尿素生产技术的新进展

素技术, 1990 年至 1995 年期间建成了中原、锦西、 斯那姆吉提公司开发的滚筒造粒技术, 本文主要介
建峰和川天化等 4 套大型装置, 1996 年建成和正在 绍斯那姆吉提滚筒造粒技术, 工艺流程见图 1。
基建中的大中型尿素生产装置 18 套, 我国氨汽提法
意大利费拉拉 (Ferro ) 工厂滚筒造粒装置, 1990
耗和环境的污染。近Baidu Nhomakorabea年来, 发达国家对排放废水中
氨氮严加限制, 并以法令的形式作了规定, 如意大利
国
家标准总氨以
N
H
+ 4
计为 15 m g
L。 欧洲肥料的
制造商协会规定排放水中尿素含量为 1 m g L、氨 5
m g L。
废水中的氨可用蒸汽或空气汽提的方法。 废水
中尿素分解可采用生物氧化法, 反渗析法, 次氯酸盐
摘 要 通过对国外氨汽提法、CO 2 汽提法的尿素专利商和生产装置的考察及与外商进行技术交流, 介绍了 尿素技术近几年来的进展情况。
关键词 汽提法 尿素 运转率 年产量
为加快我国化肥建设速度, 了解国外尿素生产 突然改变, 受碰撞的地方或突然气化的地方, 仍会发
技术的新进展, 1997 年 8 月中国技术进出口总公司 生腐蚀, 如上部钛管会发生减薄或有的管道发生穿
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煤 化 工 2000 年第 2 期
出成品尿素。 不符合粒度要求的尿素经粉碎机破碎 之后和筛分后的粉末尿素合为一体进造粒器作为造 粒的晶种, 返料比为 2∶1。出造粒器的粉尘经水洗、 酸洗后排放, 排放的尾气中 N H 3 为 20 m g m 3, 尿素 为 15 m g m 3。 酸洗所用硫酸的质量分数为 10%～ 20% , 硫酸溶液吸收造粒器的尾气之后, 成为硫酸铵 和尿素溶液, 可返回尿素系统, 成品尿素中硫酸铵质 量分数约为 2 500×1026或者将溶液循环至硫酸铵质 量分数约 40% , 可出售。
斯塔米卡邦公司开发了新型高效合成塔盘, 新 型塔盘上设有气体分布系统的液体上升管, 以使塔 盘上气相和液相之间混合均匀, 可完全消除常规塔 盘上存在沟流和返混的现象。 若将原合成塔改装为 新型塔盘, 可使生产能力提高 35%。 就新建尿素装 置而言, 尿素合成塔容积可减少 25% , 美国路易斯 安那州唐德桑威利市 C. F 工业公司尿素装置中已 应用了此新型高效塔盘技术。 2. 2. 2 池式冷凝器 池式冷凝器是具有浸没 U 型 管束的卧式容器, 此容器是由钢内衬尿素级 316L 不锈钢加工制做, 所有内件及管子堆焊均为 2522222 型不锈钢材质。
组团, 笔者随团赴意大利、德国、法国等国考察尿素 孔。斯那姆吉提公司自 1991 年 9 月在突尼斯的蒙装
生产技术及关键设备, 先后访问了意大利斯那姆吉 斯 (A RCAD IAN ) 工厂, 对 1 200t d 的尿素装置, 使
提 总 部 (Snam p rogetti)、海 德 鲁 公 司 费 拉 拉 工 厂 用双金属管进行试验, 经 6 年的运行, 仍未出现任何
氧化法, 离子交换法, 亚硝酸盐氧化法和水解法等,
经评审研究, 尿素废水处理采用深度水解法。
斯那姆吉提公司对尿素废水的深度水解在取得
小试和中试成果的基础上, 于 1983 年在特立尼达和
多巴哥的国家能源公司设计了一座 1 620 t d 尿素
装置, 应用深度水解处理尿素废水获得成功, 并经过
多年的改进, 工艺流程示于图 2。
1—提升机 2—筛子 3—压碎机 4—滚筒造粒器
5—尿素冷却器 6—空气冷却器 7—冷却风机
8—循环泵 9—风机 10—水洗、酸洗塔
11—尿素洗涤塔 12—尿素溶液循环泵 13—引风机
图 1 滚筒造粒工艺流程示意图
每吨尿素消耗量:
蒸汽 45 kg
1—氨水贮槽 2—冷凝液槽 3—氨水泵 4—冷凝液泵
(H YDRO Ferro )、海德鲁公司德国布伦斯特工厂 的问题, 现欲推广到工业装置中使用, 双金属管是由
