任海斌
摘 要：本文主要以合成氨尿素为立足点，阐述了其在CO2减排节能创新背景下的工艺发展前景进行了详细阐述，以此达到为相关人员提供借鉴、建议，进而促进合成氨尿素更好发展的目的。
关键词：合成氨;尿素;节能;创新工艺
1 工艺设计前景分析
立足生产能力角度来讲，每年所需的合成氨尿素装置合成氨数量在10万t，平均至每天其合成量为300t，仅每小时就能合成12.5t氨。对于合成尿素产品来讲，其量产每年在17万t左右，平均每天合成尿素产品为510t。在合成氨的过程中，其压力应稳定在24MPa，而对于尿素来讲，其压力相较于氨来讲要低，为22MPa。
2 创新节能设备及技术前景分析
对合成氨尿素装置深入了解可知，其底部烧嘴是用于蒸汽转化的筒状炉，由于其没有引风机装置，所以其主要采用上烟道的方式，确保炉的热效率保持在90%以上。天然气原料在冷凝液和热水同步作用下会处于饱和状态，蒸汽也由此形成，使得工艺蒸汽大大缩减。在CO一次等温变换下，固有的低变和中变将会通过整合转变为一次变换，之后借助冷凝液作用达到去除反应热的目的，不仅天然气蒸汽获得了热源，而且热能低位利用率也显著提升。
在联尿脱除过程中主要应用的是变换气的方式，这时CO2会以合成尿素气提剂“身份”存在，一方面实现对尿液中甲胺的分解，另一方面将尿素生产过程中的尿素原料CO2进行压缩，从而使合成氨里CO2从中脱除出来，化学再生溶剂也能得到有效的节约。同时，在对新鲜合成器进行脱水处理时可以采用分子筛来完成，这样可以有效消除氧化作用下的微量毒物且免去了冷冻分氨的步骤，与以往原有回路相比，大约会有20%的气体会直接与氨合成，在此背景下，入塔气氨和循环气会明显降低，而分氨提升，进而缩减了冷冻功和压缩功。对于处于gc轴的径向塔而言，其会被当做合成氨的重要装置，之后利用微型颗粒催化剂，促进了氨净值和反应热的同步提升。这时产生的副产蒸汽总量可达到1000kg/t，比以往方式节约了超过0.7吉焦的吨氨。在平衡、对称和双列压缩机整合运用下，不仅缩减了压缩机的投入数量，而且设备工作效率也大大提升。此外，想要使换热设备传热效率提升至更高，翅片管型转化换热炉未尝不是一种很好的选择，可以实现控制设备造价、提升热能利用率的双重目的。
3 工艺单元组成前景分析
一是，富氧自然转化、换热转化及圆筒颅内蒸汽转化是构成三段换热转化的三个核心要素;二是，原料天然气饱和塔会将天然气作为首要蒸汽转化的对象，之后通过与冷凝液的相互作用形成蒸汽，从而达到缩减工艺消耗蒸汽的目的;三是，就CO一次等温变化來讲，其是低变和中变的合并、融合，而采用省略中变设备、热回收设备和换热设备的方式，变换流程就不会像以往那么繁琐，热能利用回收率也得到了优化。同时，简化流程还能够使中变过程中的铁路催化剂更快速的还原与升温，有效避免了以往因放硫不充分而引发中变中的铜基催化剂中毒情况;四是，要把握住变换气联尿的过程，促使高温变换气向尿素气提剂的转变，保证尿液中甲胺得到应有的分解和尿液浓度的标准度。也正是上述四个工艺单元，是尿素生产过程中必不可缺的过程。
4 工艺流程前景分析
4.1 生产合成气的流程
天然气转化时需要将其置于圆筒炉当中，在经过脱硫槽后直接汽提饱和塔当中，在此背景下，原本干燥的原料气因受到热水喷淋作用很快达到饱和程度。这时，需要在水碳比例3：1引导下，将蒸汽置于其中进行有效的补充，确保其满足相应的比例标准。接着，还要将重点放在流段加热上，根据流向不同将其分成三路，即二段炉、换热转化器以及圆筒炉管，从镍催化剂借力顺利完成换热转化。针对富氧空气进行预热处理，添置炉顶位置，借助混合器的作用将其进行混合，以此保证炉上半部分空间充分燃烧，并达到标准高温，然后催化剂床是实现其进一步转化的关键。