尿素生產技術的新進展

1、2(91)20005No2(TotilNo91)May2000CoalChemicaliidustry山東省化工規(guī)劃設計院250013濟南石化集團股份有限公司250101通過對國外氨汽提法、82汽提法的尿素專利商和生產裝直的考察及與外商進行技術交流.介紹了尿素技術近幾年來的進展情況。汽提法尿素運轉率年產量2(91)20005No2(TotilNo91)May20002(91)20005No2(TotilNo91)May2000為加快我國化肥建設速度了解國外尿素生產技術的新進展，1997年8月中國技術進出口總公司組團筆者隨團赴意大利、德國、法國等國考察尿素生產技術及關鍵設備，先后訪問了意大利斯那

2、姆吉提總部(Snampwgelti)、海德魯公司費拉拉工廠(HYDROFerro)、海德魯公司德國布倫斯特工廠(HYDROBrunsb)和法國科來布斯公司(Krebs),荷蘭斯塔米卡邦公司(SlamCarbon)派員到科來布斯公司進行了技術交流。筆者又結合全國化肥廠第七、八屆尿素年會及與外商技術交流的情況.對尿素生產技術的新進展加以介紹c11.1氨汽提法尿素技術，是斯那姆吉提公司的獨有技術，1966年半工業(yè)化.1971年實現(xiàn)了工業(yè)化.從1971年至今在世界各地建成95套裝置地區(qū)分布為：歐洲11套亞洲71套,美洲12套.其他1套。我國從80年代末開始引進斯那姆吉提的氨汽提法尿素技術.1990年至

3、1995年期間建成了中原、錦西、建峰和川天化等4套大型裝置，1996年建成和正在基建中的大中型尿素生產裝置18套我國氨汽提法總生產能力約800萬t/ao1.2斯那姆吉提工藝仍保持了氨汽提法的高熱效率、低能耗強彈性、低框架的布置等優(yōu)點，近幾年來在工藝上主要進行如下的改進。I.21汽提管由原Ti管改為雙金屬管鈦金屬在尿素、氨基甲酸餒溶液中，在高溫、高壓的條件下表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性能故工業(yè)生產汽提管選用鈦管。但鈦管在汽提塔的腐蝕環(huán)境中，如遇到液流方向1995-2005TsinghuaTongfcmgOpticalDiscCo.Ltd.突然改變受碰撞的地方或突然氣化的地方仍會發(fā)生腐蝕如上部鈦管會發(fā)生減

4、薄或有的管道發(fā)生穿孔。斯那姆吉提公司自1991年9月在突尼斯的蒙裝斯(ARCAD4N)工廠.對1200tAl的尿素裝置.使用雙金屬管進行試驗，經6年的運行.仍未出現(xiàn)任何的問題現(xiàn)欲推廣到工業(yè)裝置中使用雙金屬管是由兩種金屬管組成外管材質為25222(625%、Ni22%、Mo2%),厚度為2mm,內層管材質為銖厚度為。7mm.梏材非常堅硬耐腐蝕性能好。1.22滾筒造粒技術尿素造粒技術分為塔式噴淋造粒、流化床造粒、鋼帶冷卻造粒和滾筒造粒。塔式噴淋造粒，產品尿素粒度小于25mm,稱小顆粒尿素。流化床造粒、鋼帶冷卻造粒和滾筒造粒均能生產出大顆粒尿素(粒徑為2mm8mm),大顆粒尿素與小顆粒尿素相比，具有

