水溶液全循環(huán)尿素裝置工藝優(yōu)化及運行總結

梅樹美

(安徽昊源化工集團有限公司安徽阜陽236056)

水溶液全循環(huán)尿素裝置工藝優(yōu)化及運行總結

梅樹美

(安徽昊源化工集團有限公司安徽阜陽236056)

安徽昊源化工集團有限公司(以下簡稱昊源公司)2#尿素裝置原采用傳統(tǒng)型水溶液全循環(huán)工藝，公稱設計能力為400kt/a，2007年建成投產。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，對該尿素裝置進行了節(jié)能優(yōu)化技改。投產運行至今，尿素裝置運行穩(wěn)定，消耗大幅下降。

1 工藝優(yōu)化技術方案

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負荷的逐漸提高，物料返混加重，塔壁效應導致產生內環(huán)流現(xiàn)象，物料停留時間加長，合成轉化率偏低，致使物料消耗升高。通過改造尿素合成塔內件和調整塔內反應結構區(qū)域，使尿素生成反應按照活塞狀態(tài)上移，能最大限度解決合成塔內物料返混和提高氣液接觸的比表面積，從而達到提高CO2轉化率的目的。

經多次論證，決定采用GC-IB型高效翅片式塔盤，其利用氣體動能進行強化分離和吸收，特殊的翅片型結構將運動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，增加氣液接觸機會，增大液膜傳質面積;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特優(yōu)勢。因為GC-IB型高效翅片塔盤利用罩帽頂部裝有的旋轉型翅片，使通過翅片的氣體達到一定的旋轉速度，并轉變?yōu)閺较虻膱A周運動，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，并且可強化氣液接觸，使塔內氣液兩相每經過一層高效塔盤，氣液之間都會重新分布，改善氣液相的質熱平衡狀態(tài)，加快CO2氣體在液相中的溶解速度，促進氨基甲酸銨脫水生成尿素的反應，真正實現(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液體分布器對尿液的分布呈降膜狀態(tài)，在加熱分解過程中，由于過剩氨的蒸發(fā)對甲銨的分解產生汽提作用。自尿素合成塔出來的氣液混合物進入預分離器分離成氣液兩相，其中尿液進入自汽提中壓分解塔上部，經蒸鎦段的精鎦作用以減少氣相帶水量，再經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。由于過剩氨的原因，邊加熱邊分解的富氨氣體對CO2產生一定的汽提作用，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，使汽提換熱管內液體分布均勻，在液膜器頂端設限流孔板，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

來自惰洗器的不凝性氣體進入惰氣精洗器上部的內防爆空間，以緩沖和吸收爆源能量，再進惰氣精洗器的底部換熱段，由精洗液進行鼓泡吸收;精洗后的尾氣由壓力調節(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，具有爆后自動復原的功效，又能隔離防爆空間與吸收空間，起到密封作用;從設備上中部引出的精洗液，經液位調節(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:①利用分布吸收原理，在惰洗器的基礎上達到精洗的目的;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，達到柔性防爆和永久使用的目的，其最大特點是生產時不漏氣，爆炸后能復原;⑤增加了惰氣精洗器，惰洗器的惰氣中氨含量無需刻意降低，也增強了惰洗器的安全性;⑤減少了尿素生產氣體的污染源，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備的影響，蒸汽的帶水以及壓力的波動均會影響一、二段蒸發(fā)真空度，不僅蒸汽消耗高，而且影響產品的質量。為此，現(xiàn)采用水力雙吸噴射抽真空技術，安裝2臺高效水力雙吸噴射器，增加1臺循環(huán)水箱和2臺循環(huán)水泵(1開1備)，工作介質采用脫鹽水或二表液，循環(huán)使用。泵的出口分兩路，一路進入一段水力噴射器，另一路進入二段水力噴射器，循環(huán)水經噴射器被高速噴射流強制挾帶，使吸入室內壓力降低而形成真空，噴射液體與氣體混合吸收進入循環(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 運行效果

表1工藝優(yōu)化前、后工藝參數(shù)對比

工藝優(yōu)化前、后工藝參數(shù)對比見表1。

(1)采用GC-IB型高效翅片式塔盤后，大大提高了CO2轉化率，減輕了中壓吸收負荷及減少了中壓放空量，尿素產品優(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行后，提高了蒸汽利用率，降低了蒸汽消耗。原一分加熱器設計成升膜換熱器，但因噴射速度不夠，尤其是負荷大時難以成膜，幾乎是浸沒式換熱，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，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;提高了產品質量，減少了縮二脲的生成量，并減少了結垢現(xiàn)象。水力噴射泵抽真空技術的應用明顯優(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 結語

昊源公司水溶液全循環(huán)尿素裝置工藝優(yōu)化后，在提高產品質量、降低生產成本、節(jié)能降耗、減少環(huán)境污染等方面具有較好的促進作用，每年可節(jié)約資金約1500萬元。節(jié)能新技術在水溶液全循環(huán)尿素裝置中的應用不僅帶來可觀的經濟效益，而且環(huán)保效益較好。

2014-10-09)