尿素節(jié)能改造及優(yōu)化控制小結

1、尿素裝置節(jié)能改造與優(yōu)化操作小結劉肇慶（山東陽煤恒通化工股份有限公司 山東郯城 276100）一、基本概況山東陽煤恒通化工有限公司現(xiàn)有二套化四院設計年產(chǎn)四萬噸、六萬噸水溶液全循環(huán)法尿素裝置各一套，近年來采用同行業(yè)先進的尿素系統(tǒng)化改造技術，分步驟對尿素裝置進行了技術改造，已具備日產(chǎn)800噸的生產(chǎn)能力，各項消耗指標均有所下降。二、系統(tǒng)節(jié)能改造情況1.高壓系統(tǒng)1.1在原設計為40kt/a和60kt/a生產(chǎn)能力的基礎上，先后對兩套尿素進行雙塔并聯(lián)流程改造，由于產(chǎn)能的擴大，合成塔生產(chǎn)強度的提高，相應合成塔轉化率有所下降，通過應用新型高效塔板，在塔板上增加氣泡式泡罩，使氣液相接觸反應的幾率增加，并加快反應熱

2、的擴散速度，從而提高第一反應式的完成程度。同時增加了塔板的安裝數(shù)量，增加了塔內的反應區(qū)段，從而提高了氣液傳質效果。改造后，在高生產(chǎn)強度下，合成轉化率可提高到67%，生產(chǎn)能力提高的同時，中壓系統(tǒng)負荷也大大降低。1.2入塔立式止回閥全部更換成臥式止回閥，不僅方便了檢修，降低了維修費用，而且使用效果較好。1.3兩套尿素各增加一臺14m3/h的3JA-14/21-TB一甲泵和一臺20m3/h的3A-20/21-T的液氨泵。2.中壓系統(tǒng)2.1中壓分解系統(tǒng)改造。中壓分解系統(tǒng)的改造重點通過新技術的應用改造一段分解系統(tǒng)，降低一段分解蒸汽耗。原一段分解采用預蒸餾流程， 2000年5月，2#尿素新上一臺800mm

3、預分離器，采用預分離預蒸餾流程，即合成塔出來的反應熔融物，經(jīng)減壓絕熱膨脹，進入預分離器，分解所需的熱量由合成塔出來的熔融物自身降溫提供，使大部分游離氨得到分離。提高了CO2的吸收率，大大降低了一吸塔的熱負荷，減少了一吸塔塔頂和塔底回流氨用量，同時一分塔蒸汽消耗也明顯下降。但是隨著負荷的增加，由于預分離器容積較?。?002600，V=0.8m3），安裝位差達不到要求，在運行中預分離器氣相帶液嚴重，達不到理想的預分離效果。2006年11月，2#尿素新上一臺1200mm F=333m2的自氣提式一分塔，分上下兩段，上段為五層GC型高效翅片式塔板，下段為降膜式換熱器。改造開車后得到了較好的效果：一分塔

4、氣相溫度由原來的130下降為123，一吸塔運行穩(wěn)定；噸尿素蒸汽消耗下降約50Kg。由于效果顯著，在2009年6月1#尿素進行了同樣改造。2.2中壓吸收系統(tǒng)改造。中壓吸收系統(tǒng)的改造重點在于中壓吸收塔的優(yōu)化，擴大一吸冷卻器面積，盡可能的降低一吸塔精洗段的負荷，并相應增加氨冷器面積，滿足擴能的需要。一吸塔是水溶液全循環(huán)法工藝的“心臟”，其塔盤泡罩高度，鼓泡段容積、分布器開孔情況對熱平衡和物料平衡影響很大。1#尿素原1000mm的一吸塔更換為1200mm的一吸塔，2#尿素在原1100mm一吸塔下部加長了2m，對分布器重新開孔；對一吸冷卻器設備流程進行優(yōu)化改造，1#尿素增設一臺600mm、F=71m2的

5、第二一吸冷卻器，與原71m2串聯(lián)；2#尿素增設一臺800mm、F=90m2的第二一吸冷卻器及一臺1000mm、F=150m2的第三一吸冷卻器，與原71m2串聯(lián)，使一吸塔的吸收負荷外移。從而提高了一段吸收系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，使一吸塔內的吸收負荷下降，減少了頂?shù)谆亓靼庇昧?，增加了一吸塔調節(jié)裕量，進一步提高了一吸塔的操作穩(wěn)定性和生產(chǎn)能力。2.3對氨冷器進行了改造，1#尿素增設一臺800mm 、F=220m2氨冷器；2#尿素增設一臺800mm 、F=110m2氨冷器，同時把氨冷器A由原來F109m2更換為F350m2的氨冷器，增加一根57mm氣相平衡管，平衡了氨冷器的負荷，提高了氨冷器的冷卻效率，從而提高