5、強度高、不易結垛尿素肥效利用率高的優(yōu)點,在歐洲有許多塔式噴淋造粒改產為大顆粒尿素，現(xiàn)在歐洲生產大小粒度的廠家各占一半大顆粒尿素生產技術有海德魯(Hydro)的流化床造粒.山特維克鋼帶冷卻造粒和斯那姆吉提公司開發(fā)的滾筒造粒技術本文主要介紹斯那姆吉提滾筒造粒技術工藝流程見圖lo意大利費拉拉(Ferro)工廠滾筒造粒裝置，1990年9月建成.生產能力為1650i/d,造粒器直徑為3000mm,L9000mm。尿素質量分數(shù)為99.4%998%,尿液經泵加壓至(15MPa06MPa(表壓)進入造粒器內，器內裝有4根造粒噴射長管，噴射長管上開了許多小孔尿液從小孔射出在造粒器內同時加入返料晶種和散熱介質空氣

6、空氣入造粒器的溫度為5060C,出造粒器的最高溫度約為115C,出造粒器的尿素經冷卻器、斗提機、篩分之后Allrightsreserved.2(91)20005No2(TotilNo91)May2000 2000220005 #Allrightsreserved.Allrightsreserved.出成品尿素。不符合粒度要求的尿素經粉碎機破碎之后和篩分后的粉末尿素合為一體進造粒器作為造粒的晶種返料比為2：lo出造粒器的粉塵經水洗、酸洗后排放排放的尾氣中NH】為20mg/n尿素為15mg/n3o酸洗所用硫酸的質量分數(shù)為10%20%,硫酸溶液吸收造粒器的尾氣之后.成為硫酸銀和尿素溶液可返回尿素系統(tǒng)

7、成品尿素中硫酸錢質量分數(shù)約為2500X10或者將溶液循環(huán)至硫酸鞍質量分數(shù)約40%,可出售1提升機2篩于3-壓碎機4滾筒造粒器5尿素冷卻器6空氣冷卻器7冷卻風機8循環(huán)泵9-風機10水洗、酸洗塔11尿素洗滌塔12尿素溶液循環(huán)泵13引風機1每噸尿素消耗量：蒸汽45kg電力21kW-h甲醛3kg脫鹽水80kg每噸尿素造粒成本5美元*8美元I.23深度水解每生產1000kg尿素,理論生成水量300kg.但實際上.由于存在真空系統(tǒng)的蒸汽冷凝水和系統(tǒng)的沖洗水等使工藝水量可達600kg/l尿素。工藝水中氨質量分數(shù)為4%5%,CO2質量分數(shù)1.5%2%,尿素質量分數(shù)為0.5%I.0%,因此一般尿素廠設有工藝廢水

8、低壓解吸處理裝置、經處理后排放的廢水中含NH3質量分數(shù)Q07%,尿素質量分數(shù)05%1.0%o以2000t/d尿素廠為例,排放廢水量為1200t/d,則排放NHs為084t/d,尿素6i缶12t/d.會造成大量物料損1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.耗和環(huán)境的污染。近十年來發(fā)達國家對排放廢水中氨氮嚴加限制，并以法令的形式作了規(guī)定如意大利國家標準總氨以NH：計為15mg/L0歐洲肥料的制造商協(xié)會規(guī)定排放水中尿素含量為1mg/L、氨5mg/Lo廢水中的氨可用蒸汽或空氣汽提的方法。廢水中尿素分解可采用生物氧化法，反滲析法次氯酸鹽氧化法離子交換法亞硝

9、酸鹽氧化法和水解法等.經評審研究.尿素廢水處理采用深度水解法。斯那姆吉提公司對尿素廢水的深度水解在取得小試和中試成果的基礎上于1983年在特立尼達和多巴哥的國家能源公司設計了一座1620（Xi尿素裝置，應用深度水解處理尿素廢水獲得成功并經過多年的改進工藝流程示于圖2oI氨水貯槽2冷凝液槽3氨水泵4冷凝液泵5冷凝器6精他塔7氨水換熱器8水解器9水解泵10水解液換熱器11水泵2主要設備水解器為臥式。內有隔板，蒸汽壓力為5MPa（表壓），溫度一般保持在230C,精憎塔為立式浮閥板式塔，操作壓力為。15MPa（135MPa（表壓）.低壓蒸汽可直接加入塔內。經處理后的廢水中氨和尿素質量分數(shù)均小于1X10

