常壓一步法生產三聚氰胺在純堿企業的應用

王 杰,謝紅飛

(陽煤豐喜肥業集團有限責任公司 稷山分公司,山西 稷山 043200)

常壓一步法生產三聚氰胺在純堿企業的應用

王 杰,謝紅飛

(陽煤豐喜肥業集團有限責任公司 稷山分公司,山西 稷山 043200)

介紹了常壓一步法生產三聚氰胺工藝在我公司的實際運行情況,以及運用此技術帶來的優勢,和對此技術的進一步開發。

三聚氰胺;常壓一步法;常壓一步法串循環法

1 引進國內先進的常壓一步法工藝

以尿素為原料生產三聚氰胺,按照反應條件的不同,生產工藝可分為高壓法、低壓法和常壓法三類。目前世界上技術先進、競爭力較強的主要有日本新日產 Nissan法和意大利 Allied-Eurotechnica的高壓法,荷蘭DSM低壓法和德國BASF的常壓法。

河南中原化工有限公司1998年引進意大利的高壓法生產工藝,該工藝主要是利用尿素在高溫、高壓下熱解成三聚氰胺,具有如下特點:①反應無需催化劑,不擔心催化劑的中毒和對產品的污染問題,操作穩定,產品質量好;②操作壓力高,規模較大,能耗低,運行費用低;③副產的尾氣因壓力較高,利用方便,易于聯產尿素,降低產品成本;④工藝為液相反應,不易結晶堵塞;但在高溫、高壓下,反應介質腐蝕性強,設備材料等級要求較高,控制系統復雜,一次投資大。

川化集團有限公司國內第一家引進荷蘭DSM公司低壓催化法生產工藝,主要是以脫除二氧化碳的氨氣為載氣,使霧狀尿素與硅鋁催化劑作用下生成粗制品三聚氰胺,然后再將產品經凈化工段精制。該裝置生產能力1.2萬t/a,該工藝自身帶有1套尿素裝置,以處理三聚氰胺反應產生的副產物,有利于連續穩定生產和降低原材料消耗。由于在工藝和設計上都存在著嚴重缺陷,長期以來達不到設計能力,工藝相對復雜,勞動強度大,氨壓機、解吸塔等也存在設計的問題,氨耗高,成品回收率僅為85%,難以達到預期效果。

稷山分公司以變換氣、真空鹽為原料,聯合生產純堿的能力為16萬t/a,2006年本公司反復對多個三聚氰胺的生產工藝進行對比,最后決定采用丁澤華設計的常壓一步法制取三聚氰胺的新工藝,并率先投用1萬t/a生產線,此工藝具有以下特點:

1)生產流程短

常壓一步法生產三聚氰胺,直接選用從合成氨工段氨冷過來的氨氣為載氣,經過預熱后,然后進入流化床反應器,作為流化床的載體氣氨,在流化床反應器溫度為380～400℃的條件下,從液態尿素循環泵分支過來的液態尿素進入流化床反應器,在催化劑——硅膠/硅鋁膠的作用下,經過一系列反應生成三聚氰胺氣體,其化學反應式如下:6 CO(NH2)2→C3N6H6+6 NH3+3 CO2。反應后的尾氣直接送到純堿和氯化銨的吸收崗位,去生產純堿和氯化銨。

2)生產成本低

①直接選用合成氨氣為載氣,相比循環法,無需增加900 kW載氣壓縮機。

②選用純凈的氨氣作為載氣,有利于尿素的分解,提高了尿素的利用率。我公司1萬t/a裝置噸胺消耗尿素平均3 t,相比循環法噸胺耗尿素3.15 t,低0.15 t。

③當前常壓一步法噸胺催化劑消耗為8 kg左右,低于循環法的平均水平2 kg。

④不需新建尾氣處理裝置,三聚氰胺生產的尾氣,富含NH3和CO2,經測算,NH3濃度超過90%,能直接送純堿MII和MI高位吸收器,無需用一吸塔、二吸塔等設備對尾氣進行氨碳分離。

⑤尾氣得到經濟合理的利用,提高了聯堿雙噸產量。2006年9月份,本公司聯產三胺以來,隨著三胺副產氨氣和二氧化碳濃度的增加,聯堿雙噸產量持續攀升,日產由同期的950 t左右提升到1 080 t,年增加雙噸產量突破4萬t。聯產三胺為公司提高雙噸產量,實現企業效益最大化提供了保障。

⑥減少本公司外購氨,為企業減少運輸費用。在1萬t/a三聚氰胺投產以前,稷山分公司年產合成氨5.5萬t左右、年產雙噸超過35萬t、年外購液氨6 000～8 000 t;而在聯產1萬t/a三胺后,以同期雙噸產量為參照,同比可減少外購氨3 000 t/a。

2 常壓一步法串聯循環新工藝的開發

1萬t/a三聚氰胺投產后,效益良好,但在稷山分公司5.5萬t/a的合成氨生產能力的情況下,無法繼續使用合成氨做載氣繼續擴大提高三胺生產能力,為了進一步提高實物產量,追求最大效益。本公司技術人員大膽設想用1萬t/a的尾氣作為一套新系統的載氣,經過大量的考察、反復論證和計算,采用了常壓一步法串循環法,新增1套1.5萬t/a三聚氰胺裝置。此工藝在技術上是創新的,目前國內尚無成熟板本,但是就其反應基理和我公司載體的氣體成分分析,理論上講是完全可行的,是2套工藝的有機結合。此裝置2008年4月份投產,經72 h考核,該裝置運行可以達到預期效果。

