摘要：近些年来，我国科学技术大力发展，在此背景之下我国的化工行业也取得了显著地发展成果。本文围绕化工行业中的二氧化碳汽提法与氨气提法展开研究，根据两种提法工艺的设计、操作、安全性以及设备进行分析。
关键词：二氧化碳汽 氨汽 提法工艺 比较
一、概述
近几年以来，我国的尿素装置大多运用二氧化碳汽提法工艺与氨气提法工艺，现阶段我国已经建成八十万吨每年的尿素生产线，总体而言，二氧化碳汽提法工艺的运用范围要高于氨气提法工艺。二氧化碳汽提法工艺的开发者为荷兰斯塔米卡邦，但是在对二氧化碳汽提法工艺进行改良的过程中充分融入了中国元素与特征。氨气提法工艺的开发者为意大利snam公司，snam公司是意大利知名的化工研究企业，但是snam公司于2009年被saipem兼并，因此snam氨气提法工艺被更名为saipem氨气提法工艺。现阶段，我国的学者以及研究人员对这两种提法工艺的安全性、操作性、工艺流程以及维修程度有了更高层次的认识，但是从实际情况出发，对于二氧化碳汽提法工艺与氨气提法工艺，将二者在经济、效率等方面进行比较，仍然不可以决定出二者的优劣，因此本篇文章，将二氧化碳汽提法工艺与氨气提法工艺进行比较，详细的对两者的使用效率与效果进行分析。
二、工艺比较
2.1工艺流程
二氧化碳汽提法尿素工艺流程详见第一图，氨气汽提法尿素工艺流程详见第二图。
由以上两图可以看出，二氧化碳汽提法工艺流程较短，并且此项工艺流程的运用设施相对较少，参与二氧化碳提法工艺流程的物质只需要在简单的流程之中进行循环，因此这就在很大程度上减少了了设备的使用空间，并且从图中可以看出二氧化碳汽提法的设备分布在不同的楼层，因此尿素的运用可以通过设备的落差进行，所以这就减轻了动力要求。而氨气汽提法的工艺流程相对较长，并且与二氧化碳汽提法相比，多出了许多的环节与过程，同时氨气汽提法采用平面性的分布，因此此项工艺的设备占地面积广，但是氨气汽提法工艺便于展开维修。但是总的来说，二氧化碳的工艺流程相对较少，因此二氧化碳汽提法的故障率会大大降低。
2.2合成塔转化率的比较
无论使用哪种方法生产尿素，要使合成系统达到最佳转化率，应同时考虑二氧化碳和氨气的转化率。合成塔工艺条件比较详见下表。
由上表可以看出，随着氨碳比的提高，在反应过程中的二氧化碳平衡转化率也在不断地提升，但是在反应过程中平衡产物中尿素的水质量分数却只存在一个最大值。根据图表显示，氨气／二氧化碳的值在二至四的范围之中，尿素中水质量的分值变化不明显，不管平衡值怎样发生改变，其水质量分数始终保持一个最大值。在氨气汽提法工艺之中，氨碳摩尔比的值大体为二点九五，所以从这里可以看出氨气汽提法工艺的转化率要高于二氧化碳汽提法工艺。因为氨气汽提法具有较高的氨碳摩尔比值，所以氨气汽提法的转化效率要高，但是氨气汽提法的回收过程相对较为繁琐。另外，两项工艺的最终产物是尿素，而氧化碳汽提法要比氨气汽提法的工艺高出百分之十左右。总体而言，站在汽提剂的角度上进行分析，二氧化碳的使用效果要过于氨气，由于二氧化碳具有极难溶于水的特性，因此二氧化碳的提法效率较高，并且二氧化碳汽提法工艺在回收问题上其工艺相对简单，便利，只需要一个低压循环。然而氨气，的溶解度较大，因此汽提效率较低，并且氨气汽提法工艺对于回收问题，要经过复杂的环节与过程。
三、汽提塔操作条件比较
不同的生产工艺需要不同的尿素装置，其汽提塔操作温度和操作压力的比较详见下表。
根据上表可以看出，氨汽提工艺中汽提塔的操作温度较高，对于不锈钢316LMod这种材质，温度一旦超过了一百九十摄氏度，设备腐蚀会急剧增加，为此氨汽提法工艺中的汽提塔设备材质一般采用钛材，同时在汽提塔底部加入了防腐空气。 由于防腐空气从汽提塔底部加入，这就要求生产厂家还需增加一台高压空气压缩机。 2000＋ＴＭ二氧化碳 汽提法工艺的空气是从 二氧化碳压缩机一段入口加入，压力只要大于0.2Mpa就能加入。
四、工艺操作的比较
4.1投料条件
