氨气提法和二氧化碳气提法尿素生产技术的新进展及评价.doc

目录氨气提法和二氧化碳气提法尿素生产技术的新进展及评价2第一章 氨气提法尿素生产技术41.1 气提管由钛管改为双金属管41.2 滚筒造粒技术51.3 深度水解61.4 CO2压缩机的选型71.5造粒塔排风口尿素粉尘洗涤装置71.6 防爆措施8第二章 CO2气提法尿素生产技术92.1 采用新型高效的塔盘92.2 池式冷凝器112.3 降低尿素装置主框架的高度122.4 脱氢装置13结论与评价14致 谢15参考文献:16氨气提法和二氧化碳气提法尿素生产技术的新进展及评价专业班级：应用化工技术 学生姓名：王佳佳 指导教师： 职称： 讲师摘要 在回顾尿素生产的工业化及工艺流程演变的基础上 ,提出不同尿素工艺评价的原则 ,认为我国现有水溶液全循环法尿素装置的改造必须在降低蒸汽和电耗上下功夫1 ,由于技术的落后，提出了另外方法，通过对氨气提法和二氧化碳气提法的尿素专利商、生产装置的考察 ,了解到这 2 种技术近几年来的进展情况 ,并结合国内生产实际进行评价2。关键词： 气提法 工艺 运转率 年产量New Progress in Technology for Urea Production by Ammonia Stripping and Carbon-Dioxide Stripping their Comparison and EvaluationAbstract On the basis of review of commercialization of urea production and evolution of the processes, principles for evaluation of the various urea processes have been proposed. It is believed that in the retrofit of the total recycle aqueous solution urea units existing in China efforts must be concentrated on the decrease in steam and power consumption. Main measures are given for lowering the consumption. through an on-the-spot investigation of urea production units basedon the ammonia and carbon-dioxide stripping processes and a visit to the process licensors, the advances made in these two processesin recent years are known , and investment and evaluated in line with the actual production conditions in China.Keywordsstripping processonstream factor annual output 引言由于水溶液全循环法生产尿素存在需多弊端，浪费资源，对设备压力要求严格，因此为加快我国化肥建设速度 ,了解国外尿素生产技术的新进展 ,中国技术进出口总公司于1997年 8 月组团赴意大利、德国、法国等国考察尿素生产技术及关键设备 ,先后访问了意大利斯奈姆普罗盖提总部、海德鲁公司费拉拉工厂、德国海德鲁公司布伦斯特工厂、法国科来布斯公司 ,荷兰斯塔米卡邦公司派员到科来布斯公司进行了技术交流。本文主要叙述在尿素生产技术中竞争力很强的斯奈姆普罗盖提的氨气提法和斯塔米卡邦的二氧化碳气提法尿素生产技术的新进展情况 ,结合我国大中型尿素生产实际情况 , 对两种生产方法进行评价3。