尿素裝置降低蒸汽消耗分析

王明然

摘要：在尿素的生產裝置當中，大型的生產裝置所用蒸汽除了要滿足換熱需求之外，還需要能夠對二氧化碳壓縮機汽輪機起到驅動的作用，若蒸汽用量過大則會大量的增加尿素的生產成本，所以本文開展研究的目的就是要通過一定的技術手段去降低蒸汽消耗，有效的控制生產成本。本研究共分為三個部分，首先第一部分主要通過對二氧化碳汽提法的論述分析了蒸汽是如何在尿素生產中被消耗的；第二部分分析了當前在尿素生產過程中蒸汽消耗過高的原因；第三部分給出了通過改善二氧化碳汽提法降低蒸汽消耗的措施。

關鍵詞：蒸汽消耗；尿素；生產；措施

中圖分類號：TQ441.41 文獻標識碼：A 文章編號：1671-864X（2016）10-0150-01

當前尿素生產從提汽原理的不同，可以分為兩種，分別是氨提工藝及二氧化碳汽提工藝。由于二氧化碳汽提工藝操作條件較低、流程短等優勢在我國最為常見，但是這種原理下的尿素生產裝置蒸汽用量相對較大，這對于當前尿素行業急需要降低成本的要求是相違背的。本文以二氧化碳汽提法尿素裝置作為研究對象，重點是探討如何去通過改善二氧化碳汽提法來實現尿素生產中的蒸汽消耗。

一、二氧化碳汽提法概述

利用該原理進行尿素生產主要是通過高壓合成、然后低壓分解、真空濃縮及最后的造粒分解極大工序組成的，這種工藝要求溫度和操作壓力都是較低的，當前國內引進的主要是Urea2000 plus工藝 ，在生產過程當中對尿素合成的主要因素有氮和碳的比值、氫與碳的比值，以及二氧化碳純度等。該原理下汽提效率可以用下面的公式來表示：

從上面的公式當中我們可以知道，當裝置釋放出的液體量不變的時候，隨著汽提效率的增高，在低壓循環系統當中負荷就會相應的降低，那么返回到高壓圈當中的水量就會降低。相反的，當汽提效率降低的時候，返回到高壓圈當中的水量就會相應的增加。但是并不是說我們要將汽提效率越提高越好，因為汽提效率提高的時候二氧化碳的轉化率也會相應的降低，那么就是說我們應該應該采取適當的汽提效率。

二、造成尿素生產中蒸汽消耗過高的原因分析

傳統的二氧化碳汽提法生產尿素的工藝實際上是存在很多缺陷的，而這些缺陷和不足都會在尿素的生產過程當中使得蒸汽消耗過高，進而導致生產尿素成本的增加。

1.尿素生產裝置當中部分裝置換熱效率降低。當前的尿素裝置中存在著部分加熱器管道出現了結垢的現象，這就對換熱器傳熱的效率嚴重受到了影響，尤其在是高壓分解裝置中表現的尤為明顯，并且在裝置管道當中的結垢非常難清除，所以長期積攢下來就造成了裝置對蒸汽消耗過高的現象。

2.設計上的不合理導致蒸汽消耗過高。在尿素生產裝置當中有一部分裝置在節點上存在著設計不合理的地方，在正常生產的時候所提供的尿素生產原料的濃度高于所需的濃度，也就是高于設計值，那么就使得熱量回收變難。而經過裝置進行換熱之后通過分解系統的裝置氣體的溫度就會比設計值高出大約10攝氏度左右，那么裝置的上段低壓蒸汽的消耗量每小時的增加量就會增加7噸左右。

3.回收熱量的不合理導致蒸汽消耗過高。整個尿素生產裝置當中濃縮系統的設計有著很大的富裕度，這就會使得尿素在濃縮的時候在加熱器當中停留過長的時間，所以為了保證尿素的生產就需要將裝置的內列管縮短，盡量的縮短尿素在裝置當中所停留的時間。由于對該裝置的部分管道進行了堵管，就會使整個換熱器當中的面積降低了1成，傳熱效率就相應的降低了15%左右，使得整個分解系統中溫度高的氣體回收出現障礙，而為了能夠讓尿液達到設計溫度的要求，上段的蒸汽消耗量就會相應的增加。

4.尿素裝置汽提效率不夠穩定導致蒸汽消耗過高。在尿素生產裝置當中會出現惰性氣體積聚的現象，雖然在整個裝置當中的頂部存在排氣閥，但是仍舊無法實現對這些惰性氣體的有效排放，大量聚集的惰性氣體就會導致汽提效率不穩定，最后就會導致出現返回到高壓圈當中的甲胺液流量高于設計值，導致出現了水碳比偏高的現象，導致出現了整個裝置的蒸汽消耗過高的現象。

三、改善二氧化碳汽提法降低蒸汽消耗的措施

從二氧化碳汽提法原理我們可以知道，當回收的壓力不斷增高的時候，甲銨液當中的含水量就會相應的被降低，例如在0.3兆帕的壓力下甲銨液的含水量大概是32%，而當在1.8兆帕的時候甲銨液的含水量大概是24%，我們對回收的氨氣和二氧化碳進行簡單的計算，就能夠得出返回到高壓圈當中的水量大概要減少到30%左右，所以在裝置的改善過程當中我們可以考慮增加一個中壓段來實現降低蒸汽消耗的目的。在改善裝置后，將實現對低壓和高壓裝置的負荷轉移到中壓，這樣既能夠實現對整個裝置蒸汽消耗的有效降低，同時還可以有效的解決返回到高壓圈當中的水量過高的問題。

另外面對著本文上述分析出的導致出現裝置蒸汽消耗過高的問題，筆者建議除了要改善二氧化碳汽提法之外，還需要從下面幾點來實現。

1.改變原裝置中的缺口接收蒸汽的方式：引入合成氨蒸汽管網，然后將合成自產蒸汽同步的送到尿素裝置當中，再從級間將蒸汽抽出送至2兆帕，這樣的方式就能使整個缺口上的蒸汽能量得到有效的利用，使得蒸汽消耗被有效的降低。

2.保證整個二氧化碳汽提過程的汽提效率穩定性：前面已經分析過了汽提效率對裝置消耗蒸汽的量有著直接的關系，所以保持其穩定性至關重要，我們可以針對所分析的原因，有針對性的進行設備的改進，例如在設備的中部增加氣體排放閥，定期將惰性氣體排放出去，使得裝置的汽提效率穩定性得到提高。

3.有效除垢實現裝置傳熱效率的提高：例如我們可以聘請有經驗的除垢公司來進行清洗，通過清洗后達到盡快恢復生產的目的。

總結：

二氧化碳汽提法在一種較為傳統的尿素生產方法，其具有流程簡單、條件溫和等優勢，在二氧化碳汽提法工藝當中降低蒸汽消耗是保證生產成本的關鍵，其中從工藝上增加中壓段的方法是有效降低蒸汽消耗的有效措施，另外我們還可以通過改變原裝置中的缺口接收蒸汽的方式、保證整個二氧化碳汽提過程的汽提效率穩定性及有效除垢等措施來保證有效的降低蒸汽消耗的實現。

參考文獻：

[1]夏炎華，孫喜.先進的高效合成與低能耗尿素工藝技術[J].化肥設計，2014，52（ 6） ： 27 -30.

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