煤化工企業尿素生產過程中的節能與降耗研究

姜桂明

摘要：能源作為社會群體賴以生存和發展的重要物質基礎之一，隨著工業經濟快速發展，能源消耗量與日俱增。煤化工作為化工行業中的重要組成部分，能源消耗量占比較高，尿素作為傳統煤化工產業產品之一，隨著國家有關部門對能源消耗總量的控制，節能、減排、降耗將是尿素行業發展的必然選擇。

關鍵詞：尿素生產；節能；降耗；措施

1導言

煤炭是我國重要的基礎能源，我國能源資源的基本特點是富煤、貧油、少氣，為確保我國能源供應安全，煤化工行業近十年來獲得飛速發展，尿素作為傳統煤化工產業產品之一，尿素產能從2006年的3869萬噸增長至2016年的8455萬噸，因此加強尿素生產過程中的節能、降耗具有十分重要的意義。

2尿素生產工藝簡介

尿素，化學名稱碳酰二胺，動物蛋白質代謝后的產物，是一種由碳、氮、氧和氫組合形成的有機化合物，農業生產過程中通常用作植物的氮肥。尿素生產過程中是將來自合成氨系統的液態NH3和CO2氣體，通過加壓，控制在一定的條件下反應生成尿素，并將未完全反應的物料分解分離并完全回收；生成的尿素溶液經蒸發除去水分，使其含量達到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。

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

3尿素生產過程中節能降耗的重要性

節能降耗是企業的生存之本，尿素生產企業也不例外，只有堅持節約發展、清潔發展、安全發展，才能實現企業經濟效益又好又快發展。同時，國家節約能源法指出 “節約資源是我國的基本國策”，國家有關部門會每年對企業產品能耗情況進行相關節能審核。當前，我國尿素生產企業存在生產設備與技術落后、能源消耗高以及產出量低等狀況，導致經濟效益低，不利于企業的長期發展，所以加強尿素生產的節能降耗研究是十分重要。尿素生產企業應當積極對裝置設施以及生產技術等進行創新研究，降低尿素產品能耗，助力企業實現良好的經濟效益。

4尿素企業生產過程中能源因素辨識

尿素企業生產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轉電機設備，蒸汽消耗主要集中在尿素合成階段和蒸發造粒階段。根據我國現階段尿素企業現狀，部分尿素生產企業由于建廠時間早、生產技術落后、產量低、能耗高、設備陳舊等諸多方面的原因，造成電力、蒸汽等能源的浪費，導致尿素產品單位能耗較高，達不到國家要求的尿素產品單位能耗。

5尿素生產過程中節能降耗的措施

5.1實現尿素合成塔優化，提高生產轉化率

對于尿素生產來說，合成塔的轉化過程是重要的生產環節，若尿素合成塔本身存在轉化率不高的情況，則將直接造成該尿素裝置在實際生產過程中的運行效果較差，最終導致生產過程中的各項能源消耗提升。所以，要實現尿素生產過程中的能源消耗量降低，就勢必要實現尿素合成塔優化，提高生產轉化率。第一，設備設計人員應當加強內件的選擇工作。這是由于具有高強性能的內件能在實際使用中避免氣液分離現象發生，有效阻止生成物的反混?？捎行崿F尿素所用的相關物料到時系混合強度與速度得到顯著的提升，在實現能源降低的同時提升尿素生產質量；第二，提高尿素合成塔的合成能力，實現規模效益，降低單位產品能耗，實現企業經濟利益最大化。

5.2優化穩定生產工藝條件，實現二氧化碳轉化率提升

在尿素生產過程中，要嚴格穩定工藝生產條件，優化合成工藝指標。合成反應的CO2轉化率受壓力、溫度、進料的氨碳比、水碳比以及物料在合成塔內的停留時間等諸多因素的影響。這就需要操作人員嚴格執行工藝指標進行操作，尤其是嚴格把控氨碳比與水碳比，可有效實現二氧化碳實際轉化率的提升。提高生產中的氨碳比例可有效避免系統腐蝕，還能進一步促進未反應氨的循環進行；尿素合成過程中會產生一定量的水，而過量的水存在，將可能造成甲氨水解反應，降低轉化率，造成轉化率降低等不利的影響因素。

5.3加強尿素生產中氨的回收系統優化，實現氨耗量的降低

尿素在生產過程中要實現氨耗量的最大程度降低，除了要提升合成塔的轉化率，還應加強對該設備中回收系統的優化。這是由于在尿素生產過程中只有保證中壓吸收塔具有良好的吸收性能，使得之后進入高壓圈的甲銨溶液具有較高的氨含量，才能最大程度實現氨耗量的降低。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，為保證回收系統具有良好的運行效果，還應嚴格把控循環水的水溫，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降低尿素生產設備的用電消耗量

尿素生產的相關設備往往面臨著長周期滿負荷的運行條件，在這個過程中會造成過量的用電消耗量。生產企業應加強對相關設備的用電消耗量的控制。首先，在生產過程中應當盡量減少停開設備，避免兩臺同類型設備在低負荷情況下同時運行。其次，在保證該系統能夠長時間進行運行工作的基礎上，可通過降低壓縮機進入溫度，提升大氣量以及提高氨泵的打量方式來實現尿素生產過程中的設備用電消耗量降低，不斷提升生產負荷。再次，淘汰高耗能的用電設備，更換為先進高效的設備可有效提高設備能效。同時，對大型用電設備如氨泵、一甲泵及CO2壓縮機等設備加裝變頻器，通過改變電機的運轉速度、軟啟動等技術手段，達到節電目的。還有，加強設備巡檢維護，通過采用更先進科學的維護設備和技術，減少用能設備損耗，降低用能設備的維護成本，從而有效地減少企業的能源消耗支出。然后，加強生產設備儀表管理，重視儀表顯示數值和實際值的對應，保障儀表的準確性。還要考慮到，CO2壓縮機拖動方式的選擇，是選擇使用蒸汽為能源的汽輪機拖動壓縮機還是電動機拖動壓縮機。最后，對尿素生產過程中的換熱器進行定期清洗，提高換熱器的換熱效果。

6結論

實現尿素生產過程中的節能降耗對于煤化工企業的生產經濟效益提升有著重要的意義，同時也有助于環境保護。在實際生產環節中應當就當前的生產環節進行能耗探討，抓住當前高能耗現象的根本原因，并積極進行節能裝置的設置以及節能技術的應用。從而實現尿素企業生產過程中的節能減耗，提高企業的經濟效益。

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