对于氨气提法工艺而言，在工艺开始之前要把工艺中的高压系统升温至一百六十摄氏度，压力升到 9.0Mpa；但是二氧化碳汽提法对于温度的要求则没有这么高，二氧化碳汽提法对于温度的要求，在一百三十度左右，并且二氧化碳汽提法工艺运用常压投料开车，因此此项投料方式较为简便。
4.2负荷控制
在负荷的控制问题上，氨气提法工艺的负荷度大体控制在百分之五十至百分之五十五范围之内，若投料负荷增加，合成塔出料时高压压力将难以控制，汽提塔出液温度达标时间过长，从而影响到整个系统的稳定。另外，由于汽提塔使用了较为昂贵的钛材，正常生产中，可以在百分之五十负荷的工况下稳定运行。二氧化碳汽提法工艺投料以百分之七十负荷比较理想，低于百分之七十负荷，蒸汽系统会很紧张，造粒的时间会推迟一小时左右。 另外，由于汽提塔材质的原因，正常生产中，不能在低于百分之六十负荷工况下运行，否则汽提塔腐蚀将加剧（采用safure材质就可避免）。
4.3高压氨泵操作
二氧化碳汽提法工艺不需要氨气储存罐，当合成液态氨气之后将由氨装置直接输送到尿素高压氨泵的进口处，所以此项工艺氨泵的开关对于工艺的正常运行影响较大，因此二氧化碳汽提法对于工作人员的配合意识要求十分严格，并且此项工艺对于各个环节之间的配合要求也十分严格。氨汽提法尿素工艺由于设有中压系统、氨储罐，开停氨泵或氨泵跳车对合成几乎没有影响，在线倒氨泵也很容易操作，从这一点上来讲，氨汽提法工艺比 二氧化碳汽提工艺容易操作。
4.4池式冷凝器应用
二氧化碳汽提法工艺采用了池式冷凝器，高压系统操作的弹性大大增加。 带有池式冷凝器的合成系统就像增加了一个“大缓冲罐”，空塔或封塔投料时高压系统的压力变化非常平缓，合成塔出料时系统比较平稳，不会出现大幅度的波动，因此操作弹性较大，操作难度小。氨汽提法工艺合成塔出料时系统大幅度波动，高压系统压力瞬间出现一个峰值，操作弹性较小，操作难度大。
4.5产品中缩二脲含量
二氧化碳汽提法工艺虽然没有中压系统，但产品中缩二脲的控制并没有氨汽提工艺容易，缩二脲含量相对要高一些，其原因包括以下三点：第一，高压汽提塔底部出液氨含量太低，只有百分之七点八七，而氨汽提工艺为百分之二十四点一九；第二，经低压分解、常压闪蒸后的尿液浓度只有 百分之七十一至百分之七十六，在尿液储槽室内有十至二十分钟左右的停留时间；第三，氨汽提工艺虽然有中压系统，但高、中、低各液相分离器内氨含量相对较高，缩二脲的生成速度相对较慢。
五、结束语
上文二氧化碳汽提法与氨气汽提法对比可以看出，这两种工艺都有各自的优点与缺点，总体而言这两种工艺都极为先进，但是从这两种工艺的设计、操作、设备、以及耗能等方面进行详细的分析，二氧化碳汽提法的工艺要高于氨气汽提法工艺。并且综合我国实际的运用情况来看，二氧化碳汽提法工艺在投资方面要远低于氨气汽提法工艺，经济效益包括设备的设计、安装、采购、运输等方面，并且二氧化碳汽提法工艺的工艺性能及安全性要高于氨气汽提法工艺。二氧化碳汽提法工艺在日常的工作过程中，只要保障各项操作保持在正常范围内，还可以在很大程度上提高工艺设备的使用寿命。
参考文献
[1]王富德,毛晓升,安军.尿素生产中二氧化碳汽提工艺的应用[J].化工管理，2017(26).
[2]武志宽,韩雪冬.二氧化碳汽提法工艺与氨汽提法工艺的比较[J].化肥设计，2013(06).
[3]武小旭. 二氧化碳汽提法和氨汽提法尿素水解工艺的比较[A]. 宁夏回族自治区科学技术协会.低碳经济促进石化产业科技创新与发展——第九届宁夏青年科学家论坛石化专题论坛论文集[C].宁夏回族自治区科学技术协会:，2013（03）.
[4]万朝阳.二氧化碳汽提法和氨汽提法尿素深度水解工艺比较[J].大氮肥，2009(04).
论文作者:夏永强
论文发表刊物:《防护工程》2017年第32期
论文发表时间:2018/3/22
标签：提法论文; 工艺论文; 氨气论文; 二氧化论文; 尿素论文; 操作论文; 工艺流程论文; 《防护工程》2017年第32期论文;