国内外尿素生产及技术综述
2010-01-07 | 编辑：enablesite |
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一、国际尿素生产技术水平
1、世界尿素生产能力
据IFA数据显示,近年来世界尿素产能逐年增加，2005年为1.44亿吨，2006年1.52亿吨，2007年1.58亿吨,2008年约1.63亿吨，4年间尿素产能增长了1900万吨。增长幅度较大的地区主要集中在天然气、煤资源丰富的地区，如东欧及中亚（前独联体和波罗的海）、西亚(中东)、亚洲、东亚（中国等），其中西亚和中国贡献了产能增加量的83%。
2 世界尿素生产总量
2008年全球尿素产量为1.504亿吨，增长率在4%以上，大部分是主要消费国产量的增加，如中国、美国、巴西，中国占全球增长的60%。其次是出口导向型国家（阿曼、沙特、埃及、科威特和委内瑞拉）合计贡献增长量的25% 。
3 、世界尿素生产装置规模
传统尿素工艺的单套装置规模一般在1600-1740吨/日，九十年代新建装置规模逐步趋向于大型化，单套日产能力在2000-3000吨，最大达4500吨。1998年，斯纳姆公司首次推出第一套氨汽提工艺大规模尿素装置，单线设计最大生产能力为3250吨/日，2001年在阿根廷Profertil试车投产，当年平均日产3600吨、年产120万吨。斯塔米卡邦公司的二氧化碳汽提工艺尿素装置单系列生产能力已能超过2000吨/日，2005年该公司设计的尿素2000+TM技术单线日生产能力可达3250吨，在沙特阿拉伯投产，年生产能力已超过100万吨。2003年我国第一套单系列最大能力为2700吨/日的尿素装置在海南中海化学有限公司投产，目前又有3套同等规模的大型尿素装置将分别在新疆、四川和内蒙建设。
4 、尿素技术发展水平
世界尿素技术研究和发展的总体趋势主要体现在六个方面：一是较高的工艺效率，以减少原材料消耗和降低能耗；二是较高的装置运行可靠性，以实现安全、低腐蚀、高开工率、易操作；三是高产品质量，满足用户需要；四是低环境污染，减少废水和粉尘排放；五是改进设备材料，减缓腐蚀、延长使用寿命；六是优化工艺和设备布置，降低投资成本。
在目前众多典型工艺流程中，建厂最多的是二氧化碳汽提和氨汽提工艺。随着汽提法尿素工艺的日趋成熟，原料利用率和能量利用率已达到预期目标。为实现以最小投入获得最大效率和效益的新目标，汽提工艺的技术专利商积极实施了对传统工艺流程的完善改造，重点突出了改善装置运转的安全性、降低消耗、减少环境污染等方面，把技术进步放在提高装置整体效率上；尤其是在九十年代后期，随着新型耐蚀材料和设备结构的改进，促进了尿素生产技术水平的提高。
意大利Snamprogetti公司在氨汽提技术上的主要改进有：一是在节能及减少环境污染方面对工艺流程进行的改进：如用中压分解气的部分冷凝热浓缩尿素溶液，用低压分解气的部分冷凝热预热高压液氨，用蒸汽冷凝热预热甲铵溶液，冷凝液处理增设尿素水解设施等。这些措施使氨汽提工艺的能耗及对环境污染比早期流程有显著改善。二是在汽提塔管材方面的改进，以克服钛材管耐冲蚀性差的缺陷；采用双金属材料代替钛材；采用全锆材汽提塔、OMEGAONDR汽提塔等等，以提高设备的抗腐蚀性和安全可靠性。
