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[摘 要]本文针对尿素行业高能耗的特点，以黑龙江北大荒农业股份有限公司浩化分公司近年来生产工作和实施节能减排改造项目取得的经验为例，加以分析和总结。
[关键词]尿素 能源 节能减排 影响因素
中图分类号：TQ441.41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0111-01
前言
黑龙江北大荒农业股份有限公司浩良河化肥分公司是建厂46年老企业，先后进行了多次生产技术改造。现生产能力已经由建厂初期的年产5万吨合成氨8万吨尿素增加到年产18万吨合成氨30万吨尿素，采用水溶液全循环法生产尿素，现已经形成了多肽尿素、硫包衣尿素、大颗粒尿素等多个品种。节能减排一直是企业生产管理重要组成部分之一，曾上马了尿素深度水解工程。这些措施均对企业节能减排发挥了重要作用。本文根据生产实际，对尿素生产装置基本原理及节能减排措施加以分析。
一、尿素生产中的影响因素及操作优化
1、水溶液全循环法尿素生产过程及基本机理
浩化分公司生产尿素采用的是水溶液全循环法。其生产过程一般可分为：二氧化碳的压缩、氨的输送、尿素的合成、未反应物的分解循环、蒸发、造粒和包装、吸收与水解。
尿素工业生产是由氨和二氧化碳直接合成尿素，其总反应式为：
这是一个可逆放热反应。实际上尿素生成是分两步进行：
第一步：液氨与溶解的二氧化碳在高温高压下反应，生成氨基甲酸铵（简称甲铵）熔融液：
这是一个强放热反应，反应速度很快，容易达到化学平衡，甲铵的生成率很高。
第二步：甲铵脱水生成尿素
这是一个微吸热反应，反应速度较慢，需较长时间才能过到化学平衡，且只能在液态时才有较明显的反应速度，因此，甲铵脱水是尿素合成过程中的控制反应。在合成尿素时需控制压力19.8～20.0 MPa、温度约为186～188℃条件下进行，为了移走合成系统多余的反应热，工艺上采用百分之百的过剩氨来实现系统自热平衡。
2、尿素生产操作优化
（1）选择最佳操作温度：温度是影响尿素平衡转化率的重要因素，尿素合成的平衡转化率随温度的升高而升高，但当其他条件不变时，温度超过一定值后，转化率又会下降，因此，存在一个最佳的操作温度。要得到最大的转化率，尿素合成塔应尽可能控制在最佳操作温度下运行。
（2）提高氨碳比：提高原料氨碳比，在进行尿素合成时，可以提高尿素合成的转化率。当有过剩氨存在时，不仅有利于提高转化率，还可以抑制某些副反应。氮碳比可以通过进料调节机构进行调节，不过高氨碳比虽然能够提高尿素合成转化率，但太多过剩氨也会造成系统利用效率下降，并使能耗升高，增大后续设备的负荷，同时也将提高系统的平衡压力，因此实际操作时氨碳比也有一个合理的最优选择范围。
（3）降低水碳比：研究表明降低水碳比，可以大幅度提高尿素转化率，水碳比每降低0.1，转化率就可提高1%以上，因此应当尽可能地降低水碳比。要控制系统的水碳比，只能通过低压甲铵液的含水量来控制，而控制低压甲铵液的含水量又要通过对低压循环吸收系统、0.7MPa系统和水解系统进行综合调整来实现。
（4）延长反应时间：反应时间的长短与反应是否达到或接近化学平衡有关。反应越接近化学平衡，转化率就越高。尿素合成反应最少需要40^50分钟的反应时间，才能达到接近化学平衡状态的转化率。如果反应时间少于40分钟，则转化率明显降低。但过长的时间也是不利的，因为一般来说，虽然得到较高的转化率，但整个合成塔的生产强度却降低了，故操作中可选取1小时左右的反应时间。
二、尿素装置节能减排潜力
节能核心是采用技术上可行、经济上合理、环境和社会可以接受的方法，来有效利用能源。所以，节能并非是在生生产中简单地少用能源，其实质是充分有效地发挥能源的作用，使同样数量的能源可以提供更多的有效能，从而生产出更多、更好的产品，创造出更多的产值和利润。尿素工业自上世纪七十年代从国外引进，经过三十余年发展工艺已经相当成熟。大庆石化公司化肥厂等多家大氮肥装置都经历了扩能改造，虽然改造的方式有所不同，但是都大幅度的提高了产量，能耗和物耗也有所下降。
