二氧化碳气提工艺生产尿素的节能降耗分析

刘静

摘要：当化工生产技术在不断创新和环保意识继续增强时，越来越多的企业开始重视节能降耗，并将其纳入到生产经营的战略中。随着环保意识的提高和能源资源的有限性，化肥生产过程中的能耗和二氧化碳排放成为关注的焦点。本文通过对二氧化碳气提工艺生产尿素的节能降耗进行深入分析，探讨了采用该技术在提高尿素生产效率的同时，降低能源消耗和环境负担的可行性。

关键词：二氧化碳；气提工艺；尿素生产；节能降耗措施

中图分类号：TE08文献标志码：A

引言

尿素作为一种重要的氮肥，在农业生产中发挥着关键作用。然而，传统尿素生产过程中存在能耗高、二氧化碳排放多的问题。二氧化碳气提工艺以其低能耗、高效率的特点备受关注。二氧化碳汽提法尿素生产工艺始终是处在进步与发展的状态，新技术、新材料的使用在为企业降本增效的同时，也可能带来一些新的挑战。

1二氧化碳气提工艺流程

CO2汽提法生产尿素需要在一定温度和压力下，通过CO2提取到甲铵溶液，在工艺流程中通过池式反应器、CO2汽提塔、高压洗涤器等设备将CO2与NH3冷凝，冷凝期间产生放热，热源将提供给二段的分解与一段的蒸发，该工艺包括液氨加压、CO2压缩净化、合成和汽提等。整个工艺流程产生的能量还可以作为系统保温或是汽喷射器动力。CO2压缩净化是为了将原料CO2升压到所需压力并脱去所需CO2残留的H2S和H2，使进入汽提塔的CO2不含多余杂质。而尿素合成和CO2汽提工序作为CO2汽提法生产尿素工艺的核心部分，主要是对液氨和CO2进行反应与加工，二者在池式反应器中发生反应生成NH2COONH4后脱水最终生成尿素和水，其过程为：

2NH3+CO2→NH2COONH4

NH2COONH4→CO（NH2）2+H2O

这一过程中NH2COONH4脱水生成尿素的步骤是该尿素合成工艺的主要控制部分。不过该工序除了池式反应器外，还需要CO2汽提塔和高压洗涤器与其共同构成的高压圈作为主要核心设备，经过这些设备处理生成的CO2、甲铵和氨进入汽提塔底端，为之后的工序做准备[1]。

2二氧化碳气提工艺生产尿素的节能降耗措施

2.1采用电机变频调速装置

变频技术可以通过调节设备的转速，使得设备的能耗与产出成正比，从而减少不必要的能耗。推广这项技术还可以实现设备的精细化控制，避免设备的频繁启停和过载运行。如果过于频繁的启停会加速设备的磨损和故障率，过载运行则会造成能源的浪费和设备的损坏。而采用变频技术可以实现设备的平稳启停和稳定运行，避免了这些问题的发生。随着变频技术的不断发展，变频器供电电源质量将会越来越好，对电动机以及整体系统的再升级提供根本技术保证。为了满足二氧化碳气提工艺生产尿素节能降耗要求，相关部门需要引进电机变频调速装置，将其应用到高压甲铵泵与高压液氨泵中，减少吨尿素的电耗量，发挥出节能效果。这一装置与水溶液循环尿素工艺相比，尿素装置合成工艺可以实现降低能耗的预期目标[2]。

2.2科学配置吸收塔

尿素装置长期以来严格执行“二氧化碳汽提法尿素装置防腐蚀管理规定”，相关内容被固化入两套装置的操作规程中，并持续更新、完善。目前，低压吸收塔放空尾气中氨含量高达5.8％，远超设计值1.0％，分析其主要原因是低压吸收塔给料泵出口氨水浓度高———氨含量在8％以上，远超4％的设计指标；再加上蒸汽冷凝液冷却器内漏，低压吸收塔顶部停加冷凝液，联产后高洗器负荷重，加剧了放空尾气氨含量超标。可见，降低低压吸收塔给料泵进口氨水浓度是技改的重点。改造后，再生塔的常压闪蒸和真空闪蒸部分溶剂的处理量变大，溶剂停留时间变短，会影响闪蒸效果。另外，溶剂损失会偏大，且影响去尿素装置CO2原料气的纯度；当然了，如再生塔解吸出的CO2不用于生产尿素，CO2的纯度要求可以降低，则现有再生塔的使用不受影响。改造后，由于碳丙液循环量增加，造成气提气用量增加，一方面需要保证再生塔填料上层压紧装置不被增大的空气量吹起，另一方面由于再生塔填料层高度有限，碳丙液循环量的增加会对气提效果产生一定的影响，可能造成循环贫液中的CO2含量偏高，对净化气CO2含量要求不高时，现有再生塔的使用不受影响。

