尿素生产技术新进展(上)

尿素生产技术新进展(上)

为了加快中国工业化建设，了解国外医疗技术的进展，1997年8月成立了中国技术进出口公司集团。作者访问了意大利、德国、法国和其他国家的医疗生产技术和关键设备。先后访问了意大利斯内普罗蒂（snamprogi）、海德罗约（hydroferro）、海德罗约（hydrobrunsb）和法国科来布斯鲍姆（krebs）。荷兰斯米卡普（statimkapo）的子公司statimicpurcal被派往科里布斯公司进行技术交流。笔者又结合全国化肥厂第七、八届尿素年会及与外商技术交流的情况,对尿素生产技术的新进展加以介绍。1试验结果及分析1.1氨汽提法尿素技术,是斯那姆吉提公司的独有技术,1966年半工业化,1971年实现了工业化,从1971年至今在世界各地建成95套装置,地区分布为:欧洲11套,亚洲71套,美洲12套,其他1套。我国从80年代末开始引进斯那姆吉提的氨汽提法尿素技术,1990年至1995年期间建成了中原、锦西、建峰和川天化等4套大型装置,1996年建成和正在基建中的大中型尿素生产装置18套,我国氨汽提法总生产能力约800万t/a。1.2斯那姆吉提工艺仍保持了氨汽提法的高热效率、低能耗、强弹性、低框架的布置等优点,近几年来,在工艺上主要进行如下的改进。1.2.1汽提管由原Ti管改为双金属管钛金属在尿素、氨基甲酸铵溶液中,在高温、高压的条件下,表现出良好的耐腐蚀性能,故工业生产汽提管选用钛管。但钛管在汽提塔的腐蚀环境中,如遇到液流方向突然改变,受碰撞的地方或突然气化的地方,仍会发生腐蚀,如上部钛管会发生减薄或有的管道发生穿孔。斯那姆吉提公司自1991年9月在突尼斯的蒙装斯(ARCADIAN)工厂,对1200t/d的尿素装置,使用双金属管进行试验,经6年的运行,仍未出现任何的问题,现欲推广到工业装置中使用,双金属管是由两种金属管组成,外管材质为25—22—2(Cr25%、Ni22%、Mo2%),厚度为2mm,内层管材质为锆,厚度为0.7mm,锆材非常坚硬,耐腐蚀性能好。1.2.2滚筒造粒技术尿素造粒技术分为塔式喷淋造粒、流化床造粒、钢带冷却造粒和滚筒造粒。塔式喷淋造粒,产品尿素粒度小于2.5mm,称小颗粒尿素。流化床造粒、钢带冷却造粒和滚筒造粒均能生产出大颗粒尿素(粒径为2mm～8mm),大颗粒尿素与小颗粒尿素相比,具有强度高、不易结块、尿素肥效利用率高的优点,在欧洲有许多塔式喷淋造粒改产为大颗粒尿素,现在欧洲生产大小粒度的厂家各占一半。大颗粒尿素生产技术有海德鲁(Hydro)的流化床造粒,山特维克钢带冷却造粒和斯那姆吉提公司开发的滚筒造粒技术,本文主要介绍斯那姆吉提滚筒造粒技术,工艺流程见图1。意大利费拉拉(Ferro)工厂滚筒造粒装置,1990年9月建成,生产能力为1650t/d,造粒器直径为3000mm,L9000mm。尿素质量分数为99.4%～99.8%,尿液经泵加压至0.5MPa～0.6MPa(表压)进入造粒器内,器内装有4根造粒喷射长管,喷射长管上开了许多小孔,尿液从小孔射出,在造粒器内同时加入返料晶种和散热介质空气,空气入造粒器的温度为50℃～60℃,出造粒器的最高温度约为115℃,出造粒器的尿素经冷却器、斗提机、筛分之后出成品尿素。不符合粒度要求的尿素经粉碎机破碎之后和筛分后的粉末尿素合为一体进造粒器作为造粒的晶种,返料比为2∶1。出造粒器的粉尘经水洗、酸洗后排放,排放的尾气中NH每吨尿素消耗量:蒸汽45kg电力21kW·h甲醛3kg脱盐水80kg每吨尿素造粒成本5美元～8美元1.2.3深度水解每生产1000kg尿素,理论生成水量300kg,但实际上,由于存在真空系统的蒸汽冷凝水和系统的冲洗水等,使工艺水量可达600kg/t尿素。工艺水中氨质量分数为4%～5%,CO废水中的氨可用蒸汽或空气汽提的方法。废水中尿素分解可采用生物氧化法,反渗析法,次氯酸盐氧化法,离子交换法,亚硝酸盐氧化法和水解法等,经评审研究,尿素废水处理采用深度水解法。斯那姆吉提公司对尿素废水的深度水解在取得小试和中试成果的基础上,于1983年在特立尼达和多巴哥的国家能源公司设计了一座1620t/d尿素装置,应用深度水解处理尿素废水获得成功,并经过多年的改进,工艺流程示于图2。主要设备水解器为卧式。内有隔板,蒸汽压力为3.5MPa(表压),温度一般保持在230℃,精馏塔为立式浮阀板式塔,操作压力为0.15MPa～0.35MPa(表压),低压蒸汽可直接加入塔内。