工藝蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)節(jié)[C]//化肥學(xué)會年會暨新型化肥催化劑及相關(guān)使用技術(shù)研討會.2007.[3]朱天新,邸彩霞,徐凱.改進(jìn)型CO2汽提法尿素工藝蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)節(jié)[J].