2.3提高系统氨碳比

由于尿素装置与三聚氰胺装置联运，低压系统返回高压系统的物料增加，导致汽提塔液相量有所增加，但合成装置过来的作为汽提剂的二氧化碳量没变，造成汽提塔气液比偏离设计值。因此，根据尿素装置运行工况，制定不同负荷下控制不同氨碳比操作规程：当系统负荷低于85%时，汽提塔上部液位低，容易造成局部过热，加剧腐蚀，因此，高压系统氨碳比适当提高，控制在3.02，当系统负荷高于85%时，腐蚀缓解，高压系统氨碳比控制在3.00。从运行工况判断，系统运行质量更能得到保障[3]。

2.4重视汽提塔维护

二氧化碳汽提塔是尿素装置的核心设备，汽提塔为逆流降膜式分解器。来自合成塔的液相经过汽提塔分布管的分布孔，沿着汽提塔列管管壁，以液膜形式往下流，与底部进入的经过分布挡板的二氧化碳对流接触，汽提塔列管管壁液相的氨分压降低，促使甲铵分解为氨和二氧化碳，甲铵分解的热量由高压饱和蒸汽提供。汽提塔汽提的氨和二氧化碳与原料二氧化碳一起进入池式冷凝器中继续参加反应，离开汽提塔的液相进入尿素低压系统进行加热闪蒸。在尿素的生产过程中，应该尽量避免系统在低负荷下运行，一般通过加强前端氧含量控制，调整高压氨碳比、水碳比、壳侧加热蒸汽压力等措施来减缓汽提塔腐蚀速率，当停车超过24h时，高压系统需排塔置换，避免汽提塔出现严重腐蚀。

2.5设备腐蚀处理措施

CO2汽提法生产尿素的工艺最初从荷兰引进，之后经过长时间对该工艺的消化、吸收及摸索改进，形成适合我国化肥行业尿素生产装置所需要的主要工艺技术之一。CO2汽提法生产尿素的工艺中，设备腐蚀是影响尿素生产的主要原因，而设备腐蚀则来源于尿素生产过程中的介质，它们或与水发生反应或相互反应形成强烈的腐蚀性导致设备被破坏，其腐蚀的根本原理是生产过程中出现还原反应，还原物质的产生又进一步使尿素的高压设备中的电化学腐蚀加快。通过对尿素设备腐蚀机理的探索、设备腐蚀现状和腐蚀原因分析，找出有效的防范措施及处理对策，以提高尿素高压设备使用寿命与设备管理水平[4]。

2.6其他节能措施

第一，2台风机（真解风机和气提风机）的电耗，主要取决于后续净化气CO2含量要求和去尿素装置CO2原料气的纯度要求。如果调整生产策略，后续净化气不再只用于合成氨装置配置尿素装置，而是用于联合生产其他产品（如甲醇），则净化气中的CO2含量不必严格要求低于0.4％，这样的话气提风机的电耗就可以降低。如果常闪和真解出的气体不作为尿素生产的原料而直接放空，则真解气的CO2含量要求可以放宽，这样的话真解风机的电耗可以降低。第二，可考虑通过涡轮泵组回收预脱碳系统碳丙富液从0.8MPa减压至0.3MPa的能量，这取决于最后闪蒸压力的确定，理论上贫液泵可节约20％的能耗。

结束语

随着我国工业化进程的不断推进，化工行业在国民经济中的地位日益重要。我国的化工行业在长期的发展中，不断探索和应用各种节能降耗技术，积极推广先进的生产工艺和装备。二氧化碳气提工艺作为尿素生产的新型技术，在节能降耗方面具有显著优势。通过减少二氧化碳排放、降低能耗和提高氨气利用率，该工艺有望在化肥行业推动绿色、可持续发展。

参考文献:

［1］周庆振.二氧化碳汽提法尿素工艺中的节能措施［J］.化工设计通讯，2019，45(05):4+43.

［2］李旭初.省投资低能耗新型尿素生产技术助力节能减排［J］.中国经贸导刊，2018(28):66－67.

［3］李永灿，王贤金，苏镇.二氧化碳气提工艺生产尿素的节能降耗分析［J］.化工管理，2018(16):116.

［4］庄肃霞.尿素装置节能降耗改造项目总结［J］.氮肥技术，2017，38(01):1－3+7.