【正文】 建設(shè)和改造100萬噸年尿素裝置節(jié)能環(huán)保項目可行性研究報告前 言**生物化工股份有限公司是1993 年3 月份由山東省**化學(xué)工業(yè)集團(tuán)總公司發(fā)起設(shè)立，1997 年經(jīng)山東省人民政府魯政股字（1997）63 號文規(guī)范確認(rèn)的定向幕集式股份制公司，企業(yè)類型為大一類，1999年被命名為省級重點高新技術(shù)企業(yè)，享有自營進(jìn)口權(quán)，2000年被命名為國家級重點高新技術(shù)企業(yè)。公司總股本9600 萬股，其中**集團(tuán)有限公司持有8100 萬股，%，內(nèi)部持有1500 萬股，%。公司占地面積1500畝，有員工1880人，主要產(chǎn)品有：尿素、甲醇、甲醛、烏洛托品、硬脂酸、甘油、淀粉、葡萄糖、蒸汽、電、編織袋等三大系列二十多個品種，產(chǎn)品暢銷國內(nèi)外，深受廣大客戶信賴。2007 年實現(xiàn)銷售收入145895 萬元，利潤11348萬元，計劃2008年完成銷售收入20 億元，利稅20000萬元，其中利潤15000 萬元。該公司的綜合經(jīng)濟(jì)實力雄厚，企業(yè)制度完善，技術(shù)創(chuàng)新能力強(qiáng)勁，核心競爭力突出，職工素質(zhì)高，生活殷實，步入可持續(xù)發(fā)展的康莊大道。**工業(yè)園區(qū)作為頗具規(guī)模和實力的新興工業(yè)城區(qū)，將為促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn)。該公司目前工藝裝備先進(jìn)，技術(shù)力量雄厚，質(zhì)保體系健全，配套功能完善，已具備快速發(fā)展的各種優(yōu)勢條件。擁有完善的公用工程和生活設(shè)施，如排水系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等，并且擁有自己的設(shè)備維修隊伍，為新上裝置下一步的施工和建設(shè)提供了有利條件。公司的發(fā)展規(guī)劃是：“十一五”期間，將堅持科學(xué)的發(fā)展觀，按照循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求，立足于資源節(jié)約、清潔生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展，持續(xù)不斷地對現(xiàn)有化肥、油脂加工、玉米深加工生產(chǎn)裝置進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)改造和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化，最終形成以煤化工、生物化工、精細(xì)化工為一體綜合性工業(yè)園區(qū)。到2012 年底，公司將實現(xiàn)銷售收入50 億元，利稅3 億元。公司還將通過內(nèi)部體制和管理模式的改革、完善和創(chuàng)新，進(jìn)一步增強(qiáng)自我發(fā)展能力和核心競爭力。1 項目概況工程名稱**生物化工股份有限公司100萬噸/年尿素裝置節(jié)能改造項目工程性質(zhì)本工程屬于改造項目。項目改造范圍以老廠現(xiàn)有合成氨為生產(chǎn)原料，采用先進(jìn)的節(jié)能型CO2氣提法尿素工藝技術(shù)路線生產(chǎn)尿素。設(shè)計范圍（1）尿素裝置（包括尿素主裝置、CO2壓縮、造粒、尿素貯運）；（2）尿素裝置綜合樓（包括控制室、配電室、車間辦公室、車間分析室等；（3）上述新建裝置配套的總圖運輸、給排水、消防等。從國內(nèi)外尿素技術(shù)進(jìn)展來看，適合大型尿素裝置建設(shè)的技術(shù)只有荷蘭Stamicarbon公司的CO2氣提工藝、意大利Snamprogetti公司的NH3氣提工藝和日本東洋公司的ACES工藝。