國內(nèi)外尿素工業(yè)發(fā)展綜合評述方案

1、3表5.幾種不同的水溶液全循環(huán)法能耗表（噸尿素計）國內(nèi)外尿素工業(yè)發(fā)展綜合評述施樹良鄒曉岱上海科奕化肥工程技術(shù)中心200062上海國利機電工程有限公司再加之尿素生產(chǎn)早期的尿素產(chǎn)品，多數(shù)用作化工原料，需求量不大，故發(fā)展緩慢，過程中工藝介質(zhì)的強烈腐蝕性，成為工業(yè)生產(chǎn)的重大障礙，3050年代工業(yè)化進展甚微。50年代中后期，設(shè)備的腐蝕問題得到解決，未反應(yīng)物的回收技術(shù)已被熟練掌握，大大 地促進了尿素生產(chǎn)的工業(yè)化，各種水溶液全循環(huán)法相繼出現(xiàn)，百花爭艷，各放異彩。60年代中期以后，隨著合成氨大型化技術(shù)的興起，尿素的生產(chǎn)規(guī)模日趨增大，單套裝置的日產(chǎn)量從 500噸擴大到1628噸、1740噸甚至2000噸。作為肥

2、料的使用，尿素呈現(xiàn)了良好的性能，大大地推動了農(nóng)業(yè)的發(fā)展，隨之也增加使用的需求量，從而促進尿素的生產(chǎn)。同時，世界能源價格較低，故當時開發(fā)的尿素工藝偏重于簡化流程，裝置大型化,將汽提技術(shù)引入工藝中，各種不同的汽提法生產(chǎn)工藝爭奇斗艷，更促進尿素工藝的研究發(fā)展。此段時期，世界尿素產(chǎn)量突飛猛進，成倍的增長。70年代中期爆發(fā)了世界性能源危機，節(jié)約能耗以求降低生產(chǎn)成本就引起高度重視。于 是國外著名尿素公司紛紛開發(fā)節(jié)能新技術(shù)，出現(xiàn)各類節(jié)能新工藝，如：意大利Mon tedis on公司的I.D.R.法，日本TEC公司的ACES法，美國UTI公司的熱循環(huán)法,瑞士 Casale公司的SRR法及HEC法等。其后十年，

3、世界尿素產(chǎn)量的增長雖然相對值較小,但其絕對值還是相當大的。80年代尿素工藝的流程開發(fā)工作趨于平緩，研究和開發(fā)工作的重點在于強化單元設(shè)備,環(huán)境保護，改善和提高成品質(zhì)量等方面，隨著實驗手段的提高，計算機技術(shù)的加入，使尿素理論研究工作也有新的發(fā)展，從而又為尿素的工藝、工程的改進創(chuàng)造了良好條件。此類工作進行較為有效的是荷蘭Stamicarbon公司、瑞士 Urea Casale公司、日本TEC公司以及美國孟山都公司下屬的 Urea Technologies Inc.。進入90年代，尿素生產(chǎn)的工藝和工程二方面的工作都已取得了明顯的效果。但隨著能源價格的提高，尿素的需求量相對穩(wěn)定， 而作為世界尿素最大進口

4、國的中國的市場需求量減少（我國尿素工業(yè)快速發(fā)展，自產(chǎn)尿素量增加），致使國外尿素工業(yè)發(fā)展緩慢，國外公司的工作著眼點轉(zhuǎn)向于如何使已經(jīng)獲得工業(yè)化成果以及節(jié)能增產(chǎn),提高和改進成品質(zhì)量，并減少環(huán)境污染等方面，以求進入發(fā)展中國家， 特別是中國市場。另外在提高操作的智能化和計算機運用上，也取得了較好的發(fā)展，80年代有關(guān)計算機在尿素工廠應(yīng)用的論文發(fā)表數(shù)量極少,而目前各個儀表、電器公司在通過協(xié)作在軟件技術(shù)上有了較大進展,從而也積極的米用各種方式向工廠推廣使用。F表列出50年來世界尿素年產(chǎn)量增加情況，由此也能明顯地看出尿素工業(yè)的發(fā)展。表1.世界尿素年產(chǎn)量，萬噸/年（實物）年份1950196019651970197

5、51980198519901999產(chǎn)量20150324936248046801 580075508000下邊表列出我國尿素的年產(chǎn)量，此表也能清晰地反映我國尿素工業(yè)發(fā)展的全貌。表2.中國尿素年產(chǎn)量，萬噸/年（實物）年份196519701975198019851990199419992007產(chǎn)量3.312.433.9650882.51060.81523.221004988.1我國尿素生產(chǎn)始于 50年代，經(jīng)歷了理論研究、工藝探索、設(shè)計制造，嗣后采用了半循環(huán)法，而后又改進為高效半循環(huán)法。60年代自行開發(fā)成功和引進的碳銨鹽全循環(huán)法的生產(chǎn)裝置，建立了中型氮肥廠，盡管此法消耗比較高， 工藝落后，采用此法建立

6、的中型尿素廠 （年產(chǎn)816萬噸）有40多套，90年代建立的小型尿素生產(chǎn)裝置有百余套。70年代引進了 DSM公司CO2汽提法大型裝置16套，引進MTC/TEC的改進C法大型生產(chǎn)裝置 2套；80年代又引進了意大利的I.D.R.法進行了瀘州天然氣化工廠的改造； 河南中原化肥廠則引進了新氨汽近年來又引進了日提法建立了一套大型生產(chǎn)裝置，采用該方法又建立了四套中型生產(chǎn)裝置;本TEC公司的ACES法在陜西渭南建立了一套大型生產(chǎn)裝置。除此之外小型生產(chǎn)裝置也有CO2汽提法、ACES法，另外，我國四川曾購買了三套年產(chǎn)萬噸的UTI法的二手裝置，因此,我國已具備世界尿素新老工藝技術(shù)櫥窗的條件。從前表可以看出我國尿素生

