尿素低纯度放空气的回用利用总结

金兴玲　刘涛

摘 要：从尿素低纯度放空气回收利用实施背景出发，对尿素低纯度放空气回收利用实施的目标及采用的工艺进行了简要分析，同时对尿素低纯度放空气回收利用后的运行情况及效果进行了总结。

关键词：尿素；放空气；回收利用；

中图分类号： X703 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）26-164-2

0 引言

河南能源集团安化公司拥有40余年的合成氨尿素生产历史，企业经过多年的不断发展，目前已形成了由传统合成氨尿素产业逐步向多元化尿素、精细化工产业的过渡，公司的主导产品包含了合成氨尿素、甲醇、甲胺、DMF、乙二醇、聚酯等多种产品，公司规模及产品种类虽在逐步扩大，但传统合成氨尿素产品在公司主营业务中仍占较大份额，短期内扔支撑着公司的发展。近几年，企业围绕合成氨尿素装置节能减排降耗，实施了一系列技术升级改造。但尿素合成过程中产生的低纯度放空气的处理一直是困扰企业节能环保的瓶颈问题，在当前国家环保形势越来越严格的大背景下，同时也为彻底回收尿素合成低纯度放空气，安化公司实施了尿素低纯度放空气的回用利用技术改造，将尿素低纯度放空气回收后用于生产液体二氧化碳，达到了节能减排创效的目的。

1 实施背景

近些年，大气污染越来越严重，为治理大气污染，国家制定出台了一系列减排措施，对环境的治理已经提到了社会发展的头等地位，同时国家已经开展了7个省市碳排放交易试点工作，不仅全部上线交易，而且将建立一个稳定的碳价波动市场，同时发布了《碳排放权交易管理办法》，为2017年全国范围的碳交易市场启动建立了基础。目前由发改委采取评审认定的具有第三方资格的碳计量中介单位已经达到几十家，各级政府的节能减排计划也将因此逐步加强，而企业是通过技术和项目完成各级政府节能减排计划的实施方，孕育着广阔的市场潜力。企业必须将节能减排纳入工作的重中之重。减少CO2气体对外排放是当前各企业一直努力的方向。

安化公司第二套合成氨尿素车间PSA一级逆放气有5000m3/h纯度90%二氧化碳放空气，该部分气体由于压力有波动，纯度达不到后续生产指标要求，一直处于直接对外排放的状态，在污染环境的同时，严重制约着企业生产成本的降低，如何减少或避免外排放回收再利用一直是困扰企业生产的难点。

另外公司内部有一套液体二氧化碳生产装置，以公司氨合成过程中副产的纯度大于98.0%的二氧化碳气体为原料，经过压缩机三级压缩，再经吸附系统脱除高沸点杂质、微量硫化物及水分，经冷凝系统冷却液化、提纯系统除去不凝性气体，生产出纯度大于99.8%的工业级液体二氧化碳及焊接用液体二氧化碳（纯度≥99.9%）供充装槽车、钢瓶使用。该套二氧化碳装置由于受合成氨生产负荷影响，原料气纯度大于98.0%的二氧化碳气体一直无法满足系统生产需要，无法满负荷生产。

为彻底实现尿素低纯度放空气的减排回收，同时解决液体二氧化碳生产装置原料气不足的问题，公司实施了尿素低纯度放空气的回用利用技术改造，将这一部分气体作为原料气用于生产液体二氧化碳，减少废气排放，提高公司二氧化碳产量，增加企业利润。

2 改造目标

通过实施技术改造，将尿素低纯度放空气引入液体二氧化碳生产装置，经处理后作为原料气生产出合格的液体二氧化碳。

3 实施方案及措施

3.1 二氧化碳的分离回收技术简介

目前混合气中二氧化碳的分离回收技术主要包括吸收法、吸附法、膜分离法、膜分离-吸收联合法等四种方法，工业应用上，二氧化碳的分离回收方法的选择与混合气组分、气质压力、温度等因素有关。

吸收法又分为物理吸收法和化学吸收法，物理吸收法适用于CO2分压较高的条件，一般采用水、甲醇、碳酸丙烯酸酯等作为吸收剂，利用CO2在这些溶剂中的溶解度随压力而变化的原理来吸收的方法，吸收在低温、高压下进行，具有吸收能力强，吸收剂用量少，吸收剂再生不需要加热，能耗低，不腐蚀设备等优点，但CO2的去除程度不高。