通常经过二段炉作用转化的气体其出炉温度在980℃左右，随后要将此气体再次置于换热转化器当中，以废锅副产蒸汽方式为辅助将其冷却，冷却温度保持在200-230℃为宜，这也是能够放入一次等温变换炉的重要标准。这个过程中，触媒管会受到一定的影响而出现变换反应热，这时为了达到清除这一反应的目的，可以使用热水，从而使CO放热反应基于低温环境下进行。对于变换气CO含量，其大约在0.4%左右，而温度范围为200-220℃。如果其所处压力条件为5MPa，那么变换气将会直接进入到变换气联尿汽提塔内，CO2接收到变换气会发生净化反应，H2+N2气也由此形成，在外力作用下返回至甲烷工序中。此外，以甲烷工序为辅助而生成的H2+N2气会在压缩工序完成后的基础上进入到氨合成系统当中。
4.2 联尿的流程
首先，尿素生产过程中的变换气汽提工作需要将合成氨内CO2去除，之后将尿素和合成氨进行融合，这也是开展尿素一体化生产的重要基础。与传统水溶液尿素装置进行对比可以发现，合成氨尿素在降低CO2压缩机消耗、再生热能需求等方面都具有突出作用，这与变换气中H2+N2有着直接关系，H2+N2能够将尾气处理系统安全性提升到更高的层次上。
其次，联尿生产也是促进气体合成塔内尿素熔融物的有效措施，一方面能够将NH3和CO2从甲胺液里迅速分解，另一方面也能从中获取尿素产品。汽提塔是吸收、冷却变换气的虫咬装置，无论是NH3、CO2向甲胺液的转变还是泵向尿素合成塔的输送都是借助汽提塔完成的。而吸收塔中，可以将H2+N2作为替代压缩尿素CO2及合成氨CO2去除的重要措施，通过这样一个过程，具体实施环节也能得到相应的缩减。基于5MPa环境下汽提变换气可以促进甲胺分解率及总氨蒸出率的提升，其具有的流程简单等优势也是水溶液法不可比拟的。
4.3 生产基本原则
合成氨尿素的天然气创新生产制作技术在各大国家都获得了广泛的应用，主要原因是该技术简便快捷、流程少、周期短，并且也不会应用较多机械设备，大大节约了生产成本。在过去，生产制作尿素通常会经历两大环节，第一环节是要把合成氨当做中间产品，并将其放置在液氨储罐中予以保存，生产尿素时将其当做原材料使用。需要注意的是，在生产尿素的过程中一定要将合成氨中的二氧化碳（CO2）予以彻底排除，之后方可进行加热、二次生成、压缩，才能成为生产尿素的原材料。在尿素的生产过程中，从天然气投料到尿素生产完毕一般需要10-20d的时间，而应用天然气创新生产技术可以将该环节缩短6-8d左右。比如：我国某生产企业在制作合成氨尿素时就应用了天然气创新生产技术，具体操作流程为：①该企业直接将切换蒸汽、升高空气温度替换了原本的用氮气开工装置;②在变换环节还对经过烘烤的催化剂进行了合理应用，同时在氨合成阶段也对预还原的催化剂进行了应用。较为常见的催化剂有甲烷化镍触媒、转化镍触媒、氨合成铁触媒、变换铜基触媒等。无论是变换还是转化环节，都需要切换蒸汽、升高空气温度，然后倒入天然气原料其会发生还原反应，从而生成转化气可应用在H2还原气体的配置上;③一般情况下，变换阶段和转化阶段的升温还原共需要3d时间，甲烷化和联尿脱碳环节需要1d，氨合成催化剂的还原过程及升温过程需要2d，总生成时间是7d，该企业生产合成氨尿素的时间得到了明显的减少。
5 结束语
总的来讲，以CO2减排创新节能为背景讨论合成氨尿素的工艺前景是极具现实意义的。从事该工作的人员应做到对现下情况的充分把握，做到对氨尿素工艺设计、节能设备和技术等多方面发展前景的了解，这不仅是减排CO2节能实现的关键，而且也是促进我国氨肥工业稳健发展的基础所在。
参考文献：
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