【正文】 我國尿素工業(yè)在工程設計、設備制造、材料配套和生產(chǎn)建設及工廠管理等方面已進入當前世界尿素生產(chǎn)先進水平的行列。還有美國UTI 熱循環(huán)法尿素技術(shù)及瑞士Urea Casale 公司HEC 工藝也僅在個別廠中局部應用，尚未推廣。二十世紀九十年代引進2 套ACES 法尿素生產(chǎn)工藝，規(guī)模為 5 萬噸/年和 52 萬噸/年。采用的氨氣提工藝均為第二代氨氣提工藝技術(shù)，其中有半數(shù)的工廠氣提法采用襯鋯的雙金屬管的新技術(shù)。采用的工藝流程包括傳統(tǒng)的CO2 氣提工藝（二次洗滌流程）計 14 套、改進型 CO2 氣提工藝（脫氫防爆流程）計 14 套、新一代改進型 CO2 氣提尿素 2000TM 超優(yōu)工藝（池式冷凝器）2 套。二十世紀七十年代以來引進荷蘭Stamicarbon 公司CO2 氣提法尿素專利技術(shù)，成套引進和自行建設共計 30 套（引進 18 套，消化吸收自行建設的 12 套），規(guī)模從4～52 萬噸/年。國內(nèi)尿素工業(yè)的發(fā)展始于二十世紀六十年代。至今，該法未見工業(yè)化推廣應用。這些方法在世界范圍內(nèi)新建廠不多，熱循環(huán)法設計了特殊結(jié)構(gòu)的絕熱等溫反應器和甲銨反應熱的多級回收利用，蒸汽消耗較低，但設備結(jié)構(gòu)復雜，中、低壓段換熱設備多，流程較復雜，操作也不便，目前未被廣泛采用。除以上幾種工藝方法外，還有一些其他生產(chǎn)工藝，如美國化學技術(shù)公司好推出熱循環(huán)法工藝（簡稱UTI 法）。以上幾種主要的尿素生產(chǎn)方法的特點、流程、生產(chǎn)操作條件及安全性等比較見下表。另外，高壓回收物料的循環(huán)好是靠液位差實現(xiàn)，設備布置需要較高的框架。目前世界上建成的有十余套。 ④　日本三井東壓/東洋工程公司ACES 工藝。此工藝采用雙氧水鈍化，防止設備腐蝕。該法合成進料NH3/ CO2 摩爾比高，高壓系統(tǒng)操作壓力，溫度均較高，單程轉(zhuǎn)化率可達 70%。該法采用了液氨噴射泵輸送甲銨液，高壓設備無需高層框架布置，施工安裝和維修方便。另外，氣提塔選用鈦材或襯鋯雙金屬氣提管，氣提出液溫度可達 205～230℃。② 意大利Snamprogetti 公司氨氣提法工藝于1966年研究開發(fā)成功并實現(xiàn)工業(yè)化，七十年代中期發(fā)展成為氨自氣提工藝，八十年代中期以來建廠數(shù)增加，建廠數(shù)總計 100 余套，總生產(chǎn)能力僅次于CO2 氣提法工藝。該工藝高壓圈物料靠位差流動、節(jié)省輸送動力。迄今為止，該工藝在世界上建廠最多，計 140 余套生產(chǎn)裝置，占世界尿素總生產(chǎn)能力的45%左右。 ① 荷蘭 Stamicarbon 公司CO2氣提法工藝于 1965 年在傳統(tǒng)的水溶液全循環(huán)法的基礎(chǔ)上新開發(fā)成功并實現(xiàn)工業(yè)化，七十年代末發(fā)展為改進型 CO2 氣提工藝。壓縮機和驅(qū)動裝置以及所有其它輔助設備（包括控制油系統(tǒng)，潤滑油系統(tǒng)，防喘振系統(tǒng)，機組控制儀表，冷卻器、分離器和緩沖器等）應由壓縮機制造廠商成套供應。其主蒸汽壓力可采用中壓或高壓。壓縮機的軸功率為10600kW, 壓縮機的轉(zhuǎn)速約為5000 r/min 之間。 第二補氣參數(shù)為：進口壓力為 MPa (a),進口溫度為 8℃，流量為 17662kg/h。(a), 進口溫度為 40℃，流量為20997kg/h。 (5) 冷凍● 氨壓縮機　　 根據(jù)工藝參數(shù)的特點，合成氨裝置中的氨壓縮機將采用離心式壓縮機，單機運行。爐子輻射段殼體內(nèi)徑φ4800mm，總高約 25000mm。