水溶液全循環(huán)尿素節(jié)能增產改造的問題探討

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

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)能增產尿素改造的工藝內容和工藝特點，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。     我國現有190多套以水溶液全循環(huán)尿素工藝建設起來的尿素裝置，這種工藝的主要特點是技術成熟、高壓設備少、設備能國內制造、投資相對較低等。雖然經過了幾十年的運行和改造，產品消耗有了一定的降低，但由于工藝的局限，這種尿素生產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、有設備利用較多、投資省、主要設備國內可以制造的工藝，對它們進行改造，是我國化工界同仁的一種共同的愿望，也是各生產企業(yè)領導的一致要求。今天與諸位同仁就我公司“雙塔節(jié)能增產尿素改造工藝”的情況和出現的問題進行探討。    這種尿素改造工藝主要增加高壓圈、低壓分解循環(huán)系統部分設備和對蒸發(fā)系統的改造。憑著主尿素合成塔（低水碳比）較高的二氧化碳轉化率和汽提塔的汽提作用，使中壓系統的生產負荷大大降低，在增加生產能力的情況下，中壓系統不用改造。汽提塔的汽提氣與中壓返回的一甲液在輔尿素合成塔內繼續(xù)合成尿素，高壓甲銨冷凝器產生的0.75MPa蒸汽做為低壓分解、蒸發(fā)系統和尿

5、素解吸系統的用汽。設計經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)能增產尿素改造工藝技術，第一套裝置由中國寰球工程公司設計，第二套裝置由公司內部的設計公司進行設計。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，產出0.75MPaG的低壓蒸汽，主尿素合成塔也沒有出現超溫現象。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壓縮機和造粒系統不太配套，兩套裝置日產1750噸。相信這兩個系統完善以后，達到預期的目標是沒有問題的。 1. 雙塔節(jié)能增產尿素改造工藝的內容說明 1.1 高壓圈改造    原料液氨的升壓和CO2壓縮的操作參數，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能力，要有相應的增加。升壓至20MPaG的液氨，經液氨預熱器預熱后與CO2氣一起先進入甲銨冷凝器，利用甲銨反應熱，副產0.75MPaG的低壓蒸汽，以副產蒸汽的壓力來控制甲銨的反應量，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在甲銨冷凝器內有充分的反應，在甲銨冷凝器內，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、統的預精餾塔下部。汽提塔出口氣相與經一甲泵升壓至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，送中壓分解系統的預分離器。加入的防腐空氣先后流經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)系統改造     高壓系統改造后，由于提高了CO2轉化率并增加了汽提塔，可使原中壓分解系統的負

9、荷大為減輕，再加上原設計的富裕能力，便可滿足單套裝置日產約1000噸尿素的要求，因此中壓系統不需改造。 1.3 低壓分解循環(huán)系統改造     將原二段分解塔和二段分解加熱器根據新增能力更換或改造為新設備，且加熱蒸汽改用高壓甲銨冷凝器產生的低壓蒸汽。低壓循環(huán)系統同樣根據新增能力要求需增加一定的換熱面積，保留原二循一冷器，在其后串聯一臺新的臥式二循二冷器，而新的臥式二循二冷器設一立式特殊結構的鼓泡吸收洗滌段，以徹底清洗回收惰性氣中的氨。在正常操作時，低壓放空壓力調節(jié)閥可以完全關閉。 1.4 蒸發(fā)系統改造

10、60;    為了保持蒸發(fā)系統一段蒸發(fā)的負荷不變，在閃蒸槽后增加一套真空預濃縮系統。原一段蒸發(fā)熱利用段改用高壓甲銨冷凝器產生的低壓蒸汽加熱；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濃縮器作熱源，使尿液濃度自70濃縮到83。真空預濃縮后的尿液在真空預濃縮分離器內分離，氣相進入真空預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)系統能夠滿足生產的要求，二段蒸發(fā)系統增加相應的生產能力。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

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，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     采用北京達立科科技有限公司的轉鼓流化床機械造粒技術，建設一套機械造粒大顆粒尿素裝置，以滿足造粒系統增加生產能力的要求。機械造粒系統產生的廢氣，經尾氣洗滌系統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)系統進行蒸發(fā)。 

12、1.7 增加相應的包裝儲運系統。     完成上述改造后，兩套裝置的尿素生產能力各增加一倍，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熱，使甲銨生成反應進行的完全。而且，不會造成尿素合成反應器有超溫現象。 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在換熱管內進行的盡可能完全。 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%，減少了中低壓系統的物料循環(huán)量，提高了中低壓分解循環(huán)系統的生產能力。 2.5 汽提塔的工藝氣體與中壓系統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熱的冷量，將這部分甲銨反應熱用于預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，避免了設備的立體布置，降低裝置造價，方便檢修。 2.7 原生產裝置的高壓圈、中低壓裝置完全得到利用，設備利用率高，裝置投資降低，降低了投資風險，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，并按工藝單元逐個并入系統的，現就各單元開車情況進行逐一匯報： 3.1尿素水解解

