尿素生产技术的新进展

1、2(91)20005No2(TotilNo91)May2000CoalChemicaliidustry山东省化工规划设计院250013济南石化集团股份有限公司250101通过对国外氨汽提法、82汽提法的尿素专利商和生产装直的考察及与外商进行技术交流.介绍了尿素技术近几年来的进展情况。汽提法尿素运转率年产量2(91)20005No2(TotilNo91)May20002(91)20005No2(TotilNo91)May2000为加快我国化肥建设速度了解国外尿素生产技术的新进展，1997年8月中国技术进出口总公司组团笔者随团赴意大利、德国、法国等国考察尿素生产技术及关键设备，先后访问了意大利斯那

2、姆吉提总部(Snampwgelti)、海德鲁公司费拉拉工厂(HYDROFerro)、海德鲁公司德国布伦斯特工厂(HYDROBrunsb)和法国科来布斯公司(Krebs),荷兰斯塔米卡邦公司(SlamCarbon)派员到科来布斯公司进行了技术交流。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c11.1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

3、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/ao1.2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。I.21汽提管由原Ti管改为双金属管钛金属在尿素、氨基甲酸餒溶液中，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1995-2005TsinghuaTongfcmgOpticalDiscCo.Ltd.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

4、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(ARCAD4N)工厂.对1200tAl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25222(625%、Ni22%、Mo2%),厚度为2mm,内层管材质为铢厚度为。7mm.梏材非常坚硬耐腐蚀性能好。1.22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25mm,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2mm8mm),大颗粒尿素与小颗粒尿素相比，具有

5、强度高、不易结垛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lo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1650i/d,造粒器直径为3000mm,L9000mm。尿素质量分数为99.4%998%,尿液经泵加压至(15MPa06MPa(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

6、空气入造粒器的温度为5060C,出造粒器的最高温度约为115C,出造粒器的尿素经冷却器、斗提机、筛分之后Allrightsreserved.2(91)20005No2(TotilNo91)May2000 2000220005 #Allrightsreserved.Allrightsreserved.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：lo出造粒器的粉尘经水洗、酸洗后排放排放的尾气中NH】为20mg/n尿素为15mg/n3o酸洗所用硫酸的质量分数为10%20%,硫酸溶液吸收造粒器的尾气之后.成为硫酸银和尿素溶液可返回尿素系统

7、成品尿素中硫酸钱质量分数约为2500X10或者将溶液循环至硫酸鞍质量分数约40%,可出售1提升机2筛于3-压碎机4滚筒造粒器5尿素冷却器6空气冷却器7冷却风机8循环泵9-风机10水洗、酸洗塔11尿素洗涤塔12尿素溶液循环泵13引风机1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I.23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/l尿素。工艺水中氨质量分数为4%5%,CO2质量分数1.5%2%,尿素质量分数为0.5%I.0%,因此一般尿素厂设有工艺废水

8、低压解吸处理装置、经处理后排放的废水中含NH3质量分数Q07%,尿素质量分数05%1.0%o以2000t/d尿素厂为例,排放废水量为1200t/d,则排放NHs为084t/d,尿素6i缶12t/d.会造成大量物料损1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.耗和环境的污染。近十年来发达国家对排放废水中氨氮严加限制，并以法令的形式作了规定如意大利国家标准总氨以NH：计为15mg/L0欧洲肥料的制造商协会规定排放水中尿素含量为1mg/L、氨5mg/Lo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

9、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1620（Xi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2oI氨水贮槽2冷凝液槽3氨水泵4冷凝液泵5冷凝器6精他塔7氨水换热器8水解器9水解泵10水解液换热器11水泵2主要设备水解器为卧式。内有隔板，蒸汽压力为5MPa（表压），温度一般保持在230C,精憎塔为立式浮阀板式塔，操作压力为。15MPa（135MPa（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1X10

10、,此水的纯度很高可作锅炉给水.实现了尿素装置无废水的排放。1.24CCH压缩机的选型70年代初，斯那姆吉提公司在意大利Manfredonia的尼开姆工厂成功地应用了第一台离心式二氧化碳压缩机o斯那姆吉提公司对所用往复式或离心式CO2 #2000220005 Allrightsreserved.Allrightsreserved.压缩机进行反复比较后认为当尿素生产能力大于800时宜选用离心式.采用蒸汽驱动:当尿素生产能力小于800l/d时.宜选用往复式.采用电动驱动。I.25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9

11、0mg/m3,空气量约30万m/h,粉尘总量为27kg/h,粉尘粒度分布一般为1110mb.详见表lo粒径/7m颗粒分布鬆4000321400311201.54105045120136601150合计9983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/n50mg/n3,这么低的粉尘量对大多数的国家和地区是可以接受的，但有的国家和地区对尿素粉尘含量提出了更高的要求见表2。2mg/n5名称尿素粉尘氨意大利国家指标100200意大利伦比第地区2020意大利芝米利亚地区2035奥地利地方标准3030世界银行要求5035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

