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二氧化碳汽提技术


二氧化碳汽提技术(改进型) 二氧化碳汽提技术(改进型)
概论 尿素是目前氮肥诸品种中产量最大的化学肥料。 随着工农业的高 度发展,世界各国对尿素的需求量会逐步增大,由此带来的能源利用 与环境保护问题也相应增加。目前,我国能源工业面临着经济增长、 环境保护和社会发展的巨大压力,因此,尿素合成工艺节能新技术的 开发及利用也越发引起人们的关注。历史上出现过多种尿素生产工 艺,由于尿素合成反应受化学平衡的影响,反应产物中始终有未反应 的氨和二氧化碳。 因此尿素合成工艺的改进方向集中于如何最大限度 回收未反应的氨和二氧化碳。七十年代汽提工艺的出现,使尿素合成 工艺跃上一新台阶,成为尿素生产技术的主流。当今尿素生产工艺技 术已趋于成熟,无论采用何种生产工艺,生产过程中主要原料消耗大 体上是一致的, 其先进与否主要体现在公用工程即水、 汽的消耗, 电、 NH3 和 C02 的回收利用、环保排放以及设备结构、设备布置等方面。 1 荷兰斯托米卡邦(tamicarbon)公司概况 斯塔米卡邦在尿素工艺的设计和创新方面有着 55 年多的经验, 作为一个尿素专利转让商,拥有技术秘密还有开发使产能提高 100% 的专有改造方案的经验.这些工艺的创新是理论上的技术秘密和实践 经验相结合的产物。斯塔米卡邦的母公司 DSM 有一个采用尿素 2000plusTM 池式反应器技术的现代化的尿素厂。 斯塔米卡邦建了 200 个尿素项目,全球名牌产能份额约占 45%,可谓是世界尿素市场的

领头人。它的活动包括新装置的工艺转让、改善现有装置及废水处理 设施等。它通过诸如 Chemoprojekt,千代田,福斯特·惠勒,KBR, 泰克尼蒙特及伍德等注册公司转让其二氧化碳汽提工艺及新的尿素 2000plusTM 技术。斯塔米卡邦第一个二氧化碳汽提尿素厂始建于 1967 年,后来许多其它厂相继兴建。今天,这类工厂都实现了高度 的自动化,其能力已达到日产 3250 吨。新尿素 2000plusTM 池式冷 凝器技术自 1994 年起已在孟加拉的卡纳富利化肥公司成功地投入生 产; 1998 年 3 月, 而 尿素 2000plusTM 池式反应器技术在荷兰的 DSM 厂开车成功。斯塔米卡邦的工艺具有设计简单、步骤最少、设备不多 以及维持低投资成本等特点。 现有的尿素厂通过改造能将其生产能力 比原名牌设计提高 30.50%,加拿大萨斯柯费柯产品公司(Saskferco Products Inc.)的产能从日产 2000 吨提高到 2850 吨的设计能力,目 前的日产量已超过 3000 吨。该厂在开车后没多久就能稳定和有效地 投入生产且高于设计能力。 萨斯柯费柯厂是世界上第一家年产百万吨 产品的工厂。这不仅创造了一个世界生产纪录,而且它还证明了其工 艺能够可靠和稳定地运行。 2 二氧化碳汽提技术简介 20 世纪 60 年代末,荷兰 Slamicarbon 公司开发了 CO2 汽提法尿 素工艺,其后其工艺技术不断改进。90 年代初期,Stamicarbon 公司 在原 CO2,汽提法尿素生产工艺基础上,从工艺流程、设备布置、设 备结构等方面作了迸一步的改迸,至此 Stamicarbon 公司 CO2 汽提工 艺发展到新一代改进型 CO2 汽提工艺阶段,即尿素 2000+TM 池式冷凝

器技术,生产能力有了新的提高,同时开发应用合成塔高效塔板,具 有投资低、能耗低,易操作等特点。 3 新一代 CO2 气体技术(改进型)流程 高压圈主要包括尿 改进型 CO2 汽提法工艺流程由以下工序组成: 素合成塔、高压洗涤器、高压喷射器、汽提塔和甲铵冷凝器,后工序 仅设置了低压分解吸收系统。并且设置了处理工艺冷凝液的工序,尿 液经过真空蒸发后送入造粒工序。其特点是在最佳氨碳比的条件下, 使合成压力降到最低。与此同时,在合成压力下,采用 CO2 进行汽提 和冷凝,产生的冷凝液用来副产蒸汽为低压分解和一段蒸发做加热 用,并作为蒸汽喷射器的动力蒸汽以及为系统保温。CO2 汽提法工艺 与氨汽提工艺相比,汽提压力较低,汽提效率高,因此该工艺流程只 需低压分解而不需中压分解也能满足尿素装置生产的要求。 2 汽提 CO 法工艺技术改进后, 采用高压下原料 CO2 气体的脱氢技术。 杜绝了工 艺过程的燃爆危险性,在高压洗涤器后设 4x105 Pa 吸收塔吸收高压 工序未凝气,减少了尿素装置的消耗。采用该工艺技术的尿素装置, 工艺流程短,设备少,生产稳定,消耗低。近年来,在我国新建的尿 素装置和大型尿素装置的改造中, 大都采用了新型的 CO2 汽提法新工 艺。 4 新一代 CO2 汽提法尿素工艺工业应用评价 (1)装置的操作弹性大 (2)低压蒸汽品质高 (3)塔盘使用效率高

