CO2汽提法尿素裝置節(jié)能降耗改造

韓 亮

(安徽晉煤中能化工股份有限公司安徽臨泉236400)

CO2汽提法尿素裝置節(jié)能降耗改造

韓 亮

(安徽晉煤中能化工股份有限公司安徽臨泉236400)

安徽晉煤中能化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱中能公司)現(xiàn)有3套尿素裝置，第2套和第3套裝置都采用CO2汽提法尿素生產(chǎn)工藝。通過(guò)多年的摸索，積累了一些經(jīng)驗(yàn)，對(duì)工藝設(shè)計(jì)也有了一些認(rèn)識(shí)，在節(jié)能降耗方面也進(jìn)行了一些改造。

1 水解解析系統(tǒng)改造

1.1 水解解析系統(tǒng)工藝流程

解析給料泵將氨水槽的氨水加壓后，含有NH3、尿素和CO2的工藝?yán)淠航?jīng)過(guò)解析換熱器送至第1解析塔，其流量根據(jù)第1解析塔的處理能力和氨水槽的液位高低由調(diào)節(jié)閥(FC-701)進(jìn)行調(diào)節(jié)，溫度由解析換熱器的副線調(diào)節(jié)，控制在的117℃，從塔頂?shù)?塊塔板上進(jìn)入第1解析塔。由調(diào)節(jié)閥(FC-704)進(jìn)行調(diào)節(jié)的回流液進(jìn)第1解析塔第1塊塔板，塔板溫度控制在115℃左右，盡可能降低第1解析塔氣相含水量，提高回流液含量。在第1解析塔中，用水解塔和第2解析塔來(lái)的氣體把冷凝液中的NH3和CO2汽提出來(lái)。出第1解析塔的液體中仍含有尿素以及少量的NH3和CO2，第1解析塔的液位用調(diào)節(jié)閥(LC-702)進(jìn)行調(diào)節(jié)。第1解析塔的液體用水解泵將其加壓后經(jīng)水解換熱器再返回水解塔，水解塔塔底的操作壓力為1.96MPa(絕壓)，操作溫度為215℃，停留時(shí)間保持在40min左右，采用2.50MPa(絕壓)高壓蒸汽直接加熱，蒸汽經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥(FC-702)送入水解塔底部。水解塔底部出來(lái)的液相經(jīng)水解換熱器后，通過(guò)液位調(diào)節(jié)閥(LC-703)排至第2解析塔頂部解析。在第2解析塔底部加入低壓蒸汽，使第2解析塔底部溫度控制在解析塔壓力下水的沸點(diǎn)，使出塔底部的廢液中尿素質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜5× 10－6、氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜50×10－6，經(jīng)解析換熱器和廢水冷卻器后排入循環(huán)水系統(tǒng)。第1解析塔頂部出來(lái)的氣體進(jìn)入回流冷凝器進(jìn)行冷凝。回流冷凝器的氣液混合物進(jìn)入回流冷凝器液位槽進(jìn)行分離，氣相經(jīng)調(diào)節(jié)閥(PC-701)進(jìn)入常壓吸收塔，液相進(jìn)入回流泵，加壓后一部分送到第1解析塔頂部調(diào)節(jié)解析塔出氣溫度，其余部分送入低壓甲銨冷凝器。回流液中w(NH3)為37%，w(CO2)為24%，結(jié)晶溫度為30℃;操作溫度選擇高于結(jié)晶溫度20℃，即50℃(設(shè)計(jì)值為57℃)。為了防止回流冷凝器內(nèi)部產(chǎn)生結(jié)晶，不能將32℃左右的循環(huán)冷卻水直接送入回流冷凝器內(nèi)，故在設(shè)計(jì)上采用半封閉式調(diào)溫水冷卻系統(tǒng)(圖1)。

圖1 半封閉式調(diào)溫水冷卻系統(tǒng)流程

由圖1可知:冷卻水自成系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)，溫水循環(huán)泵將水送進(jìn)回流冷凝器的管側(cè)，吸收熱量后返回到溫水循環(huán)泵進(jìn)口。當(dāng)水溫升高時(shí)，開大調(diào)節(jié)閥(TI-715)，溫度升高后的部分循環(huán)水從系統(tǒng)流至循環(huán)水回水總管;同時(shí)，溫度較低的循環(huán)水補(bǔ)充至自循環(huán)系統(tǒng)，自循環(huán)系統(tǒng)的水溫控制應(yīng)以回流冷凝器殼側(cè)不出現(xiàn)結(jié)晶為原則，一般控制在40～45℃。