輻射段設有盤管（光管），換熱面積 275m2?？紤]選用層板結(jié)構(gòu)筒體、球形封頭，主要材料為 ＋15MnNbR。高壓外殼在國內(nèi)設計、制造?！　?氨合成塔暫選用托普索（TOPSφE）的專利技術(shù) S300 型徑向流合成塔，催化劑裝填總量為～69 m3 。壓縮機分為高低壓缸，均為筒型結(jié)構(gòu)，高低壓缸和汽輪機直聯(lián)，無增速器，軸封一般采用干氣密封，對于高壓的干氣密封國內(nèi)無法滿足要求需進口。壓縮機將采用耐高壓的筒形 BCL 型缸體，壓縮機將采用二缸，該機組將合成氣壓縮機和循環(huán)氣壓縮機合二為一，新鮮氣經(jīng)過三段壓縮，出口壓力大約為 ，合成塔的循環(huán)氣體混合后進入壓縮機的最后一段（共一級葉輪），壓縮至 。 (4) 壓縮及氨合成　　 合成氣壓縮及氨合成工序的主要設備有：合成氣壓縮機、氨合成塔、開工加熱爐等。該裝置內(nèi)有壓力高（）、溫度低（～－200℃）的關(guān)鍵設備用材問題，以及大型板翅式換熱器其制造采用釬熔焊，制造難度大。 (3) 氣體精制　　 氣體精制的主要設備為冷箱?！　?甲醇離心泵的特點為介質(zhì)溫度低（約~60℃），泵輸送的甲醇有毒，泵的機械密封和材料均有較高的要求，泵的結(jié)構(gòu)應采用API610 標準的中心支撐以防止溫差變形，低溫泵的材料應采用 316SS 不銹鋼，泵密封應采用雙端面串聯(lián)機械密封和合適的密封沖洗方式，同時對于關(guān)鍵泵的機械密封和軸承應選用進口軸承和質(zhì)量可靠的進口(或合資)機械密封，泵的轉(zhuǎn)子應進行動平衡試驗。根據(jù)專利商要求塔設備采用典型的浮閥塔，、操作溫度為60℃～120℃。第三變換爐操作溫度為260℃，筒體材料采用15CrMoR可滿足要求。第二變換爐操作溫度為370℃，原料氣中H2S和H2含量較高，考慮H2S和H2腐蝕，筒體材料采用 ＋304L。第一變換爐操作溫度為460℃，原料氣中H2S和H2含量較高，考慮H2S和H2腐蝕，筒體材料采用 ＋304L。殼體材料為復合板或15CrMoR。第一、第二、第三變換爐同為立式圓筒形熱壁反應器，內(nèi)置催化劑床。另外，實行中間節(jié)流后，單位質(zhì)量工質(zhì)的制冷量增大，節(jié)省了氨蒸汽進入一級壓縮的壓縮功，達到了省功的目的。為提高制冷循環(huán)的經(jīng)濟性，節(jié)約能源和制取低蒸發(fā)溫度下的冷量，本方案采用節(jié)能型雙級離心式壓縮制冷循環(huán)，工藝流程中帶有“中間省功器”。同時離心式制冷壓縮機可采用蒸汽透平驅(qū)動，可合理利用工藝裝置副產(chǎn)蒸汽，節(jié)能效果明顯。往復式壓縮機單臺制冷量小，能耗高，維修量大，占地大，價格也較高；螺桿壓縮機具有迥轉(zhuǎn)式運轉(zhuǎn)和容積式壓縮的二者優(yōu)點，制冷量可無級調(diào)節(jié)，運行平穩(wěn)可靠，操作方便，年連續(xù)運行可達 8000 小時；離心式壓縮機單臺制冷量大，具有轉(zhuǎn)速高，制冷量大，蒸發(fā)溫度低，維護簡單，占地面積小，能經(jīng)濟方便地調(diào)節(jié)制冷量等優(yōu)點，適合于大制冷量、低溫工況。氨制冷技術(shù)適用于提供 5～35 ℃冷量，國內(nèi)合成氨廠普遍采用氨作制冷劑；丙烯制冷技術(shù)，適用于提供25～45℃冷量。冷凍工序是將制冷劑通過制冷壓縮機及輔機由壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)提供冷量 四個過程組成制冷循環(huán)，為用戶提供冷量。氨合成回路配置采用水冷及兩級氨冷分氨，氨合成反應余熱用于預熱鍋爐給水。本工程 46 萬噸/年合成氨項目采用 (g)低壓合成。合成反應熱回收方式有預熱鍋爐給水或副產(chǎn)中壓蒸汽兩種選擇。Topsφe工藝的氨合成塔最先引進徑向流概念，使得合成塔阻力大幅下降、可使用小顆粒高活性催化劑。