水溶液全循環(huán)尿素節(jié)能增產(chǎn)改造的問題探討

1、水溶液全循環(huán)尿素節(jié)能增產(chǎn)改造的問題探討 來源：技術(shù)部時間：2008-9-16 8:58:37                       水溶液全循環(huán)尿素節(jié)能增產(chǎn)改造的問題探討                &

2、#160;                     谷慶合                           

3、0;山東華魯恒升化工股份有限公司  摘  要：文章介紹了雙塔節(jié)能增產(chǎn)尿素改造的工藝內(nèi)容和工藝特點，并詳細介紹了第一套水溶液全循環(huán)尿素裝置的發(fā)行與開車情況。     我國現(xiàn)有190多套以水溶液全循環(huán)尿素工藝建設(shè)起來的尿素裝置，這種工藝的主要特點是技術(shù)成熟、高壓設(shè)備少、設(shè)備能國內(nèi)制造、投資相對較低等。雖然經(jīng)過了幾十年的運行和改造，產(chǎn)品消耗有了一定的降低，但由于工藝的局限，這種尿素生產(chǎn)工藝仍是一種相對落后的工藝。在全世界都重視能源消耗和環(huán)境保護的今天，對它進行改造是時代的要求。選擇一種工藝成熟、能耗相對較低、原

4、有設(shè)備利用較多、投資省、主要設(shè)備國內(nèi)可以制造的工藝，對它們進行改造，是我國化工界同仁的一種共同的愿望，也是各生產(chǎn)企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)的一致要求。今天與諸位同仁就我公司“雙塔節(jié)能增產(chǎn)尿素改造工藝”的情況和出現(xiàn)的問題進行探討。    這種尿素改造工藝主要增加高壓圈、低壓分解循環(huán)系統(tǒng)部分設(shè)備和對蒸發(fā)系統(tǒng)的改造。憑著主尿素合成塔（低水碳比）較高的二氧化碳轉(zhuǎn)化率和汽提塔的汽提作用，使中壓系統(tǒng)的生產(chǎn)負荷大大降低，在增加生產(chǎn)能力的情況下，中壓系統(tǒng)不用改造。汽提塔的汽提氣與中壓返回的一甲液在輔尿素合成塔內(nèi)繼續(xù)合成尿素，高壓甲銨冷凝器產(chǎn)生的0.75MPa蒸汽做為低壓分解、蒸發(fā)系統(tǒng)和尿

5、素解吸系統(tǒng)的用汽。設(shè)計經(jīng)過改造后到達了氨耗575Kg/tUr、2.5MPa蒸汽260Kg/tUr、1.3MPa蒸汽750Kg/tUr、電121Kwh/tUr、循環(huán)水102m3/tUr。    我公司采用中國寰球工程公司的雙塔節(jié)能增產(chǎn)尿素改造工藝技術(shù)，第一套裝置由中國寰球工程公司設(shè)計，第二套裝置由公司內(nèi)部的設(shè)計公司進行設(shè)計。第一套尿素改造裝置于2004年9月19日投料開車，一次打通流程，產(chǎn)出0.75MPaG的低壓蒸汽，主尿素合成塔也沒有出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。然后又進行緊張的第二套尿素裝置改造工作，第二套尿素改造裝置于2005年12月31日投料開車，一次打通流程。目

6、前兩套裝置都運行得很好，由于CO2壓縮機和造粒系統(tǒng)不太配套，兩套裝置日產(chǎn)1750噸。相信這兩個系統(tǒng)完善以后，達到預(yù)期的目標是沒有問題的。 1. 雙塔節(jié)能增產(chǎn)尿素改造工藝的內(nèi)容說明 1.1 高壓圈改造    原料液氨的升壓和CO2壓縮的操作參數(shù)，與水溶液全循環(huán)工藝相同，只是二氧化碳壓縮機和高壓氨泵的生產(chǎn)能力，要有相應(yīng)的增加。升壓至20MPaG的液氨，經(jīng)液氨預(yù)熱器預(yù)熱后與CO2氣一起先進入甲銨冷凝器，利用甲銨反應(yīng)熱，副產(chǎn)0.75MPaG的低壓蒸汽，以副產(chǎn)蒸汽的壓力來控制甲銨的反應(yīng)量，保留部分氣相CO2進入主尿素合成塔，

