尿素生產(chǎn)裝置節(jié)能減排CO2工藝方法探討

楊勛 李世歡

摘 ?要：結(jié)合我公司尿素生產(chǎn)實際，對生成尿素的原料CO2 減排創(chuàng)新節(jié)能下合成氨尿素的工藝前景探索進(jìn)行分析與探究，探討最佳節(jié)能減排工藝。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新工藝;CO2;合成氨;節(jié)能減排

在國內(nèi)開征排碳稅與資源稅以后，節(jié)能減排變成了合成氨尿素企業(yè)的重要發(fā)展方向，關(guān)乎企業(yè)的生存。客觀來講，減排CO2 稅與資源稅的征收順應(yīng)了時代發(fā)展。我國排碳稅征收能夠進(jìn)一步推動節(jié)能減排，為拯救生態(tài)環(huán)境貢獻(xiàn)力量。因此，研究CO2 減排創(chuàng)新節(jié)能下合成氨尿素的工藝前景探索具有一定現(xiàn)實意義。

1當(dāng)前國內(nèi)合成氨尿素的概況

中國的氮肥年產(chǎn)量超過1 億噸，伴隨環(huán)境綠化程度加深和人口數(shù)量增加，未來每年需求的氮肥將會提高到2 億噸。借助減排創(chuàng)新節(jié)能技術(shù)對原有技術(shù)進(jìn)行干燥，使用輕烴能源用于合成氨尿素的生產(chǎn)，有利于能源利用率的提升，逐漸達(dá)到零排放CO2，讓氨碳平衡得以實現(xiàn)，使國內(nèi)氮肥工業(yè)實現(xiàn)飛躍。

2 ?尿素CO2 節(jié)能減排工藝

2.1工藝設(shè)計前景

從生產(chǎn)能力來看，合成氨尿素裝置每年需合成10 萬噸氨，每天需合成300 ?噸氨，每小時需合成12.5 ?噸氨，同時，每年需合成17 ?萬噸尿素產(chǎn)品，每天需合成510 ?噸尿素產(chǎn)品，每小時需合成21.25 ?噸尿素產(chǎn)品。壓力參數(shù)為：氨的合成壓力是24 ?兆帕、尿素的合成壓力是22 兆帕、轉(zhuǎn)化變換的壓力是5.5 兆帕。

2.2創(chuàng)新節(jié)能設(shè)備和技術(shù)前景

在合成氨尿素裝置中，底部燒嘴是蒸汽轉(zhuǎn)化圓筒爐，沒有引風(fēng)機，采用上煙道，爐的熱效率需要超過90%。天然氣原料借助冷凝液與熱水產(chǎn)生飽和作用，直接形成蒸汽，節(jié)約工藝蒸汽。[1]進(jìn)行CO 的一次等溫變換，把原有低變、中變合并，變成一次変換，通過冷凝液來移除反應(yīng)熱，為天然氣提供蒸汽熱源，提升熱能的低位利用率。

在進(jìn)行聯(lián)尿脫除時采用變換氣，將CO2 當(dāng)成合成尿素氣提劑，分解出尿液含有的甲銨，在尿素生產(chǎn)過程中壓縮尿素生產(chǎn)原料里的CO2，脫除合成氨里的CO2，節(jié)約化學(xué)再生溶劑。借助分子篩對新鮮的合成器進(jìn)行脫水處理，并將其氧化性微量毒物清除，無需經(jīng)過冷凍分氨的系統(tǒng)，比起原有的回路，1/5 氣體會直接進(jìn)行氨合成，讓入塔氣氨減少，分氨增加，降低循環(huán)氣，節(jié)約冷凍功與壓縮功。gc 軸徑向塔當(dāng)作氨合成塔，借助微型顆粒的催化劑，提升氨凈值與反應(yīng)熱，副產(chǎn)蒸汽的回收量為每噸1000 千克，和原來的方法相比，噸氨節(jié)能為0.7 吉焦。運用平衡、對稱、雙列壓縮機，使壓縮機的整體數(shù)量減少，提升設(shè)備的工作效率。另外，為了使換熱設(shè)備進(jìn)一步提升傳熱效率，使用翅片管型轉(zhuǎn)化換熱爐，降低設(shè)備的造價，提升熱能的利用率。

