小型尿素增產(chǎn)降耗技術(shù)改造

靳燕雄

（山西蘭花科創(chuàng)股份有限公司化肥分公司，山西晉城 048006）

山西蘭花科創(chuàng)股份有限公司化肥分公司一套尿素裝置為水溶液全循環(huán)法，1999年投產(chǎn)，生產(chǎn)能力為100kt／a。2008年9月對(duì)裝置進(jìn)行挖潛改造，進(jìn)一步提高尿素產(chǎn)量、降低消耗，與武漢綠寰科技發(fā)展有限公司共同制定了節(jié)能增產(chǎn)技術(shù)方案，采用該公司的一分預(yù)熱器、惰氣精洗器、翅片塔盤(pán)等尿素專(zhuān)有技術(shù)設(shè)備，使尿素裝置達(dá)到增產(chǎn)降耗的雙重目的。到目前為止，年產(chǎn)量是130kt，增產(chǎn)30%，且系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，蒸汽消耗從鍋爐計(jì)算比改造前噸尿素降低200kg，氨耗降低10kg。

1 生產(chǎn)能力與增產(chǎn)降耗的阻力

1.1 尿素合成塔

尿素合成塔直徑φ1 200mm，體積V24m3，內(nèi)裝22層塔盤(pán)，生產(chǎn)能力為日產(chǎn)320t尿素，合成塔的生產(chǎn)強(qiáng)度是13.33t／（m3·d），分析合成塔轉(zhuǎn)化率是60%。轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很低，如果再加量的話(huà)，合成轉(zhuǎn)化率會(huì)更低，會(huì)造成后序工段負(fù)荷很重，消耗增高。

1.2 預(yù)分離器

預(yù)分離器直徑φ1 000mm，高度H3 170mm，體積V2m3，不能充分分離減壓后合成液中的游離氨，預(yù)分離氣相閥開(kāi)不大，開(kāi)大會(huì)直接影響一分塔的壓力平衡，使一分液位無(wú)法控制，并且?guī)б旱揭晃挂晃瑴兀y以控制。存在的問(wèn)題有以下：① 預(yù)分離氣和一分氣的阻力降差偏大，預(yù)分離氣閥門(mén)開(kāi)不大，容易引起一分塔溫度波動(dòng)；②71m2一吸外冷器殼層空間小，尤其是吸收效果不好時(shí)，預(yù)分離氣和一分氣兩股物料經(jīng)過(guò)容易產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象，引起一吸塔吸收不穩(wěn)定；③預(yù)分離器直徑小，緩沖作用有限，當(dāng)操作不穩(wěn)定時(shí)波動(dòng)效應(yīng)易放大。

1.3 一分塔

一分塔直徑φ1 100mm，內(nèi)裝5層泡罩＋DL塔盤(pán)，一分液氨含量9.8%，指標(biāo)為7.75%，分離效果差，直接影響蒸汽用量和二分塔的負(fù)荷。

1.4 一吸塔

產(chǎn)量在320t／d時(shí)，一吸塔負(fù)荷已滿(mǎn)，一甲液溫度在100℃，一吸塔溫度難以控制，二氧化碳吸收不完全，導(dǎo)致精洗段上部的溫度在50℃左右，如果系統(tǒng)稍有波動(dòng)，則一吸塔氣相溫度將超過(guò)47℃。

1.5 一吸外冷器

兩個(gè)一吸外冷器的水全開(kāi)，冷卻后的混合液溫度在103℃，多余的熱量移不走，將全部被帶入一吸塔。明顯感覺(jué)換熱面積不夠。

1.6 氨 耗

噸尿素氨耗在595kg，比同行業(yè)高出15kg。

1.7 蒸汽消耗

（1）CO2轉(zhuǎn)化率低，循環(huán)量大，使分解蒸汽消耗增加。

（2）預(yù)分離器不能正常投用，導(dǎo)致一分負(fù)荷大，浪費(fèi)蒸汽。

（3）一分加熱器蒸汽壓力偏高（1.0MPa以上），按320t／d產(chǎn)量計(jì)，180m2一分加熱器的蒸汽壓力應(yīng)不超過(guò)0.8MPa。

（4）解吸換熱器面積小，熱點(diǎn)下移，增加了解吸蒸汽消耗，解吸溫度控制在157℃廢液才能達(dá)到指標(biāo)，超設(shè)計(jì)值10℃。

（5）第一膨脹槽未投用，蒸汽余熱被浪費(fèi)。

（6）第二膨脹槽壓力超指標(biāo)，常開(kāi)放空控制壓力，蒸汽被排放，余熱未利用。

1.8 水平衡的問(wèn)題

返回合成塔的水量控制不穩(wěn)定，水碳比在0.8～1.2之間波動(dòng)，超出設(shè)計(jì)值23%～85%，嚴(yán)重影響了CO2轉(zhuǎn)化率。造成水平衡不穩(wěn)定且偏高的原因有以下。

（1）一吸外冷器換熱效果差，在高溫下操作，CO2吸收效果不好，入一吸塔氣液混合物溫度在103℃；一甲液溫度在100℃。負(fù)荷后移，回流氨消耗大，一甲液增加。

（2）一分效果不理想，一分液溫度波動(dòng)，分解效果差，負(fù)荷后移至二段循環(huán)，二循一冷溫度高，二甲液CO2達(dá)23%，超出指標(biāo)5%。

