18万吨合成氨、30万吨尿素Word版

一、市场情况
(一)产品用途
尿素是一种含氮量最高的中性固体肥料，也是重要的化工原料。

农业用尿素占90%，10%用于工业。

农业上尿素可作单一肥料、复合肥料、混合肥料及微肥使用，也用作饲料添加剂。

在工业上，尿素可生产脲醛树脂、氰尿酸、氯化异氰尿酸、三羟基异氰酸酯、水合肼、盐酸氨基脲、脲烷、氨基磺酸、发泡剂AC、尿囊素等；尿素可制氨基甲酸酯、酰尿、造影显影剂、止痛剂、漱口水、甜味剂等医药品；尿素可生产石油炼制的脱蜡剂；尿素用于生产含脲聚合物，也可作纤维素产品的软化剂；尿素还可以作炸药的稳定剂，选矿的起泡剂，也可用于制革颜料生产。

（二）市场情况
2000年到2006年，我国尿素产能从
二、产品方案及生产规模
（1）合成氨：600吨/日（中间产品），公称能力18万吨/年
（2）尿素：1052吨/日，公称能力30万吨/年
工厂年运行天数：330天/年、按8000小时
三、工艺技术方案
原料煤与水在棒磨机湿法研磨，浓度达到61%的水煤浆加压后与高压氧气一起进行部分氧化，生产出含有CO、H
2
的粗合成气。

合成气
送到变换工段，在变换工段，大部分的CO和水蒸汽反应生成H
2和CO
2
，
变换气中的CO
2和H
2
S等酸性气体在低温甲醇洗工段中被脱除，得到
的净化气送入液氮洗工段精制，并配氮使合成气中的氢氮比达到3:1，精制气进入合成气压缩机，升压至15.0Mpa后送入氨合成系统生产合成氨。

低温甲醇洗的CO
2
部分送往尿素装置，经压缩与液氨合成为尿素。

(一)气化工艺技术简介
气化工艺一般分为三种类型：移动床(有时也被称为固定床)，流化床和气流床。

1、固定床气化炉是最老的气化炉，它很长时间在煤气化工艺中占主要地位。

固定床煤气技术经历了固定层间歇气化法、富氧连续气化法和鲁奇加压气化法。

固定床气化炉中的氧化剂与煤的流动方向相反，通过由煤变为焦油，再到灰等一系列反应区。

当空气被作为氧化剂时，温度通常不会超过灰熔点，而纯氧气流床气化炉既可以是干灰也可以是熔渣。

由于粗煤气出口温度(400~500℃)相对较低，粗合成气中通常会有液态碳氢化合物。

固定层间歇气化法因吹风过程中放空气对环境污染严重而被淘汰，富氧连续气化法因原料只能用焦炭和无烟煤，原料价格高，且生成气中甲烷含量高；富氧气化的特点是投资少，操作简单，在中型氮肥厂中具有丰富的操作经验，是国家重点推荐的中氮厂造气技术。

由于国家大力整治小煤窑和国家经济发展和重化工业的强力拉动，全国各地的煤价格随着需求的增加正在节节上扬，使合成氨成本大幅上升，所以必须采用先进的煤气化工艺，提高煤的利用率和水煤气中有效气组成。

鲁奇(Lurgi)加压气化技术，在我国建有3套装置。

该技术虽然能连续加压气化，但由于气化温度低，生成气中甲烷含量大，同时生成气中含苯、酚、焦油等一系列难处理的物质，净化流程长；尤其是该技术只能用碎煤不能用粉煤，因而原料利用率低，大量筛分下来的粉煤要配燃煤锅炉进行处理。

