几种常见尿素工艺特点的比较

几种常见尿素工艺特点的比较

我国尿素工业的发展史始于1958年，当年在南京永利宁厂建成日产10吨尿素的半循环法尿素中试车间并投入运行，同时在上海化工研究院进行实验室的基础研究，取得了为工业化扩大生产所需必要数据，其后又在吴泾化工厂建成年产1.5万吨半循环法工业装置并投产。但真正迅速发展还是从六十年代中期开始，在此后的几十年里我国相继从国外引进多项尿素生产技术，同时在国内进行多项设计开发工作。例如1965年上海化工研究院完成了甲铵水溶液全循环法中间试验；1967年中国首套自行设计、自行制造设备的年产11万吨尿素水溶液全循环法尿素装置在石家庄化肥厂建成投产；1975年国内自行设计自行制造的首套年产24万吨尿素CO2汽提法尿素装置在上海吴泾化工厂建成投产；从20世纪六十年代我国还较早开始合成氨-尿素联合生产工艺的研发工作。到目前为止，我国以自己的力量已建成各种生产能力的尿素装置达100多套。在引进技术方面，自上世纪六十年代中期以来，我国先后从荷兰斯达米卡邦引进了水溶液全循环法尿素、CO2汽提法尿素、改进型池式冷凝器-CO2汽提法尿素工艺技术；从意大利斯纳姆公司引进了氨汽提尿素工艺技术；从日本东洋工程公司引进了改良C法和ACES法尿素工艺技术等。通过技术引进、自行开发设计，二手设备购进等途径，在我国现在运行的尿素装置中几乎含及国际上所有生产技术，装置生产能力也包含年产4万吨、6万吨、8万吨、11万吨、13万吨、18万吨、24万吨、30万吨、48万吨、52万吨、60万吨、80万吨….直至120万吨等多种规模，尿素年总生产能力已达6600万吨以上，在世界上已居前列。

尿素工艺，不论采用哪种都有各自的特点，下面把我国最主要的几种尿素工艺的特点介绍给大家，希望通过几种工艺的比较，让大家能够深刻了解各种尿素工艺的优缺点。

一、水溶液全循环法尿素工艺特点

1、尿素合成采用较高的NH3/CO2比，其摩尔比为4.0~4.2，转化率较高；

2、工艺成熟可靠，操作简单，高压设备数量少，投资费用低；

3、尿素合成操作压力较高，无高压汽提循环系统，中低压循环系统负荷较大，能耗以及运行费用相应较低；

4、一般不设置工艺冷凝液水解系统，消耗定额相对较高，排放往往达不到要求；

5、系统加氧量大，尾气存在爆炸性气体，惰性气体洗涤器存在爆炸危险，应设防爆装置。二、CO2汽提尿素工艺特点

1、由于合成塔进料NH3/CO2（摩尔比）为2.9~3.0、H2O/CO2（摩尔比）为0.39~0.42，平衡压力低，故合成系统压力在所有尿素工艺中最低，为14.1MPa（A）。操作温度为183°C，也是所有尿素工艺中最低。

2、合成塔出液靠位差进入汽提塔，在与合成塔等压下，塔底通入二氧化碳进行汽提，分解分离出大部分未转化成尿素的甲铵和过剩氨，所需热量由2.1MPa（A）、212°C蒸汽提供。由于汽提压力较低，故汽提效率可高达80%。汽提塔出气与高压洗涤器溢流的甲铵液一并进入甲铵冷凝器冷凝成甲铵返回合成塔。虽然合成塔的二氧化碳单程转化率只有56%~58%，但整个合成回路的二氧化碳转化率可高达85%以上，因此可大大降低蒸汽和冷却水的消耗。

3、汽提气在甲铵冷凝器的冷凝反应热可以副产0.45MPa（A）的低压蒸汽，每吨尿素可副产约1.05吨蒸汽，此蒸汽除用于尿素装置工艺部分的加热热源外，剩余部分还可以注入二氧化碳压缩机的蒸汽透平，达到尿素装置内副产低压蒸汽的自身平衡。对于中小型尿素装置以电机驱动二氧化碳压缩机，则有部分副产蒸汽外送。

4、由于汽提塔的操作压力低，汽提效率高，汽提塔出液的氨和二氧化碳含量分别为7.8%和10.1%，因此汽提塔出液的进一步分解无需采用通行的两段分解，只需一段低压分解即可，简化了流程和操作。

5、高压合成回路的物料主要靠液位差自流，高压洗涤器出液靠位差和液氨喷射器升压后进入甲铵冷凝器，再进入合成塔底部。合成塔出液靠位差流入汽提塔。所以高压回路的高压设备必须垂直布置在高框架内，框架高度为65m（20世纪七十年代引进的装置，框架高度为

75m，在镇海化肥厂与荷兰凯洛格大陆公司合作时，经中方核算和建议，框架高度才由75m降至65m）。

6、由于合成系统进料NH3/CO2（摩尔比）低，合成系统设备和管道腐蚀较严重，防腐加氧量较高，为≥0.6%（原来要求≥0.8%）。开车阶段对高压系统要进行严格的升温钝化。二氧化碳中含氧量如(0.5%超过5分钟，必须排塔，重新钝化。合成系统事故停车，封塔不能超过24小时（国内还规定封塔不能超过12小时）。

7、由于防腐含氧量较高，高压洗涤器出气为可燃爆气体，为了确保装置的安全运行，斯达米卡邦公司在二氧化碳压缩机四段出口或二段出口增加了二氧化碳脱氢系统，以Al2O3为载体的铂催化剂，将二氧化碳气体中的氢和其它可燃组分脱除，使二氧化碳气体中的氢含量降低至<50x10-6。另外高压洗涤器上部还设计了防爆球，以合成塔出气充满此球体，万一在洗涤段内发生爆燃时，作为缓冲，以保证装置生产的绝对安全。

8、采用工艺冷凝液水解解吸处理技术，回收了工艺冷凝液中的氨和尿素，消除了排出液对环境的污染。

三、带池式冷凝器CO2汽提法工艺特点

1、池式冷凝器为卧式，且工艺介质改走壳程，蒸汽和水改走管程，该系统设有汽包进行汽水分离，分离出的水和新加入的蒸汽冷凝液才用泵进行强制循环。由于冷凝器反应容积大大增加，约有40%-60%的尿素在此设备中生成（相当于第一尿素合成塔），故尿素合成塔的容积可以缩小，不到传统工艺尿素合成塔容积的三分之二，通过采用新材料，系统可在低氧和生产强度8.5t/（d·m3）下操作，其二氧化碳转化率可达59%-60%。

2、由于池式冷凝器工艺介质走壳程（列管外），且有良好的气-液分布，气液搅动使传热系数大大提高，其所需传热面只相当于传统工艺的60%左右。

3、池式冷凝器U形管与管板连接采用内孔焊，不存在管子与管板的间隙，不存在间隙腐蚀的问题。但内孔焊对管板的加工要求高、管子与管板组对、焊接、检验要求严格，整个设备制造必须由斯达米卡