随着全球人口的快速增长,在农业生产中使用化肥产品已成为必然。除广为人知的传统氮肥(如铵盐)外,尿素在现代农业中的应用也日渐广泛。
尿素,分子式CO(NH2)2,是一种白色结晶体,含氮量在46%左右。与传统的硝酸铵相比,尿素既可作为固体肥料直接对土壤施肥,也可作为水溶液,对作物进行喷洒,在使用得当情况下,施用尿素后的作物产量要比施用其他氮肥高很多,因此,其应用范围也较传统肥料更广泛。
如今,全球各地都在进行大规模的工业化尿素生产。生产尿素的化肥厂通常设在大型化工厂或空分厂附近,以确保原材料,如氨、二氧化碳、氮、氢等的供给。以原材料之一的石脑油为例,在930°C、5bar压力情况下,石脑油首先裂解为甲烷,再裂解为CO2和H2,加入N2后则得到NH3。而其中的N2就需由空分厂供应。
生产流程
在尿素生产过程中,原材料液氨与气态二氧化碳被置于反应釜中。反应釜塔体高27米,釜体厚度约6mm,由两层金属材料制成,外层为碳素钢,内层为不锈钢。
在加热(约230°C)加压(约180bar)情况下,以上物质可合成为氨基甲酸铵。在酸性条件下,氨基甲酸铵可干法分解为尿素和水。在去除多余水分以及进一步处理后,就有了商店里的晶体状尿素化肥。
选择压缩空气的理由
在反应釜中发生的以上两种化合反应均为酸性反应,这意味着如果没有压缩空气的介入,反应釜的不锈钢层很快会被氨腐蚀。而压缩空气的介入,反应釜不锈钢层中的铬(含量高达24%)可发生氧化反应,转化为CrO3。CrO3质地坚硬,呈棕色,具有抗腐蚀性。整个反应釜中的氧化还原反应可保持平衡。
尿素生产工厂日夜运行,这就要求反应釜中必须有源源不断的高压空气供给。这类压缩空气中的油份含量必须满足一定的要求,压力露点为30/40°C、压力为180bar。旗下的四级压缩机生产的压缩空气即可满足此类要求。
反应釜中的合成反应要求釜体内的压缩空气中油份含量必须不高于7ppm;并避免采用铜质密封器材与铜合金。
在油份含量控制方面,压缩机在每一级压缩后,均配置自动的油水分离器;另外,安装水/空气热交换器可对压缩空气进行二次油水分离:压缩空气冷却的同时,油雾温度从40°C降至25~28°C,转化为油珠后与空气分离。设备中的冷凝物自动排放装置将分离后的凝缩油排出。进入反应釜的压缩空气中仍会含有部分油份,但因含量极少,并不足以在系统内形成油污沉积。
部分大型尿素生产项目会要求压缩空气中的油份含量不高于5ppm。通过配备再生干燥器与活性碳吸附剂即可满足该要求。
在密封材料方面,压缩机产品中的铜质材料并不与压缩空气直接接触。
压缩机与控制系统类型
尿素生产厂房的规划与建设均以年产量为依据,因此在压缩机的配置方面,对排气量的要求也有所不同。
目前,以下几款压缩机已在尿素生产领域得到了广泛而成熟的应用:
I 150-7.5/11-VERTICUS,排气量为320-420l/min,适用于日产量875吨的尿素生产;
I 22.0-15,排气量为650l/min,适用于日产量1700吨的尿素生产,卧式设计;
I 28.0-55,排气量为2500l/min,适用于日产量 2500吨的尿素生产,卧式设计;
运行一台反应釜通常需要2-3台同类型压缩机支持。这些设备日夜不停运行。为保证设备间荷载均衡,控制室需配置自动控制系统,用以设备的自动开启或关闭以及对设备运行情况的监测。
通过对设备每一级压力、温度等数据的监测,B-CONTROL控制器可确保各项参数均在限定值内。B-CONTROL控制器为电子式可编程压缩机控制系统,带有显示屏。如设备出现故障时,该控制系统会自动关停机器,将故障信号通过屏幕显示,并传达至控制中心。
特殊压缩机版本
部分压缩机服务的项目在运行时会产生易燃易爆气体,这就要求所使有的电子控制系统具有防爆功能。
如需在室外使用,压缩机(包括控制和净化系统)必须放置在10-20英尺的集装箱中。在炎热的沙漠地带使用的压缩机设备同样需要集装箱设计。而对于此类箱式设计而言,一个运行有效的空气流通系统也非常重要,目的是确保箱体内的沙砾通过通风管道及时排出。