尿素系統提產優化總結

張東旭， 吳 濤， 楊建霞

(兗礦新疆煤化工有限公司， 烏魯木齊 830000)

兗礦新疆煤化工有限公司60萬t醇氨聯產項目，其產能規模為30萬t/a甲醇、52萬t/a尿素，同時副產2.6萬t/a硫酸及5萬t/a液氧，于2012年投產運營。雖然系統穩定運行近10a，但是產量、氨耗等指標遇到瓶頸。為達到增產降耗的目標，尿素車間聘請有關專家，結合系統實際給出可行性意見并調整工藝指標，最終取得了良好效果。

1 尿素裝置工藝簡介

二氧化碳氣體壓縮系統：從前工序凈化裝置來的二氧化碳，經蒸汽透平離心式壓縮機后進入尿素裝置高壓系統。

液氨給料系統：來自液氨球罐的液氨經輸氨泵、高壓液氨泵加壓進入高壓氨加熱器，加熱后進入高壓噴射器，與被吸入的甲銨液混合送入高壓甲銨冷凝器上部。

尿素合成系統：尿素合成塔、汽提塔、高壓甲銨冷凝器和高壓洗滌器組成高壓圈，是尿素生產裝置的核心部分。二氧化碳與液氨在尿素高壓圈裝置中合成尿素。

循環吸收系統：來自尿素裝置高壓圈的尿液進入精餾塔分離，分離后尿液進入尿液槽，氣體送到低壓甲銨冷凝器冷凝吸收，吸收后的氣液混合物溢流到低壓甲銨冷凝器液位槽，液體從其液位槽底部導出，經高壓甲銨泵加壓后，送入高壓洗滌器頂部。

蒸發造粒系統：從尿液槽來的尿液，經尿素蒸發系統蒸發后，尿液質量分數達到99.7%，由尿素熔融泵加壓送至造粒塔通過噴頭將尿液噴出，液滴被塔底進入的空氣冷卻凝固。落到塔底的尿素顆粒溫度約為70 ℃，經由刮料機刮入下料槽，由造粒塔皮帶送入成品包裝部稱重計量后包裝入庫。按照GB/T 2440—2017 《尿素》標準要求，生產的尿素達到優級品級別。

解吸水解系統：針對尿素生產中的氨水，解吸水解裝置將NH3、CO2、尿素與H2O分離，處理合格的H2O返回公用工程回收利用，NH3、CO2和尿素返回尿素裝置用于尿素生產[1]。

粉塵回收系統：2017年8月投用該裝置后，塔頂粉塵質量濃度由100 mg/m3降至30 mg/m3以下，氨質量濃度在10 mg/m3以下，環保效果良好，達到設計要求。

2 系統問題及可行性優化

系統經過近10a運行，產量、氨耗、蒸汽等指標已經達到極限，且存在低壓循環負荷重、壓力不穩定等問題。一旦壓力超過0.32 MPa，則帶動蒸發系統真空階段性波動。高壓洗滌器尾氣放空閥開度大，氨尾氣排放雖符合國家要求，但仍有可控價值?，F針對系統問題提出相關優化調整。

2.1 降低高壓洗滌器調溫水溫度

NH3、CO2、甲銨液在高壓洗滌器中反應放熱，通過在殼側用高壓調溫水(密閉循環水)換熱移走反應放出的熱量，同時也減少去后系統的物料，以減輕后系統的負荷。過程中，需要調控高壓調溫水溫度。若溫度過低，則會過度冷凝，使高壓洗滌器列管結晶堵塞，造成系統停車；若溫度過高，則吸收效果差，后系統負荷重且氨耗大。對比分析脫硫脫氫的情況，雖然專家建議將高壓調溫水溫度控制在90 ℃左右，但綜合考慮安全性及設備情況后決定逐步降低其溫度，從119.5 ℃下降至116 ℃。有些企業利用溫差實現了高壓調溫水發電，且取得了一定的經濟效益[2-3]。

2.2 提高精餾塔溫度，降低低壓甲銨冷凝器調溫水溫度

從汽提塔來的物料中，含有NH3、CO2、H2O、甲銨、尿素等組分，在精餾塔中繼續進行尿液提濃，減輕后續蒸發系統的負荷壓力，保證蒸發系統的穩定運行。降低低壓甲銨冷凝器調溫水溫度，其原理同于降低高壓調溫水。將精餾塔溫度提高約0.5 K，蒸發系統穩定，溫度和真空度波動情況減少。同時，低壓循環系統中，減小低壓甲銨冷凝器液位槽氣相壓力閥開度，會降低放空氣中的氨損失。

2.3 提高汽包壓力，升高合成塔出液溫度

在合成塔內反應分兩步，化學式為：

(1)

(2)

第二步甲銨分解生成尿素為尿素合成反應的速控步驟，一般在高壓甲銨冷凝器中未反應的NH3、CO2在尿素合成塔中進一步反應，為甲銨脫水生成尿素提供熱量?？梢酝ㄟ^提高汽包壓力，使一部分外部熱量隨物料進入合成塔，為甲銨分解生成尿素提供熱量，從而獲得較高的轉化率。

提高合成塔出液溫度(TI8010)至183.5 ℃以上，低壓汽包壓力隨之從0.352 MPa提至0.361 MPa。

2.4 調整高飽器，提高汽提塔效率

高飽器主要作用是汽提分解甲銨，化學式為：

(3)

甲銨分解的和未參加反應的NH3、CO2、H2O等返回高壓甲銨冷凝器繼續反應。分解所需熱量由殼側2.5 MPa蒸汽提供，蒸汽壓力直接影響了汽提塔工作效率，同時也影響后工段的穩定運行。提高殼側壓力，可提高甲銨分解效率，降低低壓循環非必要負荷。高飽器壓力高會使產品中縮二脲含量上升，從而影響產品質量，因此需兼顧多方確定工藝指標。一般在滿負荷下提升到2.010 MPa左右即可。前期氨水槽“冒氣”，現場局部有氨味，發現低壓循環負荷重、氨耗高等問題。經過車間排查，發現氣體出液有“串氣”，通過提高汽提塔液位并調整各工藝指標后，氨水槽“冒氣”現象得到改善。

調整高壓調溫水溫度、汽包壓力、低壓調溫水溫度、精餾塔溫度、汽提塔殼側(高飽器)壓力后，同等負荷下系統產量提高，且整個工藝系統更加穩定，尾氣放空量減少，現場效果明顯改善[4]。

3 經濟效益

在滿負荷30 000 m3/h情況下，對比系統優化前后的產量及消耗數據(見表1和表2)。

表1 系統優化前產量及消耗對比 t

表2 系統優化后產量及消耗對比 t

新疆晝夜溫差大，造成循環水溫度變化，導致產量有差異。3月后溫度逐漸回升，對系統負荷影響明顯(尤其是CO2氣體、冷卻循環水等)。由表1和表2可知：日產尿素增加5.85 t，氨耗減少0.000 2 t，折合液氨日消耗減少0.380 t。

全年(按300 d計算)系統運行，尿素產量增加1 755 t，節約液氨量為114 t，按尿素價格為1 800元、液氨價格為2 800元計算，則可增加315.9萬元收入，節約31.9萬元成本。

6 結語

通過優化系統和調整指標，實現了系統更高效的運行，達到節能降耗、提產增收的目標。與此同時，加強行業交流、借鑒，為國產尿素及化工行業的發展不斷努力。