Casale 內(nèi)件設計靈活、形式多樣，通常采用三床層一冷激一換熱的結(jié)構(gòu)型式。Casale 公司的氨合成工藝也是應用較多的一種先進的氨合成技術(shù)。原布朗氨合成工藝的特點主要是氨合成回路采用多塔反應（二塔或三塔串聯(lián)），氨合成塔采用軸向流絕熱床內(nèi)件，氣體塔外換熱。Kellogg工藝多用在以天然氣為原料大型合成氨裝置，最初采用的是瓶型四床層全冷激軸向合成塔，配三級氨冷流程。大型合成氨裝置都采用中、低壓合成工藝，合成回路操作壓力通常在 8～ 22MPa 之間。離心式壓縮機與往復式壓縮機相比，具有轉(zhuǎn)速高，打氣量大，易損件少，連續(xù)工作時間長，運行平穩(wěn)，機組占地面積小等優(yōu)點，國內(nèi)外大型合成氨裝置中普遍采用離心式壓縮機。內(nèi)部裝有內(nèi)件，包括空氣分配系統(tǒng)，脫氣部分，防止發(fā)泡的噴林系統(tǒng)?！　?生物反應器是硫回收裝置的關(guān)鍵設備，共兩臺，設備直徑ф4000mm，每臺容積 100mm3，操作壓力常壓，操作溫度 30～40℃，吸收液從吸收塔引至生物反應器，用空氣壓縮機鼓入空氣，頂部排出的氣體可直接排放，硫磺通過沉淀槽從液體中分離出來。吸收塔是硫回收裝置的重要設備，填料塔，塔體直徑ф2000mm，操作溫度30～40℃，富H2S酸氣從塔底進入，吸收液從塔頂進入，在塔內(nèi)自上而下與氣體逆流接觸，吸收H2S等酸性氣體，塔頂出口氣體引至高點放空。（4） 主要設備選型　　 硫回收裝置包括：吸收塔1臺，生物反應器2臺，硫磺沉淀器1臺，槽罐3臺，機泵5臺，空氣壓縮機1臺，離心分離機2臺。硫磺的純度可達到 9598%（基于 65%干基）。 　　 （3） 沉淀槽元素硫通過沉淀槽從液體中分離出來。通過廣泛的實驗室實驗和現(xiàn)場的實地研究，對營養(yǎng)液的組成和添加量進行了優(yōu)化。將 H2S 轉(zhuǎn)換成元素硫的過程是一種生物過程；因此，需要營養(yǎng)液來維持ShellPaques 裝置更好的運行。這種情況下，會在吸收塔的填料表面形成一層很薄的含有細菌的硫磺層。流出的液體（含有鈉鹽和一些硫磺微粒）是無害的，通?？梢灾苯优欧??！　　　　　?NaHS + 4O2 → 2NaHSO4 . Na2 SO4+ H2SO4　　 由于副反應的結(jié)果，需要增加堿耗來中和形成的酸。通過精確控制通入的空氣量，來減少硫酸鹽的生產(chǎn)。硫磺通過沉淀槽從液體中分離出來?；瘜W反應方程式如下：　　　　　　NaHS + O2 → S + NaOH　　這些硫桿菌家族類的細菌生長速度非?？?，并且對于工藝條件的變化有很強的抵抗能力。需要控制進入到生物反應器的空氣量。處理后的氣體通過吸收塔頂部氣液分離器排出，可減少氣體夾帶液體進入產(chǎn)品管線，從吸收塔底部，吸收了H2S 的溶劑直接進入生物反應器。吸收溶劑負荷是一個重要的參數(shù)，因為它決定了吸收塔內(nèi)溶劑的流量。氣體溫度應該在 3040℃之間。氣體與堿性溶液逆向接觸。 　　　　 H2 S + NaOH → NaHS + H2O　　 從該反應方程式中可以看出，過程是需要耗堿的。氣體在塔內(nèi)與吸收液逆向接觸?！　?因此本項目硫回收裝置采用殼牌公司開發(fā)的 ShellPaques 生物脫硫工藝，該工藝包括三個部分：（1） 吸收塔　　 吸收塔是一個填料塔。（5）能耗低，化學品消耗低，能夠降低操作成本。（3）常溫操作，工藝安全可靠。采用 ShellPaques 生物脫硫工藝，具有如下特點：（1）工藝流程簡單，無需過多的監(jiān)控，操作和維護費用低，占地面積少。硫回收工藝方案選擇的原則，是采用先進，可靠的技術(shù)，在追求較高硫回收率，達到環(huán)保排放標準的同時，優(yōu)化工藝方案，降低成本。