10、,此水的純度很高可作鍋爐給水.實現(xiàn)了尿素裝置無廢水的排放。1.24CCH壓縮機的選型70年代初，斯那姆吉提公司在意大利Manfredonia的尼開姆工廠成功地應用了第一臺離心式二氧化碳壓縮機o斯那姆吉提公司對所用往復式或離心式CO2 #2000220005 Allrightsreserved.Allrightsreserved.壓縮機進行反復比較后認為當尿素生產能力大于800時宜選用離心式.采用蒸汽驅動:當尿素生產能力小于800l/d時.宜選用往復式.采用電動驅動。I.25造粒塔排風口尿素粉塵洗滌裝置噴淋式造粒塔在自然通風的條件下塔頂排放氣體中夾帶尿素，以1000t/d尿素廠為例，尿素粉塵為9

11、0mg/m3,空氣量約30萬m/h,粉塵總量為27kg/h,粉塵粒度分布一般為1110mb.詳見表lo粒徑/7m顆粒分布鬆4000321400311201.54105045120136601150合計9983設有除塵裝置的新型造粒塔排出空氣中的粉塵含量經測量為40mg/n50mg/n3,這么低的粉塵量對大多數(shù)的國家和地區(qū)是可以接受的，但有的國家和地區(qū)對尿素粉塵含量提出了更高的要求見表2。2mg/n5名稱尿素粉塵氨意大利國家指標100200意大利倫比第地區(qū)2020意大利芝米利亞地區(qū)2035奧地利地方標準3030世界銀行要求5035為了適應某些國家和地區(qū)對尿素粉塵排放量的高要求斯那姆公司開發(fā)了尿素

12、粉塵洗滌工藝。從造粒塔頂部出來的氣體.經水噴射洗滌器除塵之后，排放的粉塵量可降至以下.電力消耗為9kWh/t尿素（以生產規(guī)模為1000t/d計）0CO21斯塔米卡邦的尿素技術已有悠久的歷史.承建了200多套尿素裝置（含CO2汽提法117套），設計1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.Ltd.能力在20t/d-2000必。我國70年代曾引進斯塔米卡邦CO,汽提法生產裝置，產量為1600i/d750t/d,12套。1050l的1套，總生產能力為730萬t/a02斯塔米卡邦專家介紹.近幾年來推出了CO2汽提新工藝，即尿素2000+取，該工藝與原有CO2汽提法相

13、比.有如下改進。21新型高效的塔盤傳統(tǒng)多孔塔盤的尿素合成塔塔內易出現(xiàn)返混和溝流部分液體經過塔壁和塔盤之間的環(huán)隙，溝流到下一格內，致使該股流體在合成塔內停留時間降至最短。返混是液體經塔盤漏到前一格中延長了不必要的停留時間從而降低了塔內轉化率。斯塔米卡邦公司開發(fā)了新型高效合成塔盤.新型塔盤上設有氣體分布系統(tǒng)的液體上升管，以使塔盤上氣相和液相之間混合均勻可完全消除常規(guī)塔盤上存在溝流和返混的現(xiàn)象。若將原合成塔改裝為新型塔盤可使生產能力提高35%。就新建尿素裝置而言尿素合成塔容積可減少25%,美國路易斯安那州唐德桑威利市C.F工業(yè)公司尿素裝置中已應用了此新型高效塔盤技術。222池式冷凝器池式冷凝器是具有

