一、技術(shù)名稱：水溶液全循環(huán)尿素節(jié)能生產(chǎn)工藝技術(shù)
二、適用范圍：水溶液全循環(huán)尿素生產(chǎn)裝置改造或新建
三、與該節(jié)能技術(shù)相關(guān)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能耗現(xiàn)狀：
目前，我國氮肥行業(yè)的噸尿素產(chǎn)品單耗為：氨580㎏、蒸汽1250㎏、循環(huán)水140m3、電140kWh，合成轉(zhuǎn)化率65%。
四、技術(shù)內(nèi)容：
1．技術(shù)原理
1）高壓合成工序：
來自氨庫的原料液氨，經(jīng)液氨泵加壓到20～23MPa后送往液氨預熱器，被加熱到70℃分為兩路，一路約為總量80%的NH3、103℃甲銨液和來自CO2壓縮機20～23MPa的 CO2一起進入合成塔塔頂分布器；另一路約20% 的NH3通過尿素合成塔底部進入，在塔內(nèi)完成等溫高壓合成反應，反應產(chǎn)物從塔的頂部出來。
工業(yè)生產(chǎn)尿素的反應分兩步進行，第一步由氨和二氧化碳反應生成中間產(chǎn)物氨基甲酸銨（簡稱甲銨），其反應式為：
2NH3（液）+CO2（氣）=NH4COONH2（液）+ Q1
第二步由甲銨脫水生成尿素，其反應式為：
NH4COONH2（液）=CO(NH2)2（液）+H2O（液）－Q2
第一步反應是一個可逆的強放熱反應，生成氨基甲酸銨的反應速度比較快，容易達到化學平衡，且達到化學平衡后二氧化碳轉(zhuǎn)化為氨基甲酸銨的程度很高。第二步反應是一個可逆的微吸熱反應，需要在液相中進行，反應速度慢，需要較長時間才能達到化學平衡，即使達到化學平衡也不能使全部氨基甲酸銨都脫水轉(zhuǎn)化為尿素。
2）循環(huán)回收工序
從合成塔出來的反應混合物先后經(jīng)過中壓分解吸收（壓力1.7 MPa）和低壓分解吸收（壓力0.3 MPa）后，尿素濃度達到67%左右，溫度為140℃，然后送入蒸發(fā)系統(tǒng)；尿素尾氣通過高效安全的尾氣凈氨處理后（氨含量小于1%）放空。
3）蒸發(fā)工序
從低壓循環(huán)系統(tǒng)來的尿素溶液送入逆流降膜式預濃縮器，以中壓分解氣作熱源進行預濃縮，將尿液濃度從67%提高到85%；用膨脹蒸汽和蒸汽冷凝液作熱源對85%尿液進行兩段加熱進行再濃縮，使尿液濃度從85%提高到95%，完成對尿素的一段蒸發(fā)。出一段蒸發(fā)器的尿液再經(jīng)過二段蒸發(fā)加熱器，濃縮至99.6%左右，送至尿素造粒塔進行造粒。
4）解吸、水解工序
碳銨液由解吸泵送至解吸水解系統(tǒng)，采用蒸汽加熱氣提，使塔底排出的解吸凈水中尿素及氨含量≤5ppm；解吸水解塔底出來的188℃解吸凈水、解吸水解塔頂出來的160℃的解吸氣分級利用于尿素分解工序，利于節(jié)省蒸汽、維持系統(tǒng)水平衡。
2．關(guān)鍵技術(shù)
1）液相逆流換熱式等溫合成塔和尿素合成塔的優(yōu)化運行；
2）二次加熱-降膜逆流換熱應用于中壓分解工藝；
3）三段吸收-蒸發(fā)式氨冷-低水碳比尿素中壓回收工藝；
4）一段蒸發(fā)系統(tǒng)低位能熱的利用；
5）尾氣凈氨新工藝；
6）高效尿素低壓分解回收新工藝；
7）節(jié)資-節(jié)能型尿素廢水處理系統(tǒng)。
3．工藝流程
水溶液全循環(huán)節(jié)能尿素生產(chǎn)工藝流程圖
五、主要技術(shù)指標：
1）噸尿素單耗：氨570㎏、蒸汽905㎏、循環(huán)水77m3、電125kWh；
2）合成二氧化碳轉(zhuǎn)化率72%；解吸后凈水中氨和尿素含量＜5ppm。
六、技術(shù)應用情況：
該技術(shù)已通過四川省科技廳的技術(shù)鑒定，并成功應用于1000t/d尿素生產(chǎn)裝置，節(jié)能效果顯著，安全環(huán)保，生產(chǎn)設施先進。
七、典型用戶及投資效益：
典型用戶：四川金象化工產(chǎn)業(yè)集團股份有限公司
1）建設規(guī)模：400t/d尿素生產(chǎn)裝置的技術(shù)改造。主要技改內(nèi)容：利用節(jié)能型尿素生產(chǎn)技術(shù)對日產(chǎn)400噸尿素裝置中低壓分解回收等系統(tǒng)進行節(jié)能改造，主要技改設備包括精洗器、預蒸發(fā)器和外冷器等。節(jié)能技改投資額960萬元，建設期6個月。年節(jié)能9145tce，年節(jié)能經(jīng)濟效益799萬元，投資回收期約1.2年。
2）建設規(guī)模：1000t/d尿素生產(chǎn)裝置新建項目。主要技改內(nèi)容：新建1000t/d尿素水溶液全循環(huán)生產(chǎn)裝置，主要設備包括液相逆流換熱式尿素合成塔、尿素中壓吸收塔、臥式浸沒式尾氣吸收器、蒸發(fā)式冷凝器和解吸水解塔等。節(jié)能技改投資額15437萬元，建設期1年。年節(jié)能2.1萬tce，節(jié)能經(jīng)濟效益2310萬元，投資回收期4年。
八、推廣前景和節(jié)能潛力：
水溶液全循環(huán)節(jié)能尿素生產(chǎn)技術(shù)適合新建尿素生產(chǎn)裝置和對現(xiàn)有水溶液全循環(huán)裝置進行節(jié)能增產(chǎn)改造，改造工作量小，投資較低，生產(chǎn)能力有較大提高，并可大幅度降低原材料消耗、消除環(huán)境污染，經(jīng)濟效益和環(huán)保效益顯著。在國內(nèi)水溶液全循環(huán)尿素生產(chǎn)企業(yè)進行節(jié)能增產(chǎn)改造，有廣闊的推廣前景。
目前我國尿素產(chǎn)能約6500萬t/a，其中50%是水溶液全循環(huán)工藝，若其中的30%采用水溶液全循環(huán)節(jié)能尿素生產(chǎn)技術(shù)進行改造，年可節(jié)能約70萬tce。
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