几种常见尿素工艺特点的比较

几种常见尿素工艺特点的比较我国尿素工业的发展史始于1958年，当年在南京永利宁厂建成日产10吨尿素的半循环法尿素中试车间并投入运行，同时在上海化工研究院进行实验室的基础研究，取得了为工业化扩大生产所需必要数据，其后又在吴泾化工厂建成年产1.5万吨半循环法工业装置并投产。

但真正迅速发展还是从六十年代中期开始，在此后的几十年里我国相继从国外引进多项尿素生产技术，同时在国内进行多项设计开发工作。

例如1965年上海化工研究院完成了甲铵水溶液全循环法中间试验；1967年中国首套自行设计、自行制造设备的年产11万吨尿素水溶液全循环法尿素装置在石家庄化肥厂建成投产；1975年国内自行设计自行制造的首套年产24万吨尿素CO2汽提法尿素装置在上海吴泾化工厂建成投产；从20世纪六十年代我国还较早开始合成氨-尿素联合生产工艺的研发工作。

到目前为止，我国以自己的力量已建成各种生产能力的尿素装置达100多套。

在引进技术方面，自上世纪六十年代中期以来，我国先后从荷兰斯达米卡邦引进了水溶液全循环法尿素、CO2汽提法尿素、改进型池式冷凝器-CO2汽提法尿素工艺技术；从意大利斯纳姆公司引进了氨汽提尿素工艺技术；从日本东洋工程公司引进了改良C法和ACES法尿素工艺技术等。

通过技术引进、自行开发设计，二手设备购进等途径，在我国现在运行的尿素装置中几乎含及国际上所有生产技术，装置生产能力也包含年产4万吨、6万吨、8万吨、11万吨、13万吨、18万吨、24万吨、30万吨、48万吨、52万吨、60万吨、80万吨….直至120万吨等多种规模，尿素年总生产能力已达6600万吨以上，在世界上已居前列。

尿素工艺，不论采用哪种都有各自的特点，下面把我国最主要的几种尿素工艺的特点介绍给大家，希望通过几种工艺的比较，让大家能够深刻了解各种尿素工艺的优缺点。

一、水溶液全循环法尿素工艺特点1、尿素合成采用较高的NH3/CO2比，其摩尔比为4.0~4.2，转化率较高；2、工艺成熟可靠，操作简单，高压设备数量少，投资费用低；3、尿素合成操作压力较高，无高压汽提循环系统，中低压循环系统负荷较大，能耗以及运行费用相应较低；4、一般不设置工艺冷凝液水解系统，消耗定额相对较高，排放往往达不到要求；5、系统加氧量大，尾气存在爆炸性气体，惰性气体洗涤器存在爆炸危险，应设防爆装置。

二、CO2汽提尿素工艺特点1、由于合成塔进料NH3/CO2（摩尔比）为2.9~3.0、H2O/CO2（摩尔比）为0.39~0.42，平衡压力低，故合成系统压力在所有尿素工艺中最低，为14.1MPa（A）。

操作温度为183°C，也是所有尿素工艺中最低。

2、合成塔出液靠位差进入汽提塔，在与合成塔等压下，塔底通入二氧化碳进行汽提，分解分离出大部分未转化成尿素的甲铵和过剩氨，所需热量由2.1MPa（A）、212°C蒸汽提供。

由于汽提压力较低，故汽提效率可高达80%。

汽提塔出气与高压洗涤器溢流的甲铵液一并进入甲铵冷凝器冷凝成甲铵返回合成塔。

虽然合成塔的二氧化碳单程转化率只有56%~58%，但整个合成回路的二氧化碳转化率可高达85%以上，因此可大大降低蒸汽和冷却水的消耗。

3、汽提气在甲铵冷凝器的冷凝反应热可以副产0.45MPa（A）的低压蒸汽，每吨尿素可副产约1.05吨蒸汽，此蒸汽除用于尿素装置工艺部分的加热热源外，剩余部分还可以注入二氧化碳压缩机的蒸汽透平，达到尿素装置内副产低压蒸汽的自身平衡。

对于中小型尿素装置以电机驱动二氧化碳压缩机，则有部分副产蒸汽外送。

4、由于汽提塔的操作压力低，汽提效率高，汽提塔出液的氨和二氧化碳含量分别为7.8%和10.1%，因此汽提塔出液的进一步分解无需采用通行的两段分解，只需一段低压分解即可，简化了流程和操作。

5、高压合成回路的物料主要靠液位差自流，高压洗涤器出液靠位差和液氨喷射器升压后进入甲铵冷凝器，再进入合成塔底部。

合成塔出液靠位差流入汽提塔。

所以高压回路的高压设备必须垂直布置在高框架内，框架高度为65m（20世纪七十年代引进的装置，框架高度为75m，在镇海化肥厂与荷兰凯洛格大陆公司合作时，经中方核算和建议，框架高度才由75m降至65m）。

6、由于合成系统进料NH3/CO2（摩尔比）低，合成系统设备和管道腐蚀较严重，防腐加氧量较高，为≥0.6%（原来要求≥0.8%）。

开车阶段对高压系统要进行严格的升温钝化。

二氧化碳中含氧量如(0.5%超过5分钟，必须排塔，重新钝化。

合成系统事故停车，封塔不能超过24小时（国内还规定封塔不能超过12小时）。

7、由于防腐含氧量较高，高压洗涤器出气为可燃爆气体，为了确保装置的安全运行，斯达米卡邦公司在二氧化碳压缩机四段出口或二段出口增加了二氧化碳脱氢系统，以Al2O3为载体的铂催化剂，将二氧化碳气体中的氢和其它可燃组分脱除，使二氧化碳气体中的氢含量降低至<50x10-6。