1.2 存在的問題及改造方案

回流冷凝器殼側(cè)進(jìn)氣溫度高達(dá)120℃，回流冷凝器管內(nèi)容易結(jié)垢，每年都要用高壓射流水槍清洗1次。原設(shè)計(jì)回流冷凝器采用U形管結(jié)構(gòu)，U形管底端無(wú)法采用高壓射流水槍清洗，且清洗時(shí)脫落的污垢會(huì)積存在U形管底端，造成管徑狹窄，循環(huán)水流量降低，解析氣相不能全部冷凝，回流液溫度由正常時(shí)的60℃左右升高至75℃，回流冷凝器液位槽放空閥開度由15%增大至100%，有時(shí)還需開副線閥來(lái)增大放空量，造成大量氣氨放空，影響環(huán)境，浪費(fèi)原料，消耗上升。

改造方案:取消溫水循環(huán)泵，由半封閉式調(diào)溫水冷卻系統(tǒng)改為不封閉冷卻系統(tǒng)(圖2)，冷卻水直接進(jìn)入回流冷凝器，溫度調(diào)節(jié)閥(TI-715)安裝在回水管道上，通過(guò)控制進(jìn)入回流冷凝器的冷卻水量來(lái)調(diào)節(jié)回流冷凝器出液溫度，使其達(dá)到55℃以上。回流冷凝器結(jié)構(gòu)由U形管改為列管式換熱器(用水溶液全循環(huán)法尿素裝置退役的一吸冷卻器進(jìn)行利舊改造)，能夠徹底清洗，可保證回流凝器長(zhǎng)期運(yùn)行，同時(shí)減少2臺(tái)溫水循環(huán)泵。

圖2 不封閉冷卻系統(tǒng)流程

1.3 改造效果

改造后，回水溫度控制在55℃以上，回流液溫度為60℃左右，回流冷凝器液位槽放空閥開度減小15%左右，回流冷凝器無(wú)結(jié)晶堵塞現(xiàn)象發(fā)生。由于取消了溫水循環(huán)泵，每小時(shí)可節(jié)約用電50kW·h，年可節(jié)約電費(fèi)20萬(wàn)元左右;減少放空氨107t，節(jié)約費(fèi)用30萬(wàn)元左右。

2 尾氣吸收系統(tǒng)改造

2.1 改造前尾氣吸收系統(tǒng)流程

改造前尾氣吸收系統(tǒng)流程見圖3。低壓系統(tǒng)放空氣和解析水解放空氣進(jìn)入常壓吸收塔第2段填料下部，在常壓吸收塔上部填料段內(nèi)使用來(lái)自于0.4MPa吸收塔下液進(jìn)行吸收。為了增大循環(huán)量和提高吸收效果，進(jìn)入常壓吸收塔的吸收液用循環(huán)泵經(jīng)冷卻器冷卻后再次抽送至常壓吸收塔第2段填料上部進(jìn)行循環(huán)吸收。在常壓吸收塔的中部設(shè)有溢流口，循環(huán)吸收后的液體由溢流口流至氨水槽。

圖3 改造前尾氣吸收系統(tǒng)流程

2.2 存在的問題及改造方案

存在的問題:①0.4MPa吸收塔下液中氨含量較高(質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)12%以上)，再進(jìn)入常壓吸收塔易發(fā)生閃蒸現(xiàn)象，容易造成常壓吸收塔氣相帶液;②常壓吸收塔吸收液中氨含量已很高，再循環(huán)提濃會(huì)使常壓吸收塔吸收效果更差，低壓放空氣中CO2含量較高，常壓吸收塔的下液結(jié)晶溫度較高，達(dá)到55℃左右，在生產(chǎn)中時(shí)常發(fā)生結(jié)晶而造成管道堵塞，嚴(yán)重影響生產(chǎn);③常壓吸收塔下液管由倒U形管形成液封來(lái)控制液位，一旦塔壓力過(guò)高，液封就會(huì)沖破，引起塔內(nèi)空液位而造成常壓吸收塔氣體竄入氨水槽，沖破氨水槽液封，致使氨水槽大量冒氣，污染現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境。

改造方案(圖4):①常壓吸收塔由循環(huán)吸收改為常壓吸收泵抽氨水槽內(nèi)的氨水作為常壓吸收塔的吸收液，降低了循環(huán)吸收液的濃度，提高了吸收效果，避免出現(xiàn)結(jié)晶堵塞現(xiàn)象;②常壓吸收塔液位由倒U形管液封控制改為底部出液管上安裝調(diào)節(jié)閥控制，避免了因液位波動(dòng)造成常壓吸收塔氣體竄入氨水槽，致使氨水槽液封沖破，大量冒氣污染操作環(huán)境的現(xiàn)象;③利用舊設(shè)備改造成尾氣吸收塔，對(duì)常壓吸收塔尾氣再次吸收，使用軟水作為吸收液，最大限度地降低了尾氣中的氨含量，減少了放空損失。