7、產(chǎn)的兩大飛躍:70年代后期引進裝置的投運和中型廠陸續(xù)投產(chǎn)。這二者均系政治因素起了決定作用。1985年進口尿素量達到 355萬噸，我國既是世界上進口尿素最多的國家，也成為當時世界上消費尿素最大的國家。90年代百余套小型尿素生產(chǎn)裝置投入生產(chǎn)，又出現(xiàn)第二次大的飛躍。最近10年尿素的產(chǎn)量又增加了2.37倍，起決定因素的是市場需求，然而其中也有一轟而上的因素。目前國內(nèi)已投運的裝置特點評述及比較在我國投運的生產(chǎn)裝置就其規(guī)模而言可以分為大、中、小型三類。大型裝置年產(chǎn)尿素約5060萬噸，通過技術(shù)改造尚有一些潛力可挖，中型裝置的設(shè)計能力為 多數(shù)尚在設(shè)計規(guī)模，技術(shù)改造很少，潛力沒能發(fā)揮，小型裝置設(shè)計能力為816萬

8、噸/年，絕大46萬噸/年，近年來通過不斷技術(shù)改造，單套生產(chǎn)能力達到300500噸/日，因此，如果中型裝置不進行技術(shù)改造則中小型裝置的界限很難再加以區(qū)分。就生產(chǎn)工藝而言，仍可分為傳統(tǒng)水溶液全循環(huán)法和汽提水溶液全循環(huán)法二種，我們將對已經(jīng)投運的各種工藝進行剖析，談?wù)勎覀兊恼J識。2.1水溶液全循環(huán)法流程按此方法建立的生產(chǎn)裝置占全國尿素生產(chǎn)裝置總數(shù)的80%以上，而其生產(chǎn)能力還不到2套采用此法。目前全國總產(chǎn)量的50%，中小型裝置絕大多數(shù)采用此法，而大型裝置僅有能耗最高，節(jié)能增產(chǎn)潛力最大，技術(shù)改造最有前途的也是此類裝置。4傳統(tǒng)1法傳統(tǒng)2法改良C法NH3提UTI蒸汽1.7噸1.6噸1.2噸0.9噸0.8噸電1

9、60度160度86度24.5 度137.5 度水140 米 3140 米 3155 米 399米388米3CO2轉(zhuǎn)化率63%66%70%65%72%熱利用率10%15%25%55%85%2.1.1傳統(tǒng)1和傳統(tǒng)2全循環(huán)法的比較中型化肥廠沿襲了 Stamicarbon的工藝流程進行設(shè)計，此流程雖然陳舊，但設(shè)備制造簡便，以致90年代蜂擁而起的小型尿素廠絕大多數(shù)也采用這種工藝，但小型裝置的設(shè)計作了1法，小型廠采用傳統(tǒng)無二甲液加入，僅利故CO2轉(zhuǎn)化率僅在64%一些修改，故而操作更穩(wěn)定，能耗也有了一些下降。中型廠采用傳統(tǒng)2法。【傳統(tǒng)1法】 采用了預(yù)分離流程， 預(yù)分離氣進入蒸發(fā)熱利用段,用顯熱和部分冷凝熱，

10、前期的合成塔內(nèi)沒有強調(diào)防止反應(yīng)液的返混,左右，則蒸汽的消耗要高出200公斤/噸尿素?！緜鹘y(tǒng)2法】在傳統(tǒng)1法的基礎(chǔ)上，設(shè)計單位經(jīng)過精心考慮作了幾個比較成功的改進。2.1.1.1吸收塔采用一吸外冷器，并改進了原先的配管，甲銨泵進口由原來的外冷器改 為吸收塔鼓泡段下部，穩(wěn)定了一吸塔的操作。2.1.1.2到預(yù)分離器改成預(yù)精餾塔，降低了中壓分解的氣相帶水量，順便提一下，預(yù)精餾的工藝早在1965年南京永利堿廠尿素車間曾專題討論過預(yù)分離和預(yù)精餾的比較，1964年東洋高壓工程公司來華技術(shù)座談時，在介紹全循環(huán)C法時，也專門就預(yù)精餾和預(yù)分離設(shè)備作改良C法是一個很有特色的水溶液全循環(huán)工藝，有很多地方可供技術(shù)改造借鑒

11、。此法了詳細介紹，他們的設(shè)備和寧廠的精餾塔不一樣，是將一段分解氣進入預(yù)分離器中部，預(yù)分離器上部有幾層塔板，合成塔出液進入預(yù)分離器上部在塔板上進行氣液交換以降低中壓分解氣的氣相帶水量。采用預(yù)精餾流程比預(yù)分離流程少帶水80公斤。2.1.1.3參照國外流程將二甲液和預(yù)精餾氣在一段蒸發(fā)熱利用段混合，這樣較多的甲銨 生成熱得到利用，僅此點就比傳統(tǒng)1法節(jié)約100公斤蒸汽。2.1.1.4尿素合成塔在初期設(shè)計中僅有折流板，沒有多孔板，在總結(jié)了國內(nèi)外的操作經(jīng)驗后，在后來的設(shè)計中增加了幾塊多孔板，經(jīng)過生產(chǎn)實踐，同樣的生產(chǎn)強度1=10噸/天米3時，傳統(tǒng)2法的CO2轉(zhuǎn)化率比傳統(tǒng)1法高出約3%。一般而言CO2轉(zhuǎn)化率每提