荷兰Stamicarbon公司在传统CO2汽提技术上的改进幅度较大，主要改进有：①设置CO2气脱H2系统，以改善装置运转的安全性；②工艺尾气设置常压回收塔，减少NH3和CO2损失；③工艺冷凝液处理增设尿素水解设施，减少环境污染，降低NH3和CO2消耗；④改进合成塔塔板结构；⑤开发池式甲铵冷凝器、池式反应器 ；⑥与相关公司合作开发新的耐蚀材料；⑦开发新的尿素工艺。
另外，瑞士Casale公司、意大利Snamprogetti公司、荷兰Stamicarbon公司及日本ToYo工程公司等专利公司开发的合成塔高效塔盘，对改善气体分布和稳定气液两相在塔内的流动状态，提高CO2转化率、降低蒸汽消耗、提高能力等起到了积极的作用。国内多数企业采用了Casale公司开发的条状倒“U”形塔板或Stamicarbon公司开发的虹吸塔板技术，以及国内开发的同类技术进行了塔板的更新换代。
二、国内尿素生产情况
1 、尿素生产能力
（1）国内尿素产能
据中国氮肥工业协会统计，我国现有尿素生产企业200多个，规模分为大型（引进48万吨/年以上）、中型（13—30万吨/年以上）、小型（4—13万吨/年），我国中小氮肥企业中90％采用煤为原料，近年来产能发展较快。
据统计，2005—2007年尿素新建装置增加产能累计987万吨，加上现有装置产能的自然增长，2005—2007年我国累计增加尿素产能1340万吨，到2007年底尿素产能达到5300万吨以上。预计2008—2009年新建装置产能为715万吨，到2009年底全国尿素产能将达到6000万吨。
（2）大型尿素装置产能
目前，我国已投产的大型尿素装置为31套，其中十几套尿素装置完成了不同程度的扩能增产改造，按扩能改造后形成的生产能力统计已达到1700万吨以上,目前在线运行能力约1600万吨。
2、尿素产量
（1）2006年全国尿素总产量4578.6万吨（实物），同比增长10.1%,其中大型引进装置企业生产尿素1287.9万吨（占全国尿素的28%）；2007年尿素产量4987.5万吨，同比增长10.9%,其中大型引进装置生产1316.3万吨（占全国26.4%）；2008年全国生产尿素约5104.1万吨，同比增加10.2%，其中大型引进装置生产1323.9万吨，（占全国24.5%）。可以看出，近两年，全国尿素产量年增长率基本在10%以上，其中大化肥增长率与全国产量增长率持平。
（2）具有原料条件的生产企业基本发挥了装置生产能力,其中以煤为原料企业的产量逐年增加。2006—2007年不同原料生产的尿素占总量的比例分别为：以煤为原料占总产量的66.1%和68.2%；以天然气为原料的分别为31.0%和27.8%，其它为3.0%和3.7%。
（3）大化肥企业装置运行水平总体比较稳定，除新建的以煤为原料的企业外，基本上可以较好的发挥装置的生产能力。
3、大型尿素装置运行情况
（1）消耗
从大型尿素装置消耗统计情况看,多数企业通过优化工艺操作，发挥改造效能，降低消耗成果较为明显。
（2）产品质量
由于市场竞争日益激烈，各企业不但抓好内在质量，更加重视产品的外观质量，在增强产品的粒度和强度上下工夫。2006年尿素优等品率在98%以上的有13套装置，2007年尿素优等品率在98%以上有15套装置，质量总体上保持稳定。
（3）装置运转率
从近两年装置运行状况数据分析，无论何种工艺，具有原料优势的装置运转率均较高，运转率可达95%以上，其它普遍在80-90%。云天化股份公司尿素装置创造了国内该类型装置长周期连续运行446天的最好水平。
三、国内尿素装置技术改造和技术进步
1 、总体水平