第一章 氨气提法尿素生产技术斯奈姆公司总部设在意大利米兰 ,是意大利国营 Eni 公司的子公司 ,主要从事炼油、天然气输送、化工、化肥、民用建筑、桥梁、海底油管和环保等工程项目的设计及承包工作。公司全体员工 3670 人 ,意大利本土 1878 人 ,其中米兰总部 684 人 ,罗马分部 204 人 ,1996 年营业额为 31 亿美元。氨气提法尿素技术是斯那姆公司的专有技术 ,1966 年半工业化 ,1971 年实现了工业化。从1971 年至今在世界各地建成 95 套装置 ,地区分布为:欧洲 11 套 ,亚洲 71 套 ,美洲 12 套 ,其它 1 套。我国从 80 年代末开始引进氨气提法尿素技术 ,1990 年至 1995 年期间建成的有中原、锦西、建峰和川天化 4 套大型装置 ,1996年建成和正在基建中的大中型尿素装置 18 套 ,总生产能力约 800 万 t/a。斯奈姆公司在保持了氨气提法原有的热效率高、低能耗、操作弹性大、低框架布置等特点外 ,近几年来在工艺上主要进行了如下的改进4。1.1 气提管由钛管改为双金属管在高温、高压的条件下 ,金属钛管在尿素、氨基甲酸铵溶液中表现出良好的耐腐蚀性能。但钛管在气提塔的腐蚀环境中 ,如遇到液流方向突然变向、受碰撞的地方或突然气化的地方 ,仍有腐蚀发生 ,如上部钛管发生减薄或有的管道穿孔5。斯奈姆公司自 1991 年 9 月在突尼斯的蒙装斯工厂 1 200 t/ d 尿素装置上使用双金属管进行试验 ,经 6 年的运行 ,仍未出现任何问题 ,现欲推广使用。双金属管的外管材质为 25 - 22 - 2 （Cr25 %,Ni22 %,Mo2 % ),厚度为 2mm;内层管材质为锆 ,厚度为 0. 7 mm。锆材非常坚硬 ,耐腐蚀性能好6。1.2 滚筒造粒技术尿素造粒技术分为塔式喷淋造粒、流化床造粒和滚筒造粒。采用塔式喷淋造粒只能生产出小颗粒尿素 粒径小于 2.5 mm ,采用流化床造粒和滚筒造粒均能生产出大颗粒尿素 粒径为 28 mm。与小颗粒尿素相比 ,大颗粒尿素具有强度高、不易结块、肥效利用率高的优点。欧洲已有许多塔式喷淋造粒改产大颗粒尿素 ,现在欧洲生产大、小颗粒尿素的厂家各占一半。大颗粒尿素生产技术有海德鲁的流化床造粒和斯那姆公司开发的滚筒造粒技术 ,本文主要介绍斯奈姆滚筒造粒技术 ,工艺流程见图 17。意大利费拉拉工厂滚筒造粒装置于 1990年9 月建成 ,生产能力为 1650 t/ d ,造粒器直径为 3 000 ,L =9 000。尿液 质量分数 99.4 %99.8 % 经泵加压至 500600kPa 进入造粒器内的喷射长管 4 根 ,开有许多小孔 ,尿液从小孔射出;造粒器内同时加入返料晶种和散热介质空气 ,空气入造粒器的温度为 5060,出造粒器最高温度 115;出造粒器的尿素经冷却、斗提机、筛分后得成品尿素;不符合成品要求的尿素经粉碎机破碎后与筛分后的粉末尿素合为一体进造粒器作为造粒晶种 ,返料比为21;出造粒器的粉尘经水洗、酸洗后排放 ,排放尾气中 NH3 为 20 mg/ m3 ,尿素为 15 mg/ m3 ;酸洗用硫酸浓度为 10 %20 % 吸收造粒器的尾气之后成为硫酸铵和尿素溶液 ,可返回尿素系统 ,成品尿素中硫酸铵含量约为 2 500 - 610 ,或者将溶液循环至硫酸铵质量分数约40 %出售。尿素滚筒造粒单耗如表 1 示8。表 1 滚筒造粒单耗项目消耗蒸汽45kg电力24kwh甲醛3kg脱盐水80kg造粒成本4572元1.3 深度水解吨尿素理论生成水量 300 kg ,但因有真空系统的蒸汽冷凝水和系统的冲洗水等 ,工艺水量可达 600 kg。工艺水中氨质量分数为 4 %5 %,CO 2为 1. 5 %2 %,尿素 0. 5 %1. 0 %.因此 ,一般尿素厂设有工艺废水低压解吸处理装置 ,经处理后排放的废水中含 NH30. 07 %,尿素 0. 5 %1. 0 %。近 10年来 ,发达国家对排放废水中氨氮的含量严加限制 ,并以法令的形式作了规定 ,如意大利国家标准中总 N 以NH4+计为 15 mg/L ;欧洲肥料制造商协会规定排放水中尿素含量为 1 mg/L ,氨 5 mg/L。