7、以維持主尿素合成塔的熱量平衡。為了使氨和CO2在甲銨冷凝器內(nèi)有充分的反應(yīng)，在甲銨冷凝器內(nèi)，加入部分中壓返回的一甲液。第一素合成塔的NH3/CO2分子比為3.33.8，H2O/CO2分子比為0.15，操作壓力20MPaG，操作溫度約為190，CO2的單程轉(zhuǎn)化率約為7274.6以上。出主尿素合成塔的物料被減壓至15.6MPaG，利用尿素合成液中的過剩氨進行自身汽提，將部分未轉(zhuǎn)化為尿素的甲銨分解分離，合成塔氣相層取出部分氣體進入汽提塔的下部，在汽提塔換熱管內(nèi)起到一定的汽提作用。汽提所需的熱量由2.16MPaG的飽和蒸汽提供，汽提塔出液溫度控制在195205，然后減壓至1.76MPaG，送原中壓分解系

8、統(tǒng)的預(yù)精餾塔下部。汽提塔出口氣相與經(jīng)一甲泵升壓至15.6MPaG的一甲液，一并進入輔尿素合成塔，輔尿塔的NH3/CO2分子比約為4.6、H2O/CO2分子比為1.4，操作壓力15.6MPaG，操作溫度約為188，CO2單程轉(zhuǎn)化率約為5155。出輔尿塔的物料被減壓至1.76MPaG，送中壓分解系統(tǒng)的預(yù)分離器。加入的防腐空氣先后流經(jīng)高壓回路的甲銨冷凝器、主尿素合成塔、汽提塔、輔尿素合成塔，以充分利用加入的防腐空氣。 1.2 中壓分解循環(huán)系統(tǒng)改造     高壓系統(tǒng)改造后，由于提高了CO2轉(zhuǎn)化率并增加了汽提塔，可使原中壓分解系統(tǒng)的負

9、荷大為減輕，再加上原設(shè)計的富裕能力，便可滿足單套裝置日產(chǎn)約1000噸尿素的要求，因此中壓系統(tǒng)不需改造。 1.3 低壓分解循環(huán)系統(tǒng)改造     將原二段分解塔和二段分解加熱器根據(jù)新增能力更換或改造為新設(shè)備，且加熱蒸汽改用高壓甲銨冷凝器產(chǎn)生的低壓蒸汽。低壓循環(huán)系統(tǒng)同樣根據(jù)新增能力要求需增加一定的換熱面積，保留原二循一冷器，在其后串聯(lián)一臺新的臥式二循二冷器，而新的臥式二循二冷器設(shè)一立式特殊結(jié)構(gòu)的鼓泡吸收洗滌段，以徹底清洗回收惰性氣中的氨。在正常操作時，低壓放空壓力調(diào)節(jié)閥可以完全關(guān)閉。 1.4 蒸發(fā)系統(tǒng)改造

10、60;    為了保持蒸發(fā)系統(tǒng)一段蒸發(fā)的負荷不變，在閃蒸槽后增加一套真空預(yù)濃縮系統(tǒng)。原一段蒸發(fā)熱利用段改用高壓甲銨冷凝器產(chǎn)生的低壓蒸汽加熱；原一段蒸發(fā)蒸汽加熱段可以取消或停用。中壓分解氣改引至新增加的真空預(yù)濃縮器作熱源，使尿液濃度自70濃縮到83。真空預(yù)濃縮后的尿液在真空預(yù)濃縮分離器內(nèi)分離，氣相進入真空預(yù)濃縮表面冷凝器冷凝，不凝氣進一段蒸發(fā)表面冷凝器。同時，為了保證二段蒸發(fā)系統(tǒng)能夠滿足生產(chǎn)的要求，二段蒸發(fā)系統(tǒng)增加相應(yīng)的生產(chǎn)能力。二段蒸發(fā)出口的尿液，抽出50，通過一臺新增的尿素融熔泵（與原尿素融熔泵相鄰布置，使用同一臺備泵）送至新增的機械造粒大顆粒尿素系統(tǒng)