三、尿素装置节能减排措施
经过分析尿素装置的热力学系统和物料平衡的原则，尿素装置节能减排通过以下几个途径实现：
1、提高生产装置的长周期、满负荷运行能力，降低产品的单耗。装置大型化，集约化是未来化工装置降低能耗的基础，对现有装置的扩容改造也有降低产品单耗的能力，但是这会增加设备投资费用，要合理把握装置投资费用和生产费用的平衡。而长周期稳定的生产工况降低的能源和材料的浪费，保证了能源利用和经济效益的最大化。
2、工艺的持续改进，优化操作，不断优化参数，提高主产物收率，减少低价甚至无用的副产物产量。生产过程中各种参数的波动时不可避免的，如原料的成分、温度、产量、蒸汽需求量等，如果生产优化条件能随着这些参数的变化相应的变化，将能取得很大的节能效果。为了产品生产的合格率，我们装置内一些设备留有颇大的设计裕度，这些设计裕度如果控制不准确会大大增加能耗。
3、提高能源利用率，分三方面：
（1）提高动力蒸汽能的利用效率;（2）提高换热介质的利用率;（3）对生产电力系统进行整体节能改造，如采用安装变频器的方式给压缩机组或大型电机提高效率。
4、提高水资源的二次利用率。尽可能回收利用废水，将之转化为可利用物质。水解系统处理出的水解水可以循环利用，尽量实现“零排放”严格管理标准。
5、加强巡检。细心检查装置的运行状况，检查到一处“跑、冒、滴、漏”处理一处，一切事故都是有先兆的，都是可以控制的，要在事故发生前及时排除。加强巡检保障装置平稳运行，降低了设备和原料的损耗，对节能减排有重要意义。
6、与同类型的厂交流学习，学习其他厂的先进管理经验和节能减排措施，并结合自身装置的实际情况合理的进行改进。
四、结论
尿素装置的工艺相对比较成熟，节能减排的潜力就在于科学的管理和精心操作，减少污染物排放，提高能源的利用率。尿素装置节能减排不仅能提高装置的经济效益，更符合当代改革形势下改善生态环境效益的要求。
[关键词]尿素 能源 节能减排 影响因素
中图分类号：TQ441.41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0111-01
前言
黑龙江北大荒农业股份有限公司浩良河化肥分公司是建厂46年老企业，先后进行了多次生产技术改造。现生产能力已经由建厂初期的年产5万吨合成氨8万吨尿素增加到年产18万吨合成氨30万吨尿素，采用水溶液全循环法生产尿素，现已经形成了多肽尿素、硫包衣尿素、大颗粒尿素等多个品种。节能减排一直是企业生产管理重要组成部分之一，曾上马了尿素深度水解工程。这些措施均对企业节能减排发挥了重要作用。本文根据生产实际，对尿素生产装置基本原理及节能减排措施加以分析。
一、尿素生产中的影响因素及操作优化
1、水溶液全循环法尿素生产过程及基本机理
浩化分公司生产尿素采用的是水溶液全循环法。其生产过程一般可分为：二氧化碳的压缩、氨的输送、尿素的合成、未反应物的分解循环、蒸发、造粒和包装、吸收与水解。
尿素工业生产是由氨和二氧化碳直接合成尿素，其总反应式为：
这是一个可逆放热反应。实际上尿素生成是分两步进行：
第一步：液氨与溶解的二氧化碳在高温高压下反应，生成氨基甲酸铵（简称甲铵）熔融液：
这是一个强放热反应，反应速度很快，容易达到化学平衡，甲铵的生成率很高。
第二步：甲铵脱水生成尿素
这是一个微吸热反应，反应速度较慢，需较长时间才能过到化学平衡，且只能在液态时才有较明显的反应速度，因此，甲铵脱水是尿素合成过程中的控制反应。在合成尿素时需控制压力19.8～20.0 MPa、温度约为186～188℃条件下进行，为了移走合成系统多余的反应热，工艺上采用百分之百的过剩氨来实现系统自热平衡。
2、尿素生产操作优化
