煤化工企業(yè)尿素生產(chǎn)過程中的節(jié)能與降耗研究

姜桂明

摘要：能源作為社會(huì)群體賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)之一，隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，能源消耗量與日俱增。煤化工作為化工行業(yè)中的重要組成部分，能源消耗量占比較高，尿素作為傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品之一，隨著國家有關(guān)部門對能源消耗總量的控制，節(jié)能、減排、降耗將是尿素行業(yè)發(fā)展的必然選擇。

關(guān)鍵詞：尿素生產(chǎn)；節(jié)能；降耗；措施

1導(dǎo)言

煤炭是我國重要的基礎(chǔ)能源，我國能源資源的基本特點(diǎn)是富煤、貧油、少氣，為確保我國能源供應(yīng)安全，煤化工行業(yè)近十年來獲得飛速發(fā)展，尿素作為傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品之一，尿素產(chǎn)能從2006年的3869萬噸增長至2016年的8455萬噸，因此加強(qiáng)尿素生產(chǎn)過程中的節(jié)能、降耗具有十分重要的意義。

2尿素生產(chǎn)工藝簡介

尿素，化學(xué)名稱碳酰二胺，動(dòng)物蛋白質(zhì)代謝后的產(chǎn)物，是一種由碳、氮、氧和氫組合形成的有機(jī)化合物，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中通常用作植物的氮肥。尿素生產(chǎn)過程中是將來自合成氨系統(tǒng)的液態(tài)NH3和CO2氣體，通過加壓，控制在一定的條件下反應(yīng)生成尿素，并將未完全反應(yīng)的物料分解分離并完全回收；生成的尿素溶液經(jīng)蒸發(fā)除去水分，使其含量達(dá)到99%以上，然后將熔融尿液送往造粒塔，加工成合格的固體尿素顆粒。

尿素的化學(xué)合成反應(yīng)分為兩步：一是液氨和二氧化碳反應(yīng)生成氨基甲酸銨，二是氨基甲酸銨脫水生成尿素。其中，第一步是強(qiáng)放熱的反應(yīng)，加壓有水條件下反應(yīng)速度很快，第二步是溫和可逆的吸熱反應(yīng)，反應(yīng)速度相對較慢。目前，工業(yè)上常用的尿素合成工藝主要有水溶液全循環(huán)、CO2汽提法和氨氣提法三種方法。

3尿素生產(chǎn)過程中節(jié)能降耗的重要性

節(jié)能降耗是企業(yè)的生存之本，尿素生產(chǎn)企業(yè)也不例外，只有堅(jiān)持節(jié)約發(fā)展、清潔發(fā)展、安全發(fā)展，才能實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益又好又快發(fā)展。同時(shí)，國家節(jié)約能源法指出 “節(jié)約資源是我國的基本國策”，國家有關(guān)部門會(huì)每年對企業(yè)產(chǎn)品能耗情況進(jìn)行相關(guān)節(jié)能審核。當(dāng)前，我國尿素生產(chǎn)企業(yè)存在生產(chǎn)設(shè)備與技術(shù)落后、能源消耗高以及產(chǎn)出量低等狀況，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益低，不利于企業(yè)的長期發(fā)展，所以加強(qiáng)尿素生產(chǎn)的節(jié)能降耗研究是十分重要。尿素生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極對裝置設(shè)施以及生產(chǎn)技術(shù)等進(jìn)行創(chuàng)新研究，降低尿素產(chǎn)品能耗，助力企業(yè)實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4尿素企業(yè)生產(chǎn)過程中能源因素辨識

尿素企業(yè)生產(chǎn)過程中能源消耗主要集中在電力和蒸汽兩方面，其中電力消耗主要集中在運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)備，蒸汽消耗主要集中在尿素合成階段和蒸發(fā)造粒階段。根據(jù)我國現(xiàn)階段尿素企業(yè)現(xiàn)狀，部分尿素生產(chǎn)企業(yè)由于建廠時(shí)間早、生產(chǎn)技術(shù)落后、產(chǎn)量低、能耗高、設(shè)備陳舊等諸多方面的原因，造成電力、蒸汽等能源的浪費(fèi)，導(dǎo)致尿素產(chǎn)品單位能耗較高，達(dá)不到國家要求的尿素產(chǎn)品單位能耗。

5尿素生產(chǎn)過程中節(jié)能降耗的措施

5.1實(shí)現(xiàn)尿素合成塔優(yōu)化，提高生產(chǎn)轉(zhuǎn)化率

對于尿素生產(chǎn)來說，合成塔的轉(zhuǎn)化過程是重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，若尿素合成塔本身存在轉(zhuǎn)化率不高的情況，則將直接造成該尿素裝置在實(shí)際生產(chǎn)過程中的運(yùn)行效果較差，最終導(dǎo)致生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)能源消耗提升。所以，要實(shí)現(xiàn)尿素生產(chǎn)過程中的能源消耗量降低，就勢必要實(shí)現(xiàn)尿素合成塔優(yōu)化，提高生產(chǎn)轉(zhuǎn)化率。第一，設(shè)備設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)內(nèi)件的選擇工作。這是由于具有高強(qiáng)性能的內(nèi)件能在實(shí)際使用中避免氣液分離現(xiàn)象發(fā)生，有效阻止生成物的反混。可有效實(shí)現(xiàn)尿素所用的相關(guān)物料到時(shí)系混合強(qiáng)度與速度得到顯著的提升，在實(shí)現(xiàn)能源降低的同時(shí)提升尿素生產(chǎn)質(zhì)量；第二，提高尿素合成塔的合成能力，實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益，降低單位產(chǎn)品能耗，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益最大化。