11、。 1.5 尿素工藝冷凝液處理     新上一套低壓深度水解解吸系統(tǒng)，將尿素裝置排出的工藝冷凝液進一步水解解吸，回收氨和尿素，以降低氨耗。 1.6 機械造粒大顆粒尿素系統(tǒng)     采用北京達立科科技有限公司的轉(zhuǎn)鼓流化床機械造粒技術(shù)，建設(shè)一套機械造粒大顆粒尿素裝置，以滿足造粒系統(tǒng)增加生產(chǎn)能力的要求。機械造粒系統(tǒng)產(chǎn)生的廢氣，經(jīng)尾氣洗滌系統(tǒng)洗去其中所帶的尿素后放空，放空氣中的尿素粉塵含量小于30mg/m3。洗滌液濃度達到45以后，送蒸發(fā)系統(tǒng)進行蒸發(fā)。 

12、1.7 增加相應(yīng)的包裝儲運系統(tǒng)。     完成上述改造后，兩套裝置的尿素生產(chǎn)能力各增加一倍，即從原來的兩套各500噸/天增至約1000噸/天；原材料和公用工程的單耗會大幅度下降，同時消除了排出廢液、廢氣對環(huán)境的污染。 2雙塔節(jié)能增產(chǎn)尿素改造工藝特點 2.1 采用沸水換熱管殼式甲銨冷凝器移走甲銨反應(yīng)熱，使甲銨生成反應(yīng)進行的完全。而且，不會造成尿素合成反應(yīng)器有超溫現(xiàn)象。 2.2 合理的利用反混，使氨與二氧化碳有效的混合，從而使甲銨生成反應(yīng)在換熱管內(nèi)進行的盡可能完全。 2.3

13、60;利用入塔物料H2O/CO2（分子比）的降低能促進甲銨脫水反應(yīng)進行的原理，使主尿素合成塔入口的物料H2O/CO2（分子比）降到0.10.15，來提高主尿素合成塔出口物料的CO2轉(zhuǎn)化率，使之達到74%（v）以上。 2.4 采用氨自汽提使主尿素合成塔出口進入分解循環(huán)系統(tǒng)物料的總氨蒸出率達到44，甲銨分解率達到66%，減少了中低壓系統(tǒng)的物料循環(huán)量，提高了中低壓分解循環(huán)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力。 2.5 汽提塔的工藝氣體與中壓系統(tǒng)返回的甲銨液一起進入輔尿素合成塔繼續(xù)合成尿素，出輔尿素合成塔物料的CO2轉(zhuǎn)化率達到55%（v）以上。一方面省去了部分返回一甲液的壓縮功，另一

14、方面減少了用于冷卻甲銨反應(yīng)熱的冷量，將這部分甲銨反應(yīng)熱用于預(yù)熱中壓返回的一甲液。 2.6 高壓甲銨冷凝器、主尿素合成塔、汽提塔與輔尿素合成塔之間完全靠壓差流動，避免了設(shè)備的立體布置，降低裝置造價，方便檢修。 2.7 原生產(chǎn)裝置的高壓圈、中低壓裝置完全得到利用，設(shè)備利用率高，裝置投資降低，降低了投資風(fēng)險，提高投資效益。 3我公司第一套尿素改造的開車與改造情況     我公司第一套尿素裝置改造，是按工藝單元建設(shè)，并按工藝單元逐個并入系統(tǒng)的，現(xiàn)就各單元開車情況進行逐一匯報： 3.1尿素水解解

