王 杰,謝紅飛

(陽煤豐喜肥業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 稷山分公司,山西 稷山 043200)

常壓一步法生產(chǎn)三聚氰胺在純堿企業(yè)的應(yīng)用

王 杰,謝紅飛

(陽煤豐喜肥業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 稷山分公司,山西 稷山 043200)

介紹了常壓一步法生產(chǎn)三聚氰胺工藝在我公司的實際運行情況,以及運用此技術(shù)帶來的優(yōu)勢,和對此技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)。

三聚氰胺;常壓一步法;常壓一步法串循環(huán)法

1 引進(jìn)國內(nèi)先進(jìn)的常壓一步法工藝

以尿素為原料生產(chǎn)三聚氰胺,按照反應(yīng)條件的不同,生產(chǎn)工藝可分為高壓法、低壓法和常壓法三類。目前世界上技術(shù)先進(jìn)、競爭力較強(qiáng)的主要有日本新日產(chǎn) 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(jìn)意大利的高壓法生產(chǎn)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(yīng)無需催化劑,不擔(dān)心催化劑的中毒和對產(chǎn)品的污染問題,操作穩(wěn)定,產(chǎn)品質(zhì)量好;②操作壓力高,規(guī)模較大,能耗低,運行費用低;③副產(chǎn)的尾氣因壓力較高,利用方便,易于聯(lián)產(chǎn)尿素,降低產(chǎn)品成本;④工藝為液相反應(yīng),不易結(jié)晶堵塞;但在高溫、高壓下,反應(yīng)介質(zhì)腐蝕性強(qiáng),設(shè)備材料等級要求較高,控制系統(tǒng)復(fù)雜,一次投資大。

川化集團(tuán)有限公司國內(nèi)第一家引進(jìn)荷蘭DSM公司低壓催化法生產(chǎn)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(chǎn)品經(jīng)凈化工段精制。該裝置生產(chǎn)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(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物,有利于連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)和降低原材料消耗。由于在工藝和設(shè)計上都存在著嚴(yán)重缺陷,長期以來達(dá)不到設(shè)計能力,工藝相對復(fù)雜,勞動強(qiáng)度大,氨壓機(jī)、解吸塔等也存在設(shè)計的問題,氨耗高,成品回收率僅為85%,難以達(dá)到預(yù)期效果。

稷山分公司以變換氣、真空鹽為原料,聯(lián)合生產(chǎn)純堿的能力為16萬t/a,2006年本公司反復(fù)對多個三聚氰胺的生產(chǎn)工藝進(jìn)行對比,最后決定采用丁澤華設(shè)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(chǎn)線,此工藝具有以下特點:

1)生產(chǎn)流程短

常壓一步法生產(chǎn)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(jīng)過預(yù)熱后,然后進(jìn)入流化床反應(yīng)器,作為流化床的載體氣氨,在流化床反應(yīng)器溫度為380～400℃的條件下,從液態(tài)尿素循環(huán)泵分支過來的液態(tài)尿素進(jìn)入流化床反應(yīng)器,在催化劑——硅膠/硅鋁膠的作用下,經(jīng)過一系列反應(yīng)生成三聚氰胺氣體,其化學(xué)反應(yīng)式如下:6 CO(NH2)2→C3N6H6+6 NH3+3 CO2。反應(yīng)后的尾氣直接送到純堿和氯化銨的吸收崗位,去生產(chǎn)純堿和氯化銨。

2)生產(chǎn)成本低

①直接選用合成氨氣為載氣,相比循環(huán)法,無需增加900 kW載氣壓縮機(jī)。

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(huán)法噸胺耗尿素3.15 t,低0.15 t。

③當(dāng)前常壓一步法噸胺催化劑消耗為8 kg左右,低于循環(huán)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(chǎn)的尾氣,富含NH3和CO2,經(jīng)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(shè)備對尾氣進(jìn)行氨碳分離。

⑤尾氣得到經(jīng)濟(jì)合理的利用,提高了聯(lián)堿雙噸產(chǎn)量。2006年9月份,本公司聯(lián)產(chǎn)三胺以來,隨著三胺副產(chǎn)氨氣和二氧化碳濃度的增加,聯(lián)堿雙噸產(chǎn)量持續(xù)攀升,日產(chǎn)由同期的950 t左右提升到1 080 t,年增加雙噸產(chǎn)量突破4萬t。聯(lián)產(chǎn)三胺為公司提高雙噸產(chǎn)量,實現(xiàn)企業(yè)效益最大化提供了保障。

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

2 常壓一步法串聯(lián)循環(huán)新工藝的開發(fā)

1萬t/a三聚氰胺投產(chǎn)后,效益良好,但在稷山分公司5.5萬t/a的合成氨生產(chǎn)能力的情況下,無法繼續(xù)使用合成氨做載氣繼續(xù)擴(kuò)大提高三胺生產(chǎn)能力,為了進(jìn)一步提高實物產(chǎn)量,追求最大效益。本公司技術(shù)人員大膽設(shè)想用1萬t/a的尾氣作為一套新系統(tǒng)的載氣,經(jīng)過大量的考察、反復(fù)論證和計算,采用了常壓一步法串循環(huán)法,新增1套1.5萬t/a三聚氰胺裝置。此工藝在技術(shù)上是創(chuàng)新的,目前國內(nèi)尚無成熟板本,但是就其反應(yīng)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(jī)結(jié)合。此裝置2008年4月份投產(chǎn),經(jīng)72 h考核,該裝置運行可以達(dá)到預(yù)期效果。