另外高压洗涤器上部还设计了防爆球，以合成塔出气充满此球体，万一在洗涤段内发生爆燃时，作为缓冲，以保证装置生产的绝对安全。

8、采用工艺冷凝液水解解吸处理技术，回收了工艺冷凝液中的氨和尿素，消除了排出液对环境的污染。

三、带池式冷凝器CO2汽提法工艺特点1、池式冷凝器为卧式，且工艺介质改走壳程，蒸汽和水改走管程，该系统设有汽包进行汽水分离，分离出的水和新加入的蒸汽冷凝液才用泵进行强制循环。

由于冷凝器反应容积大大增加，约有40%-60%的尿素在此设备中生成（相当于第一尿素合成塔），故尿素合成塔的容积可以缩小，不到传统工艺尿素合成塔容积的三分之二，通过采用新材料，系统可在低氧和生产强度8.5t/（d·m3）下操作，其二氧化碳转化率可达59%-60%。

2、由于池式冷凝器工艺介质走壳程（列管外），且有良好的气-液分布，气液搅动使传热系数大大提高，其所需传热面只相当于传统工艺的60%左右。

3、池式冷凝器U形管与管板连接采用内孔焊，不存在管子与管板的间隙，不存在间隙腐蚀的问题。

但内孔焊对管板的加工要求高、管子与管板组对、焊接、检验要求严格，整个设备制造必须由斯达米卡邦公司全程监造。

4、增加0.4MPa（A）吸收塔，以回收高压洗涤器出气中所含的氨，从而进一步降低氨耗。

四、氨汽提法工艺特点1、合成塔进料NH3/CO2（摩尔比）为3.3~3.6，H2O/CO2（摩尔比）为0.65~0.7，平衡压力较高，合成系统压力为16MPa（A），介于CO2汽提工艺和ACES工艺的合成压力之间，反应温度可达188°C，CO2单程转化率可达62%~65%。

2、合成塔出液稍降压至14.8MPa（A）送入降膜式加热的汽提塔，以溶液中的过剩氨的自身气提体作用，在高压下分解分离出大部分未转化为尿素的甲铵和过剩氨。

汽提塔出气送至卧式甲铵冷凝器冷凝吸收，甲铵液由以液氨作为动力的甲铵喷射器升压送返尿素合成塔。

甲铵冷凝器的冷凝反应热用以副产0.45MPa（A）低压蒸汽。

而整个高压圈的CO2总转化率可达约88%，从而可以大幅度降低公共物料的消耗。

3、由于合成塔进料NH3/CO2（摩尔比）较高，使高压回路的工艺介质有过量氨的存在，减轻腐蚀的程度。

另外，汽提塔列管原选用钛材，因不耐冲刷腐蚀且设备制造难度较大，后改采用25-22-2衬锆的双金属管，较好的解决了设备的腐蚀问题和降低了设备的制造难度。

防腐加氧降低，仅为0.25%，尾气无燃爆问题。

开车时，高压系统也无需专门钝化。

停车封塔可达48小时，从而可以提高装置的年运转率。

另外，汽提塔出液温度可达207°C，尽管压力较高，甲铵分解率仍达约70%，但氨的气体效率则较低，只有约48%。

4、操作要求不苛刻，操作弹性大，因有中压分解段，高压系统的NH3/CO2（摩尔比）稍有变化或汽提效率稍有波动均不至影响装置的平稳运行。

5、低位能的热量回收利用较好，如：中压分解气作真空预浓缩器的热源、低压分解气作液氨预热器的热源，从而降低公用物料的消耗。

6、所有高压设备都在地面或低层设置，没有高框架，可降低投资和利于施工安装及操作维修。

7、高压设备的尺寸和传热面积均比CO2汽提工艺的小和少，据估算氨汽提工艺四台高压设备与传统CO2汽提工艺四台高压设备的重量相比（2640t/d规模，还未加脱氢系统设备）要少400吨，从而可以降低装置的投资。

另外，有利于大型化，目前氨汽提工艺最大规模的装置已达4000t/d，为目前世界上单线能力最大的装置。

我国乌兰煤炭集团2012年建设的4000t/d尿素装置即采用氨汽提工艺。

氨汽提工艺大于3500t/d的装置在世界上建厂已近10套。

8、采用卧式水解器，而且水解压力为3.5MPa（G），水解温度为235°C的高温水解，因而水解速率提高，可以缩短工艺冷凝液在水解器中的停留时间，减小水解器的容积。

但工艺部分需引入3.8MPa （G）的高压蒸汽，多了一个蒸汽等级。

9、中压清洗器和低压清洗器均用蒸汽冷凝液彻底清洗，清洗液直接返回系统，既能维持系统的水平衡，又几乎全部回收中、低压放空气中的氨，从而降低氨耗。

而不像CO2汽提工艺0.4MPa（G）吸收塔出液送回碳铵液贮槽，再送水解解吸，再次吸收，而多耗蒸汽和冷却水，也增加了水解解吸的负荷。

10、甲铵冷凝器还可以设置两台，依据不同的冷凝反应温度，副产两个压力等级的低压蒸汽。

甲铵冷凝器A可以副产0.65MPa（A）的饱和低压蒸汽，甲铵冷凝器B可以副产0.44MPa（A）的饱和低压蒸汽，0.65MPa（A）的低压蒸汽用作中、低压分解加热器和解吸塔的热源，以提高传热温差，减少加热器的面积。

（只单台甲铵冷凝器时，采用蒸汽喷射器以2.3MPa（A）中压蒸汽引射0.44MPa（A）低压蒸汽，产生0.59MPa（A）蒸汽用作中压分解加热器和解吸塔的热源）。