12、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以下.电力消耗为9kWh/t尿素（以生产规模为1000t/d计）0CO21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汽提法117套），设计1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.Ltd.能力在20t/d-2000必。我国70年代曾引进斯塔米卡邦CO,汽提法生产装置，产量为1600i/d750t/d,12套。1050l的1套，总生产能力为730万t/a02斯塔米卡邦专家介绍.近几年来推出了CO2汽提新工艺，即尿素2000+取，该工艺与原有CO2汽提法相

13、比.有如下改进。21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。222池式冷凝器池式冷凝器是具有

14、浸没U型管束的卧式容器，此容器是由钢内衬尿素级3l（L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1725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3oKAFCO名称立式降膜冷凝器池式冷凝器流体及用途混合物停留时间设备商度合成塔容积设备费用壳管的温差/c100%负荷时低压蒸汽压力加Pa壳程:蒸汽、锅炉水管程:甲银液NHj、CO2和循环甲笹戒从顶部分布器通过列管成膜流15s商20059少20035壳程:甲缺液管程:锅炉水、蒸汽NH3、CO2和循环甲镣戒在池式冷凝器

15、中与甲協裁充分混合24m111低（矮）1303&5多26Q45 2000220005 #Allrightsreserved.Allrightsreserved.223降低尿素主框架的高度CO2汽提法原采用作冷却塔的补充水或低压锅炉给水。 #2000220005 #Allrightsreserved.Allrightsreserved.用合成段高框架布置框架高76m,高框架存在着操作、检修不方便和框架造价高等问题。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増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385m,从而解决了因主框架高而造成的操

16、作、检修不方便和造价高的问题。斯塔米卡邦在DSV1公司荷兰格林(Geleen)T厂新建一座日产1150I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225m,该装置1998年初建成，已投入运行。3来自合成氨装置的CCH气中含H2体积分数约05%,钝化空气含02体积分数为06%a8%,该组成的气体在惰性气体洗涤器内有爆炸的危险。为了确保尿素洗涤系统安全运行CO2经脱H2后,应保持CO,气中H?体积分数降至50X106以下，以确保尿素洗涤系统运行。(MEC)(U.T.I)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

17、(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.1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、苏爪巴基斯坦和印度等国进行改造、建设有12套日产3001500I装置1U.T.12吨尿素消耗定额NHs（157tCO2Q74t蒸汽（1.05MPa）075t08t电100kWh水82m3HEC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/d1000t/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

18、图见图3。NR中压氨回收系统第一合成塔L分解工段耳空蒸发造粒3HEC1HECI.1高压分为22MPa和15MPa二种压力。高压甲银冷凝器和第一合成塔操作压力为22MPa,液氨和CCH先进甲餒冷凝器，后进第一合成塔.HQ与CO2量之比为0.COz转化率可达77%o #2000220005 Allrightsreserved.Allrightsreserved.1.1等温尿素合成塔合成单程转化率达78%o31.260%的CO2去尿素合成塔.40%的CO去中压系统削减了蒸汽用量和CO2的压缩功。31.3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

19、消耗少。31.4尿液浓度88%,可节省蒸发蒸汽的用量31.5尿素的废液含有NHaCCH和尿素，加入的压力蒸汽为1-05MPa(表压)，及少量空气和CO2气经水解处理后，可使废液中NHs质量分数小于2X10“,尿素质量分数低于1X10,干净的废液可1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.Ltd.1.2第二合成塔和高压分解器操作压力为15MPao改造后高压系统的CO2转化率可达70%以上。对于中低压系统，一般只要做少量改造就可以满足増产60%的要求。2产量增加50%100%水蒸气消耗v900kg/t尿素氨消耗570kg/t尿素575kg/t尿素电耗135kWh

20、/l尿素(下转第32页)322000232200021995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.Ltd.Allrightsreserved.1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.Ltd.Allrightsreserved.总之尽管在NO和SO2排放的控制方面已进行了大量的研究工作并已形成了较成孰的控制方法和技术但至今仍未能解决同时控制no、nq和SO2的问题因此还需要进行大量的工作.特别是将NQ的脱除技术结合于已有的脱氮、脱硫技术之中成为当务之急。DeSoeteGGInProceedingsoftheLNETI/fcPT

21、/lFPEuropeanWorkshopontheEmissionofNitrousOxidesLNETLLisbon,1990.34、1HulgaardT.NitrousOxidefromCombustion,PhD.thesisDepartmentofChemicalEngineeringTechnicalUniversityofDeninark.Lyngby.1991HoughtonJT,JenkinsGJ,EphraumsJJ(Eds).4ClinaticChange：thelPCCScientificAssessment,CambridgeUniversityPress,1990Th

22、omasKMFuel1997.7&457JohnssonJEFuel.1994.73:1398HayhurstAN.LawrenceAD-ProEnergyCombustSci1992,18:529PelsJRWojtowiczMA.MoulijnJAFuel,1993,72:373HiltunenM,KiinenP.LeeYY.11thInternationalConferenceonFluidizedBedCombustbnASME.NEWYORK,1991.684694WojtowiczMA.PelsJR,MoujinJAFuelProcessTechno11993,34:1GavinD