2.1 常壓一步法串聯(lián)循環(huán)法技術(shù)先進(jìn)

根據(jù)三聚氰胺的反應(yīng)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(yīng)向生成方向進(jìn)行。經(jīng)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(dá)92.47%,較循環(huán)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(huán)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(nèi)常見的常壓法循環(huán)法的壓力、溫度等工藝參數(shù)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(huán)法把75%左右的尾氣循環(huán)使用。以常壓一步法尾氣為載氣串聯(lián)循環(huán)法生產(chǎn)三聚氰胺具有以下優(yōu)勢:

1)常壓一步法后串聯(lián)循環(huán)法相比單獨上循環(huán)法具有節(jié)電、節(jié)約尿素消耗明顯之優(yōu)勢。經(jīng)過多次實驗,實現(xiàn)同樣的三胺產(chǎn)量,載氣壓縮機(jī)的運行電流較設(shè)計可降低10 A,即每小時可節(jié)約動力電6 000× 10×1.732/1 000=103.92 kW·h,年節(jié)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(lián)1.5萬t/a循環(huán)法有減少尾氣量優(yōu)勢。在1萬t/a常壓一步法三胺裝置之后串聯(lián)1.5萬t/a循環(huán)法,尾氣總量較普通常壓循環(huán)法的 3 721 m3/h減少1 902 m3/h,僅占循環(huán)法尾氣總量3 721 m3/h的51.12%。

3)在常壓一步法后串聯(lián)循環(huán)法比普通循環(huán)法的氨氣濃度高出10.29%,有利于聯(lián)堿碳化崗位吸收反應(yīng)的進(jìn)行。

4)減少循環(huán)法壓縮機(jī)機(jī)械磨損。由于一期三胺系統(tǒng)氣體流速相對慢,尾氣所帶的雜質(zhì)較循環(huán)法壓縮系統(tǒng)也相對少,這樣減少了循環(huán)法壓縮機(jī)機(jī)械磨損,延長了壓縮機(jī)葉輪使用壽命。

2.2 明顯的效益優(yōu)勢

1)成本優(yōu)勢

①三聚氰胺作為尿素的下游產(chǎn)品,消耗了尿素,提高了產(chǎn)品附加值,可實現(xiàn)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(lián)循環(huán)法的新技術(shù),就可以新增1套1.5萬t/a三聚氰胺生產(chǎn)裝置,增加了本公司的實物產(chǎn)量,提高了企業(yè)效益,實現(xiàn)了利潤最大化。

2)資源優(yōu)勢

①有技術(shù)先進(jìn),能耗低、成本低且生產(chǎn)水平達(dá)到全國同行業(yè)先進(jìn)行業(yè)的變換氣制堿裝置,現(xiàn)裝置生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)量。

③2007年,分公司每年仍需購進(jìn)液氨7 000余t,補(bǔ)充聯(lián)堿生產(chǎn)缺口,增加此套裝置后年可副產(chǎn)氣氨折液氨5 000余t,滿足現(xiàn)有聯(lián)堿裝置需求。

3 發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì),符合國家產(chǎn)業(yè)政策

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

2)熔鹽爐使用優(yōu)質(zhì)低硫煤,其爐灰送公司35 t/h循環(huán)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(lián)堿系統(tǒng),回收利用率99%。

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

5)系統(tǒng)檢修時,用聯(lián)堿系統(tǒng)的爐氣(主要成分CO2)置換,置換氣體送聯(lián)堿系統(tǒng)使用。

4 結(jié) 論

近3年的生產(chǎn)實踐證明,常壓一步法生產(chǎn)三聚氰胺工藝技術(shù)發(fā)展成熟,運行穩(wěn)定,產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu),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(lián)堿裝置聯(lián)產(chǎn),具有明顯地成本優(yōu)勢。常壓一步法串聯(lián)循環(huán)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(nèi)尚屬首例,此工藝不僅具有常壓一步法的先進(jìn)之處,而且在現(xiàn)有合成氨能力不足的情況下,仍擴(kuò)大了三聚氰胺產(chǎn)能,提高了聯(lián)堿雙噸產(chǎn)量。

三聚氰胺作為現(xiàn)階段的清潔化工原料,與人們的生活密切相關(guān),市場潛力很大,各個技術(shù)開發(fā)公司正積極改進(jìn)技術(shù),擴(kuò)大規(guī)模,降低產(chǎn)品成本,增強(qiáng)市場占有率。隨著國內(nèi)和國際市場需求的增加,必將推動三聚氰胺生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。

TQ 441.41;TQ 14.162

B

1005-8370(2010)04-27-03

2010-05-25

王 杰(1983—),工程師。現(xiàn)在陽煤豐喜肥業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司稷山分公司工作,主攻方向——化工工藝。