2、流化床气化炉采用粉碎了的煤作为原料，用氧化剂(氧气或空气)来进行床体流化，其温度保持在1000℃以下，以预防灰熔化后与炉床里的物质发生结聚。

氧化剂的有限流量意味着大多数煤粒不会充分燃烧,而是收缩成碳素粒,被合成气带出气化炉。

这就需要大量的碳素粒循环，或被传送到分离燃烧室中燃烧。

在我国具有典型代表的有：恩德煤气化技术：恩德粉煤常压气化技术是在德国温克勒粉煤常压气化技术的基础上改进发展形成的，在我国已有成功的工业生产运行装置。

中科院山西煤化所也开发了先进的灰熔聚流化床粉煤气化，并实现了工业化装置生产。

该技术可用多种煤质作原料，如烟煤、焦炭、焦粉等，使用粉煤在1000~1100℃下气化，固体排渣，无废气排放。

该技术工业示范装置已于2001年在陕西城固氮肥厂建成，小时耗煤量4.2吨。

其煤种适应性广，操作温度为1000~1100℃，反应压力为0.03MPa(G)。

气化炉是一个单段流化床，结构简单，可在流化床内一次实现煤的破粘、脱挥发份、气化、灰团聚及分离、焦油及酚类的裂解。

带出细粉经除尘系统捕集后返回气化炉，再次参加反应，有利于碳利用率的进一步提高。

产品气中不含焦油，含酚量低。

碳转化率为
)为68~72%，有效气体成分较低。

90%。

合成气中(CO+H
2
3、气流床气化炉属第三代先进的煤气化技术，是最清洁，也是效率最高的煤气化类型。

水煤浆或粉煤在1300~1700℃时被部分氧化，高温保证了煤的完全气化，煤中的矿物质成为熔渣后离开气化炉。

气流床所使用的煤种要比移动床和流化床的范围更广泛。

目前以煤为原料生产合成气的气流床气化工艺具有典型代表的有：
GE水煤浆加压气化工艺；
新型对置式多喷嘴水煤浆加压气化；
壳牌干粉煤加压气化工艺(SCGP)；
德国未来能源公司的GSP干粉煤加压气化工艺；
国内的多喷嘴对置粉煤加压气化技术；
（二)先进的煤气化技术的工艺特点
1、GE水煤浆加压气化：水煤浆气化可列为第三代煤气化技术。

该工艺采用水煤浆进料，制成60~65%浓度的水煤浆，在气流床中加压气化，水煤浆和氧气在高温高压下反应生成合成气，液态排渣。

使用气化压力在2.0~8.7MPa，气化温度在1300~1400℃，CO+H
达到80%以
2
上，气化过程对环境影响较小。

水煤浆气化煤种适应性广，烟煤、粉煤皆可作原料，除褐煤、泥煤及热值低于22940kJ/kg煤以外，灰融点要求不超过1350℃(否则必须添加助熔剂)，煤可磨性和成浆性好，制得煤浆浓度要高于60%为宜。

1)GE水煤浆加压气化技术主要特点是：
①适用于加压(中、高压)下气化，成功的工业化气化压力一般在
4.0MPa至6.5MPa，正在建设最高气化压力可达8.5MPa。

在较高的气化压力下，可以降低合成气压缩的能耗。

②气化炉进料稳定，由于气化炉的进料由可以调速的高压煤浆泵输送，所以煤浆的流量和压力较易得到保证，便于气化炉负荷的调节，使装置有较大的操作弹性。

③工艺技术成熟可靠，设备的国产化率高。

同等生产规模，装置投资少。

④GE水煤浆加压气化工艺是一项先进、成熟、稳妥可靠的工艺技术。

水煤浆加压气化生产合成氨，在日本UBE氨厂(4.0MPa)已运行了二十年，未发生过较大事故，每年可运行330天以上，从国内已开车的鲁南(2.6MPa)、上海三联化工(4.0MPa)、淮南(4.0MPa)工程来看，运行情况良好。

GE工艺存在的不足是：
①由于气化炉采用的是热壁，耐火砖需一年更换一次，为延长耐火衬里的使用寿命，要求煤的灰熔点尽可能的低。

对于灰熔点较高的煤，为了降低煤的灰熔点，必须加适量的助熔剂，这样使煤浆的有效浓度降低，使煤和氧耗增加，降低了生产的经济效益；
②烧嘴使用寿命短，停车更换烧嘴频繁，为稳定后工序生产必须设置备用炉，日常操作费用较高。