（3）5.5m3／h二甲泵開(kāi)兩臺(tái)，一吸系統(tǒng)加水量偏大。按尿素產(chǎn)量320t／d計(jì)算，320／24×0.32＝4m3／h，理論上加入一段吸收系統(tǒng)的二甲液量4m3／h就夠了。按開(kāi)兩臺(tái)25Hz計(jì)算，25／50× 5.5×2＝5.5m3／h，實(shí)際超出設(shè)計(jì)值1.5m3／h。

（4）解吸冷凝氣溫度過(guò)高，在125℃，設(shè)計(jì)值為不超過(guò)112℃，超出指標(biāo)13℃，說(shuō)明解吸氣冷凝效果不好，解吸氣帶回系統(tǒng)水過(guò)多。

通過(guò)分析計(jì)算，確定改造方案如下。

2 改造方案

2.1 合成系統(tǒng)

合成塔內(nèi)件改造，增加3層塔盤(pán)。

2.2 一段分解、吸收系統(tǒng)

（1）預(yù)分離器更換為直徑φ1 400mm的新預(yù)分離器，原直徑φ1 000mm預(yù)分離器改作一分塔氣相分離器。

（2）一分塔前新增一分預(yù)熱器，用第一膨脹槽的蒸汽加熱。

（3）將直徑φ1 100mm的一分塔更換為直徑φ1 200mm的一分塔，內(nèi)裝2塊φ1 200GC－ⅡB分離型塔盤(pán)，3塊φ1 200GC－ⅢC型吸收型塔盤(pán)。

（4）換熱面積F71m2的一吸冷卻器A更換為F212m2的換熱器。

（5）一吸塔精洗段采用5塊φ1 100GC－ⅢB型塔盤(pán)，鼓泡段在去掉封頭下加長(zhǎng)3.5m，加長(zhǎng)段直徑為φ1 400mm。增加3塊φ1 400GC－ⅠA型液體高效分布板。

（6）增加一臺(tái)F343m2的氨冷器，作為氨冷A，原氨冷A、B更改為氨冷B、C。

2.3 二段分解、吸收系統(tǒng)

（1）新增一臺(tái)直徑φ600mm、換熱面積F 88.4m2的二甲液預(yù)熱器，布置在二分氣氣相出口管上。作用有二：一是預(yù)熱進(jìn)熱利用段前的二甲液，二是回收二分氣的熱量。

（2）新增一臺(tái)直徑φ800mm、F168m2的二循一冷預(yù)冷器，布置在一冷前的二分氣管線(xiàn)上，用冷卻水冷卻。

2.4 蒸發(fā)系統(tǒng)

因生產(chǎn)大顆粒尿素，故二段蒸發(fā)改為一段蒸發(fā)。（1）取掉閃蒸。

（2）一蒸系統(tǒng)改作加熱式閃蒸系統(tǒng)，用第二膨脹槽的蒸汽加熱。

（3）新增一臺(tái)直徑φ800mm的一蒸加熱器，加熱段面積F46.1m2，使用新鮮蒸汽加熱，取掉舊加熱器（F9.3m2）。熱利用段（F145.7m2）布置在加熱器前。閃蒸過(guò)來(lái)的尿液經(jīng)過(guò)熱利用段，進(jìn)一蒸加熱器，再進(jìn)入一蒸分離器。

（4）二蒸系統(tǒng)改作一蒸系統(tǒng)，分離器增加一段直筒段，直筒段帶螺旋進(jìn)料口，連接新增的一蒸加熱器。

（5）出一蒸的尿液由熔融泵送往大顆粒系統(tǒng)。

（6）將F122m2的二表冷更換為F241m2的舊設(shè)備。

2.5 解吸、精洗系統(tǒng)

（1）將F27.5m2的解吸換熱器更換為退役下來(lái)F71m2的一吸外冷A。

（2）把換下來(lái)F44m2的舊解吸換熱器改作第二解吸冷凝器，布置在解吸氣相上，解吸冷凝器改用循環(huán)冷卻水冷卻，提高解吸冷凝器的冷凝效果，減少系統(tǒng)帶入水量。

（3）新增一臺(tái)直徑φ1 200mm的惰氣精洗器，布置在惰洗器氣相出口上。改惰洗氣去尾吸塔為去精洗塔，精洗后的尾氣直接放空，精洗后的吸收液回二表槽。

（4）增加一臺(tái)Q5.5m3／h的精洗泵。進(jìn)口接在二表槽內(nèi)，出口送往精洗塔。

另外，通過(guò)核算，主要機(jī)泵均能滿(mǎn)足增產(chǎn)要求。

3 改造后的運(yùn)行效果

山西蘭花科創(chuàng)股份有限公司化肥分公司一套尿素裝置2008年9月挖潛改造后，于2008年11月投產(chǎn)運(yùn)行。投運(yùn)后生產(chǎn)穩(wěn)定，生產(chǎn)氣量由原先的0.20MPa×2增加到0.25MPa×2，合成轉(zhuǎn)化率達(dá)到65%，一吸塔還有裕量，各項(xiàng)工藝指標(biāo)平穩(wěn)，達(dá)到了400t／d的生產(chǎn)能力。以結(jié)果觀察氨耗降低了10kg。從鍋爐計(jì)算蒸汽消耗降低了200kg。按液氨2 000元／t，蒸汽80元／t計(jì)算，噸尿生產(chǎn)成本下降36元，年降低生產(chǎn)成本468萬(wàn)元。