2.3工藝單元組成前景

首先，三段換熱轉(zhuǎn)化包括富氧自熱的轉(zhuǎn)化、換熱的轉(zhuǎn)化、圓筒爐內(nèi)蒸汽的轉(zhuǎn)化。其次，原料天然氣飽和塔先對天然氣進(jìn)行蒸汽轉(zhuǎn)化，然后與冷凝液形成蒸汽，使工藝消耗的蒸汽大大減少。再次，CO 一次等溫變化主要是合并低變、中變，將中變設(shè)備取消，對熱回收設(shè)備、換熱設(shè)備加以省略，使變換流程、轉(zhuǎn)化流程更簡單，提升熱能的利用回收率，縮短鐵鉻催化劑在中變的還原升溫時間，將放硫不全面導(dǎo)致的銅基催化劑在低變中的中毒影響有效消除。最后，在變換氣聯(lián)尿中，把高溫變換氣當(dāng)成合成尿素氣提劑，分解尿液含有的甲銨，使尿液的濃度有效提升，并對尿液濃縮設(shè)備與流程進(jìn)行簡化。這4 個工藝單元是尿素生產(chǎn)的主要組成部分。

2.4工藝流程前景

2.4.1生產(chǎn)合成氣的流程

將天然氣添加到圓筒爐進(jìn)行轉(zhuǎn)化，通過脫硫槽以后進(jìn)入到汽提飽和塔中，讓干燥的原料氣受到熱水噴淋而發(fā)生飽和，然后將蒸汽補入其中，使水碳比達(dá)到3∶1。進(jìn)入到對流段開展加熱工作，將其分成三路，分別流入到二段爐、換熱轉(zhuǎn)化器、圓筒爐管中，借助鎳催化劑發(fā)生換熱轉(zhuǎn)化、換熱轉(zhuǎn)化。對富氧空氣預(yù)熱，然后加入到爐頂，通過混合器來混合，讓爐上部分空間燃燒形成高溫，然后用催化劑床進(jìn)一步轉(zhuǎn)化。從二段爐進(jìn)行轉(zhuǎn)化的氣體出爐溫度是 960～980℃，隨后將其當(dāng)成換熱轉(zhuǎn)化的人員，添加到換熱轉(zhuǎn)化器中，使用廢鍋副產(chǎn)蒸汽，將其冷卻至200～230℃后，放入到一次等溫的變換爐中。此時，觸媒管會存在

變換反應(yīng)熱，可使用熱水將其荊楚，讓CO 放熱反應(yīng)可以進(jìn)行在低溫條件下。變換氣CO 的含量是0.3%～0.5%，溫度為200～ 220℃。在5 兆帕壓力條件下將變換氣送到變換氣聯(lián)尿汽提塔中，對CO2 進(jìn)行凈化，形成H2+N2 氣，返回到甲烷工序中。借助甲烷工序形成的H2+N2 氣，在完成壓縮工序后添加到氨合成系統(tǒng)中。

2.4.2聯(lián)尿的流程

首先，在對生產(chǎn)尿素進(jìn)行變換氣的汽提工作時，出去合成氨里的CO2，把尿素、合成氨這兩個獨立裝置相結(jié)合，開展尿素安全生產(chǎn)的一體化生產(chǎn)[2]。比起原有的水溶液尿素裝置，合成氨尿素能夠減少CO2 壓縮機消耗、CO2 再生熱能需求、CO2 去除裝置、中低壓吸收與分解系統(tǒng)等，因為變換氣中存在H2+N2 氣，增強了尾氣處理系統(tǒng)安全性。

