二氧化碳汽提技术

二氧化碳汽提技术（改进型）
概论
尿素是目前氮肥诸品种中产量最大的化学肥料。

随着工农业的高度发展，世界各国对尿素的需求量会逐步增大，由此带来的能源利用与环境保护问题也相应增加。

目前，我国能源工业面临着经济增长、环境保护和社会发展的巨大压力，因此，尿素合成工艺节能新技术的开发及利用也越发引起人们的关注。

历史上出现过多种尿素生产工艺，由于尿素合成反应受化学平衡的影响，反应产物中始终有未反应的氨和二氧化碳。

因此尿素合成工艺的改进方向集中于如何最大限度回收未反应的氨和二氧化碳。

七十年代汽提工艺的出现，使尿素合成工艺跃上一新台阶，成为尿素生产技术的主流。

当今尿素生产工艺技术已趋于成熟，无论采用何种生产工艺，生产过程中主要原料消耗大体上是一致的，其先进与否主要体现在公用工程即水、电、汽的消耗，NH3和C02的回收利用、环保排放以及设备结构、设备布置等方面。

1 荷兰斯托米卡邦（tamicarbon）公司概况
斯塔米卡邦在尿素工艺的设计和创新方面有着55年多的经验，作为一个尿素专利转让商，拥有技术秘密还有开发使产能提高100％的专有改造方案的经验.这些工艺的创新是理论上的技术秘密和实践经验相结合的产物。

斯塔米卡邦的母公司DSM有一个采用尿素2000plusTM池式反应器技术的现代化的尿素厂。

斯塔米卡邦建了200个尿素项目，全球名牌产能份额约占45％，可谓是世界尿素市场的
领头人。

它的活动包括新装置的工艺转让、改善现有装置及废水处理设施等。

它通过诸如Chemoprojekt，千代田，福斯特·惠勒，KBR，泰克尼蒙特及伍德等注册公司转让其二氧化碳汽提工艺及新的尿素2000plusTM技术。

斯塔米卡邦第一个二氧化碳汽提尿素厂始建于1967年，后来许多其它厂相继兴建。

今天，这类工厂都实现了高度的自动化，其能力已达到日产3250吨。

新尿素2000plusTM池式冷凝器技术自1994年起已在孟加拉的卡纳富利化肥公司成功地投入生产；而1998年3月，尿素2000plusTM池式反应器技术在荷兰的DSM 厂开车成功。

斯塔米卡邦的工艺具有设计简单、步骤最少、设备不多以及维持低投资成本等特点。

现有的尿素厂通过改造能将其生产能力比原名牌设计提高30．50％，加拿大萨斯柯费柯产品公司(Saskferco Products Inc．)的产能从日产2000吨提高到2850吨的设计能力，目前的日产量已超过3000吨。

该厂在开车后没多久就能稳定和有效地投入生产且高于设计能力。

萨斯柯费柯厂是世界上第一家年产百万吨产品的工厂。

这不仅创造了一个世界生产纪录，而且它还证明了其工艺能够可靠和稳定地运行。

2 二氧化碳汽提技术简介
20世纪60年代末，荷兰Slamicarbon公司开发了CO2汽提法尿素工艺，其后其工艺技术不断改进。

90年代初期，Stamicarbon公司在原CO2，汽提法尿素生产工艺基础上，从工艺流程、设备布置、设备结构等方面作了迸一步的改迸，至此Stamicarbon公司CO2汽提工艺发展到新一代改进型CO2汽提工艺阶段，即尿素2000+TM池式冷凝
器技术，生产能力有了新的提高，同时开发应用合成塔高效塔板，具有投资低、能耗低，易操作等特点。

3 新一代CO2气体技术（改进型）流程
改进型CO2汽提法工艺流程由以下工序组成：高压圈主要包括尿素合成塔、高压洗涤器、高压喷射器、汽提塔和甲铵冷凝器，后工序仅设置了低压分解吸收系统。

并且设置了处理工艺冷凝液的工序，尿液经过真空蒸发后送入造粒工序。

其特点是在最佳氨碳比的条件下，使合成压力降到最低。

与此同时，在合成压力下，采用CO2进行汽提和冷凝，产生的冷凝液用来副产蒸汽为低压分解和一段蒸发做加热用，并作为蒸汽喷射器的动力蒸汽以及为系统保温。

CO2汽提法工艺与氨汽提工艺相比，汽提压力较低，汽提效率高，因此该工艺流程只需低压分解而不需中压分解也能满足尿素装置生产的要求。

CO2汽提法工艺技术改进后，采用高压下原料CO2气体的脱氢技术。

杜绝了工艺过程的燃爆危险性，在高压洗涤器后设4x105 Pa吸收塔吸收高压工序未凝气，减少了尿素装置的消耗。

采用该工艺技术的尿素装置，工艺流程短，设备少，生产稳定，消耗低。

近年来，在我国新建的尿素装置和大型尿素装置的改造中，大都采用了新型的CO2汽提法新工艺。

4 新一代CO2汽提法尿素工艺工业应用评价
（1）装置的操作弹性大
（2）低压蒸汽品质高
（3）塔盘使用效率高
（4）抗腐蚀性效果好
（5）脱硫效果显著
5 尿素合成工艺的比较
5.1 氨气提法
氨汽提法在我国还没有实现国产化，目前国内装置均为国外进口。

它的特点是氨的自提作用．甲铵分解率增高，因此减少了中、低压分解回收的负荷，动力消耗随之减少，高温高压下分离的甲铵，其冷凝时的热量得到有效的利用，总能耗降低，而且运转率高，操作弹性大，安装检修方便。

