真空預(yù)濃縮蒸發(fā)工藝在尿素裝置蒸發(fā)系統(tǒng)中的應(yīng)用

王志良

(陜西陜化化工集團有限公司 陜西華縣714100)

1 改造的目的及方案的選擇

2012年，陜西陜化煤化工有限公司將1套已停運4年的110 kt/a水溶液全循環(huán)法尿素裝置通過擴能改造為300 kt/a尿素裝置，同時大幅度降低各項消耗，全裝置系統(tǒng)實現(xiàn)先進DCS控制。由于尿素裝置能力擴大，原蒸發(fā)系統(tǒng)無法滿足日產(chǎn)1 000 t尿素要求。經(jīng)過多方面論證和詳細計算后所確定的方案：原蒸發(fā)系統(tǒng)主流程基本不變，除了更換二段蒸發(fā)表面冷凝器、二段蒸發(fā)加熱器、一段蒸發(fā)分離器、二段蒸發(fā)噴射器A、中間冷凝器等設(shè)備外，同時擴大閃蒸槽并垂直向上升高2 m；在蒸發(fā)系統(tǒng)閃蒸槽和一段蒸發(fā)加熱器之間增設(shè)了采用先進的真空預(yù)濃縮蒸發(fā)工藝技術(shù)的設(shè)備(真空預(yù)濃縮加熱器、真空預(yù)濃縮分離器、真空預(yù)濃縮冷凝器等)，布置在20 m樓層框架上。降低了蒸汽消耗，尿素系統(tǒng)實現(xiàn)了長周期、高負荷、高質(zhì)量、低消耗、安全穩(wěn)定運行。

2 工藝流程

真空預(yù)濃縮蒸發(fā)工藝流程如圖1所示(云線范圍內(nèi))。從低壓循環(huán)系統(tǒng)來的尿素溶液(尿素質(zhì)量分數(shù)67%，溫度140 ℃)送入閃蒸槽，閃蒸槽壓力為0.06 MPa，閃蒸槽出口氣相與真空預(yù)濃縮分離器出口氣相一并進入真空預(yù)濃縮冷凝器。閃蒸槽的作用是使進入閃蒸槽中的尿液在減壓后使其中一定量的水、少量氨和二氧化碳自尿液中汽化，同時，尿素溶液溫度由140 ℃下降到95～105 ℃，以減少縮二脲的生成量，出閃蒸槽的尿液質(zhì)量分數(shù)約為72%，進入真空預(yù)濃縮加熱器底部管程(也可以送入尿素槽)，與殼程的一分氣和二甲液的混合物產(chǎn)生的反應(yīng)熱換熱后，經(jīng)真空預(yù)濃縮分離器分離后，尿液(質(zhì)量分數(shù)約為85%，溫度約為110 ℃)進入一段蒸發(fā)系統(tǒng)，氣相進入真空預(yù)濃縮冷凝器；真空預(yù)濃縮冷凝器未冷凝的氣體進入一段蒸發(fā)表面冷凝器。

1.閃蒸槽 2.真空預(yù)濃縮冷凝器 3.一段蒸發(fā)分離器4.二段蒸發(fā)分離器 5.真空預(yù)濃縮加熱器6.真空預(yù)濃縮分離器 7.一段蒸發(fā)加熱器 8.二段蒸發(fā)加熱器

圖1 真空預(yù)濃縮蒸發(fā)工藝流程

3 工藝技術(shù)特點

(1)采用了升膜式真空預(yù)濃縮加熱器，傳熱系數(shù)大，工藝物料和熱源并流換熱，最大限度地吸收二甲液和一分氣產(chǎn)生的反應(yīng)熱，減輕了中壓分解氣進入一吸塔的熱負荷，穩(wěn)定了中壓系統(tǒng)的操作。

(2)采用真空預(yù)濃縮蒸發(fā)與一段蒸發(fā)等壓操作工藝，無需增設(shè)抽真空裝置，既不影響閃蒸槽的作用，又使得預(yù)濃縮分離器的尿液靠位差進入一段蒸發(fā)系統(tǒng)。

(3)一段蒸發(fā)加熱器全部采用自產(chǎn)的0.75 MPa 飽和蒸汽加熱，有效地降低了尿素的汽耗，也確保了尿素成品的質(zhì)量。

4 效益分析

尿素裝置采用真空濃縮蒸發(fā)工藝后，熱利用段噸尿素回收的甲銨反應(yīng)熱為578 518 kJ，而傳統(tǒng)工藝一段蒸發(fā)熱利用段噸尿素回收的甲銨反應(yīng)熱僅為438 270 kJ，熱利用效率提高了32%，噸尿素回收的熱量增加140 248 kJ，噸尿素一段蒸發(fā)加熱蒸汽消耗降低71 kg，真空預(yù)濃縮分離器出口尿液中尿素質(zhì)量分數(shù)由原來的71%提高至85%，一段蒸發(fā)的負荷減輕了58%。原一段蒸發(fā)加熱器所用加熱蒸汽由原來的1.20 MPa中壓蒸汽改用甲銨冷凝器副產(chǎn)的0.75 MPa低壓飽和蒸汽，噸尿素一段蒸發(fā)蒸汽消耗降低了200 kg，合計噸尿素蒸汽消耗可降低271 kg，經(jīng)濟效益十分可觀。