張 龍 蔡京榮

CO2汽提與氨汽提尿素生產(chǎn)工藝的比較

張 龍 蔡京榮

(山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司山西運(yùn)城043200)

國內(nèi)尿素生產(chǎn)工藝主要是在引進(jìn)CO2汽提和氨汽提工藝的基礎(chǔ)上，經(jīng)多年消化和吸收，并根據(jù)實(shí)際情況加以適當(dāng)改進(jìn)，形成了目前以這2種工藝為主的格局。筆者根據(jù)在山西陽煤豐喜肥業(yè)(集團(tuán))有限公司臨猗分公司四分廠和山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司尿素裝置建設(shè)、運(yùn)行中總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)，對這2種生產(chǎn)工藝進(jìn)行客觀分析和比較，以期能為新建大中型尿素裝置選擇工藝路線、可靠性、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等方面提供參考。

1 工藝特點(diǎn)分析

CO2汽提工藝主要由CO2壓縮、合成系統(tǒng)、低壓循環(huán)系統(tǒng)、蒸發(fā)系統(tǒng)、解吸水解系統(tǒng)、造粒系統(tǒng)等工序組成，具有以下特點(diǎn)：①合成回路中氨過剩量低，合成塔氨碳比為2.95～3.10，操作壓力較低；② 用CO2作為汽提劑，汽提效率較高，汽提后的溶液只需一次減壓至低壓分解系統(tǒng)，工藝流程簡短；③合成系統(tǒng)壓力低，減少了原料氣輸送能耗，汽提效率高，低壓系統(tǒng)返回合成回路的循環(huán)甲銨液量少，減少了循環(huán)甲銨液的輸送功，故整體工藝動(dòng)力消耗較低；④原料CO2氣進(jìn)行脫氫處理，具有較高的工藝安全性。

氨汽提工藝主要由CO2壓縮、尿素合成、氨氣汽提、中壓分解與循環(huán)回收、低壓分解與循環(huán)回收、蒸發(fā)造粒等工序組成。相對于CO2汽提法，由于增加了中壓循環(huán)系統(tǒng)，工藝流程較長，因此工藝設(shè)備較多。

2 工藝比較

2.1 合成工藝

操作溫度、操作壓力、氨碳比、水碳比等因素在不同程度上影響著CO2轉(zhuǎn)化率。CO2轉(zhuǎn)化率隨氨碳比的上升而上升，隨水碳比的上升而下降。

氨汽提工藝中的氨碳比和操作溫度均比CO2汽提工藝高，因而有較高的CO2轉(zhuǎn)化率；但正是由于氨汽提工藝有較高的氨碳比，使其操作溫度和壓力都較CO2汽提工藝要高，因此，氨汽提塔不得不使用特殊材質(zhì)，并且需要增加中壓分解和回收工段，使得工藝流程復(fù)雜，設(shè)備數(shù)量較多，給操作管理帶來諸多不便，易造成事故和停車。目前，國內(nèi)CO2汽提工藝正努力通過提高氨碳比以提高CO2轉(zhuǎn)化率，而氨汽提工藝則著重延長物料在合成塔中的反應(yīng)時(shí)間以提高轉(zhuǎn)化率。2種尿素生產(chǎn)工藝比較見表1。

表1 2種尿素生產(chǎn)工藝比較

2.2 工藝布置

CO2汽提工藝由于高壓圈等壓操作，物料依靠重力流動(dòng)，高壓框架高達(dá)50 m，優(yōu)點(diǎn)是占地面積??；而氨汽提工藝則只需采用平面布置，優(yōu)點(diǎn)是檢修和操作方便，缺點(diǎn)是占地面積相對較大。

2.3 設(shè)備和材料腐蝕

CO2汽提工藝最可能產(chǎn)生腐蝕的是高壓圈設(shè)備和水解塔，而氨汽提工藝除以上設(shè)備外，中壓分解系統(tǒng)的設(shè)備也易發(fā)生腐蝕。CO2汽提工藝的尿素合成塔使用壽命一般在19～25年，CO2汽提塔使用壽命一般在17～21年，而氨汽提工藝的汽提塔使用壽命在15年左右。

3 工藝運(yùn)行

3.1 工藝穩(wěn)定性

這2種尿素生產(chǎn)工藝經(jīng)過多年的吸收、消化和發(fā)展，目前都趨于成熟，具有較高的穩(wěn)定性。長周期穩(wěn)定運(yùn)行、裝置運(yùn)轉(zhuǎn)率、年產(chǎn)量、消耗等指標(biāo)主要取決于煤、水、電等能源的優(yōu)勢和管理水平。

