国内外尿素工业发展综合评述Word文件下载.docx
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80年代尿素工艺的流程开发工作趋于平缓,研究和开发工作的重点在于强化单元设备,环境保护,改善和提高成品质量等方面,随着实验手段的提高,计算机技术的加入,使尿素理论研究工作也有新的发展,从而又为尿素的工艺、工程的改进创造了良好条件。
此类工作进行较为有效的是荷兰Stamicarbon公司、瑞士UreaCasale公司、日本TEC公司以及美国孟山都公司下属的UreaTechnologiesInc.。
进入90年代,尿素生产的工艺和工程二方面的工作都已取得了明显的效果。
但随着能源价格的提高,尿素的需求量相对稳定,而作为世界尿素最大进口国的中国的市场需求量减少(我国尿素工业快速发展,自产尿素量增加),致使国外尿素工业发展缓慢,国外公司的工作着眼点转向于如何使已经获得工业化成果以及节能增产,提高和改进成品质量,并减少环境污染等方面,以求进入发展中国家,特别是中国市场。
另外在提高操作的智能化和计算机运用上,也取得了较好的发展,80年代有关计算机在尿素工厂应用的论文发表数量极少,而目前各个仪表、电器公司在通过协作在软件技术上有了较大进展,从而也积极的采用各种方式向工厂推广使用。
下表列出50年来世界尿素年产量增加情况,由此也能明显地看出尿素工业的发展。
表1.世界尿素年产量,万吨/年(实物)
年份
1950
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1999
产量
20
150
324
936
2480
4680
5800
7550
8000
下边表列出我国尿素的年产量,此表也能清晰地反映我国尿素工业发展的全貌。
表2.中国尿素年产量,万吨/年(实物)
1994
2007
3.3
12.4
33.9
650
882.5
1060.8
1523.2
2100
4988.1
我国尿素生产始于50年代,经历了理论研究、工艺探索、设计制造,嗣后采用了半循环法,而后又改进为高效半循环法。
60年代自行开发成功和引进的碳铵盐全循环法的生产装置,建立了中型氮肥厂,尽管此法消耗比较高,工艺落后,采用此法建立的中型尿素厂(年产8~16万吨)有40多套,90年代建立的小型尿素生产装置有百余套。
70年代引进了DSM公司CO2汽提法大型装置16套,引进MTC/TEC的改进C法大型生产装置2套;
80年代又引进了意大利的I.D.R.法进行了泸州天然气化工厂的改造;
河南中原化肥厂则引进了新氨汽提法建立了一套大型生产装置,采用该方法又建立了四套中型生产装置;
近年来又引进了日本TEC公司的ACES法在陕西渭南建立了一套大型生产装置。
除此之外小型生产装置也有CO2汽提法、ACES法,另外,我国四川曾购买了三套年产万吨的UTI法的二手装置,因此,我国已具备世界尿素新老工艺技术橱窗的条件。
从前表可以看出我国尿素生产的两大飞跃:
70年代后期引进装置的投运和中型厂陆续投产。
这二者均系政治因素起了决定作用。
1985年进口尿素量达到355万吨,我国既是世界上进口尿素最多的国家,也成为当时世界上消费尿素最大的国家。
90年代百余套小型尿素生产装置投入生产,又出现第二次大的飞跃。
最近10年尿素的产量又增加了2.37倍,起决定因素的是市场需求,然而其中也有一轰而上的因素。
目前国内已投运的装置特点评述及比较
在我国投运的生产装置就其规模而言可以分为大、中、小型三类。
大型装置年产尿素约50~60万吨,通过技术改造尚有一些潜力可挖,中型装置的设计能力为8~16万吨/年,绝大多数尚在设计规模,技术改造很少,潜力没能发挥,小型装置设计能力为4~6万吨/年,近年来通过不断技术改造,单套生产能力达到300~500吨/日,因此,如果中型装置不进行技术改造则中小型装置的界限很难再加以区分。
就生产工艺而言,仍可分为传统水溶液全循环法和汽提水溶液全循环法二种,我们将对已经投运的各种工艺进行剖析,谈谈我们的认识。
2.1水溶液全循环法流程
按此方法建立的生产装置占全国尿素生产装置总数的80%以上,而其生产能力还不到全国总产量的50%,中小型装置绝大多数采用此法,而大型装置仅有2套采用此法。
目前能耗最高,节能增产潜力最大,技术改造最有前途的也是此类装置。
表5.几种不同的水溶液全循环法能耗表(吨尿素计)
传统1法
传统2法
改良C法
NH3提
UTI
蒸汽
1.7吨
1.6吨
1.2吨
0.9吨
0.8吨
电
160度
86度
24.5度
137.5度
水
140米3
155米3
99米3
88米3
CO2转化率
63%
66%
70%
65%
72%
热利用率
10%
15%
25%
55%
85%
2.1.1传统1和传统2全循环法的比较
中型化肥厂沿袭了Stamicarbon的工艺流程进行设计,此流程虽然陈旧,但设备制造简便,以致90年代蜂拥而起的小型尿素厂绝大多数也采用这种工艺,但小型装置的设计作了一些修改,故而操作更稳定,能耗也有了一些下降。
