合成氨尿素裝置減排CO2節能創新工藝發展前景探索

任海斌

摘 要：本文主要以合成氨尿素為立足點，闡述了其在CO2減排節能創新背景下的工藝發展前景進行了詳細闡述，以此達到為相關人員提供借鑒、建議，進而促進合成氨尿素更好發展的目的。

關鍵詞：合成氨;尿素;節能;創新工藝

1 工藝設計前景分析

立足生產能力角度來講，每年所需的合成氨尿素裝置合成氨數量在10萬t，平均至每天其合成量為300t，僅每小時就能合成12.5t氨。對于合成尿素產品來講，其量產每年在17萬t左右，平均每天合成尿素產品為510t。在合成氨的過程中，其壓力應穩定在24MPa，而對于尿素來講，其壓力相較于氨來講要低，為22MPa。

2 創新節能設備及技術前景分析

對合成氨尿素裝置深入了解可知，其底部燒嘴是用于蒸汽轉化的筒狀爐，由于其沒有引風機裝置，所以其主要采用上煙道的方式，確保爐的熱效率保持在90%以上。天然氣原料在冷凝液和熱水同步作用下會處于飽和狀態，蒸汽也由此形成，使得工藝蒸汽大大縮減。在CO一次等溫變換下，固有的低變和中變將會通過整合轉變為一次變換，之后借助冷凝液作用達到去除反應熱的目的，不僅天然氣蒸汽獲得了熱源，而且熱能低位利用率也顯著提升。

在聯尿脫除過程中主要應用的是變換氣的方式，這時CO2會以合成尿素氣提劑“身份”存在，一方面實現對尿液中甲胺的分解，另一方面將尿素生產過程中的尿素原料CO2進行壓縮，從而使合成氨里CO2從中脫除出來，化學再生溶劑也能得到有效的節約。同時，在對新鮮合成器進行脫水處理時可以采用分子篩來完成，這樣可以有效消除氧化作用下的微量毒物且免去了冷凍分氨的步驟，與以往原有回路相比，大約會有20%的氣體會直接與氨合成，在此背景下，入塔氣氨和循環氣會明顯降低，而分氨提升，進而縮減了冷凍功和壓縮功。對于處于gc軸的徑向塔而言，其會被當做合成氨的重要裝置，之后利用微型顆粒催化劑，促進了氨凈值和反應熱的同步提升。這時產生的副產蒸汽總量可達到1000kg/t，比以往方式節約了超過0.7吉焦的噸氨。在平衡、對稱和雙列壓縮機整合運用下，不僅縮減了壓縮機的投入數量，而且設備工作效率也大大提升。此外，想要使換熱設備傳熱效率提升至更高，翅片管型轉化換熱爐未嘗不是一種很好的選擇，可以實現控制設備造價、提升熱能利用率的雙重目的。

3 工藝單元組成前景分析

一是，富氧自然轉化、換熱轉化及圓筒顱內蒸汽轉化是構成三段換熱轉化的三個核心要素;二是，原料天然氣飽和塔會將天然氣作為首要蒸汽轉化的對象，之后通過與冷凝液的相互作用形成蒸汽，從而達到縮減工藝消耗蒸汽的目的;三是，就CO一次等溫變化來講，其是低變和中變的合并、融合，而采用省略中變設備、熱回收設備和換熱設備的方式，變換流程就不會像以往那么繁瑣，熱能利用回收率也得到了優化。同時，簡化流程還能夠使中變過程中的鐵路催化劑更快速的還原與升溫，有效避免了以往因放硫不充分而引發中變中的銅基催化劑中毒情況;四是，要把握住變換氣聯尿的過程，促使高溫變換氣向尿素氣提劑的轉變，保證尿液中甲胺得到應有的分解和尿液濃度的標準度。也正是上述四個工藝單元，是尿素生產過程中必不可缺的過程。

