煤制尿素工艺技术方案

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1、1 煤制尿素工艺技术 目前，世界上最具有竞争性的尿素合成工艺是荷兰Stamicarbon 公 司的 CO2汽提工艺、意大利 Snamprogetti 公司的 NH3汽提工艺和日本东洋 公司的 ACES 工艺。它们在世界上建厂数量为： CO2汽提工艺 115 套，氨汽 提工艺 80 套，ACES 工艺 9 套。1980以后建厂的工艺以氨汽提工艺居多。 近年来，CO2汽提工艺有很大的发展， Stamicarbon 与 Sandvik 公司合作， 推 出 了 一 种 耐 腐 蚀 性 能 更 优 异 的 专 门 双 相 钢 材 料 Safurex （Stamicarbon A4-18005 型 BE.

2、06） ，该材料可以在无氧情况下，能耐高 温甲铵液的腐蚀，在中国宁夏用新的CO2汽提工艺成功的改造了NH3汽提 工艺，使装置增产50% 。 （一）国外尿素技术工艺概况 1、CO2汽提工艺 该工艺由荷兰 Stamicarbon 公司于 1964 年开始中间试验，1967 年建 成第一套工业装置。该工艺在70 年代初期发展迅速，目前己在世界范围 内承建 200多套尿素装置，总能力大约为50 Mt/a，占世界尿素总能力的 45% ，设计能力范围在703250t/d 。我国也己有 18 套大型装置在运行， 最大的单系列是中海油富岛化学有限公司的2700t/d 。 该工艺包括原料压缩、尿素合成及未反应物

3、的高压分解和回收、未 反应物的低压分解和回收、尿液浓缩与造粒、工艺冷凝液处理等工序。 该工艺用 CO2作汽提剂，在与合成等压条件下将合成塔出料在汽提塔内加 热汽提，使未转化的大部分甲铵分解成CO2和 NH3蒸出，分解及汽化所需 的热量由2.45MPa蒸汽供给。汽提塔出汽在高压冷凝器内生成甲铵冷凝 液，冷凝反应所放出的热量副产低压蒸汽，供低压分解、尿液蒸发使用， 汽提塔出液减压后进入精馏塔，将残余甲铵和氨进一步加热分解并蒸出， 2 然后经真空闪蒸， 两段真空蒸发浓缩至99.7%的尿液送造粒塔造粒， 或者 直接用一段蒸发的96% 尿液去生产大颗粒尿素。 2、NH3汽提工艺 NH3 汽提工艺由意大利

4、Snamprogetti 公司于 1967年试验成功并获得 专利。1970年第一套工业装置建成。 最近 5 年来，世界新增尿素能力70% 采用 Snamprogetti技术。80 年代，我国也引进了大中型氨汽提法尿素生 产装置。该工艺基本与二氧化碳汽提法一样。只是提高了合成塔的 NH3/CO2 摩尔比，使进入汽提塔的合成液中游离氨量增大，以达到自汽提 效果。 该工艺包括原料压缩、尿素合成及未反应物的高压分解和回收、过 剩氨经冷凝成液氨返回系统、尿液浓缩与造粒、工艺冷凝液处理等工序。 该工艺在与合成等压条件下将合成塔出料在汽提塔内加热自汽提，使未 转化的大部分甲铵分解成CO2和 NH3蒸出，分解

5、及汽化所需的热量由 2.45MPa蒸汽供给。汽提塔出汽在高压冷凝器内生成甲铵冷凝液，冷凝反 应所放出的热量副产低压蒸汽，供低压分解、尿液蒸发使用，汽提塔出 液减压后进入中、低压分解系统，将残余甲铵和氨进一步加热分解并蒸 出，然后经真空闪蒸，两段真空蒸发浓缩至99.7%的尿液送造粒塔造粒， 或者直接用一段蒸发的96% 尿液去生产大颗粒尿素。 中压分解气体去冷凝 吸收，将过剩氨分离出来返回合成系统。 3、ACES 工艺 ACES工艺是日本东洋工程公司（TEC ）开发的节能节资型尿素生产 新工艺。它是将 CO2汽提工艺的高汽提效率与全循环工艺的高单程转化率 有机结合起来的一种新工艺。合成塔内氨/ 碳

