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1、4中氮肥1999 年第 3 期斯塔米卡邦尿素 2000+ TM 技术王 威 刘鸿雁(荷丰公司北京 100016)1概 述斯塔米卡邦公司开发的尿素 2000 + TM 技术不仅适用于新建尿素装置, 而且还适用于现有尿素装置的改造。采用该技术不仅使装置的生产能力大幅度提高 (可增加 200% ) , 还可降低能量、冷却水以及原料的消耗, 降低生产成本。尿素 2000 + TM 技术是斯塔米卡邦改进的二氧化碳汽提技术, 包括高效合成塔板、池式冷凝器、以及池式反应器技术。尿素 2000+ TM 单线生产能力可达到日产 2000 t 以上, 该技术在 2000 年以后将仍处于业内领先水平。2 技术特点传
2、统的尿素装置通常有一个高压合成塔,操作压力约为20 M P a。然后是2 3 个低压循环段。一段循环的操作压力约为 2 M P a。该工段将未转化的甲铵与尿素溶液分离, 并在循环至尿素合成塔以前对其进行冷凝。对大多数传统尿素工艺来说, 都需要一个氨2甲铵分离塔 (也叫洗涤塔) , 用以将多余的氨与甲铵溶液分离。洗涤塔的下游是氨冷凝器, 将氨蒸气冷凝, 并将氨循环至尿素合成塔。二段循环的操作压力为 014 M P a, 在此甲铵与尿素溶液进一步分离, 水得到蒸发。在该工段, 尿素溶液被浓缩到 70%。二段循环之后是蒸发段, 通过两段蒸发将尿素溶液从 70% 浓缩到接近 100%。工艺冷凝液在解吸
3、系统中进行处理。解吸系统可包括2 个解吸塔, 有时还有一个水解塔。斯塔米卡邦尿素 2000 + TM 技术在秉承二氧化碳汽提技术优点的基础上, 氨和二氧化碳在合成段出口的转化率提高到 80% 82%。由于转化率提高, 回到合成段的甲铵减少, 既减少了能耗,又减少了高压甲铵泵的负荷。由于不再使用洗涤塔, 氨循环段可全部取消。这样, 不仅进一步降低了能耗, 而且也减少了由高压氨泵处理的氨的流量。池式冷凝器除了对高压汽提塔出来的气相进行冷凝外, 还可提供额外的反应空间。池式冷凝器示意图如图 1。图 1 池式冷凝器从汽提塔出来的气相被送到冷凝器的壳程,并在此得到冷凝, 同时副产 0155 M P a
4、的蒸汽。这些蒸汽在装置下游工段得到充分利用, 改造前则需要由界区外提供蒸汽。池式冷凝器可提供一定的停留时间, 使甲铵生成尿素的反应在此达到反应平衡的 60% 80%。3 改造实施如图 2 所示,合成段采用池式冷凝器及高压汽提塔进行改进。原有的尿素合成塔可继续使用。从压缩机出来的二氧化碳, 在原尿素合成塔和高压汽提塔之间进行分配。从合成塔出来的尿素溶液在高压汽提塔中进行处理, 未转化的甲铵在此被分离,并以气态循环到池式冷凝器中。这种内部高压循环是在不加水的条件下进行的。来自高1999 年第 3 期中氮肥5压氨泵的氨、在池式冷凝器中冷凝的甲铵、以及由循环段来的甲铵形成液池。汽提塔出来的气相甲铵在液
5、池中冷凝形成氨基甲酸铵。在池式冷凝器管内副产的 0155 M P a 蒸汽用于下游工段中的加热器、喷射器、解吸塔以及蒸汽伴热。在池式冷凝器中, 甲铵被转化成尿素。未冷凝的气体通过池式冷凝器中的填料段经来自循环段的甲铵溶液洗涤。从池式冷凝器出来的尿素溶液在尿素合成塔中进一步反应。合成塔的压力以及氨与二氧化碳的比值与新建二氧化碳汽提装置的数值相当。合成塔的尿素溶液送到高压汽提塔, 汽提塔的汽提效率恰好符合现有设备的能力。图 2 合成段中压循环段仍然保留, 以利用高浓度的甲铵溶液。由于合成效率高,在该工段基本不需要新增设备。从汽提塔出来的溶液在一段解吸加热器(蒸汽的操作压力为 113 M P a)
6、中经降压加热及分离, 送到低压循环段。上面的甲铵蒸汽与蒸发段的尿素溶液进行热交换后在中压甲铵冷凝器中冷凝。甲铵溶液从这里被循环到池式冷凝器中。洗涤塔被改为吸收塔, 在这里中压甲铵冷凝器出来的气体与低压甲铵接触。洗涤塔下游的氨冷凝器不再使用, 整个氨循环段也一并取消。氨和二氧化碳的转化率可提高到 82%。由于合成效率提高, 装置能力可提高至原来的 3 倍以上。在这样高的生产能力下, 现有的高压氨泵及高压甲铵泵仍可使用, 不必额外增加泵的能力。在低压循环段, 需新增一些设备, 以满足在产能增加时加热及冷凝的需要。但是, 在提产至3 倍的幅度下, 尚不需要并联设备。该工段产生的低压甲铵被送到中压甲铵
7、冷凝器,再循环到池式冷凝器。从低压循环段出来的尿素溶液经降压, 以70% 75% 的浓度排放到尿素溶液罐中。根据扩产幅度的不同,蒸发段必须相应扩大。多数情况下, 都需要增加一个并联段。根据斯塔米卡邦尿素装置的经验, 视后序工段的不同, 新增并联蒸发段可采用一段或二段蒸发。大多数改造中, 须对现有的解吸及吸收系统进行调整, 以减少对环境的影响。采用本技术, 尿素装置的液体排放质量得到改善, 氨和尿素含量均为 110- 6 , 气体中的氨含量也可降至相当低的水平。表 1 给出了一传统尿素装置由 1000 td 改造为 1750 td 的消耗指标对比情况。表 1改造前后 1t 尿素消耗值对比项目改造