废水中的氨可用蒸汽和空气气提 ,尿素可采用生物氧化法、反渗析法、次氯酸盐氧化法离子交换法、亚硝酸盐氧化法和水解法处理。斯奈姆公司对尿素废水深度水解在取得小试和中试成果的基础上 ,于 1983 年在为特立尼达和多巴哥的国家能源公司设计的 1 座 1620t/ d尿素装置中应用深度水解处理尿素废水获得成功9。经多年的改进 ,工艺流程如图 2 示。主要设备 ,如水解器为卧式 ,内有隔板 ,蒸汽压力为 3. 5 MPa (表压),温度一般保持在230;精馏塔为立式浮阀板式塔 ,操作压力为0.150.35 MPa(表压) ,低压蒸汽直接加入塔内。经处理后的废水 ,氨和尿素含量均小于 110-6 ,可作锅炉给水 ,实现了尿素装置无废水排放10。1.4 CO2压缩机的选型70 年代初 ,斯奈姆公司在意大利的尼开姆工厂成功地应用了第一台离心式 CO2压缩机。斯奈姆公司通过反复比较后认为:当尿素生产能力大于 800 t/ d 时 ,宜选用离心式 CO2压缩机 ,采用蒸汽拖动;当尿素生产能力小于800 t/ d时 ，宜选用往复式 ,采用电机拖动11。1.5造粒塔排风口尿素粉尘洗涤装置在自然通风的条件下 ,喷淋式造粒塔塔顶排放气体中尿素粉尘为 90 mg/ m3。设有除尘装置的新型造粒塔排出空气中的粉尘含量经测定为 4050 mg/ m3,该指标对大多数的国家和地区是可以接受的 ,但仍不能满足部分国家和地区的要求。为此 ,斯那姆公司开发了尿素粉尘洗涤工艺 ,详见图 312。采用该工艺后 ,造粒塔粉尘排放量降至 15mg/m3 以下 ,吨尿素电力消耗为 9 kWh (按生产规模为 1 000 t/ d计)。1.6 防爆措施氨气提法尿素工艺钝化加氧量为 0. 25 %,惰性气体经洗涤回收氨之后 ,其组成仍在爆炸范围之内 ,仍存在潜在爆炸的危险性。斯奈姆公司在这方面又开发了 1 项新技术 ,即在惰洗气的洗涤系统内加入天然气或合成弛放气,以改变惰性气体回收氨后的组成,置于爆炸区之外,确保安全。以 1750 t/ d 生产规模为例,加甲烷量为 150 m3/ h (标态),经洗涤后的惰洗气送一段炉燃烧用。工艺流程见图413。第二章 CO2气提法尿素生产技术斯塔米卡邦公司是荷兰 DSM 能源股份公司的子公司。DSM 是一家大型国际联合化工集团 ,在全球拥有 1.7 万名员工 ,主要业务和产品有石油和天然气的勘察和生产、石油化工、三聚氰胺、化肥、精细化工等 ,1996 年销售额为 60亿美元。斯塔米卡邦公司专门从事转让 DSM集团的专利技术业务 ,提供工艺软件包、基础设计,负责技术指导和开车14。斯塔米卡邦的尿素技术已有悠久的历史 , 承建了 200 多套尿素装置(含CO2气提法 117套) ,设计能力在 202 000 t/ d。我国引进了斯塔米卡邦 CO2气提法尿素生产装置 13 套 ,总生产能力为 730 万 t/a。斯塔米卡邦专家介绍了近几年来推出的CO2气提新工艺 ,即尿素 2000+TM。与原 CO2气提法相比 ,该工艺有如下改进15。2.1 采用新型高效的塔盘传统多孔塔盘的尿素合成塔内存在返混和沟流现象(图5),部分液体通过塔壁和塔盘之间的环隙沟流到下一格内 ,致使该股流体在合成塔内停留时间降至最短。返混是液体经塔盘漏到前一格中 ,延长了不必要的停留时间 ,降低了塔内转化率。新型高效塔盘(图 6)上设有气体分布系统的液体上升管 ,以使塔盘上气相和液相之间混合均匀 ,完全消除了沟流和返混现象。若将原合成塔改装新型高效塔盘 ,可使生产能力提高35 %。对新建尿素装置而言 ,尿素合成塔容积可减少 25 %。美国路易斯安那州唐德桑威利市C. F.工业公司尿素装置等厂已应用了此新型高效塔盘技术16。2.2 池式冷凝器池式冷凝器是具有浸没 U 形管束的卧式容器。此容器是由内衬尿素级 316L 不锈钢加工制做 ,所有内件及管子堆焊均为 25 - 22 - 2型不锈钢材质(图7)。