水溶液全循環(huán)尿素裝置工藝優(yōu)化及運(yùn)行總結(jié)

梅樹美

(安徽昊源化工集團(tuán)有限公司安徽阜陽(yáng)236056)

水溶液全循環(huán)尿素裝置工藝優(yōu)化及運(yùn)行總結(jié)

梅樹美

(安徽昊源化工集團(tuán)有限公司安徽阜陽(yáng)236056)

安徽昊源化工集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱昊源公司)2#尿素裝置原采用傳統(tǒng)型水溶液全循環(huán)工藝，公稱設(shè)計(jì)能力為400kt/a，2007年建成投產(chǎn)。由于傳統(tǒng)型水溶液全循環(huán)工藝噸尿素汽耗、氨耗偏高，解吸廢液中尿素含量也偏高。為此，對(duì)該尿素裝置進(jìn)行了節(jié)能優(yōu)化技改。投產(chǎn)運(yùn)行至今，尿素裝置運(yùn)行穩(wěn)定，消耗大幅下降。

1 工藝優(yōu)化技術(shù)方案

1.1 尿素合成塔塔盤改造

尿素合成塔塔盤原先采用普通塔盤，隨著尿素合成塔生產(chǎn)負(fù)荷的逐漸提高，物料返混加重，塔壁效應(yīng)導(dǎo)致產(chǎn)生內(nèi)環(huán)流現(xiàn)象，物料停留時(shí)間加長(zhǎng)，合成轉(zhuǎn)化率偏低，致使物料消耗升高。通過(guò)改造尿素合成塔內(nèi)件和調(diào)整塔內(nèi)反應(yīng)結(jié)構(gòu)區(qū)域，使尿素生成反應(yīng)按照活塞狀態(tài)上移，能最大限度解決合成塔內(nèi)物料返混和提高氣液接觸的比表面積，從而達(dá)到提高CO2轉(zhuǎn)化率的目的。

經(jīng)多次論證，決定采用GC-IB型高效翅片式塔盤，其利用氣體動(dòng)能進(jìn)行強(qiáng)化分離和吸收，特殊的翅片型結(jié)構(gòu)將運(yùn)動(dòng)中的氣體能量加以充分利用;在分離工況下，有利于提高氣體從液體中逃逸，以避免夾帶;在吸收工況條件下，有利于提高氣體在液體中的分離度，增加氣液接觸機(jī)會(huì)，增大液膜傳質(zhì)面積;克服了原泡罩塔塔盤通量小、易腐蝕等不利因素，避免了垂直篩板型塔盤在低負(fù)荷條件下易漏液的不足之處。除具有解決軸向返混的作用外，尤其在提高徑向混合程度方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。因?yàn)镚C-IB型高效翅片塔盤利用罩帽頂部裝有的旋轉(zhuǎn)型翅片，使通過(guò)翅片的氣體達(dá)到一定的旋轉(zhuǎn)速度，并轉(zhuǎn)變?yōu)閺较虻膱A周運(yùn)動(dòng)，與其他各種僅能防止軸向返混作用的塔盤相比，不僅將塔盤上的氣相流與液相流分開走，以減少軸向返混，并且可強(qiáng)化氣液接觸，使塔內(nèi)氣液兩相每經(jīng)過(guò)一層高效塔盤，氣液之間都會(huì)重新分布，改善氣液相的質(zhì)熱平衡狀態(tài)，加快CO2氣體在液相中的溶解速度，促進(jìn)氨基甲酸銨脫水生成尿素的反應(yīng)，真正實(shí)現(xiàn)減少返混、高效吸收。

1.2 中壓分解塔改用自汽提塔

自汽提中壓分解塔的工作原理是通過(guò)液體分布器對(duì)尿液的分布呈降膜狀態(tài)，在加熱分解過(guò)程中，由于過(guò)剩氨的蒸發(fā)對(duì)甲銨的分解產(chǎn)生汽提作用。自尿素合成塔出來(lái)的氣液混合物進(jìn)入預(yù)分離器分離成氣液兩相，其中尿液進(jìn)入自汽提中壓分解塔上部，經(jīng)蒸鎦段的精鎦作用以減少氣相帶水量，再經(jīng)液體分布器均勻地分配到每根汽提管中，自上而下呈降膜式流動(dòng)。由于過(guò)剩氨的原因，邊加熱邊分解的富氨氣體對(duì)CO2產(chǎn)生一定的汽提作用，此種自汽提作用可使甲銨分解率由88%提高至95%。

自汽提中壓分解塔的核心部件是旋流成膜的液膜器，使汽提換熱管內(nèi)液體分布均勻，在液膜器頂端設(shè)限流孔板，大大提高汽提管間的阻力分布均勻程度，有利于提高分解效率，減少干管造成的腐蝕現(xiàn)象。

