尿素联产三聚氰胺的利弊分析

1、尿素联产三聚氟胺的利弊分析第37卷第4期化肥工业2010年8月尿素联产三聚富胺的利弊分析（四川锦华化工有限责任公司合江646207）摘要简要介绍520kt/a氨气提工艺尿素联产30kt/a三聚富胺装置的关联情况.从技术与经济两个方面计算和分析了联产三聚富胺后对原有尿素装置的影响，并与新增50kt/a小尿素装置对比，说明尿素联产三聚富胺的技术经济可行性.关键词三聚富胺尿素联产技术经济分析AnalysisofAdvantagesandDisadvantagesofIntegratedProductionofUreaandMelamineXuJiafu(SichuanJinhuaChemicalIn

2、dustryCo.,Ltd.Hejiang646207)AbstractRelatedconditionsarepresentedbrieflyofa520kt/aammoniastrippingureaunitintegratedwitha30kt/amelamineunit.Calculationandanalysisaremadefromthepointoftechnologyandeconomicstoevaluatetheeffectofintegrationwithmelamineontheoriginalureaunit,andaeom-pafisonismadewiththen

3、ewl尸addedsmall50kt/aureaunit,toexplainthetechnoeconomicfeasibil-ityofintegrationproductionofureaandmelamine.Keywordsmelamineureaintegratedproductiontechno-economicanalysis四川天华股份有限公司520kt/a尿素装置是我国引进的第1批氨气提装置之一，自1995年10月13日投产以来，截止到2006年底,共生产尿素6231kt，平均生产负荷达到设计能力的118%为了充分利用四JiI天华股份有限公司的现有资源,2005年10月成立四

4、JiI锦华化工有限责任公司，弓I进意大利欧技(AlliedEurotechnica)公司技术，兴建30kt/a三聚富胺(以下简称三胺)装置.2007年4月，三胺装置一次试车成功，并生产出合格的三胺产品.生产三胺的主要原料是熔融尿素，副产的甲镂液可返回尿素装置予以回收.但甲镂液的加入提高了尿素合成塔中水的比例，对尿素合成塔的反应条件会产生较大的负面影响，且当时在国内尚无三胺装置与氨气提尿素装置联产成功的先例，因此也有意见认为30kt/a三胺装置串联1套50kt/a小型尿素装置，既能完全处理三胺副产的甲镂液，也本文作者的联系方式:wsacn163,con能避免对现有大型尿素装置工况的影响.经过详细

5、论证，四JiI锦华化工有限责任公司决定从现有尿素装置输送质量分数为82%的尿液作为三胺原料，副产的甲镂液则返回尿素装置予以回收.从尿素装置和三胺装置2年来的运行状况看，尿素联产三胺在技术和经济上都是可行的.1三胺装置简介以尿素为原料工业合成三胺的反应在熔融状态下进行，为吸热反应.欧技公司三胺合成工艺采用高压法，反应温度为380oC,压力为10MPa（表压）,工艺流程如图1所示.来自尿素装置质量分数为82%的尿素溶液经计量后存入尿液贮梢，然后用泵送入浓缩系统进行两级浓缩（第1级浓缩至质量分数95.0%,第2级浓缩至质量分数99.8%）,再经增压送人三胺反应器底部.为了控制反应器的压力并防止第37

6、卷第4期化肥工业2010年8月图130ka三聚富胺工艺流程示意图熔融尿素结晶堵塞管道，液氨经气化和熔盐加热后,以超临界状态喷入三胺反应器底部，并通过调节喷入的氨流量来控制三胺反应器的压力在810MPa反应器内设有加热管，管内是经过加热的熔盐，以此提供反应热并将反应器的温度控制在380C.反应后的熔融物料进入淬冷塔（操作压力2.5MPa）,并从塔顶喷洒而下，吸收了NH和CO:的稀溶液从不同高度喷射进入淬冷塔.在减压淬冷过程中，反应产物中的大部分NH和CONH3高压系统H中压系统卜-_一被分离为气体，回收之后成为甲镂溶液.反应物料在分解气体和水溶液的冷却下，温度下降至162C,从塔底送往CO气提塔

7、进一步分离其中的NH3和CO2.在CO气提塔内，溶液中的NH,和CO进一步分解进入气相，并在吸收塔内被水吸收后进入淬冷塔.气提后含有三胺的水溶液被送往三胺精制系统，经结晶，离心分离和干燥等工序，最终得到三胺合格产品.该装置工艺较先进，生产畦能稳定.通过经济评价2J按三胺售价10500t，尿素1510t计淇投资利润率为11.45%投资利税率为16.84%,投资回收期（含2年建设期）为7.72年，表明具有较好的投资回收能力和投资效益2尿素装置与三胺装置的关联尿素联产三胺的关联物流如图2所示._J82%IL广-_J73.25t/l114.8tm3.75t/hF安产品非放图2尿素联产三胺的关联物流示意

