CO2汽提法尿素裝置擴能改造總結

(山東華魯恒升化工股份有限公司，山東 德州 253024)

山東華魯恒升化工股份有限公司(以下簡稱華魯恒升)有2套40萬t/a CO2汽提尿素裝置，1#裝置于2006年7月開車，2#裝置2010年9月開車，均為山東化工規劃院設計。2012年由于前系統合成氨擴能增產，液氨過剩，需要配套提高尿素裝置產能，通過充分論證，啟動了尿素裝置擴能改造項目。經過對國內、國際各種尿素擴能路線調研，最終選擇在原流程基礎上并聯一套中壓系統的技術方案，委托北京眾聯盛化工工程有限公司進行工程設計[1]。

1 改造方案

為合理控制改造費用和施工周期，總體思路為對高壓系統合成塔塔盤升級改造，提高轉化率，同時將合成下液和汽提塔下液分流，部分去新增中壓系統，蒸發增加預濃縮，在回收中壓熱負荷的同時可提高尿液濃度，不增加現有低壓及蒸發系統負荷。

1.1 高壓系統改造

根據物料平衡計算結果，將尿素產量從1 300 t/d提高到1 800 t/d，合成塔的生產強度由9.15 t/(d·m3)增加到12.67 t/(d·m3)，合成塔塔盤需要進行相應改造。經過計算，塔底氣量增加42%，液體量增加24%，塔頂氣量增加18%，液體量增加45%。在現有塔盤情況下，塔底氣相阻力增加102%，液相阻力增加54%；塔頂氣相阻力增加39%，液相阻力增加110%。阻力增加將給系統改造帶來不利影響。為此根據物料參數對塔盤氣相通道和液相通道進行相應的調整。

首先將塔內溢流管上端溢流漏斗提高600 mm，以增加尿塔有效容積；其次由于尿塔整體空速增加，為了穩定尿塔液位，最上層塔盤(第17層)由徑流式塔板改為均布式塔板，以減小液位波動，減少塔頂氣液夾帶；從底部往上1至16層塔盤的D片重新設計制作。

為了解決高壓甲銨噴射器抽吸能力不足的問題，新配一條甲銨液管線，由甲銨泵直接進入高壓甲銨冷凝器。正常生產時甲銨液分兩股進入高壓系統，一股走現有流程進入高壓洗滌器，另一股(基本上是擴能增加的甲銨液量)進入高壓甲銨冷凝器。

合成塔下液管線配一條至中壓汽提塔管線，擴能改造增加的負荷經此管線直接進入中壓汽提塔，保證高壓汽提塔的穩定[2]。低負荷運行需要甩開中壓系統走原有流程。原至低壓精餾塔管線的汽提塔下液管線保留，新配管線至中壓汽提塔，正常滿負荷生產時高壓汽提塔物料可以部分或全部進中壓汽提塔，進一步氣提分解后再進低壓系統，降低低壓精餾塔的負荷。

1.2 新增中壓系統

中壓系統操作壓力為1.8 MPa，主要設備包括中壓汽提塔、甲銨冷凝器、甲銨分離器。約1 500～2 000 Nm3/h的中壓CO2直接進入中壓汽提塔，以甲銨液的形式進入高壓系統。這樣可以降低低壓精餾塔的負荷，避免改造現有低壓精餾系統，同時在中壓壓力下，最大限度地利用氣體冷凝熱，降低系統蒸汽消耗。新增中壓系統流程見圖1。

圖1 新增中壓系統流程

1.3 低壓系統

由于低壓設備較大，低壓精餾塔直徑為1.8 m，低壓精餾塔加熱器換熱面積為660 m2，且高壓汽提塔物料經中壓汽提塔物料二次分解后再進低壓系統，降低了低壓系統負荷，因此低壓系統可以不作任何改動。

1.4 蒸發系統

增設預濃縮加熱器、預濃縮分離器、預濃縮表冷器、預濃縮噴射器，將現有蒸發改為三段蒸發，保留現有閃蒸系統。低負荷運行時，按現有閃蒸加兩段蒸發操作。為充分利用中壓分解氣吸收熱，預濃縮設計為兩段結構，下部為熱利用段，回收中壓分解氣吸收產生的熱量，上部為蒸汽加熱段，以保證預濃縮下液濃度穩定。為解決造粒塔能力不足問題，新增兩套轉鼓大顆粒裝置。上述改造解決了蒸發系統能力不足的問題，系統其他部分不需要改動。

1.5 水解解吸

改造后尿素產量增加值為20 t/h，水解解吸氨水量增加約10 t/h。將蒸發抽真空系統的蒸汽噴射泵改造為水力噴射器，解吸氨水量基本沒有增加，改造后水解解吸負荷仍能維持在40 t/h左右，因此，水解解吸系統不需要作任何改動。

1.6 運轉設備

增加1臺往復式高壓氨泵、2臺往復式高壓甲銨泵、2臺離心式低壓甲銨泵、2臺900 m3/h調溫水泵。主要設備參數見表1。

表1 主要設備參數

2 改造后運行情況

(1)華魯恒升2套40萬t/a擴能改造分別于2014年和2016年開車，由于中壓系統采用并聯設計，可與原裝置實現自由對接。在開車投料時，先不投用新增中壓系統，當系統穩定后，在加量過程中逐步投用，操作簡潔方便。經過兩年的運行優化，目前運行穩定，單套裝置尿素可穩定在1 750 t/d，最佳工況達到1 795 t/d，達到設計預期，同時裝置的消耗保持在同類裝置較好的水平。

(2)中壓汽提塔采用雙相鋼S32750材質，同時一直保持含有0.6%～0.8%氧氣的CO2通入，有效防止了中壓系統出現低氧腐蝕，裝置投用后產品鎳離子含量控制在0.26%～0.28%；由于蒸發系統沒有較大改造，擴能后物料流速提高，停留時間變短，雖然流程變長，但縮二脲并沒有增長；同時原來蒸發蒸汽系統噴射泵改為水力噴射器后，大大降低了蒸發表冷器的負荷，即使在夏季循環水32 ℃的條件下，產品質量也可以穩定在優等品。

3 結語

(1)項目采用提前預制、短停并網的施工方案，利用裝置大修機會，分別于2014年和2016年實現并網運行。改造前后數據對比見表2。

表2 改造前后數據對比

注：①2#尿素回收大顆粒洗滌液(尿素質量分數為45%，Q=5 m3/h)，蒸汽消耗偏高；②電耗以主裝置運行設備計算。

(2)經過兩年的優化調整，裝置擴能35%以上穩定運行，產品蒸汽消耗和液氨消耗均有一定下降。