(H YDRO B run sb) 和法国科来布斯公司 (K reb s) , 两种金属管组成, 外管材质为 25—22—2 (C r25%、
荷兰斯塔米卡邦公司 (Stam iCa rbon) 派员到科来布 N i22%、M o 2% ) , 厚度为 2 mm , 内层管材质为锆,
第 2 期 (总第 91 期)
煤 化 工
2000 年 5 月 Coa l Chem ica l Industry
No. 2 (Tota l No. 91) M ay 2000
尿素生产技术的新进展
唐文骞 山东省化工规划设计院 250013 于建华 济南石化集团股份有限公司 250101
斯公司进行了技术交流。 笔者又结合全国化肥厂第 厚度为 0. 7 mm , 锆材非常坚硬, 耐腐蚀性能好。
七、八届尿素年会及与外商技术交流的情况, 对尿素 1. 2. 2 滚筒造粒技术 尿素造粒技术分为塔式喷
生产技术的新进展加以介绍。
淋造粒、流化床造粒、钢带冷却造粒和滚筒造粒。
塔式喷淋造粒, 产品尿素粒度小于 2. 5 mm , 称
斯那姆吉提公司对所用往复式或离心式 CO 2
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2000 年 5 月 唐文骞等: 尿素生产技术的新进展 · 15 ·
压缩机进行反复比较后认为, 当尿素生产能力大于 800 t d 时, 宜选用离心式, 采用蒸汽驱动; 当尿素生 产能力小于 800 t d 时, 宜选用往复式, 采用电动驱 动。
电力 21 kW ·h 甲醛 3 kg 脱盐水 80 kg 每吨尿素造粒成本 5 美元～ 8 美元 1. 2. 3 深度水解 每生产 1 000 kg 尿素, 理论生 成水量 300 kg, 但实际上, 由于存在真空系统的蒸 汽冷凝水和系统的冲洗水等, 使工艺水量可达 600 kg t 尿素。 工艺水中氨质量分数为 4%～ 5% , CO 2 质 量分数1. 5 %～ 2 % , 尿素质量分数为0. 5 %～ 1. 0% , 因此一般尿素厂设有工艺废水低压解吸处理 装 置 , 经 处 理 后 排 放 的 废 水 中 含N H 3 质 量 分 数 0. 07% , 尿素质量分数 0. 5%～ 1. 0%。 以 2 000 t d 尿素厂为例, 排放废水量为 1 200 t d, 则排放 N H 3 为 0. 84 t d, 尿素 6 t d～ 12 t d, 会造成大量物料损
来, 在工艺上主要进行如下的改进。
压) 进入造粒器内, 器内装有 4 根造粒喷射长管, 喷
1. 2. 1 汽提管由原 T i 管改为双金属管 钛金属在 射长管上开了许多小孔, 尿液从小孔射出, 在造粒器
尿素、氨基甲酸铵溶液中, 在高温、高压的条件下, 表 内同时加入返料晶种和散热介质空气, 空气入造粒
1971 年至今在世界各地建成 95 套装置, 地区分布 淋造粒改产为大颗粒尿素, 现在欧洲生产大小粒度
为: 欧洲 11 套, 亚洲 71 套, 美洲 12 套, 其他 1 套。我 的厂家各占一半。 大颗粒尿素生产技术有海德鲁
国从 80 年代末开始引进斯那姆吉提的氨汽提法尿 (H yd ro ) 的流化床造粒, 山特维克钢带冷却造粒和
尘量对大多数的国家和地区是可以接受的, 但有的
国家和地区, 对尿素粉尘含量提出了更高的要求, 见
表 2。
表 2 尿素粉尘排放要求
m g m 3
名 称
尿素粉尘
氨
意大利国家指标 意大利伦比第地区 意大利芝米利亚地区 奥地利地方标准 世界银行要求
100
200
20
20
20
35
30
30
50
35