爆炸危险性小，工艺冷凝液可以进行二次利用，没有污染。

氨汽提法工艺工序组成：高压圈包括尿素合成塔、甲铵喷射器、甲铵冷凝器、甲铵分离器和汽提塔；中压分解吸收系统设置了中压分解分离器和中压分解加热器，而中压吸收系统则设置中压吸收塔、尾气吸收器、中压吸收塔外冷器和氨冷器；低压分解吸收系统包含2段冷凝器和分解器；真空蒸发系统包括了冷凝和3段真空，并设置了处理工艺冷凝液工序，经过真空蒸发后的尿液送人造粒工序，此工艺在高压回路中，用甲铵喷射器循环甲铵液，高压回路改为水平布置。

与二氧化碳汽提法尿素工艺相比。

氨汽提尿素工艺蒸汽消耗较低，但电耗略高，总能耗两者较接近。

氨汽提尿素工艺尿素合成塔中采用了高的氨碳比和较高的合成压力及温度。

另外，采用钛材或双金属管作为汽提塔的管材料，所需防腐空气量少，高压系统无爆炸危险。

在热能回收上，用了一些措施回收热量，比如用中压分解气冷凝热预热原料氨，用解吸塔底部出口废液预热高压碳铵液，用汽提塔的蒸汽冷凝液
作为中压分解的热源等等。

对于该技术的工艺，我国建厂较多，积累了较丰富的设计、设备制造和生产的经验。

5.2 水溶液全循环法
水溶液全循环法是我国目前大多数中小型尿素装置(4万伏—10万伏)所采用的方法。

它的特点是合成塔内转化率高，未反应物采用三段减压分解，动力消耗较大，尾气压力、温度均较低．爆炸危险性小。

其生产工艺比较成熟，操作可靠方便，机泵和非标设备均为国产化。

各种工艺参数的比较，见下图：
(1)转化率和氨碳比。

在尿素合成塔中，CO2汽提工艺的合成转化率比氨汽提工艺低，但正是因为氨汽提工艺的氨碳比较高，使其操作压力和温度都比CO2汽提工艺高，所以，氨汽提塔必须使用特殊材质。

同时．因为氨汽提工艺氨碳比较高，该工艺需增加中压分解和工段，使工艺流程复杂、设备台数多，给操作管理带来许多不便。

易造成事故和停车。

水溶热全循环尿素法装置，合成转化率较高，尿素装置的
后工序负荷较大，但是并没有在高压圈内设置回收热能措施。

所以，水溶液全循环尿素工艺消耗高。

(2)工艺布置。

CO2汽提工艺因为高压圈的等压操作，物料为重力流动，其高压框架高达58ml，但是占地面积较小；而氨汽提工艺和水溶液全循环工艺则只需平面布置，优点是操作和检修方便，缺点是占地面积较大。

(3)能耗。

系统正常运转时，CO2汽提工艺和氨汽提工艺的冷却水消耗、蒸汽消耗和氨耗相差不大；但是对于电耗，因为CO2汽提工艺的循环量比较小，合成操作压力较低，电耗比氨汽提工艺低。

以上2种工艺由于高压圈转化率高，它们的甲铵冷凝器副产蒸汽可以用在尿素装置斡蒸发和低压分解工序，所以，CO2汽提工艺的蒸汽消耗要比水溶液全循环尿素装置低得多。

(4)加氧量。

改进型CO2汽提工艺加入系统的氧的体积分数到0.6%就能保证尿素装置的正常进行：虽然氨汽提工艺的加氧的体积分数只有0．35％--0．45％，但是从实践看，氨汽提塔腐蚀严重，塔底必须增加一台空压机来补充加氧量小带来的不足，而水溶液全循环尿素工艺中的加氧的体积分数是0．5％。

(5)设备及材料的腐蚀。

CO2汽提工艺中高压圈设备和水解塔最易产生腐蚀，而氨汽提工艺除了高压圈设备和水解塔外，易发生腐蚀的还有中压分解系统的设备。

CO2汽提工艺的尿塔使用寿命一般在19年。

25年，CO2汽提塔的使用寿命在17年-21年，而氨汽提工艺的汽提塔使用寿命在15年左右。

水溶液全循环工艺除尿素合成塔外，中亚分解
系统的设备也容易发生腐蚀。

(6)燃爆可能性。

改进型CO2汽提工艺由于设置了CO2脱氢工序，尿素装置的尾气中不再含有氢，这样就消除了尿素装置产生爆炸的可能性；而水溶液全循环工艺与氨汽提工艺中、低压尾气的组分类似．有可能发生爆炸。

(7)操作弹性。

CO2汽提工艺的操作弹性负荷可在60％上运行，在该生产负荷下，开停车时问短、稳定工艺装置的时间短，氨汽提工艺和水溶液全循环尿素工艺的操作弹性可在40％负荷上运行，这使得尿素装置的开车平稳，但需要较长的时间，工艺操作回路多，在气温高的生产工况下，中压系统操作不稳定，易引起停车。

综上所述．上面比较的3种工艺方案各有优劣，水溶液全循环法工艺较落后，消耗较高，对新建的尿素装置来说改进型二氧化碳汽提工艺与氨汽提工艺具有一定的优势。

从投资方面相比，改进型二氧化碳汽提工艺由于设备台数少，比氨汽提工艺节省投资15％左右．目前的化肥厂多采用改进型二氧化碳汽提工艺。