4 工藝流程前景分析

4.1 生產合成氣的流程

天然氣轉化時需要將其置于圓筒爐當中，在經過脫硫槽后直接汽提飽和塔當中，在此背景下，原本干燥的原料氣因受到熱水噴淋作用很快達到飽和程度。這時，需要在水碳比例3：1引導下，將蒸汽置于其中進行有效的補充，確保其滿足相應的比例標準。接著，還要將重點放在流段加熱上，根據流向不同將其分成三路，即二段爐、換熱轉化器以及圓筒爐管，從鎳催化劑借力順利完成換熱轉化。針對富氧空氣進行預熱處理，添置爐頂位置，借助混合器的作用將其進行混合，以此保證爐上半部分空間充分燃燒，并達到標準高溫，然后催化劑床是實現其進一步轉化的關鍵。通常經過二段爐作用轉化的氣體其出爐溫度在980℃左右，隨后要將此氣體再次置于換熱轉化器當中，以廢鍋副產蒸汽方式為輔助將其冷卻，冷卻溫度保持在200-230℃為宜，這也是能夠放入一次等溫變換爐的重要標準。這個過程中，觸媒管會受到一定的影響而出現變換反應熱，這時為了達到清除這一反應的目的，可以使用熱水，從而使CO放熱反應基于低溫環境下進行。對于變換氣CO含量，其大約在0.4%左右，而溫度范圍為200-220℃。如果其所處壓力條件為5MPa，那么變換氣將會直接進入到變換氣聯尿汽提塔內，CO2接收到變換氣會發生凈化反應，H2+N2氣也由此形成，在外力作用下返回至甲烷工序中。此外，以甲烷工序為輔助而生成的H2+N2氣會在壓縮工序完成后的基礎上進入到氨合成系統當中。

4.2 聯尿的流程

首先，尿素生產過程中的變換氣汽提工作需要將合成氨內CO2去除，之后將尿素和合成氨進行融合，這也是開展尿素一體化生產的重要基礎。與傳統水溶液尿素裝置進行對比可以發現，合成氨尿素在降低CO2壓縮機消耗、再生熱能需求等方面都具有突出作用，這與變換氣中H2+N2有著直接關系，H2+N2能夠將尾氣處理系統安全性提升到更高的層次上。

其次，聯尿生產也是促進氣體合成塔內尿素熔融物的有效措施，一方面能夠將NH3和CO2從甲胺液里迅速分解，另一方面也能從中獲取尿素產品。汽提塔是吸收、冷卻變換氣的蟲咬裝置，無論是NH3、CO2向甲胺液的轉變還是泵向尿素合成塔的輸送都是借助汽提塔完成的。而吸收塔中，可以將H2+N2作為替代壓縮尿素CO2及合成氨CO2去除的重要措施，通過這樣一個過程，具體實施環節也能得到相應的縮減?；?MPa環境下汽提變換氣可以促進甲胺分解率及總氨蒸出率的提升，其具有的流程簡單等優勢也是水溶液法不可比擬的。

4.3 生產基本原則

合成氨尿素的天然氣創新生產制作技術在各大國家都獲得了廣泛的應用，主要原因是該技術簡便快捷、流程少、周期短，并且也不會應用較多機械設備，大大節約了生產成本。在過去，生產制作尿素通常會經歷兩大環節，第一環節是要把合成氨當做中間產品，并將其放置在液氨儲罐中予以保存，生產尿素時將其當做原材料使用。需要注意的是，在生產尿素的過程中一定要將合成氨中的二氧化碳（CO2）予以徹底排除，之后方可進行加熱、二次生成、壓縮，才能成為生產尿素的原材料。在尿素的生產過程中，從天然氣投料到尿素生產完畢一般需要10-20d的時間，而應用天然氣創新生產技術可以將該環節縮短6-8d左右。比如：我國某生產企業在制作合成氨尿素時就應用了天然氣創新生產技術，具體操作流程為：①該企業直接將切換蒸汽、升高空氣溫度替換了原本的用氮氣開工裝置;②在變換環節還對經過烘烤的催化劑進行了合理應用，同時在氨合成階段也對預還原的催化劑進行了應用。較為常見的催化劑有甲烷化鎳觸媒、轉化鎳觸媒、氨合成鐵觸媒、變換銅基觸媒等。無論是變換還是轉化環節，都需要切換蒸汽、升高空氣溫度，然后倒入天然氣原料其會發生還原反應，從而生成轉化氣可應用在H2還原氣體的配置上;③一般情況下，變換階段和轉化階段的升溫還原共需要3d時間，甲烷化和聯尿脫碳環節需要1d，氨合成催化劑的還原過程及升溫過程需要2d，總生成時間是7d，該企業生產合成氨尿素的時間得到了明顯的減少。

5 結束語

總的來講，以CO2減排創新節能為背景討論合成氨尿素的工藝前景是極具現實意義的。從事該工作的人員應做到對現下情況的充分把握，做到對氨尿素工藝設計、節能設備和技術等多方面發展前景的了解，這不僅是減排CO2節能實現的關鍵，而且也是促進我國氨肥工業穩健發展的基礎所在。

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