14、浸沒U型管束的臥式容器，此容器是由鋼內襯尿素級3l（L不銹鋼加工制做所有內件及管子堆焊均為25-22-2型不銹鋼材質。池式冷凝器已應用于孟加拉國吉大港的戈爾諾普利化肥有限公司（KAFCO）,生產1725尿素裝置取得了好的效果。現(xiàn)將KAFCO池式冷凝器與傳統(tǒng)立式降膜冷凝器的比較列于表3oKAFCO名稱立式降膜冷凝器池式冷凝器流體及用途混合物停留時間設備商度合成塔容積設備費用殼管的溫差/c100%負荷時低壓蒸汽壓力加Pa殼程:蒸汽、鍋爐水管程:甲銀液NHj、CO2和循環(huán)甲笹戒從頂部分布器通過列管成膜流15s商20059少20035殼程:甲缺液管程:鍋爐水、蒸汽NH3、CO2和循環(huán)甲鐐戒在池式冷凝器

15、中與甲協(xié)裁充分混合24m111低（矮）1303&5多26Q45 2000220005 #Allrightsreserved.Allrightsreserved.223降低尿素主框架的高度CO2汽提法原采用作冷卻塔的補充水或低壓鍋爐給水。 #2000220005 #Allrightsreserved.Allrightsreserved.用合成段高框架布置框架高76m,高框架存在著操作、檢修不方便和框架造價高等問題。斯塔米卡邦經多年研究,通過采用新型高效塔盤池式冷凝器、減少合成塔的容積和降低塔的高度増設借液氨為動力的高壓氨噴射器等方法.使主框架由原76m降至385m,從而解決了因主框架高而造成的操

16、作、檢修不方便和造價高的問題。斯塔米卡邦在DSV1公司荷蘭格林(Geleen)T廠新建一座日產1150I尿素廠采用臥式合成塔.即將尿素合成塔和池式冷凝器合為一體可將框架高度降至225m,該裝置1998年初建成，已投入運行。3來自合成氨裝置的CCH氣中含H2體積分數(shù)約05%,鈍化空氣含02體積分數(shù)為06%a8%,該組成的氣體在惰性氣體洗滌器內有爆炸的危險。為了確保尿素洗滌系統(tǒng)安全運行CO2經脫H2后,應保持CO,氣中H?體積分數(shù)降至50X106以下，以確保尿素洗滌系統(tǒng)運行。(MEC)(U.T.I)孟山都環(huán)境化學公司(MEC)是一家屬于孟山都公司的子公司.1999年初孟山都公司買下原擁有熱循環(huán)尿素

17、(HRUP)技術的U.T.I公司現(xiàn)U.T.I的HRUP歸屬孟山都(MEC)公司所有U.T.1工藝起源于20世紀70年代初期.經歷了20多年的發(fā)展現(xiàn)已在美國、蘇爪巴基斯坦和印度等國進行改造、建設有12套日產3001500I裝置1U.T.12噸尿素消耗定額NHs（157tCO2Q74t蒸汽（1.05MPa）075t08t電100kWh水82m3HEC瑞士卡薩利(CASALE)公司提出高效組合尿素工藝(HEC)的專利技術.該技術已在加拿大、新西蘭、伊朗、巴西、印度等大、中型廠均有改造的實例規(guī)模從原有270t/d1000t/d,增產的幅度50%270%,該技術適用于我國水溶液全循環(huán)法尿素技術，工藝方塊

18、圖見圖3。NR中壓氨回收系統(tǒng)第一合成塔L分解工段耳空蒸發(fā)造粒3HEC1HECI.1高壓分為22MPa和15MPa二種壓力。高壓甲銀冷凝器和第一合成塔操作壓力為22MPa,液氨和CCH先進甲餒冷凝器，后進第一合成塔.HQ與CO2量之比為0.COz轉化率可達77%o #2000220005 Allrightsreserved.Allrightsreserved.1.1等溫尿素合成塔合成單程轉化率達78%o31.260%的CO2去尿素合成塔.40%的CO去中壓系統(tǒng)削減了蒸汽用量和CO2的壓縮功。31.3熱利用合理.80%85%的低位能冷凝反應熱得以回收利用中壓分解蒸汽壓力1-05MPa(表壓)，蒸汽