（1）选择最佳操作温度：温度是影响尿素平衡转化率的重要因素，尿素合成的平衡转化率随温度的升高而升高，但当其他条件不变时，温度超过一定值后，转化率又会下降，因此，存在一个最佳的操作温度。要得到最大的转化率，尿素合成塔应尽可能控制在最佳操作温度下运行。
（2）提高氨碳比：提高原料氨碳比，在进行尿素合成时，可以提高尿素合成的转化率。当有过剩氨存在时，不仅有利于提高转化率，还可以抑制某些副反应。氮碳比可以通过进料调节机构进行调节，不过高氨碳比虽然能够提高尿素合成转化率，但太多过剩氨也会造成系统利用效率下降，并使能耗升高，增大后续设备的负荷，同时也将提高系统的平衡压力，因此实际操作时氨碳比也有一个合理的最优选择范围。
（3）降低水碳比：研究表明降低水碳比，可以大幅度提高尿素转化率，水碳比每降低0.1，转化率就可提高1%以上，因此应当尽可能地降低水碳比。要控制系统的水碳比，只能通过低压甲铵液的含水量来控制，而控制低压甲铵液的含水量又要通过对低压循环吸收系统、0.7MPa系统和水解系统进行综合调整来实现。
（4）延长反应时间：反应时间的长短与反应是否达到或接近化学平衡有关。反应越接近化学平衡，转化率就越高。尿素合成反应最少需要40^50分钟的反应时间，才能达到接近化学平衡状态的转化率。如果反应时间少于40分钟，则转化率明显降低。但过长的时间也是不利的，因为一般来说，虽然得到较高的转化率，但整个合成塔的生产强度却降低了，故操作中可选取1小时左右的反应时间。
二、尿素装置节能减排潜力
节能核心是采用技术上可行、经济上合理、环境和社会可以接受的方法，来有效利用能源。所以，节能并非是在生生产中简单地少用能源，其实质是充分有效地发挥能源的作用，使同样数量的能源可以提供更多的有效能，从而生产出更多、更好的产品，创造出更多的产值和利润。尿素工业自上世纪七十年代从国外引进，经过三十余年发展工艺已经相当成熟。大庆石化公司化肥厂等多家大氮肥装置都经历了扩能改造，虽然改造的方式有所不同，但是都大幅度的提高了产量，能耗和物耗也有所下降。
三、尿素装置节能减排措施
经过分析尿素装置的热力学系统和物料平衡的原则，尿素装置节能减排通过以下几个途径实现：
1、提高生产装置的长周期、满负荷运行能力，降低产品的单耗。装置大型化，集约化是未来化工装置降低能耗的基础，对现有装置的扩容改造也有降低产品单耗的能力，但是这会增加设备投资费用，要合理把握装置投资费用和生产费用的平衡。而长周期稳定的生产工况降低的能源和材料的浪费，保证了能源利用和经济效益的最大化。
2、工艺的持续改进，优化操作，不断优化参数，提高主产物收率，减少低价甚至无用的副产物产量。生产过程中各种参数的波动时不可避免的，如原料的成分、温度、产量、蒸汽需求量等，如果生产优化条件能随着这些参数的变化相应的变化，将能取得很大的节能效果。为了产品生产的合格率，我们装置内一些设备留有颇大的设计裕度，这些设计裕度如果控制不准确会大大增加能耗。
3、提高能源利用率，分三方面：
（1）提高动力蒸汽能的利用效率;（2）提高换热介质的利用率;（3）对生产电力系统进行整体节能改造，如采用安装变频器的方式给压缩机组或大型电机提高效率。
4、提高水资源的二次利用率。尽可能回收利用废水，将之转化为可利用物质。水解系统处理出的水解水可以循环利用，尽量实现“零排放”严格管理标准。
5、加强巡检。细心检查装置的运行状况，检查到一处“跑、冒、滴、漏”处理一处，一切事故都是有先兆的，都是可以控制的，要在事故发生前及时排除。加强巡检保障装置平稳运行，降低了设备和原料的损耗，对节能减排有重要意义。
6、与同类型的厂交流学习，学习其他厂的先进管理经验和节能减排措施，并结合自身装置的实际情况合理的进行改进。
四、结论
尿素装置的工艺相对比较成熟，节能减排的潜力就在于科学的管理和精心操作，减少污染物排放，提高能源的利用率。尿素装置节能减排不仅能提高装置的经济效益，更符合当代改革形势下改善生态环境效益的要求。