CO2汽提法尿素工藝降低蒸汽消耗的根本途徑探索

CO2汽提法尿素工藝減少蒸汽消耗的根本途徑探索摘要：本文通過介紹國內(nèi)外二氧化碳氣提法現(xiàn)狀、傳統(tǒng)的二氧化碳氣提法工藝、影響二氧化碳氣提法工藝蒸汽消耗的因素以及減少蒸汽消耗的途徑對本課題進行研究。關(guān)鍵詞：二氧化碳汽提法，尿素工藝，蒸汽消耗，根本途徑，相關(guān)探索隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，我國的工農(nóng)業(yè)水平不斷提高，這對我國的尿素產(chǎn)出量提出了很高的要求。作為尿素生產(chǎn)大國，我國的尿素廠數(shù)量為世界之最，產(chǎn)量和產(chǎn)能都居于世界榜首。但是，如今我國能源產(chǎn)業(yè)面對外界的各種壓力，這就要求尿素合成產(chǎn)業(yè)的節(jié)能增產(chǎn)的技術(shù)需要的到有效的提升。但在長達幾十年的工業(yè)生產(chǎn)中，尿素生產(chǎn)工藝的蒸汽消耗量始終不能大幅減少。1國內(nèi)外二氧化碳氣提法現(xiàn)狀就目前來看，世界上最普遍的制尿素工藝就是氣提法，而氣提法根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同又可以分作氨氣提法與二氧化碳氣提法。在中國，二氧化碳氣提法工藝憑借著操作條件溫和以及流程短的優(yōu)勢深受我國用戶喜愛，所以二氧化碳氣提法工藝在我國占據(jù)了最大的市場份額。二氧化碳氣提法工藝源于1969年的工業(yè)化裝置投產(chǎn)，經(jīng)過近年來不斷的改善優(yōu)化，最先進的池式反應器讓尿素高壓框架高度大幅下降，但是這對于蒸汽的消耗量的減少沒有多少幫助。2傳統(tǒng)的二氧化碳氣提法工藝傳統(tǒng)的二氧化碳氣提法工藝通過高低壓的合成與分解以及回收、真空濃縮、造粒、解析水解這幾個重要工序構(gòu)成。其主要特點為工作人員在進行操作時，操作溫度以及壓力都比較低，整個二氧化碳氣提法工藝流程較短，在高壓轉(zhuǎn)向低壓的過程中，操作輕松，耗能低，雖然優(yōu)勢眾多，但是有一致命的缺點就是轉(zhuǎn)化率太低。我國從1970年開始引入荷蘭斯塔米卡邦公司的二氧化碳氣提法工藝，后來又陸續(xù)引進荷蘭斯塔米卡邦公司的改進型二氧化碳氣提法工藝。等到2000年我國將最先進的Urea2000+工藝引進國內(nèi)。從1970年到最近我國引進了如下具有代表性的尿素裝置的蒸汽消耗對比以及高壓圈操作參數(shù)。（1）1973年，我國引入的遼河裝置參數(shù)：防腐加氧量為千分之八，溫度183度，壓力13.3萬帕，低氨/碳比2.85，低水/碳比0.388，二氧化碳轉(zhuǎn)化率57.15%，每噸消耗蒸汽1007千克。（2）1994年，我國引入的黑化裝置參數(shù)：防腐加氧量為千分之六，溫度183度，壓力14.2萬帕，低氨/碳比3.01，低水/碳比0.427，二氧化碳轉(zhuǎn)化率59.05%，每噸消耗蒸汽1005千克。（3）2008年，我國引入的金新裝置參數(shù)：防腐加氧量為千分之三，溫度184.8度，壓力14.2萬帕，低氨/碳比3.11，低水/碳比0.512，二氧化碳轉(zhuǎn)化率58.50%，每噸消耗蒸汽975千克。（4）2011年，我國引入的博大裝置參數(shù)：防腐加氧量為千分之一，溫度186.4度，壓力14.2萬帕，低氨/碳比3.11，低水/碳比0.512，二氧化碳轉(zhuǎn)化率59.87%，每噸消耗蒸汽930千克。附：蒸汽消耗折算成2.5萬帕飽和蒸汽以此看來荷蘭斯塔米卡邦公司對二氧化碳氣提法工藝的高壓圈操作條件進行了優(yōu)化，上升了操作壓力以及溫度，將防腐加氧量作出了大幅的減少。但是荷蘭斯塔米卡邦公司在四十多年的二氧化碳氣提法工藝的發(fā)展上，在減少蒸汽消耗上取得進步有限。2影響二氧化碳氣提法工藝蒸汽消耗的因素二氧化碳氣提法工藝的典型蒸汽系統(tǒng)由水解塔、高壓冷凝器、汽提塔、蒸汽飽和器、LS蒸汽用戶、蒸汽冷凝液以及S蒸汽用戶構(gòu)成。當2.5萬帕的蒸汽分別進入水解塔、汽提塔以及蒸汽飽和器中，汽提塔再分出進入高壓冷凝器與蒸汽飽和器，再由0.44萬帕蒸汽進入LS蒸汽用戶部分LS送出，而0.9萬帕蒸汽進入S蒸汽用戶，它們共同轉(zhuǎn)化為蒸汽冷凝液SC送出。影響汽提塔復核高低的主要原因是尿素合成塔的二氧化碳轉(zhuǎn)換率以及汽提塔的汽提效率，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越高，所要分解的CH3NH2就越少，這樣汽提塔的運行負荷變小，它的效率也就變高。