80万吨年尿素装置节能改造项目可行性研究报告80万吨年尿素装置节能改造项目可行性研究报告前 言*生物化工股份有限公司是1993 年3 月份由山东省*化学工业集团总公司发起设立，1997 年经山东省人民政府鲁政股字（1997）63 号文规范确认的定向幕集式股份制公司，企业类型为大一类，1999年被命名为省级重点高新技术企业，享有自营进口权，2000年被命名为国家级重点高新技术企业。公司总股本9600 万股，其中*集团有限公司持有8100 万股，占总股本的84.37%，内部持有1500 万股，占总股本的15.63%。公司占地面积1500亩，有员工1880人，主要产品有：尿素、甲醇、甲醛、乌洛托品、硬脂酸、甘油、淀粉、葡萄糖、蒸汽、电、编织袋等三大系列二十多个品种，产品畅销国内外，深受广大客户信赖。2007 年实现销售收入145895 万元，利润11348万元，计划2008年完成销售收入20 亿元，利税20000万元，其中利润15000 万元。该公司的综合经济实力雄厚，企业制度完善，技术创新能力强劲，核心竞争力突出，职工素质高，生活殷实，步入可持续发展的康庄大道。*工业园区作为颇具规模和实力的新兴工业城区，将为促进地方经济发展做出巨大的贡献。该公司目前工艺装备先进，技术力量雄厚，质保体系健全，配套功能完善，已具备快速发展的各种优势条件。拥有完善的公用工程和生活设施，如排水系统、供电系统、消防系统等，并且拥有自己的设备维修队伍，为新上装置下一步的施工和建设提供了有利条件。公司的发展规划是：“十一五”期间，将坚持科学的发展观，按照循环经济发展要求，立足于资源节约、清洁生产和可持续发展，持续不断地对现有化肥、油脂加工、玉米深加工生产装置进行扩产改造和产品结构优化，最终形成以煤化工、生物化工、精细化工为一体综合性工业园区。到2012 年底，公司将实现销售收入50 亿元，利税3 亿元。公司还将通过内部体制和管理模式的改革、完善和创新，进一步增强自我发展能力和核心竞争力。1 项目概况1.1项目内部基本概况1.1.1工程总体概况1、工程名称*生物化工股份有限公司80万吨/年尿素装置节能改造项目2、工程性质本工程属于改造项目。3、项目改造范围以老厂现有合成氨为生产原料，采用先进的节能型CO2气提法尿素工艺技术路线生产尿素。4、设计范围（1）尿素装置（包括尿素主装置、CO2压缩、造粒、尿素贮运）；（2）尿素装置综合楼（包括控制室、配电室、车间办公室、车间分析室等；（3）上述新建装置配套的总图运输、给排水、消防等。1.1.2主要工艺技术方案特点及水平对比从国内外尿素技术进展来看，适合大型尿素装置建设的技术只有荷兰Stamicarbon公司的CO2气提工艺、意大利Snamprogetti公司的NH3气提工艺和日本东洋公司的ACES工艺。它们也是在世界上建厂数最多的工艺，代表当今尿素技术的发展方向。下面就上述三种工艺技术作一比较。 表1-1-1 三种工艺的主要工艺指标的比较（来源于日产900吨尿素的报价）项目CO2气提工艺NH3气提工艺ACES工艺合成压力 MPa13-1415-1617-18合成温度 180-185185-190185-190转化率 %576568吨尿素氨耗 kg0.5680.5660.568吨尿素CO2耗 kg0.7440.7350.750吨尿素中压蒸汽（2.5MPa 饱和） t0.9960.890.72吨尿素循环水消耗（温差10）m390.089.075吨尿素电耗 kWh102.0115.0134.0 从上表可以看出，三种工艺的吨尿素消耗指标基本相同。三种尿素的工艺特点如下： （1）CO2气提工艺 1）流程简单。