12、高1%,下游分解回收系統(tǒng)的蒸汽消耗能減少2030公斤，這樣也可節(jié)省蒸汽約100公斤。與傳統(tǒng)1法的生產(chǎn)裝置降低所以目前小型尿素工廠的蒸汽消耗都能比原來的設(shè)計值低,200公斤,噸尿素?？梢赃_到 1.4噸/噸尿素，生產(chǎn)管理好的和技術(shù)改造見效的工廠可以達到1.3 噸/2.1.2改良C法與傳統(tǒng)1法、2法的比較5與傳統(tǒng)方法相比，在未反應(yīng)物的分解回收處理原則上基本相同，但做了一些有效的改動。2.1.2.1 合成H2O/CO2,而 H2O/CO2與系統(tǒng) CO2的完全吸收，加入的水量首先要滿足 這一基本要求，另外還要使一甲液組成在熔點以上，以滿足溶液的流動性。改良為了提高合成的轉(zhuǎn)化率，一個有效的措施是降低進料的

13、的水平衡有關(guān)，在吸收塔內(nèi)一甲液的組成要保證C法將一甲液組分定在H2O/CO2=1.36 ,操作溫度在100 C,這樣才能保證合成塔進料的H2O/CO2=0.37，但查得此時溶液已經(jīng)已經(jīng)接近熔點（結(jié)晶點），為此，在工藝流程將結(jié)晶的母液加入，由于尿素的出現(xiàn)，大大降低了一甲掖的熔點，使一甲液能順利返回合成塔，同時 由于H2O/CO2的降低，物系的平衡壓也隨之升高，為了提高反應(yīng)速率，合成溫度為1952OOC，這樣必定要提高合成操作壓力，選擇 25MPa,這就是改良C法不同于傳統(tǒng)方法 的原因。沒有結(jié)晶母液的返回，就不可能達到0.37的H2O/CO2。過去國內(nèi)有人曾說，改良C法不錯，如果能把尿液加工的方式

14、變變就好，卻不知改結(jié)晶法為再熔融造粒的尿液加工， 就不可能建立起改良 c法，這也說明，每個工藝都有其特定的核心技術(shù)，去掉了核心技術(shù),就失去了該工藝流程的特點。由于轉(zhuǎn)化率高達72%，就使每噸尿素分解未反應(yīng)物少用200公斤蒸汽。2.1.2.2中壓循環(huán)系統(tǒng)中壓分解與傳統(tǒng)1法的預(yù)分力一加熱器中壓分解采用精餾塔一再沸器一降膜加熱器的組合形式,分離器的流程相比出口溫度為123C，比一分氣160C要比低了 37C，此部分顯熱的熱量得到回收，同時又降低了氣相的帶水量（每噸尿素小于70公斤，而傳統(tǒng)1法為165公斤）,與傳統(tǒng)2法的精餾塔一再沸器流程相比，尿液在高溫區(qū)（ 160C）停留時間短了些，減少了副反應(yīng)。與傳

15、統(tǒng)1法2法比較，改良2法的甲銨分解率和總氨蒸出率要高，去低壓分解的NH3和CO2分別為每噸95公斤和25公斤，此值小于傳統(tǒng)二法的每噸尿素135公斤和52公斤。中壓吸收中壓分解出氣 NH 3和CO2生成熱在吸收塔的外冷器中加熱低壓分解出來的溶液和加熱熱軟水（用于液氨預(yù)熱），其回收利用的程度是傳統(tǒng) 1法的兩倍，此處比傳統(tǒng) 1法又要少用 100公斤蒸汽。2.1.2.3低壓分解約4%的原料CO2氣體通入低壓分解塔，既節(jié)約了CO2的壓縮功（其量值不是很大）又使低壓分解能在較低的溫度下操作（比傳統(tǒng)1法2法要低1015C）。不僅能提高分解效率，還能降低副反應(yīng)的進行。0.25MPa操作也能維持。低壓吸收也由于

16、母液的加入降低了物系的平衡壓，即使在2.1.2.4降低成品的縮二脲含量0.3%，遠小由于采取了結(jié)晶操作，縮二脲在母液中被帶走，所以成品的縮二脲含量為6于所有方法0.8%的指標。改良C法采用了離心式甲銨泵，并且采用蒸汽透平，此技術(shù)很先進，但只能在產(chǎn)量大 的裝置中才能實施。通過剖析、比較，我們認為改良C法中有許多可以借鑒用于中小型尿素裝置的技術(shù)改造中，我們“ SHS”的改造工藝已經(jīng)作了相應(yīng)的設(shè)計，爭取在一些管理較好的工廠內(nèi)實施。目前已經(jīng)和3個工廠進行初步交底，即將實施。2.1.3 UTI技術(shù)與傳統(tǒng)方法的比較CO2轉(zhuǎn)化率咼達74%，是現(xiàn)代工藝該工藝流程與傳統(tǒng)方法比較極為相似，但該技術(shù)的中轉(zhuǎn)化率最高的

17、，另外甲銨生成熱的利用率高達85%以上，所以蒸汽消耗大大降低，比傳統(tǒng)方法提高了一個層次。UTI的核心技術(shù)有二個:等溫合成塔經(jīng)過特殊設(shè)計的尿素合成塔使整個合成塔均處在190 C個溫度下，軸向、徑向無溫差,而傳統(tǒng)方法的尿素合成塔在沒有采用氣室式塔板時，塔底的溫度為183185C，塔頂?shù)臏囟葹?88190 C,上下的溫差為 5C,采用氣室式塔板后上下的溫差為810 C,產(chǎn)量增大溫差增大，若選用不太理想的塔板時， 溫差可以達到10C以上。整個合成塔處于190C的溫度下,從反應(yīng)動力學(xué)的角度來看甚為有利，UTI的尿素合成塔反應(yīng)物料 NH3 （總量的70%）、CO2（總量的60%）、甲銨（經(jīng)預(yù)熱后）由塔頂進

