降低尿素裝置氨耗的系列改造

王聰茂

降低尿素裝置氨耗的系列改造

王聰茂

（河南能源化工集團中原大化公司，河南濮陽 457004）

針對尿素裝置氨耗高的問題，分析原因，采取一系列技改措施，提高系統(tǒng)轉化率，減少放空量，降低氨耗，達到降低成本和環(huán)境改善的目的。

尿素裝置；氨耗；技改

河南能源化工集團中原大化公司尿素裝置是從意大利斯納姆公司成套引進的，采用該公司開發(fā)的氨汽提法尿素生產工藝。該工藝技術在我國是首次引進，本裝置于1990年5月5日建成投產，年產尿素520kt。經過操作經驗積累，裝置運行穩(wěn)定，實際生產中，噸尿素氨耗較高。據(jù)統(tǒng)計，1990—2010年，噸尿素耗液氨平均為0.578t，比設計平均偏高0.008t。2011年后采取一系列降低氨耗技改措施，成效顯著。

1　氨耗的組成

尿素生產的主要成本在液氨，占總生產成本的86%。合成的液氨消耗在以下部分：主要反應生產尿素，理論計算每生產1t尿素消耗液氨0.567t液氨；其次是中壓放空和低壓放空，是氨損耗的重點，也是各個廠家技術改造的重點；再次就是造粒過程中形成的飄入大氣中的尿素粉塵；最后還有管線設備的跑冒滴漏。

2　系列技術改造

2.1新型吸收冷卻器的研發(fā)

低壓系統(tǒng)放空量大是引起尿素氨耗偏高的重要影響因素之一。從分析數(shù)據(jù)來看，低壓放空氣中的氨含量平均高達85%。針對“尿素低壓放空大，放空氣中氨含量高，噸尿素氨耗高，同時污染環(huán)境的問題”進行攻關研發(fā)，研制成一種新型的吸收冷卻器，獲得了國家專利。

研發(fā)的新型吸收冷卻器技術首先于2011年底大修期間在低壓惰氣洗滌塔（C104）上應用（見圖1），應用后設備位號更名為CE104，兼具吸收和冷卻的功能，傳質和傳熱同時進行。增加吸收水噴淋裝置可使吸收水分布均勻，增加列管和循環(huán)水可使吸收熱及時帶走，列管內裝填鮑爾環(huán)可增加吸收水和氣體的接觸面積，三種改變共同作用，使得吸收效果明顯增強。

圖1　C104改造為CE104前后對比

新型吸收冷卻器投用后，低壓系統(tǒng)的壓力可得到有效控制，指標在可控范圍之內，低壓放空氨含量降低至10%以下。優(yōu)化了蒸發(fā)系統(tǒng)的運行，保證了產品的質量。同時，低壓系統(tǒng)放空尾氣中的氨得到了回收，節(jié)省了生產成本，減少了環(huán)境污染。

2.2新型吸收冷卻器在中壓系統(tǒng)的應用

正常高負荷生產時，特別是夏季高溫季節(jié)，中壓系統(tǒng)經常出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，中壓放空閥開度較大，放空氨含量較高，氨損失較大，按原始設計放空氨含量為0，而實際情況一般在20%左右，夏季高至50%，氨耗偏高且污染環(huán)境。為降低氨損失控制中壓系統(tǒng)壓力，2012年底大修時，運用新型吸收冷卻器技術對中壓E111進行改造（見圖2）。每根列管內填充400個左右小鮑爾環(huán)，下部管口增加一個篩板，上管口上部（C103內）堆積同樣鮑爾環(huán)（大小兩種）再用篩板固定，上部增設一個全方位脫鹽水噴頭。

圖2　新型吸收冷卻器技術運用到中壓惰氣洗滌塔

改造后效果顯著，以同樣負荷維持同樣中壓壓力，中壓放空閥開度減小，放空氨含量降至10%以下，夏天沒有出現(xiàn)超壓的情況，周圍環(huán)境明顯改善。

2.3尿素合成塔改造

合成塔是尿素裝置中最重要的設備之一，已經使用23a，襯里有明顯減薄現(xiàn)象，出現(xiàn)過泄漏；舊塔盤為篩板，轉化率低，導致汽耗和氨耗增加。2013年底大修時，在原合成塔基礎和外部結構不做改動的情況下，在合成塔原來的316L尿素級不銹鋼襯里基礎上增加新型材料25-22-2襯里，合成塔襯里厚度增加到10mm，原襯里得到合理利用；合成塔塔盤由傳統(tǒng)篩板式塔盤更換為徑流式新型塔盤，塔盤由12層增加為18層，塔