我国大型尿素装置均为引进装置，其技术水平、装备水平、自控水平、管理水平都比较先进，其中七、八十年代引进的装置，经过多年达标管理，以及采用先进技术对传统工艺实施了节能和增产技术改造，使得这些装置在产能、消耗、产品质量、环保水平等方面一直处于国内化肥行业领先水平。
中小型尿素装置多采用国内技术，中型尿素中有水溶液全循环和等压双气提工艺。随着技术的进步，已有近一半的产能采用二氧化碳汽提工艺、氨汽提工艺等非水溶液全循环工艺。总体来看，我国尿素生产技术总体水平是比较先进的。
2 、大型尿素装置的技术改造和技术进步
国内大型尿素装置的技术水平，不论是在成套技术上，还是在单项技术上，一直跟随着世界尿素工艺技术发展的步伐。尤其是在对传统工艺装置实施节能扩产改造，或是对老设备和仪表仪器更新改造方面，采用的都是先进的工艺技术或新设备、新材料、先进控制等技术，使建厂多年的老装置仍保持了较好的运行水平和技术经济指标的先进性。主要体现在以下六个方面：
（1）改进工艺、消除瓶颈实现扩能增产
大型尿素企业中有6家企业先后采用不同的工艺路线和改造方案，完成了较大幅度的尿素扩能增产技术改造，这些改造基本都取得了成功，改造后的装置运行数据很快达到了设计要求。
（2）优化工艺控制，提高工艺运行水平
影响尿素装置稳定优化运行的外部因素比较多，特别是以煤为原料的企业，受煤气化等前工序不稳定因素影响，尿素装置开停次数多、负荷偏低，也有部分企业由于上游的合成氨装置分流了其它产品，而使尿素装置处于阶段性的生产状态。为克服外部条件的不利因素，充分发挥工艺特点和装置效能，进一步节能降耗，许多企业都在优化工艺运行方面下了不少功夫。如有的企业针对尿素装置间歇性生产的现状，对开停工操作进行优化，改进原有传统的合成系统置换卸压停车方式，使得尿素装置在停车过程基本做到了气相的零排放，减少了由于频繁开停工给装置带来的安全、环保、能耗问题；同时重视低负荷下缩二脲的控制和设备防腐蚀控制，保证了节能、安全生产目标的实现。部分氨汽提工艺装置结合运行特点，通过采用漫液操作的调整方式来改善汽提塔工况；将原来膜式吸收调整为漫液鼓泡吸收方式，以提高中压惰气洗涤塔的吸收效果；将CO2压缩机透平由注入低压蒸汽方式调整为不注汽，提高了蒸汽利用率，降低了蒸汽消耗。还有很多企业在低压循环系统、解吸水解系统的运行等方面做了大量优化控制工作，这些有针对性的工艺优化均取得一定成效。
（3）采用新技术，提高设备运行可靠度和效率
①目前已有近20套大型尿素装置的合成塔更换或增加了高效塔盘，部分企业实际运行测定转化率可提高1.5%—2%。
②由斯塔米卡邦和山特维克开发的新型双相合金材料SafurexR和新结构设备已在大型尿素装置改造和新建项目中得到应用，可明显增强抗尿素甲铵液的腐蚀能力，降低系统的氧含量，增加CO2压缩机和合成塔的效率，达到节能的效果。
③NH3/CO2在线分析仪应用于尿素装置中，可通过在线分析氨碳比，提供实时数据,避免手动分析数据的滞后，有利于提高CO2转化率。
④雷达液位计在尿素汽提塔上首次采用，由于其测量精度不受介质密度变化影响，工艺温度和压力只对测量精度有微弱影响，雷达信号检测器无活动部件，使用中不需要重新校准等优点，将使雷达测量技术取代传统射线液位计的应用速度加快。
（4）改进和优化工艺，稳定产品质量
大化肥企业的尿素产品质量一直保持了较好水平，如何长期保持质量的稳定是各企业关注重点，因此在强化管理、优化工艺以及增上必要的技术措施等方面持续改进。
①改进蒸发系统设备状况，降低缩二脲的含量。