18、入分配盤，分別送入二組呈“弓”形的盤管,每組六根呈“十”字交叉，物料在盤管內(nèi)反應(yīng)放出熱量與由塔下部上行的物料進行換熱,管內(nèi)物料在其末端進入合成塔下部鐘罩式分布器，由此分布器流出與塔底加入的占總量30%的NH3匯合，繼續(xù)反應(yīng)，反應(yīng)物料由下而上流動，從而完成整個合成反應(yīng)，塔內(nèi)的溫度通過調(diào)整上、下二部分進入合成塔的NH3量分配以維持全塔能在 190 C等溫下操作。甲銨濃度自動分析儀此分析儀是測定二甲液的組成用的，根據(jù)二甲液的組成（主要是水含量），來調(diào)整全系統(tǒng)的水平衡，以達到控制進合成塔的 H2O/CO2（合成進水量取決于一甲液帶入的水，而一甲液的水組成取決于二甲液的水量），并且防止一甲液的結(jié)晶析出。

19、在UTI的工藝中采用40%的原料CO2進入中壓分離器，既節(jié)省了 CO2壓縮功，又提高 了甲銨生成熱的量值和品位。全流程的熱利用通過中壓分解的氣體和經(jīng)過了回流冷卻器（為了降低中壓分解氣的氣相帶水量而設(shè)）二甲液混合依次通過第一加熱器、第二分解器、甲銨預(yù)熱器、液氨預(yù)熱器而使得熱量充分利用。流程中的液體分配器相當于傳統(tǒng)流程中的預(yù)分離器。“SHS”的改造方案在很多地方與“UTI ”相似，同時對等溫合成塔進行過討論，在本文后面將詳細評述。有效的方法之一。我們認為UTI是對傳統(tǒng)的水溶液全循環(huán)法進行改造（實踐中要略做調(diào)整）最現(xiàn)實、最112.1.4斯納姆自汽提和傳統(tǒng)流程方法比較我們一直認為，自斯納姆將氨提改成自

20、身汽提后，所謂的氨汽提流程，實際上是水溶液全循環(huán)法的一個演變，就象是改良C法，增添了一個 8MPa的高壓分解回收段一樣，演變成全循環(huán)D法。故自此以后我們并不將該法并入汽提法之中，并借此機會將該法“正名”，所以在技術(shù)比較是將該法列入與傳統(tǒng)方法進行比較。先敘述一下NH3汽提工藝的演變過程:第一代的NH3汽提是將NH3通入汽提塔，此時汽提塔出液的dNH3為3540%，而dCO?則為65%以上,但由于采用 NH3,其易溶于溶液，有利于dCO2提高，而dNH3下降；由于NH3的引入,也要把作為汽提介質(zhì)的NH3升溫，增大了汽提塔的蒸汽消耗；NH2通過汽提塔、高壓冷凝器，再進入合成塔，增加了合成塔溫度控制的

21、難度;通過降低壓力和提高操作溫度改變 dCO2、dNH3達到全循環(huán)的水平衡。因此，該公司將此項技術(shù)在70年代改造成自身汽提。上?；ぱ芯吭涸谕瓿芍袎郝?lián)尿工業(yè)化試驗后，提出了采用等壓加熱器的技術(shù)進行改造，尿素合成塔出料進入等壓加熱器（與合成塔在同一壓力下操作），將NH3和CO2從合成液中逐出，以氣態(tài)形式返回合成塔，以維持尿素合成塔的熱平衡，以改進中壓聯(lián)尿工藝需將甲銨和液氨加熱到180C而造成蒸汽消耗高的缺點，并通過小試驗和工業(yè)化示范裝置。 通過上述二點介紹，我們可以將NH3提的流程看成在尿素合成通過上述二點介紹，我們可以將NH 3提的流程看成在尿素合成塔后增加一個等壓分解段和冷凝回收塔，以后是和

22、傳統(tǒng)流程幾乎一樣的1.85MPa （絕）、0.45MPa （絕）、0.035MPa（絕）的三段分解回收。與傳統(tǒng)流程相比，該流程有以下幾個特點:2.1.4.1為了保持在高壓圈的操作平衡即等壓加熱器一氨自汽提塔的效率（甲銨分解率 和總氨蒸出率）以及進合成塔物料的H2O/CO2，故操作壓力定為15.6MPa，高于CO2汽提法，低于傳統(tǒng)方法，這樣既能保證較高的CO2轉(zhuǎn)化率，又能保證分解效率。200 C以上,NH3和63%的710公斤2.1.4.2由于操作壓力的提高，加上汽提介質(zhì)的出現(xiàn)，只能提高分解溫度到 則一般的不銹鋼材料無法滿足工藝需要，只能選用鈦材。2.1.4.3該工藝是未反應(yīng)的大部分的NH3和C

23、O2在高壓圈內(nèi)循環(huán)。45%的CO2在高壓分解器分解回收，與傳統(tǒng)方法比較去中壓循環(huán)物料中平均每噸尿素減少NH3，減少300公斤CO2。2.1.4.4此工藝甲銨生成熱的利用也是比較好的，高壓冷凝器副產(chǎn)蒸汽一部分用于低壓 分解，一部分用于其它部位。2.1.4.5與傳統(tǒng)方法相比閃蒸（0.035MPa絕壓）分解采用加熱分解，所以閃蒸液的尿素 濃度為85%，比傳統(tǒng)方法的72%要高許多，而閃蒸加熱的熱源為中壓分解氣的甲銨生成熱，2.146以液氨為動力的甲銨噴射泵，使高壓甲銨液在高壓圈內(nèi)循環(huán)，因而高壓圈的設(shè) 備可以平面布置，降低廠房高度。作為對傳統(tǒng)方法的改造，該法也是一種行之有效的方法。2.2汽提法工藝特點及

