大颗粒尿素生产装置的设计

较小、均匀程度差，且有相互粘连现象，影响了尿素产品整体的外观质量。产品

在包装、运输和存储过程中还易吸潮结块，影响产品的销售和施用时肥效的发挥。 在当前化肥市场面临激烈竞争的情况下，提高尿素产品的内在和外在质量，是增强企业产品竞争力的有效措施。大颗粒尿素在国内外已有了一定的使用经验且效果显著，并逐渐为广大用户所接受。开发生产大颗粒尿素已被多年的实践证明是提高尿素产品质量的重要途径，成为今后尿素生产技术改造的方向。

大颗粒尿素在其含氮量方面与普通尿素相当，在内在质量方面，其缩二脲含量低、水含量低。此外，大颗粒尿素的抗碎强度比普通尿素高2倍以上，不易粉碎、不易吸潮结块，适合于长距离散装运输和存储。既降低了尿素的包装、运输和存储成本，也给商家和用户带来了极大的方便。研究表明,大颗粒尿素肥效持久，氮损失小，在水稻田使用2.00～4.75 mm的大颗粒尿素，比施用普通尿素肥效提高10%，稻谷产量增加10%左右。大颗粒尿素深施可提高氮利用率15%以上。尿素水解速度减缓，作物增产增收效果明显。

2.3.1 大颗粒尿素生产技术

（1） 国内外技术现状：

目前新增大型合成氨装置的氨能耗已经降低到28 GJ/a以下。国外合成氨生产技术有托普索工艺、KBR工艺、Uhde工艺等。尿素生产技术有斯那姆（SNAM）氨汽提法、斯塔米卡邦（Stamicarbon）CO2汽提法、东洋工程公司的改良ACES工艺等，生产大颗粒尿素技术主要是德国伍德（Uhde）公司的雾化— 流化床造粒技术和日本东洋工程公司（TEC）的喷射—流化床造粒技术。国内没有大规模的大颗粒生产造粒技术。

（2） 大庆石化公司生产大颗粒尿素的工艺路线选择：

大庆石化公司生产装置情况大庆石化公司原尿素装置采用Stamicarbon公司CO2气提法尿素生产技术，原设计能力为1 620 t/d颗粒状尿素产品。2005年尿素装置进行了50%扩能改造。扩能改造后装置生产能力提高到2 300 t/d。

2.3.2 市场分析

（1）世界大颗粒尿素产能、产量：

到2008年世界大颗粒尿素产量达到66×10 t，占尿素总产量的45%。世界大颗粒尿素产量见表：

表1 世界大颗粒尿素的产量/(10t/a)

年份 产量 4

6

1980 200 1985 350 1990 600 1995 2000 2000 3100 2005 5000 2008 6600 （2） 世界大颗粒尿素需求预测：

据国际肥料工业协会（IFA）分析预测，到2015年，大颗粒尿素产量达到1.22×10t，占尿素总产量的60%左右，需求量达到1.21×10t，供求基本平衡。世界大颗粒尿素需求预测见表2。 年 份 产 量 需求量 2009 7117 7002

表2 世界大颗粒尿素需求预测 2010 2011 2012 2013 7791 7694 8527 8457 9334 9269 10217 10156 2014 11182 11134 2015 12241 12180 8

8

（3）国内大颗粒尿素生产现状：

目前国内大颗粒尿素在引进国外先进生产技术的基础上,发展很快。1994 年海油富岛采用Hydro流化床造粒工艺生产大颗粒尿素，设计产能为52×10t/a，装置于1996年10月建成投产，成为我国第一家生产大颗粒尿素的大型化肥厂。由于大颗粒尿素销售市场比较好，2003年10月该公司又建设完成80×10 t/a大颗粒尿素，使海油富岛总产能达到140×10 t/a。1997年6月宁夏石化采用TEC喷流床造粒工艺，设计规模为产尿素1 740 t/d，成为我国第二家生产大颗粒尿素的大型化肥厂。据中国化肥工业协会统计，2008年国内大颗粒尿素的年生产能力达到991×10 t左右，占全国尿素总产能的16.8%[2]，近年来我国大颗粒尿素产能及产量见表3。

表3 年来我国大颗粒尿素产能及产量/(10t/a) 年份 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 产能 205 249 320 411 528 678 870 991 产量 200 240 280 323 372 429 570 621 4

4

4

4

4

（4）国内大颗粒尿素需求预测：

国内目前主要生产大颗粒尿素的公司是海油富岛、赤天化、泸天化、云天化、川化、宁夏石化、湖北宜化、天脊中化、山东华鲁恒升、山西丰喜以及其他小氮肥公司等，总产能约为991×104 t/a，加上即将建成的塔里木石化80×104 t/a大颗粒尿素，国内产能约为11×106 t/a。但若要达到世界上大颗粒尿素所占45%的比例，至少还需增加17×106 t/a的产能。根据中国氮肥工业协会分析预测，预计到2015年大颗粒尿素产量达到18×106 t/a，大颗粒尿素所占比例增加到25%，而大颗粒尿素需求达到23×106 t/a，缺口达5×106 t/a。因此，大颗粒尿素产品在国内市场仍具有较大的发展空间。

三、实验室研究情况

1、尿素生产原理

尿素是通过液氨和气体二氧化碳的合成来完成的，在合成塔D201中，氨和二氧化碳反应生成氨基甲酸铵，氨基甲酸铵脱水生成尿素和水，这个过程分两步进行。

第一步：2NH3＋CO2 → NH2COONH4＋Q 第二步：NH4COONH2 → CO（NH2）2＋H2O－Q

第一步是放热的快速反应，第二步是微吸热反应，反应速度较慢，它是合成尿素过程中的控制反应。

2、工艺流程：

尿素装置工艺主要包括：CO2压缩和脱氢、液氨升压、合成和气提、循环、蒸发、解吸和水解以及大颗粒造粒等

3、尿素生产过程研究

（1）二氧化碳压缩和脱氢操作温度：入口大于等于150摄氏度，出口小于等于200摄氏度；

（2）液氨升压过程的液氨来自合成氨装置氨库，压力为2.3 MPa(绝),温度为20℃；

（3）正常生产时的原料N/C（摩尔比）为2.05:1；

（4）高压冷凝器底部导出的液体甲铵和少量的未冷凝的氨和二氧化碳，分别用

两条管线送入合成塔底，液相加气相物料N/C（摩尔比）为2.9—3.2，温度为165--172℃；

（5）从气提塔顶排出185--189℃的气体，与新鲜氨及高压洗涤器来的甲铵液在

14.22 MPa(绝)下混合一起进入高压冷凝器顶部；

（6）从合成塔顶排出的气体，温度约为180--185℃，进入高压洗涤器，在这里将气体中的氨和二氧化碳用加压后的低压吸收段的甲铵液冷凝吸收，然后经高压冷凝器再返回合成塔；

（7）来自气提塔底部的尿素—甲铵溶液，经过气提塔的液位控制阀，减压到0.25—0.35 MPa(绝),溶液中41.5%的二氧化碳和69%的氨得到闪蒸，并使溶液温度从175℃降到107℃，气液混和物喷到精馏塔顶

（8）出精馏塔底部的尿素溶液，经液位槽液位控制阀LIC2301减压后送到闪蒸