2、新型(对置式多喷嘴)水煤浆加压气化技术也是较先进煤气化技术之一。

是在GE水煤浆加压气化法的基础上发展起来。

该项目是被科技部列入了“九五”国家重点科技攻关项目，由华东理工大学、原鲁南化肥厂(水煤浆工程国家中心的依托单位)、中国天辰化学工程公司共同承担开发完成。

新型(对置式多喷嘴)水煤浆加压气化技术在2004年11月、2005年5月分别在德州和兖矿投入工业生产。

3、壳牌干粉煤加压气化工艺(SCGP)
壳牌干粉煤气化是Shell公司开发的具有特色的第三代煤气化工艺，于1972年开始在壳牌公司阿姆斯特丹研究院(KSLA)进行煤气化研究，1976年应用于一台6t/d煤气化炉，1978年第一套中试装置在德国汉堡郊区哈尔堡炼油厂建成并投入运行日处理煤量150吨，1978年在美国休斯顿迪尔·帕克炼油厂建成日投煤量250~400吨的示范装置投产称作SCGP-1示范装置。

1993年在荷兰的德姆克勒(Demkolec)电厂建成投煤量2000吨/日的大型煤气化装置，用于联合循环发电，称作SCGP工业生产装置。

装置开工率最高达73%。

该套装置的成功投运表明SCGP气化技术是先进可行的。

1)SCGP技术的特点
①适合于气化原料煤的范围较宽，采用高温加压干粉煤气流床SCGP气化方法，拓宽了适应制取合成气原料煤的煤种，如褐煤、烟煤、无烟煤等各种煤均可使用，对煤的性质如：粒度、结焦性、灰分、水分、硫分、氧分等含量均不敏感。

②成功地设计了膜式水冷壁气化炉，采用水冷壁气化炉，基本消除了频繁检修、更换炉内耐火衬里和耗费昂贵的弊端。

同时单炉产气能力大，具有高效、大型化和长周期运行的显著特点。

③SCGP技术具有较高的热效率，煤炭利用率高，碳转化率可达99%，其原料煤能量加在收率高，80%~83%以合成气形式回收(即冷煤气效率)，14%~16%以蒸汽形式回收。

④环境质量高，SCGP气化工艺，壳牌公司称它为“洁净煤”工艺，其生产的合成气是含甲烷量很低的高洁净合成气。

在煤气化过程中，煤粉制备采用密闭系统，无粉尘排放；煤中灰分在气化炉排出时
被转化为玻璃体颗粒，可作为道路建筑材料，不污染环境；合成气水洗排放液经汽提冷却后循环使用，汽提逐出的
H
S气体送硫回收装置。

2
2)SCGP技术工艺存在的不足主要是：
①气化炉及废热锅炉结构复杂，制造难度大，目前其内件及关键设备还需引进；相同生产规模，设备的外形尺寸较大，运输较困难；装置投资相对较大；
②因为无备用炉，工厂必须具有很的管理水平和操作水平；
③国内装置正在建设和试运阶段，没有成功的操作管理和运行经验可以借鉴。

4、德国未来能源公司的GSP干粉煤加压气化工艺
未来能源公司位于德国来比锡附近的弗来堡市(Freibarg)，原为东德墨水泵工气联合企业弗来堡燃料研究所。

1980年建成两套粉煤加压气化装置：MW3(处理煤量100~250kg/h)，MW5(处理煤量300~500kg)，1983年12月又建成一套大型粉煤加压气化装置，MW130处理干煤量30t/h称为GSP工艺。

2004年从巴高克电力公司分离出来，并由瑞士SH公司收购以东德煤炭工业学院为依托加强开发煤的气化技术。

公司1956年成立以来，最初开发固定床气化技术，70年代末开始气流床的研究工作，原料煤主要是含硫的褐煤。

1)GSP流化床煤气化工工艺技术特点：
①能高效生产富氢和一氧化碳的合成气，甲烷含量少，热值高；
②燃料可完全气化，不生成冷凝副产品，气体不含焦油、酚等污染物；
③液态排渣，熔融淬冷成透明状，硬度大对环境无污染；
④能气化劣质褐煤，也可气化烟煤和焦煤，煤种适应范围广；
⑤煤气化碳转化率高于99%；
⑥可处理高Cl-的物料，原料适应性强；
⑦水管冷壁型气化炉，寿命长，维修工作量小；
⑧新型水冷气化喷咀，寿命长，效率高；
⑨流体上进下出，单喷咀，工艺有水冷激型、废锅型、混合型流程。