24、比較上面敘述了水溶液全循環(huán)法生產(chǎn)工藝中幾個流程的特點,F面再介紹一下汽提法的幾個工藝的特點以及和傳統(tǒng)方法及相互之間的比較。NH2COONH 4> 2NH 3+CO2Kp=PNH 3 PCO2= (P YNH 3) 2?( P YCO2) =P3 YNH 32 - YCO 2Kp= (2/3 Ps) 2?( 1/3 Ps) =4/27 - Ps3兩式聯(lián)立，得：P=0.53Ps/ （YNH 32 YCO2）1/3上式表明甲銨溶液的平衡壓力與氣相組成的關(guān)系,P是該溶液的離解壓。若采用惰性氣體進行汽提，則氣相YNHs和YCO2均為零，由上式得知，甲銨離解壓為無窮大。當單獨采用 NH3或CO2作為

25、汽提介質(zhì)時，則相應(yīng)氣相中YNHs或YCO2為零，離解壓也為無窮大，由此可見，用汽提方法（無論使惰性氣體或者單獨采用NH3或CO2作為汽提介質(zhì)）都可在任何壓力下較多的分解甲銨液。依此原理，我們并不將斯納姆流程視為采用汽提技術(shù)的流程，而將其稱為四段分解的全循環(huán)法，否則所有的尿素工藝都可稱為汽提法,就象CO2汽提、IDR、ACES都是以水溶液全循環(huán)法為基礎(chǔ)的，而我們并不將其稱為水溶液全循環(huán)法一樣。汽提法根據(jù)汽提介質(zhì)的不同建立了不同的工藝流程,女0 CO2汽提、第一代NHs提、IDR、及我國開創(chuàng)的具有實用價值的惰性氣+CO2汽提、變換氣汽提聯(lián)尿流程。汽提法又可以根據(jù)不同壓力建立汽提工藝，如以CO2為汽

26、提介質(zhì)，在不同的工藝過程C法、中其汽提壓力不同， 由于在較高壓力下， 甲銨冷凝時生成熱的熱品位值較高，便于利用，所以大多采用高壓力操作，但近年中也有將CO2在中低壓力下引入分解系統(tǒng)，如改良UTI法，另外在我國也建立了中壓CO2汽提的尿素生產(chǎn)裝置（攀枝花鋼鐵公司焦化廠）。2.2.1以CO2汽提為代表的汽提工藝與傳統(tǒng)工藝的比較汽提法的出現(xiàn)，突破了傳統(tǒng)工藝中未反應(yīng)物的回收方式，使尿素生產(chǎn)的蒸汽和冷卻水的 消耗有了較大幅度的下降。2.2.1.1由于在高壓下，將 NH3和CO2進行回收，一甲液的水量可以明顯減少，提高了甲銨濃度，合成進料中 H2O/CO2比傳統(tǒng)方法要低得多。2.2.1.2傳統(tǒng)方法中NH3

27、和CO2的回收在較低壓力和溫度下進行，所以冷卻水消耗多, 而且由于冷凝溫度低，不能很好地回收熱量。NH3和CO2在高溫高壓下生成2.2.1.3高溫下較濃的甲銨液返回合成塔可以借助位差流動，省卻了使用比較麻煩的甲 銨泵，而二甲泵的制造和使用都比較容易。2.2.1.4提高了熱能利用品位值和合成塔的容積利用率。甲銨，放出的反應(yīng)熱品位值高，副產(chǎn)的蒸汽可以用于其他部位。由于和合成塔等壓操作，可以把高壓冷凝器視為尿素合成塔的一部分，這樣使合成塔的實際容積增加， 提高容積利用率。2.5 MPa2.2.1.5全系統(tǒng)的蒸汽按壓力分級使用，高品位的蒸汽可以驅(qū)動透平，從中抽出蒸汽作為汽提用加熱蒸汽，并盡量利用各級蒸

28、汽冷凝液閃蒸的蒸汽，因而熱利用率較高。當然這一特點目前只有在大型裝置中比較明顯，小型裝置由于沒有設(shè)置透平裝置，蒸汽逐級利用的特點無法體現(xiàn)，在高壓冷凝器中副產(chǎn)的蒸汽由于量比較大，實際用于尿素系統(tǒng)的不到一半，多出的蒸汽也由于小型合成氨工廠的蒸汽可以做到自給無法送往合成氨工段,沒有出路。因此，我們認為，小型 CO2汽提裝置若不做改進，與傳統(tǒng)方法比較，由于設(shè)備制造復(fù)雜,基建投資大，能耗無明顯降低，并無突出優(yōu)勢。222三種汽提法的能耗比較將國內(nèi)已經(jīng)投運的 CO2汽提、IDR及ACES進行比較，由于工藝流程大家都比較熟悉,不做詳細介紹。2.2.2.1三種方法的異同點：三種方法都使用 CO2為汽提介質(zhì)，采用

29、汽提技術(shù)盡可能降低由低壓循環(huán)送回合成塔的物料，但由于 CO2汽提法的壓力比較低，所以低壓系統(tǒng)返回的物料較少。IDR法和ACES法著重在尿素合成塔內(nèi)獲得較高的轉(zhuǎn)化率，所以高壓圈操作壓力高,而CO2汽提的目標是取得最高的汽提效率，盡量降低汽提塔出料的NH3和CO2含量，所以高壓圈操作壓力低于上述兩種方法。由于汽提效率不同，IDR和ACES在汽提后還需二步循環(huán)和閃蒸（中壓、低壓分解回收），而CO2汽提僅需一個低壓分解回收和閃蒸。尿素合成系統(tǒng)（俗稱“高壓圈”）由合成塔、汽提塔和高壓冷凝器組成，在等壓下操作，而IDR采用了雙汽提和合成塔分段操作。進入90年代以來，國際市場石油價格幾次出現(xiàn)罕見的V字型的起

