梁建新

（国家电投集团新疆能源化工有限责任公司，新疆 乌鲁木齐830010）

1 尿素关键技术

目前尿素技术市场中常用的是水溶液全循环法，经过十多年的运用，其工艺技术得以改善。为选择科学、合理的尿素生产工艺，将上述几种方法特点、经济效益等对比，为生产工艺技术的选择提供参考。根据国内当前资源情况分析，天然气的供应量少，且轻、渣油水的价格一直持续上涨，在气头尿素装置中，天然气生产成本则高达80%[1]。所以在能源价格上涨的大局情况下煤头尿素优势也会不断提升，在煤矿资源区域需可以发展以煤作为原料的氮肥生产装置。且需要考虑产品多元化的问题及可持续发展的情况，在设立氮肥时还需要建设甲醇的装置，这不管是对于效益还是成本来说，均有利于均衡发展，且让企业有一定的抗风险能力。

1.1 氨气提工艺与斯那姆工艺[2]

这一工艺的核心做法为利用过多的氨，以此作为自气提剂的一种全循环气提过程。合成回路可以突出其特点：操作时设置15.0～15.5MPa 的压力，在塔入口处将反应温度控制在186～189℃。这样的操作条件可达65%～67%的CO2转化率。在塔内，多层孔板可防止返流混合，在良好条件下生成尿素。

因为过量的氨气提作用，当液体入塔后，分解了多数未被转化的甲铵，因此可达到高达85%的路尿素产率。而剩下的物资（游离氨、甲铵）可在相应的条件被分解、回收。

从顶端而出的CO2、NH3，与中压甲铵混合，通过冷凝作用返回至合成塔。冷凝器利用的是通过冷凝而产生的低压蒸汽，这样就可以供给下游处的蒸发、分解所利用。

同时，该方法还具有一系列的热回收措施，大大节约了水和蒸汽。例如，合成塔中的液氨可以通过低压预热分解，预汽化器可以通过中压分解气加热，直到给水经过水解处理，回收的低压蒸汽可以用于第二阶段蒸发。在40%负荷中运行其操作具有一定弹性。

CO2气提法为专利法，也是工业化开始用的较早的技术，在各范围内均有广泛使用，生产能力比较足。其特点在于：在CO2—NH3—H2O 系统共沸点温度上运用高压圈，对于转化率不过度追求，而在考虑CO2与NH3的两者转化率，对各方因素加以综合分析，用最低成本得到最良的氨碳比。气提剂用CO2，效果理想，不会产生太多的氨，在中压分解回收时无需操作，流程有了相应的减少，让设备投资更少。由于增加了环境污染处理系统，即废水深度解吸系统，可让废水中氨、尿素的含量减少至5ppm，回收后作为锅炉给水之用。

1.2 CO2 气提工艺与斯塔米卡邦工艺[3]

第一种：60%的CO2转化率在池式冷凝器完成，其他的则在圆筒型合成塔里完成，框架高度只需要33m 即可，比原来使用的78m 下降了非常多。且容积也大大缩小。

第二种：尿素合成全在池式冷凝器中完成，这就是池式冷凝反应器，传统的尿素合成塔取消了，这让其框架布置得到了降低。

当前CO2气提法通过上面所说的优化效果理想，表现如下：保持低氨碳比、高分解率、低分解压力，确保了系统的可靠、安全，减少了设备的磨损，运行周期得以增加，让氨耗、蒸汽的耗量下降。与ACES 法相同1t 尿素消耗指标和氨气提法是一样的。且污染情况也得到了改善，启动的时间大大减少，只需要1d 的时间即可达到了满负荷的运行情况。减少框架高度，安装、操作、检修等都非常方便，节约了投资。

同时，有着极高的回收率。实际操作中高压甲铵冷凝器的压力较高，所以期间凝点温度有明显变化，使反应冷凝热得到高效运行。反应热部分用在副产0.5MPa 低压蒸汽，另外的用在加热气提塔出的尿液。中压分解气冷凝热主要是在尿液浓缩中运用，并且消除尿液中的污染。因为废气使用吸收塔之后净化放空，NH3含量不高，这时工艺冷凝液水解之后可以利用锅炉这一设备进行处理。造粒机的顶端安装除尘系统，可以降低气体的含尘量，使其低于20 mg/Nm3。

汽提塔结构比较特殊，上方是板式塔，下方是降膜式换热器。一方面针对尿素水解、缩二脲形成进行抑制，另一方面可以使用二氧化碳汽提法分离没有转化的甲基铵、过量氨，达到降低蒸汽消耗的目的。

合成塔、高压氨基甲酸铵冷凝器、高压洗涤器在设置期间，需要使用高层框架，造价也不低。

2 技术方案的遴选[4]

以上的工艺，其能耗是比较类似的，理论值也接近。从热利用及对三废的处理方面比较，二氧化碳气提法的投资不高但能耗高，而ACES 法的使用率却不高。当前，二氧化碳气提法是全球最早投入的一种设备，运行经验好，装置数量也较多，与其他的工艺比较，二氧化碳气提法工艺氨碳低、灵活、中压段也较少，防腐空间量大。

但由国内厂家多年运行情况分析，关键设备的使用年限决定着设备的使用年限，设备池小负载60%即可完成。同时，优化其工艺与设备，特别是这些年选择的2000+TM 工艺，这一工艺可以解决高框架的问题，减少投入成本，提升设备的竞争力。且创新性的技术可节省更多的费用。

氨气提工艺，其操作性灵活，框架布局低，这是全球发展最快的工业尿素的一项技术。二十世纪八十年代中，有的国家引入几座大、中型尿素的装置，通过多年的实践，具有中压段负荷大、气提浅、运行不畅等特点。高压氨泵及长流程，导致整个系统运行复杂。汽提塔采用钛管，人们对其耐腐蚀性有疑问。有些机组启动时出现“红色尿素”现象。高压钛设备加工制造成本高，维护不方便。近年来，虽然氨汽提塔管已改为锆双金属材料，使其耐腐蚀性有所提高，但价格昂贵，投资大于二氧化碳气提塔。

为了减少投资，缩短投资回收期，我们采用了传统的二氧化碳的气提工艺。经过30 多年的消化吸收，该技术和设备已具备国产化的基本条件。改进后的CO2气提技术的主要特点是：合成塔运行压力低、功耗低；无中压分解段汽提塔深度气提；高框布置和潮流布置设备。ENT（新CO2汽提工艺的低机架布置）；高压设备采用316lug 和25-22-2。材料；投资少，建设周期也比较短。

3 结语

装置可以最大限度利用生产中所自我排出的热量，可最大限度运用反应热，运用二氧化碳的气提法，通过高低压蒸汽的饱和器、低压蒸汽袋等，可以一步一步的用不同等级热能，低压0.28MPa蒸汽的副产物送净化除氧器综合利用。另外，几乎所有未反应的氨和二氧化碳都是通过高压回收和低压循环回收的，这使得原氨和二氧化碳的消耗量接近理论值。

在尿素装置内，三废治理包括了废气、废水。0.4MPa 吸收塔顶部放空气含氨量约为2.77kg/h，几乎达到了国家的排放标准。而工艺废水通过进一步的吸收分解处理后，氨含量＜5ppm（Wt）、尿素含量，在正常生产稳定时，可以用作用锅炉给水，在非正常情况处理可以进入到温水处理站，采取二次利用后可达排放的标准。