其次，聯(lián)尿生產(chǎn)時，通過氣體合成塔中的尿素熔融物，分解出甲銨液里的NH3 與CO2，并進(jìn)行苗業(yè)的減壓閃蒸與蒸發(fā)造粒，從而獲得尿素的產(chǎn)品。汽提塔能夠吸收和冷卻變換氣，讓NH3 與CO2 變?yōu)榧卒@液，從泵向尿素合成塔輸送，吸收塔中使用H2+ N2 氣來替代壓縮尿素CO2、去除合成氨CO2 的工作，讓操作環(huán)節(jié)大大減少。在5 兆帕的壓力環(huán)境下，通過汽提變換氣能夠增加甲銨分解率與總氨蒸出率，比起水溶液法，此流程更加方便和簡短。

最后，對等壓加熱器進(jìn)行設(shè)置的過程中，在14 兆帕環(huán)境下加熱反應(yīng)物到200～205℃，讓一部分甲銨、氨分解以后回到合成塔并形成反應(yīng)熱，使塔內(nèi)保持熱平衡的狀態(tài)，減少1/3 的汽提塔負(fù)荷、1/5 的甲銨泵、CO2 吸收塔負(fù)荷。使用蒸汽冷凝液時，應(yīng)使用鼓泡列管臥式組合甲烷、CO2 吸收器，加快熱回收率與吸收效率，對設(shè)備、流程進(jìn)行簡化[3]。

2.4.3生產(chǎn)基本原則

在國外和國內(nèi)，合成氨尿素的天然氣創(chuàng)新生產(chǎn)技術(shù)整體流 程最短，使用的設(shè)備較少。催化劑主要包括氨合成鐵觸媒、甲 烷化鎳觸媒、變換銅基觸媒、轉(zhuǎn)化鎳觸媒等。原來的尿素生產(chǎn) 工藝一般會分成兩個步驟來生產(chǎn)，先將合成氨當(dāng)成中間產(chǎn)品，設(shè)置液氨儲罐進(jìn)行儲存，當(dāng)成尿素的生產(chǎn)原料，生產(chǎn)時必須先清除CO2，隨后加熱、再生成、壓縮，變成尿素的原料區(qū)。進(jìn)行天然氣的投料至尿素生產(chǎn)完成通常需經(jīng)過10～20 天，而天然氣創(chuàng)新生產(chǎn)技術(shù)能夠?qū)⒛蛩刂谱髁鞒虦p少6～8 天。例如，某企業(yè)運用了天然氣創(chuàng)新生產(chǎn)技術(shù)來合成氨尿素，首先，該企業(yè)將蒸汽 切換、空氣升溫當(dāng)作載體，省去了用氮開工裝置。其次，變換時 使用了烘烤以后的催化劑，氨合成時使用了預(yù)還原的催化劑，變換與轉(zhuǎn)化過程都是蒸汽切換、空氣升溫，原料天然氣被倒入 還原以后，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化氣能夠用于H2 ?還原氣的配置。最后，變換與轉(zhuǎn)化的升溫還原時間共3 天，甲烷化與聯(lián)尿脫碳1 天，氨合成的催化劑還原升溫共2 ?天，開車投產(chǎn)總時間僅為1 ?周，縮短了該企業(yè)的合成氨尿素周期。

3結(jié)語

總而言之，研究CO2 減排創(chuàng)新節(jié)能下合成氨尿素的工藝前景探索具有重要的意義。相關(guān)人員應(yīng)對當(dāng)前國內(nèi)合成氨尿素的概況有一個全面了解，能夠把握合成氨尿素工藝的工藝設(shè)計、節(jié)能設(shè)備和技術(shù)、工藝單元組成、工藝流程等發(fā)展前景，實現(xiàn)減排CO2 的節(jié)能，從而促進(jìn)國內(nèi)氮肥工業(yè)長期、平穩(wěn)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] ?劉津言.尿素生產(chǎn)廢水處理工藝技術(shù)的有效性探究[J].石化技術(shù)，2019，26（08）：156+160.

[2] ?一種用尿素與甲醇反應(yīng)合成碳酸二甲酯的裝置及生產(chǎn)工藝[J].乙醛醋酸化工，2019（05）：31-35.

[3] ?一種用尿素與甲醇反應(yīng)合成碳酸二甲酯的裝置及生產(chǎn)工藝（續(xù)）[J].乙醛醋酸化工，2019（06）：31-36.