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摘 要：针对尿素行业高能耗的特点，结合化工节能技术和尿素生产工艺，挖掘装置节能减排的潜力，并提出相应的措施。
关键词：尿素 能源 节能减排 影响因素
前言
大庆石化分公司化肥厂尿素装置是上个世纪七十年代从荷兰STAMICARBON公司引进的CO2气提法尿素生产工艺技术，该装置由荷兰大陆公司总承包，国内设计院完成配套工程的设计，于1976年建成投产。2005年，通过引进荷兰STAMICARBON公司的并联中压技术对尿素装置进行了扩能改造，使装置的生产能力由原设计1620吨/天提高至2300吨/天。扩能改造中新增一套并联中压系统外，还新增了一台CO2增压机、一台高压离心氨泵、一台高压离心甲铵泵以及一套蒸发系统，另外还对高压洗涤器进行了更新，这是国内首家利用并联中压技术对CO2气提法尿素生产工艺进行改造并取得成功的装置。
一、尿素生产中的影响因素及操作优化
1、尿素合成反应机理及热力学模型
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：提高原料的氨碳比，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
节能就是利用技术上可行、经济上合理、环境和社会可以接受的方法来有效的利用能源。所以，节能并不简单的意味着少用能源，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
前言
大庆石化分公司化肥厂尿素装置是上个世纪七十年代从荷兰STAMICARBON公司引进的CO2气提法尿素生产工艺技术，该装置由荷兰大陆公司总承包，国内设计院完成配套工程的设计，于1976年建成投产。2005年，通过引进荷兰STAMICARBON公司的并联中压技术对尿素装置进行了扩能改造，使装置的生产能力由原设计1620吨/天提高至2300吨/天。扩能改造中新增一套并联中压系统外，还新增了一台CO2增压机、一台高压离心氨泵、一台高压离心甲铵泵以及一套蒸发系统，另外还对高压洗涤器进行了更新，这是国内首家利用并联中压技术对CO2气提法尿素生产工艺进行改造并取得成功的装置。
一、尿素生产中的影响因素及操作优化
1、尿素合成反应机理及热力学模型
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：提高原料的氨碳比，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
节能就是利用技术上可行、经济上合理、环境和社会可以接受的方法来有效的利用能源。所以，节能并不简单的意味着少用能源，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。