含 H2S 氣體在吸收塔內(nèi)與含硫細菌的堿液逆流接觸，H2S溶解在堿液中進入特殊的生物反應器（專利設計）。在本工程中，我們決定選擇采用 ShellPaques 生物脫硫工藝，ShellPaques 生物脫硫工藝是酸性尾氣處理的新發(fā)展。其特點是精制氣純度很高、能耗低、操作費用少、無污染，缺點是投資較大，但對氨合成系統(tǒng)十分有利，可降低氨合成能耗。目前國內(nèi)外大型合成氨原料氣的精制方法有液氮洗、甲烷化二種。國內(nèi)已有多套大型氣體凈化裝置采用低溫甲醇洗凈化工藝，有的已運行近20 年，在設計、施工、安裝、操作等方面均積累了豐富的經(jīng)驗。在國內(nèi)以煤、渣油為原料建成的大型合成氨裝置中也大都采用這一技術(shù)。該工藝氣體凈化度高，可將變換氣中 CO2脫至小于 20ppm， H2S 小于 ，氣體的脫硫和脫碳可在同一個塔內(nèi)分段、選擇性地進行。由于甲醇的蒸汽壓較高，所以低溫甲醇洗工藝在低溫(35℃～－55℃)下操作，在低溫 下 CO2與 H2S 的溶解度隨溫度下降而顯著地上升，因而所需的溶劑量較少，裝置的設備也較小。第一個低溫甲醇洗裝置由魯奇公司于 1954年建在南非 Sasol 的合成燃料工廠，目前世界上有一百多套工業(yè)化裝置，其中中國引進了十多套，低溫甲醇洗工藝適合于處理含硫渣油部分氧化、煤氣化生成的氣體中 CO2和硫化物。本工程選用低溫甲醇洗工藝。氣化爐殼體材料為11/4Cr 1/2Mo，激冷室堆焊不銹鋼，激冷環(huán)和下降管材料為lncolloy825，氣化爐在國內(nèi)已民用工業(yè)成熟的制造經(jīng)驗，可以由國內(nèi)化工機械廠制造。3）主要設備①磨機根據(jù)國內(nèi)粉煤制備的成熟經(jīng)驗，不設備機，磨機內(nèi)襯耐磨橡膠板以降低噪音。B、單系列能力 現(xiàn)設計單臺氣化爐生產(chǎn)能力為有效氣體（CO+H2）~10萬Nm3/h。 技術(shù)特點A、原料的適應性該工藝煤種適應性廣，從煙煤、無煙煤到褐煤均可氣化，對于高灰份、高水分、高硫的煤種同樣適用。渣經(jīng)破渣機，高壓變低壓鎖斗，排到撈渣機，進行渣水分離，水回收處理利用；灰水經(jīng)高壓閃蒸、真空閃蒸后到沉降池，清水作為激冷水回收利用 ，漿水經(jīng)真空抽濾后制成濾餅。熱的粗煤氣和熔渣一起在氣化爐下部被激冷，也由此分離，激冷過程中，激冷水蒸發(fā)，煤氣被水蒸汽飽和，出氣化爐為199℃ ，經(jīng)文丘里洗滌器、洗滌塔洗滌后，194℃、。C、 氣化及凈化燒嘴設計同GSP，采用單燒嘴頂燒式氣化，氣化爐采用TEXACO激冷工藝，氣化爐升壓到1MPa時，煤粉及氧、蒸汽混合以一定的氧煤比進入氣化爐，穩(wěn)壓1小時掛渣，爐膛內(nèi)設置有8個溫度檢測點，可以作為氣化溫度的參考點，也可以判斷掛渣的狀態(tài)。B、 加壓輸送系統(tǒng)加壓輸送系統(tǒng)的工藝流程、運行原理、控制參數(shù)都與SHELL工藝相同，目的是將制出的合格煤粉利用壓差輸送至氣化爐進行燃燒氣化。工藝介紹如下：A、磨煤與干燥系統(tǒng)磨煤與干燥系統(tǒng)的工藝流程、運行原理、控制參數(shù)都與SHELL工藝相同，兩套系統(tǒng)一開一備，目的是制造出粒度小于90微米的大于80%、水含量小于2%的煤粉。 (七)催化劑和化學品消耗空分催化劑和化學品消耗表 序號名稱單位初始裝填量設計壽命,年1分子篩吸附劑t73252鋁膠t53253珠光砂m3330020 (八)公用工程消耗空分公用工程消耗表 序號名稱規(guī)格單位小時消耗1電380VkWh6000VkWh6522冷卻水Δt=10℃t231333蒸汽，183℃t蒸汽冷凝液(G)t4蒸汽MPaA，440℃，t汽輪機冷凝液～ MPa(G),70℃t　　　　　　 (九)引進設備說明 　　 為降低投資，空分采用國內(nèi)技術(shù)，為保證裝置的可靠性，關(guān)鍵設備采用引進，其引進設備如下（初步）： 單