15、吸系統(tǒng)的開車與改造 3.1.1尿素水解解吸系統(tǒng)的開車     為了解決尿素工藝廢水排放對環(huán)境的污染問題，我公司首先建設(shè)了尿素水解解吸系統(tǒng)。該裝置采用了中國寰球工程公司開發(fā)的單塔低壓水解解吸新工藝專利技術(shù)，該技術(shù)將兩套尿素裝置解吸后排出的解吸廢液匯集在一起，采用單塔低壓水解解吸新工藝進行水解解吸，生產(chǎn)能力為52m3/h，使處理后的工藝冷凝液中的氨和尿素含量各降至5ppm。于2003年8月份建成，于8月14日至8月17日進行了兩次共70小時的試車，兩次試車中水解解吸氣氨和二氧化碳含量很低，而水解解吸殘液氨含量在0.45（W）左右、二氧化碳

16、在0.03（W）、尿素含量在0.02（W）至0.40（W）之間。蒸汽用量在0.4t/h1.0t/h之間，（因為2#尿素系統(tǒng)不能承受2.8t/h4.0t/h的蒸汽加入量，那樣將影響尿素蒸發(fā)系統(tǒng)的操作）。然后進行了多次試車，包括水解解吸氣相放空的試驗，只能是殘液中尿素含量分析不出，而氨含量仍在分析0.07%左右，然后宣布尿素水解解吸系統(tǒng)失敗。 3.1.2尿素水解解吸系統(tǒng)的改造     由于該裝置處理后殘液中尿素含量分析不出，我們決定利用原水解解吸塔做為水解器。對裝置進行改造，于是2003年12月2628日對水解解吸裝置進行加壓試壓測試，測

17、試結(jié)果見下表：    根據(jù)測試結(jié)果，我們對水解解吸裝置進行了改造。在尿素水解解吸塔基礎(chǔ)上，新增加一套解吸汽提系統(tǒng)；新增加的解吸汽提塔采用規(guī)整填料塔；兩套尿素的碳銨液用泵同時送新增加的解吸汽提塔；新增加的解吸汽提塔采用兩段，上段為解吸段，下段為汽提段。解吸汽提塔的解吸段應(yīng)配套設(shè)計相應(yīng)的氣相回流冷凝器、回流泵和液體換熱器。該裝置于2004年11月24日開車，殘液中的尿素和氨含量都達到了5ppm以下。 3.2 低壓分解循環(huán)系統(tǒng)和蒸發(fā)預(yù)濃縮系統(tǒng)改造的開車 3.2.1低壓分解循環(huán)系統(tǒng)和蒸發(fā)預(yù)濃縮系統(tǒng)改造是在2003年大修期間，于11月

18、份完成的。原二段分解塔填料段由1000增加到1400，而二段分解塔分離段則沒有進行相應(yīng)的改造，雖然開起車來沒有問題，但在高壓圈改造完成，加上負荷就顯現(xiàn)出了它的不足，2004年9月21日，系統(tǒng)負荷加到800噸/天，就出現(xiàn)液位穩(wěn)不住的現(xiàn)象，使后續(xù)系統(tǒng)操作出現(xiàn)困難。 3.2.2尿素二段循環(huán)系統(tǒng)原二循一冷器與原二循二冷器并聯(lián)，在其后串聯(lián)一臺新的臥式二循二冷器，而新的臥式二循二冷器設(shè)一立式特殊結(jié)構(gòu)的鼓泡吸收洗滌段，以徹底清洗回收惰性氣中的氨。 原二循二冷器加水量沒有計量，臥式二循二冷器里的稀氨水進原二循一冷器，只能吸收CO2，不能再吸收氨，造成臥式二循二冷器負荷大、惡性循環(huán)，而惰洗器

