国内尿素合成工艺研究_崔保命

科技专论

国内尿素合成工艺研究

山西潞安煤基合成油有限公司(山西长治) 崔保命

【摘 要】介绍了用于尿素合成的水溶液全循环法、二氧化碳汽提法、氨汽提法的工艺及其流程特点、适用范围，并从几方面对其进行了比较与分析。

【关键词】尿素合成；工艺水溶液全循环法；二氧化碳汽提法；氨汽提法；比较分析尿素是固体氮肥中含氮量最高的肥料，其发展速度已超过了其他氮肥品种。我国尿素装置主要有水溶液全循环法、二氧化碳汽提法和氨汽提法三种生产工艺。本文在此简要进行分析。

一、三种尿素合成工艺技术及优缺点

1.水溶液全循环法

1.1水溶液全循环法工艺特点及优缺点该法合成塔操作压力19.6MPa，温度188℃，NH 3/CO 2分子比为4.0，CO 2转化率约64%。出合成塔溶液经中、低压分解，二段蒸发造粒得尿素产品。由于中压分解压力低，分解气的热量除在一段蒸发加热器下段回收少部分冷凝热外，其余大部分热量由于冷凝温度低，只有用冷却水移走。因此该法蒸汽消耗高，每吨尿素耗蒸汽约1.7吨。

该法无高压分解回收流程，为此高压设备少，投资费用低，但公用工程总体水平消耗较高，且装置规模较小。近年来，国内的中、小尿素装置进行了一系列技改，从降低蒸汽消耗方面做了大量努力，取得了一定的效果，使蒸汽消耗有所下降。

2. 二氧化碳汽提法

2.1二氧化碳汽提法的工艺特点及优缺点

二氧化碳汽提法的特点是在最佳氨碳比的条件下，使合成压力降到最低。同时，在合成压力下进行CO 2汽提和冷凝，产生的冷凝热可副产蒸汽作为蒸汽喷射器的动力蒸汽及系统保温。

2.2二氧化碳汽提法工艺优缺点汽提法工艺的出现，突破了传统水溶液全循环法的未反应物回收方式，使尿素生产的辅助能耗大幅度降低。二氧化碳汽提法克服了传统水溶液全循环工艺的一些缺点，同时减少了设备，简化了流程。另外，池式冷凝器与传统的降膜式冷凝器比较，合成塔容积减少了40%；因而减少了尿素装置框架的高度；同时增大了传热系数及传热温差，减少了传热面积；增大了操作弹性。

3.氨汽提法

3.1工艺特点及优缺点

氨汽提法根据不同的生产装置，其流程有一定的区别。主要流程由几部分组成：1、尿素合成与高压回收；2、中压提纯与氨回收；3、低压提纯与回收；4、真空预浓缩；5、真空浓缩；6、造粒；7、工艺水处理；8、蒸汽管网；9、冲洗管网。

工艺特点：1、高NH 3/CO 2比，高转化率。NH 3/CO 2为3.5，H 2O/CO 2为0.67，操作压力15.6MPa(G)，操作温度188℃，CO 2单程转化率65%。采用降膜式汽提塔，操作温度207℃，塔内过剩的氨自汽提，甲铵分解率增高，从而减少了中压系统负荷。2、高压圈内高压设备水平布置。主要是采用了甲铵喷射泵，使高压设备水平布置，节省了框架高度。3、热利用率高，能耗低。（1）气体塔操作温度高，汽提效率高；（2）充分利用甲铵生成热。设置2台甲铵冷凝器，分级回收热量，副产蒸汽供本装置使用；（3）用汽提塔蒸汽冷凝液的热量作为中压分解部分热源；（4）用低压分解气预热原料液氨；（5）用解吸塔底部出液预热高压甲铵液；（6）用中压分解气进行尿液预浓缩。4、操作弹性大，易于操作控制。5、年运转率高。6、爆炸危险性小。防腐空气量少，中低压系统排除的混合气中氧含量低，避免生成爆炸性混合气体。

二、三种尿素合成工艺技术的对比分析

1.转化率和氨碳比 三种工艺中，氨气提法的合成转化率（65%）要高于CO 2汽提工艺，期操作压力和温度都比CO 2汽提工艺要高。同时，因为氨汽提工艺氨碳比较高。水溶热全循环尿素法装置，转化率也比较高，尿素装置的后工序负荷较大，综合能耗偏高。为此在目前工业应用中，很多化肥企业都采用改进型CO 2汽提工艺。

2.工艺布置

CO 2汽提工艺的高压框架高达62m，

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.能耗对比3.1蒸汽消耗：CO 2汽提法的蒸汽消耗低于氨汽提工艺；氨汽提工艺甲铵合成的回收效率低于CO 2汽提法，综合能耗低于水溶液全循环。CO 2汽提750kg/tur；NH 3汽提850kg/tur；水溶液钱循环1350kg/tur。

3.2电耗：因为CO 2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；氨气提法工艺电耗低于水溶液全循环；

3.3氨耗：CO 2汽提、氨汽提相当，为570—573kg/tur；水溶液全循环为575—578kg/tur；

3.4冷却水消耗：系统正常运转时，CO 2汽提工艺和氨汽提工艺的冷却水消耗相当。

4.加氧量

改进型CO 2汽提工艺加入系统的氧的体积分数达到0.6%就能保证尿素装置正常运行；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，CO 2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

氨汽提尿素工艺中采用了高氨碳比和较高的合成压力及温度，因此对材质要求最高，其腐蚀性最强，CO 2汽提次之，水溶液全循环法较低。CO 2汽提工艺的尿塔使用寿命一般在20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，中压分解系统的设备也易发生腐蚀。

6.操作弹性

CO 2汽提工艺的操作弹性负荷可在60％上运行。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。

三、结语

改进型二氧化碳汽提工艺由于设备台数少，较氨汽提工艺投资节省15％，很多化肥厂趋向于采用改进型二氧化碳汽提工艺。

参考文献

[1] 汪冬兵.国内尿素高压设备的主要问题及原因分析[J].大氮肥.2003年01期.

[2] 姜小毛.国产尿素工艺取得重大突破[N].农资导报.2009年.[3] 张凤英.氨汽提尿素工艺的初步剖析[J].化肥工业.1992年06期.