经处理后的废水中,氨和尿素质量分数均小于1×101.2.4CO斯那姆吉提公司对所用往复式或离心式CO1.2.5造粒塔排风口尿素粉尘洗涤装置喷淋式造粒塔,在自然通风的条件下,塔顶排放气体中夹带尿素,以1000t/d尿素厂为例,尿素粉尘为90mg/m设有除尘装置的新型造粒塔排出空气中的粉尘含量经测量为40mg/m为了适应某些国家和地区,对尿素粉尘排放量的高要求,斯那姆公司开发了尿素粉尘洗涤工艺。从造粒塔顶部出来的气体,经水喷射洗涤器除尘之后,排放的粉尘量可降至15mg/m2新型高效合成塔盘2.1斯塔米卡邦的尿素技术已有悠久的历史,承建了200多套尿素装置(含CO2.2斯塔米卡邦专家介绍,近几年来推出了CO2.2.1新型高效的塔盘传统多孔塔盘的尿素合成塔,塔内易出现返混和沟流,部分液体经过塔壁和塔盘之间的环隙,沟流到下一格内,致使该股流体在合成塔内停留时间降至最短。返混是液体经塔盘漏到前一格中,延长了不必要的停留时间,从而降低了塔内转化率。斯塔米卡邦公司开发了新型高效合成塔盘,新型塔盘上设有气体分布系统的液体上升管,以使塔盘上气相和液相之间混合均匀,可完全消除常规塔盘上存在沟流和返混的现象。若将原合成塔改装为新型塔盘,可使生产能力提高35%。就新建尿素装置而言,尿素合成塔容积可减少25%,美国路易斯安那州唐德桑威利市C.F工业公司尿素装置中已应用了此新型高效塔盘技术。2.2.2池式冷凝器池式冷凝器是具有浸没U型管束的卧式容器,此容器是由钢内衬尿素级316L不锈钢加工制做,所有内件及管子堆焊均为25-22-2型不锈钢材质。池式冷凝器已应用于孟加拉国吉大港的戈尔诺普利化肥有限公司(KAFCO),生产1725t/d尿素装置,取得了好的效果。现将KAFCO池式冷凝器与传统立式降膜冷凝器的比较列于表3。2.2.3降低尿素主框架的高度CO斯塔米卡邦经多年研究,通过采用新型高效塔盘,池式冷凝器、减少合成塔的容积和降低塔的高度,增设借液氨为动力的高压氨喷射器等方法,使主框架由原76m降至38.5m,从而解决了因主框架高而造成的操作、检修不方便和造价高的问题。斯塔米卡邦在DSM公司荷兰格林(Geleen)工厂新建一座日产1150t尿素厂,采用卧式合成塔,即将尿素合成塔和池式冷凝器合为一体,可将框架高度降至22.5m,该装置1998年初建成,已投入运行。2.3来自合成氨装置的CO3热循环尿素技术孟山都环境化学公司(MEC)是一家属于孟山都公司的子公司,1999年初孟山都公司买下原拥有热循环尿素(HRUP)技术的U.T.I公司,现U.T.I的HRUP归属孟山都(MEC)公司所有。U.T.I工艺起源于20世纪70年代初期,经历了20多年的发展,现已在美国、苏丹、巴基斯坦和印度等国进行改造、建设有12套日产300t～1500t装置。3.1热利用合理3.1.1等温尿素合成塔,合成单程转化率达78%。3.1.260%的CO3.1.3热利用合理,80%～85%的低位能冷凝反应热得以回收利用,中压分解蒸汽压力1.05MPa(表压),蒸汽消耗少。3.1.4尿液浓度88%,可节省蒸发蒸汽的用量。3.1.5尿素的废液含有NH3.2mpa0.8t水NHCO蒸汽(1.05MPa)0.75t～0.8t电100kW·h水82m4全循环法尿素合成工艺瑞士卡萨利(CASALE)公司提出高效组合尿素工艺(HEC)的专利技术,该技术已在加拿大、新西兰、伊朗、巴西、印度等大、中型厂均有改造的实例,规模从原有270t/d～1000t/d,增产的幅度50%～270%,该技术适用于我国水溶液全循环法尿素技术,工艺方块图见图3。4.1HEC4.2氨消耗水产量增加50%～100%水蒸气消耗<900kg/t尿素氨消耗570kg/t尿素～575kg/t尿素电耗135kW·h/t尿素5大型、小型及尿素生产除U.T.I工艺之外,世界各种生产尿素工艺我国都有。现已建成大型生产尿素装置约有26套,中型50套,小型110套,尿素总生产能力约2500万t。由于历史原因,有不少装置存在着技术改造的问题,也有的新装置要建设,存在着技术路线的选定的问题,如何评价及选用尿素工艺,要从如下因素综合考虑。5.1经济要求原料及公用工程消耗低;基本建设投资省;维修费用低;开车率高;产品质量好等。5.2操作安全包括设备材料防腐性能好;没有爆炸混合气体;防止环境污染等。5.3高压系统操作压力含采用先进的工艺流程和控制方式;操作人员培训方式多样化;采用先进的工厂管理系统等。上述因素是互为制约和矛盾的,但选用何种工艺须综