CO2汽提法尿素工艺降低蒸汽消耗的根本途径探索

CO2汽提法尿素工艺减少蒸汽消耗的根本途径探索摘要：本文通过介绍国内外二氧化碳气提法现状、传统的二氧化碳气提法工艺、影响二氧化碳气提法工艺蒸汽消耗的因素以及减少蒸汽消耗的途径对本课题进行研究。关键词：二氧化碳汽提法，尿素工艺，蒸汽消耗，根本途径，相关探索随着社会经济的发展，我国的工农业水平不断提高，这对我国的尿素产出量提出了很高的要求。作为尿素生产大国，我国的尿素厂数量为世界之最，产量和产能都居于世界榜首。但是，如今我国能源产业面对外界的各种压力，这就要求尿素合成产业的节能增产的技术需要的到有效的提升。但在长达几十年的工业生产中，尿素生产工艺的蒸汽消耗量始终不能大幅减少。1国内外二氧化碳气提法现状就目前来看，世界上最普遍的制尿素工艺就是气提法，而气提法根据生产工艺的不同又可以分作氨气提法与二氧化碳气提法。在中国，二氧化碳气提法工艺凭借着操作条件温和以及流程短的优势深受我国用户喜爱，所以二氧化碳气提法工艺在我国占据了最大的市场份额。二氧化碳气提法工艺源于1969年的工业化装置投产，经过近年来不断的改善优化，最先进的池式反应器让尿素高压框架高度大幅下降，但是这对于蒸汽的消耗量的减少没有多少帮助。2传统的二氧化碳气提法工艺传统的二氧化碳气提法工艺通过高低压的合成与分解以及回收、真空浓缩、造粒、解析水解这几个重要工序构成。其主要特点为工作人员在进行操作时，操作温度以及压力都比较低，整个二氧化碳气提法工艺流程较短，在高压转向低压的过程中，操作轻松，耗能低，虽然优势众多，但是有一致命的缺点就是转化率太低。我国从1970年开始引入荷兰斯塔米卡邦公司的二氧化碳气提法工艺，后来又陆续引进荷兰斯塔米卡邦公司的改进型二氧化碳气提法工艺。等到2000年我国将最先进的Urea2000+工艺引进国内。从1970年到最近我国引进了如下具有代表性的尿素装置的蒸汽消耗对比以及高压圈操作参数。（1）1973年，我国引入的辽河装置参数：防腐加氧量为千分之八，温度183度，压力13.3万帕，低氨/碳比2.85，低水/碳比0.388，二氧化碳转化率57.15%，每吨消耗蒸汽1007千克。（2）1994年，我国引入的黑化装置参数：防腐加氧量为千分之六，温度183度，压力14.2万帕，低氨/碳比3.01，低水/碳比0.427，二氧化碳转化率59.05%，每吨消耗蒸汽1005千克。（3）2008年，我国引入的金新装置参数：防腐加氧量为千分之三，温度184.8度，压力14.2万帕，低氨/碳比3.11，低水/碳比0.512，二氧化碳转化率58.50%，每吨消耗蒸汽975千克。（4）2011年，我国引入的博大装置参数：防腐加氧量为千分之一，温度186.4度，压力14.2万帕，低氨/碳比3.11，低水/碳比0.512，二氧化碳转化率59.87%，每吨消耗蒸汽930千克。附：蒸汽消耗折算成2.5万帕饱和蒸汽以此看来荷兰斯塔米卡邦公司对二氧化碳气提法工艺的高压圈操作条件进行了优化，上升了操作压力以及温度，将防腐加氧量作出了大幅的减少。但是荷兰斯塔米卡邦公司在四十多年的二氧化碳气提法工艺的发展上，在减少蒸汽消耗上取得进步有限。2影响二氧化碳气提法工艺蒸汽消耗的因素二氧化碳气提法工艺的典型蒸汽系统由水解塔、高压冷凝器、汽提塔、蒸汽饱和器、LS蒸汽用户、蒸汽冷凝液以及S蒸汽用户构成。当2.5万帕的蒸汽分别进入水解塔、汽提塔以及蒸汽饱和器中，汽提塔再分出进入高压冷凝器与蒸汽饱和器，再由0.44万帕蒸汽进入LS蒸汽用户部分LS送出，而0.9万帕蒸汽进入S蒸汽用户，它们共同转化为蒸汽冷凝液SC送出。影响汽提塔复核高低的主要原因是尿素合成塔的二氧化碳转换率以及汽提塔的汽提效率，二氧化碳的转化率越高，所要分解的CH3NH2就越少，这样汽提塔的运行负荷变小，它的效率也就变高。