圖4 改造后尾氣吸收系統(tǒng)流程

2.3 改造效果

改造后，適當(dāng)減少0.4MPa吸收塔下液的加入量，避免常壓吸收塔上段填料發(fā)生帶液現(xiàn)象。常壓吸收塔循環(huán)吸收液中CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)由15%降至8%，再無(wú)管道堵塞現(xiàn)象發(fā)生。根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷情況調(diào)整尾氣吸收塔軟水加入量，提高吸收效果。經(jīng)尾氣吸收塔再次吸收后，氨體積分?jǐn)?shù)可降至0.5%以下，噸尿素可減少損失氣氨2kg。

3 蒸汽冷凝液系統(tǒng)改造

3.1 存在的問題及改造方案

傳統(tǒng)CO2汽提法尿素裝置中，精餾塔加熱器、一段蒸發(fā)加熱器、二段蒸發(fā)加熱器產(chǎn)生的蒸汽冷凝液流入冷凝液槽，部分外送，部分補(bǔ)入低壓蒸汽飽和器，產(chǎn)生低壓蒸汽。冷凝液進(jìn)入冷凝液槽后閃蒸出大量二次蒸汽，為了保護(hù)冷凝液槽周圍環(huán)境，閃蒸出的二次蒸汽由設(shè)置在冷凝液槽上方的閃蒸汽冷凝器冷凝后回流至冷凝液槽。此種流程不僅浪費(fèi)了冷凝液的熱量，而且多消耗冷卻水。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于設(shè)計(jì)不合理，閃蒸汽冷凝器標(biāo)高偏低，時(shí)常有帶液現(xiàn)象，閃蒸出的二次蒸汽不能完全被冷凝，沖破冷凝液槽水封，嚴(yán)重影響周圍環(huán)境。

改造方案(圖5):①增設(shè)鍋爐給水槽。精餾塔加熱器、一段蒸發(fā)加熱器的蒸汽冷凝液進(jìn)入鍋爐給水槽，鍋爐給水槽與壓力較低的精餾塔加熱器之間設(shè)置平衡管，使鍋爐給水槽內(nèi)的壓力與精餾塔加熱器內(nèi)的壓力保持一致。用鍋爐給水泵將鍋爐給水槽內(nèi)的冷凝液送入低壓蒸汽飽和器，以增加高壓甲銨冷凝器產(chǎn)汽量;鍋爐給水槽內(nèi)冷凝液不足部分由蒸汽冷凝液泵抽蒸汽冷凝液槽內(nèi)的蒸汽冷凝液補(bǔ)充。②增設(shè)一段蒸發(fā)加熱器液位槽。二段蒸發(fā)加熱器內(nèi)的蒸汽冷凝液由直接進(jìn)入冷凝液槽改為進(jìn)入一段蒸發(fā)加熱器。為了保證一段蒸發(fā)加熱器內(nèi)的冷凝液能及時(shí)排出、避免積液現(xiàn)象，一段蒸發(fā)加熱器冷凝液的排出由疏水器改為液位槽控制。

圖5 改造后蒸汽冷凝液系統(tǒng)流程

3.2 改造效果

根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)，噸尿素在一段蒸發(fā)加熱器、二段蒸發(fā)加熱器、精餾塔加熱器處共冷凝810kg蒸汽冷凝液。改造前，冷凝液進(jìn)入蒸汽冷凝液槽，在常壓下冷凝液降溫至100℃，焓值為419.1kJ/kg;改造后，鍋爐給水槽壓力在0.32MPa，蒸汽冷凝液焓值為610.6kJ/kg。100%正常生產(chǎn)負(fù)荷時(shí)，低壓蒸汽飽和器壓力為0.36MPa，水的焓值為2749.8kJ/kg，則噸尿素可多產(chǎn)0.36MPa飽和蒸汽56.4kg。

4 結(jié)語(yǔ)

中能公司第3套尿素裝置是在1000t/d裝置的基礎(chǔ)上通過(guò)工藝優(yōu)化及設(shè)備改造而成，最大產(chǎn)能為1400t/d;2011年投產(chǎn)后，通過(guò)加強(qiáng)管理、不斷優(yōu)化改造，實(shí)際產(chǎn)能達(dá)1550t/d，噸尿素氨耗572kg、噸尿素蒸汽消耗950kg，產(chǎn)品優(yōu)等品率95%，各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于同類裝置。

2014-04-07)