王 杰,谢红飞

(阳煤丰喜肥业集团有限责任公司 稷山分公司,山西 稷山 043200)

常压一步法生产三聚氰胺在纯碱企业的应用

王 杰,谢红飞

(阳煤丰喜肥业集团有限责任公司 稷山分公司,山西 稷山 043200)

介绍了常压一步法生产三聚氰胺工艺在我公司的实际运行情况,以及运用此技术带来的优势,和对此技术的进一步开发。

三聚氰胺;常压一步法;常压一步法串循环法

1 引进国内先进的常压一步法工艺

以尿素为原料生产三聚氰胺,按照反应条件的不同,生产工艺可分为高压法、低压法和常压法三类。目前世界上技术先进、竞争力较强的主要有日本新日产 Nissan法和意大利 Allied-Eurotechnica的高压法,荷兰DSM低压法和德国BASF的常压法。

河南中原化工有限公司1998年引进意大利的高压法生产工艺,该工艺主要是利用尿素在高温、高压下热解成三聚氰胺,具有如下特点:①反应无需催化剂,不担心催化剂的中毒和对产品的污染问题,操作稳定,产品质量好;②操作压力高,规模较大,能耗低,运行费用低;③副产的尾气因压力较高,利用方便,易于联产尿素,降低产品成本;④工艺为液相反应,不易结晶堵塞;但在高温、高压下,反应介质腐蚀性强,设备材料等级要求较高,控制系统复杂,一次投资大。

川化集团有限公司国内第一家引进荷兰DSM公司低压催化法生产工艺,主要是以脱除二氧化碳的氨气为载气,使雾状尿素与硅铝催化剂作用下生成粗制品三聚氰胺,然后再将产品经净化工段精制。该装置生产能力1.2万t/a,该工艺自身带有1套尿素装置,以处理三聚氰胺反应产生的副产物,有利于连续稳定生产和降低原材料消耗。由于在工艺和设计上都存在着严重缺陷,长期以来达不到设计能力,工艺相对复杂,劳动强度大,氨压机、解吸塔等也存在设计的问题,氨耗高,成品回收率仅为85%,难以达到预期效果。

稷山分公司以变换气、真空盐为原料,联合生产纯碱的能力为16万t/a,2006年本公司反复对多个三聚氰胺的生产工艺进行对比,最后决定采用丁泽华设计的常压一步法制取三聚氰胺的新工艺,并率先投用1万t/a生产线,此工艺具有以下特点:

1)生产流程短

常压一步法生产三聚氰胺,直接选用从合成氨工段氨冷过来的氨气为载气,经过预热后,然后进入流化床反应器,作为流化床的载体气氨,在流化床反应器温度为380～400℃的条件下,从液态尿素循环泵分支过来的液态尿素进入流化床反应器,在催化剂——硅胶/硅铝胶的作用下,经过一系列反应生成三聚氰胺气体,其化学反应式如下:6 CO(NH2)2→C3N6H6+6 NH3+3 CO2。反应后的尾气直接送到纯碱和氯化铵的吸收岗位,去生产纯碱和氯化铵。

2)生产成本低

①直接选用合成氨气为载气,相比循环法,无需增加900 kW载气压缩机。

②选用纯净的氨气作为载气,有利于尿素的分解,提高了尿素的利用率。我公司1万t/a装置吨胺消耗尿素平均3 t,相比循环法吨胺耗尿素3.15 t,低0.15 t。

③当前常压一步法吨胺催化剂消耗为8 kg左右,低于循环法的平均水平2 kg。

④不需新建尾气处理装置,三聚氰胺生产的尾气,富含NH3和CO2,经测算,NH3浓度超过90%,能直接送纯碱MII和MI高位吸收器,无需用一吸塔、二吸塔等设备对尾气进行氨碳分离。

⑤尾气得到经济合理的利用,提高了联碱双吨产量。2006年9月份,本公司联产三胺以来,随着三胺副产氨气和二氧化碳浓度的增加,联碱双吨产量持续攀升,日产由同期的950 t左右提升到1 080 t,年增加双吨产量突破4万t。联产三胺为公司提高双吨产量,实现企业效益最大化提供了保障。

⑥减少本公司外购氨,为企业减少运输费用。在1万t/a三聚氰胺投产以前,稷山分公司年产合成氨5.5万t左右、年产双吨超过35万t、年外购液氨6 000～8 000 t;而在联产1万t/a三胺后,以同期双吨产量为参照,同比可减少外购氨3 000 t/a。

2 常压一步法串联循环新工艺的开发

1万t/a三聚氰胺投产后,效益良好,但在稷山分公司5.5万t/a的合成氨生产能力的情况下,无法继续使用合成氨做载气继续扩大提高三胺生产能力,为了进一步提高实物产量,追求最大效益。本公司技术人员大胆设想用1万t/a的尾气作为一套新系统的载气,经过大量的考察、反复论证和计算,采用了常压一步法串循环法,新增1套1.5万t/a三聚氰胺装置。此工艺在技术上是创新的,目前国内尚无成熟板本,但是就其反应基理和我公司载体的气体成分分析,理论上讲是完全可行的,是2套工艺的有机结合。此装置2008年4月份投产,经72 h考核,该装置运行可以达到预期效果。