30、伏，對尿素工廠影響很大。石油價格波動 1美元/桶，對大型尿素工廠就影響利潤700萬元/年。1998年用了雙汽提和合成塔分段操作。CO2汽提塔出來的氣體在高壓冷凝器內(nèi)生成甲銨，放出的反應(yīng)熱都副產(chǎn)蒸汽，由于甲銨生成熱量的不同，副產(chǎn)蒸汽量也不同，其中CO2汽提法副產(chǎn)蒸汽量最多，除在工藝上使用外，還有近1/3的蒸汽用于蒸汽透平（詳見能耗比較表）。2.2.2.2三種方法的能耗比較9 -I Z i A J£432圖2.尿素溶液中的CO2含量1合成塔出口； 2 NH3汽提塔出口； 3CO2汽提塔出口;4中壓循環(huán)系統(tǒng)出口；5低壓循環(huán)系統(tǒng)出口翊！叫盼4 3迅I£.丄圖3.尿素溶液中的NH3含

31、量1合成塔出口； 2 NH3汽提塔出口； 3CO2汽提塔出口;4中壓循環(huán)系統(tǒng)出口；5低壓循環(huán)系統(tǒng)出口21/.仏）5壌ffV透卡13閒恥 + CPt5鍛諧6曬耐W T爲岳甲錢郴®3 N%預(yù)理B 5滯X詢久啦（0皴捕h顯4-時H FT d1-4 n1 *» Jr 4 1r1Ji &4_jJ F工9-4 了A淀iS-go; (30® 430tti中匡儲環(huán)12 （呦肘旨坯'11 -fSilt14憑雖發(fā)iS塞怔礦射口a忙收<血CZL* HI ”. 對彳f車-I 7? 彳T M tI-TjZ圖4. ACES法蒸汽和冷凝液平衡（公斤 /噸）-血24也- Z

32、盼2:理f為圧柬m陸越2通皐珂3朝恥和.軍jn4T器甲鐵液板3毗預(yù)"91Q御我r 2斗 244n6斗廠* 5liLjrtfrf"+：恰訓(xùn)俎HL* 陽NtMa19衛(wèi)疋平I 旳'J如J打猊H_j-l-GL?rifbT Fh4<2E 對Td536lOdlIl中l(wèi)i循琢Z儼&睡壞11 -IS點咬14 .二箴埜版15塞It康抽口 、& £124辛賈 iT打敵圖5. IDR法蒸汽和冷凝液平衡（公斤 /噸）I& E壘j_JL£SL_ 卜ucr_"Ii£一1:么U1*12rd41027 5 it2 . _faa1

33、4彳口4C0j汽提塔 a NH,預(yù)熱器ICO1壓1（1 （遺平X a平拎舞9KHj預(yù)熱轟 M二段趙3瓠汽提塔6N町預(yù)嗣 丁 壓單恢冷10 «汽伴管 11中壓«環(huán)12低壓«環(huán)13十段蒸發(fā)15慝發(fā)噴尊轟 IS蒸汽拌【丁分吸臨閃蘇圖6. CO2汽提法蒸汽和冷凝液平衡（公斤 /噸）表6.能量費用比較（噸尿素計）CO2汽提IDRACES消耗量美兀消耗量美兀消耗量美兀咼壓蒸汽（12美兀/噸）0.731 噸8.770.809 噸9.710.744 噸9.29電（0.045美元/度）15度0.6818.4 度0.8318.1 度0.81總能量費用9.4510.5410.10由三種

34、工藝在過程不同部位的未轉(zhuǎn)化的NHs和CO2的量可以看出，合成塔出口柱高表明IDR和ACES法在合成塔中CO2轉(zhuǎn)化率比CO2汽提法高，而NH 3轉(zhuǎn)化率則相反。CO?汽CO2轉(zhuǎn)化率高，汽提塔出口柱高表明 CO2汽提法整個合成工段的效率較高。由于合成塔中提量少，IDR和ACES用的中壓蒸汽比 CO2汽提少，但在 CO2汽提中汽提效率高，可以產(chǎn)生較多的低壓蒸汽用于透平。通過上述比較，我們認為 CO2汽提流程最短，基建投資最省，ACES工藝方法最合理,能耗也比較低，IDR工藝在我國瀘天化改造實施，據(jù)說尚未達到設(shè)計要求。為了便于比較,將上述工藝比較列于表7。表7. CO2汽提、IDR和ACES工藝消耗比較

35、表單位CO2汽提IDRACES蒸汽公斤/噸尿素700700570電度/噸尿素20123121水米3/噸尿素888851CO 2轉(zhuǎn)化率%586568熱利用率%667075380年代和90年代國外尿素工藝的新發(fā)展前面介紹的尿素增產(chǎn)節(jié)能技術(shù)都在80年代初都開發(fā)成功，而后都是在強化單元設(shè)備和提高成品質(zhì)量以及環(huán)境保護方面做了些工作,工藝過程的開發(fā)很少,并非技術(shù)不可靠，而是30美元/桶，迫使能耗經(jīng)濟問題造成的，現(xiàn)將 80年代和90年代背景情況加以介紹。本世紀70年代中期出現(xiàn)世界性能源危機，石油市場價格暴漲至高的工業(yè)開發(fā)節(jié)能型新工藝。于是尿素增產(chǎn)節(jié)能新工藝和新技術(shù)應(yīng)運而生。孰知進入80年代，石油供過于求，價

36、格又猛跌至10美元/桶，而第三世界國家為發(fā)展農(nóng)業(yè)，獨立自主發(fā)展氮肥工業(yè)，尿素世界市場也供過于求，每噸離岸價下跌至70美兀左右。美國許多中型尿素廠由于工藝落后，無力競爭，紛紛停產(chǎn)?？v使以節(jié)能而言，美國中壓蒸汽價格為12美元左右，每度電價為0.030.05美元，而尿素技術(shù)改造涉及高溫高壓耐腐蝕介質(zhì)的設(shè)備，需用價格昂貴的尿素級合金鋼制作，因此廠家不愿投入巨大資金進行擴大生產(chǎn)和節(jié)能改造。我國經(jīng)濟情況則不同，能源價格定價很低，因此尿素成本也很低,1985年全國統(tǒng)計大型氮肥廠以天然氣為原料的每噸尿素成本250300元，用輕油及重油的為300330元，中型氮肥廠以煤為原料的 400元左右。國家規(guī)定統(tǒng)購出廠價