1.3 增加惰氣精洗器

來(lái)自惰洗器的不凝性氣體進(jìn)入惰氣精洗器上部的內(nèi)防爆空間，以緩沖和吸收爆源能量，再進(jìn)惰氣精洗器的底部換熱段，由精洗液進(jìn)行鼓泡吸收;精洗后的尾氣由壓力調(diào)節(jié)閥減壓后直接送至放空總管，從惰氣精洗器底部換熱段進(jìn)入的精洗液由下而上吸收氨后，在三套筒間建立防爆罩的液封，使其既能自由升降，具有爆后自動(dòng)復(fù)原的功效，又能隔離防爆空間與吸收空間，起到密封作用;從設(shè)備上中部引出的精洗液，經(jīng)液位調(diào)節(jié)閥減壓后送精洗槽。精洗槽的液體由精洗泵加壓，部分送惰氣精洗器循環(huán)使用，部分送二循一冷、二冷作為吸收液。表冷液作精洗液循環(huán)使用，部分送二循一、二冷使惰氣中的氨直接回收到系統(tǒng)，構(gòu)成尾氣氨回收工藝流程，降低了氨耗，節(jié)省了蒸汽消耗。

增加惰氣精洗器的優(yōu)點(diǎn):①利用分布吸收原理，在惰洗器的基礎(chǔ)上達(dá)到精洗的目的;②在加壓吸收的條件下，將惰氣中φ(NH3)控制在0.3%以下，優(yōu)于傳統(tǒng)常壓尾氣吸收塔，精洗后的惰性尾氣直接去放空總管;③采用微壓差液封式防爆裝置，達(dá)到柔性防爆和永久使用的目的，其最大特點(diǎn)是生產(chǎn)時(shí)不漏氣，爆炸后能復(fù)原;⑤增加了惰氣精洗器，惰洗器的惰氣中氨含量無(wú)需刻意降低，也增強(qiáng)了惰洗器的安全性;⑤減少了尿素生產(chǎn)氣體的污染源，環(huán)保效益較好。

1.4 真空噴器射改為水力噴射抽真空

尿素裝置原先采用蒸汽抽真空，由于蒸汽受各工段工藝設(shè)備的影響，蒸汽的帶水以及壓力的波動(dòng)均會(huì)影響一、二段蒸發(fā)真空度，不僅蒸汽消耗高，而且影響產(chǎn)品的質(zhì)量。為此，現(xiàn)采用水力雙吸噴射抽真空技術(shù)，安裝2臺(tái)高效水力雙吸噴射器，增加1臺(tái)循環(huán)水箱和2臺(tái)循環(huán)水泵(1開1備)，工作介質(zhì)采用脫鹽水或二表液，循環(huán)使用。泵的出口分兩路，一路進(jìn)入一段水力噴射器，另一路進(jìn)入二段水力噴射器，循環(huán)水經(jīng)噴射器被高速噴射流強(qiáng)制挾帶，使吸入室內(nèi)壓力降低而形成真空，噴射液體與氣體混合吸收進(jìn)入循環(huán)水箱循環(huán)工作，隨著氣體的不斷冷凝，循環(huán)液體中氨含量逐漸上升，視情況排至碳銨液槽回收利用。

2 運(yùn)行效果

表1工藝優(yōu)化前、后工藝參數(shù)對(duì)比

工藝優(yōu)化前、后工藝參數(shù)對(duì)比見表1。

(1)采用GC-IB型高效翅片式塔盤后，大大提高了CO2轉(zhuǎn)化率，減輕了中壓吸收負(fù)荷及減少了中壓放空量，尿素產(chǎn)品優(yōu)等品率由原98.9%提升至99.5%。增加惰氣精洗器后，由于惰氣不再送尾氣吸收塔，而引入惰氣精洗器加壓吸收，既可利用分布吸收原理完成惰氣精洗，還可避免尾氣吸收塔的氨損失，提高了尾氣吸收效果。惰氣精洗器串聯(lián)安裝于惰洗器之后，使惰氣尾氣中φ(NH3)由6.0%～10.0%降至0.3%以下，噸尿素可回收氨6～10kg。惰氣精洗器的使用，大大改善了尾氣吸收效果，降低了氨耗。改造后，噸尿素氨耗下降了33kg。

(2)自汽提中壓分解塔運(yùn)行后，提高了蒸汽利用率，降低了蒸汽消耗。原一分加熱器設(shè)計(jì)成升膜換熱器，但因噴射速度不夠，尤其是負(fù)荷大時(shí)難以成膜，幾乎是浸沒(méi)式換熱，故換熱效果較差。將自汽提中壓分解塔改為降膜式換熱，通過(guò)液體分布器，將尿液分布到每根汽提管中，尿液下降成膜，確保了降膜狀流動(dòng)，傳熱系數(shù)大大提高，提高了蒸汽利用效率，噸尿素蒸汽利用率可提高10%左右，并且系統(tǒng)操作彈性加大;提高了產(chǎn)品質(zhì)量，減少了縮二脲的生成量，并減少了結(jié)垢現(xiàn)象。水力噴射泵抽真空技術(shù)的應(yīng)用明顯優(yōu)于蒸汽噴射器，節(jié)約了大量蒸汽;蒸汽的多次綜合利用，也有利于蒸汽消耗的降低。改造后，噸尿素汽耗下降了200kg。

3 結(jié)語(yǔ)

昊源公司水溶液全循環(huán)尿素裝置工藝優(yōu)化后，在提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、節(jié)能降耗、減少環(huán)境污染等方面具有較好的促進(jìn)作用，每年可節(jié)約資金約1500萬(wàn)元。節(jié)能新技術(shù)在水溶液全循環(huán)尿素裝置中的應(yīng)用不僅帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，而且環(huán)保效益較好。

2014-10-09)