水溶液全循環法尿素生產蒸汽系統節能改造

趙文華，張 韌，姚克亮

(安徽昊源化工集團有限公司，安徽阜陽 236000)

安徽昊源化工有限公司(以下簡稱昊源化工)現有尿素生產裝置4套，其中水溶液全循環法和CO2汽提法尿素裝置各2套，共計年生產尿素能力1 500 kt。由于生產消耗和市場原因，目前其中一套水溶液全循環法裝置處于停產狀態，另一套處于單塔生產，相對于CO2汽提法尿素，水溶液全循環法裝置蒸汽消耗較高，噸尿素蒸汽消耗達到1 350 kg。因此，昊源化工決定對2#水溶液全循環尿素裝置進行蒸汽系統節能改造。

1 節能改造目標

對2#尿素裝置全系統的設備平衡及工藝優化，擬達到的節能效果：①尿素產量≥1 200 t/d；②確保噸尿素蒸汽消耗降低180 kg，期望達到噸尿素蒸汽消耗降低200 kg；③確保噸尿素氨耗降低1 kg，期望達到噸尿素氨耗降低2 kg；④放空氣中氨體積分數<1%。

2 節能改造可行性方案

2#尿素裝置已經做過相關方面的改造，系統整體運行比較穩定，結合尿素裝置運行情況，制定如下可行性方案。

2.1 中壓分解吸收系統

(1) 中壓吸收改為低水碳比流程，一甲液水碳比可降至1.6，從而降低合成塔進料水碳比，提高CO2轉化率，同時減輕了中壓吸收塔的負荷，提高了操作彈性，噸尿素可降低蒸汽消耗50 kg。

具體實施方案：新增1臺Ф 2 000 mm甲銨分離器、2臺甲銨循環泵(Q=25 m3/h，H=40 m，開1備1)。甲銨循環泵就位在0 m平臺，甲銨分離器就位在12 m平臺一吸塔與一吸外冷器之間。改造前、后中壓吸收流程分別見圖1和圖2。

圖1 改造前中壓吸收流程

圖2 改造后中壓吸收流程

(2) 中壓尾氣采用氨精洗，避免了大量氨在系統內循環，降低了廢水處理負荷，減少了氨損失。由于現有精洗器存在較大安全隱患，故在氨精洗器設備結構上采取了防爆措施，提高了安全水平。增加新型結構的氨精洗器后，提高了中壓尾氣的洗滌效率，使得最終中壓尾氣放空中φ(NH3)<100×10-6。 此項措施可部分降低水解解吸處理廢液的負荷，有利于降低水解解吸裝置的蒸汽用量[1-2]。

具體實施方案：新增1臺中壓尾氣精洗器、臥式換熱器3臺，1臺就位于24 m平面，2臺疊起來位于18 m平面。精洗器給水泵2臺(Q=5 m3/h，H=50 m)，精洗器出液至現氨水泵進口。

2.2 低壓分解吸收系統

(1) 低壓分解新增汽提段，通入新鮮CO2氣對二段尿液進行汽提，以提高二段分解效率。

具體實施方案：在二段分離器下段新增設CO2汽提段，設備就位于18 m平面。通入CO2壓縮機二段來的CO2氣，用流量計控制入二段系統的CO2氣量。

(2) 低壓吸收改兩段吸收為一段吸收，只輸出二甲液，有利于提高二甲液濃度和系統水平衡[3-4]。二循二冷產出的氨水作為二循一冷的吸收液，使低壓尾氣中φ(NH3)<1%，可減少氨損失。

具體實施方案：在二段分離器氣相出口新增1臺Ф 450 mm二段吸收器，設備就位于18 m平面。二段吸收液體(原二表泵來液)從吸收器頂部加入，液體從吸收器底部出來后進入二冷冷凝器下段。從二段分離器出來的液體經二段循環泵(新增2臺，Q=10 m3/h，H=50 m)去二段預冷器上段。

(3) 二段預冷器置于31 m平臺，原二段氨水作為二段預冷的吸收液，新增軟水循環泵(Q=300 m3/h，H=20 m) 2臺。

2.3 蒸發系統

(1) 用新型閃蒸預蒸發器替換現有蒸發預濃縮器，吸收甲銨冷凝熱以提高閃蒸效率，使得出預蒸發器尿液濃度得以提高，從而達到降低蒸汽消耗的目的，噸尿素可降低蒸汽50～70 kg。

具體實施方案：新增1臺900 m2閃蒸預蒸發器，在現12 m平臺制作鋼框架，用以就位預蒸發器。新增1臺680 m2閃蒸冷凝器替換現有2臺閃蒸冷凝器，設備就位于24 m平面，冷卻水改用氨冷器循環水。改造前、后蒸發冷凝流程分別見圖3和圖4。

圖3 改造前蒸發冷凝流程

圖4 改造后蒸發冷凝流程

(2) 用一級膨脹槽出冷凝液進入一段蒸發熱能利用段，與尿液進行換熱，達到節約蒸汽的目的，噸尿素可節約蒸汽消耗30 kg。

2.4 蒸汽系統

現系統也設有一級、二級蒸汽膨脹槽，但熱效率沒有充分利用好，尤其一級蒸汽膨脹槽膨脹壓力不到0.2 MPa，低品位蒸汽不能得到很好的利用，這也是蒸汽消耗偏高的原因。現重新對一級蒸汽膨脹槽設備及工藝進行科學合理的調整，使得一級膨脹槽產出0.4 MPa以上的高品位蒸汽，用于二甲液預熱器熱能的提供。一級膨脹槽冷凝液用作一蒸熱能利用段的供給熱量，經換熱后進入二級膨脹槽，二級膨脹槽維持現有工藝流程。

3 效益分析

改造后，對系統3班的運行進行為期1周(2017年8月12-18日)的數據統計，改進后工藝消耗情況見表1。

表1 改造后工藝消耗情況 t

注：以上均指噸尿素汽耗和氨耗

由表1可以看出：改造前，噸尿素平均汽耗1.315 t、氨耗0.521 t。改造后，為期1周運行的噸尿素平均汽耗1.199 t、氨耗0.519 t，說明改造效果明顯。

4 結語

該蒸汽節能改造項目完成后，不僅整個系統阻力降低，操作彈性增大，而且通過工藝優化調整，2#尿素裝置各項單耗均有不同程度的下降，特別在蒸汽消耗方面下降比較明顯，比改造前同期同負荷水平噸尿素蒸汽消耗降低116 kg(目前該裝置仍為單塔生產)、氨耗降低2 kg。按2#尿素裝置年產量300 kt、蒸汽150元/t、液氨2 000元/t計，則年改造效益可達624萬元左右，改造效果顯著。

參考文獻

[1] 路利民.水溶液全循環法尿素裝置增產節能技術綜述[J].氮肥技術，2010，31(4)：1- 10.

[2] 梅樹美.水溶液全循環尿素裝置工藝優化及運行總結[J].小氮肥，2015，43(3)：21- 22.

[3] 竇懷云，張雷，王克立.水溶液全循環尿素裝置擴能改造中存在的問題及處理[J].化肥工業，2011，38 (1)：38- 39.

[4] 張巍.提高水溶液全循環尿素工藝二氧化碳轉化率的主要途徑[J].化工設計通訊，2003，29(3)：11- 14.