2.1 常压一步法串联循环法技术先进

根据三聚氰胺的反应基理,等同工况下载气成分中氨气浓度越高越利于推动反应向生成方向进行。经测算以纯气氨为载气的常压一步法,其尾气中的氨浓度可达92.47%,较循环法尾气中氨浓度的70%高出22.47%。因此,以常压一步法尾气作循环法的载气理论上是可行的。而我公司常压一步法与目前国内常见的常压法循环法的压力、温度等工艺参数基本相同,所不同的是常压一步法的尾气送后工序处理,循环法把75%左右的尾气循环使用。以常压一步法尾气为载气串联循环法生产三聚氰胺具有以下优势:

1)常压一步法后串联循环法相比单独上循环法具有节电、节约尿素消耗明显之优势。经过多次实验,实现同样的三胺产量,载气压缩机的运行电流较设计可降低10 A,即每小时可节约动力电6 000× 10×1.732/1 000=103.92 kW·h,年节约动力电831 360 kW·h。

2)利用1万t/a常压一步法三胺的尾气串联1.5万t/a循环法有减少尾气量优势。在1万t/a常压一步法三胺装置之后串联1.5万t/a循环法,尾气总量较普通常压循环法的 3 721 m3/h减少1 902 m3/h,仅占循环法尾气总量3 721 m3/h的51.12%。

3)在常压一步法后串联循环法比普通循环法的氨气浓度高出10.29%,有利于联碱碳化岗位吸收反应的进行。

4)减少循环法压缩机机械磨损。由于一期三胺系统气体流速相对慢,尾气所带的杂质较循环法压缩系统也相对少,这样减少了循环法压缩机机械磨损,延长了压缩机叶轮使用寿命。

2.2 明显的效益优势

1)成本优势

①三聚氰胺作为尿素的下游产品,消耗了尿素,提高了产品附加值,可实现利润最大化。

②稷山分公司的合成氨能力为5.5万t/a,如仅用合成氨的纯氨气做载气,只能配套1万t/a合成胺。运用常压一步法串联循环法的新技术,就可以新增1套1.5万t/a三聚氰胺生产装置,增加了本公司的实物产量,提高了企业效益,实现了利润最大化。

2)资源优势

①有技术先进,能耗低、成本低且生产水平达到全国同行业先进行业的变换气制碱装置,现装置生产能力和公司公用工程富余,不需做大的改造。

②用周边公司生产的尿素装置筛分下来的粉末尿素、小颗粒尿素为原料,减少粉末尿素、小颗粒尿素降价处理的损失,又提高了尿素产品质量。

③2007年,分公司每年仍需购进液氨7 000余t,补充联碱生产缺口,增加此套装置后年可副产气氨折液氨5 000余t,满足现有联碱装置需求。

3 发展循环经济,符合国家产业政策

1)分公司三聚氰胺产能达到2.5万t/a可以做到内部副产蒸汽自给,除开车过程外不需外供蒸汽。

2)熔盐炉使用优质低硫煤,其炉灰送公司35 t/h循环流化床锅炉二次利用,再次利用后,渣中含炭量<3.0%。

3)固体尿素在尿素熔融釜中熔融过程中约有5%左右的尿素受热水解,所排气体集中收集用纯碱母液吸收后返回联碱系统,回收利用率99%。

4)系统所产生的过滤废渣因含有较高的固态氮元素,是较好的鱼饲料,深受渔民青睐。

5)系统检修时,用联碱系统的炉气(主要成分CO2)置换,置换气体送联碱系统使用。

4 结 论

近3年的生产实践证明,常压一步法生产三聚氰胺工艺技术发展成熟,运行稳定,产品质量优,能耗、消耗、成本低,且附加值高、利润高,原料来源方便,尤其是与变换气联碱装置联产,具有明显地成本优势。常压一步法串联循环法,是稷山分公司继变换气制碱后取得的又一突破性成果,在国内尚属首例,此工艺不仅具有常压一步法的先进之处,而且在现有合成氨能力不足的情况下,仍扩大了三聚氰胺产能,提高了联碱双吨产量。

三聚氰胺作为现阶段的清洁化工原料,与人们的生活密切相关,市场潜力很大,各个技术开发公司正积极改进技术,扩大规模,降低产品成本,增强市场占有率。随着国内和国际市场需求的增加,必将推动三聚氰胺生产技术的发展。

TQ 441.41;TQ 14.162

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1005-8370(2010)04-27-03

2010-05-25

王 杰(1983—),工程师。现在阳煤丰喜肥业集团有限责任公司稷山分公司工作,主攻方向——化工工艺。