15、吸系統的開車與改造 3.1.1尿素水解解吸系統的開車     為了解決尿素工藝廢水排放對環(huán)境的污染問題，我公司首先建設了尿素水解解吸系統。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，該技術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失敗。 3.1.2尿素水解解吸系統的改造     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、試結果見下表：    根據測試結果，我們對水解解吸裝置進行了改造。在尿素水解解吸塔基礎上，新增加一套解吸汽提系統；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配套設計相應的氣相回流冷凝器、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)系統和蒸發(fā)預濃縮系統改造的開車 3.2.1低壓分解循環(huán)系統和蒸發(fā)預濃縮系統改造是在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，加上負荷就顯現出了它的不足，2004年9月21日，系統負荷加到800噸/天，就出現液位穩(wěn)不住的現象，使后續(xù)系統操作出現困難。 3.2.2尿素二段循環(huán)系統原二循一冷器與原二循二冷器并聯，在其后串聯一臺新的臥式二循二冷器，而新的臥式二循二冷器設一立式特殊結構的鼓泡吸收洗滌段，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尿素真空預濃縮系統的改造 尿素真空預濃縮系統于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)系統停車熱洗。然后在尿素真空預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

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)出現結晶，破真空后就出現二段蒸發(fā)過料量特小，而且時斷時續(xù)，至16：40時，蒸發(fā)系統不能繼續(xù)開了，再次停車熱洗。在尿素真空預濃縮分離器下料口加盲板，甩出尿素真空預濃縮裝置，18：45時，尿素蒸發(fā)系統重新開車。至此尿素真空預濃縮裝置開車失敗。 3.3導致尿素真空預濃縮裝置開車失敗的原因分析 3.3.1尿素真空預濃縮系統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。“當列管內的物料沒有汽化時，從預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，當加熱器內的物料被加熱，列管內的物料汽化時，列管內物料的密度急劇下降，從預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。當預濃縮分離器的物料過完之后，列管內沒有物料，又要靠分離器積累物料來制造位差，于是，就形成了對后系統一波又一波的過料與不過料，使后系統無法操作?！彼?，設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濃縮分離器中）或有足夠的生產負荷，才能保證后系統過料穩(wěn)定。 3.3.2尿素真空預濃縮系統的操作壓力（真空度）沒有調節(jié)手段，真空預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，想實現用壓差控制過料沒有相應的調節(jié)手段。 3.3.3我公司尿素蒸發(fā)系統的設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，生產過程中靠壓差來控制過料，中間增加一套真空預濃縮裝置之后，閃蒸槽與真空預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濃縮器過料，而閃蒸槽采用正壓操作又將影響真空預濃縮器的進料溫度，進而影響真空預濃縮器的換熱，使尿素真空預濃縮系統無法正常操作。改造設計中應將閃蒸槽自21.00米層提到26.00米層上，使閃蒸槽與真空預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，保證真空預濃縮器的換熱。 3.3.4 配管的問題，閃蒸槽與真空預濃縮器之間設置一開車切斷閥，為了便于該閥門的操作，競將該管道設計成倒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，真空預濃縮系統單獨設置真空系統，理順了所有不順的管道，閃蒸槽到真空預濃縮器，真空預濃縮器到一段蒸發(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采用北京達立科科技有限公司的轉鼓流化床機械造粒技

24、術。機械造粒系統產生的廢氣，經尾氣洗滌系統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)系統進行蒸發(fā)。 3.4.1大顆粒尿素開車后發(fā)現的問題 裝置于2004年2月23日投料開車，開車當日就達到了設計能力，班產大顆粒尿素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：造粒轉鼓進料端端封漏料嚴重、引風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）結尿素粉塵嚴重、氣體洗滌器進口堵、振動篩篩網使用時間短等。 3.4.2大顆粒尿素問題的處理方法 3.4.2.1造粒轉鼓進料器端封漏料的

25、問題，采用在造粒轉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，而崩進造粒轉鼓進料器的尿素顆粒，重新收回造粒轉鼓，使它不進入造粒轉鼓進料器端封。 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發(fā)散、發(fā)漂的量，解決引風機氣體中粉末較多和流化床底部結尿素粉塵的問題。雖然解決一些問題，減少了引風機氣體中粉末含量，也減少了流化床底部結尿素粉塵的量，但沒能徹底解決。結合山西豐喜不存在流化床底部結尿素粉塵的現象，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振動篩篩網使用時間短的問題是篩網材料質量的問題，廠家更換了篩網材料，問題基本解決了，篩網可用一個多月了。 3.5尿素高壓圈改造系統 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，