19、用二表液吸收，加液量難以控制。 我們將該系統(tǒng)改造為二循一冷器加入二表液，原二循一冷器和原二循二冷器物料同進原二循一冷分離器，臥式二循二冷器出來的氨水進原二循二冷分離器。惰洗器吸收液仍用二循二冷分離器的稀氨水。 3.2.3尿素真空預(yù)濃縮系統(tǒng)的改造 尿素真空預(yù)濃縮系統(tǒng)于2003年11月19日，2#尿素大修后開車投運，10：10時，2#尿素蒸發(fā)系統(tǒng)進料開車，一段蒸發(fā)過料一直不穩(wěn)，造成二段蒸發(fā)溫度和過料都不穩(wěn)，無法造粒，于12：50時，蒸發(fā)系統(tǒng)停車熱洗。然后在尿素真空預(yù)濃縮表面冷凝器不凝氣出口的法蘭處增加一節(jié)流板，節(jié)流板上開三個ø25的孔，14：30時，蒸發(fā)系統(tǒng)

20、第二次開車。第二次開車過程中過料比較穩(wěn)，一段蒸發(fā)真空度提起來之后，就出現(xiàn)過料不穩(wěn)，一段蒸發(fā)加熱器出口溫度上升到150160，二段蒸發(fā)出現(xiàn)結(jié)晶，破真空后就出現(xiàn)二段蒸發(fā)過料量特小，而且時斷時續(xù)，至16：40時，蒸發(fā)系統(tǒng)不能繼續(xù)開了，再次停車熱洗。在尿素真空預(yù)濃縮分離器下料口加盲板，甩出尿素真空預(yù)濃縮裝置，18：45時，尿素蒸發(fā)系統(tǒng)重新開車。至此尿素真空預(yù)濃縮裝置開車失敗。 3.3導(dǎo)致尿素真空預(yù)濃縮裝置開車失敗的原因分析 3.3.1尿素真空預(yù)濃縮系統(tǒng)的所有加熱器都是升膜式加熱器，物料從底部進入，進料壓差不穩(wěn)定?！爱斄泄軆?nèi)的物料沒有汽化時，從預(yù)濃縮分離器到一段蒸發(fā)分離器要克服的壓差

21、或位差是這一段管道的阻力降，當加熱器內(nèi)的物料被加熱，列管內(nèi)的物料汽化時，列管內(nèi)物料的密度急劇下降，從預(yù)濃縮分離器到一段蒸發(fā)分離器要克服的壓差或位差急劇降低。當預(yù)濃縮分離器的物料過完之后，列管內(nèi)沒有物料，又要靠分離器積累物料來制造位差，于是，就形成了對后系統(tǒng)一波又一波的過料與不過料，使后系統(tǒng)無法操作?！彼裕O(shè)計中就需要考慮到使液體物料始終處于管道中（不能使液位上升到預(yù)濃縮分離器中）或有足夠的生產(chǎn)負荷，才能保證后系統(tǒng)過料穩(wěn)定。 3.3.2尿素真空預(yù)濃縮系統(tǒng)的操作壓力（真空度）沒有調(diào)節(jié)手段，真空預(yù)濃縮分離器與一段蒸發(fā)分離器的位差只有0.37米，而真空預(yù)濃縮表面冷凝器與一段蒸發(fā)表面冷凝器之

22、間由一根159×4.5的管道連接，想實現(xiàn)用壓差控制過料沒有相應(yīng)的調(diào)節(jié)手段。 3.3.3我公司尿素蒸發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計本來就有一定的問題，閃蒸槽與一段蒸發(fā)分離器之間沒有位差，生產(chǎn)過程中靠壓差來控制過料，中間增加一套真空預(yù)濃縮裝置之后，閃蒸槽與真空預(yù)濃縮分離器之間的位差變?yōu)樨摰?.5米，閃蒸槽必須采用正壓操作才能保證真空預(yù)濃縮器過料，而閃蒸槽采用正壓操作又將影響真空預(yù)濃縮器的進料溫度，進而影響真空預(yù)濃縮器的換熱，使尿素真空預(yù)濃縮系統(tǒng)無法正常操作。改造設(shè)計中應(yīng)將閃蒸槽自21.00米層提到26.00米層上，使閃蒸槽與真空預(yù)濃縮分離器之間有一定的位差，再有一點壓差，就能滿足過料，閃蒸槽也可