19、消耗少。31.4尿液濃度88%,可節(jié)省蒸發(fā)蒸汽的用量31.5尿素的廢液含有NHaCCH和尿素，加入的壓力蒸汽為1-05MPa(表壓)，及少量空氣和CO2氣經水解處理后，可使廢液中NHs質量分數(shù)小于2X10“,尿素質量分數(shù)低于1X10,干凈的廢液可1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.Ltd.1.2第二合成塔和高壓分解器操作壓力為15MPao改造后高壓系統(tǒng)的CO2轉化率可達70%以上。對于中低壓系統(tǒng)，一般只要做少量改造就可以滿足増產60%的要求。2產量增加50%100%水蒸氣消耗v900kg/t尿素氨消耗570kg/t尿素575kg/t尿素電耗135kWh

20、/l尿素(下轉第32頁)322000232200021995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.Ltd.Allrightsreserved.1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.Ltd.Allrightsreserved.總之盡管在NO和SO2排放的控制方面已進行了大量的研究工作并已形成了較成孰的控制方法和技術但至今仍未能解決同時控制no、nq和SO2的問題因此還需要進行大量的工作.特別是將NQ的脫除技術結合于已有的脫氮、脫硫技術之中成為當務之急。DeSoeteGGInProceedingsoftheLNETI/fcPT

21、/lFPEuropeanWorkshopontheEmissionofNitrousOxidesLNETLLisbon,1990.34、1HulgaardT.NitrousOxidefromCombustion,PhD.thesisDepartmentofChemicalEngineeringTechnicalUniversityofDeninark.Lyngby.1991HoughtonJT,JenkinsGJ,EphraumsJJ(Eds).4ClinaticChange：thelPCCScientificAssessment,CambridgeUniversityPress,1990Th

22、omasKMFuel1997.7&457JohnssonJEFuel.1994.73:1398HayhurstAN.LawrenceAD-ProEnergyCombustSci1992,18:529PelsJRWojtowiczMA.MoulijnJAFuel,1993,72:373HiltunenM,KiinenP.LeeYY.11thInternationalConferenceonFluidizedBedCombustbnASME.NEWYORK,1991.684694WojtowiczMA.PelsJR,MoujinJAFuelProcessTechno11993,34:1GavinD

23、G.DorringtonMA.Fuel、1993,72:381WojtowiczMA,PelsJR.MoulijnJA.Fuel,1994.73:1416DeSoeteGG(1990)Twenty-thirdSymposium(International)onCombustbnTheCombustionInstitutePittsburgh12571264LiYHLuGQRudoQhVChemicalEngineeringScience.1998,53:1BonnB,PelzG.BaumannH.Fuel.1995,74:165-171MoritomiH.SuzukiY.KidoN,etal(

24、1991)11thInternatbnalConferenceonFluidizedBedCombustionEdEJ.Anthony,2.ASME.NeuYork.1005-1011SantalaP.LisaK.HapaMReport90-6.AboAkadani.Finland1990NaruseLYamamotoYInanariM24thSymposium(International)onCombustbn,TheCombustionInstitute.1992,1415-1421PelsJR.WojtowiczMA.MoulijnJAEnergy&Fuel.1995,9,743Rodr

25、iguez-MirasolJOomsAC,MouljnJACombustbnandFlame1994.99：494507DeSoeteGGPapertoJointEPA/EPRISymposiumonStationaryCombustbnNOxControl,SanFrancisco1989AmandLE.LecknerB.Dain-JohansenKFuel1993,72:557ChanLK.SarofinAF.BeerJMCombustFlame.1983,52:37ShinizuT-TachiyamaY,KurodaA-etalFuel、1992,71:841(收稿日期199912322

26、000232200021995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.Ltd.Allrightsreserved.1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.Ltd.Allrightsreserved.322000232200021995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.Ltd.Allrightsreserved.1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.Ltd.Allrightsreserved.（上接第16頁）5除U.T.I工藝之外世界各種生產尿素工藝我國