2.1二氧化碳转化率影响尿素合成塔之中二氧化碳转化率的主要因素有转化时的温度、，低氨/碳比、低水/碳比、以及原料二氧化碳气体的纯度等。尿素合成反应分两步吗，首先将原料氨气和二氧化碳生产的CH3NH2快速放热反应，第二步是CH3NH2脱水生成尿素的缓慢吸热反应。在一定的温度范围之中，只要提高反应温度就能提高生成尿素的反应速度以及二氧化碳的转化率。通过上升反应压力、上升动力消耗让反应温度提高，此时，介质的腐蚀程度上升，这就需要更为昂贵的耐腐蚀材料。二氧化碳转化率随低氨/碳比的上升而上升,在通常工艺条件下,低氨/碳比每上升十分之一,转化率提高千分之五到千分之十。低氨/碳比上升,则合成的平衡圧力上升,动力消耗上升,同时过剩氨的循环量也上升,减少了合成塔的反应空问。低氨/碳比过高,则低圧循环负荷上升,带入高压圈的水量上升,高压圈的低水/碳比上升。而低水/碳比上升对合成反应是不利的,在一定温度和低氨/碳比比下,低水/碳比每上升十分之一,则二氧化碳转化率要下降千分之十五到千分之二十。2.2汽提效率根据公式α=转化为尿素的氨气量/总的氨气量X100%，低水/碳比上升，造成二氧化碳转化率下降。因此，汽提塔的汽提效率并不是说越高越好，适当的对其进行减少可以减少2.5万帕蒸汽的消耗。但是传统的二氧化碳气提法除了高压圈之外，只有低压分解回收系统回收的CH3NH2液体含水量比较高，所以说，通过减少汽提效率来减少2.5万帕蒸汽的消耗程度极为有限。3减少蒸汽消耗的途径从上文来看低氨/碳比增加了千分之一，那么低水/碳比也增加了万分之九，这两者对二氧化碳转化率的影响基本相互抵消，通过增加低氨/碳比对减少蒸汽消耗基本上没有了意义。针对传统的二氧化碳气提法佛那个一，想要大幅减少2.5万帕蒸汽的消耗量必须减少汽提塔的运转负荷。根据氨气-二氧化碳-水的三元相图可以知道，回收压力越高CH3NH2液体的含水量越低，在0.3万帕下回收的CH3NH2液体水含量近三成，在1.8万帕下回收的CH3NH2液体水含量只有两成半，粗略计算回收等量的氨气和二氧化碳，返回高压圈的水量可以减少近三成，所以可以通过增加一个中压段的方法减少汽提塔的蒸汽消耗量。传统的二氧化碳气提法，因为高压冷凝器副产的低压蒸汽温度过低，在传统的二氧化碳气提工艺中无法作为中压分解的加热源，只能通过设置中压闪蒸流程。由于没有中压加热源，其负荷受到限制，气提塔负荷无法下降过多，荷兰斯塔米卡邦公司开发的带中亚的Urea2000+工艺就是这种流程，每吨2.5万帕的饱和蒸汽可以减少850千克左右。另一种是适当的中压分解热源，如日本东洋公司的ACES21工艺以及中国五环工程有限公司的THESES技术。这两种技术也是属于二氧化碳气提法工艺范畴，通过独特的高压冷凝设备构，可以副产0.6万帕以上的饱和蒸汽，作为中压分解使用。这种工艺有中压分解加热源，所以通过中压系统吸收汽提塔多余负荷可以节约更多的2.5万帕蒸汽，可以将其饱和蒸汽消耗量减少到750千克以下。4结束语二氧化碳气提法工艺经历了四十余年的发展，它操作简单、工艺流程短、操作条件温和的优点被众多尿素工厂的青睐有佳。伴随着市场行情的加剧，节能减排工作越来越被人们重视，减少二氧化碳气提法中的蒸汽消耗量是其发展的必然选择。参考文献：[1]周志斌,李国伟,王志朝,等.首套国产化40kt/a二氧化碳汽提法尿素装置造与探索[J].化肥工业,2012,39(5):24-28.[2]朱天新,邸彩霞,徐凯.改进型CO2汽提法尿素工艺蒸汽系统的优化调节[C]//化肥学会年会暨新型化肥催化剂及相关使用技术研讨会.2007.[3]朱天新,邸彩霞,徐凯.改进型CO2汽提法尿素工艺蒸汽系统的优化调节[J].