由于合成工段气提效率很高，减小了下游工序的复杂程度。Stamicarbon的CO2气提工艺是目前唯一工业化的只有单一低压回收工序的尿素生产工艺。因为流程简单，所以带来许多好处，如操作方便，投资省，可靠性强，运转率高，维修费用低等。 2）高压圈工艺在优化理论指导下运行。合成压力采用最低平衡压力、氨/碳比采用最低共沸组成时的氨/碳比（2.95）、操作压力为13.6 MPa、温度为180183、冷凝温度为167、气提温度约190、气提效率为80%以上，这些参数都比较温和，因而采用316L或25-22-2CrNiMo材料即可达到材质耐强腐蚀性的要求，设备制造和维修都比较方便。 （3）电耗低。因为CO2气提工艺操作压力比其他气提工艺都低，因而高压氨泵、高压甲铵泵的功耗也低。另外，由于气提效率高且没有中压回收工段，没有单独的液氨需要循环回收，甲铵液的循环量也少，因而进一步降低了循环氨、甲铵所必须的功耗。 （4）采用池式冷凝器。采用池式高压甲铵冷凝器是Stamicarbon对其尿素工艺的最新改进。池式冷凝器作为初级反应器使合成塔的体积减少了约50%，使尿素框架的高度降低了约20 m。 （5）采用脱氢技术。在脱氢转化器中，通过催化燃烧除去原料CO2中的H2、CO等可燃性气体，使高压和低压放空气均处于爆炸范围之外，工艺装置安全性高。 （6）工艺冷凝液水解。工艺冷凝液经水解解吸后，其尿素和氨的含量均小于5ppm，不仅降低了氨损失，也消除了对环境的污染。 CO2气提工艺具有流程简单，设备总台数少，软、硬件费用也相对较低的优点， 90年代后期，Stamicarbon对其尿素技术作了较大的改进和推广，主要是增加了原料气脱氢装置，提高了装置的安全性能；合成塔结构改进、采用高效塔板提高了转化率，降低了合成塔高度及体积；将原立式降膜式甲铵冷凝器改为池式冷凝器，并将其用作初级反应器，减少了合成塔的体积，降低了工艺框架的高度。在此基础上，斯塔米卡邦在1996年5月召开的年会上推出了尿素2000+TM超优工艺，大大地提高了CO2气提工艺的竞争能力。 新型尿素2000+TM工艺包括若干重大改进，从而使新建尿素工厂的投资成本显著降低。其中主要的改进包括:优异的合成塔塔板设计、池式冷凝器以及Safurex专门双相不锈钢。2000+TM工艺的主要特点有: 1） 高压合成段的设备数由4台减少至3台； 2） 总体高度由52 m降低至26 m； 3） 因设备集成，昂贵的高压连接管线及喷嘴大大减少，相应地减少了泄漏和堵塞的几率； 4）在立式合成塔顶部，由于大量气体滞留，在合成塔的液面上存在着逆效应，但这种现象在该水平装置中则完全避免，从而为合成部分简便的全自动控制铺平了道路。该逆效应在高框架布置中很严重，在中度框架布置中仍有一定程度的存在。迄今为止，除非采用先进控制，合成段压力以及合成塔的液位都是手动控制的； 5）由于反应器水平布置（如果需要），克服了开车时由分批进料向连续生产转换的困难。该工厂用水启动后，逐渐稳定过渡到使用正常原料全面运行； 6）池式冷凝使合成部分对氨碳比（NH3/CO2）波动的敏感程度大大降低； 7）在产生同样量低压蒸气的情况下，冷却面积减少了50%； 8）由于框架降低，并且检查水平池式反应器较检查立式合成塔更加便捷，因而反应装置的安全性能提高； 9）投资节省10%左右。 10）大颗粒造粒技术 自从斯塔米卡邦气提尿素工艺开发之始，一直就以减少设备数目、降低框架高度为2个主要目标，以便在合成部分既充分利用重力作驱动力，又同时减少投资成本。经过30年的改进，所需设备总数减少了50%，工厂高度降低了50%，工厂的操作难度至少降低了50%。