CO2汽提法尿素裝置擴(kuò)能改造總結(jié)

(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(guī)劃院設(shè)計(jì)。2012年由于前系統(tǒng)合成氨擴(kuò)能增產(chǎn)，液氨過剩，需要配套提高尿素裝置產(chǎn)能，通過充分論證，啟動(dòng)了尿素裝置擴(kuò)能改造項(xiàng)目。經(jīng)過對(duì)國內(nèi)、國際各種尿素?cái)U(kuò)能路線調(diào)研，最終選擇在原流程基礎(chǔ)上并聯(lián)一套中壓系統(tǒng)的技術(shù)方案，委托北京眾聯(lián)盛化工工程有限公司進(jìn)行工程設(shè)計(jì)[1]。

1 改造方案

為合理控制改造費(fèi)用和施工周期，總體思路為對(duì)高壓系統(tǒng)合成塔塔盤升級(jí)改造，提高轉(zhuǎn)化率，同時(shí)將合成下液和汽提塔下液分流，部分去新增中壓系統(tǒng)，蒸發(fā)增加預(yù)濃縮，在回收中壓熱負(fù)荷的同時(shí)可提高尿液濃度，不增加現(xiàn)有低壓及蒸發(fā)系統(tǒng)負(fù)荷。

1.1 高壓系統(tǒng)改造

根據(jù)物料平衡計(jì)算結(jié)果，將尿素產(chǎn)量從1 300 t/d提高到1 800 t/d，合成塔的生產(chǎn)強(qiáng)度由9.15 t/(d·m3)增加到12.67 t/(d·m3)，合成塔塔盤需要進(jìn)行相應(yīng)改造。經(jīng)過計(jì)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(xiàn)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(tǒng)改造帶來不利影響。為此根據(jù)物料參數(shù)對(duì)塔盤氣相通道和液相通道進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

首先將塔內(nèi)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(wěn)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(dòng)，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(shè)計(jì)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(jìn)入高壓甲銨冷凝器。正常生產(chǎn)時(shí)甲銨液分兩股進(jìn)入高壓系統(tǒng)，一股走現(xiàn)有流程進(jìn)入高壓洗滌器，另一股(基本上是擴(kuò)能增加的甲銨液量)進(jìn)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(kuò)能改造增加的負(fù)荷經(jīng)此管線直接進(jìn)入中壓汽提塔，保證高壓汽提塔的穩(wěn)定[2]。低負(fù)荷運(yùn)行需要甩開中壓系統(tǒng)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(fù)荷生產(chǎn)時(shí)高壓汽提塔物料可以部分或全部進(jìn)中壓汽提塔，進(jìn)一步氣提分解后再進(jìn)低壓系統(tǒng)，降低低壓精餾塔的負(fù)荷。

1.2 新增中壓系統(tǒng)

中壓系統(tǒng)操作壓力為1.8 MPa，主要設(shè)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(jìn)入中壓汽提塔，以甲銨液的形式進(jìn)入高壓系統(tǒng)。這樣可以降低低壓精餾塔的負(fù)荷，避免改造現(xiàn)有低壓精餾系統(tǒng)，同時(shí)在中壓壓力下，最大限度地利用氣體冷凝熱，降低系統(tǒng)蒸汽消耗。新增中壓系統(tǒng)流程見圖1。

圖1 新增中壓系統(tǒng)流程

1.3 低壓系統(tǒng)

由于低壓設(shè)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(jīng)中壓汽提塔物料二次分解后再進(jìn)低壓系統(tǒng)，降低了低壓系統(tǒng)負(fù)荷，因此低壓系統(tǒng)可以不作任何改動(dòng)。

1.4 蒸發(fā)系統(tǒng)

增設(shè)預(yù)濃縮加熱器、預(yù)濃縮分離器、預(yù)濃縮表冷器、預(yù)濃縮噴射器，將現(xiàn)有蒸發(fā)改為三段蒸發(fā)，保留現(xiàn)有閃蒸系統(tǒng)。低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，按現(xiàn)有閃蒸加兩段蒸發(fā)操作。為充分利用中壓分解氣吸收熱，預(yù)濃縮設(shè)計(jì)為兩段結(jié)構(gòu)，下部為熱利用段，回收中壓分解氣吸收產(chǎn)生的熱量，上部為蒸汽加熱段，以保證預(yù)濃縮下液濃度穩(wěn)定。為解決造粒塔能力不足問題，新增兩套轉(zhuǎn)鼓大顆粒裝置。上述改造解決了蒸發(fā)系統(tǒng)能力不足的問題，系統(tǒng)其他部分不需要改動(dòng)。

1.5 水解解吸

改造后尿素產(chǎn)量增加值為20 t/h，水解解吸氨水量增加約10 t/h。將蒸發(fā)抽真空系統(tǒng)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(fù)荷仍能維持在40 t/h左右，因此，水解解吸系統(tǒng)不需要作任何改動(dòng)。

1.6 運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備

增加1臺(tái)往復(fù)式高壓氨泵、2臺(tái)往復(fù)式高壓甲銨泵、2臺(tái)離心式低壓甲銨泵、2臺(tái)900 m3/h調(diào)溫水泵。主要設(shè)備參數(shù)見表1。

表1 主要設(shè)備參數(shù)

2 改造后運(yùn)行情況

(1)華魯恒升2套40萬t/a擴(kuò)能改造分別于2014年和2016年開車，由于中壓系統(tǒng)采用并聯(lián)設(shè)計(jì)，可與原裝置實(shí)現(xiàn)自由對(duì)接。在開車投料時(shí)，先不投用新增中壓系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定后，在加量過程中逐步投用，操作簡潔方便。經(jīng)過兩年的運(yùn)行優(yōu)化，目前運(yùn)行穩(wěn)定，單套裝置尿素可穩(wěn)定在1 750 t/d，最佳工況達(dá)到1 795 t/d，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，同時(shí)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(zhì)，同時(shí)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(tǒng)出現(xiàn)低氧腐蝕，裝置投用后產(chǎn)品鎳離子含量控制在0.26%～0.28%；由于蒸發(fā)系統(tǒng)沒有較大改造，擴(kuò)能后物料流速提高，停留時(shí)間變短，雖然流程變長，但縮二脲并沒有增長；同時(shí)原來蒸發(fā)蒸汽系統(tǒng)噴射泵改為水力噴射器后，大大降低了蒸發(fā)表冷器的負(fù)荷，即使在夏季循環(huán)水32 ℃的條件下，產(chǎn)品質(zhì)量也可以穩(wěn)定在優(yōu)等品。

3 結(jié)語

(1)項(xiàng)目采用提前預(yù)制、短停并網(wǎng)的施工方案，利用裝置大修機(jī)會(huì)，分別于2014年和2016年實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。改造前后數(shù)據(jù)對(duì)比見表2。

表2 改造前后數(shù)據(jù)對(duì)比

注：①2#尿素回收大顆粒洗滌液(尿素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%，Q=5 m3/h)，蒸汽消耗偏高；②電耗以主裝置運(yùn)行設(shè)備計(jì)算。

(2)經(jīng)過兩年的優(yōu)化調(diào)整，裝置擴(kuò)能35%以上穩(wěn)定運(yùn)行，產(chǎn)品蒸汽消耗和液氨消耗均有一定下降。