它們也是在世界上建廠數(shù)最多的工藝，代表當(dāng)今尿素技術(shù)的發(fā)展方向。下面就上述三種工藝技術(shù)作一比較。 表111 三種工藝的主要工藝指標(biāo)的比較（來源于日產(chǎn)900噸尿素的報價）項目CO2氣提工藝NH3氣提工藝ACES工藝合成壓力 MPa131415161718合成溫度 ℃180185185190185190轉(zhuǎn)化率 %576568噸尿素氨耗 kg噸尿素CO2耗 kg噸尿素中壓蒸汽（ 飽和） t噸尿素循環(huán)水消耗（溫差10℃）m375噸尿素電耗 kWh 從上表可以看出，三種工藝的噸尿素消耗指標(biāo)基本相同。三種尿素的工藝特點如下： （1）CO2氣提工藝 1）流程簡單。由于合成工段氣提效率很高，減小了下游工序的復(fù)雜程度。Stamicarbon的CO2氣提工藝是目前唯一工業(yè)化的只有單一低壓回收工序的尿素生產(chǎn)工藝。因為流程簡單，所以帶來許多好處，如操作方便，投資省，可靠性強(qiáng)，運轉(zhuǎn)率高，維修費用低等。 2）高壓圈工藝在優(yōu)化理論指導(dǎo)下運行。合成壓力采用最低平衡壓力、氨/碳比采用最低共沸組成時的氨/碳比（）、 MPa、溫度為180－183℃、冷凝溫度為167℃、氣提溫度約190℃、氣提效率為80%以上，這些參數(shù)都比較溫和，因而采用316L或25222CrNiMo材料即可達(dá)到材質(zhì)耐強(qiáng)腐蝕性的要求，設(shè)備制造和維修都比較方便。 （3）電耗低。因為CO2氣提工藝操作壓力比其他氣提工藝都低，因而高壓氨泵、高壓甲銨泵的功耗也低。另外，由于氣提效率高且沒有中壓回收工段，沒有單獨的液氨需要循環(huán)回收，甲銨液的循環(huán)量也少，因而進(jìn)一步降低了循環(huán)氨、甲銨所必須的功耗。 （4）采用池式冷凝器。采用池式高壓甲銨冷凝器是Stamicarbon對其尿素工藝的最新改進(jìn)。池式冷凝器作為初級反應(yīng)器使合成塔的體積減少了約50%，使尿素框架的高度降低了約20 m。 （5）采用脫氫技術(shù)。在脫氫轉(zhuǎn)化器中，通過催化燃燒除去原料CO2中的HCO等可燃性氣體，使高壓和低壓放空氣均處于爆炸范圍之外，工藝裝置安全性高。 （6）工藝?yán)淠核狻９に嚴(yán)淠航?jīng)水解解吸后，其尿素和氨的含量均小于5ppm，不僅降低了氨損失，也消除了對環(huán)境的污染。 CO2氣提工藝具有流程簡單，設(shè)備總臺數(shù)少，軟、硬件費用也相對較低的優(yōu)點， 90年代后期，Stamicarbon對其尿素技術(shù)作了較大的改進(jìn)和推廣，主要是增加了原料氣脫氫裝置，提高了裝置的安全性能；合成塔結(jié)構(gòu)改進(jìn)、采用高效塔板提高了轉(zhuǎn)化率，降低了合成塔高度及體積；將原立式降膜式甲銨冷凝器改為池式冷凝器，并將其用作初級反應(yīng)器，減少了合成塔的體積，降低了工藝框架的高度。在此基礎(chǔ)上，斯塔米卡邦在1996年5月召開的年會上推出了尿素2000+TM超優(yōu)工藝，大大地提高了CO2氣提工藝的競爭能力。 新型尿素2000+TM工藝包括若干重大改進(jìn)，從而使新建尿素工廠的投資成本顯著降低。其中主要的改進(jìn)包括:優(yōu)異的合成塔塔板設(shè)計、池式冷凝器以及Safurex專門雙相不銹鋼。2000+TM工藝的主要特點有: 1） 高壓合成段的設(shè)備數(shù)由4臺減少至3臺； 2） 總體高度由52 m降低至26 m； 3） 因設(shè)備集成，昂貴的高壓連接管線及噴嘴大大減少，相應(yīng)地減少了泄漏和堵塞的幾率； 4）在立式合成塔頂部，由于大量氣體滯留，在合成塔的液面上存在著逆效應(yīng)，但這種現(xiàn)象在該水平裝置中則完全避免，從而為合成部分簡便的全自動控制鋪平了道路。