6、了整個吸收系統(tǒng)的生產(chǎn)能力。解決了以前因水溫高造成氨冷器積液，引起工況波動，為穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)提供了保證。2.4兩套尿素的二甲泵由原來2臺增加到3臺；改變了原來二循二冷溶液中CO2含量超標的現(xiàn)象，噸尿素氨耗進一步下降。2.5對兩套尿素的脫鹽水冷卻系統(tǒng)進行改造。1#尿素增設一臺換熱面積為139m2臥式脫鹽水換熱器。2#尿素增設一臺換熱面積為200m2立式脫鹽水換熱器，提高了換熱效率，噸尿素脫鹽水消耗由3.0m3左右降到2.0 m3以下。2.6更換了兩套尿素框架內的原料氨管線，對兩套系統(tǒng)液氨緩沖槽液位調節(jié)閥、中壓壓力調節(jié)閥進行了改造，由六樓移到三樓，降低了操作人員的勞動強度，提高了工作效率，減少了工況波動。

7、3.低壓及解析系統(tǒng)為降低改造的投資費用，低壓分解系統(tǒng)基本利用一段分解系統(tǒng)設備進行改造，擴大低壓分解系統(tǒng)的能力，并利用新技術，降低分解消耗，降低低壓吸收系統(tǒng)的負荷。3.1把原一分塔改為二分塔使用。并把一分加熱器液位槽的膨脹蒸汽送給二分加熱器使用，不足部分由中壓蒸汽管網(wǎng)提供。1#尿素二循一冷更換為F=220m2，原F=168m2的二循一冷作為二循二冷使用。利用廢舊的閑置設備，在二循一冷前增設預冷器，減輕了二循一冷和二循二冷的吸收負荷。改造后，不僅完全滿足了高負荷生產(chǎn)的要求，而且噸尿素氨耗和蒸汽消耗進一步降低。3.2對尾吸系統(tǒng)進行了改造，采用雙尾吸流程。在常壓尾吸塔前，增設0.4Mpa帶壓尾吸，提高

8、了尾吸吸收效率，減少了尾吸塔排放氣中的氨含量，由原來設計的8%降至1%以下，尿素氨耗進一步降低。3.3對尿素深度水解裝置的回流冷凝器流程進行改造，改變了以往因回流液溫度高，解析超壓問題。深度水解回流液溫度控制在4550送二循一冷。處理后含氨20ppm，尿素5ppm的廢水送往水解廢液和甲醇殘液回處理系統(tǒng)，經(jīng)處理合格后給造氣夾套汽包使用，既節(jié)約了脫鹽水，又提高了經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。3.4對高壓柱塞泵填料密封水進行改造。正常運行時，氨泵填料密封水、一甲泵填料密封水、熔融泵密封水、二甲泵、氨水泵的填料密封水收集后送往碳銨液槽，經(jīng)解析泵泵送入水解系統(tǒng)，既控制了環(huán)保排放，又降低了氨耗。同時增加了5000m

9、m、V=100 m3和V=50 m3的碳銨液事故槽，供生產(chǎn)不正常時使用。4.蒸發(fā)造粒及包裝系統(tǒng)4.1二蒸分離器進行改造，改為旋風分離器，二蒸加熱器的換熱面積由原來7.5m2增加為F=12.85 m2，使用鈦材材質，有效的延長了加熱器的使用壽命，由原6個月左右的使用周期到目前使用10年。4.2一尿的閃蒸由原來500mm改為700mm。并增設了閃蒸冷凝器，有利于蒸發(fā)真空度的控制。4.3對表冷器流程進行優(yōu)化改造。一表冷進行更換由F=112m2改為F=207m2，新增了二表水冷，與原二表水冷串聯(lián)，改造后，保證系統(tǒng)的冷卻效果，滿足了生產(chǎn)能力提高的需要。4.4一尿二表氨冷改用冷卻水冷卻，因原二表氨冷換熱面

10、積偏小，在其后又串聯(lián)一個第二表冷器，以滿足二段真空度的要求。氨冷改用水冷后，噸尿素節(jié)約冷量2.633.05GJ，可節(jié)約合成氨冰機噸氨電耗1度。但近年來由于一次水資源比較緊張，夏季循環(huán)水溫度高，氨冷改用水冷后，二段真空度難以控制。4.5對二蒸下液管進行改造，對易出現(xiàn)沖刷腐蝕的二蒸出口管道進行加粗，由159mm改為219mm有效的減少了設備的腐蝕情況，同時提高了管道的使用材質，使用316材質的管道，延長了管道的使用壽命，由一年到現(xiàn)在的3年左右。4.6增設水力噴射裝置。原有的蒸發(fā)系統(tǒng)噴射器采用蒸汽作為動力，既浪費了蒸汽，又造成氨損失。經(jīng)過考察論證，兩套尿素各增1套水力雙吸噴射裝置，取代了原一段蒸汽噴