6、比高达 4.0，可基本上忽略 腐蚀问题，在190与 17.1 MPa 的操作条件下，合成转化率达到68% ， 大大减少了汽提塔用于分解和分离未反应物所需的中压蒸汽量，使其成 3 为当今工业化尿素工艺中能耗最低的工艺。 其设备选材也有独到之处，主要高、中压设备都采用TEC参与开发 的双相不锈钢（ DP 3） ，能很好的解决设备的腐蚀问题。其缺点是高压 圈内设备台数较多，操作、控制比较复杂，高压圈内物料循环靠设备的 位差来实现，工艺框架较高，增加了一次性土建费用，设备的操作、维 修也不方便。 90 年代我国先后引进了2 套 ACES 装置。 该工艺包括原料压缩、尿素合成及未反应物的高压分解和回收、

7、未 反应物的中、低压分解和回收、尿液浓缩与造粒、工艺冷凝液处理等工 序。该工艺用 CO2作汽提剂， 在与合成等压条件下将合成塔出料在汽提塔 内加热汽提，使未转化的大部分甲铵分解成CO2和 NH3蒸出，分解及汽化 所需的热量由2.45MPa蒸汽供给。汽提塔出汽在高压冷凝器内生成甲铵 冷凝液，冷凝反应所放出的热量一部分副产低压蒸汽，供低压分解、尿 液蒸发使用，一部分用于加热汽提后的尿液，汽提塔出液减压后进入中、 低压分解系统，将残余甲铵和氨进一步加热分解并蒸出，然后经真空闪 蒸，两段真空蒸发浓缩至99.7% 的尿液送造粒塔造粒， 或者直接用一段蒸 发的 96% 尿液去生产大颗粒尿素。该工艺无过剩氨

8、回收系统。 除上述三种尿素工艺外，世界上典型的尿素工艺还有意大利蒙特爱 迪生公司的等压双汽提工艺（简称IDR法） 、美国 UTI的热循环工艺以及 瑞士卡萨利（ Casale）公司的 HEC尿素技术。它们都比较适合现有尿素 装置的技术改造。 （二）国内尿素工艺技术概况 我国尿素工业的发展始于1957年，在上海化工研究院（以下简称上 海院）氮肥室进行尿素生产的理论研究和试验工作。1958 年在南京永利 宁厂筹建我国第一套半循环工艺的中试装置（年产 3000t） ，每生产 1t 尿 素排放的尾汽氨量为650 kg 左右，1965年 2 月在中试装置上完成了高效 4 半循环的试验，但每生产1t 尿素尚

9、有尾汽氨量约176 kg 。同年 12 月上 海院在日产2t的实验装置上完成了水溶液全循环的工艺研究和试验工 作，为我国自行设计水溶液全循环工艺尿素装置提供了详细充实的技术 数据。 1967 年上海院在试验装置上采用变换汽汽提制取尿素工艺取得成 功，开创了我国中压联尿的新工艺，并由国内设计院完成工程设计及施 工图。 1974年和 1975年分别在延安东风化肥厂、 天津永红化肥厂、 江苏六 合化肥厂建成年产1 万 t 的中压联尿装置并投入化工试车。 1960 年我国引进前苏联的年产1 万 t 的不循环法尿素装置在太原化 肥厂投入生产。 1962 年南京永利宁厂半循环装置通过国家鉴定，由国内 设计

10、的 2 套年产 4 万 t 的半循环装置先后在上海吴径化工厂和浙江巨州 化工厂相继投产。 1966 年我国引进荷兰 Stamicarbon 公司的 2 套 8 万 t/a 水溶液全循 环工艺装置在沪州天然汽化工厂投产。利用上海院水溶液全循环工艺技 术数据并借鉴进口装置自行设计、设备自制的年产11 万 t 尿素装置于 1966年 11 月在石家庄化肥厂投入生产， 标志着我国尿素工业发展进入一 个新的阶段。 70 年代初至 80 年代初，我国建成811 万 t/a的中型尿素装置35 套。 同时我国又引进了荷兰Stamicarbon 公司 70 年代先进工艺 CO2汽提 法大型尿素装置13 套和日本

11、三井东压公司的东洋高压全循环改良C法 2 套，每套年生产能力为5052 万吨。 80年代初化四院与荷兰凯洛格大陆公司联合设计日产1740t 的 CO2 汽提法尿素装置，设备大部分由国内自行制造，第一套装置于1984 年 9 5 月在浙江镇海石化总厂投产成功，第二套装置于1986年在新疆乌鲁木齐 石油化工厂投产，第三套装置于1988 年 7 月在宁夏化工厂投产，表明我 国己具有自行设计、制造大型尿素装置的能力，并赶上国外先进技术水 平。 80 年代末第一套 52 万吨/年 NH3汽提引进装置在河南中原大化建成投 产， 90 年代初引进的 5 套年产 13 万 t 氨汽提工艺的中型尿素装置先后在

