三聚氰胺尾气联产尿素生产工艺综述及比较
摘 要：本文对国内外三胺尾气联产尿素的生产工艺作了概述，从联产目的、联产方式、联产工艺、尾气处理、经济效益等方面对不同生产工艺进行比较，为氮肥企业利用三胺尾气联产尿素指出了思路。
关键词：三聚氰胺；尾气；尿素；生产工艺
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.041
三聚氰胺（C3H6N6），简称三胺，是一种具有氮杂环结构的重要有机化工中间体，主要用于三聚氰胺甲醛树脂的生产，在餐饮、装饰、油漆、印染、造纸、电器等行业应用广泛，前景开阔。目前，国内外三胺工业化生产主要以尿素为原料，将熔融尿液先转化为尿氰酸和氨，再由尿氰酸聚合生成三胺与二氧化碳，最后降温结晶分离产品，并排出NH3与CO2尾气，在实际生产中，每吨三胺产出约排放1.05t NH3和1.17t CO2。NH3与CO2是生产尿素等氮肥的主要原料，国内外许多大型三胺生产企业都配有尿素装置，回收三胺尾气生产尿素，实现循环利用。近年来，随着国际原油、煤炭价格上涨引起尿素生产成本的上升，利用三胺尾气联产尿素更是成为氮肥企业节约成本、绿色生产的必选途径。
1 国内外三胺尾气联产尿素生产工艺概述
1.1 国外三胺尾气联产尿素概况
国外三胺尾气联产尿素的技术已研发多年，工艺先进，优势突出。其中，日本的Nissan法在高温（380～400℃）高压（10Mpa）条件下将尿素转化为三胺，尾气用稀甲铵液吸收浓缩为浓甲铵液后送至尿素装置；意大利的Montedison法在380℃高温和8Mpa高压下熔融尿素生成三胺，塔顶尾气处理后送至尿素装置，塔底尾气吸收为稀甲铵液返回作冷却液；荷兰的DSG法为尿素在高温（390℃）低压（0.7Mpa）使用催化剂的条件下生产三胺，塔顶气氨洗涤后直接返回反应塔，塔底尾气则吸收稀甲铵液用于尿素生产；德国的BASF法在高温（380～400℃）常压下以氧化铝为催化剂用尿素生产三胺，尾气洗涤后加热直接进入反应器雾化尿素。
1.2 国内三胺尾气联产尿素现状
国内三胺尾气联产尿素技术研发至今十余年，总体技术还不成熟，有待深入研究。河南中原大化是国内最早投入联产研发的氮肥企业，其于2000年、2002年、2005年陆续建成三套三胺生产装置，年产量达6万吨，在国内领先。该企业三胺生产采用意大利ETCE高压工艺，在380℃高温和8Mpa条件下由尿素生产三胺，其尿素生产则是由公司自主研发与三胺生产线相配套的水溶液全循环尿素生产工艺，将三胺生产副产品甲铵液作为原料，经多道工序生产尿素和液氨再送回三胺生产装置实现全循环。山东海化魁星三胺联产尿素工艺的研发也较早，其三胺生产采用的是改良低压工艺，在常压下使用催化剂进行生产，实现了设备国产化和流程简单化，与三胺生产配套的是其与省规划院合力研发的水溶液全循环液尿生产装置，联产工艺为将尾气用水吸收制取稀甲铵液，再进一步浓缩送至尿素装置，然后熔融尿素再送回三胺反应器。四川锦华化工的三胺联产尿素工艺也有特点，其三胺生产同样采用意大利ETCE高压工艺，尾气回收也制成甲铵溶液，但在联产中，其将520kt/a的尿素生产装置与30kt/a三胺生产装置配套，尿素产量略有增加，但成本上升，总体效益仅优于新增小尿素装置。
2 三胺尾气联产尿素生产工艺的比较分析
2.1 联产目的比较
利用三胺尾气联产尿素实际生产中，部分企业重视生产成本降低和尿素产量提升，联产时会配置新装置将三胺尾气全部用于尿素生产，如中原大化；也有部分企业由于添置新设备资金不足，或对尿素产量要求不高，仅利用部分尾气生产尿素，其余则用于生产碳铵等其它产品。
2.2 联产方式比较
利用三胺尾气联产尿素，主要有两种方式：①新建与三胺生产工艺配套的尿素装置，实现全循环，如中原大化、海华魁星，此方式虽投入资金多，建设耗时长，但尾气全部利用，且生产持续稳定；②将三胺尾气送入原有尿素裝置实现联产，如锦华化工，该方式较为简便，投入也少，被国内多数氮肥企业所采用，但总体效益不高。
2.3 联产工艺比较
不同三胺生产工艺产生的尾气形式不同，对联产影响各异。高压法尾气压力达4Mpa，可以气相形式直接送入尿素生产的中压或低压系统，能耗少，成本低。低压法尾气压力为0.5Mpa，尾气以稀甲铵液存在，须经中压分解、吸收才能用于尿素生产，能耗增加，且产率不高。常压法尾气压力仅为25kPa，须先用水吸收为稀甲铵液，在再低压系统中与二甲液混合，经中压系统才能进入尿素装置，过程复杂，能耗高于低压法。改良加压法尾气压力为0.4Mpa，该法尾气制成的稀甲铵液浓度高于常压法，能耗较常压法低，对系统影响也较小。
2.4 尾气处理比较
从理论角度而言，低压法与常压法产生的尾气在加压后压力高于尿素生产的中压环境，将其送入尿素装置操作简单，耗能较低。然而，三胺尾气中含有的水蒸气在加压过程中会冷凝成液态水，进而会与NH3、CO2产生碳铵结晶，对工况造成较大影响。而采用水吸收尾气制成稀甲铵液，再用泵将其压进尿素系统的方式则成功解决了水蒸气冷凝的问题。
2.5 经济效益比较
在我国上述三家企业中，海化魁星采用的是改良低压法水溶液全循环尿素生产工艺，中原大化采用的是高压法水溶液全循环尿素生产工艺，而锦华化工则采用高压法部分循环尿素生产工艺。前两者相比，高压法的能耗、成本明显低于改良低压法，而后两者相比，全循环持续发展显然远远优于与原有装置联产的部分循环。
3 结论
（1）新建配套的三胺尾气联产尿素装置，实现全循环要明显优于借助原有尿素装置进行联产。
（2）高压法将三胺尾气以气相形式送入尿素装置，技术较为成熟，经济效益最好。低压、常压法则以水吸收尾气制成稀甲铵液，再用泵加压送入尿素系统的效果最佳。
值得说明的是，以上均为理论分析，在实际生产中企业还须结合自身实际情况进行选择。
参考文献：
[1]陈健，张宜振.利用三聚氰胺尾气生产尿素的工艺技术[J].化肥设计，2006，44（02）：33-35.
[2]殷建玲，庄肃霞.改良低压法三聚氰胺生产技术及尾气联产尿素工艺[J].氮肥技术，2007，28（01）：19-25.
[3]尚俊法.关于三聚氰胺尾气联产尿素的技术探讨[J].氮肥技术，2017（01）.