2)GSP工艺存在的不足主要是：
①GSP气化工艺商业化的装置最大能力为处理煤720t/d；对更大的气化装置没有成功的运行业绩；
②国内目前还没有装置在运行，没有成功的操作管理和运行经验可以借鉴。

5、多喷嘴对置粉煤加压气化技术
多喷嘴对置粉煤加压气化技术是在新型多喷嘴对置气化炉中试装置的基础上开发的，是对新型气化炉攻关成果的拓展和延伸。

由鲁南化肥厂、华东理工大学、中国天辰化学工程公司共同承担的《日投料30吨能力粉煤加压气化炉工业中试装置》项目，2001年11月被科技部列入了“十五”国家重点科技攻关项目。

该项目已于2003年3月完成工程设计，2004年10月在鲁化建成并一次投料成功。

于2004年12月6~8日，通过由科技部组织的国家72小时考核。

装置运行良好，各项主要技术指标达到和超过设计要求。

于2005年2月1日，通过由科技部组织的国家项目验收。

项目试验的成功，可望使我国在煤化工气化整体技术水平处于国际先进水平，气化炉结构及工艺效果处理国际领先水平。

多喷嘴对置粉煤加压气化技术特点是：
①用对置式气化炉，强化热质传递，有利于煤粉气化。

单炉产气能力大，具有高效、煤耗低和长周期运行的显著特点。

②气化炉热量利用高，有激冷工艺制得含蒸汽量高的合成气如用于生产合成氨或甲醇，在变换工序不需再外加蒸汽。

③能高效生产富氢和一氧化碳的合成气，甲烷含量少，热值高。

④燃料可完全气化，不生成冷凝副产品，气体不含焦油、酚等污染物。

⑤液态排渣，熔融淬冷成透明状，硬度大对环境无污染。

⑥能气化劣质褐煤，也可气化硬煤和焦煤，煤种适应范围广。

≥90%；冷
⑦煤气化碳转化率高于98%；合成气中有效成分CO+H
2
煤气效率：~83%。

⑧新型水冷气化喷咀，寿命长，效率高。

⑨煤粉采用氮气或CO 2活化(悬浮)、收缩扩张管降压、载气量三
者协调控制，达到煤粉的稳定可控输送。

⑩气化炉装置具有开车方便、操作灵活、投煤负荷增减自如的特点，尤其是气化炉装置可灵活的焦下一对烧嘴另一对煤嘴可继续工作，不必立即停车，为保压操作和维修创造有利条件。

经过比较：本项目采用技术先进、成熟，使用广泛的GE 水煤浆加压气化工艺。

（三）尿素生产工艺介绍
自全循环法合成尿素工艺工业化以来的几十年时间里，尿素工艺技术已取得了很大进展。

在解决诸如提高反应转化率、促进未反应物分解回收、减轻设备腐蚀、提高能量利用率、减轻环境污染以及提高操作灵活性和设备可靠性等方面都已积累了丰富的经验。

目前在尿素技术市场上占主导地位的主要有以下几种技术：CO 2汽提法、NH 3汽提
法、ACES 节能工艺等。

为了合理地选择用于本工程的尿素生产工艺，现将上述三种汽提法的工艺技术特点和生产能耗及经济效益比较。

1、氨汽提工艺
氨汽提工艺，即Snamprogetti 斯那姆工艺。

氨汽提法尿素工艺核心是采用过量氨作为自气提剂的全循环汽提过程。

特点主要在合成回路：操作压力150~155bar ，合成塔入口NH 3/CO 23.3~3.6，反应温度186~189℃，因此合成塔内CO 2转化率可达
65~67%，钝化O 2含量0.25%。