中型厂采用传统1法,小型厂采用传统2法。
【传统1法】采用了预分离流程,预分离气进入蒸发热利用段,无二甲液加入,仅利用显热和部分冷凝热,前期的合成塔内没有强调防止反应液的返混,故CO2转化率仅在64%左右,则蒸汽的消耗要高出200公斤/吨尿素。
【传统2法】在传统1法的基础上,设计单位经过精心考虑作了几个比较成功的改进。
2.1.1.1吸收塔采用一吸外冷器,并改进了原先的配管,甲铵泵进口由原来的外冷器改为吸收塔鼓泡段下部,稳定了一吸塔的操作。
2.1.1.2到预分离器改成预精馏塔,降低了中压分解的气相带水量,顺便提一下,预精馏的工艺早在1965年南京永利碱厂尿素车间曾专题讨论过预分离和预精馏的比较,1964年东洋高压工程公司来华技术座谈时,在介绍全循环C法时,也专门就预精馏和预分离设备作了详细介绍,他们的设备和宁厂的精馏塔不一样,是将一段分解气进入预分离器中部,预分离器上部有几层塔板,合成塔出液进入预分离器上部在塔板上进行气液交换以降低中压分解气的气相带水量。
采用预精馏流程比预分离流程少带水80公斤。
2.1.1.3参照国外流程将二甲液和预精馏气在一段蒸发热利用段混合,这样较多的甲铵生成热得到利用,仅此点就比传统1法节约100公斤蒸汽。
2.1.1.4尿素合成塔在初期设计中仅有折流板,没有多孔板,在总结了国内外的操作经验后,在后来的设计中增加了几块多孔板,经过生产实践,同样的生产强度I=10吨/天·
米3时,传统2法的CO2转化率比传统1法高出约3%。
一般而言CO2转化率每提高1%,下游分解回收系统的蒸汽消耗能减少20~30公斤,这样也可节省蒸汽约100公斤。
所以目前小型尿素工厂的蒸汽消耗都能比原来的设计值低,与传统1法的生产装置降低200公斤,可以达到1.4吨/吨尿素,生产管理好的和技术改造见效的工厂可以达到1.3吨/吨尿素。
2.1.2改良C法与传统1法、2法的比较
改良C法是一个很有特色的水溶液全循环工艺,有很多地方可供技术改造借鉴。
此法与传统方法相比,在未反应物的分解回收处理原则上基本相同,但做了一些有效的改动。
2.1.2.1合成
为了提高合成的转化率,一个有效的措施是降低进料的H2O/CO2,而H2O/CO2与系统的水平衡有关,在吸收塔内一甲液的组成要保证CO2的完全吸收,加入的水量首先要满足这一基本要求,另外还要使一甲液组成在熔点以上,以满足溶液的流动性。
改良C法将一甲液组分定在H2O/CO2=1.36,操作温度在100℃,这样才能保证合成塔进料的H2O/CO2=0.37,但查得此时溶液已经已经接近熔点(结晶点),为此,在工艺流程将结晶的母液加入,由于尿素的出现,大大降低了一甲掖的熔点,使一甲液能顺利返回合成塔,同时由于H2O/CO2的降低,物系的平衡压也随之升高,为了提高反应速率,合成温度为195~200℃,这样必定要提高合成操作压力,选择25MPa,这就是改良C法不同于传统方法的原因。
没有结晶母液的返回,就不可能达到0.37的H2O/CO2。
过去国内有人曾说,改良C法不错,如果能把尿液加工的方式变变就好,却不知改结晶法为再熔融造粒的尿液加工,就不可能建立起改良C法,这也说明,每个工艺都有其特定的核心技术,去掉了核心技术,就失去了该工艺流程的特点。
由于转化率高达72%,就使每吨尿素分解未反应物少用200公斤蒸汽。
2.1.2.2中压循环系统
①中压分解
中压分解采用精馏塔—再沸器—降膜加热器的组合形式,与传统1法的预分力—加热器—分离器的流程相比出口温度为123℃,比一分气160℃要比低了37℃,此部分显热的热量得到回收,同时又降低了气相的带水量(每吨尿素小于70公斤,而传统1法为165公斤),与传统2法的精馏塔—再沸器流程相比,尿液在高温区(160℃)停留时间短了些,减少了副反应。
与传统1法2法比较,改良2法的甲铵分解率和总氨蒸出率要高,去低压分解的NH3和CO2分别为每吨95公斤和25公斤,此值小于传统二法的每吨尿素135公斤和52公斤。
②中压吸收
中压分解出气NH3和CO2生成热在吸收塔的外冷器中加热低压分解出来的溶液和加热热软水(用于液氨预热),其回收利用的程度是传统1法的两倍,此处比传统1法又要少用100公斤蒸汽。
2.1.2.3低压分解
约4%的原料CO2气体通入低压分解塔,既节约了CO2的压缩功(其量值不是很大),又使低压分解能在较低的温度下操作(比传统1法2法要低10~15℃)。
不仅能提高分解效率,还能降低副反应的进行。
低压吸收也由于母液的加入降低了物系的平衡压,即使在0.25MPa操作也能维持。
2.1.2.4降低成品的缩二脲含量
由于采取了结晶操作,缩二脲在母液中被带走,所以成品的缩二脲含量为0.3%,远小于所有方法0.8%的指标。
改良C法采用了离心式甲铵泵,并且采用蒸汽透平,此技术很先进,但只能在产量大的装置中才能实施。
通过剖析、比较,我们认为改良C法中有许多可以借鉴用于中小型尿素装置的技术改造中,我们“SHS”的改造工艺已经作了相应的设计,争取在一些管理较好的工厂内实施。
目前
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