采用池式冷凝器的尿素合成部分工艺流程见图 817。池式冷凝器已应用于孟加拉国吉大港的戈尔诺普利化肥有限公司的日产 1725 t 尿素装置中 ,取得良好的效果。池式冷凝器与传统立式降膜冷凝器的比较见表 2。2.3 降低尿素装置主框架的高度CO2气提法原采用合成段高框架布置 ,现采用新型高效塔盘、池式冷凝器、减少合成塔的容积和降低塔的高度、增设借液氨为动力的高压氨喷射器等措施 ,使主框架由原 76 m 降至38.5 m ,从而解决了因主框架高而造成的操作、检修不方便和造价高的问题(图9)19。斯塔米卡邦现正在 DSM 公司荷兰格林工厂新建1 座日1150 t 尿素厂 ,采用卧式合成塔 ,即将尿素合成塔和池式冷凝器合为一体 ,可将主框架高度降至 22.5 m。2.4 脱氢装置合成氨装置来的CO2气中含H2约0.5 %,钝化空气含O20.6 %0.8 %,该组成在惰性气体洗涤器内存有爆炸的危险性 ,因此在CO2压缩系统内增设CO2脱H2装置20。 结论与评价(1) CO2气提工艺自 1967 年第一套生产装置投入运行以来 ,在技术改进和降低投资方面不断取得进展 ,目前总的日产量约为 13.5 万t。近几年来 ,斯塔米卡邦又对CO2气提技术作了新的改进,使该工艺生产更安全可靠,原料消耗接近理论值,降低了工程造价,生产操作和维修方便,将CO2气提技术提高到一个新的水平21。(2)氨气提工艺自 1976 年工业化以来,由于它采用低框架布置和具有较高的转化率等优点,吸引了不少的业主,目前总的日产能力为10.5万t。近几年来,在气提管防腐蚀方面取得较大的进展,在滚筒造粒、深度水解、造粒塔除尘等方面取得新进展,使氨气提技术更为完善22。(3)NH3气提法操作弹性优于CO2气提法;CO2气提法故障少 ,生产稳定性好 ,年操作率高 ,经济效益优于NH3气提法;CO2气提法基建投资比氨气提法约低 15 %;CO2气提法工艺流程较短 ,设备材质较易解决 ,设备国产化率等方面优于氨气提法23。综上分析 ,CO 2气提法与氨气提法相比 ,应该讲是具有一定优势的 ,主要体现在投资省、年操作率高和经济效益好等方面。因此 ,对于我国“九五”期间新建大、中型尿素厂及部分中型厂技术改造 ,须认真研究 CO2气提法 2000+TM新工艺。同时 ,我们也要密切注意氨气提法的技术动向。今后我们还需要通过技术交流、工程招标 ,从技术先进、投资大小及工艺承包商的资责等方面综合考虑 ,选出适合国情的尿素生产工艺。 致 谢如火的六月，我即将毕业，缤纷的三年大学生活，真有些依依不舍。回顾三年的大学生活，我是多么庆幸自己能碰上这么多好老师、好同学。他们对我成长的关心和帮助，使我终生受益。在他们身上，我看到的是为人师表的高尚情操，学到的是丰富的知识和做人的道理。在此，对他们表示我最真诚的感谢！特别要感谢我的论文指导老师!老师学识渊博，教学有方，有亲和力，心底里庆幸自己能碰上她这样的好老师。老师自己的工作十分繁忙，但她一直耐心地指导我，从论文选题到最终定稿，每一步都充满了老师对学生的深深关心和她无穷的智慧。借此机会，向她表示我衷心的感谢，谢谢您老师！祝福曾经关心过我的所有老师、同学健康，快乐，工作顺利!参考文献:1 邢海涛. 每月一题(9)(工艺路线)J. 机械工人.冷加工, 2005,(09)2 朱长惠. 气流纺纱工艺技术路线和推广应用述评J. 纺织学报, 1988,(02)3 黄鸿森. 多彩牌4040府绸J. 北京纺织, 1980,(04)4 付艳华. 气提法尿素生产工艺的比较J. 安徽职业技术学院学报, 2007,(01)5 李健勇. 如何编写车削加工中的工艺路线J. 职教论坛, 2005,(23)6 汤山南. 软连接加工工艺的改进J. 低压电器, 1986,(06)7 陆锦星, 余滨元, 汪如, 黄金珠, 王绣莺. 浅谈经编企业老厂技术改造J. 纺织学报, 1983,(07)8 牛长山. 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