12、河北宣化、北京化工实验厂、河南洛阳、山西原平、陕西宝鸡建成投产。 90年代中期又引进意大利Snamprogetti 公司的十几套大中型氨汽提 工艺装置和一套日本TEC公司 ACES 法大型尿素装置，四川泸天化引进意 大利 IDR双汽提工艺改造原2 套水溶液全循环工艺装置。 1986 年我国尿素工业发展又掀起了一个新的阶段，即众多小氮肥厂 改产尿素的技术改造，使小氮肥厂的技术进步和技术革新发生了质的变 化。相继有 100多家小氮肥厂利用水溶液全循环法进行碳铵改尿素。 水溶液全循环工艺虽属60 年代技术水平，但由于我国尿素工艺研究 和工业生产发展过程中均以该工艺为主，因此积累了工艺设计、设备制 造

13、、操作技术和生产管理的丰富经验，为小氮肥厂改产尿素提供了丰富 技术，使小尿素装置投产以后即能稳定运行。 小尿素装置发展迅速，是适合我国国情的，充分发挥了原小氮肥厂 的优势。 我国现有小尿素装置159 套，其中水溶液全循环工艺151 套。目前， 部分小尿素装置的生产能力己达610 万 t/a ，正向 1320 万 t/a 中型 装置发展。 中型装置目前有48 套，其中水溶液全循环工艺39 套，氨汽提工艺 5 套，CO2汽提工艺 2 套，IDR 工艺 2 套。中型装置尿素产量占全国尿素产 量的 17% 。随着大、小型尿素装置的兴建， 中型装置的产量比例相对减少。 大型装置己建 29 套，其中氨汽提

14、工艺 8 套，CO2汽提工艺 18 套，改 6 良“C法 2 套，ACES 工艺 1 套，其生产能力占我国尿素总产量的40% 。 以水溶液全循环工艺为主的中、小型装置有192 套，占全国尿素装 置总产量的 81.7%，其生产的尿素量占全国尿素总产量的57% 。此外，CO2 汽提工艺占 27%,氨汽提工艺占 13.5%，其它工艺占 2.5%。 （三）工艺技术方案比较 从国内外尿素技术进展来看，适合大型尿素装置建设的技术只有荷 兰 Stamicarbon 公司的 CO2汽提工艺、意大利Snamprogetti公司的 NH3 汽提工艺和日本东洋公司的ACES 工艺。它们也是在世界上建厂数最多的 工艺

15、，代表当今尿素技术的发展方向。下面就上述三种工艺技术作一比 较。 表 1-16 三种工艺的主要工艺指标的比较（来源于日产900吨尿素的报价） 项目CO2汽提工艺NH3汽提工艺ACES 工艺 合成压力 MPa 13-14 15-16 17-18 合成温度180-185 185-190 185-190 转化率 % 57 65 68 吨尿素氨耗 kg 0.566 0.568 0.568 吨尿素 CO2耗 kg 0.740 0.735 0.750 吨尿素中压蒸汽（2.5MPa 饱和） t 0.996 0.89 0.72 吨尿素循环水消耗（温差10）m 3 90.0 89.0 75 吨尿素电耗 kWh

16、102.0 115.0 134.0 从上表可以看出，三种工艺的吨尿素消耗指标基本相同。三种尿素 的工艺特点如下： 1、CO2汽提工艺 （1）流程简单。由于合成工段汽提效率很高，减小了下游工序的复 杂程度。 Stamicarbon 的 CO2汽提工艺是目前唯一工业化的只有单一低压 回收工序的尿素生产工艺。因为流程简单，所以带来许多好处，如操作 方便，投资省，可靠性强，运转率高，维修费用低等。 （2）高压圈工艺在优化理论指导下运行。合成压力采用最低平衡压 7 力、 氨/碳比采用最低共沸组成时的氨/ 碳比 （2.95） 、 操作压力为 13.6 MPa 、 温度为 180183、冷凝温度为 167、汽提温度约 190、汽提效率为 80% 以上，这些参数都比较温和，因而采用316L 或 25-22-2CrNiMo 材料 即可达到材质耐强腐蚀性的要求，设备制造和维修都比较方便。 （3）电耗低。因为CO2汽提工艺操作压力比其他汽提工艺都低，因 而高压氨泵、高压甲铵泵的功耗也低。另外，由于汽提效率高且没有中 压回收工段，没有单独的液氨需要循环回收，甲铵液的循环