尿素解吸水解系統(tǒng)節(jié)能降耗技術探討與開發(fā)

李佳飛

(山西蘭花科創(chuàng)田悅化肥分公司, 山西晉城 048102)

1 存在的問題

目前，國內尿素生產均采用尿素深度解吸水解系統(tǒng)(簡稱解吸水解系統(tǒng))來處理工藝生產過程中產生的工藝冷凝液，回收工藝冷凝液中的氨、CO2和尿素。解吸水解系統(tǒng)的工藝流程及原理見圖1。

圖1 解吸水解系統(tǒng)工藝流程圖

尿素裝置產生的工藝冷凝液(w(NH3)=5.5%，w(CO2)=2.5%，w(尿素)=1.5%)先進入解吸一塔，經過蒸汽加熱解吸出氨水中的游離氨和CO2，反應溫度為139 ℃。出解吸一塔的液體通過水解泵進入水解塔，水解塔通入2.4 MPa蒸汽將液體溫度提至190 ℃，水解塔出液(尿素質量分數(shù)降至5×10-6以下)進入解吸二塔后，通過閃蒸及蒸汽加熱將水解液中的游離氨和CO2再次解吸，水解塔氣相進入解吸一塔后，一起進入回流系統(tǒng)進行冷凝回收解吸出的氨和CO2。

然而隨著尿素生產裝置的擴產，工藝冷凝液量大幅增加，嚴重超出解吸水解系統(tǒng)的設計負荷，導致解吸水解系統(tǒng)不能滿足主系統(tǒng)生產要求，處理后的廢液不能正常達標，解吸水解系統(tǒng)調整空間小、操作難度大。大部分企業(yè)被迫投資新增1套解吸水解系統(tǒng)，或者對解吸水解塔進行改造。工藝冷凝液中含有1.5%(質量分數(shù))左右的尿素，進入水解塔后消耗蒸汽提溫至160 ℃以上分解為氨和CO2，重新返回高壓系統(tǒng)合成尿素，勢必會增加能耗[1]，若能直接回收工藝冷凝液中尿素，就可以節(jié)省能耗。

2 改造思路

尿素解吸水解主要由游離氨分離和尿素水解2個反應完成。2個反應所需的溫度和停留時間不同，通過對解吸水解系統(tǒng)各點組分變化規(guī)律進行分析研究可知解吸一塔出液氨含量下降明顯，尿素含量基本不變[2-3]。由此可以確定技術方案,即將解吸一塔出液引出一部分經過新增冷卻器后，將140 ℃的解吸一塔解吸液降至45 ℃，然后通過新增回收泵將45 ℃的解吸一塔解吸液送至造粒粉塵洗滌系統(tǒng)代替冷凝液進行洗滌噴淋。該方案既減輕了解吸水解系統(tǒng)的負荷，又回收了工藝冷凝液中的尿素，同時減少了解吸水解系統(tǒng)的蒸汽用量。

3 改造方案

改造后的工藝流程圖見圖2，具體改造步驟如下：

1—新增離心泵；2—新增板式冷卻器；3—水解泵；4—水解換熱器；5—粉塵洗滌循環(huán)泵。

(1)將解吸一塔出液總管引出DN50管道，進入新增板式冷卻器，將139 ℃的解吸一塔出液冷卻至45 ℃。

(2)冷卻后的解吸一塔出液通過新增離心泵送至造粒粉塵洗滌器。

(3)離心泵出口加裝遠傳溫度計，用于監(jiān)控送往造粒粉塵洗滌器的液體溫度，通過新增閥門C的開度對液體溫度進行調節(jié)，控制液體溫度指標為40～50 ℃，從而保證造粒粉塵洗滌器的吸收效果。

(4)通過閥門A控制解吸一塔出液至造粒粉塵洗滌器的流量，保持解吸一塔出液量穩(wěn)定。若遇到解吸水解系統(tǒng)停車或異常不能正常供應噴淋液，可以關閉閥門A打開閥門B，恢復原冷凝液進行噴淋洗滌。

(5)尿素質量分數(shù)為1.1%的解吸一塔出液通過造粒洗滌器噴淋后進入尿素質量分數(shù)為60%的洗滌液，最終回收至蒸發(fā)系統(tǒng)提濃造粒[4]。

4 改造收益

該技術方案主要用于降低解吸水解系統(tǒng)負荷，并直接回收工藝冷凝液中的尿素。

某企業(yè)解吸水解系統(tǒng)取樣分析組分數(shù)據(jù)見表1。

表1 解吸水解系統(tǒng)組分數(shù)據(jù)

由表1可以看出：工藝冷凝液通過解吸一塔后游離氨和CO2基本全部被解吸，工藝冷凝液中尿素在145 ℃以上才能加劇水解，然而解吸一塔的反應溫度為139 ℃，且工藝冷凝液在解吸一塔的停留時間短，所以工藝冷凝液經過解吸一塔后，尿素含量基本沒有變化，將解吸一塔出液經過冷卻送至造粒粉塵洗滌器，代替冷凝液對尿素粉塵進行噴淋洗滌。解吸水解體積流量為28 m3/h，造粒洗滌裝置噴淋用冷凝液體積流量為10 m3/h，若改用解吸一塔出液代替冷凝液，減少解吸水解系統(tǒng)負荷35%，年運行時間按照8 000 h、尿素質量分數(shù)按1.1%計算可得:每年可直接回收尿素880 t，每年節(jié)省冷凝液80 000 m3；冷凝液單價按7元/t計算，則年節(jié)約成本56萬元。

水解塔每年節(jié)省蒸汽量5 600 t(水解1 t工藝冷凝液需要蒸汽0.07 t)，折標煤494.1 t。蒸汽單價按照120元/t計算，則每年可節(jié)約成本67.2萬元。

5 結語

以某企業(yè)解吸水解系統(tǒng)為例，通過對解吸水解系統(tǒng)工藝原理進行分析，列表對比各點組分數(shù)據(jù)，結合工藝裝置實際運行狀況，摸索組分變化規(guī)律，對工藝路線適當調整：將解吸一塔出液引出一部分進行降溫，然后送至造粒粉塵洗滌系統(tǒng)代替冷凝液進行洗滌噴淋。該改造方案每年可節(jié)約成本約123.2萬元，既節(jié)約了能耗，又保證了生產的穩(wěn)定運行。