37、為 410元，零售價為520元，增產(chǎn)自銷部分按市場價，而市場價高達600750元。當時我國能源便宜，每噸蒸汽成本為1518元，折45美元，僅為美國的1/3,每度電0.1元，折0.025美元，為美國的1/2，我國的合金鋼價格特別貴，設(shè)備制作費也不便宜，改造資金較高。故如以當時價格計算，一家大型尿素廠的技術(shù)改造以增產(chǎn)10%計，5萬噸尿素即使按國家規(guī)定的零售價出售，年毛利達9501350萬元，而蒸汽即使節(jié)約 20% ,每噸尿素不過0.30.4噸，石油價格從20美元/桶下 跌至10美元/桶，到1999年底又飚升到27美元/桶，目前達到30美元/桶，石油價格的大幅度波動，嚴重影響了工廠的正產(chǎn)經(jīng)營，故工廠

38、迫切需要把節(jié)能的課題提到議事日程。最近連續(xù)召開的中小氮肥行業(yè)會議，都表明了我國的尿素工廠面臨生死存亡的關(guān)鍵時刻。自然災(zāi)害的影響，減少了肥料的使用，造成嚴重的庫存，到6月底達到80萬噸，最近還有繼續(xù)增大的趨勢。尿素的制造成本為7501250元/噸，完全成本為 9001550元/噸，而銷售價格由1200元/噸下跌到900元左右，如此大的滑坡，嚴重影響尿素的正常生產(chǎn)，導(dǎo)致最近一些工廠的停產(chǎn)。所以，提高工廠的規(guī)模效益，降低能耗，降低成本，以成為我國尿素工廠迫切需要解決的問題。4節(jié)能增產(chǎn)的“ SHS”法介紹“SHS”法的改進流程首先在1994年提出，山東魯西化肥廠第一套尿素生產(chǎn)裝置投入300噸/日以上，

39、廠方運行，當時日產(chǎn)180噸，我們提出略做改進使裝置的生產(chǎn)能力增加到做出了積極響應(yīng)，為此在海懋工程有限公司牽頭下，組織了山東省化工規(guī)劃設(shè)計院、上海化工研究院（包括化工部化肥工程技術(shù)中心）和魯西化肥廠共同進行開發(fā)。由于此項目由上海和山東兩地的科研、設(shè)計、工程公司及工廠共同合作，故以兩地地名漢語拼音的第一個字母及漢字“和”的第一個拼音字母組合成“SHS”，代表兩地緊密合作之意。在魯西化肥廠達到改造目的后，我們又相繼在山東、江蘇、河南、安徽、陜西、湖北等地的一些化肥廠實施了“ SHS”法的技術(shù)改造。同時，我們根據(jù)各個廠的不同情況，因地制宜分別提出了“ SHS15 ”的五種流程。4.1“SHS”工藝的技

40、術(shù)特征SHS”工藝技術(shù)。為了便于說我們針對水溶液全循環(huán)尿素裝置的技術(shù)改造，建議采用“明，避免重復(fù)敘述，現(xiàn)將“ SHS”工藝的技術(shù)特點做一簡單介紹。4.1.1 “ SHS”工藝的第一特征，是提高尿素合成塔的CO2轉(zhuǎn)化率。我們以大冢英二的平衡轉(zhuǎn)化率為基準，提出了實際轉(zhuǎn)化率的計算方法。采用我們提供的新穎塔板，不論是單塔操作還是雙塔操作，總的CO2轉(zhuǎn)化率都控制在 67%以上（以NH3/C02=4.0，H2O/CO 2=0.6 ,19.6 MPa, 188C條件下操作），下面是采用我們新穎塔板后工廠的實際數(shù)據(jù)。 表9.幾個小型化肥廠改造前后的生產(chǎn)狀況使用單位容 積3m改造前改造后產(chǎn)量 噸/日n CO2%

41、I塔溫C產(chǎn)量 噸/日n CO2%I塔溫C底頂?shù)醉敽幽腺葞?722063131851883306419.41183188山東魯西24200638.31841883606415183188江蘇新沂161906311.91851882506415.63183188河南駐馬店171806210.591851881906811.17184188陜西城固202106310.51851882606713182189福建永安201806591851882806714181189江蘇宜興172106312.41851883506420.59181189山東寧陽20200631018518836065181811

42、894.1.2 “ SHS”工藝的第二特征，是提高生產(chǎn)過程的熱利用率。通過采用“SHS”工藝改造的工廠，不僅大幅度增加了產(chǎn)量， 而且又能明顯地降低能耗。表10.分解和蒸發(fā)過程的熱量消耗（ MJ/tU ）一段分解器二段分解器閃蒸分解一段蒸發(fā)二段蒸發(fā)共計甲銨分解熱97991413134810071118351133168氨、水蒸發(fā)熱7655322094157750974468961631957165加熱蒸汽17132213028804768451062452599191MJ/kg/867.53/153.37/241.46/53.8甲銨利用熱MJ/kg438270表11.水溶液全循環(huán)法和 CO2汽提

43、法熱利用的情況產(chǎn)方法利用情況水溶液全循環(huán)法CO2汽提法操作工況1.77MPa , 120C13.5 MPa, 160 C設(shè)備名稱一段蒸發(fā)熱利用段高壓冷凝器反應(yīng)熱來源預(yù)精氣+二甲液CO2汽提氣+二甲液量值MJ42 X 10512.3 X 105品位110C140 C利用方式蒸發(fā)尿素水溶液副產(chǎn)0.35MPa蒸汽熱利用率1315%70%表12. UTI法熱利用的情況操作工況1.77MPa 160 C1.77MPa 140 C1.77MPa 120 C0.5 MPa 110C0.5 MPa 80 C設(shè)備名稱一段分解器二段分解器蒸發(fā)熱利用器甲銨預(yù)熱器液氨預(yù)熱器反應(yīng)熱來源二甲液+原料CO2+分解氣分解出口