化学吸收法是使原料气和化学溶剂在吸收塔内发生化学反应，CO2被吸收至溶剂中成为富液，富液进入脱析塔加热分解出CO2，从而达到分离回收CO2的目的。吸收塔和解析塔的温度与压力的合理控制是化学吸收法的关键。

吸附法是利用活性炭、天然沸石、分子筛、活性氧化铝和硅胶等固态吸附剂对原料气中的CO2进行有选择性的可逆吸附CO2的新技术。在高温或高压条件下利用吸附剂吸附CO2，降温或降压后将CO2解吸出来，通过周期性的温度或压力变化，实现CO2与其它气体的分离。温差或压差是决定吸附法效果的关键，工业上一般设计多座吸附塔并联使用，以保证整个过程中能连续的输入原料气，连续地取出CO2气及未吸附气体，

膜分离法是利用醋酸纤维、聚酰亚胺、聚砜等特殊聚合材料制成的薄膜，对原料气中不同气体在不同压差下的渗透率不同来分离气体的。在膜两边存在压差的情况下，渗透率高的气体组分以很高的速率透过薄膜，形成渗透气流，渗透率低的气体则绝大部分在薄膜进气侧形成残留气流，两股气流分别引出，从而达到分离的目的。膜分离法要求选用的膜使用寿命要高，同时要对CO2具有高选择率、高透过率，高分子薄膜材质的选择及制备是决定能否应用于CO2回收的关键因素。

膜分离-吸收联合法是结合膜分离法（装置简单、投资低）和吸收法（分离程度高、能耗低）这两种分离方法的优点，取长补短，先利用膜分离法粗分离，再利用吸收法精分离，既能达到有效分离，又可节省投资费用。

3.2 安化公司尿素低纯度二氧化碳回收技术改造方案

将低纯度二氧化碳经老区闲置空压机压缩提压后通过新增管线送至二氧化碳装置原料气水分离器入口，管线中间利用公司现有闲置煤气柜作为二氧化碳缓冲气柜，通过对二氧化碳装置提纯工序水分离器、脱硫剂、蒸发冷凝器进行合理配置后，生产出合格的液体二氧化碳。

3.3 工艺流程简介

二氧化碳气体（压力0-10KPa温度低于40℃）首先进入原料气缓冲罐，混合均匀后进入原料气压缩机，经压缩机三级压缩后送至预处理器。经预处理合格的原料气进入一级脱硫器，再进入水解加热器、水解脱硫器，二级脱硫器，将原料气中的微量硫化物脱除，再进入二级脱硫器。

脱硫工序后的原料气进入干燥系统。首先大部分原料气（约总气量80～85%）进入干燥器，干燥后的原料气送往冷冻工段。再生气则通过预干燥器、再生气加热器进入吸附塔，对干燥剂进行再生，再生气通过再生冷却器、水分离器分离出夹带水分后，重新进入吸附塔进行干燥。

干燥后的气体进入冷冻系统，首先与蒸发气氨在预冷器进行冷量交换，降低气体温度，再进入蒸发冷凝器进行冷冻，将有效组分二氧化碳进行液化，液化后的气液混合物进入提纯器。

二氧化碳气液混合物进入提纯器上部，通过上部喷淋器向塔釜进行喷洒，二氧化碳经过填料实现气液分离。液体二氧化碳会随填料流入塔釜，逐步形成液位，通过液位控制自动操作方式控制流量送往贮罐，塔釜用未经冷却的气氨作为再沸气源，采用再沸方式进行提纯，上部排出的闪蒸气通过压力调节系统、上部换热器、手动调节系统回收冷量后排出界外放空。

来自冷却冷凝器的气氨进入氨压缩机压缩后，经卧式冷凝器冷凝后成为液氨送储氨器储存，从储氨器出来的液氨送蒸发冷凝器制冷。部分未经冷却的气氨先通过提纯器作再沸气源，冷却液化后送蒸发冷凝器，继续反复使用。

3.4 运行情况

2015年1月开始实施改造，10月份改造完成，低纯度二氧化碳作为原料气成功投入系统生产。自投运后，系统生产运行稳定，彻底回收了尿素低纯度放空气，满足了液体二氧化碳装置四机满负荷生产，液体二氧化碳产量由原来的日产70吨提至140吨。

3.5 效益情况

通过技术改造，成功将第二套尿素PSA一级逆放气5000m3/h的纯度为90%二氧化碳放空气全部回收，每小时二氧化碳气体减排5000m3/h，为企业实现节能减排计划奠定了基础，液体二氧化碳产量由原来的3万吨/年增加至7万吨/年，环保效益、经济效益显著。

参 考 文 献

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