11、射器和二段蒸汽噴射器。水力噴射循環(huán)槽用水由熔融泵密封水供給，循環(huán)提濃后送水解系統(tǒng)，這樣不僅節(jié)約了密封用脫鹽水，而且減輕了環(huán)保壓力。改造后，噸尿素蒸汽消耗下降了50Kg，日回收氨0.5t。4.7對蒸發(fā)系統(tǒng)的蒸汽冷凝液系統(tǒng)進行改造，一、二蒸加熱器不使用疏水器疏水，使用了液封自流式液位槽，降低了蒸汽消耗。4.8對造粒系統(tǒng)進行改造，有效的改善了造粒塔粘塔的現(xiàn)象，同時尿素質量也有所提高，保證了系統(tǒng)擴能的要求。5.空壓站循環(huán)水系統(tǒng)5.1在2009年1月份對循環(huán)水流程進行改造，增設4臺12SA-13A揚程為26米的低壓循環(huán)水泵，壓縮機及二循一冷、二循二冷改用低壓水，保證了六樓氨冷器水量，避免了夏季氨冷積液現(xiàn)

12、象，同時節(jié)約了水量，減少了開泵臺數(shù)，節(jié)約了電耗。5.2在2009年2月份循環(huán)水系統(tǒng)增設旁濾裝置，循環(huán)水水質得到改善，保證了冷卻器冷卻效果。同時減少了排水量，節(jié)約了一次水用水量。5.3在2007年12月份儀表空氣增設了冷干機，增加一臺100m3的空氣儲罐，解決了儀表空氣帶水問題，保證了調節(jié)閥門的穩(wěn)定運行。三、工況的優(yōu)化控制設備具備了降耗的基礎，同時再以正確的調整方法，即可達到節(jié)能降耗的目的，優(yōu)化工藝控制操作如下:1.用水平衡的概念指導操作水溶液全循環(huán)法工藝是指用水吸收未反應物，分解出來的氨、CO2，以甲銨液返回合成塔。循環(huán)的內容有：過量的氨和未反應物中分解的氨循環(huán)；未反應物分解后CO2的循環(huán)；水

13、的循環(huán)。水溶液全循環(huán)法工藝的核心是保持系統(tǒng)水平衡，水的來源有三個：用于吸收分解氣的水；解析氣相中帶的水；一、二分氣相帶來的水。如果操作不穩(wěn)定，帶進尿塔的水增多，則轉化率下降，進入循環(huán)系統(tǒng)的未反應物增多，分解氣中水蒸氣也增多；一甲液濃度下降速度增加。致使操作難以控制，發(fā)展到惡性循環(huán)而不能控制的地步。因此，維持系統(tǒng)水平衡的關鍵在于控制吸收用水和分解氣、解析氣中的水含量。根據(jù)系統(tǒng)工藝工況，系統(tǒng)水平衡有三個標志：入塔H2O/CO2比在0.650.85；一甲液中CO2含量在2834%；二分后尿液濃度為約67%。由工藝物料衡算可知，噸尿素一段進入合成塔的水330Kg，合成塔生成的水300Kg，最后由解析廢

14、液排出。2.提高CO2轉化率二氧化碳轉化率是尿素生產(chǎn)中的重要工藝指標，直接影響蒸汽消耗量和尿素產(chǎn)量，轉化率每上升1%，噸尿素在一分加熱器的蒸汽耗下降約40Kg。因此，提高尿素合成塔的轉化率，是降低消耗的重要因素之一，首先維持好全系統(tǒng)水平衡，控制入塔NH3/CO2比在4.0，H2O/CO2比在0.65（最大限度不能超過0.85），塔溫188溫度，尿塔頂、底溫差控制在68度。提高轉化率，減少循環(huán)負荷，減少損失量。其次是控制好CO2氣的純度，我公司NHD脫碳工藝CO2純度在98.5%以上，CO2氣的氧含量能控制的是加空氣量，正常生產(chǎn)時控制在指標的中下限，以減少帶入系統(tǒng)的惰性氣，減少尾氣排放量。同時要

15、穩(wěn)定合成塔負荷，避免合成塔壓力溫度的波動。入塔甲銨液溫度嚴格控制在95以內，保證一甲泵長周期穩(wěn)定運行。3.控制好一、二段的分解溫度操作中控制好一、二段的分解溫度在指標內，保證使一、二段的甲銨分解率和總氨蒸出率達到指標要求。即一段甲銨分解率達89%；二段甲銨分解率達98%，總氨蒸出率達99%以上。若一段分解不完全，則負荷帶至二段，一是吸收用水增多，影響系統(tǒng)水平衡，二是尾氣中氨含量升高，氨耗高。因為二段分解負荷增加，去蒸發(fā)尿液中氨含量上升。4.吸收系統(tǒng)操作4.1一吸塔操作是關鍵，一吸塔工況穩(wěn)定與否是體現(xiàn)系統(tǒng)水平衡程度的主要標志。穩(wěn)定一吸塔的操作，控制進水量，使一甲液濃度穩(wěn)定，維持液位穩(wěn)定，不排放。