內物料有傳統(tǒng)的軸向流動改為在塔板上的徑向流動，以克服原篩板的弊端，可以實現(xiàn)合成塔無返混現(xiàn)象，提高CO2轉化率。

改造后，合成塔轉化率提高3%，消耗明顯減少，噸尿素耗汽減少0.15t，噸尿素耗氨降低了3.4kg。

2.4低壓冷凝器循環(huán)水側改造

低壓冷凝器E108是4管程1殼程列管式換熱器，循環(huán)水單進單出，流速慢，容易結垢，影響換熱，導致低壓壓力高，低壓放空量大。2014年9月檢修停車期間，循環(huán)水側改為雙進雙出4管程，在下封頭中間加隔板，這樣減少了二次水的循環(huán)，增加了一次水的使用，更多的帶走工藝側碳銨液的熱量；上封頭在隔板兩側增設兩個排氣孔，保證頂部氣體排空，避免頂部積存惰氣影響換熱效果。（見圖3）

圖3　循環(huán)水側改造前后對比（虛線部分為新增）

低壓冷凝器循環(huán)水側改造后，在同樣工況下，殼程出口甲銨液溫度從46℃降為41℃，壓力由原來的0.46MPa降至現(xiàn)在的0.43MPa，放空量有大幅降低。

2.5跑冒滴漏的回收

隨著設備運行周期的延長，跑冒滴漏不可避免，動設備機封泄漏較為普遍，很難徹底解決。將所有機泵的泵座進行接管引流，密閉回收，避免機封泄漏造成污染；靜設備及管線在消除漏點之前及時回收，減少氨損耗。改造后環(huán)保達標率提高到95%。

3　實施改造后的效果

一系列的技術改造實施后，效果非常顯著，轉化率提高，氨耗、汽耗明顯降低，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，周邊環(huán)境得到改善。

3.1氨耗降低

改造前噸尿素氨耗為0.578t，系列改造后，春秋冬季節(jié)氨耗為0.570t，夏季為0.573t，年平均氨耗0.571t，年平均節(jié)省液氨3 500t，經濟效益顯著。同時中低壓放空量的減少，減少了環(huán)境污染，改善了周邊環(huán)境。

3.2轉化率提高

改造前用增加吸收水量的方法減少中低壓放空量，效果不好，但是增加了系統(tǒng)的加水量，影響了系統(tǒng)水平衡，造成水碳比提高，降低系統(tǒng)轉化率，形成惡性循環(huán)。通過系列技術改造，減少放空量的同時也減少了系統(tǒng)的加水量，降低了水碳比，提高了轉化率。轉化率從55%提高到59%。

3.3蒸汽消耗降低

改造后，水碳比的降低，轉化率的提高，降低了蒸汽的消耗，蒸汽壓力得到有效控制，噸尿素蒸汽消耗降低0.2t，每年減少蒸汽用量100kt。

3.4裝置穩(wěn)定運行

改造后，系統(tǒng)水平衡得到控制，轉化率的提高，增大了操作彈性，降低了操作難度，裝置運行穩(wěn)定，2015年實現(xiàn)兩個A級長周期100d。

4　下一步的措施

經過一系列技術改造，氨耗有明顯下降，仍然沒有達到設計要求。下一步就節(jié)能降耗繼續(xù)改造，造粒塔粉塵回收裝置已經設計完成，2016年6月進行施工，改造后預計造粒塔頂部粉塵含量可以控制在25mg/m3以下；同時將加入高壓系統(tǒng)的鈍化空氣改為氧氣，提高原料氣的純度，減少惰氣含量，提高系統(tǒng)轉化率，減少中壓放空量，進一步降低氨耗，目前正在設計中，2016年底前實施。

5　結束語

化工生產首要是運行穩(wěn)定，同時要不斷的優(yōu)化，總結經驗，理論與經驗相結合，實施一系列技術改造，使裝置運行更加穩(wěn)定，降低消耗，降低成本，減少環(huán)境污染，增加市場競爭力。

Modification of Urea Plant to Reduce Ammonia Cnsumption

Wang Cong-mao

According to the problem of high consumption of ammonia urea plant，analyzes the reasons，to take a series of technical measures，improve the conversion rate of system，reduce venting quantity，lowering ammonia consumption，to reduce the cost and improve the environment.

urea plant；ammonia consumption；technical transformation

TQ441.41

A

1003-6490（2016）06-0002-02