原料的消耗值几乎等于氨和二氧化碳的化学计算值，己无进一步减少的余地。公用工程的消耗也降至相当低的水平，若要进一步降低蒸汽消耗，需要开发新的热交换方法，从而使工艺更复杂，投资更昂贵。该工艺的废物及废气的排放量极低，接近于零，再没有重大改进的余地。 （2）NH3气提工艺 1）合成塔进料NH3/CO2摩尔比较高，CO2转化率较高，从而可减少高压回路以后的循环回收负荷； 2）由于合成系统NH3/CO2摩尔比较高（3.3-3.6）和设备选材恰当（如气提塔采用衬锆材料），大大减轻了设备的腐蚀问题，操作条件要求不苛刻，开车无需专门钝化高压系统设备。另外，即使事故停车，可以封塔几天而无需排放（国内企业反映，封塔时间不宜太长）。一般封塔3天再开车后尿素产品仍为白色，这样将减少 NH3及CO2的损失，并可快速开车，大大提高了装置的运转率； 3）中、低压分解加压器均为降膜式，操作过程积液量少，即使停车排放，NH3和CO2的损失量也少； 4）由于采用了甲铵喷射泵，所有高压设备均可布置在地面上，无需高层框架，可节约投资，大大加快建设进度，施工安装操作维修均安全方便； 5）由于有中压分解段，增加了操作的灵活性和弹性，还可以通过改变气提效率和高压甲铵冷凝器的副产蒸汽量来调节整个装置的蒸汽平衡，使之在最佳的条件下操作。但由于有中压分解系统，也增加了约10台设备； 6）工艺冷凝液经水解解吸处理后，尿素和氨的含量均可小于5ppm，不但彻底消除了污染，减少了氨和尿素的损失，而且处理后的冷凝液还可作为锅炉给水； 7）造粒改用转鼓造粒技术，克服了原用喷淋造粒尿素硬度小、粒径小、易结块且从塔顶排放的氨和尿素粉尘污染环境的缺点。 该工艺的最新进展为: 1）低压放空氨回收。增加吸收塔来回收低压系统放空的氨，可降低尿素装置氨耗，预计每年可回收氨300500 t， 2）气提塔换热管由衬锆双金属不锈钢材质代替钛材。这种材料可有效地防止冲刷腐蚀； 3）BD放空管线及放空烟筒由不锈钢材质代替目前设计的碳钢材料； 4）柱式高压氨泵以脱盐水来代替密封油，这样每年可节约油20kL； 5）采用转鼓造粒技术，可增强成品的硬度，使颗粒增大，不易结块。 （3）ACES工艺 1）合成塔的操作条件最优化；气提塔内结构特殊设计以及分解、分离所需的热量不需外部供应，这些促成了ACES工艺能耗最低； 2）该法NH3/CO2摩尔比高，因而转化率也高； 3）ACES法在腐蚀性强的地方采用双相不锈钢，各种设备很少被腐蚀，工厂可以连续运转； 4）采用申请专利的特殊气提塔，具有高效的CO2气提效率。综上所述，近几年来CO2气提工艺有了很大的进展，无论是设备结构型式，还是节能降耗以及新材料的研发都比另外两种工艺具有较大的优势。NH3气提工艺自90年代后期，也有大的实质性的改进，国内在90年代初至90年代中期曾经是NH3气提热，在不到10年中引进了十几套大、中NH3气提装置。ACES工艺在国内外建厂数很少。因此适合本项目大型尿素装置的技术只有CO2气提和NH3气提。下面是两种大型尿素工艺技术的进一步比较：1）消耗定额比较 消耗定额比较(以每吨尿素产品计,期待值)序号 采用技术比较项目SNAM氨汽提工艺CO2 汽提工艺（池式冷凝器）消耗量1液氨（100%）kg5665682二氧化碳（100%）kg7357443冷却水（T=10）m3102.61034电 kWh26.3185蒸汽 kg蒸汽压力MPa(g)蒸汽温度10159554.24.55382387回收的冷凝液量kg131212302）尿素装置生产操作弹性比较尿素装置生产操作弹性比较见下表。尿素