8、前改造后蒸汽(1 3 M P a) , kg1600 1800500(215 M P a) , kg不适用500冷却水($t= 10) , m 310073氨(100% ) , kg580 600567CO 2(100% ) ,kg740 7607341尿素装置总的蒸汽消耗约为1000 k gt, 该值与许多二氧化碳汽提装置中获得的数据接近。冷却水的消耗值为73 m 3 t, 亦与二氧化碳汽提尿素装置不相上下。改造前, 蒸汽及冷却水的消耗分别为 1600 k gt和 100 m 3 t。由此可见, 降低消耗是显而易见的。通过采用先进的吸收及废水处理系统, 氨和二氧化碳的排放降到目前的环保要求。
9、与改造前相比, 新的原料消耗值也大大降低。4 投资及回收期采用池式冷凝器技术, 将装置能力由 1000 td提高到 1750 td, 装置改造的投资 (包括尿素装置界区内的所有设备, 也包括能力为 650 td的流化床造粒装置, 以及一台处理新增产量所需的二氧化碳压缩机) 回收期大约为 2 3 年。采用池式冷凝器技术进行改造, 比新建装置节省投资 40%。这一数字尚未包括节省的蒸汽、冷却水及原材料消耗所带来的效益。5 运行经验1994 年, 斯塔米卡邦的池式冷凝器就在孟加6中氮肥1999 年第 3 期甲烷催化部分氧化制合成气催化剂的研究进展高占笙(西南化工研究院四川纳溪 646300)台摘要叙
10、述了甲烷催化部分氧化制合成气催化剂的最新研究进展, 包括含钴的钙钛矿、碳化钼、A22 A22碳化钨、N iA l2O 3、P t N iA l2O3、L a2O 3 N iOA l2O 3等。关键词甲烷合成气催化部分氧化陶瓷膜钙钛矿0前言中第族过渡金属 F e、Co、N i; 第二类是贵金属P d、R h、R u、P t、Ir 催化剂,其中镍基催化剂最目前生产合成气的主要方法是用镍催化剂在适用,因为它的转化速度快、成本低且稳定性800 和 1 5 M P a 下进行甲烷蒸汽转化, 该反应好 5 。缺点是由于甲烷的分解和CO 的岐化作用1是强吸热性的, 而且产生的合成气的氢碳比 (H 2而生成炭
11、,导致催化剂失活以及由于炭沉积造成CO ) 3, 不适合于甲醇及费托合成, 能耗高、成转化管堵塞。因此,在实际操作中要使氧大量过本高、投资大、生产能力低 1 。因而近年来世界各剩从而避免炭沉积,但这样一来又导致合成气中国在广泛深入地研究用甲烷生产合成气的其它方的 H 2 CO 和CO 2 CO 比例不适用于进一步加工法,如甲烷非催化部分氧化法、甲烷催化部分氧成象甲醇或汽油之类的产物。因此需研究出能阻化法。其中甲烷催化部分氧化法由于生成合成气滞炭形成的催化剂。以前用硫来钝化镍和贵金属2 2的H 2CO = 2, 适合甲醇和费托合成, 空速高 (催化剂, 对炭的形成有一定阻力, 但是,硫钝化后的镍
12、催化剂活性低、费用高, 而贵金属的可获105 h - 1 )、能耗低, 在常压下操作, 因而投资及成本可大幅度降低 2、3 。量有限使它不能广为使用。本文将对非镍催化体甲烷催化部分氧化制合成气(H 2 + CO ) , 其催系、改性镍催化体系以及美国陶瓷膜反应体系进行评述。化剂可分为两大类 4 ,第一类是化学元素周期表拉吉大港 1750 td 的 KA FCO 装置投入使用, 从1998 年 3 月, 第一个池式反应器在荷兰斯塔而拥有了工业化运行经验。斯塔米卡邦池式冷凝米卡邦母公司D SM 公司投入工业化运行, 装器的汽提装置更容易操作, 并确保高开工率。除置能力为 1150 t d, 首次运
13、行非常成功。操作弹性了在开车阶段出现一些小问题外, 池式冷凝器运大大提高,且开车非常容易、平稳。首次检验未行非常成功。装置的操作弹性大大提高, 合成回发现腐蚀现象。路的逆效应得以消除, 合成段对N C 比的波动也几年后, 一套 1050t d 的采用池式冷凝器的远远不象以前那样敏感。经过多次检验, 均未发全新尿素装置将在中国的泽普石化厂建成。目前,现腐蚀现象。有 2 个传统尿素装置采用池式冷凝器技术进行改在池式冷凝器的基础上斯塔米卡邦推出了池造的合同已经签署,他们是:乌兹别克斯坦的式反应器 (卧式) , 该设备将尿素装置合成段的冷C h irch ic 工厂, 设计生产能力从 750 t d 提高到凝及反应部分合二为一。该卧式容器及其热交换1000 td;科威特的 P IC 工厂, 设计生产能力从器管既对汽提塔出来的气体进行冷凝,又为生成1100td 提高到 1750 td。已改造的装置中生产尿素的反应提供足够的停留时间, 使其达到化学能力最高的可提至 3000所采用的池式冷凝t d,平衡。由于采用池式反应器, 高压段设备减少为器最大可达 240 m 3。2,即池式反应器及高压汽提塔。(收稿日期 1999 01 21)