27、都有?，F(xiàn)已建成大型生產尿素裝置約有26套，中型50套.小型110套.尿素總生產能力約2500萬to由于歷史原因，有不少裝置存在著技術改造的問題也有的新裝置要建設，存在著技術路線的選定的問題如何評價及選用尿素工藝，要從如下因素綜合考慮C1經濟性:要求原料及公用工程消耗低:基本建設投資省:維修費用低:開車率高;產品質量好等。2操作安全性:包括設備材料防腐性能好:沒有爆炸混合氣體:防止環(huán)境污染等。3技術先進性:含采用先進的工藝流程和控制方式:操作人員培訓方式多樣化:采用先進的工廠管理系統(tǒng)等。上述因素是互為制約和矛盾的,但選用何種工藝須綜合考慮，應兼顧當?shù)氐脑瞎闆r及公用工程的條件。（收稿日期19

28、99-12-31）11Allrightsreserved.Allrightsreserved.SameProblemsabouttheEscalationofCokhgkidustryandItsSustaliableDevelopmenthSlianxiProvhceLeiZhongmin(ShanxiProvinceAcadanyofSocialScience.EnergyEoonomicInstitute030006)AbstractBasedontheanalysisofthecurrentsituatbnofthecokingindustryinShanxiProvincedepen

29、dedonthepresentdevetopingenviromnentofeconomyandthemarketpeculiarityathomeandabroad,thepaperdoessomeexptorationoftheescalatbnofcokingindustryanditssustainabledevebpmentsintheprovinceKeywordscokingindustryescalation,sustainabledevebpmentProspectAnalysisofCoalDirectLiquificationTechnologyMaBin(HuataiE

30、ngineeringCompanyfonnerly,2ndDesignhstituteoftheMinistryofChanicalIndustry030001)GuoChaohua(TaiyuanDetergentPlant,999Group030021)AbstractDiscussedthestrategicsignificanceofcoaldirectliquificatbnintennsofenergydistributionandenviromnentalprotectionetc,presentedthedevelopinghistoryandthelatesttechnolo

31、gydevelopment,analysedthefeasibilityeconomyandprospectofthetechnofogyKeywordscoal,directliquificalbn,prospect,analysisNewDevelopnieiithUreaProductiveTecluiiqueTangWenqian(ShandongChanicalPlanningandDesignInstitute250013)YuJianhua(JinanPetrocheinicalGroupCoLtd250101)AbstractThroughtheinvestigationoft

32、heproductiveequpmentandtechnicalexchangeswiththepatentsellersabroadabouttheprocessofNHastrippingandCO:strippingwehavegottensomeinfonnatbnonthenewdevebpmentinureaproductivetechniqueinrecentyearsKeywordsstrippingprocess,urea,operatbnratb.annualoutputAdvancehPrenfloCoalGasificationZhaoRuitongChenJianli

33、(NationalResearchandEngineeringCenterforCoalSlurryGasificatbnandCoalChemicals277527)AbstractPrenffocoalgasificatbnbetongsunderpulverizedcoalgasificatbnprocessItssinilartoShellcoalgasificatbnandtheybothbetonginentrainedffow1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.gasificatiDnThispapergivesthehisto

34、ry.featureandadvanceofprenflocoalgasificatbnKeywordsentrainedflow,gasificatbn,pulverizedcoaLprenftoSummaryofUreaCapacityEnlargementofFullSolutionRecycliigTeclinologyfr(m60kt/ato100kt/aShiHongqiangLaiQingZhangJianpeng(FujianYonganZhishengUnitedChemicalCa366013)AbstractThispaperhastechnicalandeconomicanalysesaboutureacapacityenlarganentfrom60kt/ato100kt/abymodifyingmainunitsof60kt/atotalsolutbnrecyclingureaplant,suchasCOzcompressorliquidammoniapump,prinaryammoniumaminopumpureaconverterandmediumandbwpressureabsorptonand