44、氣+二甲液分解出口氣+二甲液吸收塔軟水吸收塔軟水量值KJ6.5X 1063.0X 1064.3X 1061.7X 1060.5X 106品位150 C130C110 C100 C80 C利用方式分解NH3CO2分解NH3CO2蒸發(fā)尿素水溶液甲銨預(yù)熱液氨預(yù)熱熱利用率38%15%21%8.5%'2.5%表13.“SHS ”法熱利用的情況操作工況1.65 MPa 160 C1.65MPa 140 C1.65MPa 120 C1.65 MPa 110C1.65MPa 100 C設(shè)備名稱第一熱利用器第二熱利用器第三熱利用器一段蒸發(fā)熱利用冷水機組反應(yīng)熱來源精餾氣+二甲液精餾氣+二甲液精餾氣+二甲液

45、預(yù)分離氣+精餾氣+二甲液預(yù)分離氣+精餾氣+二甲液量值MJ2.751.254.04.02.5品位135140C130C120 C110C100 C利用方式加熱預(yù)分流出液加熱一分液加熱閃蒸液加熱尿素水溶液熱軟水用于制氨熱利用率13%6%19%19%12%上表中列出了各種不同的尿素生產(chǎn)方法對甲銨生成熱利用的品位和熱利用率。4.2 “SHS”工藝的流程簡介n CO2；我們提出的“ SHS”的工藝改造方法共有五種，都以：提高尿素合成塔的充分挖掘現(xiàn)有裝置的潛力；合理利用甲銨生成熱等三項為技術(shù)改造的核心。4.2.1“ SHS 1”法由海懋工程有限公司牽頭，上?；ぱ芯吭?、山東省化工規(guī)劃設(shè)計第一合成塔不循環(huán)操

46、院、魯西化肥廠共同開發(fā)的雙合成四段分解的增產(chǎn)節(jié)能技術(shù)改造方法，23作，出液經(jīng)過 CO2汽提氣相進入第二合成塔，第二合成塔出液和汽提塔出液進入中壓分離用的主要點放在一段吸收的熱利用上，此部分的甲銨生成熱將用于溴化鋰冷水機組上，產(chǎn)生器，預(yù)分離器出氣和預(yù)精餾塔出氣依次用于閃蒸加熱（預(yù)蒸發(fā)）和一段蒸發(fā)，其余流程不變,要求使魯西化肥廠原設(shè)計為日產(chǎn)180噸尿素的生產(chǎn)裝置，通過技術(shù)改造使裝置生產(chǎn)能力提高到360噸/日，現(xiàn)裝置已達到380噸/日，因液位計還未解決， 高壓CO2汽提塔沒有投入運行, 一旦投入運行，合成塔的操作在進行調(diào)整后，預(yù)計日產(chǎn)可達到410噸以上。4.2.2 “SHS 2”法，此法由海懋工程有

47、限公司牽頭，化工部化肥工程技術(shù)中心、新沂化肥廠共同開發(fā)，由朱俊彪先生任開發(fā)組組長。此法是針對新沂化肥廠特定條件提出的，采用等溫型合成塔和部分 CO2汽提法。作為原料的 CO2的30%進入現(xiàn)有的一段分解汽提塔,出口氣初用于現(xiàn)有的閃蒸加熱后再進入一段蒸發(fā)熱利用段,其余流程不變。技術(shù)改造分二步走：第一步改造合成塔，將產(chǎn)量提高到240噸/ 日以上；第二步提高到 400噸/日以上。目前第一步改造已經(jīng)完成， 現(xiàn)達到日產(chǎn)280噸尿素以上，合成塔也完成增加塔板的改造,第二步改成等溫（或稱均溫）合成塔和增加第二合成塔與低壓CO2壓縮機，待資金到位后實施。4.2.3 “SHS 3”法，即在偃師化肥廠實施，由海懋工

48、程有限公司牽頭，化工部化肥工 程技術(shù)中心、偃師化肥廠共同開發(fā)。 此法特點是采用雙合成三級回收甲銨生成熱，也分二步實施：第一步提高日產(chǎn)到 260噸；第二步到日產(chǎn)400噸。第一步于1996年10月完成，第二步于1999年12月完成。在“ SHS-3”法中，熱利用安排得最少，預(yù)精氣和二甲銨進入閃蒸加熱器，在殼程將閃蒸液加熱至 100110C，使尿液的濃度由老流程的 70%改變到80%以上。出殼程的氣液混合物再與二甲液混合，進入一段蒸發(fā)的熱利用段。 出蒸發(fā)的混合液進入一吸外冷器，一吸外冷器的熱軟水進入銅洗或鍋爐系統(tǒng)，此流程中甲銨的生成熱被利用了三次。4.2.4 “SHS4”法，正在陜西城固化工總廠實施，由海懋工程有限公司、化工部化肥工程技術(shù)中心、城固化工總廠共同開發(fā)。此法特點是采用雙合成、甲銨生成熱分四段回收利用。第一步改造尿素合成塔， 增設(shè)薄弱環(huán)節(jié)的設(shè)備和甲銨生成熱熱利用器,特別是利用反應(yīng)熱制取低溫水的熱利用器,1997年年底產(chǎn)量達到300噸/日以上。第二步正在實施中。在“SHS-4 ”法生產(chǎn)工藝中，甲銨生成熱被四次熱利用：具有較高CO2分壓的1#分解氣與二甲液混合進入第一熱利用器， 加熱預(yù)分離器出液， 混合物再進入第二熱利用