蒸發系統改造降低產品縮二脲

李春啟

(河北正元氫能科技有限公司, 河北滄州 061100)

河北正元氫能科技有限公司6080項目于2012年10月年開工建設,2015年4月系統開車。尿素系統采用傳統的CO2汽提法工藝,尿素產品品質較差,較長時間產品縮二脲質量分數在1.0%左右,優等品率為0。理論上,縮二脲與生產溫度、停留時長、氨含量有關。工藝上,通過降低汽提塔、精餾塔液位,調整一蒸溫度至126～128 ℃、二蒸溫度至135～136 ℃,縮二脲質量分數降低至0.86%～0.87%,產品優等品率提升至73%。但是,產品品質波動較大,縮二脲含量高的問題未能徹底解決。除了工藝調整和加強管理以外,有必要對裝置進行技術改造,減少生產過程中縮二脲的生成量,提高裝置自身生產優等品的能力。

1 改造依據

取樣檢測系統各處物料,分析其中縮二脲生成的關鍵部位,采取有針對性的措施降低產品縮二脲生成量。統計50組檢測結果,取其平均值(見表1)。

表1 尿素產品各工段縮二脲生成量統計表

由表1可見：合成塔出液、汽提塔出液、一段蒸發和二段蒸發縮二脲生成量較高,分別占總生成量的17.02%、20.21%、15.96%和27.66%,共計占比80.85%。但改造高壓設備難度較大,故不對高壓系統進行改造,將蒸發系統作為改造主攻方向。

由表2可見：在汽提塔、一段蒸發分離器到二段蒸發加熱器之間的“U”型彎管線兩處位置上縮二脲生成量偏離設計值較大,因此將一段蒸發分離器到二段蒸發加熱器之間的“U”型彎管線定位為本次改造目標。

表2 各工段縮二脲生成量與設計值偏差統計表 %

從影響縮二脲生成的3個因素進行分析,NH3分壓和溫度在工藝上已達到可調節的極限值[1],故應從停留時長方面考慮改造。經查,一段蒸發分離器到二段蒸發加熱器之間的“U”型彎全長為28.0 m,“U”型彎底部最低點到二段蒸發器出口垂直高度為12.7 m,垂直高度及“U”型彎長度偏高,導致尿液停留時間長。故本次改造降低一段蒸發分離器到二段蒸發加熱器之間的“U”型彎高度,減少“U”型彎長度,降低尿液停留時長,以達到降低縮二脲生成量的目的[2]。

2 改造方案

以3樓樓面為基準,在出一段蒸發分離器管線和進二段蒸發加熱器的垂直管線上分別截短3.0 m,將“U”型彎最低點高度垂直提升3.0 m,這樣“U”型彎全長減少6 m,減少約5.0 s的停留時長。

一段蒸發分離器到二段蒸發加熱器之間的“U”型彎參數見圖1。

圖1 一段蒸發分離器到二段蒸發加熱器之間的“U”型彎

3 方案論證

尿素蒸發應為真空系統,按設計要求一段蒸發分離器至二段蒸發加熱器之間的“U”型彎應起到液封作用,因此,改造后,極限壓差下也應該保證其液封不破[3-4]。

已知條件：

(1) 一段蒸分離器出液法蘭標高為23.6 m,二段蒸發分離器出液法蘭標高為22.2 m。

(2) 提升前,一段蒸分離器和二段蒸發加熱器“U”型彎低點標高為9.9 m;提升后,低點標高為12.9 m。

(3) 一段蒸分離器和二段蒸發加熱器“U”型彎垂直高度提升前為12.7 m,提升后為9.7 m。

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(4) 一段蒸分離器和二段蒸發加熱器“U”型彎管線中尿液質量分數為94.51%,密度為1 200 kg/m3。

(5) 重力常數g為9.8 N/kg。

(6) 正常生產中,一段蒸分離器的壓力為38 kPa,二段蒸分離器的壓力為6 kPa。

(7) 一段蒸分離器未抽真空時壓力為103 kPa,運行中二段蒸分離器最低壓力為3 kPa。

將有關數值帶入,計算二段蒸發分離器出液位置與一段蒸分離器和二段蒸發加熱器“U”型彎最低點的液體壓差。

ΔP1=ρgh=1 200×9.8×9.7=114 072(Pa)≈114(kPa)。

一、二段蒸發分離器的正常壓差ΔP2為32 kPa。

由114 kPa>100 kPa>32 kPa,可判斷在改造后極限狀態下也能夠正常保持“U”型彎液封,滿足工藝要求。

4 改造效果

(1) 系統運行正常后,產品品質大幅提升,成品縮二脲質量分數降低至歷史最低值(0.82%～0.83%),產品優等品率提升至100%。

(2) 改造后一段蒸發分離器至二段蒸發加熱器“U”型管總長度約為22.0 m,共縮短約6.0 m,

較改造前“U”型管內停留時長縮短了約21%(見表3)。

表3 改造前后停留時長變化

(3) 改造后蒸發工藝指標無影響,壓力、溫度、液位均正常,一段蒸發分離器在不同負荷下均無積液現象。

5 結語

綜上所述,縮短一段蒸發分離器至二段蒸發加熱器“U”型管垂直高度的技術改造是成功的,縮短了高濃度和高溫條件下尿液的停留時長,降低了成品縮二脲含量,有效提高了產品品質,實現了合格品到優等品的飛躍,產品競爭力大幅提升,為銷售尋找優質客戶奠定了基礎。