16、一吸塔盡量不用底部回流氨，少用頂部回流氨，塔底部溫度控制不能太底，一般在9095度；對于水溶液全循環(huán)法，按噸尿素為基準：氨泵2.22.4m3，一甲液1.1 m3，氨水0.16 m3，二甲液0.32 m3，一冷加水50kg，二冷加水100kg。在實際操作中，為提高熱能利用段的效率和提高一吸塔下部鼓泡段吸收CO2 的能力，應盡量加大二甲液量，但總的補水量是不變的，但要注意在改變補水量的分配后，不要忘記一吸塔的最少噴淋量，防止過低的減氨水造成精洗段超溫。從一吸塔上部進入精洗段的氨水量減少后，提高了該段氨水的濃度，所以該段的溫度較好控制，頂氨的補入量也減少了，能夠降低一定的氨耗和頂部溫度易于控制；由于

17、進入一吸塔下部鼓泡段的二甲液增加，吸收一分氣相中CO2 的能力增強，提高了一吸塔的生產(chǎn)能力，同時到精洗段氣相中的CO2 相減少，頂部溫度更加容易控制，所以能夠達到降低氨耗、增強產(chǎn)能和穩(wěn)定一吸塔操作的目的。脫鹽水溫度控制在9095，使?jié)饧卒@在一吸冷卻器中不產(chǎn)生結晶的危險。水溫調至95是上限，如在95100下循環(huán)，因汽化而使泵的循環(huán)量下降，一吸塔底部溫度會上升。4.2操作中一、二冷液位要保持在下視鏡中，防止一、二冷氣相帶液，同時要注意不能任意排放。4.3控制好尾吸塔的補水量和塔溫，減少放空氣中的氨含量。4.4開好解吸，穩(wěn)定好水解操作。4.4.1解吸操作的依據(jù)：解析塔氣相中水含量盡量少；解析廢液中氨

18、含量，尿素含量達標且盡量低；達到前兩個條件下盡量節(jié)約蒸汽。4.4.2解吸目的：將氨水中的二氧化碳、氨分離出來，得到二氧化碳和氨的混合氣體和水的過程，解吸是吸收的逆過程，解吸需降壓和提溫。為此，解吸壓力越低越利于解吸，但解吸氣要送至水解回流冷凝故需具有一定壓力，克服阻力的影響，解析塔壓力控制在0.300.43mpa為宜。4.4.3解析塔上、下塔溫度的控制。只要解吸壓力確定了，就可以查出對應壓力下水的沸點。在此室溫下，即可達到解吸效果。解析塔上塔135，解析塔出液為145153，增大蒸汽量不會改變塔中部和底部溫度，而會使頂部溫度升高，故應使底部蒸汽剛能使中底部溫度達到沸點為宜。4.4.4解析塔出氣

19、溫度的控制。為了保證解析塔氣相中水含量盡量少應降低解吸氣相溫度，通過水解自身回流來控制，但同時要兼顧回流液濃度和解析壓力，故解析氣相溫度不能降的過低，一般控制121為宜。4.4.5盡量提高碳銨液槽氨水濃度。進解析塔的氨水來自氨水槽、提氫等壓回收塔氨水以及銅洗再生氣回收氨水，其濃度受系統(tǒng)影響，不易選擇，碳銨液槽氨水槽氨含量一般為57。濃度升高，會使進塔溶液中的氨分壓增大，從而影響解析塔的正常操作，當氨水槽濃度升高時，操作要小心。當進解析塔的量及其濃度一定時，適當提高氨水溫度，可以降低進解析塔的蒸汽用量，進液溫度低，耗蒸汽多，進液溫度高，易發(fā)生閃蒸，使解吸氣相含水量增加。進解析塔氨水經(jīng)解析換熱器溫度90，一般為115左右。4.4.6水解目的是回收氨水中的尿素。通過直接加熱，產(chǎn)生水解反應。得到氨和二氧化碳。水解反應是在液相中產(chǎn)生的，故為使塔內液體不氣化，故壓力必須大于該溫度下的飽和蒸汽壓力。水解壓力一般控制為1.51.7mpa。水解塔溫度越高，水解越充分，但由于水解塔材質允許溫度的限度。我公司使用的是316襯里水解塔，故水解塔下部壁溫199，出液溫度200。水解塔上部溫度190，水解氣相180。水解塔液位控制為5090。5.蒸發(fā)系統(tǒng)操作5.1閃蒸