23、以起到閃蒸作用，保證真空預(yù)濃縮器的換熱。 3.3.4 配管的問題，閃蒸槽與真空預(yù)濃縮器之間設(shè)置一開車切斷閥，為了便于該閥門的操作，競將該管道設(shè)計成倒U型管。 為了解決以上問題：我們在尿素高壓圈投運過程中，將閃蒸槽自21.00米層提到26.00米層上，真空預(yù)濃縮系統(tǒng)單獨設(shè)置真空系統(tǒng)，理順了所有不順的管道，閃蒸槽到真空預(yù)濃縮器，真空預(yù)濃縮器到一段蒸發(fā)加熱器之間，都采用了U型管或V型管連接。經(jīng)過改造后，尿素高壓圈投運過程中很容易就開起來了，而且節(jié)能效果明顯。 3.4大顆粒尿素開車 機械造粒大顆粒尿素系統(tǒng)采用北京達立科科技有限公司的轉(zhuǎn)鼓流化床機械造粒技

24、術(shù)。機械造粒系統(tǒng)產(chǎn)生的廢氣，經(jīng)尾氣洗滌系統(tǒng)洗去其中所帶的尿素后放空，放空氣中的尿素粉塵含量小于30mg/m3。洗滌液濃度達到45以后，送蒸發(fā)系統(tǒng)進行蒸發(fā)。 3.4.1大顆粒尿素開車后發(fā)現(xiàn)的問題 裝置于2004年2月23日投料開車，開車當日就達到了設(shè)計能力，班產(chǎn)大顆粒尿素157.5噸，而且顆粒均勻，粒子圓滑。但隨之而來的是一大堆的問題：造粒轉(zhuǎn)鼓進料端端封漏料嚴重、引風(fēng)機出口氣體中粉末較多、流化床底部（特別是流化床底部斜面上）結(jié)尿素粉塵嚴重、氣體洗滌器進口堵、振動篩篩網(wǎng)使用時間短等。 3.4.2大顆粒尿素問題的處理方法 3.4.2.1造粒轉(zhuǎn)鼓進料器端封漏料的

25、問題，采用在造粒轉(zhuǎn)鼓進料器里加一塊較大的擋板的方法，將從抄板料斗里倒在流化床的端頭上，而崩進造粒轉(zhuǎn)鼓進料器的尿素顆粒，重新收回造粒轉(zhuǎn)鼓，使它不進入造粒轉(zhuǎn)鼓進料器端封。 3.4.2.2采用將尿液噴嘴管向前移250mm，向下移30mm，使尿液噴嘴到流化床下了口距離降至280mm，噴嘴到流化床下檐的距離增加到280mm的方法，以減少尿液在到尿素顆粒料簾之前就已經(jīng)發(fā)散、發(fā)漂的量，解決引風(fēng)機氣體中粉末較多和流化床底部結(jié)尿素粉塵的問題。雖然解決一些問題，減少了引風(fēng)機氣體中粉末含量，也減少了流化床底部結(jié)尿素粉塵的量，但沒能徹底解決。結(jié)合山西豐喜不存在流化床底部結(jié)尿素粉塵的現(xiàn)象，說明我們還有一些問題沒搞清。 3.4.2.3氣體洗滌器進口堵的問題是氣體流動方向的問題，經(jīng)過將氣體從切線方向進入改為從頂部進入，問題基本解決了。 3.4.2.4振動篩篩網(wǎng)使用時間短的問題是篩網(wǎng)材料質(zhì)量的問題，廠家更換了篩網(wǎng)材料，問題基本解決了，篩網(wǎng)可用一個多月了。 3.5尿素高壓圈改造系統(tǒng) 3.5.1尿素高壓圈改造的開車情況 尿素高壓圈改造項目是整個尿素改造的總成套，它考驗著裝置的每個單元。該項目我們的重視程度最高，投入的精力也最大，所以，該項目開的也最順利。2004年9月19日投料開車，一次打通流程，