5.2優(yōu)化穩(wěn)定生產(chǎn)工藝條件，實(shí)現(xiàn)二氧化碳轉(zhuǎn)化率提升

在尿素生產(chǎn)過程中，要嚴(yán)格穩(wěn)定工藝生產(chǎn)條件，優(yōu)化合成工藝指標(biāo)。合成反應(yīng)的CO2轉(zhuǎn)化率受壓力、溫度、進(jìn)料的氨碳比、水碳比以及物料在合成塔內(nèi)的停留時(shí)間等諸多因素的影響。這就需要操作人員嚴(yán)格執(zhí)行工藝指標(biāo)進(jìn)行操作，尤其是嚴(yán)格把控氨碳比與水碳比，可有效實(shí)現(xiàn)二氧化碳實(shí)際轉(zhuǎn)化率的提升。提高生產(chǎn)中的氨碳比例可有效避免系統(tǒng)腐蝕，還能進(jìn)一步促進(jìn)未反應(yīng)氨的循環(huán)進(jìn)行；尿素合成過程中會(huì)產(chǎn)生一定量的水，而過量的水存在，將可能造成甲氨水解反應(yīng)，降低轉(zhuǎn)化率，造成轉(zhuǎn)化率降低等不利的影響因素。

5.3加強(qiáng)尿素生產(chǎn)中氨的回收系統(tǒng)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)氨耗量的降低

尿素在生產(chǎn)過程中要實(shí)現(xiàn)氨耗量的最大程度降低，除了要提升合成塔的轉(zhuǎn)化率，還應(yīng)加強(qiáng)對該設(shè)備中回收系統(tǒng)的優(yōu)化。這是由于在尿素生產(chǎn)過程中只有保證中壓吸收塔具有良好的吸收性能，使得之后進(jìn)入高壓圈的甲銨溶液具有較高的氨含量，才能最大程度實(shí)現(xiàn)氨耗量的降低。就中壓吸收塔的吸收性能來說，吸收塔塔底的溫度控制是保證良好吸收效果的重要部分。同時(shí)，為保證回收系統(tǒng)具有良好的運(yùn)行效果，還應(yīng)嚴(yán)格把控循環(huán)水的水溫，若溫度過高，將對甲銨、碳氨的生成造成限制。此外還應(yīng)注重蒸汽向解析塔中的輸入，蒸汽注入過多或過少都將造成吸收效果的降低。

5.4降低尿素生產(chǎn)設(shè)備的用電消耗量

尿素生產(chǎn)的相關(guān)設(shè)備往往面臨著長周期滿負(fù)荷的運(yùn)行條件，在這個(gè)過程中會(huì)造成過量的用電消耗量。生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對相關(guān)設(shè)備的用電消耗量的控制。首先，在生產(chǎn)過程中應(yīng)當(dāng)盡量減少停開設(shè)備，避免兩臺(tái)同類型設(shè)備在低負(fù)荷情況下同時(shí)運(yùn)行。其次，在保證該系統(tǒng)能夠長時(shí)間進(jìn)行運(yùn)行工作的基礎(chǔ)上，可通過降低壓縮機(jī)進(jìn)入溫度，提升大氣量以及提高氨泵的打量方式來實(shí)現(xiàn)尿素生產(chǎn)過程中的設(shè)備用電消耗量降低，不斷提升生產(chǎn)負(fù)荷。再次，淘汰高耗能的用電設(shè)備，更換為先進(jìn)高效的設(shè)備可有效提高設(shè)備能效。同時(shí)，對大型用電設(shè)備如氨泵、一甲泵及CO2壓縮機(jī)等設(shè)備加裝變頻器，通過改變電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度、軟啟動(dòng)等技術(shù)手段，達(dá)到節(jié)電目的。還有，加強(qiáng)設(shè)備巡檢維護(hù)，通過采用更先進(jìn)科學(xué)的維護(hù)設(shè)備和技術(shù)，減少用能設(shè)備損耗，降低用能設(shè)備的維護(hù)成本，從而有效地減少企業(yè)的能源消耗支出。然后，加強(qiáng)生產(chǎn)設(shè)備儀表管理，重視儀表顯示數(shù)值和實(shí)際值的對應(yīng)，保障儀表的準(zhǔn)確性。還要考慮到，CO2壓縮機(jī)拖動(dòng)方式的選擇，是選擇使用蒸汽為能源的汽輪機(jī)拖動(dòng)壓縮機(jī)還是電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)壓縮機(jī)。最后，對尿素生產(chǎn)過程中的換熱器進(jìn)行定期清洗，提高換熱器的換熱效果。

6結(jié)論

實(shí)現(xiàn)尿素生產(chǎn)過程中的節(jié)能降耗對于煤化工企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益提升有著重要的意義，同時(shí)也有助于環(huán)境保護(hù)。在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)中應(yīng)當(dāng)就當(dāng)前的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行能耗探討，抓住當(dāng)前高能耗現(xiàn)象的根本原因，并積極進(jìn)行節(jié)能裝置的設(shè)置以及節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。從而實(shí)現(xiàn)尿素企業(yè)生產(chǎn)過程中的節(jié)能減耗，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

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