能力在 20 t d～ 2 000 t d。我国 70 年代曾引进斯塔 米 卡邦CO 2 汽提法生产装置, 产量为1 6 0 0 t d～ 1 750 t d, 12 套。 1 050 t d 的 1 套, 总生产能力为 730 万 t a。 2. 2 斯塔米卡邦专家介绍, 近几年来推出了 CO 2 汽提新工艺, 即尿素 2 000+ TM , 该工艺与原有 CO 2 汽提法相比, 有如下改进。 2. 2. 1 新型高效的塔盘 传统多孔塔盘的尿素合 成塔, 塔内易出现返混和沟流, 部分液体经过塔壁和 塔盘之间的环隙, 沟流到下一格内, 致使该股流体在 合成塔内停留时间降至最短。 返混是液体经塔盘漏 到前一格中, 延长了不必要的停留时间, 从而降低了 塔内转化率。
现出良好的耐腐蚀性能, 故工业生产汽提管选用钛 器的温度为 50℃～ 60℃, 出造粒器的最高温度约为
管。但钛管在汽提塔的腐蚀环境中, 如遇到液流方向 115℃, 出造粒器的尿素经冷却器、斗提机、筛分之后
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表 1 中试工厂尿素粉尘颗粒分布
粒径 Λm
颗粒分布 %
40 21～ 40 11～ 20 6～ 10
4～ 5 1～ 3
1 合计
0. 03 0. 3 1. 5 5. 0 12. 0 66. 0 15. 0 99. 83
设有除尘装置的新型造粒塔排出空气中的粉尘
含量经测量为 40 m g m 3～ 50 m g m 3, 这么低的粉
1. 2. 5 造粒塔排风口尿素粉尘洗涤装置 喷淋式 造粒塔, 在自然通风的条件下, 塔顶排放气体中夹带 尿素, 以 1 000 t d 尿素厂为例, 尿素粉尘为 90 m g m 3, 空气量约 30 万 m 3 h, 粉尘总量为 27 kg h, 粉 尘粒度分布一般为 1 Λm～ 10 Λm , 详见表 1。
5—冷凝器 6—精馏塔 7—氨水换热器 8—水解器 9—水解泵 10—水解液换热器 11—水泵 图 2 尿素废水深度水解工艺流程示意图
主要设备水解器为卧式。内有隔板, 蒸汽压力为 3. 5 M Pa (表压) , 温度一般保持在 230 ℃, 精馏塔为 立 式 浮 阀 板 式 塔, 操 作 压 力 为 0. 15 M Pa～ 0. 35 M Pa (表压) , 低压蒸汽可直接加入塔内。经处理后的 废水中, 氨和尿素质量分数均小于 1×1026, 此水的 纯度很高, 可作锅炉给水, 实现了尿素装置无废水的 排放。 1. 2. 4 CO 2 压缩机的选型 70 年代初, 斯那姆吉 提公司在意大利M anfredon ia 的尼开姆工厂成功地 应用了第一台离心式二氧化碳压缩机。
从造粒塔顶部出来的气体, 经水喷射洗涤器除 尘之后, 排放的粉尘量可降至 15 m g m 3 以下, 电力 消耗为 9 kW ·h t 尿素 (以生产规模为 1 000 t d 计)。
名称
流体及用途 混合物 停留时间 设备高度
总生产能力约 800 万 t a。
年9月建成, 生产能力为1 650t d, 造粒器直径为
1. 2 斯那姆吉提工艺仍保持了氨汽提法的高热效 3 000mm , L 9 000mm 。尿素质量分数为99. 4%～
率、低能耗、强弹性、低框架的布置等优点, 近几年 99. 8% , 尿液经泵加压至 0. 5 M Pa～ 0. 6 M Pa (表
1 斯那姆吉提氨汽提法生产技术
小颗粒尿素。流化床造粒、钢带冷却造粒和滚筒造粒
1. 1 氨汽提法尿素技术, 是斯那姆吉提公司的独有
均能生产出大颗粒尿素 (粒径为 2 mm～ 8 mm ) , 大 颗粒尿素与小颗粒尿素相比, 具有强度高、不易结
技术, 1966 年半工业化, 1971 年实现了工业化, 从 块、尿素肥效利用率高的优点, 在欧洲有许多塔式喷
池式冷凝器已应用于孟加拉国吉大港的戈尔诺 普利化肥有限公司 (KA FCO ) , 生产 1 725 t d 尿素 装置, 取得了好的效果。现将 KA FCO 池式冷凝器与 传统立式降膜冷凝器的比较列于表 3。
表 3 KA FCO 厂池式冷凝器和传统立式 降膜冷凝器的比较
为了适应某些国家和地区, 对尿素粉尘排放量 的高要求, 斯那姆公司开发了尿素粉尘洗涤工艺。