23、G.DorringtonMA.Fuel、1993,72:381WojtowiczMA,PelsJR.MoulijnJA.Fuel,1994.73:1416DeSoeteGG(1990)Twenty-thirdSymposium(International)onCombustbnTheCombustionInstitutePittsburgh12571264LiYHLuGQRudoQhVChemicalEngineeringScience.1998,53:1BonnB,PelzG.BaumannH.Fuel.1995,74:165-171MoritomiH.SuzukiY.KidoN,etal(

24、1991)11thInternatbnalConferenceonFluidizedBedCombustionEdEJ.Anthony,2.ASME.NeuYork.1005-1011SantalaP.LisaK.HapaMReport90-6.AboAkadani.Finland1990NaruseLYamamotoYInanariM24thSymposium(International)onCombustbn,TheCombustionInstitute.1992,1415-1421PelsJR.WojtowiczMA.MoulijnJAEnergy&Fuel.1995,9,743Rodr

25、iguez-MirasolJOomsAC,MouljnJACombustbnandFlame1994.99：494507DeSoeteGGPapertoJointEPA/EPRISymposiumonStationaryCombustbnNOxControl,SanFrancisco1989AmandLE.LecknerB.Dain-JohansenKFuel1993,72:557ChanLK.SarofinAF.BeerJMCombustFlame.1983,52:37ShinizuT-TachiyamaY,KurodaA-etalFuel、1992,71:841(收稿日期199912322

26、000232200021995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.Ltd.Allrightsreserved.1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.Ltd.Allrightsreserved.322000232200021995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.Ltd.Allrightsreserved.1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.Ltd.Allrightsreserved.（上接第16页）5除U.T.I工艺之外世界各种生产尿素工艺我国

27、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to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C1经济性: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。2操作安全性: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。3技术先进性: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合考虑，应兼顾当地的原料供应情况及公用工程的条件。（收稿日期19

28、99-12-31）11Allrightsreserved.Allrightsreserved.SameProblemsabouttheEscalationofCokhgkidustryandItsSustaliableDevelopmenthSlianxiProvhceLeiZhongmin(ShanxiProvinceAcadanyofSocialScience.EnergyEoonomicInstitute030006)AbstractBasedontheanalysisofthecurrentsituatbnofthecokingindustryinShanxiProvincedepen

29、dedonthepresentdevetopingenviromnentofeconomyandthemarketpeculiarityathomeandabroad,thepaperdoessomeexptorationoftheescalatbnofcokingindustryanditssustainabledevebpmentsintheprovinceKeywordscokingindustryescalation,sustainabledevebpmentProspectAnalysisofCoalDirectLiquificationTechnologyMaBin(HuataiE

30、ngineeringCompanyfonnerly,2ndDesignhstituteoftheMinistryofChanicalIndustry030001)GuoChaohua(TaiyuanDetergentPlant,999Group030021)AbstractDiscussedthestrategicsignificanceofcoaldirectliquificatbnintennsofenergydistributionandenviromnentalprotectionetc,presentedthedevelopinghistoryandthelatesttechnolo

31、gydevelopment,analysedthefeasibilityeconomyandprospectofthetechnofogyKeywordscoal,directliquificalbn,prospect,analysisNewDevelopnieiithUreaProductiveTecluiiqueTangWenqian(ShandongChanicalPlanningandDesignInstitute250013)YuJianhua(JinanPetrocheinicalGroupCoLtd250101)AbstractThroughtheinvestigationoft

32、heproductiveequpmentandtechnicalexchangeswiththepatentsellersabroadabouttheprocessofNHastrippingandCO:strippingwehavegottensomeinfonnatbnonthenewdevebpmentinureaproductivetechniqueinrecentyearsKeywordsstrippingprocess,urea,operatbnratb.annualoutputAdvancehPrenfloCoalGasificationZhaoRuitongChenJianli

33、(NationalResearchandEngineeringCenterforCoalSlurryGasificatbnandCoalChemicals277527)AbstractPrenffocoalgasificatbnbetongsunderpulverizedcoalgasificatbnprocessItssinilartoShellcoalgasificatbnandtheybothbetonginentrainedffow1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.gasificatiDnThispapergivesthehisto

34、ry.featureandadvanceofprenflocoalgasificatbnKeywordsentrainedflow,gasificatbn,pulverizedcoaLprenftoSummaryofUreaCapacityEnlargementofFullSolutionRecycliigTeclinologyfr(m60kt/ato100kt/aShiHongqiangLaiQingZhangJianpeng(FujianYonganZhishengUnitedChemicalCa366013)AbstractThispaperhastechnicalandeconomicanalysesaboutureacapacityenlarganentfrom60kt/ato100kt/abymodifyingmainunitsof60kt/atotalsolutbnrecyclingureaplant,suchasCOzcompressorliquidammoniapump,prinaryammoniumaminopumpureaconverterandmediumandbwpressureabsorptonand