(4)抗腐蚀性效果好 (5)脱硫效果显著 5 尿素合成工艺的比较 5.1 氨气提法 氨汽提法在我国还没有实现国产化,目前国内装置均为国外进口。它 的特点是氨的自提作用.甲铵分解率增高,因此减少了中、低压分解 回收的负荷,动力消耗随之减少,高温高压下分离的甲铵,其冷凝时 的热量得到有效的利用,总能耗降低,而且运转率高,操作弹性大, 安装检修方便。爆炸危险性小,工艺冷凝液可以进行二次利用,没有 污染。 氨汽提法工艺工序组成: 高压圈包括尿素合成塔、 甲铵喷射器、 甲铵冷凝器、甲铵分离器和汽提塔;中压分解吸收系统设置了中压分 解分离器和中压分解加热器,而中压吸收系统则设置中压吸收塔、尾 气吸收器、中压吸收塔外冷器和氨冷器;低压分解吸收系统包含2段 冷凝器和分解器;真空蒸发系统包括了冷凝和3段真空,并设置了处 理工艺冷凝液工序,经过真空蒸发后的尿液送人造粒工序,此工艺在 高压回路中,用甲铵喷射器循环甲铵液,高压回路改为水平布置。与 二氧化碳汽提法尿素工艺相比。氨汽提尿素工艺蒸汽消耗较低,但电 耗略高,总能耗两者较接近。氨汽提尿素工艺尿素合成塔中采用了高 的氨碳比和较高的合成压力及温度。另外,采用钛材或双金属管作为 汽提塔的管材料,所需防腐空气量少,高压系统无爆炸危险。在热能 回收上,用了一些措施回收热量,比如用中压分解气冷凝热预热原料 氨,用解吸塔底部出口废液预热高压碳铵液,用汽提塔的蒸汽冷凝液

作为中压分解的热源等等。对于该技术的工艺,我国建厂较多,积累 了较丰富的设计、设备制造和生产的经验。 5.2 水溶液全循环法 水溶液全循环法是我国目前大多数中小型尿素装置(4万伏—10万伏) 所采用的方法。它的特点是合成塔内转化率高,未反应物采用三段减 压分解,动力消耗较大,尾气压力、温度均较低.爆炸危险性小。其 生产工艺比较成熟,操作可靠方便,机泵和非标设备均为国产化。 各种工艺参数的比较,见下图:

(1)转化率和氨碳比。在尿素合成塔中,CO2汽提工艺的合成转化率 比氨汽提工艺低,但正是因为氨汽提工艺的氨碳比较高,使其操作压 力和温度都比CO2汽提工艺高,所以,氨汽提塔必须使用特殊材质。 同时.因为氨汽提工艺氨碳比较高,该工艺需增加中压分解和工段, 使工艺流程复杂、设备台数多,给操作管理带来许多不便。易造成事 故和停车。水溶热全循环尿素法装置,合成转化率较高,尿素装置的

后工序负荷较大,但是并没有在高压圈内设置回收热能措施。所以, 水溶液全循环尿素工艺消耗高。 (2)工艺布置。CO2汽提工艺因为高压圈的等压操作,物料为重力流 动,其高压框架高达58ml,但是占地面积较小;而氨汽提工艺和水溶 液全循环工艺则只需平面布置,优点是操作和检修方便,缺点是占地 面积较大。 (3)能耗。系统正常运转时,CO2汽提工艺和氨汽提工艺的冷却水消 耗、蒸汽消耗和氨耗相差不大;但是对于电耗,因为CO2汽提工艺的 循环量比较小,合成操作压力较低,电耗比氨汽提工艺低。以上2种 工艺由于高压圈转化率高, 它们的甲铵冷凝器副产蒸汽可以用在尿素 装置斡蒸发和低压分解工序,所以,CO2汽提工艺的蒸汽消耗要比水 溶液全循环尿素装置低得多。 (4)加氧量。改进型CO2汽提工艺加入系统的氧的体积分数到0.6%就 能保证尿素装置的正常进行: 虽然氨汽提工艺的加氧的体积分数只有 0.35%--0.45%,但是从实践看,氨汽提塔腐蚀严重,塔底必须增 加一台空压机来补充加氧量小带来的不足, 而水溶液全循环尿素工艺 中的加氧的体积分数是0.5%。 (5)设备及材料的腐蚀。CO2汽提工艺中高压圈设备和水解塔最易产 生腐蚀,而氨汽提工艺除了高压圈设备和水解塔外,易发生腐蚀的还 有中压分解系统的设备。CO2汽提工艺的尿塔使用寿命一般在19年。 25年,CO2汽提塔的使用寿命在17年-21年,而氨汽提工艺的汽提塔 使用寿命在15年左右。水溶液全循环工艺除尿素合成塔外,中亚分解

系统的设备也容易发生腐蚀。 (6)燃爆可能性。改进型CO2汽提工艺由于设置了CO2脱氢工序,尿素 装置的尾气中不再含有氢,这样就消除了尿素装置产生爆炸的可能 性;而水溶液全循环工艺与氨汽提工艺中、低压尾气的组分类似.有 可能发生爆炸。 (7)操作弹性。CO2汽提工艺的操作弹性负荷可在60%上运行,在该 生产负荷下,开停车时问短、稳定工艺装置的时间短,氨汽提工艺和 水溶液全循环尿素工艺的操作弹性可在40%负荷上运行, 这使得尿素 装置的开车平稳,但需要较长的时间,工艺操作回路多,在气温高的 生产工况下,中压系统操作不稳定,易引起停车。 综上所述.上面比较的3种工艺方案各有优劣,水溶液全循环法 工艺较落后,消耗较高,对新建的尿素装置来说改进型二氧化碳汽提 工艺与氨汽提工艺具有一定的优势。从投资方面相比,改进型二氧化 碳汽提工艺由于设备台数少,比氨汽提工艺节省投资15%左右.目前 的化肥厂多采用改进型二氧化碳汽提工艺。


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