且由于此塔内设有多层孔板阻止返混，
有利用尿素生成反应的进行。

由于过量氨的气提作用，反应液进入汽提塔后大部分未转化的甲铵被分解，使得整个合成回路尿素产率(以CO 2计)高达85%。

残余的甲铵与游离氨在下游中压(18bar)循环段和低
压(4.5bar)循环段予以分解回收。

从气提塔顶部出来的NH 3与CO 2气体，跟中压段打来的甲铵循环
液混合后，在高压甲铵冷凝器内冷凝，借助液氨射器吸引返回合成塔。

甲铵冷凝器利用冷凝热副产低压蒸汽，供下游分解段和蒸发段利用。

氨气提法还采取了一系列热回收措施，节省蒸汽和用水，如利用低压分解气予热进合成塔的液氨，用工艺冷凝液予热高压甲铵，利用中压分解气加热予蒸发器，工艺冷凝液经水解处理后作锅炉给水，回收的低压蒸汽用于二段蒸发等。

氨汽提法可在40%负荷下运行，操作弹性好
2、CO 2汽提工艺
CO 2汽提工艺，即Stamicarbon 斯塔米卡邦工艺
CO 2汽提法是第一个申请汽提专利、工业化较早的汽提技术。

采
用该技术在世界范围内建厂较多，生产能力也较大。

其主要特点是高压圈在CO 2-NH 3-H 2O 系统共沸点温度上运行，并不在意单方面追求较高
的CO 2转化率，而是将CO 2转化率与NH 3的转化率同时考虑，综合各方面
因素，以最低的运行成本确定最佳氨碳比。

由于采用CO 2作为汽提剂，
汽提效果好，过剩氨较少，不需中压分解回收段，流程短，减少设备投资。

该工艺从六十年代成功地工业化至八十年代初，在世界尿素技术市场占有统治地位，在此期间兴建的大中型尿素装置大部分采用该工艺技术，但随着NH 3汽提，ACES 法的崛起，CO 2汽提法受到了严峻的挑
战，在与其他工艺的竞争中，该工艺对自身的缺陷做了大量的改进，简要叙述如下：
(1)合成部分
增加铂催化脱氢反应器，从CO 2气中脱氢，消除尾气产生爆炸气
体的危险，使之运行更加安全；
改进高压洗涤塔，吸收性能更好，安全性好，并易于检修；
去掉由合成塔至高压喷射器的管线，避免合成系统的不稳定性； 取消氨加热器，以减少高压设备； 增加了4bar 吸收器，以减少高压洗涤器尾气的氨损失；
采用低压启动，缩短启动时间，相应取消合成塔至高压洗涤塔管线上的HIC 控制阀；
采用高效塔板，阻止合成塔介质的返混，提高合成塔的效率，将高压冷凝器改为池式冷凝器，减少高径比，降低框架高度。

(2)循环系统改
进低压精馏塔液体分配器，避免冲击填料层和破坏喷咀。

改进加热管道，提高换热能力。

改进低压甲铵冷凝器，提高吸收能力。

增加常压吸收器，以减少氨损失。

(3)蒸发系统
修改二段加热器，改善换热并减少夹带尿液；
修改二段分离器，防止堵塞；改进刮板，提高造粒塔中产品流动的均匀度；
改进造粒喷头，改善颗粒大小分布，并便于检修；
根据需要，造粒塔增加晶种系统，以得到较高冲击强度的产品，增加涂料系统，以减少结块倾向。

(4)增加废水深度解吸系统，使废水含尿素和氨分别降至1ppm，回收利用作锅炉给水，减少对环境的污染。

(5)特别是近年来对其甲铵冷凝器作了较大的改进，由立式降膜型改为池式冷凝器，被冷凝介质由管内改走壳程，为被冷凝介质提供了较长的停留时间，使得气提被冷凝的同时，部分甲铵脱水生成尿素，其既是一个冷凝器，又是一个尿素合成反应器。

该改进后的工艺技术较好地克服了原工艺需高框架布置的缺陷，同时由于采用专有的气体分布装置，使得冷凝过程更为合理，温度分布理为均匀，凝点温度也进一步提高，节省了传热面积，降低了投资。

