CO2汽提法尿素裝置水解解吸系統工藝改造

張永強

(安徽晉煤中能化工股份有限公司,安徽阜陽 236400)

安徽晉煤中能化工股份有限公司有3套尿素裝置，其中，2002年建成開車的第二套裝置和2011年建成開車的第三套裝置均采用二氧化碳汽提法生產工藝。通過10多年的摸索，積累了一些經驗，對工藝設計也有了更深入的認識，在節能降耗方面進行了優化和改造[1]。

1 水解解吸系統

解吸給料泵將氨水槽的氨水加壓后，含有氨、二氧化碳和尿素的工藝冷凝液經解吸換熱器送到第一解吸塔。根據解吸塔的能力和氨水槽的液位高低，由調節閥(FIC-701)調節冷凝液的流量。通過解吸換熱器的副線調節冷凝液的溫度，控制其在117 ℃左右[2]。經過調節閥(FIC-704)進行調節的回流液進入解吸塔第一層塔板，控制塔板溫度在115 ℃左右，盡可能降低解吸塔氣相含水量，提高回流液濃度。在第一解吸塔中用水解塔和第二解吸塔來的氣體把冷凝液中的氨和二氧化碳汽提出來。出第一解吸塔的液體中仍含有尿素和少量氨、二氧化碳，用水解泵將其加壓后經過水解換熱器進入水解塔，第一解吸塔的液位用調節閥(LIC-702)進行調節。水解塔塔底的操作壓力為1.96 MPa，操作溫度為215 ℃，保持40 min左右的停留時間，采用2.50 MPa高壓蒸汽直接加熱。蒸汽經流量調節閥(FIC-702)送入水解塔底部。水解塔底部出來的液相經水解換熱器后，通過液位調節閥(LIC-703)排至第二解吸塔頂部解吸。在第二解吸塔底部加入低壓蒸汽，使第二解吸塔底部溫度控制在解吸塔壓力下水的沸點，使出塔底部的廢液中尿素質量濃度低于5 mg/L、氨質量濃度低于50 mg/L，經解吸換熱器和廢水冷卻器后排入循環水系統。第一解吸塔頂部出來的氣體進入回流冷凝器進行冷凝，回流冷凝器液位槽氣體出口管線上的調節閥控制解吸塔內的壓力為0.20～0.30 MPa。回流冷凝器的氣液混合物進入回流冷凝器液位槽進行分離，氣相進入常壓吸收塔，液相進入回流泵，加壓后一部分送到解吸塔頂部，其余部分送入低壓甲銨冷凝器。回流液中，氨的質量分數為37%，CO2的質量分數為24%，結晶溫度為30 ℃，選擇操作溫度高于結晶溫度20 ℃(即50 ℃，設計值為57 ℃)。為了防止回流冷凝器內部產生結晶，不能將32 ℃左右的循環冷卻水直接通入回流冷凝器內，因而在設計上采用半封閉式調溫水冷卻系統，見圖1。

圖1 改造前,半封閉式調溫水冷卻系統流程圖

冷卻水自循環系統中，溫水循環泵將水送進回流冷凝器的管側，吸收熱量后返回到溫水循環泵進口，當水溫升高時開大調節閥，部分循環水從系統流出，進入循環水回水總管；溫度較低的循環水補充到自循環系統，自循環系統的水溫要以回流冷凝器殼側不結晶為原則，一般控制為40～45 ℃。

2 存在的問題

因回流冷凝器殼側進氣溫度高(120 ℃)，回流冷凝器管內容易結垢，每年要用高壓射流水槍清洗一次。原設計回流冷凝器采用“U”型管結構，高壓射流水槍難以對“U”型管底端進行清洗，且清洗時脫落的污垢會積存在“U”型管底端，造成管徑變窄，降低了循環水流量。解吸氣相不能夠全部回冷凝管時，回流液溫度由正常60 ℃逐漸升高到75 ℃，回流冷凝器液位槽放空閥開度由15%逐漸增大到100%，有時還需開副線閥來增大放空量。大量氣氨被放空，浪費原料的同時污染環境。

3 改造方案

取消溫水循環泵，將半封閉式調溫水冷卻系統改為不封閉系統，冷卻水直接進入回流冷凝器，溫度調節閥(TIC-715)安裝在回水管道上，通過控制進入回流冷凝器的冷卻水量，調節回流冷凝器出液溫度在55 ℃左右。回流冷凝器結構由“U”型管改為列管式換熱器，能夠被徹底清洗，保證回流凝器可長期使用[3]。改造后的不封閉式調溫水冷卻系統流程見圖2。

圖2 改造后,不封閉式調溫水冷卻系統流程圖

4 可行性分析

改造后30℃左右的循環水直接進入回流冷凝器，有時進水管處會產生局部結晶，但隨著換熱進行，循環水溫度逐漸升高至40 ℃以上時，結晶便不會產生，換熱可以正常進行。進水管處產生的局部結晶浸泡于冷凝下來的回流液中，由于回流液溫度為60 ℃，高于結晶溫度，列管外圍的結晶會部分融化，最終達到結晶、融化平衡。換熱器內的換熱會正常進行。

5 改造效果

改造后，回水溫度(TI-715)控制在55 ℃以上，回流液溫度在60 ℃左右，回流冷凝器液位槽放空閥開度減小15%左右，回流冷凝器無結晶堵塞現象發生。因取消溫水循環泵，每年可節約用電39.6萬kW·h，合計節約電費19.8萬元。減少放空氣氨107 t，合計產生經濟效益30萬元。改造系利用舊設備，且退下來的3臺設備仍可投入使用，改造費用可忽略不計[4]。

6 結語

化工企業工藝技術改造和創新具有復雜性、風險性，諸多環節無法全面把控。在實際工藝技術改造和創新過程中，做好投資風險控制、制定風險管理計劃、完善生產流程體系，最大程度上做好節能減排工作，保障生產裝置安全穩定運行。