大型尿素装置工艺方案的比较和选择
张原娟
（兖矿新疆煤化工有限公司， 新疆 乌鲁木齐830011）
［摘 要］对氨汽提工艺、CO2汽提工艺、ACES工艺3种大型尿素装置的工艺路线、工艺参数、投资、能耗指标及优缺点进行分析与比较，并介绍兖矿新疆煤化工有限公司520 kt/a尿素装置选用CO2汽提工艺与主要设备的情况及装置的运行情况。
［关键词］ 大型尿素装置；氨汽提工艺；CO2汽提工艺；ACES工艺；比较；选择
［中图分类号］TQ 441.41 ［文献标志码］B ［文章编号］ 1004-9932（2015）
0 引 言
为积极响应国家西部大开发的号召，2008年兖矿集团确立了新疆600 kt/a醇氨联产项目，设计年产300 kt甲醇、300 kt合成氨、520 kt尿素。项目气化系统采用具有自主知识产权的6.5 MPa水煤浆加压气化技术（对置式多喷嘴气化炉），净化系统采用国内先进的低温甲醇洗技术，氨合成采用瑞士卡萨利公司的三催化剂床两换热器合成塔内件技术。
自水溶液全循环法合成尿素工艺工业化以来的几十年时间里，尿素工艺技术已取得了很大的进展，目前在尿素技术市场上占主导地位的主要有氨汽提工艺、CO2汽提工艺、ACES节能工艺等几种技术。为了合理地选择用于本工程的尿素生产工艺，我公司对上述3种汽提法工艺技术的特点、生产能耗及经济效益等进行了比较，现简介如下。
1 氨汽提工艺
氨汽提工艺（即Snamprogetti工艺）的核心是采用过量氨作为自汽提剂的全循环过程。其特点主要在合成回路，操作压力15～15.5 MPa，合成塔入口NH3/CO2 3.3～3.6，反应温度186～189 ℃，钝化O2含量0.25%，因此合成塔内CO2转化率可达65%～67%；且合成塔内设有多层孔板阻止返混，有利于尿素生成反应的进行。由于过量氨的汽提作用，反应液进入汽提塔后大部分未转化的甲铵被分解，使得整个合成回路尿素产率（以CO2计）高达85%。残余的甲铵与游离氨在下游中压（1.8 MPa）循环段和低压（0.45 MPa）循环段予以分解回收。
从汽提塔顶部出来的氨与CO2气体，与中压段送来的甲铵液混合后，在高压甲铵冷凝器内冷凝，再借助液氨喷射器抽吸返回合成塔。高压甲铵冷凝器利用冷凝热副产低压蒸汽，供下游分解段和蒸发段利用。
氨汽提工艺还采取了一系列热回收措施，节省蒸汽和水。如：利用低压分解气预热进合成塔的液氨；用工艺冷凝液预热高压甲铵液；利用中压分解气加热预蒸发器；工艺冷凝液经水解处理后作为锅炉给水；回收的低压蒸汽用于二段蒸发系统等。氨汽提装置可在40%负荷下运行，操作弹性好。
2 CO2汽提工艺
CO2汽提工艺（即Stamicarbon工艺）是第1个申请汽提专利且工业化较早的汽提技术。采用该技术在世界范围内建厂较多，生产能力也较大。其主要特点是高压圈在CO2-NH3-H2O体系共沸点下运行，并不在意单方面追求较高的CO2转化率，而是将CO2转化率与氨的转化率同时考虑，综合各方面因素，以最低的运行成本确定最佳NH3/CO2。由于采用CO2气作为汽提剂，汽提效果好，过剩氨较少，不需中压分解回收段，流程短，可减少设备投资。该工艺从上世纪60年代成功地工业化至80年代初，在世界尿素技术市场占统治地位，在此期间兴建的大中型尿素装置大部分采用该工艺。但随着氨汽提工艺、ACES工艺的崛起，CO2汽提工艺受到了严峻的挑战，在与其他尿素生产工艺的竞争中，CO2汽提工艺对自身的缺陷作了大量的改进，现简述如下。
2.1 合成系统
在CO2压缩工段增加铂催化脱氢反应器，脱除CO2气中的H2，消除系统尾气产生爆炸的隐患，使之运行更加安全。
（1）改进高压洗涤塔，使其吸收性能更好，安全性好，并易于检修。
（2）去掉由合成塔至高压喷射器的管线，避免合成系统的不稳定性。
（3）取消氨加热器，以减少高压设备。
（4）增加0.4 MPa吸收塔，以减少高压洗涤器尾气的氨损失。
（5）采用低压启动，缩短启动时间，相应取消合成塔至高压洗涤器管线上的HIC控制阀。
（6）采用高效塔板，阻止合成塔内介质的返混，提高合成塔的效率；将高压冷凝器改为池式冷凝器，减小高径比，降低框架高度。
2.2 循环系统
（1）改进低压精馏塔液体分配器，避免冲击填料层和破坏喷嘴；改进加热管道，提高换热能力；改进低压甲铵冷凝器，提高其吸收能力。
（2）增加常压吸收塔，以减少氨损失。
2.3 蒸发系统
（1）改进二段加热器，改善换热状况并减少尿液夹带。
（2）改进二段分离器，防止堵塞。
（3）改进刮板，提高造粒塔中产品流动的均匀度。
（4）改进造粒喷头，改善颗粒粒径分布，并便于检修；根据需要，造粒塔增设晶种系统，以得到抗较高冲击强度的产品，增加涂料系统，以减轻产品结块倾向。
更多内容请见《中氮肥》2015年第2期