2.1二氧化碳轉(zhuǎn)化率影響尿素合成塔之中二氧化碳轉(zhuǎn)化率的主要因素有轉(zhuǎn)化時的溫度、，低氨/碳比、低水/碳比、以及原料二氧化碳氣體的純度等。尿素合成反應分兩步嗎，首先將原料氨氣和二氧化碳生產(chǎn)的CH3NH2快速放熱反應，第二步是CH3NH2脫水生成尿素的緩慢吸熱反應。在一定的溫度范圍之中，只要提高反應溫度就能提高生成尿素的反應速度以及二氧化碳的轉(zhuǎn)化率。通過上升反應壓力、上升動力消耗讓反應溫度提高，此時，介質(zhì)的腐蝕程度上升，這就需要更為昂貴的耐腐蝕材料。二氧化碳轉(zhuǎn)化率隨低氨/碳比的上升而上升,在通常工藝條件下,低氨/碳比每上升十分之一,轉(zhuǎn)化率提高千分之五到千分之十。低氨/碳比上升,則合成的平衡圧力上升,動力消耗上升,同時過剩氨的循環(huán)量也上升,減少了合成塔的反應空問。低氨/碳比過高,則低圧循環(huán)負荷上升,帶入高壓圈的水量上升,高壓圈的低水/碳比上升。而低水/碳比上升對合成反應是不利的,在一定溫度和低氨/碳比比下,低水/碳比每上升十分之一,則二氧化碳轉(zhuǎn)化率要下降千分之十五到千分之二十。2.2汽提效率根據(jù)公式α=轉(zhuǎn)化為尿素的氨氣量/總的氨氣量X100%，低水/碳比上升，造成二氧化碳轉(zhuǎn)化率下降。因此，汽提塔的汽提效率并不是說越高越好，適當?shù)膶ζ溥M行減少可以減少2.5萬帕蒸汽的消耗。但是傳統(tǒng)的二氧化碳氣提法除了高壓圈之外，只有低壓分解回收系統(tǒng)回收的CH3NH2液體含水量比較高，所以說，通過減少汽提效率來減少2.5萬帕蒸汽的消耗程度極為有限。3減少蒸汽消耗的途徑從上文來看低氨/碳比增加了千分之一，那么低水/碳比也增加了萬分之九，這兩者對二氧化碳轉(zhuǎn)化率的影響基本相互抵消，通過增加低氨/碳比對減少蒸汽消耗基本上沒有了意義。針對傳統(tǒng)的二氧化碳氣提法佛那個一，想要大幅減少2.5萬帕蒸汽的消耗量必須減少汽提塔的運轉(zhuǎn)負荷。根據(jù)氨氣-二氧化碳-水的三元相圖可以知道，回收壓力越高CH3NH2液體的含水量越低，在0.3萬帕下回收的CH3NH2液體水含量近三成，在1.8萬帕下回收的CH3NH2液體水含量只有兩成半，粗略計算回收等量的氨氣和二氧化碳，返回高壓圈的水量可以減少近三成，所以可以通過增加一個中壓段的方法減少汽提塔的蒸汽消耗量。傳統(tǒng)的二氧化碳氣提法，因為高壓冷凝器副產(chǎn)的低壓蒸汽溫度過低，在傳統(tǒng)的二氧化碳氣提工藝中無法作為中壓分解的加熱源，只能通過設(shè)置中壓閃蒸流程。由于沒有中壓加熱源，其負荷受到限制，氣提塔負荷無法下降過多，荷蘭斯塔米卡邦公司開發(fā)的帶中亞的Urea2000+工藝就是這種流程，每噸2.5萬帕的飽和蒸汽可以減少850千克左右。另一種是適當?shù)闹袎悍纸鉄嵩?，如日本東洋公司的ACES21工藝以及中國五環(huán)工程有限公司的THESES技術(shù)。這兩種技術(shù)也是屬于二氧化碳氣提法工藝范疇，通過獨特的高壓冷凝設(shè)備構(gòu)，可以副產(chǎn)0.6萬帕以上的飽和蒸汽，作為中壓分解使用。這種工藝有中壓分解加熱源，所以通過中壓系統(tǒng)吸收汽提塔多余負荷可以節(jié)約更多的2.5萬帕蒸汽，可以將其飽和蒸汽消耗量減少到750千克以下。4結(jié)束語二氧化碳氣提法工藝經(jīng)歷了四十余年的發(fā)展，它操作簡單、工藝流程短、操作條件溫和的優(yōu)點被眾多尿素工廠的青睞有佳。伴隨著市場行情的加劇，節(jié)能減排工作越來越被人們重視，減少二氧化碳氣提法中的蒸汽消耗量是其發(fā)展的必然選擇。參考文獻：[1]周志斌,李國偉,王志朝,等.首套國產(chǎn)化40kt/a二氧化碳汽提法尿素裝置造與探索[J].化肥工業(yè),2012,39(5):24-28.[2]朱天新,邸彩霞,徐凱.改進型CO2汽提法尿素工藝蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)節(jié)[C]//化肥學會年會暨新型化肥催化劑及相關(guān)使用技術(shù)研討會.2007.[3]朱天新,邸彩霞,徐凱.改進型CO2汽提法尿素工藝蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)節(jié)[J].