2.1 常壓一步法串聯循環法技術先進

根據三聚氰胺的反應基理,等同工況下載氣成分中氨氣濃度越高越利于推動反應向生成方向進行。經測算以純氣氨為載氣的常壓一步法,其尾氣中的氨濃度可達92.47%,較循環法尾氣中氨濃度的70%高出22.47%。因此,以常壓一步法尾氣作循環法的載氣理論上是可行的。而我公司常壓一步法與目前國內常見的常壓法循環法的壓力、溫度等工藝參數基本相同,所不同的是常壓一步法的尾氣送后工序處理,循環法把75%左右的尾氣循環使用。以常壓一步法尾氣為載氣串聯循環法生產三聚氰胺具有以下優勢:

1)常壓一步法后串聯循環法相比單獨上循環法具有節電、節約尿素消耗明顯之優勢。經過多次實驗,實現同樣的三胺產量,載氣壓縮機的運行電流較設計可降低10 A,即每小時可節約動力電6 000× 10×1.732/1 000=103.92 kW·h,年節約動力電831 360 kW·h。

2)利用1萬t/a常壓一步法三胺的尾氣串聯1.5萬t/a循環法有減少尾氣量優勢。在1萬t/a常壓一步法三胺裝置之后串聯1.5萬t/a循環法,尾氣總量較普通常壓循環法的 3 721 m3/h減少1 902 m3/h,僅占循環法尾氣總量3 721 m3/h的51.12%。

3)在常壓一步法后串聯循環法比普通循環法的氨氣濃度高出10.29%,有利于聯堿碳化崗位吸收反應的進行。

4)減少循環法壓縮機機械磨損。由于一期三胺系統氣體流速相對慢,尾氣所帶的雜質較循環法壓縮系統也相對少,這樣減少了循環法壓縮機機械磨損,延長了壓縮機葉輪使用壽命。

2.2 明顯的效益優勢

1)成本優勢

①三聚氰胺作為尿素的下游產品,消耗了尿素,提高了產品附加值,可實現利潤最大化。

②稷山分公司的合成氨能力為5.5萬t/a,如僅用合成氨的純氨氣做載氣,只能配套1萬t/a合成胺。運用常壓一步法串聯循環法的新技術,就可以新增1套1.5萬t/a三聚氰胺生產裝置,增加了本公司的實物產量,提高了企業效益,實現了利潤最大化。

2)資源優勢

①有技術先進,能耗低、成本低且生產水平達到全國同行業先進行業的變換氣制堿裝置,現裝置生產能力和公司公用工程富余,不需做大的改造。

②用周邊公司生產的尿素裝置篩分下來的粉末尿素、小顆粒尿素為原料,減少粉末尿素、小顆粒尿素降價處理的損失,又提高了尿素產品質量。

③2007年,分公司每年仍需購進液氨7 000余t,補充聯堿生產缺口,增加此套裝置后年可副產氣氨折液氨5 000余t,滿足現有聯堿裝置需求。

3 發展循環經濟,符合國家產業政策

1)分公司三聚氰胺產能達到2.5萬t/a可以做到內部副產蒸汽自給,除開車過程外不需外供蒸汽。

2)熔鹽爐使用優質低硫煤,其爐灰送公司35 t/h循環流化床鍋爐二次利用,再次利用后,渣中含炭量<3.0%。

3)固體尿素在尿素熔融釜中熔融過程中約有5%左右的尿素受熱水解,所排氣體集中收集用純堿母液吸收后返回聯堿系統,回收利用率99%。

4)系統所產生的過濾廢渣因含有較高的固態氮元素,是較好的魚飼料,深受漁民青睞。

5)系統檢修時,用聯堿系統的爐氣(主要成分CO2)置換,置換氣體送聯堿系統使用。

4 結 論

近3年的生產實踐證明,常壓一步法生產三聚氰胺工藝技術發展成熟,運行穩定,產品質量優,能耗、消耗、成本低,且附加值高、利潤高,原料來源方便,尤其是與變換氣聯堿裝置聯產,具有明顯地成本優勢。常壓一步法串聯循環法,是稷山分公司繼變換氣制堿后取得的又一突破性成果,在國內尚屬首例,此工藝不僅具有常壓一步法的先進之處,而且在現有合成氨能力不足的情況下,仍擴大了三聚氰胺產能,提高了聯堿雙噸產量。

三聚氰胺作為現階段的清潔化工原料,與人們的生活密切相關,市場潛力很大,各個技術開發公司正積極改進技術,擴大規模,降低產品成本,增強市場占有率。隨著國內和國際市場需求的增加,必將推動三聚氰胺生產技術的發展。

TQ 441.41;TQ 14.162

B

1005-8370(2010)04-27-03

2010-05-25

王 杰(1983—),工程師。現在陽煤豐喜肥業集團有限責任公司稷山分公司工作,主攻方向——化工工藝。