同时，也为进一步提高副产蒸汽的压力创造了条件。

该改进型的CO
汽提工艺专利商将其命
2
名为2000+TM工艺。

斯塔米卡邦的2000+TM工艺，根据其在池式冷凝器中尿素合成的程
转化率，其度不同分为两种，一种是在池式冷凝器中完成约60%的CO
2
余40%仍在传统的圆筒型合成塔中完成，框架高度由最初的78m降为33m。

传统合成塔的容积大幅度地减少。

另一种是将尿素的合成完全地转移支池式冷凝器中，即所谓的池式冷凝反应器，取消了传统的尿素合成塔，使得尿素框架的布置进一步降低。

本工艺在2003年底，中海石油化学有限公司建设的富岛二厂80
万吨/年大颗粒尿素投入运行。

汽提法通过上述改进，其效果是：既保持低氨碳比、低目前CO
2
分解压力和高分解率的同时，又使运行更加安全可靠，减轻腐蚀和磨损，延长连续运行周期；降低蒸汽和氨耗，每吨尿素的消耗指标和氨汽提法和
ACES 法机同，同时，改善污染；启动时间缩短，24小时内可达到满负荷运行。

大大降低了框架的高度，操作、检修、安装更为方便，进一步节约了投资。

3、ACES 工艺(TEC 工艺)
ACES 工艺，即TEC 工艺。

TEC 公司1982年从三井化学公司获得整个尿素工艺技术的专利用和秘密的所有权，TEC 公司对该工艺不断的改进，使其成为是一种节能工艺，现在的工艺叫做ACES21工艺。

(1)由于合成进料NH 3/CO 2分子比高(3.7)，CO 2转化率可以充分提
高；同时降低甲铵冷凝NH 3/CO 2分子比(2.9)减少了冷凝器未反应的物
料量；由于汽提效率较高，使高低压分解段的负荷降低，从而减少了公用工程的消耗。

(2)由于NH 3/CO 2分子比高，设备选材恰当，特别是汽提塔和铁素
体双相钢，设备具备良好的耐腐蚀性。

停车后可以较长时间封塔保压而不致于造成腐蚀，因而无需排放。

这不仅减少了NH 3和CO 2的损失，
而且提高装备的运转率。

另外，另入系统防腐空气的量在大减少，尾气不存在爆炸危险。

(3)热回收率高。

由于高压甲铵冷凝器的操作压力较高，相应的凝点温度也提高，为反应冷凝热较高效率地利用创造了条件。

其反应热一部分用于副产0.5MPa(G)低压蒸汽，另一部分用于加热汽提塔出来的尿液。

中压分解气大部分冷凝热用于尿液的浓缩。

(4)消除污染。

由于排出气经最终吸收塔清洗后放空，NH 3含量甚
微，工艺冷凝液经水解后可作锅炉给水。

造粒塔顶部设置了粉尘回收系统，顶部排出的气体中含尘量降到20mg/Nm 3以下。

(5)采用特殊结构的汽提塔。

上部为板式塔，下部为降膜式热交换器。

在抑制尿素水解和缩二脲生成的同时，利用CO 2汽提使未转化
的甲铵和过量氨有效分离，从而降低蒸汽的消耗。

(6)合成塔、高压甲铵冷凝器、高压洗涤器均需高层框架布置，建设费用中土建费用较高。

综合上述情况，本项目尿素生产选用技术先进、成熟的CO2气提工艺技术。

四、公用工程消耗情况
本工程正常需水量为448.8m3/h，最大为526.2m3/h。

排水总量正常为87.2m3/h，最大为115.1m3/h。

总用电负荷为23963.0 kW。

五、投资情况及收益情况
本项目总投资146977.29万元，其中建设投资139439.34万元、建设期利息6574.29万元、铺底流动资金963.66万元。

产品售价（不含税价）：尿素制造成本1078.68元/吨、尿素销售价格1460.18元/吨，年均销售收入48529.71万元。

项目财务内部收益率：所得税前12.18%、所得税后14.98%，项目财务回收期：所得税前8.00年、所得税后8.93年(含建设期)，
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。