8、在尿素装置和三胺装置之间，除公用工程之外，主要关联3个物流，如表1所示引.表1尿素联产三胺的关联物流3三胺装置对尿素装置的影响如前所述，三胺装置对尿素装置的影响主要是返回的甲镂液和冷凝液提高了尿素合成塔内的水碳比，使尿素合成转化率降低，进而恶化尿素装置全系统的操作工况，增加尿素装置全系统的单位能耗和物耗.这种影响可表现在直接影响以及递延影响两个方面：直接影响就是返回的物料对尿素合成塔水碳比以及尿素转化率的直接影响；递延影响是因尿素转化率下降后，造成循环物料增加，返回合成塔的水量进一步提高，使尿素合成条件进一步恶化的影响.3.1返回甲镂液对尿素合成的直接影响在原始设计中，尿素合成塔出口尿素溶液流

9、量为218315kg/h或8339.1kmol/h,温度为188C,压力为15.2MPa组分设计和流量数据见表2.表2尿素合成塔出口尿素溶液组分设计和流量数据35第37卷第4期化肥工业2010年8月根据表2数据可得:合成塔液相氨碳比为3.5,水碳比为0.5641尿素合成车化率为65.0%.从三胺装置返回的甲镂溶液携带H0的量为3102.6kg/h(172.4kmol/h),携带CO2的量为5117.8kg/h(116.3kmol/h)将使合成塔中的水碳比b增加为：6=0.61746612122801163.+.+.'水碳比变化对尿素合成转化率的影响，可采用库切里亚维算式4进行估算：:3

10、4.3a一1.77029.3b+3.7ab+0.913t一0.748at5.4X10t+0.0234P112.1式中:尿素合成转化率,%;0氨碳比；6水碳比；f温度,oC;p压力,MPa.当t=188oC,P=15.2MPa,n=3.5,6=0.5641时,=63.84%;当其它条件不变，b=0.6174时，63.00%这说明水碳比增加0.0533尿素合成转化率下降0.84%.3.2返回冷凝液对尿素合成的影晌从三胺装置返回的吸收液中，携带CO量133.1kg/h(3.025kmol/h),携带尿素量78.1kg/h(1.301kmol/h);尿素水解以后，总的CO量190.3kg/h(4.32

11、6kmol/h).因这部分物料最终仍以循环碳镂溶液的方式返回合成系统，根据原始设计数据，循环碳镂溶液的H:O/CO(质量比)为1.95,则返回190.3kg/h(4.326kmol/h)的CO必然携带371.1kg/h(20.6kmol/h)的H20.这部分H0将使合成塔中的水碳比继续增加为：6=0.6263661212280116+.+.3+4.3.当t=188oC,P=15.2MPa,口:3,5,6=0.6263时,:62.85%,尿素转化率再次下降0.15%.3.3三胺装置对尿素装置的综合影响从三胺装置返回尿素装置的甲镂液和冷凝液直接使尿素合成塔的水碳比增加0.0622尿素转化率的计算值

12、降低1%；根据笔者开发的尿素流程模拟软件，递延影响约为直接影响的50%.由此估算，三胺装置将使尿素合成塔的水碳比增加0.0933，尿素转化率的计算值下降1.5%.36影响尿素装置合成转化率的因素较多，除合成塔水碳比外，还有合成塔温度，氨碳比，生产负荷等，进而还有气提塔气提效率，高压甲镂冷凝器温度，合成塔内件结构等因素，而且诸因素之间又相互影响，因此上述估算只能近似了解三胺装置返回物料对尿素装置的影响.最有说服力的数据是尿素装置的操作记录和考核数据，尿素装置联产三胺前，后主要工况指标数据对比见表33J.表3尿素装置联产三胺前，后主要工况指标数据比较注：1）尿素装置运行负荷为113.0%;2）尿素