3.2 加氧量

CO2汽提工藝規(guī)定加入系統(tǒng)的氧量達(dá)到0.60%(體積分?jǐn)?shù)，下同)能保證尿素裝置的正常操作；盡管氨汽提工藝的加氧量只有0.35%～0.45%，但根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐來看，氨汽提塔的腐蝕情況較嚴(yán)重，需在塔底增加1臺空氣壓縮機(jī)，以彌補(bǔ)加氧量低帶來的不足。

3.3 工藝安全性

CO2汽提工藝設(shè)置了CO2脫氫工序，尾氣中不再含氫，從根本上消除了可能產(chǎn)生爆炸的危險(xiǎn)；而氨汽提工藝的中、低壓尾氣的組分處于爆炸區(qū)間，存在爆炸隱患。

3.4 操作彈性

CO2汽提工藝操作彈性較低，系統(tǒng)需在60%以上負(fù)荷條件下運(yùn)行，但開車及穩(wěn)定工藝的時(shí)間短；氨汽提工藝的操作彈性較大，系統(tǒng)可在40%負(fù)荷條件下運(yùn)行，裝置開車平穩(wěn)，但需要較長的時(shí)間，工藝操作回路多，在氣溫較高的生產(chǎn)工況下，中壓系統(tǒng)操作不穩(wěn)定，易引起停車。

3.5 開車條件

氨汽提法投料前對高壓系統(tǒng)的溫度和壓力有較高的要求(160 ℃，9.0 MPa)；CO2汽提法只需在常壓條件下升溫至130 ℃即可投料開車，相對比較容易操作。

3.6 消耗指標(biāo)

在系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下，CO2汽提和氨汽提工藝的噸尿素氨耗、冷卻水消耗和蒸汽消耗相差不大。由于CO2汽提工藝的循環(huán)量小，合成操作壓力稍低，噸尿素電耗比氨汽提工藝稍低。

3.7 高壓氨泵對工況的影響

早期的CO2汽提法在裝置界區(qū)內(nèi)未設(shè)置氨儲罐，液氨直接由合成氨單元引至尿素界區(qū)高壓氨泵進(jìn)口，由于工藝波動(dòng)時(shí)的緩沖能力差，因而氨泵的異常波動(dòng)對整體工況影響較大；目前的CO2汽提法經(jīng)過改良，大多增設(shè)了氨儲罐及緩沖槽，以減輕氨泵異常帶來的影響。相對而言，氨汽提法由于設(shè)有中壓系統(tǒng)、氨儲罐，氨泵異常對整體工況影響較小，也易于在線倒氨泵，因而整體上比CO2汽提工藝容易操作。

3.8 縮二脲含量的控制

縮二脲是在尿素生產(chǎn)過程的各個(gè)工序均會生成的一種副產(chǎn)物，其含量控制的好壞直接決定著產(chǎn)品的優(yōu)級品率和經(jīng)濟(jì)效益。在正常情況下，上述2種尿素生產(chǎn)工藝均可將產(chǎn)品中縮二脲含量控制在指標(biāo)范圍內(nèi)，但在工況波動(dòng)的情況下，2種工藝對縮二脲含量的控制各有側(cè)重點(diǎn)。

CO2汽提法主要通過以下措施來控制縮二脲含量：①在不降低汽提效率的前提下，盡量降低汽提塔出口的尿液溫度；②嚴(yán)格控制氨碳比在3.1～3.2；③盡量控制汽提塔在液位低限運(yùn)行；④盡量維持蒸發(fā)加熱器在溫度低限運(yùn)行；⑤控制生產(chǎn)負(fù)荷在70%以上。

氨汽提法主要通過以下措施來控制縮二脲含量：①提高氨碳比；②維持一、二段蒸發(fā)加熱溫度在低限操作；③降低各工序儲罐液位；④及時(shí)處理尿液貯槽液位；⑤定期熱洗蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)積存的縮二脲。

4 結(jié)語

綜上所述，2種尿素生產(chǎn)技術(shù)雖各有優(yōu)劣，但都是目前先進(jìn)的生產(chǎn)工藝。從投資方面相比，CO2汽提工藝由于設(shè)備臺數(shù)少，比氨汽提工藝略有節(jié)??；而氨汽提工藝則采用平面布置，便于檢修和操作，且具有較高的合成轉(zhuǎn)化率。新建裝置可根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合2種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)選擇合適的工藝路線。

2016- 02- 18)