论不同尿素生产工艺的优越性 张二铁

论不同尿素生产工艺的优越性张二铁
发表时间：2020-12-03T13:06:44.190Z 来源：《基层建设》2020年第23期作者：张二铁
[导读] 摘要：国际上主要的尿素生产工艺有水溶液全循环法、CO2汽提法、氨汽提法和日本的ACES法。

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摘要：国际上主要的尿素生产工艺有水溶液全循环法、CO2汽提法、氨汽提法和日本的ACES法。

本文主要对国内广泛应用的水溶液全循环和CO2汽提尿素工艺进行比较和探讨。

关键词：尿素；生产工艺；优缺点
通过多年的生产运行、管理实践、改造和设计经验，认为上述两种尿素工艺操作简单，生产运行稳定，能耗达到或超过设计指标，均较优，但也各有优缺点。

本文对多年来尿素技术的改造、设计和生产经营管理进行了比较、讨论和总结，并提出了自己的一些想法，以期与同行企业进行交流、学习、探讨和研究，促进我国尿素技术的进步。

1、全循环水溶液和CO2汽提尿素的优点比较
1.1水溶液全循环尿素工艺的优点
水溶液全循环尿素装置主要是以尿素合成塔、液氨预热器和泵式高压设备为主，另外还有中压设备、低压设备和真空设备。

因此，水溶液全循环尿素装置的技术改造相对容易、改造占用时间较短，无需过多投资，具有较为明显的改造潜力和发展前景。

水溶液全循环尿素氨碳比的过程控制较高，通常情形下摩尔比4.0左右，因为氨碳高，过程如液体介质系统的设备、管道、阀门、管件的腐蚀轻，使用材料，除了尿素级尿素合成塔衬里的316不锈钢，其他设备，使用正常的316不锈钢管，304不锈钢材料，在材料使用方面较之CO2汽提尿素装置工艺水平还有所差距。

由于氨比较高，二氧化碳气体中的氧含量较低。

尿素水溶液全循环工艺的CO2转化率较高，一般可达66-68%。

在部分企业的生产过程中，通过对尿素合成塔等方面工艺的不断改进，实现了68%以上的改进目标。

在尿素水溶液全循环工艺高压系统工作中，对高压设备运行的要求较低，在高压系统停机达36h的情形下，依然能够保持稳定的工作状态。

因此，因此在中小企业生产中，能够通过这种技术避免尿素合成塔的停止和维护时间带来的影响，避免由于高压系统的停止和放电频率影响带来的环境污染现象。

水溶液尿素厂数量众多，在我国尿素生产中占有较高的比重。

因此，经过无数科学研究、设计、制造和生产单位的共同努力下，研究、研究和生产实践的经验总结，提升水溶液全循环尿素生产设备从设计、制造、施工、节能技术改造潜力，在操作综合管理作业过程中，积累了丰富的经验，是我国最成熟的尿素工艺，为我国的尿素生产做出了巨大贡献。

1.2 CO2汽提尿素工艺的优点
尿素CO2汽提装置原理和特点是使用尿素，氨基甲酸铵、氨、水的共沸混合物下，操作控制最好的技术指标为氨碳摩尔比2.89，大多数氨和二氧化碳在高压系统反应，尿素汽提塔分离、缩合、循环、尿素、氨反应生成的一部分，在低压部分二氧化碳分解，恢复，并降低系统运行过程的高压压力，一般控制14.0 MPa。

因此，液氨泵和氨泵输送液量少，数量少，负荷少，不仅运行周期长，无需投入较多的维护费用，而且在功耗方面具有一定优势。

这种工艺在可以在本系统中起到加热和保温作用，也可以用于高等级甲基铵的反应热，生产0.35-0.4mpa的低压蒸汽，同时部分多余的蒸汽，还可以应用于其他系统中。

二氧化碳汽提尿素装置的另一个优点是它可以设计根据实际情况来确定不同的生产能力。

荷兰的米卡债券公司最近十多年做大量的研究工作在这个过程中，应用池式冷凝器的发展技术，使生产脲铵反应池内的电容器可以达到60%和80%之间的平衡反应，可以使之前的设计生产能力超过100%以上，因此，目前米迦鲜明的公司可以从300000吨到120万吨/设计一套生产设备。

同时，通过以上技术创新，尿素主框架的高度减少到大约30米，甚至是低于水溶液全循环尿素装置的高度，从而节约投资和降低功耗，使操作更方便，系统运行更稳定。

2、水溶液全循环与CO2汽提尿素缺点比较
2.1尿素水溶液全循环的缺点
与CO2汽提尿素装置相比，水溶液全循环尿素装置的工艺流程较长，在操作和调节方面不如CO2汽提尿素装置简单方便。

由于高氨碳比控制，所有未反应生成尿素的氨和二氧化碳都要在中压、低压下分解吸收，经循环系统回收，再返回尿素合成塔进行反应。

液氨泵和a泵具有循环液量大、功耗高的特点。

由于高压系统压力高，液A温度高，液氨泵和液A泵负荷大，维修周期短，维修成本高。

由于CO2气体压缩机出口压力高达近20.0MPa，所以比CO2汽提法出口压力高约5.0MPa。

因此，二氧化碳气体压缩机的运行周期相对较短，维护工作量大，维护成本高。

尿素全循环的另一个缺点是装置设计的生产能力相对较小，在我国农业产业快速发展的情形下，难以满足市场需求。

在市场驱下，部分企业开始不同形式的扩建，，年生产能力大多在10 - 20万吨之间。

山东化工规划设计院设计的年产50万t的尿素装置已经投入运行。

2.2 CO2汽提尿素工艺的缺点
二氧化碳汽提尿素装置的高压设备类型较为复杂，包括尿素合成塔、二氧化碳汽提塔、高压氨冷凝器和高压洗涤器等，这些设备是二氧化碳汽提尿素装置的核心设备。

因此，在该工艺中对尿素装置的工艺进行改进是困难的。

加热CO2汽提塔所需蒸汽为2.5mpa，所用蒸汽为优质蒸汽。

自20世纪60年代二氧化碳汽提尿素装置运行以来，发现了以下缺点。

（1）排气爆炸。

本工艺的高压洗涤器虽然具有防爆结构，但在安全性能上还有所欠缺。

如果防爆结构操作不当，就会发生爆炸，影响生产，甚至造成安全事故。

（2）氨碳比控制要求相对较为严格。

氨碳比调节范围小。

在偏差较大的情形下，对调整时间要要求较长。

（3）高压洗涤器温度调节，水温控制非常严格。

过高会造成排气清洗不合格；如果浓度过低，会导致三聚氰胺结晶。

过低会造成洗涤器堵塞，影响生产或造成事故。

（4）高压系统体积大，且高压静态设备之间没有阀门控制。

高压系统的停机需要排放全部废气，且停机时间长，对生产消耗和环境产生很大的影响。

（5）设备的大修时间较长，一般至少10d，大修和测试费用较高。

3、结论
通过以上对水溶液全循环和CO2汽提尿素装置各方面的比较和分析，可以得出以下结论：
（1）水溶液全循环和CO2汽提塔尿素工艺的综合耗量差异不大，各耗量相对较低。

（2）尿素水溶液的主要优点是无需在装置方面投入过多，具有较大增产潜力。

（3）单套CO2汽提尿素装置生产能力大，能够适应目前大型合成氨企业投资需求。

（4）CO2汽提尿素装置的水碳比弹性范围较小。

参考文献：
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