（中国化工学会化肥专业委员会， 上海200062）
［摘 要］分析了传统的水溶液全循环法尿素工艺存在的能耗高的问题，介绍了改造传统法尿素工艺的汽提法技术路线和UTI法技术路线的流程及能耗，提出了以美国UTI法尿素工艺为样本，以热力学分析为基础，创建符合我国国情的低能耗尿素新工艺的设想。
［关键词］ 尿素生产；水溶液全循环法；汽提法；UTI法；技术创新
［中图分类号］ TQ 441.41 ［文献标志码］A ［文章编号］ 1004-9932（2014）
我国中小型尿素装置已成为尿素生产的主力军，其流程绝大多数采用传统的水溶液全循环法（简称传统法）尿素工艺，经历了数十年的风风雨雨及艰苦奋发的技术创新和改造，已使能耗和成本得到了改善。但是，由于其流程技术特性存在着缺陷，其经济指标必然落后于先进水平，因而需要进行第三次创业来摆脱困境。本文提供一条汲取美国UTI技术的先进部分并结合我国国情再创新的技术路线，供参考。
1 传统的水溶液全循环法工艺流程及存在问题
水溶液全循环法流程可谓百花齐放，有美国Chemico (凯米科)法、荷兰的Stamicarbon（斯塔米卡邦）法、意大利的Montecalini (蒙特卡蒂尼)法、日本东洋高压法等。这些水溶液全循环法流程的技术特点大同小异，都是采用高压（20~25 MPa）合成、中压（1.8~2.3 MPa）分解回收为基础，都采用三段减压分解逐级回收并加压循环返回合成。其基本流程图见图1。
这些传统水溶液全循环法尿素工艺的弊病在于：① 合成转化率（以XCO2计，下同）低，仅60%~63%，在排出的合成液中有大量未转化的甲铵及过剩氨，需采用加热分解并用水洗涤的方法来回收，能耗较大；② 中压段热量回收能力差，第一分解回收段压力过低，仅1.77 MPa，致使中压分解气冷凝温度过低，仅90~120 ℃，导致甲铵反应的反应热非但没有得到利用，而且还必须用冷却水移走，也使能耗进一步加大。上述2个原因使得传统法尿素工艺单位产品的能耗颇高。
由模拟计算得到传统法尿素工艺的能耗见图2（生产1 kg尿素的能耗，图中热量单位为kcal;尿素合成条件：p=20 MPa，t=188～189 ℃，NH3/CO2 4.0～4.1，H2O/CO2 0.65～0.70，XCO2 63%），生成1 kg尿素的理论能耗Q传=391+73+198+29+96=787 kcal，折吨尿素理论耗蒸汽1.57 t。
实际生产中每吨尿素耗蒸汽1.5~1.8 t，耗冷却水100~160 m3，耗电130~160 kW·h，单位产品成本颇高。
2 研究路线
如何将甲铵反应热加以回收，作为系统内部的能源来加以循环利用，达到节能降耗之目的，而不像上述传统的水溶液全循环法尿素工艺那样，甲铵反应热非但没有被利用，还要消耗能源和冷却水来移走这部分热量，这一问题长期困扰着采用传统法工艺的尿素企业。为此，各大尿素技术公司都投入了解决这一问题的研究，研究的技术路线有2条。
2.1 汽提法路线
以荷兰Stamicarbon公司开发成功的CO2汽提法为典型代表。该法以Kaasenbrood及其合作者团队为基础，开发了超临界状态下NH3-CO2二元系及有关物系相平衡模型和汽提单元设备两项核心技术，于20世纪60年代末成功推出CO2汽提法。嗣后，相继成功开发的还有：20世纪70年代意大利Snamprogetti公司的NH3汽提法，80年代日本NTC-TEC公司的ACES法（CO2汽提法的变种），80年代意大利Montedison公司的IDR法。以下以Stamicarbon公司的CO2汽提法为讨论对象。