②根据季节需要继续在熔融尿素中添加甲醛，使尿素强度明显提高。
③优化造粒喷头的设计，使尿素颗粒增大、粉尘减少、强度增加。
④在包装前对尿素过筛，进一步减少成品尿素中的粉尘。
⑤在原有造粒塔后增设了固体冷却器或流化床冷却装置，以降低成品尿素温度。
⑥采用大颗粒机械造粒，增加产品结构、改善颗粒质量。
⑦包装机械改进，大化肥全部采用电子秤，有部分企业采用定量包装秤系统。
（5）产品结构得到改善
目前多数大化肥企业已经打破了单一尿素产品结构，一是化肥品种增加，主要有：大颗粒尿素、涂膜尿素、缓释尿素，多种配比的NPK复合肥以及水稻、烟草、鱼用、蔬菜类各种专用肥，如湖南巴陵开发的杂交水稻控释肥取得较好成果。二是开发了其它市场需求的高附加值产品，涉及化工、建材、农用、民用等领域。
（6）节能减排和环保治理
随着国家对节水和环保要求的提高，各企业都加大了节能减排和环保治理力度。在节水减排方面，各企业首先是开好工艺冷凝液深度水解解吸装置，采取改造解吸塔塔盘等措施扩大处理能力，确保出水符合回收用作锅炉给水的要求。对于装置中其它废水的处理也引起了企业高度重视，如通过优化开停车过程控制和规范操作，减少生产过程的排放；采取增加密闭回收系统回收填料密封水和取样冲洗水、增设事故排液储槽、建立废水处理站等措施实施废水回收和清污分流处理，以实现装置零排放。同时，各企业也开始在减少造粒塔排气粉尘和改善成品包装车间尿素粉尘的污染问题上进行相应的改进。
（7）提升企业管理水平
不断强化和提升企业管理水平是企业进步的基础。近年各企业在传统管理手段和现代化管理手段方面都有新进展，传统管理方面趋于更严格、更精细，如有的企业推行了操作卡管理，每步操作均按操作卡规定的程序进行，在防止误操作方面起到了很大作用；利用现代计算机、互联网系统和先进的软件配置，实现企业管理的现代化，使生产控制管理水平进一步得到提升。
四、大型尿素高压设备防腐和更新
尿素高压设备的腐蚀和防腐问题一直是大家关心的重要话题。目前采用二氧化碳汽提工艺企业的高压设备，多数已进行了不同程度的维修或更换,更新率达70%以上。高压设备存在的主要问题有：汽提塔的汽提管腐蚀减薄；高压甲铵冷凝器主要是SCC腐蚀；高压洗涤器是列管减薄、防爆空间衬里腐蚀、局部开裂等；合成塔是筒节衬里、塔板、降液管腐蚀减薄等。采用氨汽提工艺企业的高压设备也有不同程度的腐蚀问题，尤其是氨汽提塔汽提管上管端腐蚀及管壁减薄腐蚀严重，多数装置进行了氨汽提塔调头使用，调头率已达70%，但对氨汽提塔调头时机的判断和调头后的腐蚀减薄规律分析应充分认识，只有掌握规律，精心维护，才能较好的延长设备使用寿命。
近三十年尿素生产运行实践表明，《二氧化碳汽提工艺装置防腐蚀管理规定》对减缓设备腐蚀、延长设备使用寿命、保证装置稳定运行起了积极作用。高压设备的腐蚀与防腐问题应引起新老企业共同的重视，在选材、设计、制造检验、操作、检测维修等方面都应严格执行防腐蚀管理规定。
五、结束语
中国农业在国民经济中的特殊地位决定了化肥行业将是一个长久且生命力旺盛的产业，我国化肥市场已进入成熟阶段，化肥企业将直接面对市场，竞争将主要体现在降低产品成本上。因此，坚持持续有效的管理经验，应用成熟可靠的先进技术，降低消耗，提高装置稳定运行率和产品质量，充分发挥装置能力，是降本增效、提高产品竞争力最有效的途径。
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