13、装置运行负荷为116.4%.从表3中可以看出：联产三胺后，合成塔水碳比增加0.093，与理论估算值比较一致；CO:转化率下降2.5%,大于理论估算的1.5%,这其中有因物料增加而使停留时间缩短的原因；吨尿素原料氨耗增加2kg,蒸汽消耗增加86kg.可见,520kt/a尿素装置与30kt/a三胺装置联产，以氨1000t，蒸汽150fr_/t计，吨尿素成本将增加14.9元.4尿素联产三胺的经济评价仅仅从520kt/a尿素装置与30kt/a三胺装置联产前，后的能耗与物耗进行比较，联产后原有尿素装置增加消耗约14.9;Tr_/t,且两套装置的多方位连接，影响了原有尿素装置的操作稳定性，这是联产的不利之

14、处.但是,30kt/a三胺装置只能在联产尿素和新增小尿素装置之间选择，新增尿素和联产尿素的经济比较如下.从三胺装置返回尿素装置的甲镂液和冷凝液淇中CO总量为5308.1kg/h按吨尿素消耗CO,750kg计，从三胺装置返回的CO:可以生产尿素56053t/a即联产30kt/a三胺可使520kt/a尿素装置增产56kt/a.第37卷第4期化肥工业2010年8月根据我国小尿素装置的物耗，能耗数据，小尿素装置的消耗普遍比大型尿素装置高，如:大型尿素装置吨尿素氨耗一般在570580kg,小尿素装置一般在600610kg;大型尿素装置吨尿素蒸汽消耗一般在8001100kg，小尿素装置一般在1300-15

15、00kg尿素联产三胺与新增尿素装置的比较数据见表4.表4尿素联产三胺与新增尿素装置的数据比较注:联产装置的氨单耗是将尿素装置因联产而增加的氨耗全部计,算在增加的56kt/a尿素产量上，蒸汽单耗的计算也是如此.以氨1000Yv_/t,蒸汽150Yv./t计，联产前吨尿素消耗氨和蒸汽的成本为691.6元，联产三胺之后增产的56kt/a尿素的消耗成本为844.8元；新增尿素装置的消耗成本为815.0元;联产尿素与新增小尿素装置相比，增加消耗成本29.8元.因此，相对新增1套50kt/a尿素装置，联产装置吨尿素消耗成本增加29.8元,按年生产尿素56kt计，年增加消耗成本166.9万元.但新增尿（上接

16、第33页）DAP装置用稀磷酸热洗时,2台尾气引风机的风门应处于关闭状态或调至最小开度.这样清洗液既不会被抽走而造成浪费，又可保证文丘里吸收塔及其塔梢维持负压，确保良好的操作环境.MAP装置二次蒸汽管道的材质为304L,不耐磷酸腐蚀.用稀磷酸热洗时，只要控制好蒸发器的液位，使二次蒸汽管道不与磷酸接触，就可避免腐蚀问题，用酸热洗的方案就能正常实施.3效果评价(1)磷复肥装置污水综合利用工程总投资100多万元，每年可回收NH3一N和P2O5约480t,价值130万元;节约用水约300kt，价值20万元.两者合计150万元,1年内即可收回投资,DAP,MAP和磷酸装置实现工业污水零排放，既杜绝了环境污

17、染，又节约了资源.(2)实践证明,DAP和MAP装置含NHN和P0的污水用于磨矿生产，不但对磷矿研磨和磷素装置的投资需上亿元，考虑到设备折旧和人员费用，联产尿素仍具显着优势.5结语520kt/a尿素联产30kt/a三胺装置经近2年的运行，两套装置运行稳定，表明联产成功.尿素联产三胺后，确实使原有尿素装置的合成反应条件有所改变：水碳比增加O.93,CO:转化率降低1.5%,增加了尿素的原料单耗和能量单耗,尿素成本增加14.9t.但相对新增1套50kt/a尿素装置而言，考虑新增设备和人员的费用与成本时，联产装置的效益仍优于新增装置.参考文献lltJll省化工设计院.川化股份有FM公司年产3万吨三聚富胺项目一一申请报告R.2005.23四川锦华有限责任公司.年产3万吨三聚富胺项目一一竣工验收报告R.2007.3四川天华股份有限公司.尿素装置考核报告R.2008.4袁一.化肥工业丛书：尿素M.北京:化学工业出版社，1997.5池树增，林海涛.水溶液全循环尿素装置节能增产改造J.中氮肥,2003,（1）:1-4.（收到修改稿日期2010-0126）酸生产毫无影响，而且有利于改善矿浆的流动性，使矿浆含水质量分数由32%降至30%以内，为稳定萃取梢水平衡起到积极的作用.而且有利于改善萃取梢二水物石膏结晶和过滤吸于效果，尤其是污水中的NH起到了结晶改良剂的作用，为增产，降耗奠定了基础.目前