尿素合成塔塔盤改造運(yùn)行總結(jié)

蘇永輝,王勝堂,樊會(huì)會(huì)

(兗礦新疆煤化工有限公司, 烏魯木齊 830000)

1 合成塔概況

兗礦新疆煤化工有限公司尿素合成塔由大連冰山集團(tuán)金州重型機(jī)器有限公司設(shè)計(jì)并制造，尿素合成塔由上封頭、下封頭、筒體和內(nèi)件構(gòu)成(見圖1)，設(shè)備規(guī)格為Φ2 800 mm×162 mm，設(shè)備高度為35 770 mm。

圖1 合成塔簡(jiǎn)易圖

筒體段由13個(gè)碳鋼筒節(jié)組成，筒節(jié)采用層盤包扎結(jié)構(gòu)，襯里壁厚為8 mm,內(nèi)筒壁厚為34 mm，筒節(jié)層盤共10層、每層為12 mm，層盤、內(nèi)筒的材料均為Q345R，上、下封頭為單層球形封頭結(jié)構(gòu)，其材料為Q345R。筒體的內(nèi)表面襯里厚度為8 mm，材質(zhì)為316L(Mod)不銹鋼，上、下封頭內(nèi)堆焊8 mm厚的尿素級(jí)不銹鋼。每一節(jié)筒節(jié)設(shè)有獨(dú)立的檢漏系統(tǒng)。上封頭設(shè)有Φ800 mm檢修人孔，塔內(nèi)安裝卡薩利孔盤式塔盤，塔盤間距約2 450 mm。合成塔的工藝基本操作參數(shù)見表1(其中，氨碳比為氨和碳的物質(zhì)的量比，水碳比為水和碳的物質(zhì)的量比)。

表1 合成塔的工藝基本操作參數(shù)

2 徑流式塔盤

徑流式塔盤可以使尿素合成塔內(nèi)氣相和液相兩相混合物自下而上沿徑向水平方向流動(dòng)，增加了氣液兩相的接觸面積，減少液相的返混，提高CO2轉(zhuǎn)化率，降低蒸汽消耗[1-2]。

徑流式塔盤尿素合成塔內(nèi)氣液兩相流程見圖2。

A—塔盤；B—?dú)庀鄵醢?；C—?dú)庀嗤ǖ?；D—液相通道。

塔盤A為徑流式塔盤，是無孔塔盤。氣液兩相混合物在合成塔內(nèi)兩塔盤之間形成徑向水平流動(dòng)。氣相流至氣相擋板B被阻攔，通過氣相通道C，以氣泡的形式進(jìn)入液相，形成液相鼓泡。氣相和液相完全接觸，NH3和CO2反應(yīng)生成甲銨，并放出大量反應(yīng)熱，提供甲銨脫水生成尿素所需要的熱量。

液相經(jīng)液相通道D向上流動(dòng)，流經(jīng)凸起頂部氣相通道C而進(jìn)入徑向水平流動(dòng)，進(jìn)行甲銨脫水生成尿素反應(yīng)[3-4]。

3 改造方案及效果

將原13層卡薩利孔盤式塔盤改造為18層徑流式高效塔盤+2層卡薩利孔盤式塔盤，改造前后塔盤的比較見表2。改造前后的生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比見表3。

表2 改造前塔盤與改造后(徑流高效塔盤)的比較

表3 改造前和改造后的生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比

由表3可得：2019年2月25日—29日5 d生產(chǎn)數(shù)據(jù)的平均值，即尿素產(chǎn)量為1 785.8 t,CO2轉(zhuǎn)化率為59.3%，氨單耗質(zhì)量為0.575 t,2.5 MPa蒸汽單耗質(zhì)量為1.03 t,CO2單耗體積流量為416 m3/h；2020年2月25日—29日5 d生產(chǎn)數(shù)據(jù)的平均值，即尿素產(chǎn)量為1 922.8 t,CO2轉(zhuǎn)化率為60.9%，氨單耗質(zhì)量為0.572 t,2.5 MPa蒸汽單耗質(zhì)量為0.99 t ,CO2單耗體積流量為392 m3/h。

改造后，尿素產(chǎn)量增加7.6%，CO2轉(zhuǎn)化率增加2.6%，氨單耗質(zhì)量降低0.5%，2.5 MPa蒸汽單耗質(zhì)量降低3.8%，CO2單耗體積流量降低5.7%。

尿素產(chǎn)量平均每天增加137 t,按目前市場(chǎng)價(jià)1 300元/t計(jì)算，生產(chǎn)尿素的完全成本價(jià)為1 168.49元/t，年生產(chǎn)時(shí)間按300 d計(jì)算,則改造后產(chǎn)生了約540萬元的利潤(rùn)。噸尿素耗蒸汽節(jié)約0.04 t,尿素年產(chǎn)量按50萬t，2.5 MPa蒸汽完全成本價(jià)按60元/t計(jì)算，則改造后蒸汽消耗節(jié)約120萬元。

4 結(jié)語

對(duì)合成塔塔盤的改造雖然取得的一定的效果，即年增長(zhǎng)660萬元經(jīng)濟(jì)效益,但是各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)仍達(dá)不到尿素裝置的設(shè)計(jì)值(氨單耗質(zhì)量0.570 t，2.5 MPa蒸汽單耗質(zhì)量0.98 t,CO2單耗體積流量376.8 m3/h)。目前該尿素裝置仍存在低壓系統(tǒng)負(fù)荷重、氨水槽濃度高等現(xiàn)象，需要進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)。