該逆效應(yīng)在高框架布置中很嚴(yán)重，在中度框架布置中仍有一定程度的存在。迄今為止，除非采用先進(jìn)控制，合成段壓力以及合成塔的液位都是手動控制的； 5）由于反應(yīng)器水平布置（如果需要），克服了開車時由分批進(jìn)料向連續(xù)生產(chǎn)轉(zhuǎn)換的困難。該工廠用水啟動后，逐漸穩(wěn)定過渡到使用正常原料全面運行； 6）池式冷凝使合成部分對氨碳比（NH3/CO2）波動的敏感程度大大降低； 7）在產(chǎn)生同樣量低壓蒸氣的情況下，冷卻面積減少了50%； 8）由于框架降低，并且檢查水平池式反應(yīng)器較檢查立式合成塔更加便捷，因而反應(yīng)裝置的安全性能提高； 9）投資節(jié)省10%左右。 10）大顆粒造粒技術(shù) 自從斯塔米卡邦氣提尿素工藝開發(fā)之始，一直就以減少設(shè)備數(shù)目、降低框架高度為2個主要目標(biāo)，以便在合成部分既充分利用重力作驅(qū)動力，又同時減少投資成本。經(jīng)過30年的改進(jìn)，所需設(shè)備總數(shù)減少了50%，工廠高度降低了50%，工廠的操作難度至少降低了50%。原料的消耗值幾乎等于氨和二氧化碳的化學(xué)計算值，己無進(jìn)一步減少的余地。公用工程的消耗也降至相當(dāng)?shù)偷乃?，若要進(jìn)一步降低蒸汽消耗，需要開發(fā)新的熱交換方法，從而使工藝更復(fù)雜，投資更昂貴。該工藝的廢物及廢氣的排放量極低，接近于零，再沒有重大改進(jìn)的余地。 （2）NH3氣提工藝 1）合成塔進(jìn)料NH3/CO2摩爾比較高，CO2轉(zhuǎn)化率較高，從而可減少高壓回路以后的循環(huán)回收負(fù)荷； 2）由于合成系統(tǒng)NH3/CO2摩爾比較高（）和設(shè)備選材恰當(dāng)（如氣提塔采用襯鋯材料），大大減輕了設(shè)備的腐蝕問題，操作條件要求不苛刻，開車無需專門鈍化高壓系統(tǒng)設(shè)備。另外，即使事故停車，可以封塔幾天而無需排放（國內(nèi)企業(yè)反映，封塔時間不宜太長）。一般封塔3天再開車后尿素產(chǎn)品仍為白色，這樣將減少 NH3及CO2的損失，并可快速開車，大大提高了裝置的運轉(zhuǎn)率； 3）中、低壓分解加壓器均為降膜式，操作過程積液量少，即使停車排放，NH3和CO2的損失量也少； 4）由于采用了甲銨噴射泵，所有高壓設(shè)備均可布置在地面上，無需高層框架，可節(jié)約投資，大大加快建設(shè)進(jìn)度，施工安裝操作維修均安全方便； 5）由于有中壓分解段，增加了操作的靈活性和彈性，還可以通過改變氣提效率和高壓甲銨冷凝器的副產(chǎn)蒸汽量來調(diào)節(jié)整個裝置的蒸汽平衡，使之在最佳的條件下操作。但由于有中壓分解系統(tǒng)，也增加了約10臺設(shè)備； 6）工藝?yán)淠航?jīng)水解解吸處理后，尿素和氨的含量均可小于5ppm，不但徹底消除了污染，減少了氨和尿素的損失，而且處理后的冷凝液還可作為鍋爐給水； 7）造粒改用轉(zhuǎn)鼓造粒技術(shù)，克服了原用噴淋造粒尿素硬度小、粒徑小、易結(jié)塊且從塔頂排放的氨和尿素粉塵污染環(huán)境的缺點。 該工藝的最新進(jìn)展為: 1）低壓放空氨回收。增加吸收塔來回收低壓系統(tǒng)放空的氨，可降低尿素裝置氨耗，預(yù)計每年可回收氨300－500 t， 2）氣提塔換熱管由襯鋯雙金屬不銹鋼材質(zhì)代替鈦材。這種材料可有效地防止沖刷腐蝕； 3）BD放空管線及放空煙筒由不銹鋼材質(zhì)代替目前設(shè)計的碳鋼材料； 4）柱式高壓氨泵以脫鹽水來代替密封油，這樣每年可節(jié)約油20kL； 5）采用轉(zhuǎn)鼓造粒技術(shù)，可增強(qiáng)成品的硬度，使顆粒增大，不易結(jié)塊。 （3）ACES工藝 1）合成塔的操作條件最優(yōu)化；氣提塔內(nèi)結(jié)構(gòu)特殊設(shè)計以及分解、分離所需的熱量不需外部供應(yīng)，這些促成了ACES工藝能耗最低； 2）該法NH3/CO2摩爾比高，因而轉(zhuǎn)化率也高； 3）ACES法在腐蝕性強(qiáng)的地方采用雙相不銹鋼，各種設(shè)備很少被腐蝕，工廠可以連續(xù)運轉(zhuǎn)； 4）采用申請專利的特殊氣提塔，具有高效的CO2氣提效率。綜上所述，近幾年來CO2氣提工藝有了很大的進(jìn)展，無論是設(shè)備結(jié)構(gòu)型式，還是節(jié)能降耗以及新材料的研發(fā)都比另外兩種工藝具有較大的優(yōu)勢。NH3氣提工藝自90年代后期，也有大的實質(zhì)性的改進(jìn)，國內(nèi)在90年代初至90年代中期曾經(jīng)是NH3氣提熱，在不到10年中引進(jìn)了十幾套大、中NH3氣提裝置。ACES工藝在國內(nèi)外建廠數(shù)很少。因此適合本項目大型尿素裝置的技術(shù)只有CO2氣提和NH3氣提。下面是兩種大型尿素工藝技術(shù)的進(jìn)一步比較：1）消耗定額比較 消耗定額比較(以每噸尿素產(chǎn)品計,期待值)序號 采用技術(shù)比較項目SNAM氨汽提工藝CO2 汽提工藝（池式冷凝器）消耗量1液氨（100%）kg5665682二氧化碳（100%）kg7357443冷卻水（△T=10℃）m31034電 kWh185蒸汽 kg蒸汽壓力MPa(g)蒸汽溫度℃1015955382387回收的冷凝液量kg131212302）尿素裝置生產(chǎn)操作彈性比較尿素裝置生產(chǎn)操作彈性比較見下表。尿素裝置生產(chǎn)操作彈性比較表序號公司比較項目SNAM氨汽提CO2汽提工藝池式冷凝器1生產(chǎn)操作負(fù)荷變化范圍（%）40105601052封塔停車時間≤48小時封塔開車簡便≤24小時3）三廢排放保證值比較（按2700噸/日規(guī)模）三廢排放保證值比較見下表。三廢排放保證值比較表序號 公司比較項目SNAM氨汽提CO2汽提工藝1）工藝尾氣排放總量（Nm3/h）約1303約2900排放NH3量（kg/h）≤21≤172）造粒單元廢氣排放量Nm3/h約945000約915000排放氣中尿素粉塵含量（mg/Nm3）≤50≤50排放NH3量（mg/Nm3）≤20≤203）處理后的工藝?yán)淠篘H3含量（ppm）≤3≤3尿素含量（ppm）≤3≤3 4）近年來國內(nèi)大型尿素裝置采用技術(shù)情況近年來國內(nèi)大型尿素裝置采用技術(shù)情況見下表。近年來國內(nèi)大型尿素裝置采用技術(shù)情況表序號項 目投產(chǎn)年分尿素工藝1瀘天化1976StamicarbonCO2 汽提工藝2大慶石化化肥廠1976StamicarbonCO2 汽提工藝3齊魯石化第二化肥廠1976StamicarbonCO2 汽提工藝4四川化工廠1976改良C法5滄州化肥廠1977StamicarbonCO2 汽提工藝6云天化1977StamicarbonCO2 汽提工藝7南京棲霞化肥廠1977StamicarbonCO2 汽提工藝8遼河石化化肥廠1977StamicarbonCO2 汽提工藝9廣石化化肥廠1978StamicarbonCO2 汽提工藝10安慶石化化肥廠1978StamicarbonCO2 汽提工藝11赤天化1978StamicarbonCO2 汽提工藝12湖北化肥廠1979StamicarbonCO2 汽提工藝13巴陵石化洞庭氮肥廠1979StamicarbonCO2 汽提工藝14鎮(zhèn)海石化化肥廠1984StamicarbonCO2 汽提工藝15烏魯木齊化肥廠(一)1985StamicarbonCO2 汽提工藝16寧夏化肥廠(一)1988StamicarbonCO2 汽提工藝17中原化肥廠1990SNAM氨汽提法18四川天然氣化工廠1993SNAM氨汽提法